自动化技术在当代智能热力系统功能提升中的应用

段 豪 太原市热力集团有限责任公司

1 引言

近年来，燃烧优化在电厂行业中受到非常高的关注。为了满足国家节能减排要求和企业长远发展需求，不少电力企业都在致力于提升电厂热工自动化水平。为此，对大型火电厂和热工自动化处理设备安全可靠性的技术要求也越来越高。随着Ccdcs工程控制管理系统的成熟，火电厂对供热工程的自动化管理程度稳步提高，大大提高了火力发电厂工程运行的工作稳定性、经济性和安全性。但受热力系统设备调试、日常设备维护、技术使用管理等多方面的各种复杂因素的影响严重，火电厂专用热力设备自动化监控系统在保证设备调试运行过程、逻辑流程控制、日常设备维护技术管理、人员使用技能等各方面仍然存在着诸多不足。与此同时，系统在日常运行管理过程中也可能经常会发生各种安全故障，严重影响了火电厂的正常运行管理效率。

2 热工自动化控制系统的组成

热工运行自控传动系统控制是我国火电厂大型锅炉设备热工运行过程控制的一个核心技术环节。包括加热锅炉、锅炉供热协调控制、锅炉蒸汽燃料总热量、汽包压和水位、过热量和蒸汽燃烧温度、再热量和蒸汽燃烧温度。在事故发生时，自动控制系统能够自动切断线路，确保线路和设备的安全。保证所有热工机组自动化生产设备的安全连续稳定运行，不仅能有效提高我国火电厂热工机组的社会经济效益，还能有效地改善火电生产环境和火电工人的日常工作生活条件，使火电机组的工作劳动强度大幅度降低。热自控系统的结构比较复杂，其组成取决于不同的功能。该系统主要由分散控制系统、视频网络监控、辅助控制、实时监控四部分组成。（1）分散控制管理系统（Dcs）。Dcs软件是现代计算机操作系统的一个核心部件。发电厂的各个部门都需要有一个大的分布式控制管理系统。电厂两台通信机组之间的互联数据线一般定义为通过公网通信系统与供电线路间的连接，实现各电台机组间的数据互联，保证数据的正常传输连接。在每台机器的每个操作台上方有设置机器Dcs和机器Deh两个操作台的按钮，方便系统管理员正常进行工作，缩短了机器系统日常故障上报处理工作时间，保证了系统集散式微控制器在系统发生故障时的自动正常运行。（2）网络安全监控管理系统。火电厂监控设备需要全面远程监控。通过辅助视频过程监控管理系统，可以对整个火电厂的日常运行、无人机的值班、检查站等区域情况进行实时过程监控，辅助管理系统的通信接口不仅可以同时实现对整个火电厂的工作整体过程监控，同时它还可以对整个的火电厂的日常工作运行过程和管理程序情况进行实时监控，有效地实现了对整个火电厂内部信息的综合管理。用户可以同时利用监控数字视频机和网络监控系统技术来实时监控重要通信设备、危险程序和无人值守区域。实现了对全厂整个生产管理过程及整个生产现场的直观远程监控。数字视频信息网络采集系统主要是通过通信接口与企业工厂的一个MIS接口相连，最终可以实现对整个企业工厂视频信息的实时综合采集管理。（3）辅助过程控制管理系统。这不仅是保证系统正常运行工作的重要物理条件，也是实现监控系统无人运行的重要技术条件。一般系统采用视频受控式微编程器自动完成设定集中控制，通过视频数据信号切换等多种数据传输接口，保证系统平稳运行，数据信号传输全面，中控室自动完成对系统的集中控制，最终实现系统自动化运行。（4）远程监测系统。当火电厂设备发生重大故障时，实时故障监控管理系统通常能够自动停止运行并及时进行故障报告。本监控系统主要功能包括两种实时自动监控系统信息采集管理控制系统。通过主机数据处理接口和主机控制器接口连接，实现所有数据接口通信资源共享。

3 自动化技术在当代智能热力系统功能提升中的应用

3.1 智能控制的关键技术

（1）人工神经网络控制技术。人工神经网络控制技术是一种模拟人脑神经元工作的技术。电厂热工自动化中，引入人工神经网络控制技术对发电机组、锅炉系统的运行参数进行计算，从而辅助系统实现对机组设备智能控制的目的。它利用了非线性特征原理，对机组设备各个结构的运行信息进行智能计算以及对信息进行智能整理。人工神经网络控制技术在电厂热工智能控制中的应用，关键在于分析机组运行的特性，利用非线性的特征将其描述出来，建立稳态模型。再从非线性的操作量中寻找最佳操作量，即找到优化目标量，实现对锅炉燃烧优化的控制。（2）模糊控制技术。模糊控制技术指利用模糊推理和模拟思考的原理构建模糊系统。模糊系统具有对不同问题分析的功能。通过对锅炉燃烧过程不同分析的模糊推理与思考，分析出更加高效的控制方法。将模糊控制技术应用于电厂热工自动化系统中，主要是为了利用计算机更好地对DCS 智能控制系统进行控制和管理，分析智能控制中时质和时变的问题，更好地对控制量进行优化，通过锅炉性能控制站实现对锅炉性能的优化控制。（3）专家控制技术。专家控制技术是一种用于解决工业过程控制的关键技术。专家控制技术应用与电厂热工自动化控制，是为了提升DCS 智能控制系统对故障自动诊断的精准性。根据电厂热工自动化系统的复杂程度，专家控制技术可分为专家控制系统和专家控制器两种。专家控制系统用于辅助DCS智能控制系统处理电厂运行中发生的问题，它需要建立在已有的数据及专家控制理论基础上。专家控制器则是智能PID控制器，它较好地将稳态性能与神经网络相结合，可以有效提升DCS 智能控制系统处理非线性系统问题的水平，提高电厂热工的自适应能力，从而提升控制参数的精准性。

3.2 智能控制技术在电力热工自动化中的应用

机组负荷装置在电厂热工自动化控制系统中主要承担着对低负荷的自动化管控作用。智能控制应用于电力负荷控制装置中，有助于实现电力负荷装置对电厂各种设备单元组运行过程中的自动化监控。智能控制还赋予了负荷控制装置抗干扰的功能。通过在负荷装置上安装智能机器人，对设备的运行情况进行智能巡检。当智能机器人自动监测到电厂设备负荷时，就会发出状态监测及智能检修提示，或发出故障预警。DCS智能控制系统的智能生产监管层就会将监测信息传输给智能控制层，由智能控制层向智能设备层发出优化指导的指令。智能设备层接收到优化指导后，发出智能巡检的指令，对设备的运行状态进行智能检查。DCS智能控制系统利用模糊控制加人工神经网络技术对设备运行参数进行自动化调整，从而提升负荷装置控制的精准性。

3.3 网络安全监控管理系统

火电厂监控设备需要全面远程监控。通过辅助视频过程监控管理系统，可以对整个火电厂的日常运行、无人机的值班、检查站等区域情况进行实时过程监控，辅助管理系统的通信接口不仅可以同时实现对整个火电厂的工作整体过程监控，同时它还可以对整个的火电厂的日常工作运行过程和管理程序情况进行实时监控，有效地实现了对整个火电厂内部信息的综合管理。用户可以同时利用监控数字视频机和网络监控系统技术来实时监控重要通信设备、危险程序和无人值守区域。实现了对全厂整个生产管理过程及整个生产现场的直观远程监控。数字视频信息网络采集系统主要是通过通信接口与企业工厂的一个MIS接口相连，最终可以实现对整个企业工厂视频信息的实时综合采集管理。

3.4 辅助过程控制管理系统

这不仅是同时保证系统正常运行工作的重要物理条件，也是同时实现监控系统无人运行的重要技术条件。一般系统采用视频受控式微编程器自动完成设定集中控制，通过视频数据信号切换等多种数据传输接口，保证系统平稳运行，数据信号传输全面，中控室自动完成对系统的集中控制，最终实现系统自动化运行。

3.5 远程监测系统

当火电厂设备发生重大故障时，实时故障监控管理系统通常能够自动停止运行并及时进行故障报告。本监控系统主要功能包括两种实时自动监控系统信息采集管理控制系统。通过主机数据处理接口和主机控制器接口连接，实现所有数据接口通信资源共享。

4 自动化技术在当代智能热力系统功能提升中的应用策略

4.1 设备安全性评估方法

（1）设备操作员岗位应负责严格控制民用热工厂及自动化设备相关配套设备的前期设计、施工、调试工作质量，根据实际设备工作需要特点自行制定配套设备维修管理制度，开展长期高质量的设备维修管理工作，确保对安全隐患问题进行及时发现和有效处理，确保相关设备能够长期保持良好的正常工作运行状态。（2）进一步研究改善热源电控设备自动化控制设备的工作运行外部环境，严格控制导热电子中的温度、湿度、粉尘中的浓度、运行中的振动等内部外界影响环境因素，对易遇水受潮或产生粉尘的热控设备定期进行清洁，尽量减少内部外界环境干扰影响因素对热控设备的间接影响，并尽可能减少外部外界干扰影响因素对热控设备的直接影响。（3）进一步提高了对DCS应用系统软硬件功能结构的自我检测诊断分析能力，提高故障诊断与预防能力。

4.2 安全性提升策略

（1）在火力发电厂实现机组控制单元的智能应用。配线单元优化后，该机的DCS系统性能得到了改善，智能化程度有所提高。随着分布式控制系统智能化程度的提高，其灵敏度也随之提高，其监测能力也随之提高。若DCS具有智能能力，许多地方无法及时处理线路和设备，将影响火电厂的安全，造成重大损失。伴随着电力技术和计算机技术的不断发展，高度智能化的DCS 系统可以改善火电厂的控制能力和控制水平，并可通过使用电子智能电表加以改变。（2）APS技术的实际应用。APS（Active Phase Switching）既是有源动态相位节能开关，APS既是动态有源节能也是中国微星唯一独家采用的动态节能开关技术APS 自动控制调节每个Cpu 的额定供电负载数量，基于调节Cpu的供电负载。APS控制技术实际上也就是一种多个单元的层级顺序控制管理系统。它的主要特点之一是，通过少量的人工或非大量人工的工程干预，自动快速完成整个发电机组的正常运行。（3）负责自动化生产过程管理控制的系统优化以及软件设计。当系统设置应用自控系统程序控制模块时，优化自动系统控制管理指标和功能范围，提高自控系统自动抗干扰能力，优化自控系统模拟流量控制的自动调节功能范围及控制指标，同时优化和自动控制。

5 结束语

热电厂火电设备自动化技术水平的不断稳步提高，是加快实现当前我国现代电力工业生产设备现代化的必要技术保障。但由于工业热工设备自动化工程设备生产管理及其他相关热工技术的操作复杂性，在日常热工设备的生产使用中难免会容易出现各种安全事故。安全性和连续性都会产生不利影响。因此，对火力发电厂自动化设备安全智能评价方法进行了研究，提出了一系列安全改进策略，以保证火力发电厂的良好运行和经济效益。