《计算机控制技术》课程论文.用DCS来实现发电厂电气监控的设计班级：电气09-2学号：姓名：时间：2012/12/30《计算机控制技术》课程设计任务书题目：用DCS来实现发电厂电气监控的设计设计要求：1、简述DCS原理2、简述发电厂电气监控原理3、对DCS的系统结构进行初步设计4、对发电厂电气监控系统进行初步设计5、选择电气监控系统接入DCS的方式6、对用DCS实现发电厂电气监控进行初步的总体方案设计时间安排：2012/12/24 确定设计题目2012/12/25 进行相关资料收集2012/12/26 对收集的资料进行整理2012/12/27 开始着手设计2012/12/28 完善设计2012/12/29 完成设计论文2012/12/30 对论文进行差错，上交论文用DCS来实现发电厂电气监控的设计广东石油化工学院电气09级2班张鹏摘要：DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已近二十来年，而且正在越来越多地得到应用。

本文对DCS和发电厂的电气监控系统进行了初步的介绍，然后对其分别初步进行系统结构的设计。

最后通过采用硬接线+现场总线的方式将电气监控系统接入DCS，初步设计了总体的用DCS实现发电厂电气监控的结构方案。

关键词：DCS 发电厂电气监控一、DCS的简介集散控制系统(DCS，Distributed Control System)是相对于计算机集中控制系统而言的计算机控制系统,它是在对计算机局域网的研究基础上发展起来的,是过程控制专家们借用计算机局域网研究成果,把局域网变成一个实时性,可靠性要求很高的网络型控制系统,运用于过程控制领域。

它集计算机、通信、图形显示和控制四大技术于一体的自动化综合系统，他基于控制功能分散、操作管理集中、信息共享的原则，具有运算能力强、实时、可靠和精度高、操作简单、检修维护方便、人机界面友善等的特点，可以方便地用于工业装置的生产控制和经营管理，在电力、化工、冶金等流程自动化领域的应用已经十分普及。

近20多年来，由于微电子技术和计算机技术的飞速发展以及工业自动化要求的逐步提高，DCS经历了几个阶段的发展过程，结构日臻完善，技术更加成熟，已经成为生产自动化不可缺少的自控装置。

DCS硬件方面广泛采用技术指标更先进的高档工业PC，有的甚至采用了RISC工作站；软件方面引入了通用的商业化软件包，系统互连方面采用国际标准的通用网络，逐步向信息集成的方向发展DCS系统在热工专业多年来已积累了丰富的经验，现行的“2000年燃煤示范电厂”自动化设计和目标也要求大型火力发电厂电气控制系统全面进入DCS，因此在火力发电厂中电气监控系统采用DCS已成为今后发展的方向。

二、发电厂电气系统监控系统（ECS）介绍应用计算机、测量保护与控制、现场总线技术及通信技术，实现发电厂电气系统的运行、保护、控制、故障信息管理及故障诊断、电气性能优化等功能的综合自动化叫电气系统监控系统（ECS）。

电气系统监控的组成：从大的方面来划分，电气设备监控系统可以分为两大监控单元组：即发电机—变压器监控单元组和厂用电源监控单元组，而检测范围除包括此两大单元组外，还应包括单元机组直流系统、UPS和保安电源系统等。

两大监控单元组的功能1、发电机—变压器监控单元组：发电机—变压器监控单元组应能实现程序控制和软手操控制，使发动机由零起升速、升压直到并网带初始负荷。

根据实际运行水平和设备可靠性，机组顺控并网应该设置间断点，分步进行，即：第一步由DEH零起升速至额定；第二步，启动并网，主要完成并网前的准备工作，如投退相关保护压板，投入灭磁开关等；第三步，升压过程，DCS将投入AVR，通过AVR自动励磁调节器完成发电机零起升压至额定电压；第四步，完成并网，主要检查定转子的接地情况，投入ASS自动准同步装置(发电机与电网的同步是由同步装置自动实现的)，在同步过程中通过DCS控制AVR、DEH，当同步条件满足时，向发电机断路器发合闸指令，在同步合闸成功、发电机电负荷达到一定值之后，DCS将高压厂用电系统快速从起／备变切换到高压工作厂变上。

机组顺控解列操作大致与此相反：即机组正常停运时，DCS 控制降低机组负荷，当机组负荷降到某一定值时，DCS将高压厂用电系统快速切换到起／备变系统供电；当机组负荷继续降到零，跳开主开关，联跳汽轮机(主汽门关闭)，发电机灭磁。

2、厂用电源监控单元组：厂用电源监控单元组主要包括高压厂用电源系统、低压厂用电源系统及保安电源系统以及需要在集控室控制的和参加机炉辅机程控的高、低压电动机等的控制。

厂用电系统在起动停止阶段和正常运行阶段应能实现程序控制和软手操控制，即在机组启动时通过起动／备用变压器向厂用负荷供电；在机组正常用电时，由高压工作厂变供电并经低压厂变向400V MCC低压负荷供电以启动机组所必须的辅机；在厂用电消失时，为了保护设备和系统的安全，厂用电快速切换装置应快速将厂用工作负荷自动切换至起／备变；当确认保安段母线失压后，应启动事故备用柴油机供电以保证设备安全。

三、DCS系统结构设计电气系统纳入DCS应达到的控制水平及技术要求1、机组整套启动时从锅炉点火至发电机并网带初始负荷够实现全过程的自动程序控制或机组停机时DCS能安全停机。

2、机组自肩停控制的要求：机组正常起动时，当发电机达到额定转速时，DCS将投入AVR。

当发电机电压达到额定值时，DCS将投入同期装置。

发电机与电网的同期是由同期装置自动实现，在同期过程中通过DCS控制AVR、DEH，当同期条件满足时，向发电机断路器发合闸指令。

在同期合闸成功，发电机电负荷达到一定值之后，DCS将高压厂用电系统快速从启备变切换到高压厂变上。

机组正常停机时，DCS控制降低机组负荷，当机组负荷降到某一定值时，DCS将高压厂用电系统快速切换到启／备变系统供电；当机组负荷继续降到零，跳开主开关，联跳汽轮机(主汽门关闭)，发电机灭磁。

3、对于厂用电源系统控制的要求：在机组启动时通过启／备变向厂用负荷供电；在机组正常用电时，由厂变供电并经低压厂变向400VMCC低压负荷供电以启动机组所必需的轴机；在厂用电消失时，为了保护设备和系统的安全，厂用电快切装置应快速将厂用工作负荷自动切换至启／备变；当确认保安段母线失压后，应启动事故备用柴油机供电以保证设备安全。

4、依据以上控制水平的要求，电气监控纳入DCS技术的要求是：1)发电机系统能实现程序控制和软手操控制使发电机由零起升速、升压直到并网带初始负荷。

2)厂用电系统能按启动／停止阶段和正常运行阶段的要求程序控制和软手操来实现。

3)能实时显示和记录上述发变组系统和厂用电系统的正常运行、异常运行和事故状念下的各种数据和状念，并提供操作指导和应急处理措施。

．4)单元机组(炉机电．)实现全CRT监控。

5、对DCS软件、硬件要求为了较好地说明电气纳入DCS对软件、硬件的要求，特别是为了对软件作进一步的详细说明，拟定工程规模为2台单元机组，电气主接线采用发电机一变压器组单元接线，接至220kV／500kV配电系统，主厂房6kV高压厂用母线采用设两工作段及专用公用段的接线方式。

6、对硬件配置的要求按传统功能划分，电气纳入DCS监控之后，其功能可分为数据采集(DAS)和顺序控制(SCS)两部分，由于电气量同热工量相比并没有特别的要求，而相对动作速度快、可靠性高的控制功能通过保留的电气专用装置来实现，因此原则上对DCS的硬件无特殊要求。

对硬件的配置要求同热工一致，其功能分别融入DCS的功能之中。

但基于历史的原因DCS由热工人员负责，而热工人员对电气的控制原理知之不多，在设计、调试、生产维护等各个环节中，这部分工作仍需电气人员来完成。

加上在工程建设过程中电气有关厂用电受电部分需提前调试投入运行，在电气的控制功能部分即顺序控制(SCS)仍建议设置电气单独的控制器，便于实际工作的顺利进行。

其数据采集部分要求同热工融为一体。

5、对软件功能描述：主要对数据采集系统DAS功能和顺序控制系统SCS(G／A)功能的描述。

6、DCS系统结构设计如图1图1 DCS系统结构设计四、电气监控系统的设计第一层：间隔层。

这一层主要要求为完成各种专业化功能的智能装置，需要包括：厂用电中压6KV／10KV系统系列保护测控装置、厂用电低压400V系统系列智能控制器及测控装置、厂用电源快速切换装置、低压备用电源自投装置、自动准同期控制装置、小电流接地选线装置、直流接地选线装置等。

这些智能装置通常都以嵌入式软硬件技术开发，有CPU、A／D、RAM、EEPROM、现场总线或以太网对外通信接口等。

第二层：通信管理层。

这一层要求包括通信网络及通信管理装置，主要要求完成与上述各种智能装置、DCS系统、电气后台监控系统、发电厂其他智能设备(如发电机保护、励磁调节装置等)、发电厂其他系统(如厂级监控系统SIS)的通信。

通信方式采用工业以太网和现场总线，如PROFIBUS、CAN等，通信管理装置实现不同现场总线接口标准的互联以及不同通信规约的转换。

第三层：站控层。

这一层主要要求包括后台监控系统计算机硬件和各种专业应用软件，硬件有服务器、工作站等，应用软件包括SCADA(数据采集和监控)、厂用电抄表、录波分析、电动机故障诊断等各种基础应用及高级应用功能软件，以及后台系统与发电厂其他管理系统间的通信接口软件。

图2 电气监控系统的设计五、电气监控系统接入DCS的方式选择硬接线十现场总线通信方式的电气监控系统（ECS）一般采用分层分布体系结构，系统分为站控层、通信层和间隔层3层，系统网络结构如图所示。

站控层一般采用客户服务器的分布式结构，由服务器、操作员工作站、维护工作站和通信网关等组成，构成电气系统监控、管理和与DCS等自动化系统互联的中心，虽然电气系统的大量信息通过通信方式接入DCS，但主要用于监控功能，DCS并没有开发针对电气的高级应用软件，这是由DCS的定位决定的。

通过ECS的站控层相对独立地实现对电气系统的监控，不仅提供了DCS的后备控制手段，还通过对大量基础信息的分析处理，实现了诸如事故追忆、保护定值管理、录波分析等复杂的电气维护和管理工作，为电气系统的运行、维护和管理提供了专用的平台，这是ECS的重要价值之一。

图3 硬接线+现场总线通信方式通信层一般以通信管理机为核心，对信息起到分组和上传下达的作用，通过100Mbit/s以太网接入站控层的实时主干网，厂用电综保装置通过RS-485或现场总线接入通信管理机，对于除厂用电综保装置外的第三方智能电气设备，一般通过通信管理机实现通信接口和协议格式的转换，从而实现完整的电气系统联网。

同时，通信管理机可经串行接口与机组DCS的分布式处理单元(DPU)相连，进行信息交换。

间隔层包括分散安装的厂用电综保装置(例如电动机保护测控装置、低压变压器保护测控装置等)、380V电动机控制器、发变组保护、厂用电快切装置等智能电气设备，完成对电气系统现场信息的采集、保护、控制和数据通信等功能。