試析火電機組控制中提高DCS應用水平的途徑

杭州和利時自動化有限公司　唐小姣

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試析火電機組控制中提高DCS應用水平的途徑

杭州和利時自動化有限公司唐小姣

【摘要】近幾年來，國內大型火電機組中的分散控制系統即DCS因其特色優(yōu)勢得到人們的青睞，在市場上已經被廣泛應用開來。但不得不承認的是，要想提高分散控制系統的應用水平，還是要從其相關技術、控制策略方面入手，找出潛在的問題并解決問題，通過不同的途徑提高DCS應用水平。

【關鍵詞】火電機組；控制；DCS應用

就目前DCS應用得現狀而言，部分300MW或300MW以上新建的的機組中都采用了DCS，這種分散控制系統在一些舊式的火電機組中同樣也得到了應用。但是業(yè)界的專業(yè)人士都普遍認為DCS的控制水平好沒有得到最充分有效的發(fā)揮，DCS可用功能并沒有被人們充分挖掘充分應用。怎樣才能將DCS的潛能發(fā)揮到極致，是值得人們繼續(xù)探討的重要問題。

1　DCS應用現狀及DCS應用中還存在的問題

目前，DCS中的數據采集系統(DAS)還需要進一步完善其功能，雖然其掃描速度比以前更快,且DAS還實現了數據共享即數據通信更加便捷,但這并沒有從根本上使其功能更加完善。譬如說在系統報警這一方面,如今采用得比較多的是不夠齊全的限值被固定了的顯示記錄。一些參數與額定值存在差異并不是什么特殊情況，這在機組起停階段不需要報警，然而當輔機跳閘或停運的時候,其相關參數會隨之產生變化。如果不能夠區(qū)分這些情況，就會受到報警信息的干擾，相關的運行工作人員就無法正常的執(zhí)行工作任務，一些意外事故就不能被及時的處理掉。在這種情況下，應該在DCS中設計報警切除這一功能，這個功能可以切除掉錯誤的報警信號，即可以先預定好需要切除報警信號的場合，然后在此場合設置相應的觸發(fā)信號就可以了[1]。除此之外,如果在DAS報警系統中能夠添加對于報警的分析功能和操作的指導功能，方便在檢查參數時能夠結合參數找出引發(fā)報警信號產生的主要原因，這樣就更加有利于識別以后報警系統中出現的異常情況，促使機組更加安全可靠地運行。

1.1信號傳送存在問題

在國內，地理位置的集中性導致DCS的分散功能顯得微不足道。電子設備間幾乎全部安裝的是控制模件，也包括端子柜以及輸出繼電器柜;主控計算機主要是對全都插在機柜內的模件進行相應的協調、控制與管理。這種情況下系統存在過于集中式的缺點就根本無法避免。大面積的現場信號都急需要將電纜應用到控制站中。如此一來，就需要大量的電纜線。在機電組的控制系統實施得過程中中，要對電纜線進行敷設以及連接是一項非常艱難的工作。負荷過重的主機,會導致系統處理的能力受到一定的限制，從而得不到擴展。

1.2DCS功能還不完善

目前的發(fā)電機組中，舊式的控制系統還在大量使用。這尤其體現在變壓器組以及廠用電系統這兩種控制系統中。國內部分大型的發(fā)電機廠中很早以前也已經開始嘗試采用DCS控制系統，但還需要對DCS功能進一步統一規(guī)劃。在單元機組的協調控制中應該將機組負荷指令信號引進DCS,并且加強對機、爐、電的控制。

2　提高DCS應用水平的辦法

2.1改善通信功能

當下的通信技術主要是以數字化與網絡化為主載。在DCS融入市場之后，常規(guī)的儀表都被接二連三的取代,這使現代化的通信功能更加豐富。DCS通信功能主要表現在DCS內部各單元、各站間的通信，DCS與其它DCS、計算機或網絡間的通信。DCS內部各單元、各站間的通信，這種通信方式相對來說比較容易實現，然而，DCS與其它DCS、計算機或網絡間的通信，由于廠家在生產時采用了不同的機型，因此在遇到問題時都需要用戶自己尋找解決問題的辦法。隨著科學技術的不斷發(fā)展，開發(fā)了許多異型機種之間的通信設備，這就產生了很多種硬件接口。DCS與其它DCS、計算機或網絡間的通信的建立,使生產控制系統不再孤立，終于可以實現與MSI系統之間的相互聯系，同時也讓綜合自動化系統的信息集成成為可能[2]。另外，在遠程智能的應用背景條件下，數字信號能夠得到及時的處理，這不僅促進了總線技術的發(fā)展，也推動了其產品的應用，大大加速了智能化進程。

2.2加強控制功能

在回路中關于DCS控制的問題,大部分是單輸入單輸出以及比較簡單的控制系統，在設計系統時，簡潔、可靠是應遵循的基本原則。但在工業(yè)上，以前的控制算法往往不符合工程的基本要求。譬如說前幾年的預測控制，這種工程師們在70年代開發(fā)出來的控制算法，不僅涵蓋了基本優(yōu)化控制的相關原理，還不要求預測模型的精確度。這在很多的商品化軟件中都得到了推廣與應用。人工智能方法及其相關的原理在控神經網絡控制，這些控制系統已經受到了人們的關注。

2.3鞏固優(yōu)化功能

目標函數J是在生產過程中與運行相應的目標函數,J的數值大小往往取決于相關的運行變量，它能從側面反映出經濟的收益情況。J達到最大值(或最小值)都是在進行優(yōu)化的過程,通常情況下，是通過控制動態(tài)過程品質的優(yōu)化、控制設定值的優(yōu)化以及生產計劃與調度優(yōu)化這3個方面進行優(yōu)化。首先，控制動態(tài)過程品質的優(yōu)化，在被控制的變量值與已經設定的數值之間，如果均方值的差距很大，那么在控制作用下的波動均方值越大越好。其目標函數就是二者的加權和,這是實現二次型最優(yōu)控制的基本方式。其次，對于控制設定值的優(yōu)化。關鍵被控變量在理想的情況下應該通過調整至最優(yōu)設定值，借助外界的條件，應該使操作過程也得到進一步優(yōu)化。要想實現經濟效益的最優(yōu)化就需要實現操作的最優(yōu)化，通過這種途徑就不需要對設備或者一些硬件投資進行擴大或增加。但是就目前情況而言，關于操作優(yōu)化人們產生了錯誤的的認識。這主要體現在兩個方面。一方面，設計優(yōu)化是不同于操作優(yōu)化的,在工作可離線進行的背景條件下，提前計算出各種被調變量的最優(yōu)數值是設計優(yōu)化;而操作優(yōu)化的工作應在線展開，而且要持續(xù)地進行，外界條件的變化會導致其被控變量最優(yōu)值相應的變化[3]。另一方面，關于操作時是穩(wěn)態(tài)或者動態(tài)的問題。一般操作優(yōu)化與動態(tài)優(yōu)化無關，

它是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化但會涉及系統動態(tài)的行為。另外，操作優(yōu)化不是控制規(guī)律而需要調整設定值。最后，生產計劃與調度優(yōu)化需要考慮到魯棒性與適應性。起初制定的工作程序應隨著外界條件或者生產情況的變化而進行相應的調整,但在正常的情況工作程序的變動不能太大?？偠灾岣逥CS應用功能水平就一定要選擇合適的目標函數J以及相應的求解方法，這樣才能使DCS應用在自動化的方面邁向一個新的階梯。

3　結束語

現在，不管是在國內還是在國外，DCS應用中的自動化還沒有完全實現。人們都太過于注重對于遠景的規(guī)劃，而忽視了當前的具體情況以及工作安排。所以，在今后的工作中，需要分階梯式的制定工作目標，使DCS應用進一步實現自動化。對于新穎的控制策略應該盡可能的通過最簡單的方式實現,這樣可以將投資的費用更多的投注到控制策略的可靠性上。因此，研究人員需要深入的探索和進一步創(chuàng)新。在充分發(fā)掘火電機組中的分散控制系統存在的問題的同時，也要挖掘出能夠提高DCS應用水平的使用措施，促進火電機組中的分散控制系統的長遠發(fā)展。

參考文獻

[1]貴原,昊壽龍.DCS的回顧與展望[J].工業(yè)儀表與自動化裝置,12013.9(2):9-13.

[2]戴雅波,李紅詞.WNIDOWS平臺上的控制系統組態(tài)[J].2012, 11(4):33-34.

[3]蔣敏偉,蔣慰孫.過程控制中提高DCS應用水平的途徑仁[J].自動化儀表,2011.12(10):1-4.

唐小姣（1988-），女，湖南永州人，大學本科，助理工程師，研究方向：自動化DCS；工業(yè)控制；火電DCS控制。

作者簡介：