梁雪
(國能(福州)熱電有限公司,福建 福清 350309)
隨著市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,電力行業(yè)競爭日益激烈。為推動電廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)營戰(zhàn)略目標(biāo),需應(yīng)用多種新型技術(shù)及系統(tǒng)提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)管理水平。DCS 控制系統(tǒng)是電廠熱工控制工具之一,該系統(tǒng)可提高電廠企業(yè)運(yùn)行效率,確保電廠運(yùn)行安全穩(wěn)定,提高系統(tǒng)管理智能化水平。但DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用及維護(hù)過程復(fù)雜,需要采取針對性的研究。
從我國電廠熱工控制系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際情況來看,具有以下兩點(diǎn)特征。第一,雖然我國DCS 控制系統(tǒng)由專業(yè)技術(shù)人員自主編制而成,但受技術(shù)因素影響,運(yùn)行環(huán)節(jié)精細(xì)化水平仍未達(dá)到預(yù)期,運(yùn)行過程仍存在亟須解決的問題。第二,機(jī)組控制軟件大多由國外引進(jìn)而來。國外自動控制系統(tǒng)研究時間更早,發(fā)展水平相對更高,軟件參數(shù)更加科學(xué),運(yùn)行過程更加穩(wěn)定。受軟件功能及質(zhì)量要求影響,我國絕大部分電廠DCS 控制系統(tǒng)及各軟件大多為國外進(jìn)口。
作為一種新型控制系統(tǒng),DCS 控制系統(tǒng)具有集散性特征,這是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)無法做到的。DCS 控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)衍生而來,可利用軟件環(huán)境更新及工作思維應(yīng)用的措施,實(shí)現(xiàn)管理環(huán)節(jié)及管理流程完善。在局域網(wǎng)影響下,DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)節(jié)更加安全,控制具有時效性,可實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍全方位控制,系統(tǒng)整體均處于被監(jiān)控條件下。
現(xiàn)階段,DCS 系統(tǒng)已在我國電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用,在熱工控制環(huán)節(jié)中取得了矚目的成績。針對火力發(fā)電機(jī)組而言,可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)掌握鍋爐爐膛內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài),收集的數(shù)據(jù)可利用集中處理的方法完成分析。此外,依托DCS 控制系統(tǒng)可強(qiáng)化火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率,使機(jī)組運(yùn)行過程更加可靠,確保熱工控制安全運(yùn)行。但如上文所提,我國應(yīng)用的DCS 控制系統(tǒng)大多為國外引進(jìn),如何使DCS 控制系統(tǒng)滿足我國電廠生產(chǎn)的需求,已成為急需解決的主要問題。
DCS 控制系統(tǒng)共有以下五部分組成。第一,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在DCS 控制系統(tǒng)內(nèi),數(shù)據(jù)采集也被稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在機(jī)組運(yùn)行環(huán)節(jié)中,當(dāng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息完成在線監(jiān)測及處理后,可以通過畫面的方式實(shí)時傳遞,便于工作人員接收信息。此外,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警及制表打印,可提高電廠熱工控制環(huán)節(jié)中DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行精準(zhǔn)度。第二,模擬量控制系統(tǒng)。在DCS 系統(tǒng)內(nèi),模擬量控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)控制及鍋爐控制,控制對象可細(xì)化為汽輪機(jī)側(cè)模擬量及鍋爐側(cè)模擬量。汽輪機(jī)側(cè)模擬量包括給水系統(tǒng)、除氧機(jī)水位等,鍋爐側(cè)模擬量包括氣溫協(xié)調(diào)系統(tǒng)、送風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及蒸汽溫度控制系統(tǒng)等,利用串集的方式可實(shí)現(xiàn)鍋爐給水過程全方位管控。第三,順序控制系統(tǒng)。順序控制系統(tǒng)可結(jié)合規(guī)定運(yùn)行順序,掌握各裝置邏輯關(guān)系及運(yùn)行特點(diǎn),利用操作指令控制機(jī)組內(nèi)各設(shè)備。順序控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)廠房主機(jī)及輔機(jī)監(jiān)控、參數(shù)監(jiān)視及連鎖保護(hù)。雖然順序控制系統(tǒng)極為復(fù)雜,但控制思路相對簡單,應(yīng)用效果優(yōu)越。第四,數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電廠熱控汽輪發(fā)電機(jī)組重要構(gòu)成部分,該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)功率及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在機(jī)組開啟、關(guān)閉及故障條件下,還可實(shí)現(xiàn)控制及保護(hù)。第五,鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)也被稱為燃燒管理系統(tǒng),無論鍋爐處于正常運(yùn)行狀態(tài)、開啟狀態(tài)及關(guān)閉狀態(tài),均可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部燃燒參數(shù)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測,利用邏輯運(yùn)算及判斷等方法使電廠鍋爐始終保持安全的運(yùn)行條件下,熱控效果優(yōu)越。
第一,兼容性更強(qiáng)。在電廠企業(yè)運(yùn)行過程中,需完成多個對象的同時控制。但不同控制對象產(chǎn)生的控制參數(shù)不同,加之干擾源普遍存在,很難實(shí)現(xiàn)電廠自動化控制。干擾源及參數(shù)之間關(guān)聯(lián)不夠明顯,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時,還應(yīng)綜合考量多項(xiàng)要素。而DCS 控制系統(tǒng)則可實(shí)現(xiàn)這一功能,可做到復(fù)雜的高級計(jì)算,控制水平可得到顯著的提高。除此之外,DCS 系統(tǒng)對熱工系統(tǒng)也具有極強(qiáng)的兼容性。第二,遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng)的應(yīng)用?,F(xiàn)階段,部分DCS 控制系統(tǒng)開發(fā)廠商已經(jīng)研發(fā)出了遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng),根據(jù)其工作原理,可將遠(yuǎn)程輸入輸出系統(tǒng)分為三個部分,分別為智能前端、計(jì)算機(jī)適配器及現(xiàn)場通信總線。智能前端也被稱作測控裝置,是一個獨(dú)立的工作系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)電熱阻測量,工作人員可根據(jù)該部分掌握電熱組運(yùn)行狀況。計(jì)算機(jī)適配器具有網(wǎng)絡(luò)管理功能,可完成與總線信息轉(zhuǎn)換。在遠(yuǎn)程智能輸入輸出系統(tǒng)中,現(xiàn)場通信方式為全數(shù)字串行,可利用廣播式完成信息傳遞,也可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)傳遞。不難看出,DCS 控制系統(tǒng)現(xiàn)場管理能力極強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)電熱數(shù)據(jù)獨(dú)立收集,能夠?yàn)楣芾砉ぷ鞯恼归_提供堅(jiān)實(shí)的信息基礎(chǔ)。第三,可實(shí)現(xiàn)全過程監(jiān)控。在電廠企業(yè)經(jīng)營過程中,為提高生產(chǎn)效率,設(shè)備已實(shí)現(xiàn)更新?lián)Q代,且已淘汰部分后備監(jiān)控設(shè)備。針對這一問題,可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)實(shí)施全面監(jiān)控,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)能夠顯示在大屏幕中,技術(shù)人員也可根據(jù)具體需求完成界面優(yōu)化,使工作過程更加快捷便利,電廠管理效率及運(yùn)行過程安全性得到了顯著的提高。針對大型機(jī)組,可應(yīng)用DCS 控制系統(tǒng)完成管理。也可將DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用至輔機(jī)管理環(huán)節(jié)中,將技術(shù)方案與DCS 控制相互整合,降低成本支出,提高工作效率,提升管理環(huán)節(jié)技術(shù)水平。
在DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中,應(yīng)給予現(xiàn)場總布線技術(shù)足夠的重視。在現(xiàn)場總布線過程中,應(yīng)綜合考量多項(xiàng)要素,使DCS 控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備相連接,建設(shè)現(xiàn)場局域通信網(wǎng)絡(luò)。在傳統(tǒng)布線技術(shù)應(yīng)用過程中,DCS 控制系統(tǒng)維護(hù)成本更高,且接口兼容性更低。可將現(xiàn)場總布線技術(shù)應(yīng)用至DCS 控制系統(tǒng)建設(shè)環(huán)節(jié)中,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo),使電廠系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠。在電廠熱工系統(tǒng)運(yùn)行過程中,汽輪機(jī)系統(tǒng)與鍋爐系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的。為實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電廠熱力系統(tǒng)改造升級,應(yīng)建設(shè)以標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線為核心的獨(dú)立的DCS 系統(tǒng),做好布線過程鍋爐系統(tǒng)與汽機(jī)系統(tǒng)的接口預(yù)留。
DCS 控制系統(tǒng)由互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)衍生而來,將高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與DCS 控制系統(tǒng)相整合,可實(shí)現(xiàn)DCS 網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提升,使數(shù)據(jù)傳輸過程更加安全穩(wěn)定可靠。針對電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng),以太網(wǎng)在應(yīng)用過程中存在一定的延遲,且傳輸過程易受網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等因素影響,阻礙DCS 數(shù)據(jù)的傳輸及運(yùn)行。隨著電廠建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,這一問題愈加明顯。針對這一現(xiàn)象,為提高DCS 系統(tǒng)運(yùn)行水平,可采取以下兩種方法。第一,結(jié)合目前應(yīng)用的以太網(wǎng),利用網(wǎng)絡(luò)流量控制技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)加以收集,例如,sFlow 監(jiān)控技術(shù)等,通過采集數(shù)據(jù)分析的方法建設(shè)流量模型,全面掌握局域網(wǎng)數(shù)據(jù)流量情況,完成系統(tǒng)正常運(yùn)行條件下的數(shù)據(jù)收集。第二,實(shí)施通信網(wǎng)絡(luò)升級。淘汰事件觸發(fā)器,應(yīng)用時間觸發(fā)器,使系統(tǒng)運(yùn)行過程中的通信任務(wù)可及時發(fā)送。由全局時鐘控制對發(fā)送過程加以控制,提升信息時效性,降低物理鏈中數(shù)據(jù)使用頻率,提高DCS 系統(tǒng)的運(yùn)行性能及運(yùn)行效果。
首先,當(dāng)輸出模塊及輸入模塊發(fā)生故障問題時,應(yīng)做好系統(tǒng)診斷及維修。在故障診斷及維修時,可利用更換模塊的方式對故障問題加以解決。但部分技術(shù)人員受認(rèn)知水平影響及專業(yè)能力限制,針對內(nèi)部元件老化問題引發(fā)的熱工控制模塊故障問題無法準(zhǔn)確地做出判斷。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中,輸入輸出模塊問題最易發(fā)生。模塊更換十分困難,應(yīng)由專業(yè)人員展開維修。其次,當(dāng)某一設(shè)備或組件發(fā)生故障問題時,相關(guān)工作人員應(yīng)及時地對故障問題加以排查,做好深入分析及研討,利用專業(yè)的方法對問題加以處理。先展開故障診斷,再實(shí)施故障維修,這是一個科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髁鞒?,對工作人員能力要求十分嚴(yán)格。在接收到故障信息后,技術(shù)人員應(yīng)展開安全檢查,隨后實(shí)施技術(shù)維護(hù)。再次,當(dāng)設(shè)備硬盤或冷卻風(fēng)扇出現(xiàn)故障問題時,操作員站將出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象,造成此問題發(fā)生的原因主要是人為操作不當(dāng)或設(shè)備老化。在具體解決過程中,應(yīng)做好控制邏輯修改及軟件更新。除此之外,為提高DCS 控制系統(tǒng)運(yùn)行水平,PID 控制器實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用及推廣。傳統(tǒng)PID 控制器具有延遲低、線性、參數(shù)整定的特征,數(shù)學(xué)模型精確程度也難以得到保障。與其他工業(yè)企業(yè)相比,電廠熱工控制過程復(fù)雜,具有隨機(jī)性、非線性的特征,控制效果仍有待提高。應(yīng)加強(qiáng)傳統(tǒng)PID控制器創(chuàng)新,積極研發(fā)智能PID 控制器。
在DCS 控制系統(tǒng)軟件維護(hù)環(huán)節(jié)中,應(yīng)及時對軟件加以備份存儲,還應(yīng)做好軟件應(yīng)用環(huán)節(jié)信息記錄,提高信息的準(zhǔn)確程度,使記錄過程更加標(biāo)準(zhǔn),定期展開軟件功能檢測。針對各個級別的權(quán)限檢測,應(yīng)給予足夠的重視程度。如有特殊需求,還應(yīng)對軟件加以更新或修改。針對部分處于運(yùn)行狀態(tài)或維護(hù)狀態(tài)的設(shè)備,應(yīng)用科學(xué)有效的方法對其加以隔離。操作站在運(yùn)行過程中易出現(xiàn)故障,不僅需要做好故障排查及維修,還應(yīng)確保操作人員檢測工作的全面落實(shí),以維持操作站的穩(wěn)定運(yùn)行。針對部分無法解決的故障問題,應(yīng)根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況,應(yīng)用專業(yè)的方法對其加以檢查。如操作員站出現(xiàn)無法解決故障的問題,則需應(yīng)用斷電或調(diào)節(jié)電路控制器的方式停止運(yùn)轉(zhuǎn)。為使安全信息實(shí)現(xiàn)共享,故障問題統(tǒng)一處理,應(yīng)加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全管理,做好監(jiān)測預(yù)警通報(bào),定期展開事件調(diào)查等工作。此外,還要做好全員網(wǎng)絡(luò)安全宣傳。在軟件管理與維護(hù)過程中,部分管理人員注重后續(xù)管理,忽視了提前預(yù)防。應(yīng)建設(shè)技術(shù)預(yù)防及操作預(yù)防制度,在完善技術(shù)防線的基礎(chǔ)上,避免受內(nèi)部人員工作疏忽影響,造成軟件系統(tǒng)存在故障。強(qiáng)化確認(rèn)安全意識培養(yǎng),定期展開安全意識培訓(xùn)活動,通過考核等手段使全體人員養(yǎng)成安全理念,提高全體人員安全防范能力,促進(jìn)安全意識深入人心,積極建設(shè)堅(jiān)固的安全防線。
綜上所述,DCS 控制系統(tǒng)已在電廠熱工控制環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用,電廠生產(chǎn)效率及生產(chǎn)質(zhì)量得到了顯著的提高。但需要注意的是,DCS 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,應(yīng)用及管理維護(hù)難度大。技術(shù)人員應(yīng)充分掌握DCS 控制系統(tǒng)特征及組成,加強(qiáng)DCS 控制系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)化及完善,從硬件及軟件角度入手,提高DCS 控制系統(tǒng)管理維護(hù)水平,確保DCS 控制系統(tǒng)的重要作用及價值得以發(fā)揮。