伍时颖

实现一种面向DCS控制下的工业电气监控系统设计

伍时颖

（江门市壹泰机电科技有限公司，广东 江门 529000）

随着中国电力电气技术的迅猛发展，不同类型的电气设备数量在工业现场中逐日增加，对设备的实行实时监测成为一个难题。DCS分布式控制系统在电气行业的应用，使监控难的问题迎刃而解。大量的应用实践证明，在未来的电气行业发展中，DCS将成为工业电气监控系统的核心技术。对DCS系统在工业电气监控中的应用进行了论述，提出了电气监控系统设计的整体思路，以期对今后电气监控系统的设计提供有价值的参考。

工业电气监控系统；DCS控制；系统设计；自动化监控水平

DCS控制系统是集网络技术、通信技术、计算机技术、自动控制技术于一体的综合控制系统。对存在的危险进行分散、对控制程序实施优化是该系统的典型特点。DCS控制系统的基础是网络通信，广泛应用在工业系统的监控过程中，具备很强的开放性和计算机的多级性，应用的具体领域包括公共显示仪表计算机、分布式控制、公共控制、集中管理等。本文以火电厂的电力生产为例，详细分析基于DCS控制的电气监控系统的应用以及设计思路。

1 DCS在电气监控系统中的应用分析

1.1 DCS提升自动化能力的应用

近年，在火电站的电力生产中DCS控制系统的应用已经很普遍，几乎所有的电力生产企业都安装了基于DCS控制的电气监控系统。因为DCS系统的特殊功能，电力企业“自动化孤岛”的现象已经大幅度减少，同时也缩减了配套设备的采购数量和种类，自动化控制水平大大提升，企业效益稳步提高。DCS系统在不断升级，已经具备完善的集成功能，包括DAS、MCS、FSSS、SCS等，还包含汽机紧急跳闸、电气控制系统、汽机数字电液控制以及辅助进行车间控制等诸多功能，这些功能完全可以保证复杂条件下生产运行中设备和机组的稳定和安全。目前，一些新的火电站在采购设备时，汽轮机的固定配套设备的首选是DEH，而与PLC形式进行配置的是对独立性和速动性很高的ETS。这种现象表明，DCS在应用过程中会产生和相关分系统软硬件的不协调的现象。因为控制系统不一样的采购渠道，设备的性能和接口存在不一致的问题，由此产生的“自动化孤岛现象”，会严重影响DCS系统性能的提升。在传统的电气控制中必须具备很多的监控运行节点，节点之间经常联系不畅通，数据交换不及时，同时设备检修过程中需要的配件种类和数量繁杂，不仅在管理上相对困难，更会产生很高的维护成本。所以，DCS技术的应用可以解决上述问题。

1.2 DCS分布式控制系统的功能分析

现今，电力企业的电工专业对DCS的应用已经很成熟，完全可以实现电气、机械和锅炉一体化以及全流程的控制功能，为集中监控奠定了硬件基础。分布式控制系统已经突破传统的另一个表现是，电力企业重要控制系统软件和硬件集成已经在DCS中实现。以往的模式中，在采购汽轮机时，厂商在提供相应的硬件时还附带一套独立的DEH控制系统。但基于电力企业内设备增加，要想真正把不同设备之间通信成本降下来，应该考虑控制的集约化。很多大型电力生产企业曾尝试用DCS与DEH系统实施集成管理软件和硬件。但由于种种因素，项目的实施并不顺利。直到2010年后，一些汽轮机厂商才推出了DCS与DEH兼容的控制系统，解决了困扰电力系统多年的问题。如今，DCS系统已经完全将发电机变压器组和辅助电源、DEH和ETS系统集成到自己的系统中，实现了对电气监控系统的全方位控制。

1.3 DCS在脱硫和脱硝系统中的应用

随着越来越高的环保要求标准施行，环境部门对火电厂为主的电力企业提出了更高的烟气排放要求，由此，一些电力企业在安装脱硫设备时，也自觉地安装了烟气脱硝设施，以最大限度地减少废气中的硝化物的含量。在脱硫过程中，与DCS系统的兼容程度还不够，从系统结构进行分析，不管是干法和湿法脱硫，还没有和DCS进行系统兼容，但两者之间的关联是一个电气接口。而在电力生产过程中有两种电烟气脱硝技术，即有选择性的催化和非催化还原法。另外，并没有在脱硝装置中安装检修旁路，在专业分工上，热工值班人员负责脱硝装置的监控与维护。至于怎样探索DCS与脱硝装置实施结合，关键取决于以下两方面的原因：脱硝设施的结构与控制措施和脱硫装置存在很大的差异性；DCS的服务供应商没有开通脱硝装置的业务，而且项目集成经验严重缺乏，虽然部分供应者具备一些经验，但也很难实现系统合并任务。所以，要想实现脱硝装置和DCS的控制兼容，还需要进行很多升级改造。但从未来的角度思考，为了创造电气设备集中监控的方便条件，就算脱硝设备依旧是一套自己的控制体系，但也必须增设I/O接口，真正实现和DCS系统的工作联通，DCS的技术员对脱硝装置直接监控。

2 DCS控制下的工业电气监控系统总体设计

2.1 软件结构的设计

2.1.1 子系统的人机界面

线上和线下是该系统的两个组成部分。线上的实际功能为对现场电气设施实时监控，对系统的控制信息和其他实时数据进行及时显示，确保监控技术人员通过显示屏监控现场设备的工作状态。线下部分特殊功能是对监控系统实施组建配置以及绘制图形，从而科学配置自定义的界面。

2.1.2 子系统的实时操功能

该系统负责对电气监控系统和工作站的实时通信的状况进行实时监控，其详细操作包括属于基础服务范畴的维护信息、检测数据、信息分析及控制指令等。

2.1.3 子系统的报表管理

该系统具备控制与管理系统数据库的功能，工作内容是对繁杂数据的输入输出，同时对顾客需要的数据统计报表进行制作。

2.1.4 子系统的数据库配置

该系统是电气监控系统的核心构造，主要功能是把基础运行数据提供给实时监控功系统，并且以数字化的方式清晰记录站内众多模拟量，有针对性地进行储存，方便技术人员查阅。

2.1.5 子系统的高级应用

该系统是以网络化为基础的电气监控系统的应用，主要是构建网络化的监控系统，促使主站的很多功能都可以在电气监控系统中合理应用。软件结构中的几个重要功能模块如图1所示。

图1 软件结构

2.2 硬件结构的设计

电气监控系统的硬件由4个层级构成，如图2所示。测控层在最底层，该层次包括被监测的现场电气设备。而前置机在测控层的上面，其主要功能是对测控层的相应电气设备进行有效的保护，并且准确分析处理与测控层之间的数据信息。管理层可以通过ＲS485总线接收该信息，然后管理层可通过工以太网与电气主站进行数据传输。

图2 基于DCS控制下的工业电气监控系统硬件结构

3 结束语

显而易见，随着现代电力电气技术的整体发展，电力工业的电气无论是数量还是种类都在显著增加，但从整体状况看，在发电站的电力生产过程中自动化监控水平还有待提高，工业现场无论是软件还是硬件设施都存在不协调的现象，对管理水平和生产效率都有不良的影响。而DCS系统在工业电气监控系统中的广泛应用，基本解决了电气系统监控不到位的难题。并且可以预见，在未来的电力电气发展中，DCS控制下的工业电气监控系通过更科学合理的设计，为工业生产作出贡献。

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TM727.3

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10.15913/j.cnki.kjycx.2020.08.052

2095－6835（2020）08－0120－02

〔编辑：严丽琴〕