先进控制策略在火电厂热工控制中的应用分析

范新明

（阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048102）

1 先进控制策略在火电厂热工控制中的应用意义分析

1.1 管理信息系统的扩展

因为当今先进的自动化控制策略都是以网络和控制器为基础来实现的控制，所以将先进的控制策略应用到火电厂的热工控制中，对于其信息系统的进一步扩展十分有利。自动化控制系统主要是将计算机技术作为基础，通过一系列的辅助方法来实现多种设备的全程监控，这样就可以建立起一个完整的信息化控制体系，以实现火电厂的自动化热工控制[1]。因为PLC 控制系统主要是以分布式的模式来实现热工控制，所以这种控制系统有着很强的控制能力，尤其是将PLC 控制器应用到这一系统之后，其控制能力变得更加强大，这对于热工控制中的信息系统扩展有着重要的意义。

1.2 高级算法模块的积累

在本次所研究的火电厂热工控制中，通过PLC 控制策略的应用，积累了很多的高级算法模块，这些高级算法模块有着不同的功能和不同的优势。例如，可以对出现的故障进行自我报警以及自我修复，这对于火电厂热工控制效率的提升和质量的保障都有着极大的帮助作用。

2 PLC 系统硬件设计分析

2.1 上下机位配置分析

在本次所研究的火电厂热工控制的PLC 自动化控制系统中，I/O 形式的控制点共有600 多个。在设计的过程中，通过对I/O 控制点的全面研究与考虑，最终确定了最符合该火电厂实际应用需求的一种PLC 系统，该PLC 系统是由西门子公司所研发的S7—400 型PLC自动化控制系统。在实际的应用过程中，由于这个PLC 自动化控制系统中的模块十分有限，且I/O 的控制点很多，所以按照4 个模块对这些I/O 控制点进行了合理划分[2]。在这个PLC 控制系统中，上位机和下位机之间采用的是串行通信方法，并通过UPS 来给整个的PLC 自动化控制系统供电。

2.2 信号的可靠性控制

2.2.1 信号联接分析

在本次所研究的火电厂热工控制PLC 系统中，电流信号的传递在4～20 mA，电流信号首先需要在仪表中通过，然后再从PLC 系统中通过，这种电流信号被称为输入信号。通过实际的应用得知，PLC 系统和仪表之间的关系相当于串联，所以，无论是PLC 系统出现故障还是仪表出现故障，这两部分的信号都会同时出现故障。该火电厂就针对这一情况作出了合理的改进，其改进的方法主要有两种。第一，在电流信号输入到了仪表之后，可以将这个电流信号转变为电压信号，然后再将这个转变之后的电压信号输入PLC 系统。其模拟量到数字量的转化公式如下：

其数字量到模拟量的转换公式如下：

其中，输入信号的最小值用A0来表示，经A0转换得到的电压值用D0来表示，输入信号的最大值用Am来表示，经Am转换得到的电压值用Dm来表示，输入的模拟信号用A来表示，经A转换得到的电压值用D来表示。

第二，如果这个输入到仪表中的电流信号无法被转变成电压信号，也可以使其通过两条线路进行传输，一条传输到仪表，另一条传输到PLC 控制系统，这样就相当于将仪表和PLC 控制系统并联在一起，所以无论是哪一端出现故障，都不会对另一端造成影响[3]。

2.2.2 信号隔离分析

当来自现场的信号通过伺服放大器或者是手操作器时，在其内阻的作用下，就会形成一个电压信号，这个电压信号需要从手操作器输出，然后，这个电压信号会输入到PLC 控制系统中。因为PLC 控制系统中的输入端负端需要接地，而伺服放大器也有一端需要接地，所以如果将伺服放大器和手操作器连接起来，就会同时出现两个接地端，这样就会导致PLC 系统和手操作器中得到信号出现故障。针对这样的情况，该火电厂研究出了两种解决问题的方法：第一是隔离伺服放大器，也就是将放大器接地端悬空处理；第二是对PLC 系统以及手操作器进行隔离，也就是将一个隔离器设置在PLC 系统和手操作器之间。

2.2.3 PLC 故障处理分析

在实际的应用过程中，PLC 系统和仪表之间的操作方式并不相同，PLC 控制系统主要是通过自动化的方法来进行控制，而仪表则需要采用手动操作的方法来进行控制。同时，因为系统中的很多因素都会对PLC 系统的运行造成影响，进而使其发生故障，而在PLC 控制系统发生故障时，通过对具体的故障分析，并依据不同故障对于PLC 控制系统产生的破坏程度，该火电厂将其按照轻度故障和重度故障这两种类型进行划分[4]。在处理轻度故障时，PLC 控制系统会自动在人机交互屏幕上显示出相应的故障，并提示操作人员进行故障的处理。在处理重度故障时，PLC 控制系统就会实现仪表的自动切换，并发出报警，以提示操作人员有重度故障发生，直到操作人员彻底排除了故障，PLC 控制系统才可以继续进行正常的工作，否则，PLC 控制系统将会自动脱机，不再和仪表之间进行连接，也不能够继续进行操作系统的切换。在处理重度故障时，操作人员可以通过PLC 控制系统的自行诊断方法以及梯形编程功能来进行故障的处理。

3 PLC 设备的实时控制软件分析

在本次所研究的这个火电厂PLC 控制系统中，其内部的软件配置是STEP7 软件。该软件属于一套梯形逻辑指令的集合，通过这个软件，就可以保障整个PLC 控制系统之中的逻辑控制功能得以顺利运行，同时也可以对系统之中的故障进行自诊断以及自处理。这个软件也包括其他的很多功能，通过控制功能模块以及函数功能模块，可以直接进行简单的热工控制。对于一些复杂的控制，则可以通过SF 程序的编写来实现。

4 PLC 控制系统在热电厂中的应用分析

在本次所研究的某火电厂热工控制优化过程中，为了进一步提升控制效率，保障控制质量，进而实现产电量的全面提升，所以将PLC 控制系统应用到了热工控制中，使其在各个热工控制环节之中发挥出充分的优势，进而实现了热工控制质量的显著提升。

4.1 在化学水处理中的应用

对于火电厂的热工控制，一项必要的工作就是化学水的处理。在应用PLC 系统进行化学水处理的过程中，首先是过滤预处理的化学水，然后通过分渗透的方法进行离子处理，离子处理过程主要是进行水中阴阳离子的交换，最后将混合离子制作成补给水，让化学水在处理之后可以继续应用到电厂的锅炉。在具体的化学水处理过程中，PLC 控制系统的主要作用就是控制处理设备之中的过滤器以及阴阳床，当PLC 应用到不同的设备中时，其运行方式也会有着很大的差异。因为本次研究的火电厂一共有两组处理设备，所以在具体的化学水处理过程中，原定将两台PLC 控制系统同时应用到一个公用设备之中进行控制。但是通过实际的应用发现，这两台PLC 控制系统很容易出现冲突，所以为了避免这样的情况对PLC 系统造成不必要的损害，在后期的应用过程中，就仅仅通过一台PLC 系统进行公用设备的控制，并且保障关闭了所有的设备之后再关闭PLC 系统。

4.2 在石灰石-石膏湿法全烟气脱硫系统中的应用分析

在本次所研究的火电厂中，传统的石灰石-石膏湿法全烟气脱硫处理是通过DCS 系统来实现，但是由于DCS 系统有着很大的缺陷存在，如相比较PLC 系统而言，DCS 系统有着更加复杂的结构，所以维护起来就比较困难，运行和维护的成本也就会很高。在本次对电厂热工控制的优化升级中，就应用了先进的PLC系统来替代传统的DCS 系统。在应用PLC 自动化控制系统进行石灰石-石膏的湿法全烟气脱硫过程中，通过其中的监视控制功能，可以对任何一个环节进行自动化监控。同时，通过PLC 控制系统来进行石灰石-石膏的湿法全烟气脱硫处理，也可以实现处理成本的进一步节约，加之PLC 系统维护起来十分简单，所以PLC 系统的应用也使得石灰石-石膏湿法全烟气脱硫系统实现了进一步的简化。

4.3 在气力除灰中的应用分析

在火电厂的热工控制中，除灰系统的运行情况将会直接关系到整个火电厂的运行效果，因此PLC 控制系统已经被很多的火电厂应用到了热工控制除灰系统。在本次所研究的火电厂中，PLC 的双机热备配置主要的组成部分有PLC 主机、电源、热备处理模块的组成配置组以及通信模块，在具体的除灰工作中，不同的配制也会负责不同的工作。如果PLC 控制系统在运行的过程中发生了故障，备用机可以在短时间之内代替主机来维持正常的工作，待到将主机的故障排除之后，再通过主机进行相应的热工控制。

5 结 论

将先进的控制策略应用到火电厂的热工控制中，不仅可以让火电厂的生产实现全面的自动化控制，显著降低火电厂之中的人力资源浪费情况，也可以让热工控制系统的工作效率与工作质量得到合理的优化。这对于火电厂产电量的提升以及安全性的保障都有着关键性的作用。相信随着自动化技术的不断发展，PLC 控制系统在火电厂热工控制中将会发挥出越来越强大的优势，进一步促进火电厂的良好运营和发展，满足社会的用电需求，为社会经济的良好发展提供足够的动力。