火力發(fā)電廠發(fā)電機組的集控運行系統(tǒng)淺析

楊煜

浙江大唐烏沙山發(fā)電有限責(zé)任公司 315722

隨著上世紀(jì)70年代的計算機技術(shù)的逐漸發(fā)展，在大量的集成電路和微處理器產(chǎn)生的情況下，集控運行系統(tǒng)出現(xiàn)了。集控運行系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)下的控制和管理的需求，它是工業(yè)控制發(fā)展史上的一個里程碑。工業(yè)過程控制的發(fā)展歷程為：單機監(jiān)控、直接數(shù)字控制、集散控制，其發(fā)展的必然趨勢是計算機集成制造，當(dāng)前計算機集成制造已經(jīng)是工業(yè)過程控制的主要系統(tǒng)。

近年，我國的電力工業(yè)步入了一個建設(shè)高潮期，新建了大量的大型發(fā)電機組。由于當(dāng)今現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的日漸成熟，火力發(fā)電機組已經(jīng)普遍采用了集控運行系統(tǒng)，集控運行系統(tǒng)在火力發(fā)電機組中的應(yīng)用主要有：鍋爐爐膛安全監(jiān)控、汽輪機數(shù)字電液控制、數(shù)據(jù)采集和處理、模擬量控制、順序控制等五個方面，而且其對現(xiàn)代的火力發(fā)電機組的生產(chǎn)過程的控制也發(fā)揮著很大的作用。我們只有熟練地掌握集控運行系統(tǒng)的運行狀況，按照其自身的規(guī)律進行有效管理，才能保證電站的安全、經(jīng)濟以及正常的運行。

1 火力發(fā)電廠的發(fā)電機組集控運行系統(tǒng)簡述

集控運行系統(tǒng)（簡稱DCS系統(tǒng)），又稱集散控制系統(tǒng)，是一種新的綜合控制體系，其主要基礎(chǔ)是大型的工業(yè)生產(chǎn)自動化的日漸成熟，主要前提是過程控制要求的日益復(fù)雜化。將此控制體系與過去的集中式控制系統(tǒng)作比較，該控制體系是新型的控制系統(tǒng)，而且具有一定的先進性。集控運行系統(tǒng)的主要基礎(chǔ)是微處理器，其關(guān)鍵作用是積極地監(jiān)督生產(chǎn)過程，對生產(chǎn)過程進行科學(xué)的操作以及分散控制等。

集控運行系統(tǒng)成功地綜合了Control控制技術(shù)、計算機技術(shù)以及與其相對應(yīng)的通訊技術(shù)，這樣不僅合理的集中了管理、操作和顯示等等，而且也很好的完成了功能方面、負(fù)荷和危險性等幾點的分散工作，因此DCS系統(tǒng)是先進的，其優(yōu)點是快捷方便，而且還可以保障整體控制系統(tǒng)的安全性，對火力發(fā)電廠的常規(guī)運行及安全生產(chǎn)有著必不可少的作用。

2 集控運行系統(tǒng)的環(huán)境條件

集控運行系統(tǒng)的環(huán)境條件包括外部和內(nèi)部的環(huán)境條件，其主要表現(xiàn)為外部的環(huán)境以及條件，主要有：計算機控制系統(tǒng)的接地、控制室及電子室的環(huán)境要求以及持續(xù)電源供應(yīng)的要求等，與系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備的質(zhì)量的好壞將會直接決定系統(tǒng)能否安全運行。由于在組裝和調(diào)控機組時，偶爾有一些因素的干擾，所以經(jīng)常會忽略相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量的優(yōu)劣。另外，不容忽略的詳細內(nèi)容還有幾點，如下：

（1）現(xiàn)代火力發(fā)電廠中的發(fā)電機組的集控運行系統(tǒng)若無法形成較好的地面接觸或者缺少較好的電纜屏蔽，就會直接干擾該系統(tǒng)，而且可能會發(fā)出錯誤的信號；

（2）對應(yīng)的電源供電模式與違背標(biāo)準(zhǔn)時間切換直接并且嚴(yán)重的影響了集控系統(tǒng)的環(huán)境，使集控系統(tǒng)不能發(fā)揮其本身的作用；

（3）電子室和控制室共用一個空調(diào)系統(tǒng)，但是空調(diào)系統(tǒng)僅能調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度而不能調(diào)節(jié)其濕度，所以針對我國的南北方氣候差異的特點，在這一點也有較大的劣勢，冬天時北方一般比較干燥，所以容易產(chǎn)生靜電離子。相反，南方的氣候比較溫和，空氣濕度大，因此電路板上易產(chǎn)生水珠，容易使電路板發(fā)生短路的故障。

3 集控運行系統(tǒng)的控制模式

一般情況下，現(xiàn)代的火力發(fā)電廠會安裝許多有功率差別的發(fā)電機組，因為現(xiàn)在的能源緊張，電力資源自然也很缺乏，因此電站汽輪機和對應(yīng)的發(fā)電裝置市場得到了快速發(fā)展。老式的發(fā)電機組控制系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代發(fā)展的需要，所以發(fā)電機組的集控運行技術(shù)得到了普遍的應(yīng)用，它的控制模式主要有以下幾點：

3.1 分級遞階式的控制

集控運行控制系統(tǒng)屬于分級遞階機構(gòu)，其本質(zhì)是以一個大的控制系統(tǒng)的功能或者結(jié)構(gòu)對其進行層次的分配，對整個系統(tǒng)的控制和監(jiān)視功能進行劃分，劃分成不同的級別，再按級別去完成各個級別分配到的功能。每個控制器都需要完成過程現(xiàn)場中的控制任務(wù)，按照控制對象的特點分別采取順序控制、模擬控制和程序控制等方法。同時還可以實現(xiàn)一些先進控制，如串級、解耦、自適應(yīng)、前饋及預(yù)測控制等等，而且還可以方便的加進其需要的特殊的控制算法。其控制策略和控制算法的選取以被控對象和要求為依據(jù)，此控制系統(tǒng)的各級別之間不僅有分工而且還有聯(lián)系，可以協(xié)調(diào)工作。并且會根據(jù)現(xiàn)場的實際控制的需求，將相關(guān)信息傳達至上一級，并且服從其管理?；究刂破鞯暮诵氖俏⑻幚砥?，它不僅能夠替代模擬儀表去完成正常的模擬控制，還能夠進行復(fù)雜的算法控制及程序控制。由最高一級決策并且執(zhí)行綜合控制的功能，各級的工作，各級之間互相協(xié)調(diào)，盡量使整體控制系統(tǒng)有最好的效果。橫向分解產(chǎn)生過程而且同時縱向分解其功能，采取全分散結(jié)構(gòu)控制生產(chǎn)過程，將生產(chǎn)過程中涉及的信息整個的集中并且存儲于一個數(shù)據(jù)庫里，經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)傳達至上一級，這樣的結(jié)構(gòu)控制分散而且信息集中，其分散了系統(tǒng)的危險，使系統(tǒng)的可靠性提高了。固化的應(yīng)用軟件可以應(yīng)用到基本控制器內(nèi)，對輸入及輸出數(shù)據(jù)的處理在控制現(xiàn)場進行，可以減少信息傳輸量以及大量的上一級計算機的數(shù)據(jù)處理，同時可以降低對上一級計算機的要求，簡化了系統(tǒng)程序的應(yīng)用。并且使老式的集散控制系統(tǒng)的成本降低了，使系統(tǒng)的性能提高了，使高技術(shù)自動化的完成成本最低。計算機技術(shù)的日漸發(fā)展，集控運行控制系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)需要和較高性能的計算機設(shè)備實現(xiàn)連接，從而實現(xiàn)較高級的集中管理功能。

3.2 各自為政和分散控制

推出集控運行系統(tǒng)的最大理由就是各自為政和分散控制，集控運行系統(tǒng)本身就是解決“故障集中”——集中控制系統(tǒng)的致命弱點。故障分散是因為集控運行系統(tǒng)使用了許多微處理器，因為集控運行系統(tǒng)把系統(tǒng)的控制功能分散給了每臺微處理器，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用容錯設(shè)計，所以若其中的一臺微處理器發(fā)生故障也不會使系統(tǒng)的其他功能失效。每個微處理器都有一個地域上的、較小的控制任務(wù)，能夠采取具備特定結(jié)構(gòu)及軟件的專用計算機去實現(xiàn)需要的功能，因而也提高了各個計算機的可靠性。

控制器在功能上市各自為政，即每個控制器獨立完成本身的功能，一個微處理器的故障不會使整個系統(tǒng)的常規(guī)工作受到影響。與集中控制系統(tǒng)的計算機串行運行作比較，其處理速度有很大的提高，所以集控運行系統(tǒng)比集中控制系統(tǒng)優(yōu)越且能夠較快發(fā)展的關(guān)鍵是具備較高的實時性的指標(biāo)。分散系統(tǒng)的故障，可以更大的提高系統(tǒng)的可靠性。即使系統(tǒng)的某一部分或者計算機發(fā)生了故障，也可以在線更換且不會干擾這個系統(tǒng)的運行，可以很快的解決故障。因此，只有分散控制功能才能做到分散故障。還有，集控運行系統(tǒng)的構(gòu)成與老式的儀表控制系統(tǒng)越相似，在安裝控制器時，可以減少輸入與輸出的電纜長度，并且可以減少信號傳輸時的干擾，也就是說，多功能控制器或者微處理器分擔(dān)的控制任務(wù)在地域上的分散程度越大，其分散故障的效果就越好。這種做法十分有益于故障分散。

3.3 實現(xiàn)通訊系統(tǒng)的綜合控制

由于電廠的實際應(yīng)用要求在不斷加大，集控運行系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展為一個系統(tǒng)接口日益增多的控制系統(tǒng)。其采用的通信系統(tǒng)具有高速數(shù)據(jù)通道，該系統(tǒng)采用高速通訊網(wǎng)路和全為數(shù)字的馬達驅(qū)動器以及友善的SCADA使用HMI控制。利用高速數(shù)據(jù)通道，將各自為政的控制器和監(jiān)控計算機連接起來，從而進行協(xié)調(diào)控制。

近年來，自動控制系統(tǒng)一般采取一對一連線的方式對模擬信號進行檢測和控制，導(dǎo)致設(shè)備和設(shè)備、系統(tǒng)和系統(tǒng)以及系統(tǒng)和外界之間沒有信息的交流，使其在一定程度上變?yōu)椤靶畔⒐聧u”。在采取集控運行系統(tǒng)解決了“孤島”情況后，各個“自動化孤島”都在決策級的統(tǒng)一指揮下積極地協(xié)調(diào)工作，從而使整體達到最優(yōu)化，大大地增強了系統(tǒng)的管理功能。各個控制器、管理計算機以及監(jiān)控計算機的綜合控制得到了實現(xiàn)，把現(xiàn)場的這些智能設(shè)備應(yīng)用到生產(chǎn)對象里能夠構(gòu)成一個現(xiàn)場的控制設(shè)備，即完整的控制系統(tǒng)，其次用對應(yīng)規(guī)格的導(dǎo)線將多個節(jié)點根據(jù)現(xiàn)場總線通信協(xié)議的內(nèi)容連接起來，就可以產(chǎn)生一個設(shè)備和車間級的數(shù)字化的通信網(wǎng)絡(luò)，它能夠方便地控制全部的機器設(shè)備，從而達到十分完美的性能要求。

運用監(jiān)控計算機運算的能力，能夠完成高級且復(fù)雜的控制算法；運用管理計算機的大量的信息及軟硬件資源，能夠使計劃、管理和決策達到最優(yōu)，從而使整體的系統(tǒng)控制達到最優(yōu)，提高其生產(chǎn)效率，減少故障，進一步穩(wěn)定器質(zhì)量，也可以相應(yīng)地減少操作管理人員，顯著地提高其經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

集控運行系統(tǒng)新型的工業(yè)自動化過程控制及管理設(shè)備，它在我國的冶金、石化和電力等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在我國，火力發(fā)電廠中集控運行系統(tǒng)的普遍使用顯著地提高了機組的自動化水平。發(fā)電廠里發(fā)電機組的自動化技術(shù)不但能夠使操作人員的勞動強度減輕，而且還能夠保證機組安全且穩(wěn)定的運行，后者更為重要。隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，新的電力形勢促使我們熟練掌握集控運行系統(tǒng)，使DCS的安全可靠性大大提高，改進DCS的自動控制效果，使其具備新的功能，同時，期望未來可以通過進一步研究集控運行系統(tǒng)，盡量采用更加有效的新算法；盡量用光導(dǎo)纖維去替代高速數(shù)據(jù)通道，并且使通訊規(guī)程統(tǒng)一；盡量使現(xiàn)代的控制理論得到靈活運用，從而得到更多的適用性強的控制算法，實現(xiàn)新時代及新形勢下的工業(yè)控制系統(tǒng)的智能設(shè)備集成，從而使集控運行系統(tǒng)在火力發(fā)電廠里應(yīng)用達到一個新的境界。

[1]奉江華.淺談現(xiàn)代火力發(fā)電機組的集控運行技術(shù) [J].才智,2010(07)

[2]于泉.600MW機組集控運行技術(shù)分析[J].China's Foreign Trade,2011(12)

[3]劉萬濤.新建電廠集控運行人員培訓(xùn)方式的探索[J].中國電力教育,2008(10)

[4]呂增芳.火力發(fā)電廠集散控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 [J].山西電子技術(shù),2004(04)