浅谈现代电厂自动控制系统的发展

摘要：本文从分散控制系统的现状和行业需求出发，结合已经成熟的技术，分析预见了先进DCS系统架构的发展方向以及各种已经成熟的技术和标准在DCS中应用。

关键词：需求，OPC，模糊PID，一体化

1 DCS产品现状

当前各厂家的DCS基本包括：至少各一台现场控制站、操作员站、工程师站（也可用操作员站兼做工程师站）和一条系统网络。此外，还可扩充专门功能站、生产管理和信息处理功能的信息网络、及实现现场仪表、执行机构数字化的现场总线网络。控制站是系统中直接与现场进行 I/O 数据采样、信息交互、控制运算、逻辑控制的核心单元，完成实时控制功能，并实现各种 I/O 接口。

控制站通过工业以太网与工程师站、操作员站等交换信息，采集控制站信号并通过工业以太网传送到工程师站、操作员站，工程师站、操作员站将系统组态信息通过工业以太网传送到控制站。

2 发电企业的需求

随着我国煤炭价格持续增长，煤电联动响应不足，电价市场化定价机制迟迟不能确定的行业背景下，发电企业对生产现场的控制和把握有了更高的要求，生产成本的严格控制要求自动化程度更高，生产岗位减少，生产人员人均控制装机容量增加，这就要求DCS系统的核心单元要有更为先进的控制算法，先进的专家PID算法，模糊PID算法以适应类似于循环流化床锅炉这种更经济锅炉的本身的大延迟，变工况的属性。生产决策必须及时就要求生产控制系统、厂级信息系统和协同管理系统一体化。随着国家对智能电网的发展的提倡，要求各大发电站的调峰、二次调频能力更强，AGC投切率更高且能适应先进的实时的潮流计算，并且要求大电站的DCS系统有更为稳定的协调控制方案和调节能力以应对负荷扰动，现如今的电企较之以前，生產设备调整周期更短，要求DCS要组态灵活方便，而且更严格执行IEC61131语言标准，便于升级换代。基于此番种种形势，各生产厂家均

3 发展方向

3.1 软件数据接口更加多样化

软件工业的发展使各种系统兼容在软件层面实现成为可能，今后的DCS为满足厂区各种不同系统之间的通信，将会引入或执行各种协议或标准。如现有的各大DCS厂家均已支持OPC、ODBC等协议。

（1）OPC标准：OPC标准的制订，使所有的工业软件产品间的通信连接问题变得简单，它提供了一种软件的总线形式，任何一种设备只需提供一种驱动就可以供任何DCS软件系统使用，应用程序（OPC Client）只需知道如何从OPC数据源获取数据，设备的驱动程序（OPC Server）只需知道如何以简单的格式提供数据即可进行通信。

支持OPC标准的DCS灵活性更高，便于和各种工控软件系统交换数据，如电气ECS系统、SIS系统和各主要辅机控制系统（一般为各个厂家的PLC），也可以将厂区必须的数据取出上传至各监管单位，如电网调度，环保局等。

（2）ODBC技术：开放式数据库互连 （ODBC）是 Microsoft建议并开发的数据库访问 AP I标准 ，它是建立在各种数据库管理系统底层驱动程序之上的一个标准层 ，对数据库的底层作了封装，允许应用程序用统一的访问数据标准：结构化查询语言 （SQL）来访问数据库管理系统中的数据。ODBC技术的最大优势是开放的互操作性 ，通过安装多种ODBC驱动程序，可实现同一应用程序对不同数据库的访问。借助于 ODBC技术 ，可以将各厂家的DCS采集的现场数据通过以太网传送到 M IS等系统的关系数据库中 ，以实现信息资源的共享。

今后的DCS还会兼容IEC61850等等诸协议，这是系统互连、信息及时共享所导致的发展趋势，软件接口的扩展会随着各种新标准的推出，逐步在新型分散控制系统中实现。

3.2 先进的控制算法集成

因为自身特性，在燃煤机组中，流化床锅炉机组在燃烧控制、压力自动、炉机协调等控制上对算法最为挑剔。国内流化床有模糊控制法、专家控制法，常常局限在表层，很难真正解决流化床自动控制本质问题。很多流化床锅炉运行，是靠流化床自身灰/热自平衡、或人工经验完成。模糊PID控制是以模糊集理论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种智能控制方法，它是从行为上模仿人的模糊推理和决策过程的一种智能控制方法。该方法首先将操作人员或专家经验编成模糊规则，然后将来自传感器的实时信号模糊化，将模糊化后的信号作为模糊规则的输入，完成模糊推理，将推理后得到的输出量加到执行器上。该算法的实现完全依赖两个库：

（1）数据库：数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值（即经过论域等级离散化以后对应值的集合），若论域为连续域则为隶属度函数。在规则推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。

（2）规则库：模糊控制器的规则基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。

控制算法的实现是在DCS组态环境中由厂商搭建而成，以现成的算法模块提供给用户，并在新建机组调试过程中构建数据库和规则库，由软件中定义的一种机制对规则库进行维护和更新，该维护和更新过程持续整个运行操作过程，是一个积累模糊推理的过程。这样的DCS提供的这中算法，可以任意运用于复杂多变系统的组态过程，是应对现代工况多变的生产环境的很好的解决方案。模糊PID和专家PID算法是否有无集成和运用，是衡量一个DCS系统的先进与否的重要标志。

4 总结

随着我国电力体制改革的深入， 面对电厂走向市场的严峻形势， 火电厂的低成本运营和精细化管理的要求越来越迫切， 常规自动化控制系统已不能满足日益增长的管理和技术要求。DCS提供商的任务不再仅仅是打造一个技术先进或造价低廉的电厂，而应当是成就一个面向市场、具有竞争力的电厂。我国电力事业的发展促进了对DCS系统的更高要求，所以我们相信在不久的将来， 我国自己生产的 DCS控制系统更加成熟， 在我国乃至世界市场得到更广泛应用。

参考文献：

[1]高飞，基于ODBC的iFI X工控组态软件与关系数据库通讯探讨，南钢科技与管理，2007

[2]姚晓伟，陈在平等，基于 OPC技术的现场总线系统集成研究，天津理工大学学报，2005

作者简介：杨国选，身份证号码：410728197307064010endprint