浅谈DCS和PLC在电厂的联合实际应用

2011-02-17付诗琴

中国科技信息 2011年23期

关键词：全厂公用以太网

付诗琴

广东省电力设计研究院，广东广州 510663

浅谈DCS和PLC在电厂的联合实际应用

付诗琴

广东省电力设计研究院，广东广州 510663

DCS和PLC在实际应用中是存在着一定的区别和联系的，不能把两者绝对独立，应该向用户提供最适合其需求的控制系统，将两者的优势结合起来。

DCS；PLC；融合；一体化

引言

对于电厂的控制系统，一般联合采用DCS和PLC这两种方式。DCS作为一个多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制技术，实现了分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便等特点，一般由过程级、操作级和管理级组成。PLC是以可编辑逻辑控制器为基础的新一代工业自动化装置，采用可编程序存储器，是一种专为工业环境下的应用而设计产生的控制系统，一般即为一层网络结构。

DCS在我国发电企业普遍使用，控制范围逐渐扩大，已从早期功能单一的控制系统发展成为综合控制系统。虽然PLC的功能也在向DCS发展，但对于目前的发电企业，主机的控制系统基本上都是采用了DCS，而目前的发展趋势更是辅助控制系统中原先由PLC实现的功能也逐渐由DCS取代完成。由于DCS的系统功能会日益强大，价格日益便宜，这也预示了DCS系统将逐渐取代PLC完成小型系统的控制，实现“集中”控制。

1 发展本质

DCS起始于传统的仪表盘监控系统，比较倾向于PID的算法和数量。PLC来源于传统的继电器，最原始的PLC控制是不能处理模拟量的，这也决定了PLC的控制重点是逻辑运算。

2 应用对象

传统大型机组采用的控制模式是，机组部分采用DCS控制，辅助车间等公用部分则采用PLC控制。而结合最近几年的发展趋势看，近年的电力体制改革，使发电企业竞争逐渐激烈，而提高企业效益的根本就是降低成本、提高效率。因此，实现全厂自动控制系统的集中监控，显得更为重要了。基于这种思路，现在很多电厂将原本属于辅网的一部分公用系统，也纳入了DCS的集中控制范围，一方面实现了减员增效，另一方面提高了运行人员控制水平，集控室的统一监控解决了运行人员联系不及时、难于管理等缺点。

3 现状分析

在大型机组的设计中，目前主要采用的是“两机一控”控制方案，也就是两台机组合用一个集中控制室，实现机电炉的集中控制。每台机组设置一套DCS作为单元机组的主要控制系统，实现MCS、SCS、DAS、FSSS。而两台机组的DCS之间再设置一套公用网络，通过网桥分别和每台机组的DCS联通。一般，空压机、循环水泵房、燃油泵房、公用厂用电源系统，都纳入了公用DCS网络的设计范围内。而全厂辅助车间，则主要采用PLC控制：传统做法是采用“水”（净水系统、废水系统、化水系统；凝结水精处理、化学取样和加药）、“灰”（除灰、除渣、电除尘）、“煤”（输煤系统）控制点组成辅网BOP，在机组集控室的辅助生产系统操作员站进行集中监控。辅助系统的功能一般采用“PLC+上位机”实现，增强了独立系统运行的安全可靠性。

上述主机采用DCS控制、外围辅助系统采用PLC的控制方案，是多年来的常规方案。这种思想的出发点是因为DCS早前都是跟随主机从国外引进的，而进口设备的成本很高，国内DCS技术也还不成熟；而PLC的逻辑控制功能已较为成熟。

然而，辅助系统的PLC装置，一方面型号多样化，一方面由于工作环境相对恶劣导致故障率高、维护量大、备品备件需求多，因此增加了电厂运行成本。

辅助系统如采用集中控制或直接一体化控制，可以实现全厂控制一体化网络，方便了电厂运行人员和检修人员，减少了备品备件的种类和数量，减员增效、提高了效率。如今国产DCS品牌也日益丰富，DCS的造价也在逐渐降低，功能也更加强大。近些年的一些新建机组，主机和外围辅助系统都采用统一品牌DCS系统，实现了全厂控制系统的硬件、软件、信息一体化。虽然存在的形式多种多样，比如全厂DCS设备一致，比如将外围辅助系统引入主控室。

4 特点

首先，对于大部分DCS系统，虽然过程级的通讯协议不相同，但是操作级都选择了以太网作为网络平台，采用TCP/IP协议，方便扩展。在以太网中，控制器作为节点，可以按需要增减数量或改变位置，只要在网络控制的范围内。而PLC系统的扩展需求相对较少。一般PLC是针对设备使用，所以兼容性的需求也相对很少。PLC的控制任务相对简单，一般即为单层网络结构，基本不会涉及以太网。

其次，DCS系统一般都会提供一个统一的数据库。所谓“统一”，即对于数据库中的任何一个已存数据，可以被随时引用，无论是在组态软件、监控软件中，还是在趋势图、报表中。而PLC系统的数据库一般是相对独立的，组态软件、监控软件、甚至归档软件，都有各自的数据库。

再次，DCS的任务周期，是可以设定的，比如对于压力传感器，可以采用较短的采样周期；对于温度传感器，可以采用相对较长的采样周期。而PLC程序是一次性执行完毕后再循环执行的。比较而言，DCS更能合理地按需求协调控制器的资源。

5 一体化趋势

不难看出，主辅一体化的经济效益明显。单元制的辅助系统可以归入相应的机组DCS实现；全厂公用的辅助系统，则可以归入公用DCS实现。各系统可以采用远程IO站或远程IO控制站实现控制功能。全厂一体化，可以提高全厂控制系统的维护效率，减少维护工作量，降低维护成本；可以统一采购设备和备品备件，优化资源配置；可以优化全厂数据共享。

但是，在看到一体化优势的同时，我们也需要考虑到DCS的负荷能力和电厂运行的安全可靠度。全厂一体化，肯定增加了DCS的信息负荷，这在一定程度上会影响DCS系统的数据传输、数据运算和信号处理。此外，在全厂一体化设计中，一旦辅助系统的DCS网络出现故障，则可能导致全厂的辅助系统故障，可能影响到整个机组的运行，这一点不及原先PLC控制时相对独立的各个辅助系统。

另外，从DCS和大型PLC的发展趋势看，两者概念上的界限逐渐淡化，渐趋融合。另一方面，鉴于DCS控制的系统接线工作繁重及其信号传输在可靠性和抗干扰性上的不足，DCS将向FCS方向发展，将模拟量的控制分散到现场仪表，仪表和控制系统之间不再需要电缆连接。PLC也可以实现模拟量的处理功能，部分PLC系统的模拟量处理能力还比较强大；而同时DCS系统的逻辑处理能力也很强劲。这也就决定了DCS和PLC功能的融合发展趋势。目前，大型PLC也和DCS一样，控制器和IO站采用现场总线，采用计算机系统，当存在多台计算机使用时，系统结构和DCS类似，上位机也采用以太网作为网络平台。