火電廠輔助車間集中控制方式及系統(tǒng)構(gòu)成方案探討

韓利鋒

（華陽電業(yè)有限公司廈門分公司，福建 廈門361000）

0 引言

當(dāng)今大型火電機(jī)組爐、機(jī)、電的運(yùn)行和管理水平不斷提高，分散控制系統(tǒng)（DCS）和可編程控制器（PLC）在火電廠自動化控制中已得到大量應(yīng)用，其極高的可靠性、豐富的控制功能和對運(yùn)行操作的簡化為減員增效提供了諸多便利，并取得了良好的效果，從而極大地提高了電廠的運(yùn)行、管理水平。隨著電子與信息技術(shù)、控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及電力生產(chǎn)競爭機(jī)制的逐步形成，火電廠輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的自動化設(shè)計(jì)正面臨著如何適應(yīng)技術(shù)發(fā)展潮流，改進(jìn)現(xiàn)有管理方式，進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益等問題。

1 輔助車間系統(tǒng)控制概述

1.1 輔助車間的范圍

常規(guī)意義上的火電廠輔助車間包括鍋爐補(bǔ)給水處理系統(tǒng)、除灰渣系統(tǒng)、電除塵系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、原水處理系統(tǒng)（凈化站或中水處理）、廢水處理、輸煤程控、脫硫島等，有些電廠根據(jù)自身運(yùn)行及工藝特點(diǎn)，甚至將輔助車間范圍延展得更為廣泛。

1.2 輔助車間的工藝特點(diǎn)

輔助車間的工藝特點(diǎn)具體如表1所示。

表" 輔助車間的工藝特點(diǎn)

1.3 輔助車間控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

近年來，國內(nèi)新建火電廠對輔助車間的控制和管理已在新版火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程中明確提出。控制設(shè)備技術(shù)發(fā)展更趨成熟，控制設(shè)備的質(zhì)量有了較大提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，推動了設(shè)計(jì)思想的革新。因此，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)前，火電廠的現(xiàn)代化發(fā)展，強(qiáng)調(diào)輔助車間集中控制系統(tǒng)構(gòu)建的必要性與重要性。從一定層面而言，火電廠實(shí)現(xiàn)一體化的控制模式，是基于內(nèi)部發(fā)展的需求，也是進(jìn)一步契合社會發(fā)展步伐的集中體現(xiàn)。因此，輔助車間控制系統(tǒng)的構(gòu)建，是推動火電廠可持續(xù)發(fā)展的有力保障。

2 輔助車間一體化集中控制方案

目前，在工控領(lǐng)域流行和成熟的主要有PLC、DCS、FCS 3種技術(shù)。在本節(jié)當(dāng)中，將具體對3種技術(shù)進(jìn)行闡述，在強(qiáng)化相關(guān)認(rèn)識的同時(shí)，為今后的研究提供一定的資料。

2.1 PLC用于輔助車間控制系統(tǒng)

PLC作為數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，在幾十年的發(fā)展中，相關(guān)技術(shù)已逐步成熟，并在諸多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了創(chuàng)新性發(fā)展。無論是技術(shù)的不斷發(fā)展，還是核心技術(shù)的革新，都是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)綜合作用的結(jié)果。在PLC的關(guān)鍵技術(shù)中，通訊尤為重要，也是PLC不斷發(fā)展的重要基礎(chǔ)。從實(shí)際而言，模擬量閉環(huán)控制功能的實(shí)現(xiàn)，是其技術(shù)不斷完善與創(chuàng)新的重要體現(xiàn)。在PID閉環(huán)控制功能方面，PLC正處于不斷完善的階段，并通過相關(guān)功能的優(yōu)化與調(diào)整，改善了PLC在集中控制系統(tǒng)構(gòu)建中的有效應(yīng)用。

PLC最為顯著的一大特點(diǎn)就是“靈活性”。首先，PLC的構(gòu)成系統(tǒng)簡單，可以較好地實(shí)現(xiàn)對車間工藝的監(jiān)控，提高自動化控制系統(tǒng)的實(shí)用性；其次，在PLC技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)前，其所構(gòu)成的控制系統(tǒng)不再以小型系統(tǒng)為主，對于大型控制系統(tǒng)，也在實(shí)踐中逐步得到發(fā)展，并取得了良好的應(yīng)用效果。因此，在功能發(fā)展上，PLC正向DCS方向發(fā)展。圖1是PLC實(shí)現(xiàn)輔網(wǎng)一體化控制的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，從中可以知道，PLC＋上位機(jī)方式已在火電廠輔助車間集中控制中應(yīng)用，對于優(yōu)化控制系統(tǒng)性能起到了重要作用。

圖" 9@’實(shí)現(xiàn)輔網(wǎng)一體化控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 DCS用于輔助車間控制系統(tǒng)

DCS是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)車間監(jiān)測、控制的技術(shù)。當(dāng)前，DCS的應(yīng)用十分廣泛，特別是在火電廠的機(jī)組控制領(lǐng)域，DCS表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用性能。首先，DCS的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，DCS靈活性好、通用性強(qiáng)和操作方便等特點(diǎn)，決定了其在實(shí)際應(yīng)用中的重要作用；其次，在火電廠的機(jī)組控制中，DCS受到了青睞，并表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果，對于優(yōu)化自動化水平、提高控制質(zhì)量、確保運(yùn)行安全等都起到了重要作用。

2.3 FCS用于輔助車間控制系統(tǒng)

在控制技術(shù)領(lǐng)域，新興技術(shù)參差不齊，其中FCS技術(shù)是最為顯著也是應(yīng)用最為廣泛的控制技術(shù)之一。在實(shí)踐當(dāng)中，F(xiàn)CS開放性、可互操作性的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)確保相關(guān)技術(shù)的優(yōu)化與調(diào)整，利用通信電纜將現(xiàn)場設(shè)備與控制器進(jìn)行有效連接。這樣一來，不僅滿足了FCS的技術(shù)要求，而且對底層設(shè)備通信實(shí)現(xiàn)了有效的控制，符合輔助車間控制系統(tǒng)的構(gòu)建需求。

3 各控制系統(tǒng)用于輔助車間的比較

3.1 工程業(yè)績

隨著國產(chǎn)DCS系統(tǒng)技術(shù)條件的不斷成熟，國產(chǎn)與進(jìn)口DCS系統(tǒng)的市場價(jià)格已經(jīng)有了大幅下降。因?yàn)槭袌鰞r(jià)格因素的影響，國產(chǎn)與進(jìn)口DCS系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于輔助車間控制系統(tǒng)，例如杭州和利時(shí)的HOLLiAS－MACS應(yīng)用于冰昌等。

對于FCS而言，Profibus總線技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，如國華寧海一期和二期脫硫、玉環(huán)電廠、江蘇夏港電廠、韓峰電廠等。其他總線（CAN、LONWORKS等）由于受到配套儀表的限制，在系統(tǒng)方面應(yīng)用比較少，但在例如電氣ECS等孤立小功能控制系統(tǒng)中也都有所應(yīng)用。

3.2 技術(shù)先進(jìn)性和可靠性

PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，在幾十年的發(fā)展中，相關(guān)技術(shù)已相當(dāng)成熟，并在新的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新的功能，特別是模擬量閉環(huán)控制功能的實(shí)現(xiàn)，在很大程度上表現(xiàn)出了PLC技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)性，改善了PLC技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。

DCS的產(chǎn)生，是多方現(xiàn)代技術(shù)相互滲透、融合的結(jié)果，特別是通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的快速發(fā)展，在很大程度上助推了DCS的產(chǎn)生。因此，在新的發(fā)展時(shí)期，DCS的發(fā)展呈現(xiàn)出新的姿態(tài)，逐步與PLC相互滲透，加速了其在實(shí)際中的應(yīng)用。

FCS是新型控制系統(tǒng)，是由DCS和PLC發(fā)展而來的，從簡單的I／O總線到復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)形式的總線結(jié)構(gòu)，具備了PLC和DCS的所有特點(diǎn)，即混合控制功能、數(shù)字智能現(xiàn)場裝置、信息化和集成化的開放型平臺等。

因此，PLC、DCS和FCS均是技術(shù)先進(jìn)、安全可靠的控制系統(tǒng)。

3.3 投資成本

以常規(guī)新建2×600MW燃煤電廠輔助車間（不包括脫硫島）PLC方案為參照，分析對比DCS方案和FCS方案的3種控制系統(tǒng)的投資成本。

采用PLC方案，全廠輔助車間一般有5對控制器即可滿足要求，總造價(jià)約為450萬；采用DCS實(shí)現(xiàn)輔助系統(tǒng)的控制，系統(tǒng)資源和控制功能得不到充分的利用，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)控制器需要配置25～30對，造價(jià)接近540萬；采用FCS系統(tǒng)，造價(jià)約為470萬。

控制系統(tǒng)造價(jià)雖差別不大，但是，從我國國情出發(fā)，如果使用現(xiàn)場總線產(chǎn)品，大部分設(shè)備還要依賴進(jìn)口，而且對于不同總線協(xié)議，適應(yīng)的儀表種類非常有限，可選擇性很小。同時(shí)國內(nèi)工程建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試費(fèi)用也與國外同行有較大差距，因此可以認(rèn)為目前基于現(xiàn)場總線技術(shù)的控制系統(tǒng)軟硬件費(fèi)用與傳統(tǒng)DCS相比持平或略高。但從長遠(yuǎn)看，使用現(xiàn)場總線技術(shù)，可以通過智能資產(chǎn)管理降低維護(hù)費(fèi)用，減少設(shè)備庫存；更重要的是，能為預(yù)測性維護(hù)解決方案提供準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可以讓用戶研究和分析資產(chǎn)在性能方面細(xì)微和漸進(jìn)地衰退，從而避免災(zāi)難性的設(shè)備故障；并且可以減少設(shè)備非故障停機(jī)，提高系統(tǒng)的可用率。

4 結(jié)語

DCS目前已廣泛應(yīng)用于電廠的機(jī)組控制，在輔助車間采用國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的方案也不少。而PLC控制方案符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，無論是在技術(shù)上還是在穩(wěn)定性上，都滿足電廠自動化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)要求。FCS技術(shù)先進(jìn)，但綜合價(jià)格較高，且目前國內(nèi)應(yīng)用業(yè)績不多，所以在近期不可能完全脫離主流的PLC或DCS廠家的產(chǎn)品，用非主流的現(xiàn)場總線產(chǎn)品去集成電廠的控制系統(tǒng)。但隨著行業(yè)規(guī)范逐步完善，各種總線之間真正實(shí)現(xiàn)接口和互操作，再加上總線儀表技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)CS控制將會成為主要趨勢。

因此，在現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展的大背景之下，積極推進(jìn)火電廠輔助車間集中控制方式及系統(tǒng)的構(gòu)建，契合了火電廠現(xiàn)代化發(fā)展的需求，為推進(jìn)火電廠可持續(xù)發(fā)展夯實(shí)了基礎(chǔ)。但是，輔助車間集中控制系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)是一個(gè)過程，強(qiáng)調(diào)各方工作的狠抓落實(shí)，注重關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用，這樣才能提高輔助車間集中控制系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性。

［1］韓璞，王建國.自動化專業(yè)概論［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［2］楊志遠(yuǎn)，陸會明，呂躍剛，等.650t／h直流爐再熱汽溫的自適應(yīng)預(yù)估控制［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1993（4）.

［3］張培華，王俊剛，李鐵蒼.數(shù)字化電廠設(shè)計(jì)與分析［J］.中國電力，2007（12）.