淺析火電廠熱工自動化中智能控制的應用

摘要：熱工自動化是采用檢測與控制系統對火力發電廠的熱力生產過程進行生產作業，以代替人工直接操作的措施。一般把極其復雜的研制對象稱為系統，它是由相互作用并相互依賴的許多組成部分結合而成、具有特定功能的有機整體。智能化控制是自動化的最終目標，也是完善熱工自動化系統的重要手段。

關鍵詞：火電廠熱工 自動化 智能控制

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)12(a)-0000-00

20世紀60年代和70年代初期安裝的機組容量逐漸增大、參數逐步提高、要求監視和操作的項目劇增、生產過程的控制迫切需要提高自動化水平，中間再熱機組的應用和熱力系統的單元化，使汽輪機和鍋爐的關系更加密切了。為了使機爐在啟停和正常運行時更為協調，更有利于事故判斷和事故處理，實行了機爐集中控制。與老式的機爐分散控制相比，這自然是個進步，但隨著機組容量的增大，僅僅是機爐集中的低級集中控制方式已不能滿足電廠運行和管理的要求。目前，大型機組采用機爐電集中控制方式，把汽輪機、鍋爐，發電機作為一個不可分割的整體進行監測和控制。這是火電廠實現綜合自動化的必由之路。

1 熱工自動化的內容

熱工過程自動化主要包含自動檢測、自動調節、順序控制、自動保護4個主要方面。

自動地檢查和測量反映生產過程運行情況的各種物理量、化學量以及生產設備的工作狀態，以監視生產過程的進行情況和趨勢，稱為自動檢測。鍋爐汽輪機裝有大量的熱工檢測儀表，包括測量儀表、變送器、顯示儀表和記錄儀表等，它們隨時顯示、記錄、積算和變送機組運行的各種參數，如溫度、壓力、流量、水位、轉速等，以便進行必要的操作和控制，保障機組安全、經濟地運行。目前，大型汽輪機的自動檢測項目包括：蒸汽壓力和溫度、真空度、監視段抽汽壓力、潤滑油壓、調速油壓、轉速、轉子軸向位移、轉子與汽缸的相對熱膨脹、汽輪機振動、主軸撓度、軸承溫度與潤滑油溫度、推力瓦溫度等許多項目。

自動維持生產過程在規定的工況下進行，稱為自動調節。電力用戶要求汽輪機發電設備提供足夠數量的電力和保證供電質量。電的頻率是供電質量的主要指標之一。為了使電頻率維持在一定的精度范圍內，就要求汽輪機具備高性能的轉速自動調節系統，鍋爐運行中，必須使一些能夠反映鍋爐工作狀況的重要參數維持在規定范圍內或按一定的規律變化，如維持汽包水位給定值和保證鍋爐的出力滿足外界的要求。

根據預先擬定的步驟和條件，自動地對設備進行一系列的操作，稱為順序控制。順序控制主要用于機組啟停、運行和事故處理。每項順序控制的內容和步驟是根據生產設備的具體情況和運行要求決定的，而順序控制的流程則是根據操作次序和條件編制出來，并用自動裝置來實現。這種裝置稱為順序控制裝置：順序控制裝置必須具備邏輯判斷能力和聯鎖保護功能。在進行每一項操作后，必須判明這一步操作已實現，并為下一步操作創造好條件，方可自動進入下一步操作，否則，應中斷順序，同時進行報警。

當設備運行情況發生異常或參數超過允許值時，及時發出報警或進行必要的自動聯鎖動作，以免發生設備事故和危及人身安全，稱為自動保護。隨著機組容量的增大，熱力系統變得復雜起來，操作控制也日益復雜，對自動保護的要求也愈來愈高。鍋爐的自動保護主要有：滅火自動保護；高、低水位自動保護；超溫、超壓自動保護；輔機啟停、事故狀態的聯鎖保護等。汽輪機自動保護主要有：超速保護；低油壓保護；軸向位移保護；差脹保護；低真空保護；振動保護等。

2 熱工自動化中的智能控制模塊

計算機監視系統在分散控制系統中用于數據采集，在中型火電機組中用于安全監視。電子計算機有很強的信息處理能力，運算速度快，實時I生好，且具有記憶、比較、判斷等邏輯功能。如果配備合適的外部設備和過程輸入、輸出通道，再加上軟件系統支持并配以CRT監視器，則計算機有下述功能：對各種運行參數及主輔設備的運行狀態進行巡回檢測，并對相應數據進行必要的處理；屏幕顯示，即顯示各種參數、表格、曲線、棒狀圖趨勢圖和模擬圖等畫面；以屏幕顯示和打印的方式提供完整的熱工報警信息；打印制表和完成事件順序記錄，指定參數的定時制表、隨機打印、事故追憶打印；在線性能計算和經濟分析；提供運行操作指導等。

模擬量控制系統曾稱為自動調節系統，由調節對象、調節器和調節機構三大部分組成。調節器是實現閉環控制(反饋控制)中自動控制某個被控變量的儀表，在這里是指起調節作用的全套控制儀表，包括變送、給定、調節、操作、執行等部件。在火電廠中，模擬量控制曾廣泛使用全套的單元組合儀表和組件組裝儀表。目前，除分散控制系統已包括模擬量控制功能外，多采用可編程序調節器和基地式調節儀表來實現控制功能。調節對象是指為調節器所控制的設備或系統。調節機構是由執行機構(將變化的信號變為相應運動的機構)驅動，直接改變被控變量的機構。自動調節通常是利用反饋的方法，將被控變量與給定值進行比較，再根據比較的結果進行必要的控制，最終使被控變量維持在要求值或者克服外來干擾保持在原來的值上。

開關量控制是開環控制，是實現鍋爐、汽輪機及其輔助設備啟、停或開、關操作的總稱，如順序控制、選線控制、單獨控制、連鎖控制等。從數量上來講，大型火電站的自動控制系統大部分屬于開關量控制系統，同時，很多控制系統是由模擬量控制和開關量控制密切配合、共同完成的。從規模上來講，大型火電站的開關量控制系統，可從只有幾個控制點的局部輔機程控、保護，到成百上千個點的主機順控與保護，無所不在。按照火電站的主體設備的劃分，可以把火電站規模較大的開關量自動控制系統作以下的劃分：①鍋爐機組及其輔機的保護與程控系統。具體包括：FSSS爐膛安全監控系統、給水泵保護與程控系統、風煙系統順序控制、爐膛吹掃程控系統、鍋爐定期排污程控系統等。②汽輪機組及其輔機的保護與監控系統。具體包括：汽輪機安全監測系統、高低壓加熱器的保護與程控系統、除氧器的保護與控制系統、凝汽器射水抽汽系統程序控制、汽輪機功率調節及電液調速系統等。③電廠輔助系統的自動控制。包括：輸煤系統程序控制、化學水處理系統的程序控制、除灰系統的程序控制。

3 結語

為了實現機組自動化的任務，除了其核心是自動控制裝置，還應有向自動化裝置提供信息的測量儀表和執行自動裝置控制指令的執行器。被控對象既接收自動裝置的控制，又向自動裝置提供信息，是整個自動化系統中的一個重要環節。自動控制被控量的儀表或裝置也稱控制儀表。由各種不同的、相互關聯的控制儀表構成的控制系統，操縱一個或幾個變量以達到預定狀態的系統。隨著熱工自動化水平的提高和計算機技術的發展，在火力發電廠中，測量系統的顯示儀表和控制系統的控制裝置的配置，對容量為300MW及以上機組選用分散控制系統，對容量為200MW及以下機組宜選用小型分散控制系統或計算機監視系統與可編程序調節器。

參考文獻

[1] 趙真龍. 智能控制及其在火電廠熱工自動化的應用[J]. 硅谷， 2010，(09) .