淺談電廠自動化控制技術的應用及其發展趨勢

摘 要：文章主要對在電廠生產過程中的自動化控制技術進行了詳細的介紹，包括控制技術的特性和現狀等問題，并且對現場的控制技術如PLC、FCS、DCS等特性和存在的相關問題進行了詳細的分析描述。闡述了工業以太網技術的優勢以及應用目的，對電廠自動化控制技術的建設提出了設想。

關鍵詞：電廠自動化平臺；以太網技術；控制技術

近年來，我國的經濟發展呈迅猛上升的勢頭，電力事業也隨之步入快速的發展階段。電廠的生產工藝是比較復雜的，包括燃料、熱力、發電機組、除渣出灰、脫硫、水處理等一系列的生產系統，可見，這一工業過程相當復雜，涵蓋了自動化的技術過程和全部內容。電廠的傳統控制系統中，主廠房的區域熱力在運作過程中的主要控制系統是DCS，即集散控制系統，運作過程中的輔助系統則主要應用PLC，即可編程控制器進行控制[1]。而隨著現場控制技術的發展，FCS即現場總線技術已經成為應用發展的主要方向，被廣泛使用。當代電廠的建設已經以數字化、自動化、信息化為主要的建設方向，而要實現帶電廠的以上特征，其自動化平臺必須具備可靠性、安全性、實時性等優勢，才能有效的支撐電廠運作。

1 PLC和DCS的現狀及存在的問題

PLC和DCS目前現狀是絕大部分的生產企業在產品生產中，是擁有獨立的系統，包括硬件及軟件的相對構成，而且在市場的大環境下，各體系之間是封鎖狀態，系統之間的通信只能依靠網關或其他接口進行，相互之間非常獨立，系統之間的互聯非常不易達到。不同系統相互之間若想達到互聯的情況則必須要重新對軟件的接口進行開放，這樣處理不但會使客戶的投資增大外，還會降低一部分產品的通訊速度，與現代的電廠信息化的要求相背離。傳統PLC和DCS的系統運作是將接受的所有信號都進行接入，并接入到系統中I/O卡件中[2]，而隨著系統的規模增大，所有的信號將全部匯聚到系統的入口處，造成系統入口處信號堆積的情況，信號堵塞導致信息輸送的遲緩，嚴重影響了系統的安全運行。

2 現場總線控制系統（FCS）的應用及存在問題

現場總線的概念是源于DCS和PLC系統中存在的諸多問題基礎之上，在1984年提出。現場總線概念宗旨是規避和完善DCS和PLC系統的不足，主要實現了互聯、開放、穩定及安全等特點。DCS系統信號的運行的形式是一對一的傳送，并且其模擬信號在精度上偏低，信號容易造成干擾，操作室的模擬表度運行參數難以進行調整，而且也很難從模擬儀表中預測運行故障，屬于無法控制的狀態，因各儀表廠商的自定，儀表的標準各異，功能也較為單一，并且不適用當代的現代化發展。FCS系統信號的運行的形式是一對多的傳送，而且數字信號的精度較高，有較高的可靠性，設備的運行是屬于可遠程監控并可調增的狀態，可以進行與不同品牌設備互聯，儀器表標準統一，功能完善比較豐富且可以完成運算和通信[3]。

FCS運行中也存在一定的問題，例如其通訊協議不統一，西門子的Profibus-DP/PA、Schneider的modbus和我國的EFA等[4]。并且FCS通訊速度還有待提高，可進行互聯的設備偏少，而且成本價格高，不能與現有的儀表通用，所以，若配置與其支持的智能儀表也是一筆龐大的資金一筆投入。

現場總線在一定程度上來說會為用戶產生局部的效益，但是不能實現整體效益，因此必須與企業用戶的其他系統有效結合，做到一體化建設。

3 工業以太網

以太網及及時涉及應用到工業環境中便產生了工業以太網技術，而工業以太網雖然是源自以太網，但還有別以太網。以工業環境為基礎，對以太網進行了相關改進包括通信、傳輸、控制等模塊，保證了工業以太網的試試性、安全性，在此基礎之上還增添了控制應用，所以，工業環境下的全系列以太網技術便被稱作工業以太網[5]。

工業以太網通過對流量的適當控制、進行交換技術、應用通信技術、對容錯技術及冗余結構進行改進等一系列措施解決了傳統系統的確定性問題；以太網通過將通信速率的提高等措施，解決了系統存在實時性的問題；以太網通過對工藝結構以及元件的升級改進，解決了系統應用供電問題。種種技術及措施的應用，使工業也太網具備了成本低、傳輸信號穩定、兼容性強、靈活性高、便于安裝等特點，以上所有技術及優勢在傳統DCS系統、FCS系統及PLC系統中無法實現，所以，以太網是最適宜當代的自動化控制平臺[6]。

正因為工業以太網的諸多優勢，尤其是寬帶優勢是傳統系統無法比擬，因此，全面支持自動化的以太網時代已經來臨。

4 工業控制網絡的發展

工業控制網絡的發展隨著計算機和網絡技術的盛行而迅速得到發展。（1）PLC技術應用的發展。PLC的發展主要為兩個方面，一方面以簡易、成本價格偏低的小型產品開發為主，另一方面研制智能化、多功能能的產品，現以融合了神經元網絡及模糊控制等多種技術。（2）FCS應用發展。FCS的發展主要體現在完善了低速現場總線和提高了高速現場總線技術，完成了低速現場總線網的連接。（3）嵌入式技術。嵌入式技術可以說是計算機系統的集成化發展，而且在逐漸實現應用的網絡化，其整合數據處理功能、系統管理功能和網絡功能的系統是核心主體。（4）現場控制技術發展。現場控制技術的發展核心思想是集成，主要表現在通信協議的兼容、各類數據的交互、功能界面的統一及現場控制技術的全面融合等。（5）有線和無線的融合。在工業運作中，自動化控制的重要因素是控制信息的有效傳輸，但是在有線系統中建立一個穩定可靠的信號傳送網絡的成本投入非常大，所以，隨著無線技術的發展，有線和無線的融合將是發展前沿。

總之，隨著計算機網絡的發展以及以太網和現場總線的應用，已逐步向工業控制系統發展，以便達到現場信息可直接傳送到管理人員手中，使現場與管理緊密融合，這是工業控制網絡的發展趨勢。

5 電廠自動化體系

工業以太網的各項優勢便使其定位于又是現場網絡的基礎又是一個融合自動化系統的平臺，可以實現電廠的自動化控制。但是在近年來電廠自動化體系的運作中，PLC技術、DCS技術及FCS技術領域已經相當熟悉，所以，在短時間內多種系統技術兼容的情況仍會存在。為實現電廠的自動化、信息化的發展，自動化控制技術的建立至關重要。

6 結束語

在電廠自動化控制的發展計劃實施中，還應依據自身的電廠情況和工藝技術等特點，應用最適宜的現場總線標準和控制系統，不應采用統一的標準，不同網絡系統的互聯已經可以通過以太網等技術實現，所以，在電廠工程中，應用哪種技術不是最關鍵的，符合上述模型，就可以實現電廠數字化及信息化的發展需求。

參考文獻

[1]董軍素，竇佳，楊春彪.火電廠自動化控制系統應用與研究分析[J].科技傳播，2013（14）.

[2]何鑫.自動化控制在綠色電力電廠的有效運用[J].自動化應用，2012（3）.

[3]王志薇.電廠自動化控制技術淺析[J].科技資訊，2012（5）.

[4]徐支援.自動化控制在電力企業管理中的應用[J].西南農業大學學報（社會科學版），2011（12）.

[5]王蕾；基于大規模電力系統調度新型智能模式中的方法研究[J].中小企業管理與科技（下旬刊），2011（7）.

[6]武志強.淺談工控自動化在工業中的應用和發展[J].天津科技，2007（5）.