电厂辅助车间控制方式比较与选择

孙晓红

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东广州510663）

摘要：针对当前电厂建设特点，对辅助车间控制系统及其辅助系统控制网（BOP）选择DCS还是PLC技术进行比较，并提出建议。

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关键词 ：辅助车间；控制方式；DCS；PLC；方案比较

1DCS及PLC介绍

近年来，随着分散控制系统DCS的价格走低，越来越多的电厂开始采用分散控制系统来实现辅助车间的控制。DCS为分散控制系统（DISTRIBUTEDCONTROLSYSTEM）的英文简称。它以屏幕显示、计算机技术、控制技术和网络通信技术为基础，突出数据共享、控制功能分散、危险分散、管理和显示集中的设计理念。DCS控制器内部固化有多任务按优先级抢占方式调度的实时操作系统。在每一调度周期，只有当前申请运行的最高优先级任务可以获得CPU控制权，并投入运行。更高优先级任务可以打断较低优先级任务的运行，抢占CPU控制权。

PLC是模仿原继电器控制原理发展起来的，一个PLC控制器可以控制若干个顺序控制任务同时运行。PLC每完成一次全部顺序任务程序步，称为一个扫描周期，其扫描周期在1ms到几十毫秒之间。

2辅助车间控制系统采用PLC或DCS方案比较

2.1DCS的多任务运行环境更适合电厂应用

DCS和PLC的任务调度方式不同，DCS的多任务运行环境更适合电厂应用。

PLC控制器对突发事件的实时响应能力不如DCS高，其采用固化的、按预先设定的步序和循环调度的方式来保证系统运行的高可靠性。当CPU负荷较大时，PLC往往不能及时响应通信请求。且随着PLC的工作负荷增加，其实时性迅速下降。

DCS的特点是系统实时响应能力强，但因其实时操作系统内部任务调度和共享资源管理复杂，系统理论可靠性相对PLC略低。但多年来投运的机组证明DCS实时操作系统及应用软件已经成熟，系统可靠性不亚于PLC，而其固有的强大多任务实时响应能力相比PLC更加适合于工业控制应用。

随着竞价上网、大客户直供电的推行，为确保供电质量和提高经济性，对辅助车间控制系统的实时性要求迅速提高，要求各相关控制系统的数据交换能及时、完整，对控制设备操作灵敏、反应迅速、处理正确、纪录准确，常规PLC控制器已难以保证控制系统的实时响应能力。

2.2系统冗余能力比较

冗余配置技术在DCS中得到充分体现，其部件的冗余配置价廉便捷，配置时通常包含操作员站、服务器、控制器、网络、电源、模件等主要部分。由于传统使用习惯和技术原因，PLC控制器较少采用冗余配置。

系统冗余是提高控制设备可靠性，使其实现无人值守、长期自动运行的重要手段。采用DCS技术，能真正实现系统冗余，从而降低系统运行成本。

2.3DCS结构更适合电厂辅机操作控制

DCS结构更加适合地域分散的电厂辅机操作控制，过程控制站往往被设计成可以远程/就地安装使用，可以抵御更加恶劣的运行环境，如过程控制站控制器和I/O模件被密封封装，没有外露的电子元器件。

常规PLC控制器一般不具备现场安装应用条件。

2.4DCS控制站功能更加强大

DCS控制站均固化了数百个控制算法模块，甚至包括自适应控制、模糊控制、最优控制等现代控制理论算法模块，可以解决电厂的任何复杂控制课题。

PLC控制器的算法功能远远达不到DCS控制站的水平。

2.5人机界面的差别

早期的PLC控制器并没有设计上位监视操作软件接口。现代PLC控制器通常配备了通用数据接口，使用iFIX、inTouch等通用控制操作软件，系统组态繁杂，还容易出现不同PLC品牌或不同工程组态单位使用不同操作、组态软件的可能，需要在工程中及时协调，人机界面针对性差。

人机交互更加友好是DCS的特点，每个品牌DCS都有自己的专用组态、操作监视软件和实时数据库，控制组态和人机界面组态简单直观，无需在具体工程中投入大量协调工作。

2.6采用的网络技术的差别

PLC的发展动因与DCS不同，其早期产品并无网络通信能力，只是后来的发展实践促使其增加了网络接口，具备了网络通信能力。

DCS的诞生和发展就是与计算机网络通信技术紧密联系在一起的，其功能和危险分散设计原则就依托于网络通信技术来实现。人们非常形象地将DCS的通信网络比喻为数据高速公路，可见其网络通信能力的强大。

以PLC控制器和DCS控制站的通信为例：

PLC控制器采用的是一种主从式通信协议，整个网络系统必须设一个通信管理主站（网络服务器），它负责逐个查询所有挂在网络上的PLC控制器，以获得其实时数据和状态，PLC控制器不会主动向外发送信息。如果这个通信管理主站故障，整个系统通信就会中断。通信管理主站一般由某个操作员站兼任，或专设一台通信服务器实现该功能。

大多数DCS采用广播和点对点通信相结合的网络通信协议。任一挂在数据高速公路上的设备均是其中一个站点，都能实时将自己产生的数据和状态信息发至数据高速公路并接收其他站点发来的信息。数据高速公路就像一个大的实时数据库，任何信息均可从网络实时获得。按照危险分散、功能分散原则设计的DCS系统无需网络服务器、通信管理站。

2.7系统网络接口能力比较

DCS可以提供多种标准网络接口，可同时与多个第三方控制信息系统连接，系统开放性比PLC更好。

2.8I／O模件比较

PLC与DCS都配备了大量I/O模件。

PLC控制器通常采用机架式安装，I/O模件仅用于提供现场数据的I/O通道，智能性较差，数据处理往往需由机架内配备的专用I/O处理模件完成（同时负责数据通信）。

DCS过程控制站配备的I/O模件可以独立工作，每个模件都设计配备CPU处理器和I/O总线接口，独立完成数据采集和数据处理工作，模件智能化程度高。

PLC控制器的I/O模件往往不要求通道间隔离；而对于DCS而言，I/O模件的通道间隔离是基本要求。

PLC控制器最初被设计用于二进制顺序控制，只是近年来对控制器功能要求提高，增加了模拟量采集控制功能，但模拟量控制功能终究是PLC控制器的“补丁”。

DCS从设计伊始就将模拟量控制作为自己最重要的控制功能之一，具有完善的软硬件设计，可以轻松完成最复杂的模拟量控制功能。

2.9应用DCS便于实现全厂管控一体化

采用DCS完成电厂辅助车间控制能实现全厂控制系统一体化配置，有效减少备品备件和运行维护人员的劳动强度，更便于自动化管理，实现全厂管控一体化。

2.10事故分析能力比较

由于DCS独具SOE功能、事故追忆功能、历史数据记录功能、更高级的报警功能，因此更便于事故分析。

2.11经济比较

DCS在20世纪90年代还是技术含量高、应用相对复杂、价格也相当昂贵的工业控制系统。随着应用的普及，特别是国产DCS的推广使用，DCS已经走出高贵的神秘塔，变成大家熟悉的、价格合理的常规控制产品。最近国内建设的进口DCS价格平均每个I/O点在400～700元之间，而国产DCS系统用于主厂房更是在400元以下，在辅助车间控制系统即使随BOP?DCS配供分析仪表电源柜，也未超过550元。而高端PLC+PC的每个I/O点平均价格在700元上下。

综上所述，DCS系统用于全厂辅助车间控制系统具有系统可靠性更高、功能更强大、响应更快、信息更全面、开放性更广、更便于实现全厂管控一体化、备品备件及维修成本更低、系统性能价格比更好的优点。

3DCS在全厂辅助车间控制系统中的应用

火电厂DCS系统除了采用进口品牌外，还可采用国产和利时公司HOLLiAS?MACS、上海新华公司XDC?800、北京国电智深公司EDPF?NT等。

电厂全厂辅助车间采用DCS系统组成辅助车间控制网络，能实现锅炉补给水系统、凝结水精处理系统、废水处理系统、贮氨系统、电解海水制氯系统、海水淡化取水泵房、海水淡化系统、工业消防水泵房、中央空调系统、空压机房、热网首站、脱硫、除灰、燃油泵房、输煤等设备的远程联网控制，除个别辅助车间保留巡检调试操作员站外，现场无人值守，在集控室即可达到全厂一点监控的目的。

采用DCS实现全厂辅助车间控制能够实现采用PLC难以实现的操作控制功能，具有更友好的操作界面、更完整准确的历史数据纪录、复杂控制算法等，能有效提高机组的运行稳定性和经济性，为全厂管控一体化打下了良好基础，是建设信息化电厂的必由之路。

收稿日期：2015?07?17

作者简介：孙晓红（1969—），女，山西沁源人，高级工程师，从事电厂仪表与控制设计工作。