自動化技術在當代智能熱力系統功能提升中的應用

段 豪 太原市熱力集團有限責任公司

1 引言

近年來，燃燒優化在電廠行業中受到非常高的關注。為了滿足國家節能減排要求和企業長遠發展需求，不少電力企業都在致力于提升電廠熱工自動化水平。為此，對大型火電廠和熱工自動化處理設備安全可靠性的技術要求也越來越高。隨著Ccdcs工程控制管理系統的成熟，火電廠對供熱工程的自動化管理程度穩步提高，大大提高了火力發電廠工程運行的工作穩定性、經濟性和安全性。但受熱力系統設備調試、日常設備維護、技術使用管理等多方面的各種復雜因素的影響嚴重，火電廠專用熱力設備自動化監控系統在保證設備調試運行過程、邏輯流程控制、日常設備維護技術管理、人員使用技能等各方面仍然存在著諸多不足。與此同時，系統在日常運行管理過程中也可能經常會發生各種安全故障，嚴重影響了火電廠的正常運行管理效率。

2 熱工自動化控制系統的組成

熱工運行自控傳動系統控制是我國火電廠大型鍋爐設備熱工運行過程控制的一個核心技術環節。包括加熱鍋爐、鍋爐供熱協調控制、鍋爐蒸汽燃料總熱量、汽包壓和水位、過熱量和蒸汽燃燒溫度、再熱量和蒸汽燃燒溫度。在事故發生時，自動控制系統能夠自動切斷線路，確保線路和設備的安全。保證所有熱工機組自動化生產設備的安全連續穩定運行，不僅能有效提高我國火電廠熱工機組的社會經濟效益，還能有效地改善火電生產環境和火電工人的日常工作生活條件，使火電機組的工作勞動強度大幅度降低。熱自控系統的結構比較復雜，其組成取決于不同的功能。該系統主要由分散控制系統、視頻網絡監控、輔助控制、實時監控四部分組成。（1）分散控制管理系統（Dcs）。Dcs軟件是現代計算機操作系統的一個核心部件。發電廠的各個部門都需要有一個大的分布式控制管理系統。電廠兩臺通信機組之間的互聯數據線一般定義為通過公網通信系統與供電線路間的連接，實現各電臺機組間的數據互聯，保證數據的正常傳輸連接。在每臺機器的每個操作臺上方有設置機器Dcs和機器Deh兩個操作臺的按鈕，方便系統管理員正常進行工作，縮短了機器系統日常故障上報處理工作時間，保證了系統集散式微控制器在系統發生故障時的自動正常運行。（2）網絡安全監控管理系統。火電廠監控設備需要全面遠程監控。通過輔助視頻過程監控管理系統，可以對整個火電廠的日常運行、無人機的值班、檢查站等區域情況進行實時過程監控，輔助管理系統的通信接口不僅可以同時實現對整個火電廠的工作整體過程監控，同時它還可以對整個的火電廠的日常工作運行過程和管理程序情況進行實時監控，有效地實現了對整個火電廠內部信息的綜合管理。用戶可以同時利用監控數字視頻機和網絡監控系統技術來實時監控重要通信設備、危險程序和無人值守區域。實現了對全廠整個生產管理過程及整個生產現場的直觀遠程監控。數字視頻信息網絡采集系統主要是通過通信接口與企業工廠的一個MIS接口相連，最終可以實現對整個企業工廠視頻信息的實時綜合采集管理。（3）輔助過程控制管理系統。這不僅是保證系統正常運行工作的重要物理條件，也是實現監控系統無人運行的重要技術條件。一般系統采用視頻受控式微編程器自動完成設定集中控制，通過視頻數據信號切換等多種數據傳輸接口，保證系統平穩運行，數據信號傳輸全面，中控室自動完成對系統的集中控制，最終實現系統自動化運行。（4）遠程監測系統。當火電廠設備發生重大故障時，實時故障監控管理系統通常能夠自動停止運行并及時進行故障報告。本監控系統主要功能包括兩種實時自動監控系統信息采集管理控制系統。通過主機數據處理接口和主機控制器接口連接，實現所有數據接口通信資源共享。

3 自動化技術在當代智能熱力系統功能提升中的應用

3.1 智能控制的關鍵技術

（1）人工神經網絡控制技術。人工神經網絡控制技術是一種模擬人腦神經元工作的技術。電廠熱工自動化中，引入人工神經網絡控制技術對發電機組、鍋爐系統的運行參數進行計算，從而輔助系統實現對機組設備智能控制的目的。它利用了非線性特征原理，對機組設備各個結構的運行信息進行智能計算以及對信息進行智能整理。人工神經網絡控制技術在電廠熱工智能控制中的應用，關鍵在于分析機組運行的特性，利用非線性的特征將其描述出來，建立穩態模型。再從非線性的操作量中尋找最佳操作量，即找到優化目標量，實現對鍋爐燃燒優化的控制。（2）模糊控制技術。模糊控制技術指利用模糊推理和模擬思考的原理構建模糊系統。模糊系統具有對不同問題分析的功能。通過對鍋爐燃燒過程不同分析的模糊推理與思考，分析出更加高效的控制方法。將模糊控制技術應用于電廠熱工自動化系統中，主要是為了利用計算機更好地對DCS 智能控制系統進行控制和管理，分析智能控制中時質和時變的問題，更好地對控制量進行優化，通過鍋爐性能控制站實現對鍋爐性能的優化控制。（3）專家控制技術。專家控制技術是一種用于解決工業過程控制的關鍵技術。專家控制技術應用與電廠熱工自動化控制，是為了提升DCS 智能控制系統對故障自動診斷的精準性。根據電廠熱工自動化系統的復雜程度，專家控制技術可分為專家控制系統和專家控制器兩種。專家控制系統用于輔助DCS智能控制系統處理電廠運行中發生的問題，它需要建立在已有的數據及專家控制理論基礎上。專家控制器則是智能PID控制器，它較好地將穩態性能與神經網絡相結合，可以有效提升DCS 智能控制系統處理非線性系統問題的水平，提高電廠熱工的自適應能力，從而提升控制參數的精準性。

3.2 智能控制技術在電力熱工自動化中的應用

機組負荷裝置在電廠熱工自動化控制系統中主要承擔著對低負荷的自動化管控作用。智能控制應用于電力負荷控制裝置中，有助于實現電力負荷裝置對電廠各種設備單元組運行過程中的自動化監控。智能控制還賦予了負荷控制裝置抗干擾的功能。通過在負荷裝置上安裝智能機器人，對設備的運行情況進行智能巡檢。當智能機器人自動監測到電廠設備負荷時，就會發出狀態監測及智能檢修提示，或發出故障預警。DCS智能控制系統的智能生產監管層就會將監測信息傳輸給智能控制層，由智能控制層向智能設備層發出優化指導的指令。智能設備層接收到優化指導后，發出智能巡檢的指令，對設備的運行狀態進行智能檢查。DCS智能控制系統利用模糊控制加人工神經網絡技術對設備運行參數進行自動化調整，從而提升負荷裝置控制的精準性。

3.3 網絡安全監控管理系統

火電廠監控設備需要全面遠程監控。通過輔助視頻過程監控管理系統，可以對整個火電廠的日常運行、無人機的值班、檢查站等區域情況進行實時過程監控，輔助管理系統的通信接口不僅可以同時實現對整個火電廠的工作整體過程監控，同時它還可以對整個的火電廠的日常工作運行過程和管理程序情況進行實時監控，有效地實現了對整個火電廠內部信息的綜合管理。用戶可以同時利用監控數字視頻機和網絡監控系統技術來實時監控重要通信設備、危險程序和無人值守區域。實現了對全廠整個生產管理過程及整個生產現場的直觀遠程監控。數字視頻信息網絡采集系統主要是通過通信接口與企業工廠的一個MIS接口相連，最終可以實現對整個企業工廠視頻信息的實時綜合采集管理。

3.4 輔助過程控制管理系統

這不僅是同時保證系統正常運行工作的重要物理條件，也是同時實現監控系統無人運行的重要技術條件。一般系統采用視頻受控式微編程器自動完成設定集中控制，通過視頻數據信號切換等多種數據傳輸接口，保證系統平穩運行，數據信號傳輸全面，中控室自動完成對系統的集中控制，最終實現系統自動化運行。

3.5 遠程監測系統

當火電廠設備發生重大故障時，實時故障監控管理系統通常能夠自動停止運行并及時進行故障報告。本監控系統主要功能包括兩種實時自動監控系統信息采集管理控制系統。通過主機數據處理接口和主機控制器接口連接，實現所有數據接口通信資源共享。

4 自動化技術在當代智能熱力系統功能提升中的應用策略

4.1 設備安全性評估方法

（1）設備操作員崗位應負責嚴格控制民用熱工廠及自動化設備相關配套設備的前期設計、施工、調試工作質量，根據實際設備工作需要特點自行制定配套設備維修管理制度，開展長期高質量的設備維修管理工作，確保對安全隱患問題進行及時發現和有效處理，確保相關設備能夠長期保持良好的正常工作運行狀態。（2）進一步研究改善熱源電控設備自動化控制設備的工作運行外部環境，嚴格控制導熱電子中的溫度、濕度、粉塵中的濃度、運行中的振動等內部外界影響環境因素，對易遇水受潮或產生粉塵的熱控設備定期進行清潔，盡量減少內部外界環境干擾影響因素對熱控設備的間接影響，并盡可能減少外部外界干擾影響因素對熱控設備的直接影響。（3）進一步提高了對DCS應用系統軟硬件功能結構的自我檢測診斷分析能力，提高故障診斷與預防能力。

4.2 安全性提升策略

（1）在火力發電廠實現機組控制單元的智能應用。配線單元優化后，該機的DCS系統性能得到了改善，智能化程度有所提高。隨著分布式控制系統智能化程度的提高，其靈敏度也隨之提高，其監測能力也隨之提高。若DCS具有智能能力，許多地方無法及時處理線路和設備，將影響火電廠的安全，造成重大損失。伴隨著電力技術和計算機技術的不斷發展，高度智能化的DCS 系統可以改善火電廠的控制能力和控制水平，并可通過使用電子智能電表加以改變。（2）APS技術的實際應用。APS（Active Phase Switching）既是有源動態相位節能開關，APS既是動態有源節能也是中國微星唯一獨家采用的動態節能開關技術APS 自動控制調節每個Cpu 的額定供電負載數量，基于調節Cpu的供電負載。APS控制技術實際上也就是一種多個單元的層級順序控制管理系統。它的主要特點之一是，通過少量的人工或非大量人工的工程干預，自動快速完成整個發電機組的正常運行。（3）負責自動化生產過程管理控制的系統優化以及軟件設計。當系統設置應用自控系統程序控制模塊時，優化自動系統控制管理指標和功能范圍，提高自控系統自動抗干擾能力，優化自控系統模擬流量控制的自動調節功能范圍及控制指標，同時優化和自動控制。

5 結束語

熱電廠火電設備自動化技術水平的不斷穩步提高，是加快實現當前我國現代電力工業生產設備現代化的必要技術保障。但由于工業熱工設備自動化工程設備生產管理及其他相關熱工技術的操作復雜性，在日常熱工設備的生產使用中難免會容易出現各種安全事故。安全性和連續性都會產生不利影響。因此，對火力發電廠自動化設備安全智能評價方法進行了研究，提出了一系列安全改進策略，以保證火力發電廠的良好運行和經濟效益。