先進(jìn)控制策略在火電廠熱工控制中的應(yīng)用分析

范新明

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

1 先進(jìn)控制策略在火電廠熱工控制中的應(yīng)用意義分析

1.1 管理信息系統(tǒng)的擴展

因為當(dāng)今先進(jìn)的自動化控制策略都是以網(wǎng)絡(luò)和控制器為基礎(chǔ)來實現(xiàn)的控制，所以將先進(jìn)的控制策略應(yīng)用到火電廠的熱工控制中，對于其信息系統(tǒng)的進(jìn)一步擴展十分有利。自動化控制系統(tǒng)主要是將計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)，通過一系列的輔助方法來實現(xiàn)多種設(shè)備的全程監(jiān)控，這樣就可以建立起一個完整的信息化控制體系，以實現(xiàn)火電廠的自動化熱工控制[1]。因為PLC 控制系統(tǒng)主要是以分布式的模式來實現(xiàn)熱工控制，所以這種控制系統(tǒng)有著很強的控制能力，尤其是將PLC 控制器應(yīng)用到這一系統(tǒng)之后，其控制能力變得更加強大，這對于熱工控制中的信息系統(tǒng)擴展有著重要的意義。

1.2 高級算法模塊的積累

在本次所研究的火電廠熱工控制中，通過PLC 控制策略的應(yīng)用，積累了很多的高級算法模塊，這些高級算法模塊有著不同的功能和不同的優(yōu)勢。例如，可以對出現(xiàn)的故障進(jìn)行自我報警以及自我修復(fù)，這對于火電廠熱工控制效率的提升和質(zhì)量的保障都有著極大的幫助作用。

2 PLC 系統(tǒng)硬件設(shè)計分析

2.1 上下機位配置分析

在本次所研究的火電廠熱工控制的PLC 自動化控制系統(tǒng)中，I/O 形式的控制點共有600 多個。在設(shè)計的過程中，通過對I/O 控制點的全面研究與考慮，最終確定了最符合該火電廠實際應(yīng)用需求的一種PLC 系統(tǒng)，該PLC 系統(tǒng)是由西門子公司所研發(fā)的S7—400 型PLC自動化控制系統(tǒng)。在實際的應(yīng)用過程中，由于這個PLC 自動化控制系統(tǒng)中的模塊十分有限，且I/O 的控制點很多，所以按照4 個模塊對這些I/O 控制點進(jìn)行了合理劃分[2]。在這個PLC 控制系統(tǒng)中，上位機和下位機之間采用的是串行通信方法，并通過UPS 來給整個的PLC 自動化控制系統(tǒng)供電。

2.2 信號的可靠性控制

2.2.1 信號聯(lián)接分析

在本次所研究的火電廠熱工控制PLC 系統(tǒng)中，電流信號的傳遞在4～20 mA，電流信號首先需要在儀表中通過，然后再從PLC 系統(tǒng)中通過，這種電流信號被稱為輸入信號。通過實際的應(yīng)用得知，PLC 系統(tǒng)和儀表之間的關(guān)系相當(dāng)于串聯(lián)，所以，無論是PLC 系統(tǒng)出現(xiàn)故障還是儀表出現(xiàn)故障，這兩部分的信號都會同時出現(xiàn)故障。該火電廠就針對這一情況作出了合理的改進(jìn)，其改進(jìn)的方法主要有兩種。第一，在電流信號輸入到了儀表之后，可以將這個電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，然后再將這個轉(zhuǎn)變之后的電壓信號輸入PLC 系統(tǒng)。其模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)化公式如下：

其數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換公式如下：

其中，輸入信號的最小值用A0來表示，經(jīng)A0轉(zhuǎn)換得到的電壓值用D0來表示，輸入信號的最大值用Am來表示，經(jīng)Am轉(zhuǎn)換得到的電壓值用Dm來表示，輸入的模擬信號用A來表示，經(jīng)A轉(zhuǎn)換得到的電壓值用D來表示。

第二，如果這個輸入到儀表中的電流信號無法被轉(zhuǎn)變成電壓信號，也可以使其通過兩條線路進(jìn)行傳輸，一條傳輸?shù)絻x表，另一條傳輸?shù)絇LC 控制系統(tǒng)，這樣就相當(dāng)于將儀表和PLC 控制系統(tǒng)并聯(lián)在一起，所以無論是哪一端出現(xiàn)故障，都不會對另一端造成影響[3]。

2.2.2 信號隔離分析

當(dāng)來自現(xiàn)場的信號通過伺服放大器或者是手操作器時，在其內(nèi)阻的作用下，就會形成一個電壓信號，這個電壓信號需要從手操作器輸出，然后，這個電壓信號會輸入到PLC 控制系統(tǒng)中。因為PLC 控制系統(tǒng)中的輸入端負(fù)端需要接地，而伺服放大器也有一端需要接地，所以如果將伺服放大器和手操作器連接起來，就會同時出現(xiàn)兩個接地端，這樣就會導(dǎo)致PLC 系統(tǒng)和手操作器中得到信號出現(xiàn)故障。針對這樣的情況，該火電廠研究出了兩種解決問題的方法：第一是隔離伺服放大器，也就是將放大器接地端懸空處理；第二是對PLC 系統(tǒng)以及手操作器進(jìn)行隔離，也就是將一個隔離器設(shè)置在PLC 系統(tǒng)和手操作器之間。

2.2.3 PLC 故障處理分析

在實際的應(yīng)用過程中，PLC 系統(tǒng)和儀表之間的操作方式并不相同，PLC 控制系統(tǒng)主要是通過自動化的方法來進(jìn)行控制，而儀表則需要采用手動操作的方法來進(jìn)行控制。同時，因為系統(tǒng)中的很多因素都會對PLC 系統(tǒng)的運行造成影響，進(jìn)而使其發(fā)生故障，而在PLC 控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，通過對具體的故障分析，并依據(jù)不同故障對于PLC 控制系統(tǒng)產(chǎn)生的破壞程度，該火電廠將其按照輕度故障和重度故障這兩種類型進(jìn)行劃分[4]。在處理輕度故障時，PLC 控制系統(tǒng)會自動在人機交互屏幕上顯示出相應(yīng)的故障，并提示操作人員進(jìn)行故障的處理。在處理重度故障時，PLC 控制系統(tǒng)就會實現(xiàn)儀表的自動切換，并發(fā)出報警，以提示操作人員有重度故障發(fā)生，直到操作人員徹底排除了故障，PLC 控制系統(tǒng)才可以繼續(xù)進(jìn)行正常的工作，否則，PLC 控制系統(tǒng)將會自動脫機，不再和儀表之間進(jìn)行連接，也不能夠繼續(xù)進(jìn)行操作系統(tǒng)的切換。在處理重度故障時，操作人員可以通過PLC 控制系統(tǒng)的自行診斷方法以及梯形編程功能來進(jìn)行故障的處理。

3 PLC 設(shè)備的實時控制軟件分析

在本次所研究的這個火電廠PLC 控制系統(tǒng)中，其內(nèi)部的軟件配置是STEP7 軟件。該軟件屬于一套梯形邏輯指令的集合，通過這個軟件，就可以保障整個PLC 控制系統(tǒng)之中的邏輯控制功能得以順利運行，同時也可以對系統(tǒng)之中的故障進(jìn)行自診斷以及自處理。這個軟件也包括其他的很多功能，通過控制功能模塊以及函數(shù)功能模塊，可以直接進(jìn)行簡單的熱工控制。對于一些復(fù)雜的控制，則可以通過SF 程序的編寫來實現(xiàn)。

4 PLC 控制系統(tǒng)在熱電廠中的應(yīng)用分析

在本次所研究的某火電廠熱工控制優(yōu)化過程中，為了進(jìn)一步提升控制效率，保障控制質(zhì)量，進(jìn)而實現(xiàn)產(chǎn)電量的全面提升，所以將PLC 控制系統(tǒng)應(yīng)用到了熱工控制中，使其在各個熱工控制環(huán)節(jié)之中發(fā)揮出充分的優(yōu)勢，進(jìn)而實現(xiàn)了熱工控制質(zhì)量的顯著提升。

4.1 在化學(xué)水處理中的應(yīng)用

對于火電廠的熱工控制，一項必要的工作就是化學(xué)水的處理。在應(yīng)用PLC 系統(tǒng)進(jìn)行化學(xué)水處理的過程中，首先是過濾預(yù)處理的化學(xué)水，然后通過分滲透的方法進(jìn)行離子處理，離子處理過程主要是進(jìn)行水中陰陽離子的交換，最后將混合離子制作成補給水，讓化學(xué)水在處理之后可以繼續(xù)應(yīng)用到電廠的鍋爐。在具體的化學(xué)水處理過程中，PLC 控制系統(tǒng)的主要作用就是控制處理設(shè)備之中的過濾器以及陰陽床，當(dāng)PLC 應(yīng)用到不同的設(shè)備中時，其運行方式也會有著很大的差異。因為本次研究的火電廠一共有兩組處理設(shè)備，所以在具體的化學(xué)水處理過程中，原定將兩臺PLC 控制系統(tǒng)同時應(yīng)用到一個公用設(shè)備之中進(jìn)行控制。但是通過實際的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這兩臺PLC 控制系統(tǒng)很容易出現(xiàn)沖突，所以為了避免這樣的情況對PLC 系統(tǒng)造成不必要的損害，在后期的應(yīng)用過程中，就僅僅通過一臺PLC 系統(tǒng)進(jìn)行公用設(shè)備的控制，并且保障關(guān)閉了所有的設(shè)備之后再關(guān)閉PLC 系統(tǒng)。

4.2 在石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

在本次所研究的火電廠中，傳統(tǒng)的石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫處理是通過DCS 系統(tǒng)來實現(xiàn)，但是由于DCS 系統(tǒng)有著很大的缺陷存在，如相比較PLC 系統(tǒng)而言，DCS 系統(tǒng)有著更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，所以維護(hù)起來就比較困難，運行和維護(hù)的成本也就會很高。在本次對電廠熱工控制的優(yōu)化升級中，就應(yīng)用了先進(jìn)的PLC系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的DCS 系統(tǒng)。在應(yīng)用PLC 自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行石灰石-石膏的濕法全煙氣脫硫過程中，通過其中的監(jiān)視控制功能，可以對任何一個環(huán)節(jié)進(jìn)行自動化監(jiān)控。同時，通過PLC 控制系統(tǒng)來進(jìn)行石灰石-石膏的濕法全煙氣脫硫處理，也可以實現(xiàn)處理成本的進(jìn)一步節(jié)約，加之PLC 系統(tǒng)維護(hù)起來十分簡單，所以PLC 系統(tǒng)的應(yīng)用也使得石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫系統(tǒng)實現(xiàn)了進(jìn)一步的簡化。

4.3 在氣力除灰中的應(yīng)用分析

在火電廠的熱工控制中，除灰系統(tǒng)的運行情況將會直接關(guān)系到整個火電廠的運行效果，因此PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)被很多的火電廠應(yīng)用到了熱工控制除灰系統(tǒng)。在本次所研究的火電廠中，PLC 的雙機熱備配置主要的組成部分有PLC 主機、電源、熱備處理模塊的組成配置組以及通信模塊，在具體的除灰工作中，不同的配制也會負(fù)責(zé)不同的工作。如果PLC 控制系統(tǒng)在運行的過程中發(fā)生了故障，備用機可以在短時間之內(nèi)代替主機來維持正常的工作，待到將主機的故障排除之后，再通過主機進(jìn)行相應(yīng)的熱工控制。

5 結(jié) 論

將先進(jìn)的控制策略應(yīng)用到火電廠的熱工控制中，不僅可以讓火電廠的生產(chǎn)實現(xiàn)全面的自動化控制，顯著降低火電廠之中的人力資源浪費情況，也可以讓熱工控制系統(tǒng)的工作效率與工作質(zhì)量得到合理的優(yōu)化。這對于火電廠產(chǎn)電量的提升以及安全性的保障都有著關(guān)鍵性的作用。相信隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，PLC 控制系統(tǒng)在火電廠熱工控制中將會發(fā)揮出越來越強大的優(yōu)勢，進(jìn)一步促進(jìn)火電廠的良好運營和發(fā)展，滿足社會的用電需求，為社會經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展提供足夠的動力。