電廠熱工自動化技術結構與應用

孫培佳

摘 要 ： 隨著社會生活需求的不斷提高和科技水平的不斷進步，計算機網絡技術在火力發電廠自動化控制中的應用已經十分普及，這也使火電廠機組向著容量大、參數高、自動化水平先進的方向不斷發展。本文首先重點對熱工自動化概念及其在電力企業的發展進行闡述，并在此基礎上就電廠熱工自動化技術構成及應用情況進行論述分析。

關鍵詞： 電廠熱工；自動化技術；應用分析

隨著經濟帶動科技迅速發展，目前電力系統自動化程度越來越高。電廠熱工自動化隨火力發電技術的發展而不斷進步，是電力企業電力系統的重要組成部分。目前電力企業電廠熱工自動化技術從自動化設備方面來看，傳統的組裝儀表已經發展為現代的數字儀表，自動化系統所采用的控制設備也向更精良的方向發展，必要時可以利用計算機對機組設備進行監控，監控畫面通過crt 顯示器直觀顯示，監控水平和監控效率大大提高。

1 電廠熱工自動化

電廠熱工自動化技術就是對火力發電廠生產運行中的物理量、化學量以及儀表設備等的運行參數和工作狀態進行自動監控的技術。主要包括火力發電過程中對數據的測量和處理、設備的自動控制和自動調節、異常報警和自動保護等。火力發電過程中很多環節需要控制，如工藝參數、設備狀態、生產安全等，單純通過人為控制既浪費人力又不能夠有效保障安全，自動化技術的應用可以實現按預設程序自動操作，把操作人員從重復性的繁重勞動中解放出來，減少了人力的同時還能夠有效保障安全，避免事故的發生。火電廠集散控制系統的信息通信通道已經由以前比較落后的硬手操器以及常規的顯示儀表變為目前使用的計算機局域網。過程參數以及相關的控制指令通過火電廠中的局域網能夠實現更加高效、快速的傳輸，計算機網絡已經成為火電廠集散控制系統中不可分割的重要組成部分。

2 電廠熱工自動化技術構成

2.1 監控和管理信息系統（SIS）

SIS 系統的作用是管理信息系統與各DCS 之間進行數據交換，SIS 系統主要實現數據采集與存儲、數據分析和監控、性能計算與分析等。SIS 系統軟件功能強大，電廠可以根據自身需求和實際情況啟動分配不同的功能，電力企業自從SIS 系統投入運行以來，由于對軟件系統不夠熟悉，部分電廠啟用了SIS 的數據采集、存儲、打印報表等簡單的功能，很多深化功能如基于熱經濟性分析的運行優化、以品質經濟性為目標的控制優化、以提高可靠性為目的的設備故障診斷等功能都未能實施。

2.2 分散控制系統（DCS）

操作員站、現場控制站、工程師站和系統網絡構成了集散控制系統結構的四個基本組成部分。除了四個最基本的組成部分外，目前的集散控制系統中加入了一些能夠實現特殊功能的站，還有更加完備的信息管理網絡，以滿足生產管理和各種特殊參數的采集以及處理。DCS 系統是集中計算機及局域網絡進行控制的系統，它的應用具有劃時代的意義，它是在計算機技術的基礎上發展起來的，并在局域網絡基礎上得以實現，將局域網打造成一個安全可靠的實時數據控制端，實現單元機組的智能化自動監控功能，DCS 系統在電力企業歷經20 年的發展，在火電廠的應用已經非常廣泛，目前大機組儀控大部分都選擇應用DCS 系統，并且DCS系統在電力企業電廠熱工自動化技術未來的發展中還會有相當大的提升空間。對應著集散控制系統的縱向分級結構形式[15]，一些不同的網絡形式把各級設備連接起來，這些網絡形式是：現場網絡（Field Network，FNet）、控制網絡（ControlNetwork，CNet）、監控網絡（Supervision Network，SNet）和管理網絡（ManagementNetwork，MNet）。

3 電廠熱工自動化技術應用

3.1 自律控制系統的應用

自律控制系統是對電廠整體系統在同一時間內進行自律控制、及單獨的子系統發生故障時進行整體系統的自律調節，以保障電廠系統的安全穩定運行，使系統故障產生的不良影響降到最低。目前電廠應用的DCS 系統在自律控制方面還存在相當大的可提升空間，目前現有的DCS 分為水平分布型系統和層次分布型系統兩類，這兩類系統各存在一定的缺點，水平分

布型系統具有協調性但缺乏自律控制性，而層次分布型系統具有自律控制性但缺乏協調性。未來自律控制系統的應用目標是整合現在DCS 水平分布型系統和層次分布型系統的優點，當電廠DCS 系統中任何一個獨立的子系統發現故障時，自律控制系統可以第一時間判斷，并自行調整工作狀態，同時實現系統間的協調性和自律控制性，自律控制系統在整個電廠系統中的應用有利于保證電廠發電系統運行的穩定性。

3.2 綜合自動化管控的實現

電廠是集生產與銷售于一體的企業，具有生產過程復雜、技術性強、資產密集、數據量大等特點，因此未來電廠熱工自動化技術的發展方向將是通過綜合自動化管控來實現生產過程的管理和控制。綜合自動化管控絕不局限于生產機組及儀表設備的控制，而是以電廠的經營目標為出發點，在實現熱工技術自動化的同時，為電廠的管理和運營提供信息數據的自動化支撐。綜合自動化管控集合了電廠的過程控制、廠級監控、管理信息數據，將電廠的生產和運營管理整合在同一平臺下，以計劃、實現、檢查和調整的廣義閉環思想使整個組織具有自優化的能力，為實現組織目標的最大化服務。

3.3 SCS 與APS 技術應用

SCS（Sequence Control System）是DCS 系統的重要組成部分，實現對機組設備的控制、聯鎖、保護以及順序控制啟停等功能。機組操作人員可以對設備進行單獨操作，也可以將相

關設備按子組進行順序控制啟停。SCS 會給出操作提示、報警等信息，用來指導操作人員正確操作。SCS 系統一般具有功能組級順序控制和機組級順序控制兩個層次。功能組級順序控制只對本級有效，操作人員輸入控制命令，經過系統邏輯運算，系統自動向相關設備發出控制指令，指令完成發回信號即表示本級的控制操作完成。機組級順序控制也稱為機組自啟停系統（APS），APS 為最高一級的控制，當SCS 系統接受APS 的啟動指令后，將機組從起始狀態按照程序控制步驟和順序啟動至某一負荷，啟動過程中只需設置少量斷點，由運行人員確認后自動進行。

3.4 過程控制優化軟件實現更高性能

SIS 系統在火電廠的應用已經相當普遍和廣泛，但是目前電力企業對SIS 系統的應用并不深入，電廠只啟用了相對簡單的功能，如單純的數據統計、報表打印等，更強大的深化功能都未被充分挖掘和實施，而隨著電廠熱工自動化技術的深入發展，以及電力行業在市場競爭中所面臨的挑戰，無論是在生產管控方面，還是在技術保障方面都要加強。因此未來電力企業對SIS 系統的應用將會進一步深入，基于熱經濟性分析的運行優化、以品質經濟性為目標的控制優化、以提高可靠性為目的的設備故障診斷等更偏重于過程控制的軟件功能將會被發掘和應用。SIS 系統將會結合電力生產實際需求進行二次功能開發和優化，對自動化過程控制方面的軟件功能進行加強和優化，使SIS 系統的綜合性更強，軟件系統技術更趨于成熟，通過優化的過程控制軟件將會實現更高的性能，以滿足現代電廠熱工自動化技術發展需要，保障電力企業的綜合技術實力，使其在激烈的市場競爭中脫穎而出。

參考文獻

1. 顧喜來. 電力行業熱工自動化技術的應用現狀與發展[J]. 民營科技. 2013（08）

2. Hiroyasu Mochizuki. Development of the plant dynamics analysis code NETFLOW++[J]. Nuclear Engineering and Design . 2009 （3）