自动化控制技术在电厂的综合应用探讨

王宝玉

摘 要：文章简述了火电厂工艺特点及自动化控制技术在电厂中的应用现状。从实用性出发，探讨了自动化技术在电厂的发展。

关键词：火电厂工艺；自动化；控制技术

1 火电厂工艺特点

火电厂实际是一个能量转换的过程，由化学能转化为热能，到机械能，最后转为电能。主要有输煤系统，负责燃料的输送与储存；锅炉燃烧系统，通过燃料燃烧将水变为蒸汽；汽轮机发电系统，利用蒸汽做功产生电能；另外，还有除渣出灰系统、水处理系统、脱硫系统及电厂配电系统。显然，火电厂的生产流程是一个极其复杂的过程。其自动化过程包括过程自动化与工厂自动化。在电厂控制系统的传统模式中，厂内主要的热力生产过程控制系统通常采用DCS系统，其他辅助生产系统则采用以可编程逻辑控制器（PLC）为核心的控制系统。

2 电厂自动控制技术应用

2.1 PLC与DCS

可编程逻辑控制器PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的輸入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。DCS是以计算机、控制技术、通信、微处理器为核心，实现功能上和地理上相对分散的控制系统，也是模拟和数字混合系统。DCS把各个分散点的信息通过数据通道集中起来，进行集中的监视和操作，可实现高级复杂规律的控制。具有系统容易开发，系统可靠性高，控制功能强，编程简单，有良好的人机交互接口，操作方便，良好的性价比等优点，在火电厂自控中应用很广泛。目前的DCS或PLC系统，很难实现不同系统的互联。其原因主要是大部分DCS或PLC制造厂的产品由各自的软、硬件构成自己的体系，为了保护自己的市场，彼此封锁。这种情况下，要实现与其他厂商系统通信只能通过网关等接口实现。这样就要重新开放软件接口，一方面增加了用户的投资，另一方面部分产品的通讯速率下降。另外，PLC与DCS是是将现场各种I/O信号全部接入系统卡件，当系统增大规模时，数量众多的检测信号汇集到DCS或PLC的入口处，会导致信号出现堵塞，降低了系统的可靠性和安全性。

2.2 FCS

现场总线FCS体现了互联、开放、分布、高可靠性的特点，这些特点正是DCS的缺点。电厂使用的很多仪表厂商都是自定标准、仪表功能单一、互换性差，难以满足现代的要求； DCS采用的模拟信号精度低，易受干扰，而且一对一单独传送信号，控制室操作员对模拟仪表往往难以预测故障和调整参数，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中，存在很大风险。

FCS系统采用的是精度高、可靠性强的数字信号，而且是一对多双向传输信号，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态。智能仪表具有控制、通信、运算等功能，用户可以任意选择设备相连，将控制功能分散到现场的各个智能仪表中。现场总线虽然有很多优点，但目前发展仍然不完善，存在着各大厂商的通讯协议不统一、通讯速率偏低、价格高昂、符合协议的设备较少等缺点。另外，现场总线处于企业网的最低层，不能体现现场管控一体化的优势。

2.3 工业以太网

工业以太网源于以太网又不同于以太网，以太网技术发展到工业应用环境中就产生了工业以太网技术。经过对工业应用环境适应性的改造，传输确定性的改进，通信实时性改进，增加一些控制应用功能后，便形成了工业以太网的技本主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。

工业以太网通过提高通信速率，采用完全基于软件协议的办法解决了实时性同题；通过采用适当的交换技术、流量控制、全双工通信技术、改进容错技术、信息优先级、改进冗余结构，解决了确定性问题；通过结构工艺改进和元器件升级，解决了网络供电和工业生产环境使用问题，通过这些技术措施，使工业以太网具有了成本低廉、结构简单、传输速度高、易于安装、冗余能力强、功耗低、兼容性好、软硬件资源丰富、易于集成、灵活性高、支持多数网络协议等优点，这些优点是PLC、DCS、FCS都无法比拟的。因此，工业以太网是最理想的电厂自动化控制平台。

3 电厂自动控制技术的发展

随着控制领域计算机技术及通讯、网络技术的发展，电厂自动控制技术也得到飞速发展。主要体现在：①PLC的发展。PLC发展一面向小型化、易开发、价格低廉发展。另一个方向就是多功能、标准化、智能化方向。目前的PLC产品已经融合了神经网络技术、遗传算法、专家系统、模糊控制等先进控制技术，通信与控制功能都得到了极大的提高；②嵌入式技术的发展。由于嵌入式系统在数据处理、网络通讯方面的出色表现，极大地支撑了控制技术。③目前多现场总线共存的现象会向以工业以太网为主体的方向发展。随着工业以太网的不断发展及完善，主流现场总线逐年减少，而工业以太网逐步占据首要位置，现场总线并存的状况短期内不会消失。④有线与无线的融合。在电厂自动化技术中，控制信息的传输是实现自动化控制的关键环节。然而，要建立一个通畅可靠的信息传输渠道，有线系统往往需要较大的投资。这时，无线系统也是一个很好的选择。随着无线技术的逐渐成熟应用.有线与无线的融合正成为发展潮流。

综上所述，随着自动化领域工业以太网技术、现场总线技术的发展，电厂自动化控制将会随着技术的进步得到长足的发展，更好地为电力生产服务。