探析火電廠的自動化控制技術(shù)

戴名揚(yáng) 李海龍 韓彥春

摘 要：隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電力自動化技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，特別是在火電廠，自動化控制技術(shù)在火電廠的安全穩(wěn)定行中發(fā)揮著越來越重要的作用。本文簡述了火電廠的工藝特點(diǎn)及自動化控制技術(shù)在電廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并從實(shí)用性出發(fā)，闡述了自動化控制技術(shù)在電廠的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：火電廠;自動化控制;控制技術(shù)

一、火電廠工藝特點(diǎn)

火電廠實(shí)際是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，到機(jī)械能，最后轉(zhuǎn)為電能。主要有輸煤系統(tǒng)，負(fù)責(zé)燃料的輸送與儲存;鍋爐燃燒系統(tǒng)，通過燃料燃燒將水變?yōu)檎羝?汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)，利用蒸汽做功產(chǎn)生電能;另外，還有除渣出灰系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)及電廠配電系統(tǒng)。顯然，火電廠的生產(chǎn)流程是一個(gè)極其復(fù)雜的過程。其自動化過程包括過程自動化與工廠自動化。在電廠控制系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式中，廠內(nèi)主要的熱力生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)通常采用DCS系統(tǒng)，其他輔助生產(chǎn)系統(tǒng)則采用以可編程邏輯控制器（PLC）為核心的控制系統(tǒng)。

二、 電廠自動控制技術(shù)應(yīng)用

1.PLC與DCS

可編程邏輯控制器PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體、易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)。

DCS是以計(jì)算機(jī)、控制技術(shù)、通信、微處理器為核心，實(shí)現(xiàn)功能上和地理上相對分散的控制系統(tǒng)，也是模擬和數(shù)字混合系統(tǒng)。DCS把各個(gè)分散點(diǎn)的信息通過數(shù)據(jù)通道集中起來，進(jìn)行集中的監(jiān)視和操作，可實(shí)現(xiàn)高級復(fù)雜規(guī)律的控制。具有系統(tǒng)容易開發(fā)，系統(tǒng)可靠性高，控制功能強(qiáng)，編程簡單，有良好的人機(jī)交互接口，操作方便，良好的性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，在火電廠自控中應(yīng)用很廣泛。

目前的DCS或PLC系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)的互聯(lián)。其原因主要是大部分DCS或PLC制造廠的產(chǎn)品由各自的軟、硬件構(gòu)成自己的體系，為了保護(hù)自己的市場，彼此封鎖。這種情況下，要實(shí)現(xiàn)與其他廠商系統(tǒng)通信只能通過網(wǎng)關(guān)等接口實(shí)現(xiàn)。這樣就要重新開放軟件接口，一方面增加了用戶的投資，另一方面部分產(chǎn)品的通訊速率下降。另外，PLC與DCS是將現(xiàn)場各種I/O信號全部接入系統(tǒng)卡件，當(dāng)系統(tǒng)增大規(guī)模時(shí)，數(shù)量眾多的檢測信號匯集到DCS或PLC的入口處，會導(dǎo)致信號出現(xiàn)堵塞，降低了系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.現(xiàn)場總線 FCS

現(xiàn)場總線FCS體現(xiàn)了互聯(lián)、開放、分布、高可靠性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)正是DCS的缺點(diǎn)。電廠使用的很多儀表廠商都是自定標(biāo)準(zhǔn)、儀表功能單一、互換性差，難以滿足現(xiàn)代的要求; DCS采用的模擬信號精度低，易受干擾，而且一對一單獨(dú)傳送信號，控制室操作員對模擬儀表往往難以預(yù)測故障和調(diào)整參數(shù)，而且?guī)缀跛械目刂乒δ芏嘉挥诳刂普局?，存在很大風(fēng)險(xiǎn)。

FCS系統(tǒng)采用的是精度高、可靠性強(qiáng)的數(shù)字信號，而且是一對多雙向傳輸信號，設(shè)備也始終處于操作員的遠(yuǎn)程監(jiān)控和可控狀態(tài)。智能儀表具有控制、通信、運(yùn)算等功能，用戶可以任意選擇設(shè)備相連，將控制功能分散到現(xiàn)場的各個(gè)智能儀表中。現(xiàn)場總線雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但目前發(fā)展仍然不完善，存在著各大廠商的通訊協(xié)議不統(tǒng)一、通訊速率偏低、價(jià)格高昂、符合協(xié)議的設(shè)備較少等缺點(diǎn)。另外，現(xiàn)場總線處于企業(yè)網(wǎng)的最低層，不能體現(xiàn)現(xiàn)場管控一體化的優(yōu)勢。

3.工業(yè)以太網(wǎng)

工業(yè)以太網(wǎng)源于以太網(wǎng)又不同于以太網(wǎng)，以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中就產(chǎn)生了工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)。經(jīng)過對工業(yè)應(yīng)用環(huán)境適應(yīng)性的改造，傳輸確定性的改進(jìn)，通信實(shí)時(shí)性改進(jìn)，增加一些控制應(yīng)用功能后，便形成了工業(yè)以太網(wǎng)的技術(shù)主體。因此，工業(yè)以太網(wǎng)是一系列技術(shù)的綜稱。工業(yè)以太網(wǎng)通過提高通信速率，采用完全基于軟件協(xié)議的辦法解決了實(shí)時(shí)性同題;通過采用適當(dāng)?shù)慕粨Q技術(shù)、流量控制、全雙工通信技術(shù)、改進(jìn)容錯技術(shù)、信息優(yōu)先級、改進(jìn)冗余結(jié)構(gòu)，解決了確定性問題;通過結(jié)構(gòu)工藝改進(jìn)和元器件升級，解決了網(wǎng)絡(luò)供電和工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境使用問題，通過這些技術(shù)措施，使工業(yè)以太網(wǎng)具有了成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單、傳輸速度高、易于安裝、冗余能力強(qiáng)、功耗低、兼容性好、軟硬件資源豐富、易于集成、靈活性高、支持多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)是PLC、DCS、FCS都無法比擬的。因此，工業(yè)以太網(wǎng)是最理想的電廠自動化控制平臺。

三、電廠自動控制技術(shù)的發(fā)展

隨著控制領(lǐng)域計(jì)算機(jī)技術(shù)及通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電廠自動控制技術(shù)也得到飛速發(fā)展。主要體現(xiàn)在：

1.PLC的發(fā)展。PLC發(fā)展面向小型化、易開發(fā)、價(jià)格低廉發(fā)展。另一個(gè)方向就是多功能、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向。目前的PLC產(chǎn)品已經(jīng)融合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遺傳算法、專家系統(tǒng)、模糊控制等先進(jìn)控制技術(shù)，通信與控制功能都得到了極大的提高;

2.嵌入式技術(shù)的發(fā)展。由于嵌入式系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通訊方面的出色表現(xiàn)，極大地支撐了控制技術(shù)。

3.目前多現(xiàn)場總線共存的現(xiàn)象會向以工業(yè)以太網(wǎng)為主體的方向發(fā)展。隨著工業(yè)以太網(wǎng)的不斷發(fā)展及完善，主流現(xiàn)場總線逐年減少，而工業(yè)以太網(wǎng)逐步占據(jù)首要位置，現(xiàn)場總線并存的狀況短期內(nèi)不會消失。

4.有線與無線的融合。在電廠自動化技術(shù)中，控制信息的傳輸是實(shí)現(xiàn)自動化控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，要建立一個(gè)通暢可靠的信息傳輸渠道，有線系統(tǒng)往往需要較大的投資。這時(shí)，無線系統(tǒng)也是一個(gè)很好的選擇。隨著無線技術(shù)的逐漸成熟應(yīng)用.有線與無線的融合正成為發(fā)展潮流。

四、結(jié)語

為了更好的實(shí)現(xiàn)這一功能，隨著自動化領(lǐng)域工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，電廠自動化控制將會隨著技術(shù)的進(jìn)步得到長足的發(fā)展，更好地為電力生產(chǎn)服務(wù)。

作者簡介：戴名揚(yáng)（1990-2-）男，助理工程師，研究方向?yàn)殡姎庾詣踊夹g(shù)。