探析火電廠的自動化控制技術

戴名揚 李海龍 韓彥春

摘 要：隨著我國電力事業的發展，電力自動化技術得到了前所未有的發展，特別是在火電廠，自動化控制技術在火電廠的安全穩定行中發揮著越來越重要的作用。本文簡述了火電廠的工藝特點及自動化控制技術在電廠中的應用現狀，并從實用性出發，闡述了自動化控制技術在電廠的發展。

關鍵詞：火電廠;自動化控制;控制技術

一、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。

二、 電廠自動控制技術應用

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.現場總線 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。

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術主體。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。

三、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：

1.PLC的發展。PLC發展面向小型化、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。

四、結語

為了更好的實現這一功能，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。

作者簡介：戴名揚（1990-2-）男，助理工程師，研究方向為電氣自動化技術。