火电厂热工自动化DCS控制系统的应用浅析

梁雪

（国能（福州）热电有限公司，福建 福清 350309）

在DCS控制系统运行过程中，电脑为控制中枢，互联网为控制桥梁，可应用多种监控设备实现多种工业设备控制，使生产过程得到全面有效的管理。DCS控制系统涵盖多种技术，例如，多媒体技术、网络通信技术及计算技术等，具有众多优势，可结合人机界面及通讯界面实现多种功能DCS系统网络安全性更强，设备运行过程更安全可靠。在DCS控制系统运行时，当某环节关键控制单元出现故障问题时，该单元及相关单元能够及时被转移至其他程序内，整个单位运行过程更加安全。

1 火电厂热工自动化内涵

火电厂热工自动化是指在各类数据信息处理过程中，可实现自动检测、自动化控制、自动化报警与自动化保护，无须采取人工控制或人工参与的方法，即可实现仪表及各类装置自动化控制，可自动实现火电厂热力参数控制及测量。在火电厂运行过程中，热工自动化控制的应用使热工设备安全性得到了保障，火电厂工作人员劳动强度降低，机组运行过程更加安全高效，经济优势尤为显著，工作条件及环境得到了明显的改善，可推动火电厂的现代化发展。

2 火电厂热工自动化应用现状

作为一种现代化新型控制技术，火电厂热工自动化控制技术应用前景广阔。在科学技术不断发展及我国机组容量不断提高的背景下，火电厂发电已成为电力系统输送的重要构成部分。现阶段，火电厂热工自动化取得了显著的应用成绩，组装仪表已向数字仪表转变，控制系统设备实现了更新及换代，部分机组由专业小型计算机完成监督与管理，结合CRT显示器，监控水平得到了明显的提升，在局部应用及热工保护过程中均取得了良好的应用成绩。协调控制系统的应用是大型火电机组控制系统发展的另一特征，我国大型发电机组及引进发电机组均应用了注意控制系统，这一系列的创新均标志着我国电厂热工自动化已实现了高水平的发展。目前，自动化仍是各个企业发展的主流方向。在电力企业生产过程中，热工自动化控制系统的应用为电力事业提供了新的发展平台。

热工自动化涵盖自动检测、自动控制、自动报警及自动保护四个功能。第一，自动检测。自动检测是指自动化仪表可独立完成火电厂运行过程中的温度、流量压力等热工参数的测量，无须由工作人员参与或控制。自动检测的应用可及时掌握火电厂运行过程中存在的不足之处及缺陷，可及时调整各火电机组运行状况。第二，自动控制。自动控制是应用自动控制设备实现火电厂机组中运行过程及运行设备的自动调节，使机组运行更加安全、经济、高效。第三，自动报警。自动报警是指在无人控制条件下，如机组运行存在参数偏离，系统能够及时发出提示信号，使工作人员及时调整，避免安全事故出现。第四，自动保护。自动保护是指热工参数超过设计限额或相关设备运行条件难以满足设计标准时，基础设备可实现自我控制及修复，进而避免事故或损失发生。

3 火电厂热工自动化DCS控制系统构成、应用优势及创新方法

3.1 火电厂热工自动化DCS控制系统构成

DCS控制系统也被称为分布式控制系统或集散控制系统，将DCS控制系统应用于火电厂运行过程中，可提高热工自动化控制水平。在DCS控制系统中，各子系统均会对整体运行造成影响，火电厂热工自动化DCS控制系统共由5个子系统共同组成。

第一，DAS系统。DAS系统也被称为数据采集系统，是DCS控制系统中最重要的子系统之一，DAS系统可实现热工机组运行情况在线监测，根据数据及信息生成指定参数，随后利用参数分析及处理的方法，通过图画的方式呈现出来，便于工作人员实时观察热工系统的运行状况。DAS系统还具有自动报警的功能，还可实现火电机组性能指标计算，热工系统操作过程的准确性能够得到保障。第二，MCS系统。MCS系统可实现火电厂锅炉及汽轮机组运行参数调整，例如，对运行过程中的水、风加以控制与调节，使机组保持安全稳定的运行状态。MCS系统也被称为模拟量控制系统，可将控制对象划分为锅炉侧及汽轮机侧。MCS系统锅炉侧的功能是锅炉控制、蒸汽温度控制、水箱水位控制与引风控制，MCS系统汽轮机侧的功能是除氧器水位调节及给水系统调节等。第三，SCS系统。SCS系统可结合运行原则及顺序，判断设备运行逻辑，随后展开结果分析，作出相关控制指令，使机组内部各设备按照预定顺序有序运行，实现机组控制目标。SCS系统可实现电厂内主机及辅机控制，还能够对自动开关控制及运行参数监测。由于该子系统为分层设计，所以在控制领域融入了优先级运算技术，能够在短时间内完成顺序控制。第四，DEH系统。DEH系统可实现汽轮机组压力功率等参数控制，是维系汽轮机组运行稳定的重要系统。当系轮机组在运行过程中发生故障问题时，DEH系统也能够对机组内关键设备进行控制，将故障影响保持在最低。第五，FSSS系统。FSSS系统可实现电厂锅炉炉膛内部运行情况监控，还能够做到数据信息判断。当炉膛运行参数与正常数值存在差异时，FSSS系统能够及时发出指令，根据顺序对燃烧系统中的设备加以控制。除此之外，FSSS系统还能够对设备运行过程中的潜在故障进行预判，使锅炉运行过程更加安全稳定。

3.2 火电厂热工自动化DCS控制系统应用优势

第一，兼容性更强。在电厂机组运行过程中，多项设备均保持协同运行状态，干扰源及控制参数数量庞大，干扰源及控制参数呈现出非线性分布的特征，二者之间相互影响，电厂自动化设计工作难度大幅提高，应综合考量多个影响因素。DCS控制系统能够强化机组自动化控制水平，简化高级控制算法，提高系统兼容程度。第二，可实现远程智能输入及输出。远程智能输入及输出系统是一个独立系统，由智能前端、现场总线及计算机适配器共同组成。智能前端也被称为控制装置，可实现电热阻测量，准确度更高。此外，远程智能输入输出系统还可实现AD及DA的灵活转换。现场总线可实现全数字串行通信，支持点对点、点对多等多种工作方式。计算机适配器可实现网络综合管理，具有协调性。此外，该系统还可实现主动系统信息转换，远程智能输入输出系统能够提高DCS控制系统运行过程的稳定性、兼容性与安全性。第三，实现DCS辅机控制。在火电厂运行时，DCS控制系统可对全体系统进行集中控制，可应用多种技术方案使辅机系统及主机DCS相连接，还可实现MIS与主机DCS连接，工作效率可得到显著的提升，运行成本大大降低，管理系统工艺技术水平更高。第四，可实现全过程监控。在电网系统设计过程中，为减轻设计难度，通常会取消部分后备监控设备，仅保留少量的停机开关。CRT监控技术及DOC大屏幕显示技术已在我国绝大部分电厂实现了推广与应用，可实现人机界面优化，降低监控人员工作压力，减少人工成本支出，确保电厂运行更加安全稳定，经济效益可得到显著的提高。

3.3 火电厂热工自动化DCS控制系统创新方法

3.3.1 强化输入信号稳定性与可靠性

提高DCS控制系统输入信号的稳定性与可靠性，才能够确保控制系统运行的精确性。首先，应提高控制系统的电气设备及零部件可靠性，避免受零部件故障因素影响，造成信号传输故障发生。其次，应加强主界面功能模块更新及优化，丰富控制系统功能，使控制系统能够更加高效准确的获取个性化需求。

3.3.2 优化预警系统

DCS控制系统内部的预警系统可实现锅炉运行过程监督，安全性能够得到保障，锅炉设备运行故障问题可被及时发现及解决。在预警系统设计过程中，应提高其智能化及人性化水平，将智能技术、网络一体化技术应用在设计环节中，实现设计方案优化及完善。除此之外，预警系统内还应融合设备维修状况及锅炉系统操作流程等信息，使工作人员准确掌握各维护及保养信息，使锅炉设备运行状况得以准确地呈现。

3.3.3 将DCS方式与电气控制系统相整合

将DCS方式融入电气控制系统中，可利用DCS逻辑组态功能完成电气设备与热控设备分散控制，提高设备控制及监控水平。首先，将DCS数据采集系统与电气控制系统相整合。其次，将接收信号转换为DCS可识别的信号，随后接入DCS系统中，传输至控制中心内，利用电气控制系统实现热控设备及电气设备的集中管理与控制。

4 DCS控制系统发展前景

虽然相关技术已实现了大范围的推广及应用，但火电厂运行过程中的DCS控制系统应用水平仍有待提升。为了实现长远发展目标，应做好DCS控制系统优化及完善。未来，DCS控制系统发展前景主要体现在以下几点。第一，单元锅炉、汽机及电气控制一体化。DCS控制系统可实现机组运行参数、收集与分析及统一管理，为实现锅炉、汽机及电气控制一体化，可采取以下几种方法展开研究。首先，在系统设计过程中，全面考量锅炉、汽机及电气控制与连锁保护监控功能。其次，工作人员还应协调操作电气监控、电气操作、程序逻辑及接口。第二，加强智能PID技术应用。DCS控制系统在电厂热工控制过程中应用广泛，核心为PID控制器。传统PID控制器具有延迟低、线性的特征，可建设准确的数字模型，参数更加精确，系统适应性更强。电厂热工控制与其他工作过程存在显著差异，具有随机性、复杂性、非线性的特征，传统PID控制很难准确的确定数字模型及整体参数，应做好PID控制改进。智能PAD控制器由传统控制器及智能控制技术衍生而来，依托智能控制技术可实现传统PID控制适应性差、参数整定等局限突破，控制算法准确性及系统稳定性二者之间的矛盾能够得到有效解决，系统运行更加稳定。智能控制技术涵盖自适应控制技术及模糊控制技术等，现已成为电厂热工DCS融合控制系统研究的重点。但智能控制技术与传统PID控制相融合后衍生出的智能PAD控制技术仍处于理论研究及仿真模拟阶段，仅有少量应用于大型电厂锅炉燃烧过程及锅炉水位控制过程中。电厂规模及控制过程更加复杂，控制系统由传统的PID控制向智能PID控制转变已成为一个必然发展的过程。

5 结语

综上所述，热工自动化DCS系统是火力发电厂运行过程中不可缺少的重要系统之一，运行水平与发电厂生产效率及生产安全联系密切。DCS系统由5个子系统共同组成，不同子系统均具有其独特作用。技术人员应加强系统推广及应用，结合发展趋势加强电厂热控系统完善，提高DCS系统智能化及一体化水平，提高我国电厂的生产效率及质量，使电力供应更加稳定连续。