淺談現代電廠自動控制系統的發展

摘要：本文從分散控制系統的現狀和行業需求出發，結合已經成熟的技術，分析預見了先進DCS系統架構的發展方向以及各種已經成熟的技術和標準在DCS中應用。

關鍵詞：需求，OPC，模糊PID，一體化

1 DCS產品現狀

當前各廠家的DCS基本包括：至少各一臺現場控制站、操作員站、工程師站（也可用操作員站兼做工程師站）和一條系統網絡。此外，還可擴充專門功能站、生產管理和信息處理功能的信息網絡、及實現現場儀表、執行機構數字化的現場總線網絡。控制站是系統中直接與現場進行 I/O 數據采樣、信息交互、控制運算、邏輯控制的核心單元，完成實時控制功能，并實現各種 I/O 接口。

控制站通過工業以太網與工程師站、操作員站等交換信息，采集控制站信號并通過工業以太網傳送到工程師站、操作員站，工程師站、操作員站將系統組態信息通過工業以太網傳送到控制站。

2 發電企業的需求

隨著我國煤炭價格持續增長，煤電聯動響應不足，電價市場化定價機制遲遲不能確定的行業背景下，發電企業對生產現場的控制和把握有了更高的要求，生產成本的嚴格控制要求自動化程度更高，生產崗位減少，生產人員人均控制裝機容量增加，這就要求DCS系統的核心單元要有更為先進的控制算法，先進的專家PID算法，模糊PID算法以適應類似于循環流化床鍋爐這種更經濟鍋爐的本身的大延遲，變工況的屬性。生產決策必須及時就要求生產控制系統、廠級信息系統和協同管理系統一體化。隨著國家對智能電網的發展的提倡，要求各大發電站的調峰、二次調頻能力更強，AGC投切率更高且能適應先進的實時的潮流計算，并且要求大電站的DCS系統有更為穩定的協調控制方案和調節能力以應對負荷擾動，現如今的電企較之以前，生產設備調整周期更短，要求DCS要組態靈活方便，而且更嚴格執行IEC61131語言標準，便于升級換代。基于此番種種形勢，各生產廠家均

3 發展方向

3.1 軟件數據接口更加多樣化

軟件工業的發展使各種系統兼容在軟件層面實現成為可能，今后的DCS為滿足廠區各種不同系統之間的通信，將會引入或執行各種協議或標準。如現有的各大DCS廠家均已支持OPC、ODBC等協議。

（1）OPC標準：OPC標準的制訂，使所有的工業軟件產品間的通信連接問題變得簡單，它提供了一種軟件的總線形式，任何一種設備只需提供一種驅動就可以供任何DCS軟件系統使用，應用程序（OPC Client）只需知道如何從OPC數據源獲取數據，設備的驅動程序（OPC Server）只需知道如何以簡單的格式提供數據即可進行通信。

支持OPC標準的DCS靈活性更高，便于和各種工控軟件系統交換數據，如電氣ECS系統、SIS系統和各主要輔機控制系統（一般為各個廠家的PLC），也可以將廠區必須的數據取出上傳至各監管單位，如電網調度，環保局等。

（2）ODBC技術：開放式數據庫互連 （ODBC）是 Microsoft建議并開發的數據庫訪問 AP I標準 ，它是建立在各種數據庫管理系統底層驅動程序之上的一個標準層 ，對數據庫的底層作了封裝，允許應用程序用統一的訪問數據標準：結構化查詢語言 （SQL）來訪問數據庫管理系統中的數據。ODBC技術的最大優勢是開放的互操作性 ，通過安裝多種ODBC驅動程序，可實現同一應用程序對不同數據庫的訪問。借助于 ODBC技術 ，可以將各廠家的DCS采集的現場數據通過以太網傳送到 M IS等系統的關系數據庫中 ，以實現信息資源的共享。

今后的DCS還會兼容IEC61850等等諸協議，這是系統互連、信息及時共享所導致的發展趨勢，軟件接口的擴展會隨著各種新標準的推出，逐步在新型分散控制系統中實現。

3.2 先進的控制算法集成

因為自身特性，在燃煤機組中，流化床鍋爐機組在燃燒控制、壓力自動、爐機協調等控制上對算法最為挑剔。國內流化床有模糊控制法、專家控制法，常常局限在表層，很難真正解決流化床自動控制本質問題。很多流化床鍋爐運行，是靠流化床自身灰/熱自平衡、或人工經驗完成。模糊PID控制是以模糊集理論、模糊語言變量和模糊邏輯推理為基礎的一種智能控制方法，它是從行為上模仿人的模糊推理和決策過程的一種智能控制方法。該方法首先將操作人員或專家經驗編成模糊規則，然后將來自傳感器的實時信號模糊化，將模糊化后的信號作為模糊規則的輸入，完成模糊推理，將推理后得到的輸出量加到執行器上。該算法的實現完全依賴兩個庫：

（1）數據庫：數據庫所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值（即經過論域等級離散化以后對應值的集合），若論域為連續域則為隸屬度函數。在規則推理的模糊關系方程求解過程中，向推理機提供數據。

（2）規則庫：模糊控制器的規則基于專家知識或手動操作人員長期積累的經驗，它是按人的直覺推理的一種語言表示形式。

控制算法的實現是在DCS組態環境中由廠商搭建而成，以現成的算法模塊提供給用戶，并在新建機組調試過程中構建數據庫和規則庫，由軟件中定義的一種機制對規則庫進行維護和更新，該維護和更新過程持續整個運行操作過程，是一個積累模糊推理的過程。這樣的DCS提供的這中算法，可以任意運用于復雜多變系統的組態過程，是應對現代工況多變的生產環境的很好的解決方案。模糊PID和專家PID算法是否有無集成和運用，是衡量一個DCS系統的先進與否的重要標志。

4 總結

隨著我國電力體制改革的深入， 面對電廠走向市場的嚴峻形勢， 火電廠的低成本運營和精細化管理的要求越來越迫切， 常規自動化控制系統已不能滿足日益增長的管理和技術要求。DCS提供商的任務不再僅僅是打造一個技術先進或造價低廉的電廠，而應當是成就一個面向市場、具有競爭力的電廠。我國電力事業的發展促進了對DCS系統的更高要求，所以我們相信在不久的將來， 我國自己生產的 DCS控制系統更加成熟， 在我國乃至世界市場得到更廣泛應用。

參考文獻：

[1]高飛，基于ODBC的iFI X工控組態軟件與關系數據庫通訊探討，南鋼科技與管理，2007

[2]姚曉偉，陳在平等，基于 OPC技術的現場總線系統集成研究，天津理工大學學報，2005

作者簡介：楊國選，身份證號碼：410728197307064010endprint