分享好友 新闻资讯首页 新闻资讯分类 切换频道

热工自动化时代的DCS系统演进与一体化控制趋势

2026-04-13 09:511670工业品商城

 上世纪七十年代中期,我国的科研院所和高校开始涉足可编程逻辑控制器(PLC)的研制与生产。当时,上海、北京、西安、广州、长春等地区约有二十余家单位投入了小型 PLC 的研发工作,奠定了国内自动化控制技术的雏形。值得注意的是,行业主管部门在仪器仪表重点课题中先后启动了“六五”“七五”“八五”专项,对 PLC 进行专项攻关,由北京机械工业自动化研究所承担核心任务,研发出 MPC-10、MPC-20、MPC-85 等型号。

 这些早期产品的 I/O 点数在 256–512 之间,可通过扩展实现 1024 点的规模,首次实现了大型 PLC 在注塑机、恒温箱、锅炉及汽车冲压生产线等场景的应用。与此同时,项目组自主开发了实时操作系统、工业控制编程语言,并实现了与上位机、HMI 的网络通讯功能,为后续的自动化系统集成提供了技术积累。

然而,由于当时资本投入不足、后续研发力量薄弱以及生产工艺相对落后,这批产品未能实现规模化工业化,逐渐被国外成熟产品所取代,市场份额急剧下降。

进入九十年代,随着自动化需求的持续深化,我国再次掀起 PLC 研发热潮。虽然仍以小型机型为主,批量生产规模有限,但在功能完整性、产品质量和可靠性方面均较七十年代有显著提升。代表性产品包括:

 随着高科技的高速发展以及机组装机容量的不断提升,电厂热工自动化技术正快速吸收新兴学科成果,实现跨越式进步。近年来,作为机组核心控制平台的分布式控制系统(DCS)在结构布局、功能范围以及与其他子系统的深度融合方面均出现了显著变化。与此同时,厂级监控与信息系统、现场总线及现代控制理论的广泛应用,为热工自动化注入了强大的创新活力。

1. DCS的应用扩展与功能升级

 在上世纪末,国内燃煤机组首次引入 DCS 时,其监控范围仅覆盖 DAS(数据采集子系统)、MCS(主控制子系统)、FSSS(燃料供应子系统)和 SCS(安全控制子系统)四大模块。即便是2004 年发布的《火力发电厂分散控制系统技术规范》中,DCS 的功能划分仍局限于上述四项。然而,近几年的实际运行经验表明,DCS 已经突破原有边界,能够全面介入脱硫、脱硝、空冷、大型循环流化床(CFB)锅炉等新工艺的实时控制。只要工艺流程具备明确的测控点,DCS 均能实现可靠的闭环调节。

 随着电气发变组(ECS)和厂用电系统(ETS)等功能逐步纳入 DCS 的 SCS 范畴,软硬件的深度融合进一步推动了控制系统的一体化。烟气湿法脱硫直接接入单元机组 DCS、DEH 与 DCS 的模块合并,使得信号链路大幅简化,故障点显著减少,备件种类与库存成本同步下降。这种“一体化”模式已经在多个大型机组中得到验证,如浙江华能玉环 4×1000 MW、台州电厂 2×300 MW、安徽凤台 4×600 MW 等项目均采用了西屋 Ovation、T‑XP、I/A 或 ABB SYMPHONY 等先进 DCS 平台。

1.1 结构向适度集中转变

 传统 DCS 强调“分散式”布局,导致控制器与现场模块数量庞大、接口繁多,反而提升了系统出现故障的概率。近年来,控制器的计算能力提升数十倍,安全控制器与冗余技术逐步成熟(核心 CPU 常采用 2×2 冗余),使得将相互关联的子系统集中在少数高性能控制单元成为可能。适度集中不仅缩减了信号传输路径,降低了故障率,还提升了信息交换的速度与可靠性。

1.2 标准化与模块化的加持

通用硬件平台:采用统一的 I/O 模块、机架式结构,方便不同项目复用。

独立软件体系:业务逻辑与底层驱动分离,后期升级无需更换硬件。

标准通信协议:如 IEC 61850、Modbus、OPC UA 等,实现跨系统互联。

PLC 融入 DCS:将成熟的 PLC 控制器作为现场执行层,增强了现场灵活性。

FCS(燃料控制系统)一键启动:简化操作流程,提高现场人员的工作效率。

这些技术的叠加,使得 DCS 的功能边界不断向外延伸,已不再是单纯的机组主控,而是涵盖了全厂的综合调度与优化平台。

2. 辅助系统的 BOP 集成方案

 一个火电厂通常拥有十余个辅助车间,过去这些车间各自配备 PLC 与上位机,形成独立的网络,需现场大量操作员轮班监控。随着 DCS 网络通信能力的提升,行业开始探索将这些分散的辅助系统统一纳入一个 “BOP”(Balance Of Plant)网络,实现集中监控与少人值班。

 典型案例:某 4×600 MW 燃煤机组的 BOP 包括水、煤、灰等 13 个子系统,统一接入机组控制中心,监控点从原来的 10 多个压缩至三个集中点。改造后,现场运维人员削减约 30%,运维成本显著下降, 同时系统整体可靠性得到提升。硬件平台的统一也带来了库存备件的显著压缩,后期维护费用随之降低。

 老厂改造同样取得了良好效果。浙江省首家完成 BOP 改造的嘉兴电厂 2×300 MW 机组在实施后,运行效率提升、故障响应时间缩短,成为区域内的标杆案例。

3. 未来发展展望

 更高的实时性能:借助工业以太网与时间敏感网络(TSN),实现毫秒级甚至微秒级的闭环控制。

 云端与边缘协同:通过边缘计算节点完成本地高速决策,云平台负责历史数据分析与全局优化。

 数字孪生集成:在 DCS 中嵌入机组数字孪生模型,实现预测性维护与能效提升。

 开放式生态:兼容更多第三方软硬件供应商,构建基于标准 API 的插件式功能扩展。

 总的来看,DCS 正从传统的“分散控制”向“高度集成、智能化”方向演进。随着硬件算力、网络技术和现代控制理论的持续突破,热工自动化系统将以更高的可靠性、更强的灵活性和更低的运营成本,支撑大容量机组的高效安全运行,并为未来能源转型提供坚实的技术基础。


打赏 0
热电偶输入模块接入多区温度测点,加热设备的信号开始集中回到PLC
工业炉、热处理设备、烘箱、模具加热和多区温控机械往往同时布置多个热电偶测点。热电偶输入模块把这些温度信号集中接入PLC,使控制系统能够统一读取各区域温度,再配合加热控制、报警和生产记录完成整机管理。温度点位增加以后,模块接线、传感器类型和现场干扰也成为设备调试的重要部分。

0评论2026-09-034

无刷直流驱动器用于滚筒与小型旋转机构,专机内部保留独立调速单元
滚筒输送、分度机构、小型风机、旋转治具和部分专用机械并不都需要完整伺服系统。无刷直流驱动器与相应电机组成独立驱动单元,在设备内部完成启停、转速和方向等基本控制,适合动作相对固定、空间紧凑又需要长期连续运行的辅助机构,也让整机厂在主PLC之外保留更清楚的局部驱动结构。

0评论2026-09-036

机械压力表仍留在泵站与设备面板,现场压力读数没有被数字化完全替代
泵组、空压设备、液压站、过滤系统和各类工艺管路已经大量接入压力传感器与远程监控,但现场设备旁边仍经常保留机械压力表。维修人员停机检查、阀门调整、设备试运行和通信异常时,能够直接在管路或设备端读取压力,使本地仪表继续承担最基础也最直接的状态确认。

0评论2026-09-034

工业eMMC模块进入嵌入式工控设备,系统存储从可拆硬盘转向板级固定方案
嵌入式控制器、工业平板电脑、数据采集终端和部分专用工控设备内部空间越来越紧凑,操作系统、应用程序和设备参数仍需要稳定存储。工业eMMC模块以板级存储方式集成到设备内部,减少独立硬盘和外部连接结构,在嵌入式工控、边缘终端和长期固定功能设备中形成较明确的应用位置。

0评论2026-09-035

多孔电缆接头用于紧凑控制箱,多根传感器线共享进线位置
传感器分线盒、小型控制箱、局部操作盒和设备端接线空间有限,多根独立电缆如果分别配置进线口,很快会占满箱体侧板。多孔电缆接头通过同一安装位置引入多根线缆,在适合的线径与环境条件下减少开孔数量,使设备局部接线更紧凑,也方便整机厂整理传感器、阀岛和辅助机构的现场线路。

0评论2026-09-035

通电延时继电器留在设备顺序启动回路,风机泵组与输送机构不必同时投入
风机、水泵、输送机构和部分辅助设备并不适合在主电源接通后同时启动。通电延时继电器通过预设时间关系,让不同回路按设备原有控制逻辑依次投入,在传统控制柜、独立机械和老设备维修中仍有稳定需求。控制系统越来越数字化以后,这类简单时间控制并没有完全退出现场。

0评论2026-09-035

反接保护模块留在24V直流回路,现场换线与设备维修多了一道电源侧保护
传感器、通信模块、控制器和各类24V直流设备大量分布在自动化现场,设备安装、维护和改造过程中也会反复经历拆线与重新接线。反接保护模块用于相应直流供电回路,在接线极性出现错误时为后端设备增加保护手段,尤其适合现场端子较多、移动设备频繁拆装以及老生产线不断增加直流电子元件的场景。

0评论2026-09-033

磁力夹具用于机器人搬运钢制工件,薄板与机加工上下料减少复杂夹爪结构
冲压件、激光切割板材、钢制毛坯和部分机加工零件进入自动化上下料后,末端执行器不一定都依赖机械夹指。磁力夹具利用工件可被磁力吸附的特性完成抓取,在适合的钢制零件搬运、拆垛和机床上下料中,可以减少针对工件边缘设计复杂夹爪的需要,也让部分平面工件的机器人抓取结构更加紧凑。

0评论2026-09-034

PLC电池进入老设备保全周期,停机检修前开始重新检查程序保持条件
大量运行多年的PLC仍在机床、包装设备、输送系统和专用生产机械中承担控制任务,部分控制器内部配置电池,用于特定存储区、时钟或相关数据保持。设备使用年限增加后,PLC电池逐步进入独立更换周期,维修人员在计划停机、更换CPU或长期断电前,也开始把电池状态与程序备份一起纳入保全工作。

0评论2026-09-035

欠压脱扣器留在设备主回路,电压异常后的断路器状态不再只靠人工判断
机床、自动化生产线、泵站和成套控制柜都可能遇到电源电压异常或控制电源失去的情况。欠压脱扣器作为断路器附件,可根据具体产品和回路设计,在电压下降到相应条件时使断路器进入脱扣状态,让设备主回路对供电异常形成明确响应。设备后期维修时,欠压回路本身也常成为“断路器为什么合不上”的重点检查位置。

0评论2026-09-0214