淺談發電廠電氣自動化控制系統的設計與應用

王聰中

（四川二灘建設咨詢有限公司，四川 成都 610072）

隨著經濟的發展和發電廠整體運行水平的提高，越來越多的發電廠開始重視電氣自動化控制系統的設計與應用情況。發電廠生產環節的用電設備分布在不同的配電室中，運行與維修環節的工作量都非常大，一旦設備出現問題可能會影響到發電廠較長一段時間內的生產效益。由此，建設電氣自動化控制系統，有利于精簡發電廠生產過程中的資金使用情況，大大縮短生產到經營環節的時間。

1 電氣自動化控制系統監控的實現

1.1 遠程監控與現場總線監控

在目前的電氣自動化控制系統中，遠程監控方式與現場總線監控方式是常見的自動化系統監控方式。其中遠程監控方式在設備的安裝方面較為簡易，幾乎不需要安裝過多的電纜設備提供支持，并且在遠程監控發電廠生產狀況的時候，具有很強的遠程操作穩定性，具有使用形式比較靈活的特點。現場總線監控方式同樣也有較為便捷的遠程操控特征，并且不需要安裝過多的配套設備，通常直接安裝上智能通信設備，便可以實現與發電廠監控系統的直接通信連接，如此一來可以精簡大量的控制電纜設備，有效節省配套設備所需要的資金成本投入情況，基本也無需工作人員浪費過多的時間在監控系統的通信連接環節。現場總線監控內部裝置的功能互不交叉，網絡連接之后便可以自由組態，任意裝置出現故障情況也不會對其他裝置的運行造成影響，所以現場的總線監控方式是未來發電廠系統監控的主要發展方向。

1.2 集中監控方式的實現

集中監控方式在防護形式并沒有過多的設置，所以系統設訓相對比較容易，不僅運行起來較為快捷，日后的維護檢修工作也比較方便。但是，集中式監控方式在工作的時候會將電氣自動化控制系統內部的功能都集中起來，最終在一個處理器內進行集中處理，這樣便會導致處理器集中處理的任務較為繁重，容易降低設備的運行速度。目前發電廠中的電氣設備幾乎都采用了監控手段，隨著監控設備數量的不斷增加，慢慢的主體冗余便會出現下降，再加上電纜設備數量的與日俱增，最終會導致發電廠的資金成本加大，而且電纜的長距離運行也容易對系統的整體穩定性造成影響。另外，隔離刀閘與電路器設備在連接時選用的是硬接線，在隔離刀閘輔助接點不到位的情況下，監控設備無法實現下一步的操作，二次接線方式的復雜性，降低了查線工作的效率，導致設備的維護工作變得困難，容易造成失誤操作情況的頻發。

2 電氣自動化控制系統的組成情況

2.1 電氣自動化控制系統

自動化系統主要是指由相互制約的各個部分，按照某種要求組成的能夠實現自動控制功能的系統，包含的設備通常有傳感器、被控對象、執行器等等。就比如室溫自動控制系統，需要控制的對象便是發電廠中的恒溫室，采用的傳感器設備通常為溫度傳感器，控制器則采用了溫度控制器，最后再用電動調節閥作為執行器，便可以完成室溫自動控制系統中的整個控制過程。這一控制過程中涵蓋著不少組成部分，通常被稱為環節，每個環節之間都有不同的信號傳遞方式，系統的控制功能需要依靠環節之間的信號傳遞來完成。

2.2 電氣自動控制系統

相比電氣自動化控制系統，電氣自動系統的對象則主要是恒溫室以及熱水加熱器。室內的溫度是自動控制系統的被控變量因素，理論上說，被控變量會有對應的給定值，在運行的過程中被控變量需要按照給定值來完成工作，但是在實際工作的過程中，自動控制系統常常會受到很多因素的干擾，這時被控變量會逐漸偏離給定值。在這種情況下，自動控制系統的作用便是根據被控變量偏離的程度，對執行器進行調節，促使被控對象的物料量發生改變，從而逐漸恢復到給定值的軌道當中，逐漸恢復為給定值。

3 電氣自動化控制發電系統的配置

3.1 操作員站的數據采集工作

電氣自動化控制系統操作員站的主要功能集中在數據的采集與處理方面，操作員站能夠定期對發電廠全站生產運行中的輸入信號和輸出信號進行濾波處理，最終一一排查出引發事故的故障情況以及觸發原因。在排查的過程中，操作員站能夠對狀態和模擬信號的參數變化進行分析，實現數據庫的及時更新，通過為控制系統中的監控提供生產運行狀態的數據資料。在分析與記錄的時候，操作員站能夠按照制定的順序對自動裝置的動作進行記錄，同時設置上上限、上限、下限、下下限等幾個額定數值，若是發現測量值超過額定數值，便會自動發出警報。這樣一來，安全事故發生之后，操作員站便可以馬上查找出相應的事故追憶記錄，了解到事故發生前后一段之間模擬數值的變化情況，最終科學分析出引發事故的具體原因。

3.2 發電廠分散控制系統

發電廠的電氣自動化控制系統，通常會設置一套分散控制系統（DCS），從而結合分散控制系統操作模式，對系統進行集中操作。目前發電廠常用的控制系統主要是西門子公司出品的SIMATICPCS7控制系統，里面涵蓋著數據文件站、五個操作站、五個過程處理中心以及工程師站，這幾個板塊綜合使用便可以實現對整個電氣自動化控制系統運行情況的集中控制。這套分散控制系統類似于高速運行的以太網，能夠通過冗余通信設備控制通信系統，其中的I/O（輸入/輸出）點中有兩個生產線，還有相對獨立使用的控制器，每個焚燒線中都會安裝7個遠程I/O站，還設置有遠程I/O站控制公用設施系統，能夠分別處理低壓電器的信號，這套分散操作系統主要有運行操作、報警時間以及采集完整的數據信息等功能，可以對發電廠的生產過程狀態進行全方位的監控。

3.3 數據采集模塊設計

數據采集模塊是電氣自動化控制系統的重要組成部分，里面主要涉及兩個重要模塊，一方面是模擬量數據采集模塊，另一個則是數字量數據采集模塊。由于發電廠電氣自動化控制系統在運行的過程中，會涉及到有功功率、電流頻率、線路電壓等復雜的模擬量參數，所以可以在交流電路中，采集某周期內N個交流電壓信號、電流信號的瞬時值，以便完成最終的模擬量數據采樣工作。之后再借助A/D轉換與后續運算處理方法，分析得到被測定電壓的有效參數。數字量數據模塊的主要工作，包括分析斷路器對應的運行狀態、斷路器保護動作信號以及同期檢測狀態等數據信息，從而為電氣自動化控制系統的運行提供信息化的數據參考。

3.4 以太網系統與過程處理中心

以太網網絡主要由上層控制網和下層控制網兩大部分組成，這兩個管理網負責的具體工作有所不同。上層控制網需要使用同軸電纜，通過ES站、控制器上的CP443-5通訊卡以及OS站進行連接，通常以歐洲的Profibus為標準，能夠輔助操作員站對發電廠的生產設備進行實時監控與管理，實現數據信息的共享。下層控制網則通過ET200M上的IM153-1連接到AS417-2DP控制器，同樣需要以Profibus作為標準，之后完成對發電廠現場信號的采集，逐步進行數據分析與處理，最終完成控制器的冗余通訊目標。

過程處理中心的常見型號為AS417-4-2H型號，具有很多的性能優點，例如，在充斥著無線電干擾、振動以及高電氣噪聲的環境下，依然可以正常運行，即使處于環境溫度為-10℃～50℃，相對濕度為5℃～95℃的環境下，可編程控制器系統中的硬件依然可以正常工作，這樣一來，在電氣自動化控制系統出現CPU斷電情況以后，過程處理中心還依然能夠完成對相關數據和程序的備份與保存，具有較強的安全性與實用性。

4 結語

綜上所述，將電氣自動化控制系統應用于發電廠的生產過程中，有利于提高發電廠生產運營的自動化水平，對于發電廠生產效益的提升有著深遠的影響。發電廠在實現產品轉型升級的時候，要充分融合與運用自動化控制系統的便利與優勢，大幅提高電氣設備的運行效率，精簡生產環節的資金與時間消耗，最終帶動發電廠生產的自動化水平與經濟效益，建立安全穩定的產品生產模式。

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