2019年第5期
2019 No.5
Electric System电力系统
Electric Power System Equipment电力系统装备
火电厂DCS控制系统的研究与设计
常 龙
（平顶山姚孟发电有限责任公司，河南平顶山 467031）
［摘 要］以“控制分散，管理集中”为基本控制思想的DCS控制系统，通过面向客户端的控制语言提升了操作人员使用的便捷度。通过模块的分散设置降低了危险系数，通过冗余结构与白诊断技术的使用提升了系统的可靠性，通过模块处理的通讯方式减少了现场及配备设备的接线，通过控制室的设置实现了所有机组设备的监控，通过画面式图像实现的使用来改善了人机联系，故自20世纪90年代开始广泛应用于火电厂。但传统DCS控制系统在火电厂实际应用中存在诸多问题，如对收集到的历史数据库保存的时间非常短，严重影响了系统对机组出现故障时进行具体分析的作用以及对历史信息数据保存的需求，对传统DCS控制系统进行优化升级为本文的研究出发点。［关键词］火电厂；DCS控制系统；创新设计［中图分类号］TM621.6 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X（2019）05–0040–02
Research and Design of DCS Control System in Thermal Power Plant
Chang Long
［Abstract］DCS control system based on “decentralized control and centralized management” improves the convenience of operators through client-oriented control language, reduces the risk factor through the decentralized setting of modules, improves the reliability of the system through redundancy structure and the use of white diagnosis technology, and reduces the field and equipment through the communication mode of module processing. Equipment wiring, through the central control room set up to achieve the monitoring of all units and equipment, through the use of pictorial image to improve man-machine contact, so since the 1990s began to be widely used in thermal power plants. However, there are many problems in the practical application of traditional DCS control system in thermal power plants, such as the very short time to save the collected historical database data, which seriously affects the system’s specific analysis function in case of unit failure and the demand for historical information data preservation. Therefore, the optimization and upgrading of traditional DCS control system becomes the starting point of this paper. ［Keywords］thermal power plant; DCS control system; innovative design1 火电厂DCS控制系统的总体结构
1.1 火电厂DCS控制系统的控制结构
火电厂DCS控制系统在结构上由公共系统+单元机组而
组成，具体控制功能包括机组的主控制系统及各种旁路控制与辅控系统，具有系统机构与工艺结构相同、监视/操控网络统一、结构合理且通信方便快捷、提供通用的协议及通用通
形状和放电间隙的绝缘强度有关。当放电间隙较小，间隙绝缘强度较高时，放电过程较短，放电脉冲陡度较高，特高频含量比较丰富，一般测量频带为1 ~1 500 MHz。针对这一特点，传感器采用超宽带分型天线接收信号，采用6G带宽的微波放大器对信号进行放大，并通过检波技术进行降频，使信号满足监测单元通道的监测频带。
2.5 高频脉冲电流传感器研究
内部结构较小，绝缘要求较高的特点，监测单元采用小型化设计，总体厚度不超过50 mm，可直接吸附安装在开关柜电缆室的侧壁或底部，不降低开关柜的绝缘强度。
2.7 通讯技术研究
高频电流传感器监测电缆屏蔽接地线上的脉冲电流信号，利用导体与屏蔽层之间的分布电容形成的耦合通路。如果开关柜内部发生局部放电，放电高频信号通过此耦合通路经屏蔽接地线构成回路，卡装在接地线上的高频电流传感器即可接收到放电信号。传感器的频带采用3 ~100 MHz，此频带对流经接地线的高频电流信号检测效果最佳，避开了低频干扰，同时宽频带能够保证波形的还原度，可进一步用于射频变换的高级分析功能。为方便传感器安装，采用开口结构，可在不断开接地线的情况下进行安装。
2.6 监测单元研究
监测单元负责对信号进行收集、调理，对信号进行滤波、放大，并将模拟信号转化成数字信号并将数据传输到后台监测主机。监测单元根据不同传感器的带宽、灵敏度等特性设计专用通道，保证监测系统的灵敏度和线性度。针对开关柜
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因开关柜结构封闭，且运行后线路更改较为复杂，因此采用无线通讯技术：局部放电和温度监测主机对前端传感器采集到的数据进行处理后，通过ZigBee无线传输技术传输到数据接收终端，数据接收终端通过4G网络实现数据的无线上传。
3 现场应用
根据以上研究结论设计的开关柜智能监测监测装置已在多个变电站的开关柜上进行了安装，该装置直接安装在开关柜内部，能够有效监测开关柜的温度及局放状态，具有较高的灵敏度及抗干扰能力。利用无线传输技术将数据发送到数据传输终端，通过无线网络实现数据的无线上传。用户可通过客户端、浏览器、手机、智能穿戴设备等实时了解各开关柜的温度和局部放电状态，评估开关柜的健康水平，为开关柜的健康运行提供了有力的技术支持。
参考文献
[1] 黄瑜珑，关永刚，徐国政，等.高压开关柜智能化状态监测装置的研制[J].电工技术杂志，2000（7）：11-12.
电力系统装备
Electric Power System EquipmentElectric System电力系统
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讯接口来与其他系统进行无缝对接等特点，完全可以胜任火电厂一体化的配置要求。图1为其控制结构。
以太网
其他系统
工程师台操作员站
EWSPOC……操作员站
POC数据站打印机
通讯站LANBOX
LANBOX
LANBOX
LANBOX
LANBOX
μΣNETWORK-100
光缆100Mbps
R600CH控制器
……
R600CH控制器
……
电厂控制对象
图1 火电厂DCS控制系统的控制结构
该系统采用μΣNETWORK-100网络，其具有控制范围广（站与站间的最长距离高达2000 m，最大环路长度可达200 km）、网络可靠性高（使用光缆通信，并且基于FDDI协议的光纤形成了两个环路结构，两个环路一个备用一个主用）、通信速度极高（理论上可达100 Mbits）、周期通讯及可维护性高（具有统计信息和跟踪信息的自动采集及分析功能、支持CPU模板的在线更换）等特点。
1.2 火电厂DCS控制系统的电源系统及接地系统设计
（1）电源系统设计。为了确保即使主路失去电压也不会使系统失去电源，该系统的电源系统设计思路为：电源系统采用两路电源，一路为备一路为主，备用电源从UPS获得，主路电源为厂用220 V供电；控制器及接口电源均采用全冗余、全分散配置，每个用电设备均有且双重化电源装置。当系统发生单路电源故障时，需采取如下处理策略：根据“电源报警”界面确定故障电源位置，对电源柜进行细致检查；如果判断电源柜正常，则检查空气开关、消除短路点或接地点后恢复供电检查确认；如果判断电源柜异常，则断开电源开关，更换相应电源模块并确认无误后上电。（2）接地系统设计。根据火电厂环境的需要，该系统单点介入电厂的接地网络即可，无需每个设备单独接地，只要接地电阻小于100 Ω就能确保系统的平稳运行。该系统的接地原则如下：操作台、打印台和服务柜设有保护地螺钉；仪表柜和手操盘台设有屏蔽地排，并且上有导电螺丝；I/O机柜设有屏蔽地排，并且上有导电螺丝；继电器柜、UPS柜和配电柜设有保护地螺钉；安全栅栏设有屏蔽地排，并且上有导电螺丝。2 火电厂DCS控制系统的人机交互站人机交互站是使用者通过DCS控制系统对被控单元实施分散管控、集中监控的终端站，其由以下3个部分构成：（1）工程师站，负责通过各种应用程序来完成组态编辑，编辑后的组态在控制器里生成程序用以对被控对象实施控制；（2）操作员站，负责在屏幕上显示各类实时数据和信号量，使运行人员能够判定并调整机组运行的异常状况；（3）历史站，负责存储、调阅并分析机组的运行数据，从而确保运行人员全面掌握机组历史运行状况，对机组故障进行准确分析。2.1 工程师站的设计
工程师站的具体功能为：传送表比较、程序比较、与他系比较、PCM/CPU间比较、Loading数据比较、来历比较结果显示、MO比较等比较功能；逻辑编辑、PI/O表编译、逻辑编译预处理、顺序设定执行等编程功能；历史趋势显示、历史趋势编辑、趋势监视、逻辑监视、趋势点号更新处理等监视功能；输入输出清单制作、双重化控制器生产、时间参数一致性检
查等功能管理；系统构成设定、相关子程序登录、传送连接
表设定、TASK登录、Sys.Def编译等系统登录功能。
2.2 操作员站的设计
（1）在线功能。第一，在线监视。在线监视的具体功能包括：
对机组的工作情况进行显示，当机组出现严重告警时及时弹出提示；将被控对象的启停曲线和预先设置好的启停曲线进行对比，对启停时被控对象的偏差值进行观测；按时间顺序对各被控对象的异常进行告警，并且根据告警的严重程度来进行差异化表现；对DCS控制系统的监视和诊断结果进行显示；当工作中有事件发生，则根据预先设置来弹出提示或画面；将采集到的数据绘制成表格，表格一般包含被测单位的编号、代码、命名、单位及实时数据等。
第二，在线记录。在线记录提供趋势记录（根据设定可以对数据进行4h~32 h的保存）、SOE记录、事故追忆记录（对满足触发条件前后一段时间内的数据和信息进行记录）、报表记录、机组负荷曲线记录和信息一览记录等功能。
第三，在线操作。在线操作提供系统图操作端操作（可在监控的同时进行操作）、手/自动控制方式筛选（用按键形式对控制方式实行自动和手动的更改）和固定操作端画面操作等功能。
（2）离线功能。离线功能主要包括数据库组态（实施用户的管控和系统的维护）、操作组态（现场工作人员对被控制单位进行控制的组态）、画面组态（可直观地表示被控过程，并根据系统运行情况对量值进行变化和计算显示）、报表组态、性能计算组态（该组态内的工具可以对数据库组态无法完成的工作进行定义，而且其成果可以输出用以参照，从而提升被控目标的运行质量）及MIS通讯组态。
2.3 历史站的设计历史站的具体功能如下：历史数据组态，可以对历史数据进行直接调出，数字量的采集间隔为1 s，模拟量的采集间隔为1 s、5 s或30 s；将采集到的数据绘制为曲线并显示，从
而帮助工作人员查找事故原因和发生时间；将采集到的历史数据绘制成表格并显示，还可以根据需要对数据进行删除和修改；可以显示30天内的SOR历史数据及事故数据；对历史数据提供自动转储和请求转储等方式，其中自动转储在需要记录数据时自动将数据记录到设定好的默认存储设备，请求转储则是根据需要将数据存储到光盘、U盘、移动硬盘或软盘等存储设备上。3 结语融合无线连接技术、网络技术、现场总线技术、软件技术等新型技术的DCS控制系统，在未来必然会向着开放化（随着工业设备标准化的趋势，厂家的专用配件必然会被淘汰，故DCS控制系统必须要能兼容更多模块）、操作系统的智能化DCS控制系统在Windows操作系统上开发控制，界面更佳友好且操作便捷）及功能的多元化（DCS控制系统在数据处理、
存储和传输等方面的功能日益强大）方向发展，而本文的新型DCS控制系统正是在此背景下开发设计，能够更好地提高火电厂整体自动化水平，节约人工的同时避免人为操作失误。参考文献[1] 甘路.火电厂DCS应用中的相关技术问题探讨[J].科技与创新，2016（6）：158.[2] 刘志，王晓亮.论提升火电厂DCS控制系统可靠性[J].电子技术
与软件工程，2016（19）：1.[3] 王春玲，王志敏，金春林，等.600 MW火电机组DCS组态软硬件设计[J].吉林电力，2018，46（3）：18-20，23.
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