DCS分散控制技术在机组电气系统中的应用
发布时间：2010-04-10
来源：中国自动化网
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应用案例
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分散控制系统
导读：
摘 要：主要介绍了电气DCS控制糸坑ECS的组成及其在热电厂电气自动控制系统中的应用，从而有效地提高了整个电气控制的安全性和可靠性，最终实现了电厂的机、炉、电集中管理，协调运行。关键词：分散控制系统，电气DC...
摘 要：主要介绍了电气DCS控制糸坑ECS的组成及其在热电厂电气自动控制系统中的应用，从而有效地提高了整个电气控制的安全性和可靠性，最终实现了电厂的机、炉、电集中管理，协调运行。
关键词：分散控制系统，电气DCS控制系统，集中管理，协调运行
The application of DCS decentralized control technique Oil engine set electricity system
LIANG Bo
Abstract：The composition of Electricity DCS Control System ECS and the application on electricity automatic control system in hot electricitygenerating station were introduced mainly，So as to improve the safety and reliability of the whole electricity control electivdy，and realize in — tegrated management of machine，batch and electricity in electricity generating station ultimately and compatible operation．
Key words：Decentralized Control System（DCS），Electricity DCS Control System（ECS），centralized control，compatible operation
随着计算机技术的发展和应用，新建的发电厂，热工专业已全面在单元控制室采用微机分散集中控制系统（DCS）控制，逐步形成了数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、顺序控制（SCS）、燃烧器管理（BMS）四大系统，为了与热控专业在控制水平上协调一致，共享资源，充分利用计算机技术的先进性，电气专业也越来越多地采用了DCS控制技术，有效提高整个电气控制的安全性和可靠性，从而实现了机、炉、电集中管理，协调运行。
1 分散控制系统（DCS）组态原则
本工程热工控制系统主要由DCS构成，其主要监控范围包括锅炉、汽机、除氧给水等辅助系统。DCS由冗余配置的分散处理单元、数据通讯系统和人一机接口组成，系统按纵向分层．横向按工艺系统划分若干个功能区的分层分散的原则进行组态。系统功能区内的被控对象在DCS硬件组态时保持适当的独立性，以保证单个控制站故障时不影响机组的运行。DCS系统易于组态，易于使用，易于扩展，3套DCS通过网桥进行连接，增加系统灵活性，降低过程控制总线数据通讯负荷，保证整个DCS的可利用率至少为99．9％。
2 电气DCS的监控和控制（ECS）
1）本工程电气与热控合用一套DCS，这种方式达到了机、炉、电控制界面的统一，便于实现全能值班，电气作为一个子系统进入DCS，资源共享。
2）根据本工程的电气主接线和厂用电接线，电气ECS监测和控制的对象主要有：a．发电机一变压器组；b．高压厂用工作及备用电源；e主厂房内低压厂用变压器；d．辅助车间低压厂用变压器6kV侧断路器；e，单元程控电动机；f.保安电源；g．直流系统；h．交流不停电电源。
3）ECS监控的内容和方式。
为完成上述电气控制功能所必需的电气信息量包括：模拟量有电流、电压、有功功率、无功功率、频率、功率因数、有功电能、无功电能等电量和温度等非电量；开关量有断路器、隔离开关以及接地开关的位置信号、继电保护装置动作及报警信号、运行监视信号及有载调压变压器分接头位置信号等。
上述信息量中部分采用硬接线，部分以通信方式送入DCS。
4）ECS网络结构。
a．站控层。站控层负责来自前置层的全部数据的传输和处理功能。
b．现场总线方式间隔层。6kv配电装置现场总线采用双网结构，利用CAN总线方式通过屏蔽双绞线接人通讯管理机。380V配电装置现场总线也采用单网结构，采用MODBUS通信协议，利用RS485接口以屏蔽双绞线方式接入通讯管理机。以上通讯管理机采用MODBUS通信协议，利用RS485接口送入ECS站控层，接入网络结构的物理通道可采用屏蔽双绞线。通信管理机负责把各个保护测控装置的数据整理汇总，再将这些信息上送至EC发变组、起备变和线路保护采用MODBUS通信协议，利用RS485接口送入ECS站控层，接入网络结构的物理通道采用屏蔽双绞线。
c．硬接线方式间隔层。非总线方式进入ECS的电气量信息主要含ECS发出的控制闭锁指令（D0），参与顺序控制的重要断路器状态量（DI）以及其他没有通过总线方式进入DCS的状态量（DI）和模拟量（AI），这些信息量需要通过电缆接到ECS或DCS其他部分的输入饰出接口柜上，输入饰出接口柜均放置在机组电子设备问中。
d．ECS主要功能。数据采集与处理，能通过现场（I／O）测控单元采集有关信息，检测出事件，故障，状态，变位信号及模拟量正常，越限信息等，进行包括对数据合理性校验在内的各种预处理，实时更新数据库，其范围包括模拟量，数字量和脉冲量等。模拟量采集包括电流、电压、有功、无功、频率、功率因数等电量和温度等非电量，并实现如下功能：定时采集、越限报警。数字量采集包括断路器，隔离开关以及接地刀闸的位置信号，保护动作信号、运行监视信号及有载调压变压器分接头位置信号等，并实现如下功能：定时采集、设备异常报警、事件顺序记录（SOE）和操作记录。
脉冲量的采集包括有功电度和无功电度等，并实现如下功能：能连续采集电度脉冲量，能根据各回路PT，CT二次变比及脉冲电度表参数计算并转换为实际电度量进行累加，能对采集的电度量进行分时段和方向进行统计，当系统因故中断计量时，能进行人工置数保证其电量累计的正确性，同时有保护措施，不丢失原累积值，具有与相应模拟量平均值进行校核的功能。智能接口数据：发变组微机保护屏、线路保护屏、起备变保护屏、6kV配电装置、380V配电装置等。
e．监视。在DCS工程师站能通过CRT对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，画面调用采用键盘、鼠标或跟踪球。显示的主要画面如下：电气一次接线图，包括显示设备运行状态、各主要电气量（电流、电压、频率、有功、无功）等的实时值。
f．报警。在DCS工程师站当所采集的模拟量发生越限，数字量变位及计算机系统自诊断故障时进行报警处理。报警方式分为两种：一种为事故报警，一种为预告报警，前者为非操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号，后者为一般性设备变位，状态异常信号，模拟量越限，计算机监控系统的事件异常等。
g．事件顺序记录（SOE）及事故追忆。对断路器位置信号、继电保护动作信号等中断型开关量进行事件顺序记录，事件顺序记录的分辨率不大于1 ms。在出现事故后，能追忆事故前后一定时间内有关开关量的动作顺序和相关重要模拟量的变化情况。h．运行管理功能。DCS工程师站能对设备进行电气设备运行管理，具体为：运行操作指导、事故分析检索、在线设备分析、操作票、模拟操作、自动抄表、其他日常管理，如操作票、工作票管理，运行记录及交接班记录管理，设备运行状态、缺陷、维修记录管理、规章制度等。
i．设备管理。在DCS工程师站能对主要电气设备如断路器、变压器、电动机等运行工况进行监视，例如对断路器累计其正常操作次数和事故开断次数以及开断时的电流，指导设备维护和检修，并计算其使用寿命。
j．性能计算。在DCS工程师站能对采集的数据进行在线计算，电气性能计算的项目主要有：机组发电量、厂用电率、发电成本、发电机功率因素、设备的使用寿命等。
除按运行要求对电流、电压、频率、功率和电能量进行统计分析外，还能在线地按照数值变换和规定时间间隔不断处理和计算下述各项内容：有功、无功、功率因数计算；电能量的分时段、分方向累计及电能量平衡统计；开关投／退及保护动作次数的统计；监控设备投退率计算；全厂发电总有功功率；主要设备运行小时数统计。
防误操作闭锁对于通过CRT、键盘进行的电气操作由系统的软件进行闭锁，防止误操作。
k．人机接口。ECS具有良好的人机联系手段，使运行人员可以清晰方便地了解运行情况，并提供输入手段，实现对电气设备的控制，参数修改等项工作。人机接口设备包括彩色屏幕显示器，功能键盘、汉字打印机。它不但为运行人员提供对发电厂电气设备实时监控的各种手段，而且具有对监控系统在线自诊断，投、退设备的功能。
1．硬件要求。ECS系统硬件选用成熟的、先进可靠的和以微处理器为基础的杭州和利时工业产品设备，系统内所有的模件是固态电路、标准化、模件化和插入式结构，并带有LED 自诊断显示。系统硬件具有较好的可维护性，所有系统模件都能在线插拔。系统硬件具有扩充能力，支持系统结构的扩展和功能的升级，系统硬件接口应采用国际标准或工业标准，支持与其他计算机网络及不同计算机厂设备的互联。
硬件设备能承受GB／T5169．5—1997中严酷等级为20S的针焰试验，设备外壳具有GB 4943—1990规定的V2及以上阻燃等级。m．通信接口。ECS监控系统完成与如下系统和／或智能型设备的通信接口（包括系统的集成及系统的整体调试）。
数字式继电保护装置：1号机组ECS含发变组保护屏1个RS485接口；2号机组ECS含发变组保护屏1个RS485接口；公用ECS含起备变保护屏1个RS485接口。
6kV系统：1号机组ECS含1个RS485接口；2号机组ECS含1个RS485接口；公用ECS含1个RS485接口。
380V系统：1号机组ECS含1个RS485接口；2号机组ECS含1个RS485接口；公用ECS含6个RS485接口。
ECS系统与上述各系统的通信规约执行国标、部标及IEC标准。
3 电气IKN（ECS）控制遵循两条基本原则
1）继电保护、励磁系统调节、自动准同期、故障录波及备用电源自动投入采用专门的装置实现，仅同DCS保持信号联系；
2）机炉电动机的控制、联锁、测量等由热控专业在DCS内实现，保护由电气完成。
参考文献：
[1] 彭毅．建筑电气安装工程中常见问题分析与预防[J]．山西建筑，2007，33（20）：201—202．
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