自動化控制技術在電廠的綜合應用探討

王寶玉

摘 要：文章簡述了火電廠工藝特點及自動化控制技術在電廠中的應用現狀。從實用性出發，探討了自動化技術在電廠的發展。

關鍵詞：火電廠工藝；自動化；控制技術

1 火電廠工藝特點

火電廠實際是一個能量轉換的過程，由化學能轉化為熱能，到機械能，最后轉為電能。主要有輸煤系統，負責燃料的輸送與儲存；鍋爐燃燒系統，通過燃料燃燒將水變為蒸汽；汽輪機發電系統，利用蒸汽做功產生電能；另外，還有除渣出灰系統、水處理系統、脫硫系統及電廠配電系統。顯然，火電廠的生產流程是一個極其復雜的過程。其自動化過程包括過程自動化與工廠自動化。在電廠控制系統的傳統模式中，廠內主要的熱力生產過程控制系統通常采用DCS系統，其他輔助生產系統則采用以可編程邏輯控制器（PLC）為核心的控制系統。

2 電廠自動控制技術應用

2.1 PLC與DCS

可編程邏輯控制器PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。DCS是以計算機、控制技術、通信、微處理器為核心，實現功能上和地理上相對分散的控制系統，也是模擬和數字混合系統。DCS把各個分散點的信息通過數據通道集中起來，進行集中的監視和操作，可實現高級復雜規律的控制。具有系統容易開發，系統可靠性高，控制功能強，編程簡單，有良好的人機交互接口，操作方便，良好的性價比等優點，在火電廠自控中應用很廣泛。目前的DCS或PLC系統，很難實現不同系統的互聯。其原因主要是大部分DCS或PLC制造廠的產品由各自的軟、硬件構成自己的體系，為了保護自己的市場，彼此封鎖。這種情況下，要實現與其他廠商系統通信只能通過網關等接口實現。這樣就要重新開放軟件接口，一方面增加了用戶的投資，另一方面部分產品的通訊速率下降。另外，PLC與DCS是是將現場各種I/O信號全部接入系統卡件，當系統增大規模時，數量眾多的檢測信號匯集到DCS或PLC的入口處，會導致信號出現堵塞，降低了系統的可靠性和安全性。

2.2 FCS

現場總線FCS體現了互聯、開放、分布、高可靠性的特點，這些特點正是DCS的缺點。電廠使用的很多儀表廠商都是自定標準、儀表功能單一、互換性差，難以滿足現代的要求； DCS采用的模擬信號精度低，易受干擾，而且一對一單獨傳送信號，控制室操作員對模擬儀表往往難以預測故障和調整參數，而且幾乎所有的控制功能都位于控制站中，存在很大風險。

FCS系統采用的是精度高、可靠性強的數字信號，而且是一對多雙向傳輸信號，設備也始終處于操作員的遠程監控和可控狀態。智能儀表具有控制、通信、運算等功能，用戶可以任意選擇設備相連，將控制功能分散到現場的各個智能儀表中。現場總線雖然有很多優點，但目前發展仍然不完善，存在著各大廠商的通訊協議不統一、通訊速率偏低、價格高昂、符合協議的設備較少等缺點。另外，現場總線處于企業網的最低層，不能體現現場管控一體化的優勢。

2.3 工業以太網

工業以太網源于以太網又不同于以太網，以太網技術發展到工業應用環境中就產生了工業以太網技術。經過對工業應用環境適應性的改造，傳輸確定性的改進，通信實時性改進，增加一些控制應用功能后，便形成了工業以太網的技本主體。因此，工業以太網是一系列技術的綜稱。

工業以太網通過提高通信速率，采用完全基于軟件協議的辦法解決了實時性同題；通過采用適當的交換技術、流量控制、全雙工通信技術、改進容錯技術、信息優先級、改進冗余結構，解決了確定性問題；通過結構工藝改進和元器件升級，解決了網絡供電和工業生產環境使用問題，通過這些技術措施，使工業以太網具有了成本低廉、結構簡單、傳輸速度高、易于安裝、冗余能力強、功耗低、兼容性好、軟硬件資源豐富、易于集成、靈活性高、支持多數網絡協議等優點，這些優點是PLC、DCS、FCS都無法比擬的。因此，工業以太網是最理想的電廠自動化控制平臺。

3 電廠自動控制技術的發展

隨著控制領域計算機技術及通訊、網絡技術的發展，電廠自動控制技術也得到飛速發展。主要體現在：①PLC的發展。PLC發展一面向小型化、易開發、價格低廉發展。另一個方向就是多功能、標準化、智能化方向。目前的PLC產品已經融合了神經網絡技術、遺傳算法、專家系統、模糊控制等先進控制技術，通信與控制功能都得到了極大的提高；②嵌入式技術的發展。由于嵌入式系統在數據處理、網絡通訊方面的出色表現，極大地支撐了控制技術。③目前多現場總線共存的現象會向以工業以太網為主體的方向發展。隨著工業以太網的不斷發展及完善，主流現場總線逐年減少，而工業以太網逐步占據首要位置，現場總線并存的狀況短期內不會消失。④有線與無線的融合。在電廠自動化技術中，控制信息的傳輸是實現自動化控制的關鍵環節。然而，要建立一個通暢可靠的信息傳輸渠道，有線系統往往需要較大的投資。這時，無線系統也是一個很好的選擇。隨著無線技術的逐漸成熟應用.有線與無線的融合正成為發展潮流。

綜上所述，隨著自動化領域工業以太網技術、現場總線技術的發展，電廠自動化控制將會隨著技術的進步得到長足的發展，更好地為電力生產服務。