集散控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用

王 震

（華電寧夏靈武發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 751400）

0 引 言

電力資源作為一種新能源，早已與人們的生產(chǎn)和生活交融在一起，為社會(huì)的平穩(wěn)運(yùn)行提供了物質(zhì)保障。隨著社會(huì)生產(chǎn)力水平不斷提高，電力行業(yè)也以一種極為迅猛的勢(shì)頭在發(fā)展，各種先進(jìn)的電力技術(shù)層出不窮。集散控制系統(tǒng)作為電力行業(yè)發(fā)展中不可或缺的重要一環(huán)，也逐漸被更多的電力企業(yè)所接受。

1 集散控制系統(tǒng)概述

1.1 集散控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程

集散控制系統(tǒng)是一種將微處理器作為基礎(chǔ)，同時(shí)將顯示操作功能集中、控制功能分散的新型計(jì)算機(jī)儀表控制系統(tǒng)。它的內(nèi)部由多個(gè)子集組成，每個(gè)子集又包含有特定的任務(wù)目標(biāo)，最終組成一種類似于金字塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以也可以直接將集散控制系統(tǒng)理解為集中管理和分散控制。20 世紀(jì)中期，工業(yè)生產(chǎn)就已經(jīng)開(kāi)始采用集散控制系統(tǒng)進(jìn)行工業(yè)管理，但卻缺乏對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部子集的控制管理，集散控制系統(tǒng)的集中性沒(méi)有在其中得到體現(xiàn)，這也使得彼時(shí)的工業(yè)管理始終存在些許問(wèn)題無(wú)法得到解決。隨著人類將第三次科技革命的研究成果不斷應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，集散控制系統(tǒng)得到進(jìn)一步的優(yōu)化和升級(jí)，逐漸能夠適應(yīng)日益發(fā)展的工業(yè)要求。但每當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)達(dá)到一定的高度時(shí)，集散控制系統(tǒng)也一定會(huì)隨之達(dá)到相應(yīng)的瓶頸期，出現(xiàn)不同的問(wèn)題?，F(xiàn)今，人們?cè)诩⒖刂葡到y(tǒng)中融入多種先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)集散控制系統(tǒng)的技術(shù)、材料、工藝等多項(xiàng)內(nèi)容加以改進(jìn)，使其獲得了前所未有的突破和發(fā)展。

1.2 集散控制系統(tǒng)的組成成分和特點(diǎn)

1.2.1 集散控制系統(tǒng)的組成成分

集散控制系統(tǒng)由多種成分組成。這些組成成分涵蓋了集散控制系統(tǒng)的方方面面，使集散控制系統(tǒng)能夠更加符合工業(yè)的生產(chǎn)要求。

（1）計(jì)算機(jī)管理

計(jì)算機(jī)管理是集散控制系統(tǒng)中重要的一環(huán)，不僅能夠?qū)φ麄€(gè)集散控制系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行管理和控制，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)超高速度的處理。在計(jì)算機(jī)中，集散控制系統(tǒng)的每個(gè)子集都能夠形成不同的監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)，并通過(guò)專用的數(shù)據(jù)通道反饋給管理人員[1]。

（2）輸入、輸出接口

在集散控制系統(tǒng)工作的過(guò)程中，經(jīng)常需要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集和分析，而數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換的過(guò)程，都是需要通過(guò)終端的輸入和輸出接口來(lái)完成的。通過(guò)將數(shù)據(jù)從輸入接口進(jìn)行輸入，流經(jīng)整個(gè)數(shù)據(jù)采集站，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理和分析，再經(jīng)由輸出接口得出最終結(jié)果。

（3）CRT 操作站

操作站通常用來(lái)記錄來(lái)自各個(gè)子集的數(shù)據(jù)，也是工作人員與機(jī)械設(shè)備的唯一交流方式。操作站通常由主機(jī)、CRT 顯示器、鍵盤(pán)系統(tǒng)、硬盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)及打印系統(tǒng)等多項(xiàng)內(nèi)容共同組成，通過(guò)這些內(nèi)容對(duì)信息進(jìn)行處理，工作人員可以有效的對(duì)集散控制系統(tǒng)進(jìn)行管理和維護(hù)。

（4）過(guò)程控制單元

過(guò)程控制單元在集散控制系統(tǒng)中起到把控整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的作用，包括數(shù)據(jù)處理、算法控制、信息通信及故障檢測(cè)等。

（5）高速數(shù)據(jù)通道

在集散控制系統(tǒng)中，可以將高速數(shù)據(jù)通道看作是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的一條通道。當(dāng)今比較常用的有雙絞線傳輸通道和光纖傳輸通道兩種，目的是為了實(shí)現(xiàn)控制站點(diǎn)之間信息的傳遞。

1.2.2 集散控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）環(huán)環(huán)相扣

集散控制系統(tǒng)具有環(huán)環(huán)相扣的特點(diǎn)，其內(nèi)部包含有眾多的子系統(tǒng)，各級(jí)子系統(tǒng)通過(guò)信息數(shù)據(jù)的交換最終達(dá)到對(duì)整個(gè)企業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制的效果。電廠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，所應(yīng)用的集散控制系統(tǒng)也略有差別。

（2）操作簡(jiǎn)單

集散控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)理念參考了人類的日常習(xí)慣、工作行為等，所以工作人員僅僅需要坐在顯示器前使用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)就能夠?qū)ζ浯蠖鄶?shù)的功能進(jìn)行操作，并且整個(gè)操作的過(guò)程都始終處在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中，這也保證了系統(tǒng)操作的安全性和可靠性。

（3）信息共享

數(shù)據(jù)信息資源的共享是當(dāng)下所有依托于互聯(lián)網(wǎng)和電子計(jì)算機(jī)所出現(xiàn)事物的特性之一。在集散控制系統(tǒng)中，電廠內(nèi)部的信息工作站同樣也具有網(wǎng)站的職能。在這個(gè)網(wǎng)站中，工作人員所瀏覽和發(fā)布的信息都能夠進(jìn)行傳遞，并將之分享給更多的相關(guān)人員。同時(shí)，工作站也可以接收其他人所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并將之作為企業(yè)發(fā)展的參考內(nèi)容。

（4）安全性高

集散控制系統(tǒng)中包含多項(xiàng)功能，這些功能的組合能夠使得電力企業(yè)的結(jié)構(gòu)功能更加完善，也使得整個(gè)電力企業(yè)的工作過(guò)程具有極高的安全性和可靠性。集散控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息的分析，對(duì)電力企業(yè)的工作流程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)給出相應(yīng)的解決方案。此外，由于集散控制系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)多樣，也使得某一項(xiàng)內(nèi)容的錯(cuò)誤無(wú)法對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。

2 集散控制系統(tǒng)在電廠中的應(yīng)用

電力行業(yè)對(duì)提高我國(guó)的綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力，保證社會(huì)生產(chǎn)平穩(wěn)有著重要意義。當(dāng)今電力行業(yè)隨著人們科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步逐漸向自動(dòng)化和現(xiàn)代化過(guò)渡，這也標(biāo)志著我國(guó)的電力行業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展和變革。傳統(tǒng)的發(fā)電廠在使用集散控制系統(tǒng)時(shí)，并未充分地發(fā)揮其作用，致使工作的過(guò)程中存在缺陷。當(dāng)今自動(dòng)化的集散控制系統(tǒng)已經(jīng)針對(duì)現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要作出改進(jìn)，這種改進(jìn)可以通過(guò)如下內(nèi)容得到體現(xiàn)。

2.1 集散控制系統(tǒng)與機(jī)械機(jī)組控制

由于集散控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性能較強(qiáng)，特別是在得到相應(yīng)的改進(jìn)后，它的自動(dòng)化程度同樣較高，所以在發(fā)電廠進(jìn)行工作的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)將集散控制系統(tǒng)與發(fā)電廠的機(jī)械設(shè)備組成一個(gè)統(tǒng)一的整體，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，使工作效率達(dá)到最大化。

2.2 鍋爐機(jī)電統(tǒng)一控制

當(dāng)下，部分發(fā)電廠已經(jīng)在發(fā)電設(shè)備中設(shè)置相應(yīng)的發(fā)電機(jī)變壓器控制面板。這就意味著這部分發(fā)電廠能夠合理的對(duì)集散控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)械、鍋爐的檢測(cè)進(jìn)行綜合性考慮，并根據(jù)實(shí)際情況制定出有效的工作方案。這使得發(fā)電廠的工作人員能夠更加科學(xué)的對(duì)發(fā)電廠的工作進(jìn)行管理，同時(shí)也大大縮減了發(fā)電工作的流程，滿足了當(dāng)下社會(huì)對(duì)發(fā)電廠發(fā)電的要求。

2.3 集散控制系統(tǒng)的覆蓋范圍

集散控制系統(tǒng)在發(fā)電廠進(jìn)行工作時(shí)，信息數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一性使得發(fā)電廠必須采用多個(gè)顯示器同時(shí)顯示信息數(shù)據(jù)的方案進(jìn)行工作。這種工作方式會(huì)增加工作人員的工作量，降低工作人員的工作效率。但若是所有信息數(shù)據(jù)的傳遞都可以統(tǒng)一在一個(gè)顯示器上，就能夠有效地降低發(fā)電廠的發(fā)電成本，將人力資源和物力資源的使用減少到最低，這也是實(shí)現(xiàn)集散控制系統(tǒng)覆蓋范圍一體化的重要措施之一。目前有兩種方式可以對(duì)其進(jìn)行操作。第一，建立一個(gè)包含數(shù)據(jù)控制、鍋爐監(jiān)測(cè)、閉環(huán)控制、信息收集、現(xiàn)實(shí)控制五項(xiàng)功能的集散控制系統(tǒng)，使得數(shù)據(jù)的傳遞更加方便快捷，從而提高電廠的工作效率。第二，將信息收集、數(shù)據(jù)控制、閉環(huán)控制三項(xiàng)功能賦予集散控制系統(tǒng)，剩余兩項(xiàng)功能交由其他系統(tǒng)來(lái)完成。這種方法在保證使用安全的前提下可以進(jìn)行不同的變化。

2.4 借助集散控制系統(tǒng)解決電廠運(yùn)營(yíng)中的問(wèn)題

當(dāng)下我國(guó)電廠的運(yùn)行和發(fā)展在大方向上已經(jīng)漸趨完美，但在某些方面仍有需要改進(jìn)之處，應(yīng)用集散控制系統(tǒng)能夠有效地解決電廠運(yùn)行和發(fā)展過(guò)程中的部分問(wèn)題。

2.4.1 過(guò)程建模

過(guò)程建模是電廠發(fā)展過(guò)程中的一項(xiàng)重要問(wèn)題，集中體現(xiàn)在電力設(shè)備的控制系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行有著重要意義。在新時(shí)期，為了滿足社會(huì)日益增長(zhǎng)的用電需求，電力設(shè)備控制系統(tǒng)中的過(guò)程建模也需要作出新的改變。電廠在發(fā)電的過(guò)程中，主要有兩種常用建模方法。第一，機(jī)理建模法。主要利用自然科學(xué)的原理針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中需要控制的對(duì)象進(jìn)行建模。第二，系統(tǒng)識(shí)別法。首先對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行針對(duì)性的建模。此外，根據(jù)實(shí)際情況的不同還可以采用模糊建模等其他類型的建模方法[2]。

2.4.2 軟測(cè)量技術(shù)

電廠在實(shí)際進(jìn)行工作的過(guò)程中，很難做到對(duì)所有的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的采集和控制，所以在測(cè)量技術(shù)上面，需要酌情采用不同的測(cè)量方法。想要達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)信息中變量進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量的目的，通?？梢圆捎迷诰€建模的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

2.4.3 控制策略

大部分的發(fā)電廠都是采用PID 控制來(lái)完成對(duì)發(fā)電設(shè)備的控制，但仍然有部分變量無(wú)法被PID 控制所左右，這時(shí)就需要對(duì)控制方案進(jìn)行優(yōu)化，以完善其職能。

（1）PID 控制器

PID 控制器由比例單元、積分單元、微分單元三項(xiàng)內(nèi)容組成，在基本線性以及動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛。PID 控制器的工作狀態(tài)較為穩(wěn)定，在電廠的系統(tǒng)控制中常用作基本控制源，并總是以其為基礎(chǔ)演變出不同的控制方法。

（2）整體預(yù)測(cè)控制

電廠肩負(fù)著社會(huì)發(fā)展的重任，所以無(wú)論是生產(chǎn)的結(jié)果還是運(yùn)行的過(guò)程，都必須要加以重視，并針對(duì)性的作出控制。隨著社會(huì)的發(fā)展，這種理念逐漸被更多的電力企業(yè)所認(rèn)可，并將之作為集散控制系統(tǒng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容逐步加以完善，使其能夠更加適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，最終起到提高電廠工作效率的良好作用。

（3）容錯(cuò)性控制

電廠在運(yùn)行和生產(chǎn)的過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制也是不容忽視的一項(xiàng)重要內(nèi)容。大部分電廠為了實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部容錯(cuò)現(xiàn)象的良好控制，通常會(huì)對(duì)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次重組，用以提高系統(tǒng)的工作效率，縮減工作的流程，最終達(dá)成對(duì)電廠內(nèi)部進(jìn)行有效控制的目的[3]。

（4）現(xiàn)代化智能控制

這種控制方法依托于模糊控制和專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)類似現(xiàn)代化人工智能的效果。雖然該方法已經(jīng)在研究上取得了初步的成果，但總體上仍然存在一些問(wèn)題，亟待補(bǔ)足。

3 結(jié) 論

隨著社會(huì)的進(jìn)步，電力行業(yè)勢(shì)必會(huì)迎來(lái)新一輪的發(fā)展。這對(duì)于電力企業(yè)來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。目前，我國(guó)的集散控制系統(tǒng)尚且存在部分缺陷，若是不能得到有效解決，就會(huì)弱化我國(guó)電力企業(yè)在國(guó)際中的地位和影響力，阻礙我國(guó)綜合實(shí)力的提高。因此，集散控制系統(tǒng)應(yīng)該通過(guò)不斷創(chuàng)新以應(yīng)對(duì)日益激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。