火電廠熱工自動化DCS控制系統的應用淺析

梁雪

（國能（福州）熱電有限公司，福建 福清 350309）

在DCS控制系統運行過程中，電腦為控制中樞，互聯網為控制橋梁，可應用多種監控設備實現多種工業設備控制，使生產過程得到全面有效的管理。DCS控制系統涵蓋多種技術，例如，多媒體技術、網絡通信技術及計算技術等，具有眾多優勢，可結合人機界面及通訊界面實現多種功能DCS系統網絡安全性更強，設備運行過程更安全可靠。在DCS控制系統運行時，當某環節關鍵控制單元出現故障問題時，該單元及相關單元能夠及時被轉移至其他程序內，整個單位運行過程更加安全。

1 火電廠熱工自動化內涵

火電廠熱工自動化是指在各類數據信息處理過程中，可實現自動檢測、自動化控制、自動化報警與自動化保護，無須采取人工控制或人工參與的方法，即可實現儀表及各類裝置自動化控制，可自動實現火電廠熱力參數控制及測量。在火電廠運行過程中，熱工自動化控制的應用使熱工設備安全性得到了保障，火電廠工作人員勞動強度降低，機組運行過程更加安全高效，經濟優勢尤為顯著，工作條件及環境得到了明顯的改善，可推動火電廠的現代化發展。

2 火電廠熱工自動化應用現狀

作為一種現代化新型控制技術，火電廠熱工自動化控制技術應用前景廣闊。在科學技術不斷發展及我國機組容量不斷提高的背景下，火電廠發電已成為電力系統輸送的重要構成部分。現階段，火電廠熱工自動化取得了顯著的應用成績，組裝儀表已向數字儀表轉變，控制系統設備實現了更新及換代，部分機組由專業小型計算機完成監督與管理，結合CRT顯示器，監控水平得到了明顯的提升，在局部應用及熱工保護過程中均取得了良好的應用成績。協調控制系統的應用是大型火電機組控制系統發展的另一特征，我國大型發電機組及引進發電機組均應用了注意控制系統，這一系列的創新均標志著我國電廠熱工自動化已實現了高水平的發展。目前，自動化仍是各個企業發展的主流方向。在電力企業生產過程中，熱工自動化控制系統的應用為電力事業提供了新的發展平臺。

熱工自動化涵蓋自動檢測、自動控制、自動報警及自動保護四個功能。第一，自動檢測。自動檢測是指自動化儀表可獨立完成火電廠運行過程中的溫度、流量壓力等熱工參數的測量，無須由工作人員參與或控制。自動檢測的應用可及時掌握火電廠運行過程中存在的不足之處及缺陷，可及時調整各火電機組運行狀況。第二，自動控制。自動控制是應用自動控制設備實現火電廠機組中運行過程及運行設備的自動調節，使機組運行更加安全、經濟、高效。第三，自動報警。自動報警是指在無人控制條件下，如機組運行存在參數偏離，系統能夠及時發出提示信號，使工作人員及時調整，避免安全事故出現。第四，自動保護。自動保護是指熱工參數超過設計限額或相關設備運行條件難以滿足設計標準時，基礎設備可實現自我控制及修復，進而避免事故或損失發生。

3 火電廠熱工自動化DCS控制系統構成、應用優勢及創新方法

3.1 火電廠熱工自動化DCS控制系統構成

DCS控制系統也被稱為分布式控制系統或集散控制系統，將DCS控制系統應用于火電廠運行過程中，可提高熱工自動化控制水平。在DCS控制系統中，各子系統均會對整體運行造成影響，火電廠熱工自動化DCS控制系統共由5個子系統共同組成。

第一，DAS系統。DAS系統也被稱為數據采集系統，是DCS控制系統中最重要的子系統之一，DAS系統可實現熱工機組運行情況在線監測，根據數據及信息生成指定參數，隨后利用參數分析及處理的方法，通過圖畫的方式呈現出來，便于工作人員實時觀察熱工系統的運行狀況。DAS系統還具有自動報警的功能，還可實現火電機組性能指標計算，熱工系統操作過程的準確性能夠得到保障。第二，MCS系統。MCS系統可實現火電廠鍋爐及汽輪機組運行參數調整，例如，對運行過程中的水、風加以控制與調節，使機組保持安全穩定的運行狀態。MCS系統也被稱為模擬量控制系統，可將控制對象劃分為鍋爐側及汽輪機側。MCS系統鍋爐側的功能是鍋爐控制、蒸汽溫度控制、水箱水位控制與引風控制，MCS系統汽輪機側的功能是除氧器水位調節及給水系統調節等。第三，SCS系統。SCS系統可結合運行原則及順序，判斷設備運行邏輯，隨后展開結果分析，作出相關控制指令，使機組內部各設備按照預定順序有序運行，實現機組控制目標。SCS系統可實現電廠內主機及輔機控制，還能夠對自動開關控制及運行參數監測。由于該子系統為分層設計，所以在控制領域融入了優先級運算技術，能夠在短時間內完成順序控制。第四，DEH系統。DEH系統可實現汽輪機組壓力功率等參數控制，是維系汽輪機組運行穩定的重要系統。當系輪機組在運行過程中發生故障問題時，DEH系統也能夠對機組內關鍵設備進行控制，將故障影響保持在最低。第五，FSSS系統。FSSS系統可實現電廠鍋爐爐膛內部運行情況監控，還能夠做到數據信息判斷。當爐膛運行參數與正常數值存在差異時，FSSS系統能夠及時發出指令，根據順序對燃燒系統中的設備加以控制。除此之外，FSSS系統還能夠對設備運行過程中的潛在故障進行預判，使鍋爐運行過程更加安全穩定。

3.2 火電廠熱工自動化DCS控制系統應用優勢

第一，兼容性更強。在電廠機組運行過程中，多項設備均保持協同運行狀態，干擾源及控制參數數量龐大，干擾源及控制參數呈現出非線性分布的特征，二者之間相互影響，電廠自動化設計工作難度大幅提高，應綜合考量多個影響因素。DCS控制系統能夠強化機組自動化控制水平，簡化高級控制算法，提高系統兼容程度。第二，可實現遠程智能輸入及輸出。遠程智能輸入及輸出系統是一個獨立系統，由智能前端、現場總線及計算機適配器共同組成。智能前端也被稱為控制裝置，可實現電熱阻測量，準確度更高。此外，遠程智能輸入輸出系統還可實現AD及DA的靈活轉換。現場總線可實現全數字串行通信，支持點對點、點對多等多種工作方式。計算機適配器可實現網絡綜合管理，具有協調性。此外，該系統還可實現主動系統信息轉換，遠程智能輸入輸出系統能夠提高DCS控制系統運行過程的穩定性、兼容性與安全性。第三，實現DCS輔機控制。在火電廠運行時，DCS控制系統可對全體系統進行集中控制，可應用多種技術方案使輔機系統及主機DCS相連接，還可實現MIS與主機DCS連接，工作效率可得到顯著的提升，運行成本大大降低，管理系統工藝技術水平更高。第四，可實現全過程監控。在電網系統設計過程中，為減輕設計難度，通常會取消部分后備監控設備，僅保留少量的停機開關。CRT監控技術及DOC大屏幕顯示技術已在我國絕大部分電廠實現了推廣與應用，可實現人機界面優化，降低監控人員工作壓力，減少人工成本支出，確保電廠運行更加安全穩定，經濟效益可得到顯著的提高。

3.3 火電廠熱工自動化DCS控制系統創新方法

3.3.1 強化輸入信號穩定性與可靠性

提高DCS控制系統輸入信號的穩定性與可靠性，才能夠確保控制系統運行的精確性。首先，應提高控制系統的電氣設備及零部件可靠性，避免受零部件故障因素影響，造成信號傳輸故障發生。其次，應加強主界面功能模塊更新及優化，豐富控制系統功能，使控制系統能夠更加高效準確的獲取個性化需求。

3.3.2 優化預警系統

DCS控制系統內部的預警系統可實現鍋爐運行過程監督，安全性能夠得到保障，鍋爐設備運行故障問題可被及時發現及解決。在預警系統設計過程中，應提高其智能化及人性化水平，將智能技術、網絡一體化技術應用在設計環節中，實現設計方案優化及完善。除此之外，預警系統內還應融合設備維修狀況及鍋爐系統操作流程等信息，使工作人員準確掌握各維護及保養信息，使鍋爐設備運行狀況得以準確地呈現。

3.3.3 將DCS方式與電氣控制系統相整合

將DCS方式融入電氣控制系統中，可利用DCS邏輯組態功能完成電氣設備與熱控設備分散控制，提高設備控制及監控水平。首先，將DCS數據采集系統與電氣控制系統相整合。其次，將接收信號轉換為DCS可識別的信號，隨后接入DCS系統中，傳輸至控制中心內，利用電氣控制系統實現熱控設備及電氣設備的集中管理與控制。

4 DCS控制系統發展前景

雖然相關技術已實現了大范圍的推廣及應用，但火電廠運行過程中的DCS控制系統應用水平仍有待提升。為了實現長遠發展目標，應做好DCS控制系統優化及完善。未來，DCS控制系統發展前景主要體現在以下幾點。第一，單元鍋爐、汽機及電氣控制一體化。DCS控制系統可實現機組運行參數、收集與分析及統一管理，為實現鍋爐、汽機及電氣控制一體化，可采取以下幾種方法展開研究。首先，在系統設計過程中，全面考量鍋爐、汽機及電氣控制與連鎖保護監控功能。其次，工作人員還應協調操作電氣監控、電氣操作、程序邏輯及接口。第二，加強智能PID技術應用。DCS控制系統在電廠熱工控制過程中應用廣泛，核心為PID控制器。傳統PID控制器具有延遲低、線性的特征，可建設準確的數字模型，參數更加精確，系統適應性更強。電廠熱工控制與其他工作過程存在顯著差異，具有隨機性、復雜性、非線性的特征，傳統PID控制很難準確的確定數字模型及整體參數，應做好PID控制改進。智能PAD控制器由傳統控制器及智能控制技術衍生而來，依托智能控制技術可實現傳統PID控制適應性差、參數整定等局限突破，控制算法準確性及系統穩定性二者之間的矛盾能夠得到有效解決，系統運行更加穩定。智能控制技術涵蓋自適應控制技術及模糊控制技術等，現已成為電廠熱工DCS融合控制系統研究的重點。但智能控制技術與傳統PID控制相融合后衍生出的智能PAD控制技術仍處于理論研究及仿真模擬階段，僅有少量應用于大型電廠鍋爐燃燒過程及鍋爐水位控制過程中。電廠規模及控制過程更加復雜，控制系統由傳統的PID控制向智能PID控制轉變已成為一個必然發展的過程。

5 結語

綜上所述，熱工自動化DCS系統是火力發電廠運行過程中不可缺少的重要系統之一，運行水平與發電廠生產效率及生產安全聯系密切。DCS系統由5個子系統共同組成，不同子系統均具有其獨特作用。技術人員應加強系統推廣及應用，結合發展趨勢加強電廠熱控系統完善，提高DCS系統智能化及一體化水平，提高我國電廠的生產效率及質量，使電力供應更加穩定連續。