電廠熱工自動化技術(shù)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

孫培佳

摘 要 ： 隨著社會生活需求的不斷提高和科技水平的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在火力發(fā)電廠自動化控制中的應(yīng)用已經(jīng)十分普及，這也使火電廠機(jī)組向著容量大、參數(shù)高、自動化水平先進(jìn)的方向不斷發(fā)展。本文首先重點(diǎn)對熱工自動化概念及其在電力企業(yè)的發(fā)展進(jìn)行闡述，并在此基礎(chǔ)上就電廠熱工自動化技術(shù)構(gòu)成及應(yīng)用情況進(jìn)行論述分析。

關(guān)鍵詞： 電廠熱工；自動化技術(shù)；應(yīng)用分析

隨著經(jīng)濟(jì)帶動科技迅速發(fā)展，目前電力系統(tǒng)自動化程度越來越高。電廠熱工自動化隨火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展而不斷進(jìn)步，是電力企業(yè)電力系統(tǒng)的重要組成部分。目前電力企業(yè)電廠熱工自動化技術(shù)從自動化設(shè)備方面來看，傳統(tǒng)的組裝儀表已經(jīng)發(fā)展為現(xiàn)代的數(shù)字儀表，自動化系統(tǒng)所采用的控制設(shè)備也向更精良的方向發(fā)展，必要時可以利用計(jì)算機(jī)對機(jī)組設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控畫面通過crt 顯示器直觀顯示，監(jiān)控水平和監(jiān)控效率大大提高。

1 電廠熱工自動化

電廠熱工自動化技術(shù)就是對火力發(fā)電廠生產(chǎn)運(yùn)行中的物理量、化學(xué)量以及儀表設(shè)備等的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)進(jìn)行自動監(jiān)控的技術(shù)。主要包括火力發(fā)電過程中對數(shù)據(jù)的測量和處理、設(shè)備的自動控制和自動調(diào)節(jié)、異常報(bào)警和自動保護(hù)等?；鹆Πl(fā)電過程中很多環(huán)節(jié)需要控制，如工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)安全等，單純通過人為控制既浪費(fèi)人力又不能夠有效保障安全，自動化技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)按預(yù)設(shè)程序自動操作，把操作人員從重復(fù)性的繁重勞動中解放出來，減少了人力的同時還能夠有效保障安全，避免事故的發(fā)生?；痣姀S集散控制系統(tǒng)的信息通信通道已經(jīng)由以前比較落后的硬手操器以及常規(guī)的顯示儀表變?yōu)槟壳笆褂玫挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng)。過程參數(shù)以及相關(guān)的控制指令通過火電廠中的局域網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加高效、快速的傳輸，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為火電廠集散控制系統(tǒng)中不可分割的重要組成部分。

2 電廠熱工自動化技術(shù)構(gòu)成

2.1 監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)（SIS）

SIS 系統(tǒng)的作用是管理信息系統(tǒng)與各DCS 之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，SIS 系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與存儲、數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控、性能計(jì)算與分析等。SIS 系統(tǒng)軟件功能強(qiáng)大，電廠可以根據(jù)自身需求和實(shí)際情況啟動分配不同的功能，電力企業(yè)自從SIS 系統(tǒng)投入運(yùn)行以來，由于對軟件系統(tǒng)不夠熟悉，部分電廠啟用了SIS 的數(shù)據(jù)采集、存儲、打印報(bào)表等簡單的功能，很多深化功能如基于熱經(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)備故障診斷等功能都未能實(shí)施。

2.2 分散控制系統(tǒng)（DCS）

操作員站、現(xiàn)場控制站、工程師站和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的四個基本組成部分。除了四個最基本的組成部分外，目前的集散控制系統(tǒng)中加入了一些能夠?qū)崿F(xiàn)特殊功能的站，還有更加完備的信息管理網(wǎng)絡(luò)，以滿足生產(chǎn)管理和各種特殊參數(shù)的采集以及處理。DCS 系統(tǒng)是集中計(jì)算機(jī)及局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制的系統(tǒng)，它的應(yīng)用具有劃時代的意義，它是在計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，并在局域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上得以實(shí)現(xiàn)，將局域網(wǎng)打造成一個安全可靠的實(shí)時數(shù)據(jù)控制端，實(shí)現(xiàn)單元機(jī)組的智能化自動監(jiān)控功能，DCS 系統(tǒng)在電力企業(yè)歷經(jīng)20 年的發(fā)展，在火電廠的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，目前大機(jī)組儀控大部分都選擇應(yīng)用DCS 系統(tǒng)，并且DCS系統(tǒng)在電力企業(yè)電廠熱工自動化技術(shù)未來的發(fā)展中還會有相當(dāng)大的提升空間。對應(yīng)著集散控制系統(tǒng)的縱向分級結(jié)構(gòu)形式[15]，一些不同的網(wǎng)絡(luò)形式把各級設(shè)備連接起來，這些網(wǎng)絡(luò)形式是：現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)（Field Network，F(xiàn)Net）、控制網(wǎng)絡(luò)（ControlNetwork，CNet）、監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（Supervision Network，SNet）和管理網(wǎng)絡(luò)（ManagementNetwork，MNet）。

3 電廠熱工自動化技術(shù)應(yīng)用

3.1 自律控制系統(tǒng)的應(yīng)用

自律控制系統(tǒng)是對電廠整體系統(tǒng)在同一時間內(nèi)進(jìn)行自律控制、及單獨(dú)的子系統(tǒng)發(fā)生故障時進(jìn)行整體系統(tǒng)的自律調(diào)節(jié)，以保障電廠系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使系統(tǒng)故障產(chǎn)生的不良影響降到最低。目前電廠應(yīng)用的DCS 系統(tǒng)在自律控制方面還存在相當(dāng)大的可提升空間，目前現(xiàn)有的DCS 分為水平分布型系統(tǒng)和層次分布型系統(tǒng)兩類，這兩類系統(tǒng)各存在一定的缺點(diǎn)，水平分

布型系統(tǒng)具有協(xié)調(diào)性但缺乏自律控制性，而層次分布型系統(tǒng)具有自律控制性但缺乏協(xié)調(diào)性。未來自律控制系統(tǒng)的應(yīng)用目標(biāo)是整合現(xiàn)在DCS 水平分布型系統(tǒng)和層次分布型系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)電廠DCS 系統(tǒng)中任何一個獨(dú)立的子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障時，自律控制系統(tǒng)可以第一時間判斷，并自行調(diào)整工作狀態(tài)，同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性和自律控制性，自律控制系統(tǒng)在整個電廠系統(tǒng)中的應(yīng)用有利于保證電廠發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 綜合自動化管控的實(shí)現(xiàn)

電廠是集生產(chǎn)與銷售于一體的企業(yè)，具有生產(chǎn)過程復(fù)雜、技術(shù)性強(qiáng)、資產(chǎn)密集、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，因此未來電廠熱工自動化技術(shù)的發(fā)展方向?qū)⑹峭ㄟ^綜合自動化管控來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的管理和控制。綜合自動化管控絕不局限于生產(chǎn)機(jī)組及儀表設(shè)備的控制，而是以電廠的經(jīng)營目標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)熱工技術(shù)自動化的同時，為電廠的管理和運(yùn)營提供信息數(shù)據(jù)的自動化支撐。綜合自動化管控集合了電廠的過程控制、廠級監(jiān)控、管理信息數(shù)據(jù)，將電廠的生產(chǎn)和運(yùn)營管理整合在同一平臺下，以計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)、檢查和調(diào)整的廣義閉環(huán)思想使整個組織具有自優(yōu)化的能力，為實(shí)現(xiàn)組織目標(biāo)的最大化服務(wù)。

3.3 SCS 與APS 技術(shù)應(yīng)用

SCS（Sequence Control System）是DCS 系統(tǒng)的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組設(shè)備的控制、聯(lián)鎖、保護(hù)以及順序控制啟停等功能。機(jī)組操作人員可以對設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作，也可以將相

關(guān)設(shè)備按子組進(jìn)行順序控制啟停。SCS 會給出操作提示、報(bào)警等信息，用來指導(dǎo)操作人員正確操作。SCS 系統(tǒng)一般具有功能組級順序控制和機(jī)組級順序控制兩個層次。功能組級順序控制只對本級有效，操作人員輸入控制命令，經(jīng)過系統(tǒng)邏輯運(yùn)算，系統(tǒng)自動向相關(guān)設(shè)備發(fā)出控制指令，指令完成發(fā)回信號即表示本級的控制操作完成。機(jī)組級順序控制也稱為機(jī)組自啟停系統(tǒng)（APS），APS 為最高一級的控制，當(dāng)SCS 系統(tǒng)接受APS 的啟動指令后，將機(jī)組從起始狀態(tài)按照程序控制步驟和順序啟動至某一負(fù)荷，啟動過程中只需設(shè)置少量斷點(diǎn)，由運(yùn)行人員確認(rèn)后自動進(jìn)行。

3.4 過程控制優(yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)更高性能

SIS 系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍和廣泛，但是目前電力企業(yè)對SIS 系統(tǒng)的應(yīng)用并不深入，電廠只啟用了相對簡單的功能，如單純的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印等，更強(qiáng)大的深化功能都未被充分挖掘和實(shí)施，而隨著電廠熱工自動化技術(shù)的深入發(fā)展，以及電力行業(yè)在市場競爭中所面臨的挑戰(zhàn)，無論是在生產(chǎn)管控方面，還是在技術(shù)保障方面都要加強(qiáng)。因此未來電力企業(yè)對SIS 系統(tǒng)的應(yīng)用將會進(jìn)一步深入，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)備故障診斷等更偏重于過程控制的軟件功能將會被發(fā)掘和應(yīng)用。SIS 系統(tǒng)將會結(jié)合電力生產(chǎn)實(shí)際需求進(jìn)行二次功能開發(fā)和優(yōu)化，對自動化過程控制方面的軟件功能進(jìn)行加強(qiáng)和優(yōu)化，使SIS 系統(tǒng)的綜合性更強(qiáng)，軟件系統(tǒng)技術(shù)更趨于成熟，通過優(yōu)化的過程控制軟件將會實(shí)現(xiàn)更高的性能，以滿足現(xiàn)代電廠熱工自動化技術(shù)發(fā)展需要，保障電力企業(yè)的綜合技術(shù)實(shí)力，使其在激烈的市場競爭中脫穎而出。

參考文獻(xiàn)

1. 顧喜來. 電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展[J]. 民營科技. 2013（08）

2. Hiroyasu Mochizuki. Development of the plant dynamics analysis code NETFLOW++[J]. Nuclear Engineering and Design . 2009 （3）