一、概述
近十年來，DCS系統(tǒng)在火電廠中獲得了廣泛的應用。目前，1OOMW以上的機組普遍配備了DCS，其控制范圍也由最初的DAS、MCS、SCS、FSSS等基本功能擴展到包括DEH、MEH、ECS、BPC、SOOT(吹灰程控)等子系統(tǒng)在內(nèi)更多的功能。特別是近幾年，絕大多數(shù)機組控制系統(tǒng)除保留少量用于緊急停機、停爐的后備手操按鈕外，整個機組的控制、保護和監(jiān)視功能幾乎全部集中在DCS中。因此DCS的安全性和可靠性對機組的安全運行顯得愈加重要。
DCS的選型和初步設計是保證系統(tǒng)可靠性的第一步，也是關(guān)鍵的一步。目前DCS系統(tǒng)招標普遍采用《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范書(G-RK-95-51)》作為招標文件技術(shù)規(guī)范的范本。該規(guī)范書只對控制系統(tǒng)的性能指標做出了規(guī)定，如對承擔過程控制任務的分散控制單元(控制器、DPU)的負荷率給出了規(guī)定，但未提出數(shù)量要求。在激烈的市場競爭中，部分DCS供貨商往往采取壓縮系統(tǒng)配置數(shù)量的辦法來取得價格的競爭力。減少分散控制單元數(shù)量就是壓縮系統(tǒng)配置的首選，其結(jié)果勢必會造成系統(tǒng)性能指標的降低甚至"危險"的過度集中。
DCS的基本設計思想是分散控制任務而集中監(jiān)視與管理。通過控制功能的分散，降低了由于控制裝置故障而危及被控系統(tǒng)的風險;通過高速通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息的共享和各子系統(tǒng)間的有機協(xié)調(diào);通過集中監(jiān)視與管理最大限度地發(fā)揮控制系統(tǒng)的效能;通過冗余技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性和可利用率。由于DCS分散控制的基本思路未得到足夠重視，分散控制單元數(shù)量不足或功能分配不合理易形成危險集中，甚至釀成嚴重事故。某臺1OOMW機組由于DCS系統(tǒng)的分散控制單元數(shù)量配置不足，鍋爐汽水系統(tǒng)的監(jiān)視、控制和保護功能全部集中在一對DPU中。曾經(jīng)由于這對DPU同時故障，汽水系統(tǒng)的監(jiān)視、操作和保護功能全部喪失，最后導致鍋爐斷水事故。
根據(jù)分散控制單元的處理能力，不同廠家的DCS系統(tǒng)大致可分為大控制器和小控制器兩類。大控制器系統(tǒng)的代表有OVATION、I/A、HIACS等，小控制器系統(tǒng)的代表主要是INFI-90(Sympho-ny)。在激烈的市場競爭中，多數(shù)人的視線集中在設備的價格上，而忽略了系統(tǒng)配置對安全性和可靠性的影響。尤其是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，微處理器的處理能力呈指數(shù)上升，分散控制單元的處理能力也隨著不斷提高。對于采用大控制器的系統(tǒng)，用少量的分散控制單元就完全能達到負荷率等性能指標的要求，而且能夠降低價格，但結(jié)果造成風險過度集中。對于采用小控制器的系統(tǒng)，為了在價格上具有競爭性，也必須盡可能減少分散控制單元的數(shù)量，其結(jié)果是性能指標的降低。為防止發(fā)生以上事情，一般在項目招標過程中要對投標廠家提出控制器配置數(shù)量的要求。但由于各廠家的DCS結(jié)構(gòu)不同，分散控制單元處理能力各異，顯然很難做到要求公平，因此通過對類似機組DCS配置和應用性能的調(diào)研和比較，提出基本的安全準則，是很必要的。
二、安全準則
筆者根據(jù)多次招投標和實際工程經(jīng)驗，從技術(shù)上對分散控制單元的配置和功能分配總結(jié)出如下準則，僅供同行們參考。
1. 分散度準則
對于采用大控制器的系統(tǒng)，可采用 "分散度準則"。即無論分散控制單元的處理能力有多強，必須滿足基本的分散度要求。滿足了分散度的要求后，負荷率自然就不成問題了。為滿足分散度要求，對于30OMW等級機組，按控制功能劃分時，惟薦的配置方案見表1。
其他控制系統(tǒng)納入DCS，如BPC、吹灰程控、公用系統(tǒng)以及其他專用控制功能等，每個子系統(tǒng)都應該采用獨立的控制器。DEH系統(tǒng)如果包含ETS，配置三對控制器，如果不包含ETS，可配置兩對控制器。
如果按工藝系統(tǒng)劃分，一般控制器配置的數(shù)量要略多于按功能劃分所配置的數(shù)量。
2. 負荷率準則
對于采用小控制器的系統(tǒng)，采用"負荷率準則"。即參照某種類型的DCS在類似的工程應用中，I/O點數(shù)和分散控制單元數(shù)量，考察其控制器的負荷率應滿足DCS技術(shù)規(guī)范的要求(如控制器負荷率不大于40%)，確定本工程所需的數(shù)量。對于控制器負荷率的考察應結(jié)合其處理周期(掃描周期)的設置，即模擬量控制系統(tǒng)處理周期不大于25Oms，數(shù)字量控制系統(tǒng)處理周期不大于lOOms，鍋爐保護系統(tǒng)處理周期不大于1OOms，汽輪機保護系統(tǒng)處理周期不大于5Oms。在滿足處理周期的基本要求后，負荷率的計算才是有意義的。滿足了處理周期和負荷率的綜合要求后，分散度自然就不成問題了。為滿足負荷率要求，控制器數(shù)量的確定可參照同等級機組，相同配置規(guī)模的系統(tǒng)。如在下面的實例中，2OOMW等級機組配置了32～38對;5OOMW機組配置了50～54對。
3. 系統(tǒng)獨立性準則
隨著DCS的功能不斷擴大，旁路控制、吹灰程控、ETS等功能也納入DCS。為最大限度地保證系統(tǒng)的安全性，這些納入DCS各子系統(tǒng)應配置獨立的控制器。
4. 功能完整性準則
在滿足系統(tǒng) "分散度準則"和"負荷率準則" 的同時，對于某些功能，應盡可能在一個控制器中完整實現(xiàn)，避免過多地交叉引用數(shù)據(jù)。這樣一方面能夠有效地降低通信網(wǎng)絡的負荷，另一方面能夠盡可能地縮短控制策略和I/O信號的處理周期，有利于提高控制品質(zhì)。例如一般將機爐協(xié)調(diào)控制、鍋爐主控、汽輪機主控、燃料主控等組態(tài)在同一控制器內(nèi)。所以我們講分散控制系統(tǒng)，并不是說控制器越多功能就越強、性能就越好。應根據(jù)機組的控制對象和控制要求，進行優(yōu)化配置。
三、DCS控制器分配實例
下面通過此大型機組DCS系統(tǒng)控制器配置的實例，說明我們在招標過程中對控制器配置的安全準則的要求和實踐。可供同行和有關(guān)部門參考和借鑒。
1. 大型機組DCS系統(tǒng)控制器配置實例
表2～表4為一些大型機組DCS系統(tǒng)控制器配置的實例。表2中I/O總數(shù)為6300點，共配大控制器19對，每面控制柜一對。
2. 某電廠2 500MW俄供超臨界機組DCS控制器(小控制器)功能分配
(1)#1機組(500MW)DCS控制器配置說明：整個DCS系統(tǒng)由MCS、DAS、SCS、ECS、DEH、MEH等系統(tǒng)組成，共有19個模件柜(公用系統(tǒng)1個)、33個端子柜(公用系統(tǒng)2個)以及4個遠程控制混裝柜。系統(tǒng)共配置了52對冗余控制器以及風機間2對冗余遠程控制器、循環(huán)水泵房2對冗余遠程控制器、10只專門用于通信的控制器(非冗余)，整個系統(tǒng)共配置122只控制器。I/O總數(shù)為9000點，詳見表5。
(2)#2機組(500MW)DCS控制器(小控制器)配置說明：整個DCS系統(tǒng)由MCS、DAD、SCS、ECS、DEH等系統(tǒng)組成，共有18個模件柜、31個端子柜、4個遠程控制混裝柜。系統(tǒng)共配置了48對冗余控制器以及風機間2對冗余遠程控制器、循環(huán)水泵房2對冗余遠程控制器、10只專門用于通信的控制器(非冗余)，整個系統(tǒng)共配置114只控制器。I/O總數(shù)為8000點，詳見表6。
3.某電廠225MW供供熱機組DCS控制器(小控制器)功能分配
I/O總數(shù)為7154點，配置76個小控制器(37對+2個)。
四、結(jié)束語
DCS控制處理器是DCS系統(tǒng)的核心部分之一，關(guān)系到系統(tǒng)的安全性、可靠性和控制品質(zhì)?？刂铺幚砥鞯呐渲茫粌H涉及控制器模件，而且涉及通信接口模件、通信網(wǎng)絡接口、系統(tǒng)電源、機柜等一系統(tǒng)列硬件和系統(tǒng)軟件，所以對DCS系統(tǒng)的價格有相當大的影響。我們在進行DCS方案設計以及設備招標時，必須充分注意到控制處理器配置的安全性準則。在比較價格的同時，更要比較系統(tǒng)安全性、可靠性、性能優(yōu)劣等因素，作全面、綜合的評價，這樣才有利于選擇性能、價格比最優(yōu)的DCS系統(tǒng)配置。
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