摘要：提出了火電廠電氣控制進(jìn)入DCS的目標(biāo)：完善和提高電氣控制運行的監(jiān)控能力和水平；提高電氣控制系統(tǒng)的可靠性和單元機組達(dá)到*集控運行能力．分析了用DCS實現(xiàn)電氣控制各個項目的特殊性和可行性；探討了火電機組電氣控制進(jìn)入DCS的控制系統(tǒng)構(gòu)成方式．
　　　　
　　1、電氣控制進(jìn)入DI的目的
　　
　　1）完善和提高電氣系統(tǒng)的運行監(jiān)控能力和水平．整臺發(fā)電機組都采用現(xiàn)代化工具和手段實現(xiàn)高水平和完善的監(jiān)控，更有利于實現(xiàn)整個發(fā)電機組的綜合自動化，提高管理水平．目前，電氣系統(tǒng)重要的運行參數(shù)和狀態(tài)顯示及操作已進(jìn)入DCS，實現(xiàn)了DCS對電氣系統(tǒng)的監(jiān)視與控制，很好地實現(xiàn)了整個機組（機、爐、電）的綜合自動化和廠級運行管理．
　　
　　2）提高電氣控制的可靠性．一是由于DCS自身具有很高的可靠性，而且可以通過配置冗余等形式的控制系統(tǒng)替代原有的固態(tài)邏輯和繼電器，提高控制的可靠性；二是可以省去大量操作終端，避免如硬接線、開關(guān)、按鈕等引起的故障；三是由于內(nèi)部構(gòu)成大量的聯(lián)動邏輯，設(shè)置了操作閉鎖和操作準(zhǔn)許檢查邏輯，減少了人為誤操作的可能性。
　　
　　3）達(dá)到*集控運行的能力．由于全部電氣的操作、監(jiān)控都進(jìn)入了DCS中，并與機組控制構(gòu)成綜合自動化系統(tǒng)，使運行人員可以在任一DCS的終端（CRT）上，對包括電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整個機組進(jìn)行監(jiān)控和干預(yù)，使單元機組具有了以1名主值班員配若干輔助值班員進(jìn)行運行監(jiān)控的真正集控運行能力．
　　
　　2、電氣系統(tǒng)控制的特點
　　
　　1）電氣系統(tǒng)的測量量是電流、電壓，其他參數(shù)如電度、功率、電抗、相位等都屬于電流、電壓的二次參數(shù)．測量的手段為PT、CT以及相應(yīng)的電量變送器，狀態(tài)測量只有開關(guān)的輔助接點，電氣控制對象是斷路器、開關(guān)、接觸器，但對控制系統(tǒng)的輸出直接動作的是電磁線圈．從輸入、輸出看比較簡單，但是它們交叉在交流回路中，就對控制裝置提出了更高的抗干擾要求．特別是對那些輸入?yún)⒘窟M(jìn)行內(nèi)部的二次運算處理比較麻煩，專業(yè)性也很強，這是電氣控制系統(tǒng)從輸入上對控制裝置提出的特殊要求．目前的DCS裝置還不具備直接接受PT、CT信號和進(jìn)行電氣系統(tǒng)要求的二次參量特殊處理的能力，通常只能接受變送器的信號．
　　
　　2）電氣參量的變化速度和異常狀態(tài)的發(fā)展速度是ms級的，保護(hù)、連鎖系統(tǒng)邏輯運算、輸出動作也必須是ms級的．因此，電氣控制對自動化裝置本身的信號采集、運算處理速度要求也很高．如果要讓DCS完成這些功能，則必須加快局部過程控制站的處理速度，過程控制站的處理速度加快，則處理能力和容量降低，必將導(dǎo)致硬件增加或者影響到其他功能的正常實現(xiàn)．
　　
　　3）電氣控制專項的功能．如發(fā)一變組、發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)、故障錄波、發(fā)電機自動同期等，其內(nèi)部功能運算處理有很強的專業(yè)性，目前DCS內(nèi)部可調(diào)用和組合的功能很難*這種要求．
　　
　　4）電氣系統(tǒng)運行過程中操作量極少，過程參數(shù)的調(diào)節(jié)也很少，除勵磁電壓外幾乎沒有可調(diào)節(jié)的量，運行過程的異常狀態(tài)大都是由保護(hù)裝置自動處理的．電氣系統(tǒng)的正常操作是對電氣局部系統(tǒng)和裝置的切投、運行方式的切換．這類操作頻率低，操作的速度響應(yīng)要求也不高，但是對操作的準(zhǔn)確性要求高．
　　
　　5）隨著微電子技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)在電站的廣泛應(yīng)用，電氣控制裝置的數(shù)字化、微機化已有長足的發(fā)展．針對電氣控制系統(tǒng)特點，開發(fā)研制的以微處理機為核心的電氣控制裝置，如微機發(fā)一變組保護(hù)裝置、微機勵磁調(diào)節(jié)裝置、微機故障錄波器、微機自動同期裝置等．經(jīng)過多年反復(fù)的研制、試驗、完善，其性能、功能、實用性比I）CS更適合電氣系統(tǒng)，可靠性也已不低于DCS．
　　
　　3、控制方式探討
　　
　　結(jié)合DCS及電氣控制系統(tǒng)與裝置的現(xiàn)狀，可以得出DCS實現(xiàn)電氣控制的基本原則應(yīng)該是，電氣控制的核心功能要充分應(yīng)用原有的微機數(shù)字化裝置來實現(xiàn)．如發(fā)一變組保護(hù)、發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)、故障錄波等，這些裝置和系統(tǒng)的工作狀態(tài)、動作結(jié)果、經(jīng)過裝置處理后數(shù)字化的輸入信息，就是通過通訊方式送人DCS中的。同時要保證這些控制系統(tǒng)在功能上自成安全獨立運行的體統(tǒng)，脫離DCS，無須外部干預(yù)就可以保證電氣系統(tǒng)運行安全．
　　
　　目前DCS已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，就應(yīng)該在DCS中實現(xiàn)，許多廠家的DCS中已有相應(yīng)的模件，而且這些功能的實現(xiàn)和汽輪機的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）密切相關(guān)，使用D實現(xiàn)這些功能有利于減少通訊量和I／0點，更經(jīng)濟(jì)可靠一些．系統(tǒng)和裝置各自的投切邏輯，可以選用PLC實現(xiàn)．這一類控制邏輯關(guān)系比較簡單，但I(xiàn)／O量比較大，使用PLC比較經(jīng)濟(jì)，而且可以和I）CS進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊．為了提高可靠性，可采用冗余方式配置控制系統(tǒng)，而內(nèi)部的運算速度可以人為設(shè)置．另一方面，在新建工程中，當(dāng)DCS沒有完善前，還可以通過PLC的面板操作鍵盤或者隨機帶的編輯器，對控制對象進(jìn)行臨時操作，作為畫面操作的后備．
　　
　　電氣系統(tǒng)（包括上述各功能系統(tǒng)）的運行狀態(tài)、運行過程的參量以及電氣系統(tǒng)其他運行信息的顯示、報警、記錄，都在DCS中進(jìn)行和熱工信息一樣的處理，實現(xiàn)畫面顯示、聲光提示和打印輸出；各種遠(yuǎn)方操作進(jìn)入DCS，通過CRT進(jìn)行鼠標(biāo)操作，并可以在DCS中設(shè)置操作準(zhǔn)許、閉鎖等防誤邏輯．除發(fā)電機主開關(guān)、滅磁開關(guān)跳閘按鈕、發(fā)電機功率儀表等后備設(shè)備外，可以取消電氣操作臺盤．電氣系統(tǒng)進(jìn)入DCS的輸入信息和I）CS輸出的指令應(yīng)當(dāng)盡量采用通訊方式進(jìn)行，這樣有利于節(jié)省DCS的I／O點硬件和電纜．另外，輸入I3C5的這些信息，將用于機組綜合控制和全廠信息系統(tǒng)．如機組自啟?？刂葡到y(tǒng)，在機組啟動前，綜合檢查包括電氣系統(tǒng)在內(nèi)的整個機組的啟動條件，當(dāng)汽輪機接近額定轉(zhuǎn)速時，啟動勵磁系統(tǒng)，定速后啟動自動同期裝置，進(jìn)行發(fā)電機與電網(wǎng)并列；到一定負(fù)荷時再自動或由運行人員干預(yù)進(jìn)行廠用電的切換；停機時主控回路發(fā)出相應(yīng)指令，直到關(guān)閉電氣系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)這樣進(jìn)入DCS具有如下特點．
　　
　　1）可以*達(dá)到前面討論的電氣控制進(jìn)入DCS的目的．
　　
　　2）實現(xiàn)了另一種形式的分散控制，即信息集中．雖然這種分散控制系統(tǒng)的構(gòu)成是由不同廠商的設(shè)備組成的，但是，只要處理合適，解決好通訊問題，這樣構(gòu)成的整體控制系統(tǒng)也是真正的分散控制系統(tǒng)．
　　
　　3）充分發(fā)揮出了專門控制裝置的優(yōu)勢和數(shù)字化裝置的通訊優(yōu)勢，使系統(tǒng)總體構(gòu)成更合理、實用、經(jīng)濟(jì)，可靠性更高．
　　
　　4）電氣控制和熱工控制的界面仍比較清晰，便于按傳統(tǒng)的專業(yè)化系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)試、維護(hù)和檢修。
　　
　　4、DCS網(wǎng)絡(luò)配置
　　
　　DCS網(wǎng)絡(luò)在結(jié)構(gòu)上解決了傳輸介質(zhì)或傳輸設(shè)備故障后引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)連通問題，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性．采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，在環(huán)網(wǎng)的基礎(chǔ)上又加了一道保險，形成冗余容錯網(wǎng)．采用光纖作為傳輸介質(zhì)，解決了通訊電纜抗電磁干擾性能差的問題，也為建立遠(yuǎn)程控制器之間的通訊創(chuàng)造了條件．網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示，圖1為某DCS控制系統(tǒng)，圖2為IsA總線．在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的分布上，遵循節(jié)點間點對點通訊相對獨立的原則．以太網(wǎng)交換機具有根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的地址對各端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行分流的功能，而不像網(wǎng)絡(luò)集線器（HUB）那樣，各個端口上充斥著相關(guān)與無關(guān)的數(shù)據(jù)包．冗余DPU之間存在著點對點的實時數(shù)據(jù)跟蹤和拷貝．通過將相關(guān)的冗余DPU連接在同一交換機上，各個冗余DPU之間的點對點數(shù)據(jù)傳輸在本地的交換機上直接轉(zhuǎn)發(fā)，減輕了主干網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。　　
　　5、需要注意的若干問題
　　
　　1）系統(tǒng)設(shè)計的配合問題．在傳統(tǒng)的DCS設(shè)計中，DCS結(jié)構(gòu)設(shè)計、容量、規(guī)模選擇、功能分配與D廠家的技術(shù)聯(lián)絡(luò)都是由熱控專業(yè)完成的，電氣專業(yè)和熱控專業(yè)的配合很少．原先部分電氣量進(jìn)人DCS，是由電氣專業(yè)設(shè)計變送器，選好狀態(tài)，列出清單、明細(xì)，交由熱控專業(yè)進(jìn)行分配．實際上這些進(jìn)入DCS的量，電氣的專業(yè)性很弱．而電氣控制進(jìn)入D（后，部分邏輯功能要在I）（中實現(xiàn)，有些電氣專業(yè)性很強的功能，特別是機組綜合控制的邏輯功能設(shè)計、電氣控制功能在DCS中的分配、位置選擇等，必須要由2個專業(yè)共同配合完成．電氣專業(yè)還必須和DCS廠家配合，進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)談判，深人了解DCS的特點，提出電氣控制進(jìn)入DCS的特殊要求，以便DCS的生產(chǎn)廠家在硬件配置、軟件制作、系統(tǒng)功能組態(tài)時考慮．另外，還要負(fù)責(zé)DCS和獨立的電氣控制裝置的數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的建立等工作．
　　
　　2）電氣控制功能的分配．電氣系統(tǒng)的控制邏輯、參數(shù)設(shè)置、固定的東西多，一次調(diào)試合適后重復(fù)的工作少，而且一個系統(tǒng)運行（帶電）后，可能很長時間或多年不允許退出；而熱工的控制邏輯和設(shè)計參數(shù)變化的東西多，重復(fù)工作多，任何一處功能或者任意一個整定參數(shù)的修改，必須由工程師站對過程控制站進(jìn)行代碼的傳輸．