自動化集控系統在智慧電廠中的設計應用

李闖

摘要：電力行業及自動化控制技術的發展，促進了智慧電廠中自動化集控系統的開發和應用。電廠自動化集控系統的設計，能夠有效降低工人勞動強度，實現“遠程監控、無人值守”，減少電廠的經濟支出，提升智慧電廠的經濟效益。現針對智慧電廠中鍋爐水位監控DCS設計、電除塵遠程控制系統整合以及視頻監控改造設計展開分析，完成電廠自動化監控系統設計，提升電廠控制質量及運行效率。

關鍵詞：自動化集控系統;智慧電廠;設計;鍋爐水位監控;DCS設計

0 ? ?引言

“集控”一詞的提出是針對單獨控制而言，傳統電廠通常采用的是母管制，實現對爐、電以及機的分開管控。在現代智慧電廠建構中，集控技術的應用也就是單元制機組，在各個發電機上配備各自的汽輪機及鍋爐，以實現對爐、電以及機的集中管理。在集散控制系統上可以實現對爐、電及機的操作控制，各機組分開，即被稱為“集控運行”。本文將針對智慧電廠的自動化集控系統設計展開分析。

1 ? ?智慧電廠供電集控站功能設計

為滿足軟件設計要求，智慧電廠供電集控站功能設計包括：（1）數據采集模塊，實時采集和管理電量、信號等相關需要保護的數據，這一模塊功能主要為標志轉換、越限檢查以及平均/最值記錄等相關工作;（2）模塊控制操作，主要是實現遠程控制、負荷控制、告警等功能;（3）實時動態監視系統運轉，完成工程畫面編輯形式、狀態轉變以及報表規范等工作;（4）運行歷史數據管理，針對系統運行中的歷史數據實施查詢和記錄，并將其導出進行處理和管理。

2 ? ?智慧電廠自動化集控系統設計

2.1 ? ?鍋爐水位監控DCS設計

本次設計采用Javacript語言實現和DCS系統的對接，設計過程中采用三個水位信號進行對比，如果所選取的三個信號均顯示為正常，則為正常情況，輸出取中值;如果出現一個信號異常，則選取剩余兩個信號的平均值;如果出現兩個信號異常，則選取一個信號值，且I0_BAD置1，為信號故障;如果所選的三個信號均為異常，則取0，I0_BAD置1，即為信號故障。鍋爐水位變化對于鍋爐的正常運行具有直接影響，傳統電廠鍋爐水位控制采用的是手動調節，能夠適當增加或減少進水量，相對來講調節精度偏低，無法實現和DCS系統的整合。同時，在此操作過程中也存在較大的人為因素影響，不利于保障鍋爐安全運行。想要實現鍋爐水位的自動控制，應設計和應用水位監控模塊作為鍋爐水位的主要調節方式。

2.1.1 ? ?設計思路

基于Javacript語言設計實現和DCS系統的對接，就要遵循物質守恒原理，簡單來講就是實現汽包水位和蒸汽總量與進水保持平衡。如果在控制過程中進水量超過閾值，就要適當減少進水量;相反，則需適當加大進水量。另外，在控制過程中應有效實現自動和手動控制之間的切換，如果DCS輸出顯示為OFF，就需要手動操作。

主要取3個水位信號進行對比，如果所選取的三個信號均顯示為正常，則為正常情況，輸出取中值;若一個信號壞，則選取剩余兩個信號的平均值;若兩個信號壞，則選取剩下一個信號值，I0_BAD置1，即為信號故障;信號均壞情況下輸出為0。

2.1.2 ? ?程序設計

鍋爐水位自動調節程序中部分程序如下所示：

CycleON： BOOL;//控制周期結束，用于基于物質守衡的專家控制

BoiLSet： SFLOAT;//設定汽包水位值

BSC_No_SLoop： INT;//單回路時其表示的是模塊序號

…

2.1.3 ? ?程序調試

DCS輸出顯示為OFF，即為手動操作。如果DCS輸出顯示為ON，即：第一，汽包內水位和判斷水位相比偏大，DCS動作，關閉控制閥門，以降低進水量;第二，汽包內水位和判斷水位相比偏小，DCS動作，開啟控制閥門，以提升進水量，滿足需求。

2.2 ? ?電除塵遠程控制系統整合

在現代電廠節能環保領域，電除塵系統是重要設備之一，因此需要在DCS系統中實現電除塵控制系統的整合。

2.2.1 ? ?電除塵工作原理

電廠降壓振打時電壓輸出波形情況如圖1所示。在運行過程中如果二次電壓達到谷值，脈沖振打裝置進入工作狀態，打下吸附在極板上的灰塵，采用灰斗收集灰塵，通過管道利用高壓風將灰塵輸送到灰倉中存儲，也可對灰塵實施轉運。

2.2.2 ? ?除灰系統優化設計

除灰系統優化設計要改進PLC系統，且保持其他回路不變。整合后為3臺西門子S7-200 PLC主機、3塊S7-200 223輸入模塊以及以太網模塊。

2.2.3 ? ?上位機系統優化設計

上位機系統和下位機系統通信方式為RS485網絡通信，9.6 kb/s速率，應用電除塵上位機系統實現對高低壓控制柜的監控，從而制定相應的優化策略。上位機系統的主要功能為監視運行參數、定值修改、提供監控畫面及報表、故障報警等。應用Modbus通信協議，能夠實現和當前流行的幾乎所有組態軟件相兼容，為第三方開發工作提供支持。

2.2.4 ? ?控制柜和變壓器的配合

如果是在正常運行環境下，因為二次電流過沖，會導致出現較大峰值電流，供電期間會對變壓器造成較大沖擊，特別是在電場放電期間沖擊更大，所以一定要結合當前變壓器實際阻抗對高壓電源控制方式實施合理調整，以保障變壓器長期穩定運行。不然如果變壓器內部出現較大應力變化，變壓器一次接線可能發生斷裂。結合變壓器不同技術參數的實際運行現狀，可以合理調整放電火花檢測靈敏度及高壓電源電流上升率，以此為變壓器電場放電檢測和間歇期內運行安全性提供保障。