淺談電廠自動化控制技術的應用及其發(fā)展趨勢

摘 要：文章主要對在電廠生產過程中的自動化控制技術進行了詳細的介紹，包括控制技術的特性和現(xiàn)狀等問題，并且對現(xiàn)場的控制技術如PLC、FCS、DCS等特性和存在的相關問題進行了詳細的分析描述。闡述了工業(yè)以太網技術的優(yōu)勢以及應用目的，對電廠自動化控制技術的建設提出了設想。

關鍵詞：電廠自動化平臺；以太網技術；控制技術

近年來，我國的經濟發(fā)展呈迅猛上升的勢頭，電力事業(yè)也隨之步入快速的發(fā)展階段。電廠的生產工藝是比較復雜的，包括燃料、熱力、發(fā)電機組、除渣出灰、脫硫、水處理等一系列的生產系統(tǒng)，可見，這一工業(yè)過程相當復雜，涵蓋了自動化的技術過程和全部內容。電廠的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中，主廠房的區(qū)域熱力在運作過程中的主要控制系統(tǒng)是DCS，即集散控制系統(tǒng)，運作過程中的輔助系統(tǒng)則主要應用PLC，即可編程控制器進行控制[1]。而隨著現(xiàn)場控制技術的發(fā)展，F(xiàn)CS即現(xiàn)場總線技術已經成為應用發(fā)展的主要方向，被廣泛使用。當代電廠的建設已經以數(shù)字化、自動化、信息化為主要的建設方向，而要實現(xiàn)帶電廠的以上特征，其自動化平臺必須具備可靠性、安全性、實時性等優(yōu)勢，才能有效的支撐電廠運作。

1 PLC和DCS的現(xiàn)狀及存在的問題

PLC和DCS目前現(xiàn)狀是絕大部分的生產企業(yè)在產品生產中，是擁有獨立的系統(tǒng)，包括硬件及軟件的相對構成，而且在市場的大環(huán)境下，各體系之間是封鎖狀態(tài)，系統(tǒng)之間的通信只能依靠網關或其他接口進行，相互之間非常獨立，系統(tǒng)之間的互聯(lián)非常不易達到。不同系統(tǒng)相互之間若想達到互聯(lián)的情況則必須要重新對軟件的接口進行開放，這樣處理不但會使客戶的投資增大外，還會降低一部分產品的通訊速度，與現(xiàn)代的電廠信息化的要求相背離。傳統(tǒng)PLC和DCS的系統(tǒng)運作是將接受的所有信號都進行接入，并接入到系統(tǒng)中I/O卡件中[2]，而隨著系統(tǒng)的規(guī)模增大，所有的信號將全部匯聚到系統(tǒng)的入口處，造成系統(tǒng)入口處信號堆積的情況，信號堵塞導致信息輸送的遲緩，嚴重影響了系統(tǒng)的安全運行。

2 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）的應用及存在問題

現(xiàn)場總線的概念是源于DCS和PLC系統(tǒng)中存在的諸多問題基礎之上，在1984年提出?，F(xiàn)場總線概念宗旨是規(guī)避和完善DCS和PLC系統(tǒng)的不足，主要實現(xiàn)了互聯(lián)、開放、穩(wěn)定及安全等特點。DCS系統(tǒng)信號的運行的形式是一對一的傳送，并且其模擬信號在精度上偏低，信號容易造成干擾，操作室的模擬表度運行參數(shù)難以進行調整，而且也很難從模擬儀表中預測運行故障，屬于無法控制的狀態(tài)，因各儀表廠商的自定，儀表的標準各異，功能也較為單一，并且不適用當代的現(xiàn)代化發(fā)展。FCS系統(tǒng)信號的運行的形式是一對多的傳送，而且數(shù)字信號的精度較高，有較高的可靠性，設備的運行是屬于可遠程監(jiān)控并可調增的狀態(tài)，可以進行與不同品牌設備互聯(lián)，儀器表標準統(tǒng)一，功能完善比較豐富且可以完成運算和通信[3]。

FCS運行中也存在一定的問題，例如其通訊協(xié)議不統(tǒng)一，西門子的Profibus-DP/PA、Schneider的modbus和我國的EFA等[4]。并且FCS通訊速度還有待提高，可進行互聯(lián)的設備偏少，而且成本價格高，不能與現(xiàn)有的儀表通用，所以，若配置與其支持的智能儀表也是一筆龐大的資金一筆投入。

現(xiàn)場總線在一定程度上來說會為用戶產生局部的效益，但是不能實現(xiàn)整體效益，因此必須與企業(yè)用戶的其他系統(tǒng)有效結合，做到一體化建設。

3 工業(yè)以太網

以太網及及時涉及應用到工業(yè)環(huán)境中便產生了工業(yè)以太網技術，而工業(yè)以太網雖然是源自以太網，但還有別以太網。以工業(yè)環(huán)境為基礎，對以太網進行了相關改進包括通信、傳輸、控制等模塊，保證了工業(yè)以太網的試試性、安全性，在此基礎之上還增添了控制應用，所以，工業(yè)環(huán)境下的全系列以太網技術便被稱作工業(yè)以太網[5]。

工業(yè)以太網通過對流量的適當控制、進行交換技術、應用通信技術、對容錯技術及冗余結構進行改進等一系列措施解決了傳統(tǒng)系統(tǒng)的確定性問題；以太網通過將通信速率的提高等措施，解決了系統(tǒng)存在實時性的問題；以太網通過對工藝結構以及元件的升級改進，解決了系統(tǒng)應用供電問題。種種技術及措施的應用，使工業(yè)也太網具備了成本低、傳輸信號穩(wěn)定、兼容性強、靈活性高、便于安裝等特點，以上所有技術及優(yōu)勢在傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)、FCS系統(tǒng)及PLC系統(tǒng)中無法實現(xiàn)，所以，以太網是最適宜當代的自動化控制平臺[6]。

正因為工業(yè)以太網的諸多優(yōu)勢，尤其是寬帶優(yōu)勢是傳統(tǒng)系統(tǒng)無法比擬，因此，全面支持自動化的以太網時代已經來臨。

4 工業(yè)控制網絡的發(fā)展

工業(yè)控制網絡的發(fā)展隨著計算機和網絡技術的盛行而迅速得到發(fā)展。（1）PLC技術應用的發(fā)展。PLC的發(fā)展主要為兩個方面，一方面以簡易、成本價格偏低的小型產品開發(fā)為主，另一方面研制智能化、多功能能的產品，現(xiàn)以融合了神經元網絡及模糊控制等多種技術。（2）FCS應用發(fā)展。FCS的發(fā)展主要體現(xiàn)在完善了低速現(xiàn)場總線和提高了高速現(xiàn)場總線技術，完成了低速現(xiàn)場總線網的連接。（3）嵌入式技術。嵌入式技術可以說是計算機系統(tǒng)的集成化發(fā)展，而且在逐漸實現(xiàn)應用的網絡化，其整合數(shù)據(jù)處理功能、系統(tǒng)管理功能和網絡功能的系統(tǒng)是核心主體。（4）現(xiàn)場控制技術發(fā)展?，F(xiàn)場控制技術的發(fā)展核心思想是集成，主要表現(xiàn)在通信協(xié)議的兼容、各類數(shù)據(jù)的交互、功能界面的統(tǒng)一及現(xiàn)場控制技術的全面融合等。（5）有線和無線的融合。在工業(yè)運作中，自動化控制的重要因素是控制信息的有效傳輸，但是在有線系統(tǒng)中建立一個穩(wěn)定可靠的信號傳送網絡的成本投入非常大，所以，隨著無線技術的發(fā)展，有線和無線的融合將是發(fā)展前沿。

總之，隨著計算機網絡的發(fā)展以及以太網和現(xiàn)場總線的應用，已逐步向工業(yè)控制系統(tǒng)發(fā)展，以便達到現(xiàn)場信息可直接傳送到管理人員手中，使現(xiàn)場與管理緊密融合，這是工業(yè)控制網絡的發(fā)展趨勢。

5 電廠自動化體系

工業(yè)以太網的各項優(yōu)勢便使其定位于又是現(xiàn)場網絡的基礎又是一個融合自動化系統(tǒng)的平臺，可以實現(xiàn)電廠的自動化控制。但是在近年來電廠自動化體系的運作中，PLC技術、DCS技術及FCS技術領域已經相當熟悉，所以，在短時間內多種系統(tǒng)技術兼容的情況仍會存在。為實現(xiàn)電廠的自動化、信息化的發(fā)展，自動化控制技術的建立至關重要。

6 結束語

在電廠自動化控制的發(fā)展計劃實施中，還應依據(jù)自身的電廠情況和工藝技術等特點，應用最適宜的現(xiàn)場總線標準和控制系統(tǒng)，不應采用統(tǒng)一的標準，不同網絡系統(tǒng)的互聯(lián)已經可以通過以太網等技術實現(xiàn)，所以，在電廠工程中，應用哪種技術不是最關鍵的，符合上述模型，就可以實現(xiàn)電廠數(shù)字化及信息化的發(fā)展需求。

參考文獻

[1]董軍素，竇佳，楊春彪.火電廠自動化控制系統(tǒng)應用與研究分析[J].科技傳播，2013（14）.

[2]何鑫.自動化控制在綠色電力電廠的有效運用[J].自動化應用，2012（3）.

[3]王志薇.電廠自動化控制技術淺析[J].科技資訊，2012（5）.

[4]徐支援.自動化控制在電力企業(yè)管理中的應用[J].西南農業(yè)大學學報（社會科學版），2011（12）.

[5]王蕾；基于大規(guī)模電力系統(tǒng)調度新型智能模式中的方法研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2011（7）.

[6]武志強.淺談工控自動化在工業(yè)中的應用和發(fā)展[J].天津科技，2007（5）.