淺談發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王聰中

（四川二灘建設(shè)咨詢有限公司，四川 成都 610072）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和發(fā)電廠整體運(yùn)行水平的提高，越來越多的發(fā)電廠開始重視電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用情況。發(fā)電廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)的用電設(shè)備分布在不同的配電室中，運(yùn)行與維修環(huán)節(jié)的工作量都非常大，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題可能會(huì)影響到發(fā)電廠較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)的生產(chǎn)效益。由此，建設(shè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，有利于精簡(jiǎn)發(fā)電廠生產(chǎn)過程中的資金使用情況，大大縮短生產(chǎn)到經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)的時(shí)間。

1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)

1.1 遠(yuǎn)程監(jiān)控與現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控

在目前的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，遠(yuǎn)程監(jiān)控方式與現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式是常見的自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控方式。其中遠(yuǎn)程監(jiān)控方式在設(shè)備的安裝方面較為簡(jiǎn)易，幾乎不需要安裝過多的電纜設(shè)備提供支持，并且在遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)電廠生產(chǎn)狀況的時(shí)候，具有很強(qiáng)的遠(yuǎn)程操作穩(wěn)定性，具有使用形式比較靈活的特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控方式同樣也有較為便捷的遠(yuǎn)程操控特征，并且不需要安裝過多的配套設(shè)備，通常直接安裝上智能通信設(shè)備，便可以實(shí)現(xiàn)與發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)的直接通信連接，如此一來可以精簡(jiǎn)大量的控制電纜設(shè)備，有效節(jié)省配套設(shè)備所需要的資金成本投入情況，基本也無(wú)需工作人員浪費(fèi)過多的時(shí)間在監(jiān)控系統(tǒng)的通信連接環(huán)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控內(nèi)部裝置的功能互不交叉，網(wǎng)絡(luò)連接之后便可以自由組態(tài)，任意裝置出現(xiàn)故障情況也不會(huì)對(duì)其他裝置的運(yùn)行造成影響，所以現(xiàn)場(chǎng)的總線監(jiān)控方式是未來發(fā)電廠系統(tǒng)監(jiān)控的主要發(fā)展方向。

1.2 集中監(jiān)控方式的實(shí)現(xiàn)

集中監(jiān)控方式在防護(hù)形式并沒有過多的設(shè)置，所以系統(tǒng)設(shè)訓(xùn)相對(duì)比較容易，不僅運(yùn)行起來較為快捷，日后的維護(hù)檢修工作也比較方便。但是，集中式監(jiān)控方式在工作的時(shí)候會(huì)將電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)內(nèi)部的功能都集中起來，最終在一個(gè)處理器內(nèi)進(jìn)行集中處理，這樣便會(huì)導(dǎo)致處理器集中處理的任務(wù)較為繁重，容易降低設(shè)備的運(yùn)行速度。目前發(fā)電廠中的電氣設(shè)備幾乎都采用了監(jiān)控手段，隨著監(jiān)控設(shè)備數(shù)量的不斷增加，慢慢的主體冗余便會(huì)出現(xiàn)下降，再加上電纜設(shè)備數(shù)量的與日俱增，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)電廠的資金成本加大，而且電纜的長(zhǎng)距離運(yùn)行也容易對(duì)系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性造成影響。另外，隔離刀閘與電路器設(shè)備在連接時(shí)選用的是硬接線，在隔離刀閘輔助接點(diǎn)不到位的情況下，監(jiān)控設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)下一步的操作，二次接線方式的復(fù)雜性，降低了查線工作的效率，導(dǎo)致設(shè)備的維護(hù)工作變得困難，容易造成失誤操作情況的頻發(fā)。

2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的組成情況

2.1 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化系統(tǒng)主要是指由相互制約的各個(gè)部分，按照某種要求組成的能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制功能的系統(tǒng)，包含的設(shè)備通常有傳感器、被控對(duì)象、執(zhí)行器等等。就比如室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，需要控制的對(duì)象便是發(fā)電廠中的恒溫室，采用的傳感器設(shè)備通常為溫度傳感器，控制器則采用了溫度控制器，最后再用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥作為執(zhí)行器，便可以完成室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)中的整個(gè)控制過程。這一控制過程中涵蓋著不少組成部分，通常被稱為環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)之間都有不同的信號(hào)傳遞方式，系統(tǒng)的控制功能需要依靠環(huán)節(jié)之間的信號(hào)傳遞來完成。

2.2 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)

相比電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，電氣自動(dòng)系統(tǒng)的對(duì)象則主要是恒溫室以及熱水加熱器。室內(nèi)的溫度是自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控變量因素，理論上說，被控變量會(huì)有對(duì)應(yīng)的給定值，在運(yùn)行的過程中被控變量需要按照給定值來完成工作，但是在實(shí)際工作的過程中，自動(dòng)控制系統(tǒng)常常會(huì)受到很多因素的干擾，這時(shí)被控變量會(huì)逐漸偏離給定值。在這種情況下，自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用便是根據(jù)被控變量偏離的程度，對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)節(jié)，促使被控對(duì)象的物料量發(fā)生改變，從而逐漸恢復(fù)到給定值的軌道當(dāng)中，逐漸恢復(fù)為給定值。

3 電氣自動(dòng)化控制發(fā)電系統(tǒng)的配置

3.1 操作員站的數(shù)據(jù)采集工作

電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)操作員站的主要功能集中在數(shù)據(jù)的采集與處理方面，操作員站能夠定期對(duì)發(fā)電廠全站生產(chǎn)運(yùn)行中的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行濾波處理，最終一一排查出引發(fā)事故的故障情況以及觸發(fā)原因。在排查的過程中，操作員站能夠?qū)顟B(tài)和模擬信號(hào)的參數(shù)變化進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的及時(shí)更新，通過為控制系統(tǒng)中的監(jiān)控提供生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)資料。在分析與記錄的時(shí)候，操作員站能夠按照制定的順序?qū)ψ詣?dòng)裝置的動(dòng)作進(jìn)行記錄，同時(shí)設(shè)置上上限、上限、下限、下下限等幾個(gè)額定數(shù)值，若是發(fā)現(xiàn)測(cè)量值超過額定數(shù)值，便會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。這樣一來，安全事故發(fā)生之后，操作員站便可以馬上查找出相應(yīng)的事故追憶記錄，了解到事故發(fā)生前后一段之間模擬數(shù)值的變化情況，最終科學(xué)分析出引發(fā)事故的具體原因。

3.2 發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)

發(fā)電廠的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)，通常會(huì)設(shè)置一套分散控制系統(tǒng)（DCS），從而結(jié)合分散控制系統(tǒng)操作模式，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中操作。目前發(fā)電廠常用的控制系統(tǒng)主要是西門子公司出品的SIMATICPCS7控制系統(tǒng)，里面涵蓋著數(shù)據(jù)文件站、五個(gè)操作站、五個(gè)過程處理中心以及工程師站，這幾個(gè)板塊綜合使用便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行情況的集中控制。這套分散控制系統(tǒng)類似于高速運(yùn)行的以太網(wǎng)，能夠通過冗余通信設(shè)備控制通信系統(tǒng)，其中的I/O（輸入/輸出）點(diǎn)中有兩個(gè)生產(chǎn)線，還有相對(duì)獨(dú)立使用的控制器，每個(gè)焚燒線中都會(huì)安裝7個(gè)遠(yuǎn)程I/O站，還設(shè)置有遠(yuǎn)程I/O站控制公用設(shè)施系統(tǒng)，能夠分別處理低壓電器的信號(hào)，這套分散操作系統(tǒng)主要有運(yùn)行操作、報(bào)警時(shí)間以及采集完整的數(shù)據(jù)信息等功能，可以對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)過程狀態(tài)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。

3.3 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的重要組成部分，里面主要涉及兩個(gè)重要模塊，一方面是模擬量數(shù)據(jù)采集模塊，另一個(gè)則是數(shù)字量數(shù)據(jù)采集模塊。由于發(fā)電廠電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，會(huì)涉及到有功功率、電流頻率、線路電壓等復(fù)雜的模擬量參數(shù)，所以可以在交流電路中，采集某周期內(nèi)N個(gè)交流電壓信號(hào)、電流信號(hào)的瞬時(shí)值，以便完成最終的模擬量數(shù)據(jù)采樣工作。之后再借助A/D轉(zhuǎn)換與后續(xù)運(yùn)算處理方法，分析得到被測(cè)定電壓的有效參數(shù)。數(shù)字量數(shù)據(jù)模塊的主要工作，包括分析斷路器對(duì)應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)、斷路器保護(hù)動(dòng)作信號(hào)以及同期檢測(cè)狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息，從而為電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行提供信息化的數(shù)據(jù)參考。

3.4 以太網(wǎng)系統(tǒng)與過程處理中心

以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)主要由上層控制網(wǎng)和下層控制網(wǎng)兩大部分組成，這兩個(gè)管理網(wǎng)負(fù)責(zé)的具體工作有所不同。上層控制網(wǎng)需要使用同軸電纜，通過ES站、控制器上的CP443-5通訊卡以及OS站進(jìn)行連接，通常以歐洲的Profibus為標(biāo)準(zhǔn)，能夠輔助操作員站對(duì)發(fā)電廠的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享。下層控制網(wǎng)則通過ET200M上的IM153-1連接到AS417-2DP控制器，同樣需要以Profibus作為標(biāo)準(zhǔn)，之后完成對(duì)發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集，逐步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，最終完成控制器的冗余通訊目標(biāo)。

過程處理中心的常見型號(hào)為AS417-4-2H型號(hào)，具有很多的性能優(yōu)點(diǎn)，例如，在充斥著無(wú)線電干擾、振動(dòng)以及高電氣噪聲的環(huán)境下，依然可以正常運(yùn)行，即使處于環(huán)境溫度為-10℃～50℃，相對(duì)濕度為5℃～95℃的環(huán)境下，可編程控制器系統(tǒng)中的硬件依然可以正常工作，這樣一來，在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)CPU斷電情況以后，過程處理中心還依然能夠完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)和程序的備份與保存，具有較強(qiáng)的安全性與實(shí)用性。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，將電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)電廠的生產(chǎn)過程中，有利于提高發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化水平，對(duì)于發(fā)電廠生產(chǎn)效益的提升有著深遠(yuǎn)的影響。發(fā)電廠在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級(jí)的時(shí)候，要充分融合與運(yùn)用自動(dòng)化控制系統(tǒng)的便利與優(yōu)勢(shì)，大幅提高電氣設(shè)備的運(yùn)行效率，精簡(jiǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的資金與時(shí)間消耗，最終帶動(dòng)發(fā)電廠生產(chǎn)的自動(dòng)化水平與經(jīng)濟(jì)效益，建立安全穩(wěn)定的產(chǎn)品生產(chǎn)模式。

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