一、DCS的概述
DCS(Distributed Control System)簡稱分散控制系統(tǒng)，國內(nèi)習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個由過程控制級和過程監(jiān)控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機控制系統(tǒng)，綜合了計算機(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活以及組態(tài)方便。
DCS的結(jié)構(gòu)從下到上分為現(xiàn)場I/O層，過程控制層、機組監(jiān)控層。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，已向上發(fā)展到生產(chǎn)管理層和決策管理層;DCS可以按照需要與更高性能的計算機設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接來實現(xiàn)更高級的集中管理功能，如計劃調(diào)度、倉儲管理、能源管理等。
DCS具有以下特點：
1)高可靠性
由于DCS將系統(tǒng)控制功能分散在各臺計算機上實現(xiàn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用容錯設(shè)計，因此某一臺計算機出現(xiàn)的故障不會導(dǎo)致系統(tǒng)其它功能的喪失。此外，由于系統(tǒng)中各臺計算機所承擔(dān)的任務(wù)比較單一，可以針對需要實現(xiàn)的功能采用具有特定結(jié)構(gòu)和軟件的專用計算機，從而使系統(tǒng)中每臺計算機的可靠性也得到提高。
2)開放性
DCS采用開放式、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和系列化設(shè)計，系統(tǒng)中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實現(xiàn)信息傳輸，當(dāng)需要改變或擴充系統(tǒng)功能時，可將新增計算機方便地連入系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中卸下，幾乎不影響系統(tǒng)其他計算機的工作。
3)靈活性
通過組態(tài)軟件根據(jù)不同的流程應(yīng)用對象進行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規(guī)律以及從圖形庫調(diào)用基本圖形組成所需的各種監(jiān)控和報警畫面，從而方便地構(gòu)成所需的控制系統(tǒng)。
4)易于維護
功能單一的小型或微型專用計算機，具有維護簡單、方便的特點，當(dāng)某一局部或某個計算機出現(xiàn)故障時，可以在不影響整個系統(tǒng)運行的情況下在線更換，迅速排除故障。
5)協(xié)調(diào)性
各工作站之間通過通信網(wǎng)絡(luò)傳送各種數(shù)據(jù)，整個系統(tǒng)信息共享，協(xié)調(diào)工作，以完成控制系統(tǒng)的總體功能和優(yōu)化處理。
6)控制功能齊全
控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實現(xiàn)串級、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測控制等先進控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。
二、電廠DCS的應(yīng)用與發(fā)展
近年來,DCS在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,尤其300 MW及以上容量機組的熱工控制已全面采用DCS控制系統(tǒng)。在汽機、鍋爐等熱力設(shè)備的順序控制、數(shù)據(jù)采集以及爐膛安全監(jiān)控等方面取得了成功的經(jīng)驗,提高了電廠自動化水平和機組運行的安全性、經(jīng)濟性。與之相比,采用一對一用手操方式的電氣控制已顯落后,電氣控制納入DCS。目前國內(nèi)有許多大型火電廠已實施并積累了很多運行經(jīng)驗。
1)DCS應(yīng)用范圍的迅速擴展
20世紀(jì)末，DCS在國內(nèi)燃煤機組上應(yīng)用時，其監(jiān)控功能覆蓋范圍還僅限D(zhuǎn)AS、MCS、FSSS和SCS四項。即使在2004年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)技術(shù)規(guī)范書》中，DCS應(yīng)用的主要功能子系統(tǒng)仍然還是以上四項，但實際上近幾年DCS的應(yīng)用范圍迅速擴展，除了一大批高參數(shù)、大容量、不同控制結(jié)構(gòu)的燃煤火電機組(如浙江玉環(huán)電廠1000MW機組)的各個控制子系統(tǒng)全面應(yīng)用外，脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、空冷系統(tǒng)、大型循環(huán)流化床(CFB)鍋爐等新工藝上都成功應(yīng)用?？梢哉f只要工藝上能夠?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng)，DCS都能實現(xiàn)對其進行可靠控制。
2)單元機組控制系統(tǒng)一體化的崛起
隨著一些電廠將電氣發(fā)變組和廠用電系統(tǒng)的控制(ECS)功能納入DCS的SCS控制功能范圍，ETS控制功能改由DCS模件構(gòu)成，DEH與DCS的軟硬件合二為一，以及一些機組的煙氣濕法脫硫控制直接進入單元機組DCS控制的成功運行，標(biāo)志著控制系統(tǒng)一體化，在DCS技術(shù)的發(fā)展推動下而走向成熟。
由于一體化減少了信號間的連接接口以及因接口及線路異常帶來的傳遞過程故障，減少了備品備件的品種和數(shù)量，降低了維護的工作量及費用，所以近幾年一體化控制系統(tǒng)在不同容量的新建機組中逐漸得到應(yīng)用，如浙江華能玉環(huán)電廠4×1000MW機組、臺州電廠2×300MW機組和安徽鳳臺電廠4×600MW機組均全廠采用西屋Ovation系統(tǒng)，國華浙能寧海電廠4×600MW機組全廠采用西門子公司的T-XP系統(tǒng)，大唐烏沙山電廠4×600MW機組全廠采用I/A系統(tǒng)，國華臺山電廠2×1000MW機組采用北京和利時公司系統(tǒng)，浙江樂清電廠4×600MW機組全廠采用ABB公司的SYMPHONY系統(tǒng)等。 控制系統(tǒng)一體化的實現(xiàn)，是電力行業(yè)DCS應(yīng)用功能快速發(fā)展的體現(xiàn)。排除人為因素外，控制系統(tǒng)一體化將為越來越多的電廠所采用。
3)DCS結(jié)構(gòu)變化，應(yīng)用技術(shù)得到快速發(fā)展
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，近年來DCS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化。過去強調(diào)的是控制功能盡可能分散，由此帶來的是使用過多的控制器和接口間連接。但過多的控制器和接口間連接，不一定能提高系統(tǒng)運行可靠性，相反倒有可能導(dǎo)致故障停機的概率增加。何況單元機組各個控制系統(tǒng)間的信號聯(lián)系千絲萬縷，互相牽連，一對控制器故障就可能導(dǎo)致機組停機，即使沒有直接導(dǎo)致停機，也會影響其它控制器因失去正確的信號而不能正常工作。
因此隨之控制器功能與容量的成倍增加、更多安全措施(包括采用安全性控制器)、冗余技術(shù)的采用(有的DCS的核心部件CPU，采用2×2冗余方式)以及速度與可靠性的提高，目前DCS正在轉(zhuǎn)向適度集中，將相互聯(lián)系密切的多個控制系統(tǒng)和非常復(fù)雜的控制功能集中在一對控制器中，以及上述所說的單元機組采用一體化控制系統(tǒng)，正成為DCS應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的新方向，這不但減少了故障環(huán)節(jié)，還因內(nèi)部信息交換方便和信息傳遞途徑的減少而提高了可靠性。
此外，隨著近幾年DCS應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，如采用通用化的硬件平臺，獨立的應(yīng)用體系，標(biāo)準(zhǔn)化的通訊協(xié)議，PLC控制器額融入，F(xiàn)CS功能的實現(xiàn)，一鍵啟動技術(shù)的成功應(yīng)用等，都為DCS增添了新的活力，功能進一步提高，應(yīng)用范圍更加寬廣。
4)全廠輔控系統(tǒng)走向集中監(jiān)控
一個火電廠有10多個輔助車間，國內(nèi)過去通常都是由PLC和上位機構(gòu)成各自的網(wǎng)絡(luò)，在各車間控制室內(nèi)單獨控制，因此得配備大量的運行人員。為了提高外圍設(shè)備控制水平和勞動生產(chǎn)率，達(dá)到減員增效的目的，隨著DCS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能的提高，目前各個輔助車間的控制已趨向適度集中，
整合成一個輔控網(wǎng)(簡稱BOP 即Balance Of Plant的縮寫)方向發(fā)展，即將相互獨立的各個外圍輔助系統(tǒng)，利用計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行集成，在全廠IT系統(tǒng)上進行運行狀況監(jiān)控，實現(xiàn)外圍控制少人值班或無人值班。
近幾年新建工程迅速向這個方向發(fā)展。如國華浙能寧海電廠一期工程(4×600MW)燃煤機組BOP覆蓋了水、煤、灰等共13個輔助車間子系統(tǒng)的監(jiān)控，下設(shè)水、煤、灰三個監(jiān)控點，集中監(jiān)控點設(shè)在四機一控室里，打破了傳統(tǒng)的全廠輔助車間運行管理模式，不但比常規(guī)減員30%，還提升了全廠運行管理水平。整個輔控網(wǎng)的硬件和軟件的統(tǒng)一，減少了庫存?zhèn)淦穫浼叭粘９芾砭S護費用。由于取消了多個就地控制室，使得基建費用和今后的維護費用都減少。一些老廠的輔助車間也在進行BOP改造，其中浙江省第一家完成改造的是嘉興發(fā)電廠2×300MW機組，取得較好效果。
5)局部系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場總線
自動化技術(shù)的發(fā)展，帶來新型自動化儀表的涌現(xiàn)，現(xiàn)場總線系統(tǒng)(FCS)是其中一種，它和DCS緊密結(jié)合，是提高控制信號傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實時性、快速性和機組運行的安全可靠性，解決現(xiàn)場設(shè)備的現(xiàn)代化管理，以及降低工程投資等的一項先進的和有效的組合。目前在西方發(fā)達(dá)國家，現(xiàn)場總線已應(yīng)用到各個行業(yè)，其中電力行業(yè)最典型的是德國尼德豪森電廠2×950MW機組的控制系統(tǒng)，采用的就是PROFIBUS現(xiàn)場總線。
三、小結(jié)
DCS系統(tǒng)在火電廠發(fā)電機組控制中的應(yīng)用已有10多年的歷史了,而且正在越來越多地得到應(yīng)用。DCS系統(tǒng)是相對于計算機集中控制系統(tǒng)而言的計算機(或微機)控制系統(tǒng),它是在對計算機局域網(wǎng)的研究基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是過程控制專家們借用計算機局域網(wǎng)研究成果,把局域網(wǎng)變成一個實時性,可靠性要求很高的網(wǎng)絡(luò)型控制系統(tǒng),運用于過程控制領(lǐng)域。
（轉(zhuǎn)載）
