第第頁(yè)發(fā)電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)初探摘要：本文作者介紹了DCS的應(yīng)用與發(fā)展，并對(duì)熱工自動(dòng)化技術(shù)在發(fā)電廠的應(yīng)用進(jìn)行了分析探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；熱工自動(dòng)化；技術(shù)；初探

中圖分類號(hào)：TM62文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是高速化、智能化、一體化和透明化。對(duì)故障信息的研究和充分利用是發(fā)掘熱工故障診斷與故障預(yù)測(cè)的基礎(chǔ),現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用,為熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了不斷拓展的空間。

1DCS的應(yīng)用與發(fā)展

火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展變化,在二十世紀(jì)給人耳目一新的是DCS的應(yīng)用,而當(dāng)今則是DCS的應(yīng)用范圍和功能的迅速擴(kuò)展。

1.1DCS應(yīng)用范圍的迅速擴(kuò)展

20世紀(jì)末,DCS在國(guó)內(nèi)燃煤機(jī)組上應(yīng)用時(shí),其監(jiān)控功能覆蓋范圍還僅限D(zhuǎn)AS、MCS、FSSS和SCS四項(xiàng)。即使在2004年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)(DCS)技術(shù)規(guī)范書》中,DCS應(yīng)用的主要功能子系統(tǒng)仍然還是以上四項(xiàng),但實(shí)際上近幾年DCS的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)展,除了一大批高參數(shù)、大容量、不同控制結(jié)構(gòu)的燃煤火電機(jī)組的各個(gè)控制子系統(tǒng)全面應(yīng)用外,脫硫系統(tǒng)、脫硝系統(tǒng)、空冷系統(tǒng)、大型循環(huán)流化床(CFB)鍋爐等新工藝上都成功應(yīng)用?？梢哉f(shuō)只要工藝上能夠?qū)崿F(xiàn)的系統(tǒng),DCS都能實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行可靠控制。

1.2單元機(jī)組控制系統(tǒng)一體化的崛起

隨著一些電廠將電氣發(fā)變組和廠用電系統(tǒng)的控制(ECS)功能納入DCS的SCS控制功能范圍,ETS控制功能改由DCS模件構(gòu)成,DEH與DCS的軟硬件合二為一,以及一些機(jī)組的煙氣濕法脫硫控制直接進(jìn)入單元機(jī)組DCS控制的成功運(yùn)行,標(biāo)志著控制系統(tǒng)一體化,在DCS技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下而走向成熟?？刂葡到y(tǒng)一體化的實(shí)現(xiàn),是電力行業(yè)DCS應(yīng)用功能快速發(fā)展的體現(xiàn)。排除人為因素外,控制系統(tǒng)一體化將為越來(lái)越多的電廠所采用。

1.3DCS結(jié)構(gòu)變化,應(yīng)用技術(shù)得到快速發(fā)展

隨著電子技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)DCS系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化。過(guò)去強(qiáng)調(diào)的是控制功能盡可能分散,由此帶來(lái)的是使用過(guò)多的控制器和接口間連接。但過(guò)多的控制器和接口間連接,不一定能提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,相反到有可能導(dǎo)致故障停機(jī)的概率增加。因此隨著控制器功能與容量的成倍增加、更多安全措施(包括采用安全性控制器)、冗余技術(shù)的采用(有的DCS的核心部件CPU,采用2×2冗余方式)以及速度與可靠性的提高,目前DCS正在轉(zhuǎn)向適度集中,將相互聯(lián)系密切的多個(gè)控制系統(tǒng)和非常復(fù)雜的控制功能集中在一對(duì)控制器中,以及上述所說(shuō)的單元機(jī)組采用一體化控制系統(tǒng),正成為DCS應(yīng)用技術(shù)發(fā)展的新方向,這不但減少了故障環(huán)節(jié),還因內(nèi)部信息交換方便和信息傳遞途徑的減少而提高了可靠性。此外,隨著近幾年DCS應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,如采用通用化的硬件平臺(tái),獨(dú)立的應(yīng)用軟件體系,標(biāo)準(zhǔn)化的通訊協(xié)議,PLC控制器的融入,FCS功能的實(shí)現(xiàn),一鍵啟動(dòng)技術(shù)的成功應(yīng)用等,都為DCS增添了新的活力,功能進(jìn)一步提高,應(yīng)用范圍更加寬廣。

2全廠輔控系統(tǒng)走向集中監(jiān)控

一個(gè)火電廠有10多個(gè)輔助車間,國(guó)內(nèi)過(guò)去通常都是由PLC和上位機(jī)構(gòu)成各自的網(wǎng)絡(luò),在各車間控制室內(nèi)單獨(dú)控制,因此得配備大量的運(yùn)行人員。為了提高外圍設(shè)備控制水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率,達(dá)到減員增效的目的,隨著DCS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能的提高,目前各個(gè)輔助車間的控制已趨向適度集中,整合成一個(gè)輔控網(wǎng)(簡(jiǎn)稱BOP即BalanceOfPlant的縮寫)方向發(fā)展,即將相互獨(dú)立的各個(gè)外圍輔助系統(tǒng),利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行集成,在全廠IT系統(tǒng)上進(jìn)行運(yùn)行狀況監(jiān)控,實(shí)現(xiàn)外圍控制少人值班或無(wú)人值班。

3變頻技術(shù)的普及應(yīng)用與發(fā)展

由于變頻調(diào)速不但在調(diào)速范圍和精度,動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度,低速轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,工作效率,方便使用方面表現(xiàn)出優(yōu)越性,更重要的是節(jié)能效果在經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益上產(chǎn)生的顯著效應(yīng),因此繼一些中小型電機(jī)上普遍應(yīng)用后,近年來(lái)交流變頻調(diào)速技術(shù),擴(kuò)展到一些高壓電機(jī)的控制上試用,如送、引風(fēng)機(jī)和給水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制等。

因?yàn)樘N(yùn)藏著巨大的節(jié)能潛力,可以預(yù)見(jiàn)隨著高壓變頻器可靠性的提高、一次性投資降低和對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾減少,更多機(jī)組的風(fēng)機(jī)、水泵上的大電機(jī)會(huì)走向變頻調(diào)速控制,在一段時(shí)間內(nèi),變頻技術(shù)將繼續(xù)在火電廠節(jié)能工作中,扮演重要角色。

4局部系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線

自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,帶來(lái)新型自動(dòng)化儀表的涌現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FCS)是其中一種,它和DCS緊密結(jié)合,是提高控制信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、快速性和機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性,解決現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的現(xiàn)代化管理,以及降低工程投資等的一項(xiàng)先進(jìn)的和有效的組合。

5熱工控制優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

隨著過(guò)程生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)刂葡到y(tǒng)要求的不斷提高,傳統(tǒng)控制方法越來(lái)越難以滿足火電廠熱力流程對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和性能最優(yōu)化方面的要求,汽溫超標(biāo)已經(jīng)成為制約機(jī)組負(fù)荷變化響應(yīng)能力和安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要障礙之一(燃燒優(yōu)化主要是鍋爐專業(yè)在進(jìn)行,本文不作討論)。由此基于現(xiàn)代控制理論的一些現(xiàn)代控制系統(tǒng)逐步在火電廠過(guò)程控制領(lǐng)域中得到應(yīng)用。如基于過(guò)程模型并在線動(dòng)態(tài)求解優(yōu)化問(wèn)題的模型預(yù)測(cè)控制(簡(jiǎn)稱MPC)法、讓自動(dòng)裝置模擬人工操作的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜被控對(duì)象自動(dòng)控制的模糊控制法、利用熟練操作員手動(dòng)成功操作的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù),在常規(guī)的串級(jí)PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的前饋控制作用等,在提高熱工控制系統(tǒng)(尤其是汽溫控制系統(tǒng))品質(zhì)過(guò)程中取得較好效果。

6SIS系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展

SIS系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電廠管理信息系統(tǒng)與各種分散控制系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換、實(shí)時(shí)信息共享的橋梁,其功能包括廠級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視,廠級(jí)性能計(jì)算與分析。設(shè)備故障診斷功能、壽命管理功能、系統(tǒng)優(yōu)化功能以及其它功能。自從國(guó)家電力公司電力規(guī)劃總院在2000年提出這一概念和規(guī)劃后,至今估計(jì)有300家多電廠建立了SIS系統(tǒng),可謂發(fā)展相當(dāng)迅速。但是自從SIS系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái),其所起的作用只是數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、顯示和可打印各類生產(chǎn)報(bào)表,能夠真正把SIS的應(yīng)用功能盡情發(fā)揮出來(lái)的很少,其面向統(tǒng)計(jì)/生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)分析工具,基于熱經(jīng)濟(jì)性分析的運(yùn)行優(yōu)化,以品質(zhì)經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)的控制優(yōu)化,以提高可靠性為目的的設(shè)備故障診斷等功能基本多數(shù)都未能付緒實(shí)施。其原因主要有設(shè)計(jì)不夠完善,多數(shù)SIS廠家并沒(méi)有完全吃透專業(yè)性極強(qiáng)的后臺(tái)程序及算法,使其在生產(chǎn)實(shí)際中未能發(fā)揮作用,加上與現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)脫節(jié),因此SIS代理商所能做的只是利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù),邊搭建一個(gè)基本的SIS架構(gòu)邊進(jìn)行摸索。此外SIS應(yīng)涵蓋哪些內(nèi)容沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)也緩慢了其功能的應(yīng)用。但從大的方向上看,SIS系統(tǒng)的建設(shè)符合技術(shù)發(fā)展的需要和中國(guó)電力市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì),將給發(fā)電廠特別是大型的現(xiàn)代化發(fā)電廠帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益

7結(jié)束語(yǔ)

隨著世界高科技的飛速發(fā)展和我國(guó)機(jī)組容量的快速提高,電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)不斷地從相關(guān)學(xué)科中吸取最新成果而迅速發(fā)展和完善,近幾年更是日新月異,一方面作為機(jī)組主要控制系統(tǒng)的DCS,已在控制結(jié)構(gòu)和控制范圍上發(fā)生了巨大的變化;另一方面隨著廠級(jí)監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)(SIS)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和基于現(xiàn)代控制理論的控制技術(shù)的應(yīng)用,給熱工自動(dòng)化系統(tǒng)注入了新的活力。

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