DCS在电力系统中的应用

郭启山，王兴全

青海金瑞矿业发展股份有限公司，青海 海西 817000

0 引言

DCS（分散控制系统，Distributed Control System）是在计算放大器的基础上利用计算机的模拟运算功能代替原有的模拟计算而开发的控制系统。因综合计算机、通讯、显示和控制等技术而组成的一种多级计算机系统以其分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活和组态方便的独特优势在工业控制领域取得了广泛的应用，特别是在电力系统应用的工业生产中[1]。

目前，DCS特别在300mw及以上容量组的电力系统的应用中发挥着主导优势，在电力系统中，无论是其调度还是管理都需要强大的综合管理和优化控制的功能。这些无不要求电力系统在运行过程中的安全可靠、实时有效和灵活组态、合理配置、保护措施完善，从这些要求来看，DCS控制系统能够很好的满足这些应用要求。因此，研究DCS在控制系统中的应用是非常必要的。

1 DCS控制系统

DCS系统结构主要分为四层结构，即管理层，系统控制层，现场控制层和设备层。

一般制造商生产出的DCS系统会提供除管理层外的其它三层的功能，而通过提供开放的数据库接口连接如ERP、CRM、SCM等第三方管理软件的管理层功能[2]，如图1所示。

图1 DCS系统示意图

管理层主要设备有操作员站和工程师站，与分散性的控制系统交互信息的人机接口设备及监测系统中各部分的运行情况。控制层主要接收现场设备发送过来的信号，按照设定的控制策略算出控制量并送回现场设备中。现场设备层一般位于被控生产过程的附近，是将生产过程中的各种采集物理信号转化为适合传输的电信号。

DCS系统集成了控制和管理功能，并且集成了信息管理功能。信息和集成描述了DCS系统正在发生的变化情况。操作员采集整个设备层的信息数据，这些数据可以以合适的方式在DCS系统中得到体现并帮助操作员清晰方便地帮助决策，得到需要的需求数据。DCS系统已不能完全体现在信息化的控制功能上，而充当了一个发挥信息管理功能的综合信息管理平台。提供整个工业系统工作过程中的信息通道，充分体现了系统的全面性、准确性、实时性和系统性的特点。DCS系统已集成了可编程逻辑控制器（PLC）、采集发送器（RTU）、FCS、回路调节器和各种采集或控制单元等。

2 DCS在电力系统应用功能分析

目前，大型的电力系统机组中大都选用DCS系统。DCS系统在电力系统中的应用中有悠久的历史和广泛的应用。

由于电力系统运行的特殊机理及在目前国民经济发展中的特殊地位。需要一种可靠性的对于大容量、高参数的控制系统，DCS系统完成了这一系列功能，并在电力系统的控制系统的各个领域中得到广泛应用，并且有着扩大的趋势[3]。具体DCS系统在电力系统应用时的结构图示如图2所示。

图2 DCS在电力系统应用图示

在电力系统中，DCS系统应用时通过传感器、变送器将处于设备层中的设备的状态、电量和非电量信号等信息收集到服务器，上传至管理层中的控制计算机上，然后按照预先设定的数学模型进行运算、判断，最后向被控的设备发送控制命令。

DCS系统相当于一种计算机(或微机)控制系统，过程控制专家们利用计算机局域网的技术将局域网变为一个实时性和可靠性的运用于过程控制领域的网络型控制系统。这样的控制系统在电力系统中应用时主要带来如下这些优势[4]:

1）故障分散。DCS系统主要解决集中控制系统中故障集中的致命弱点。在实际电力系统中，DCS出现故障而导致的停运故障等时有发生，其微处理器或多功能控制器所承担的控制任务从地域上越分散，越能做到故障分散，提高了可靠性；

2）降低成本。DCS系统的主要设备都是安装在电子设备室中的，只有现场信号需通过电缆传输到电子设备室。这就减少了电缆的使用量，降低了安装成本。缩小控制室尺寸或控制表盘的长度；

3）减少了体积和种类。DCS对于控制室的体积和表盘尺寸做到了大大的缩减，并且减少了控制系统所需设备的种类数量；

4）开放性。DCS采用软硬件的开放模式及标准化、模块化的设计方式，使其具有方便灵活的特点，可以适应不同的用户需求；

5）协调性。DCS系统中的信息可以共享，采用统一管理、统一调度的模式，提高了工作的效率；

6）可靠性。DCS系统中采用一定的容错机制，硬件采用双重模式，软件采用分段模块化的设计思想。在工作过程中，如果某一单元出现故障，仍能够保持整个系统的完整性，保证整个系统的可靠运行；

7）多功能性。DCS系统实现过程中提供实时参数和历史数据信息的管理，提供性能计算，设备寿命计算等多种功能。

3 结论

综上所述，DCS系统能够解决电力系统工业生产中过程控制传统的传统仪表控制系统难以解决的问题。与传统工业生产中仪表控制系统和计算机集成系统来说，DCS系统相对集中控制的计算机集成系统来说故障分散的，这在许多实际应用生产中具有独特的优势。当然，实际生产中可能还会存在一些实际问题，这需要研究者对于DCS系统进行不断的研究和改进。

[1]陈俊林.计算机在火电厂中的应用[M].北京:中国电力出版社，1996.

[2]侯华发.DCS与PLC的区别及DCS在电力领域的应用[J].工程与建设，2006，20(1):79-80.

[3]常慧玲.现代工业过程控制系统——DCS和FCS[J].科技情报开发与经济，2000(10).

[4]王锦标，方崇智.过程计算机控制[M].北京:清华大学出版社，1992.