自動化技術(shù)在當(dāng)代智能熱力系統(tǒng)功能提升中的應(yīng)用

段 豪 太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 引言

近年來，燃燒優(yōu)化在電廠行業(yè)中受到非常高的關(guān)注。為了滿足國家節(jié)能減排要求和企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展需求，不少電力企業(yè)都在致力于提升電廠熱工自動化水平。為此，對大型火電廠和熱工自動化處理設(shè)備安全可靠性的技術(shù)要求也越來越高。隨著Ccdcs工程控制管理系統(tǒng)的成熟，火電廠對供熱工程的自動化管理程度穩(wěn)步提高，大大提高了火力發(fā)電廠工程運(yùn)行的工作穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和安全性。但受熱力系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試、日常設(shè)備維護(hù)、技術(shù)使用管理等多方面的各種復(fù)雜因素的影響嚴(yán)重，火電廠專用熱力設(shè)備自動化監(jiān)控系統(tǒng)在保證設(shè)備調(diào)試運(yùn)行過程、邏輯流程控制、日常設(shè)備維護(hù)技術(shù)管理、人員使用技能等各方面仍然存在著諸多不足。與此同時，系統(tǒng)在日常運(yùn)行管理過程中也可能經(jīng)常會發(fā)生各種安全故障，嚴(yán)重影響了火電廠的正常運(yùn)行管理效率。

2 熱工自動化控制系統(tǒng)的組成

熱工運(yùn)行自控傳動系統(tǒng)控制是我國火電廠大型鍋爐設(shè)備熱工運(yùn)行過程控制的一個核心技術(shù)環(huán)節(jié)。包括加熱鍋爐、鍋爐供熱協(xié)調(diào)控制、鍋爐蒸汽燃料總熱量、汽包壓和水位、過熱量和蒸汽燃燒溫度、再熱量和蒸汽燃燒溫度。在事故發(fā)生時，自動控制系統(tǒng)能夠自動切斷線路，確保線路和設(shè)備的安全。保證所有熱工機(jī)組自動化生產(chǎn)設(shè)備的安全連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，不僅能有效提高我國火電廠熱工機(jī)組的社會經(jīng)濟(jì)效益，還能有效地改善火電生產(chǎn)環(huán)境和火電工人的日常工作生活條件，使火電機(jī)組的工作勞動強(qiáng)度大幅度降低。熱自控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其組成取決于不同的功能。該系統(tǒng)主要由分散控制系統(tǒng)、視頻網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、輔助控制、實(shí)時監(jiān)控四部分組成。（1）分散控制管理系統(tǒng)（Dcs）。Dcs軟件是現(xiàn)代計算機(jī)操作系統(tǒng)的一個核心部件。發(fā)電廠的各個部門都需要有一個大的分布式控制管理系統(tǒng)。電廠兩臺通信機(jī)組之間的互聯(lián)數(shù)據(jù)線一般定義為通過公網(wǎng)通信系統(tǒng)與供電線路間的連接，實(shí)現(xiàn)各電臺機(jī)組間的數(shù)據(jù)互聯(lián)，保證數(shù)據(jù)的正常傳輸連接。在每臺機(jī)器的每個操作臺上方有設(shè)置機(jī)器Dcs和機(jī)器Deh兩個操作臺的按鈕，方便系統(tǒng)管理員正常進(jìn)行工作，縮短了機(jī)器系統(tǒng)日常故障上報處理工作時間，保證了系統(tǒng)集散式微控制器在系統(tǒng)發(fā)生故障時的自動正常運(yùn)行。（2）網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)。火電廠監(jiān)控設(shè)備需要全面遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過輔助視頻過程監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以對整個火電廠的日常運(yùn)行、無人機(jī)的值班、檢查站等區(qū)域情況進(jìn)行實(shí)時過程監(jiān)控，輔助管理系統(tǒng)的通信接口不僅可以同時實(shí)現(xiàn)對整個火電廠的工作整體過程監(jiān)控，同時它還可以對整個的火電廠的日常工作運(yùn)行過程和管理程序情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，有效地實(shí)現(xiàn)了對整個火電廠內(nèi)部信息的綜合管理。用戶可以同時利用監(jiān)控數(shù)字視頻機(jī)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)來實(shí)時監(jiān)控重要通信設(shè)備、危險程序和無人值守區(qū)域。實(shí)現(xiàn)了對全廠整個生產(chǎn)管理過程及整個生產(chǎn)現(xiàn)場的直觀遠(yuǎn)程監(jiān)控。數(shù)字視頻信息網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)主要是通過通信接口與企業(yè)工廠的一個MIS接口相連，最終可以實(shí)現(xiàn)對整個企業(yè)工廠視頻信息的實(shí)時綜合采集管理。（3）輔助過程控制管理系統(tǒng)。這不僅是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行工作的重要物理?xiàng)l件，也是實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)無人運(yùn)行的重要技術(shù)條件。一般系統(tǒng)采用視頻受控式微編程器自動完成設(shè)定集中控制，通過視頻數(shù)據(jù)信號切換等多種數(shù)據(jù)傳輸接口，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，數(shù)據(jù)信號傳輸全面，中控室自動完成對系統(tǒng)的集中控制，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動化運(yùn)行。（4）遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)火電廠設(shè)備發(fā)生重大故障時，實(shí)時故障監(jiān)控管理系統(tǒng)通常能夠自動停止運(yùn)行并及時進(jìn)行故障報告。本監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括兩種實(shí)時自動監(jiān)控系統(tǒng)信息采集管理控制系統(tǒng)。通過主機(jī)數(shù)據(jù)處理接口和主機(jī)控制器接口連接，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)接口通信資源共享。

3 自動化技術(shù)在當(dāng)代智能熱力系統(tǒng)功能提升中的應(yīng)用

3.1 智能控制的關(guān)鍵技術(shù)

（1）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)是一種模擬人腦神經(jīng)元工作的技術(shù)。電廠熱工自動化中，引入人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對發(fā)電機(jī)組、鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計算，從而輔助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)組設(shè)備智能控制的目的。它利用了非線性特征原理，對機(jī)組設(shè)備各個結(jié)構(gòu)的運(yùn)行信息進(jìn)行智能計算以及對信息進(jìn)行智能整理。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)在電廠熱工智能控制中的應(yīng)用，關(guān)鍵在于分析機(jī)組運(yùn)行的特性，利用非線性的特征將其描述出來，建立穩(wěn)態(tài)模型。再從非線性的操作量中尋找最佳操作量，即找到優(yōu)化目標(biāo)量，實(shí)現(xiàn)對鍋爐燃燒優(yōu)化的控制。（2）模糊控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)指利用模糊推理和模擬思考的原理構(gòu)建模糊系統(tǒng)。模糊系統(tǒng)具有對不同問題分析的功能。通過對鍋爐燃燒過程不同分析的模糊推理與思考，分析出更加高效的控制方法。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用于電廠熱工自動化系統(tǒng)中，主要是為了利用計算機(jī)更好地對DCS 智能控制系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理，分析智能控制中時質(zhì)和時變的問題，更好地對控制量進(jìn)行優(yōu)化，通過鍋爐性能控制站實(shí)現(xiàn)對鍋爐性能的優(yōu)化控制。（3）專家控制技術(shù)。專家控制技術(shù)是一種用于解決工業(yè)過程控制的關(guān)鍵技術(shù)。專家控制技術(shù)應(yīng)用與電廠熱工自動化控制，是為了提升DCS 智能控制系統(tǒng)對故障自動診斷的精準(zhǔn)性。根據(jù)電廠熱工自動化系統(tǒng)的復(fù)雜程度，專家控制技術(shù)可分為專家控制系統(tǒng)和專家控制器兩種。專家控制系統(tǒng)用于輔助DCS智能控制系統(tǒng)處理電廠運(yùn)行中發(fā)生的問題，它需要建立在已有的數(shù)據(jù)及專家控制理論基礎(chǔ)上。專家控制器則是智能PID控制器，它較好地將穩(wěn)態(tài)性能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以有效提升DCS 智能控制系統(tǒng)處理非線性系統(tǒng)問題的水平，提高電廠熱工的自適應(yīng)能力，從而提升控制參數(shù)的精準(zhǔn)性。

3.2 智能控制技術(shù)在電力熱工自動化中的應(yīng)用

機(jī)組負(fù)荷裝置在電廠熱工自動化控制系統(tǒng)中主要承擔(dān)著對低負(fù)荷的自動化管控作用。智能控制應(yīng)用于電力負(fù)荷控制裝置中，有助于實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷裝置對電廠各種設(shè)備單元組運(yùn)行過程中的自動化監(jiān)控。智能控制還賦予了負(fù)荷控制裝置抗干擾的功能。通過在負(fù)荷裝置上安裝智能機(jī)器人，對設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行智能巡檢。當(dāng)智能機(jī)器人自動監(jiān)測到電廠設(shè)備負(fù)荷時，就會發(fā)出狀態(tài)監(jiān)測及智能檢修提示，或發(fā)出故障預(yù)警。DCS智能控制系統(tǒng)的智能生產(chǎn)監(jiān)管層就會將監(jiān)測信息傳輸給智能控制層，由智能控制層向智能設(shè)備層發(fā)出優(yōu)化指導(dǎo)的指令。智能設(shè)備層接收到優(yōu)化指導(dǎo)后，發(fā)出智能巡檢的指令，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能檢查。DCS智能控制系統(tǒng)利用模糊控制加人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動化調(diào)整，從而提升負(fù)荷裝置控制的精準(zhǔn)性。

3.3 網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控管理系統(tǒng)

火電廠監(jiān)控設(shè)備需要全面遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過輔助視頻過程監(jiān)控管理系統(tǒng)，可以對整個火電廠的日常運(yùn)行、無人機(jī)的值班、檢查站等區(qū)域情況進(jìn)行實(shí)時過程監(jiān)控，輔助管理系統(tǒng)的通信接口不僅可以同時實(shí)現(xiàn)對整個火電廠的工作整體過程監(jiān)控，同時它還可以對整個的火電廠的日常工作運(yùn)行過程和管理程序情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，有效地實(shí)現(xiàn)了對整個火電廠內(nèi)部信息的綜合管理。用戶可以同時利用監(jiān)控數(shù)字視頻機(jī)和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)來實(shí)時監(jiān)控重要通信設(shè)備、危險程序和無人值守區(qū)域。實(shí)現(xiàn)了對全廠整個生產(chǎn)管理過程及整個生產(chǎn)現(xiàn)場的直觀遠(yuǎn)程監(jiān)控。數(shù)字視頻信息網(wǎng)絡(luò)采集系統(tǒng)主要是通過通信接口與企業(yè)工廠的一個MIS接口相連，最終可以實(shí)現(xiàn)對整個企業(yè)工廠視頻信息的實(shí)時綜合采集管理。

3.4 輔助過程控制管理系統(tǒng)

這不僅是同時保證系統(tǒng)正常運(yùn)行工作的重要物理?xiàng)l件，也是同時實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)無人運(yùn)行的重要技術(shù)條件。一般系統(tǒng)采用視頻受控式微編程器自動完成設(shè)定集中控制，通過視頻數(shù)據(jù)信號切換等多種數(shù)據(jù)傳輸接口，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，數(shù)據(jù)信號傳輸全面，中控室自動完成對系統(tǒng)的集中控制，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動化運(yùn)行。

3.5 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)

當(dāng)火電廠設(shè)備發(fā)生重大故障時，實(shí)時故障監(jiān)控管理系統(tǒng)通常能夠自動停止運(yùn)行并及時進(jìn)行故障報告。本監(jiān)控系統(tǒng)主要功能包括兩種實(shí)時自動監(jiān)控系統(tǒng)信息采集管理控制系統(tǒng)。通過主機(jī)數(shù)據(jù)處理接口和主機(jī)控制器接口連接，實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)接口通信資源共享。

4 自動化技術(shù)在當(dāng)代智能熱力系統(tǒng)功能提升中的應(yīng)用策略

4.1 設(shè)備安全性評估方法

（1）設(shè)備操作員崗位應(yīng)負(fù)責(zé)嚴(yán)格控制民用熱工廠及自動化設(shè)備相關(guān)配套設(shè)備的前期設(shè)計、施工、調(diào)試工作質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際設(shè)備工作需要特點(diǎn)自行制定配套設(shè)備維修管理制度，開展長期高質(zhì)量的設(shè)備維修管理工作，確保對安全隱患問題進(jìn)行及時發(fā)現(xiàn)和有效處理，確保相關(guān)設(shè)備能夠長期保持良好的正常工作運(yùn)行狀態(tài)。（2）進(jìn)一步研究改善熱源電控設(shè)備自動化控制設(shè)備的工作運(yùn)行外部環(huán)境，嚴(yán)格控制導(dǎo)熱電子中的溫度、濕度、粉塵中的濃度、運(yùn)行中的振動等內(nèi)部外界影響環(huán)境因素，對易遇水受潮或產(chǎn)生粉塵的熱控設(shè)備定期進(jìn)行清潔，盡量減少內(nèi)部外界環(huán)境干擾影響因素對熱控設(shè)備的間接影響，并盡可能減少外部外界干擾影響因素對熱控設(shè)備的直接影響。（3）進(jìn)一步提高了對DCS應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件功能結(jié)構(gòu)的自我檢測診斷分析能力，提高故障診斷與預(yù)防能力。

4.2 安全性提升策略

（1）在火力發(fā)電廠實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制單元的智能應(yīng)用。配線單元優(yōu)化后，該機(jī)的DCS系統(tǒng)性能得到了改善，智能化程度有所提高。隨著分布式控制系統(tǒng)智能化程度的提高，其靈敏度也隨之提高，其監(jiān)測能力也隨之提高。若DCS具有智能能力，許多地方無法及時處理線路和設(shè)備，將影響火電廠的安全，造成重大損失。伴隨著電力技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，高度智能化的DCS 系統(tǒng)可以改善火電廠的控制能力和控制水平，并可通過使用電子智能電表加以改變。（2）APS技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。APS（Active Phase Switching）既是有源動態(tài)相位節(jié)能開關(guān)，APS既是動態(tài)有源節(jié)能也是中國微星唯一獨(dú)家采用的動態(tài)節(jié)能開關(guān)技術(shù)APS 自動控制調(diào)節(jié)每個Cpu 的額定供電負(fù)載數(shù)量，基于調(diào)節(jié)Cpu的供電負(fù)載。APS控制技術(shù)實(shí)際上也就是一種多個單元的層級順序控制管理系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)之一是，通過少量的人工或非大量人工的工程干預(yù)，自動快速完成整個發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。（3）負(fù)責(zé)自動化生產(chǎn)過程管理控制的系統(tǒng)優(yōu)化以及軟件設(shè)計。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)用自控系統(tǒng)程序控制模塊時，優(yōu)化自動系統(tǒng)控制管理指標(biāo)和功能范圍，提高自控系統(tǒng)自動抗干擾能力，優(yōu)化自控系統(tǒng)模擬流量控制的自動調(diào)節(jié)功能范圍及控制指標(biāo)，同時優(yōu)化和自動控制。

5 結(jié)束語

熱電廠火電設(shè)備自動化技術(shù)水平的不斷穩(wěn)步提高，是加快實(shí)現(xiàn)當(dāng)前我國現(xiàn)代電力工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)代化的必要技術(shù)保障。但由于工業(yè)熱工設(shè)備自動化工程設(shè)備生產(chǎn)管理及其他相關(guān)熱工技術(shù)的操作復(fù)雜性，在日常熱工設(shè)備的生產(chǎn)使用中難免會容易出現(xiàn)各種安全事故。安全性和連續(xù)性都會產(chǎn)生不利影響。因此，對火力發(fā)電廠自動化設(shè)備安全智能評價方法進(jìn)行了研究，提出了一系列安全改進(jìn)策略，以保證火力發(fā)電廠的良好運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。