先進控制策略在火電廠熱工控制中的應用分析

范新明

（陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

1 先進控制策略在火電廠熱工控制中的應用意義分析

1.1 管理信息系統的擴展

因為當今先進的自動化控制策略都是以網絡和控制器為基礎來實現的控制，所以將先進的控制策略應用到火電廠的熱工控制中，對于其信息系統的進一步擴展十分有利。自動化控制系統主要是將計算機技術作為基礎，通過一系列的輔助方法來實現多種設備的全程監控，這樣就可以建立起一個完整的信息化控制體系，以實現火電廠的自動化熱工控制[1]。因為PLC 控制系統主要是以分布式的模式來實現熱工控制，所以這種控制系統有著很強的控制能力，尤其是將PLC 控制器應用到這一系統之后，其控制能力變得更加強大，這對于熱工控制中的信息系統擴展有著重要的意義。

1.2 高級算法模塊的積累

在本次所研究的火電廠熱工控制中，通過PLC 控制策略的應用，積累了很多的高級算法模塊，這些高級算法模塊有著不同的功能和不同的優勢。例如，可以對出現的故障進行自我報警以及自我修復，這對于火電廠熱工控制效率的提升和質量的保障都有著極大的幫助作用。

2 PLC 系統硬件設計分析

2.1 上下機位配置分析

在本次所研究的火電廠熱工控制的PLC 自動化控制系統中，I/O 形式的控制點共有600 多個。在設計的過程中，通過對I/O 控制點的全面研究與考慮，最終確定了最符合該火電廠實際應用需求的一種PLC 系統，該PLC 系統是由西門子公司所研發的S7—400 型PLC自動化控制系統。在實際的應用過程中，由于這個PLC 自動化控制系統中的模塊十分有限，且I/O 的控制點很多，所以按照4 個模塊對這些I/O 控制點進行了合理劃分[2]。在這個PLC 控制系統中，上位機和下位機之間采用的是串行通信方法，并通過UPS 來給整個的PLC 自動化控制系統供電。

2.2 信號的可靠性控制

2.2.1 信號聯接分析

在本次所研究的火電廠熱工控制PLC 系統中，電流信號的傳遞在4～20 mA，電流信號首先需要在儀表中通過，然后再從PLC 系統中通過，這種電流信號被稱為輸入信號。通過實際的應用得知，PLC 系統和儀表之間的關系相當于串聯，所以，無論是PLC 系統出現故障還是儀表出現故障，這兩部分的信號都會同時出現故障。該火電廠就針對這一情況作出了合理的改進，其改進的方法主要有兩種。第一，在電流信號輸入到了儀表之后，可以將這個電流信號轉變為電壓信號，然后再將這個轉變之后的電壓信號輸入PLC 系統。其模擬量到數字量的轉化公式如下：

其數字量到模擬量的轉換公式如下：

其中，輸入信號的最小值用A0來表示，經A0轉換得到的電壓值用D0來表示，輸入信號的最大值用Am來表示，經Am轉換得到的電壓值用Dm來表示，輸入的模擬信號用A來表示，經A轉換得到的電壓值用D來表示。

第二，如果這個輸入到儀表中的電流信號無法被轉變成電壓信號，也可以使其通過兩條線路進行傳輸，一條傳輸到儀表，另一條傳輸到PLC 控制系統，這樣就相當于將儀表和PLC 控制系統并聯在一起，所以無論是哪一端出現故障，都不會對另一端造成影響[3]。

2.2.2 信號隔離分析

當來自現場的信號通過伺服放大器或者是手操作器時，在其內阻的作用下，就會形成一個電壓信號，這個電壓信號需要從手操作器輸出，然后，這個電壓信號會輸入到PLC 控制系統中。因為PLC 控制系統中的輸入端負端需要接地，而伺服放大器也有一端需要接地，所以如果將伺服放大器和手操作器連接起來，就會同時出現兩個接地端，這樣就會導致PLC 系統和手操作器中得到信號出現故障。針對這樣的情況，該火電廠研究出了兩種解決問題的方法：第一是隔離伺服放大器，也就是將放大器接地端懸空處理；第二是對PLC 系統以及手操作器進行隔離，也就是將一個隔離器設置在PLC 系統和手操作器之間。

2.2.3 PLC 故障處理分析

在實際的應用過程中，PLC 系統和儀表之間的操作方式并不相同，PLC 控制系統主要是通過自動化的方法來進行控制，而儀表則需要采用手動操作的方法來進行控制。同時，因為系統中的很多因素都會對PLC 系統的運行造成影響，進而使其發生故障，而在PLC 控制系統發生故障時，通過對具體的故障分析，并依據不同故障對于PLC 控制系統產生的破壞程度，該火電廠將其按照輕度故障和重度故障這兩種類型進行劃分[4]。在處理輕度故障時，PLC 控制系統會自動在人機交互屏幕上顯示出相應的故障，并提示操作人員進行故障的處理。在處理重度故障時，PLC 控制系統就會實現儀表的自動切換，并發出報警，以提示操作人員有重度故障發生，直到操作人員徹底排除了故障，PLC 控制系統才可以繼續進行正常的工作，否則，PLC 控制系統將會自動脫機，不再和儀表之間進行連接，也不能夠繼續進行操作系統的切換。在處理重度故障時，操作人員可以通過PLC 控制系統的自行診斷方法以及梯形編程功能來進行故障的處理。

3 PLC 設備的實時控制軟件分析

在本次所研究的這個火電廠PLC 控制系統中，其內部的軟件配置是STEP7 軟件。該軟件屬于一套梯形邏輯指令的集合，通過這個軟件，就可以保障整個PLC 控制系統之中的邏輯控制功能得以順利運行，同時也可以對系統之中的故障進行自診斷以及自處理。這個軟件也包括其他的很多功能，通過控制功能模塊以及函數功能模塊，可以直接進行簡單的熱工控制。對于一些復雜的控制，則可以通過SF 程序的編寫來實現。

4 PLC 控制系統在熱電廠中的應用分析

在本次所研究的某火電廠熱工控制優化過程中，為了進一步提升控制效率，保障控制質量，進而實現產電量的全面提升，所以將PLC 控制系統應用到了熱工控制中，使其在各個熱工控制環節之中發揮出充分的優勢，進而實現了熱工控制質量的顯著提升。

4.1 在化學水處理中的應用

對于火電廠的熱工控制，一項必要的工作就是化學水的處理。在應用PLC 系統進行化學水處理的過程中，首先是過濾預處理的化學水，然后通過分滲透的方法進行離子處理，離子處理過程主要是進行水中陰陽離子的交換，最后將混合離子制作成補給水，讓化學水在處理之后可以繼續應用到電廠的鍋爐。在具體的化學水處理過程中，PLC 控制系統的主要作用就是控制處理設備之中的過濾器以及陰陽床，當PLC 應用到不同的設備中時，其運行方式也會有著很大的差異。因為本次研究的火電廠一共有兩組處理設備，所以在具體的化學水處理過程中，原定將兩臺PLC 控制系統同時應用到一個公用設備之中進行控制。但是通過實際的應用發現，這兩臺PLC 控制系統很容易出現沖突，所以為了避免這樣的情況對PLC 系統造成不必要的損害，在后期的應用過程中，就僅僅通過一臺PLC 系統進行公用設備的控制，并且保障關閉了所有的設備之后再關閉PLC 系統。

4.2 在石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫系統中的應用分析

在本次所研究的火電廠中，傳統的石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫處理是通過DCS 系統來實現，但是由于DCS 系統有著很大的缺陷存在，如相比較PLC 系統而言，DCS 系統有著更加復雜的結構，所以維護起來就比較困難，運行和維護的成本也就會很高。在本次對電廠熱工控制的優化升級中，就應用了先進的PLC系統來替代傳統的DCS 系統。在應用PLC 自動化控制系統進行石灰石-石膏的濕法全煙氣脫硫過程中，通過其中的監視控制功能，可以對任何一個環節進行自動化監控。同時，通過PLC 控制系統來進行石灰石-石膏的濕法全煙氣脫硫處理，也可以實現處理成本的進一步節約，加之PLC 系統維護起來十分簡單，所以PLC 系統的應用也使得石灰石-石膏濕法全煙氣脫硫系統實現了進一步的簡化。

4.3 在氣力除灰中的應用分析

在火電廠的熱工控制中，除灰系統的運行情況將會直接關系到整個火電廠的運行效果，因此PLC 控制系統已經被很多的火電廠應用到了熱工控制除灰系統。在本次所研究的火電廠中，PLC 的雙機熱備配置主要的組成部分有PLC 主機、電源、熱備處理模塊的組成配置組以及通信模塊，在具體的除灰工作中，不同的配制也會負責不同的工作。如果PLC 控制系統在運行的過程中發生了故障，備用機可以在短時間之內代替主機來維持正常的工作，待到將主機的故障排除之后，再通過主機進行相應的熱工控制。

5 結 論

將先進的控制策略應用到火電廠的熱工控制中，不僅可以讓火電廠的生產實現全面的自動化控制，顯著降低火電廠之中的人力資源浪費情況，也可以讓熱工控制系統的工作效率與工作質量得到合理的優化。這對于火電廠產電量的提升以及安全性的保障都有著關鍵性的作用。相信隨著自動化技術的不斷發展，PLC 控制系統在火電廠熱工控制中將會發揮出越來越強大的優勢，進一步促進火電廠的良好運營和發展，滿足社會的用電需求，為社會經濟的良好發展提供足夠的動力。