探析火电厂的自动化控制技术

戴名扬 李海龙 韩彦春

摘 要：随着我国电力事业的发展，电力自动化技术得到了前所未有的发展，特别是在火电厂，自动化控制技术在火电厂的安全稳定行中发挥着越来越重要的作用。本文简述了火电厂的工艺特点及自动化控制技术在电厂中的应用现状，并从实用性出发，阐述了自动化控制技术在电厂的发展。

关键词：火电厂;自动化控制;控制技术

一、火电厂工艺特点

火电厂实际是一个能量转换的过程，由化学能转化为热能，到机械能，最后转为电能。主要有输煤系统，负责燃料的输送与储存;锅炉燃烧系统，通过燃料燃烧将水变为蒸汽;汽轮机发电系统，利用蒸汽做功产生电能;另外，还有除渣出灰系统、水处理系统、脱硫系统及电厂配电系统。显然，火电厂的生产流程是一个极其复杂的过程。其自动化过程包括过程自动化与工厂自动化。在电厂控制系统的传统模式中，厂内主要的热力生产过程控制系统通常采用DCS系统，其他辅助生产系统则采用以可编程逻辑控制器（PLC）为核心的控制系统。

二、 电厂自动控制技术应用

1.PLC与DCS

可编程逻辑控制器PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩展其功能的原则而设计。

DCS是以计算机、控制技术、通信、微处理器为核心，实现功能上和地理上相对分散的控制系统，也是模拟和数字混合系统。DCS把各个分散点的信息通过数据通道集中起来，进行集中的监视和操作，可实现高级复杂规律的控制。具有系统容易开发，系统可靠性高，控制功能强，编程简单，有良好的人机交互接口，操作方便，良好的性价比等优点，在火电厂自控中应用很广泛。

目前的DCS或PLC系统，很难实现不同系统的互联。其原因主要是大部分DCS或PLC制造厂的产品由各自的软、硬件构成自己的体系，为了保护自己的市场，彼此封锁。这种情况下，要实现与其他厂商系统通信只能通过网关等接口实现。这样就要重新开放软件接口，一方面增加了用户的投资，另一方面部分产品的通讯速率下降。另外，PLC与DCS是将现场各种I/O信号全部接入系统卡件，当系统增大规模时，數量众多的检测信号汇集到DCS或PLC的入口处，会导致信号出现堵塞，降低了系统的可靠性和安全性。

2.现场总线 FCS

现场总线FCS体现了互联、开放、分布、高可靠性的特点，这些特点正是DCS的缺点。电厂使用的很多仪表厂商都是自定标准、仪表功能单一、互换性差，难以满足现代的要求; DCS采用的模拟信号精度低，易受干扰，而且一对一单独传送信号，控制室操作员对模拟仪表往往难以预测故障和调整参数，而且几乎所有的控制功能都位于控制站中，存在很大风险。

FCS系统采用的是精度高、可靠性强的数字信号，而且是一对多双向传输信号，设备也始终处于操作员的远程监控和可控状态。智能仪表具有控制、通信、运算等功能，用户可以任意选择设备相连，将控制功能分散到现场的各个智能仪表中。现场总线虽然有很多优点，但目前发展仍然不完善，存在着各大厂商的通讯协议不统一、通讯速率偏低、价格高昂、符合协议的设备较少等缺点。另外，现场总线处于企业网的最低层，不能体现现场管控一体化的优势。

3.工业以太网

工业以太网源于以太网又不同于以太网，以太网技术发展到工业应用环境中就产生了工业以太网技术。经过对工业应用环境适应性的改造，传输确定性的改进，通信实时性改进，增加一些控制应用功能后，便形成了工业以太网的技术主体。因此，工业以太网是一系列技术的综称。工业以太网通过提高通信速率，采用完全基于软件协议的办法解决了实时性同题;通过采用适当的交换技术、流量控制、全双工通信技术、改进容错技术、信息优先级、改进冗余结构，解决了确定性问题;通过结构工艺改进和元器件升级，解决了网络供电和工业生产环境使用问题，通过这些技术措施，使工业以太网具有了成本低廉、结构简单、传输速度高、易于安装、冗余能力强、功耗低、兼容性好、软硬件资源丰富、易于集成、灵活性高、支持多数网络协议等优点，这些优点是PLC、DCS、FCS都无法比拟的。因此，工业以太网是最理想的电厂自动化控制平台。

三、电厂自动控制技术的发展

随着控制领域计算机技术及通讯、网络技术的发展，电厂自动控制技术也得到飞速发展。主要体现在：

1.PLC的发展。PLC发展面向小型化、易开发、价格低廉发展。另一个方向就是多功能、标准化、智能化方向。目前的PLC产品已经融合了神经网络技术、遗传算法、专家系统、模糊控制等先进控制技术，通信与控制功能都得到了极大的提高;

2.嵌入式技术的发展。由于嵌入式系统在数据处理、网络通讯方面的出色表现，极大地支撑了控制技术。

3.目前多现场总线共存的现象会向以工业以太网为主体的方向发展。随着工业以太网的不断发展及完善，主流现场总线逐年减少，而工业以太网逐步占据首要位置，现场总线并存的状况短期内不会消失。

4.有线与无线的融合。在电厂自动化技术中，控制信息的传输是实现自动化控制的关键环节。然而，要建立一个通畅可靠的信息传输渠道，有线系统往往需要较大的投资。这时，无线系统也是一个很好的选择。随着无线技术的逐渐成熟应用.有线与无线的融合正成为发展潮流。

四、结语

为了更好的实现这一功能，随着自动化领域工业以太网技术、现场总线技术的发展，电厂自动化控制将会随着技术的进步得到长足的发展，更好地为电力生产服务。

作者简介：戴名扬（1990-2-）男，助理工程师，研究方向为电气自动化技术。