電廠自動化的控制技術(shù)運用及發(fā)展

 引言
發(fā)電廠中的自動化控制自上世紀(jì)50年代就已經(jīng)開始興起，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推動一直發(fā)展到今天。很多控制已經(jīng)由最初的手工操作轉(zhuǎn)變到今天的連續(xù)全自動控制，極大的改善了電能生產(chǎn)，提高了工作效率。由于自動化專業(yè)涉及范圍廣泛，相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣闊，從閉環(huán)控制到自動控制均采用分散控制系統(tǒng)（DCS）。
就電廠自動化來說，它是通過采用測試、通信、監(jiān)控以及保護(hù)等措施進(jìn)行相關(guān)電氣設(shè)備的掌控、檢查以及信息化管理等，DCS是應(yīng)用最為廣泛的系統(tǒng)，但其也存在弊端，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS以及無線電技術(shù)等也各有優(yōu)缺點，本文對此一一講述。
1 電廠自動控制技術(shù)分析
微機(jī)保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展使得電廠綜合保護(hù)測量控制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)基于交流采樣的保護(hù)、測量、控制等。還可以方便的采用現(xiàn)場總線、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)組成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，綜合自動化系統(tǒng)ECS應(yīng)運而生，它與電廠中其他的管理系統(tǒng)，如：MIS、DCS、NCE[1]等一樣，也是為了實現(xiàn)電廠的信息化[2]。ECS系統(tǒng)屬于分層分布式系統(tǒng)，有基站控制層、通信控制層以及間隔層。上層的設(shè)備以及通信網(wǎng)絡(luò)不會影響下層設(shè)備和通信網(wǎng)絡(luò)。針對ECS的不同需求，系統(tǒng)方案也會有所差別，下面介紹兩種常見的典型方案。
1.1 按電氣分段進(jìn)行組網(wǎng)的ECS方案。其中，在基站控制層包含有雙冗余系統(tǒng)服務(wù)器、維護(hù)工程師站以及轉(zhuǎn)發(fā)工作站等。在系統(tǒng)服務(wù)器中實現(xiàn)的主要功能是對系統(tǒng)的通信、數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲；維護(hù)工程師的主要功能是對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和組態(tài)；操作員站的主要功能是為運行人員提供人機(jī)交互平臺；轉(zhuǎn)發(fā)工作站的主要功能是實現(xiàn)電廠內(nèi)各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。這種方案的主要特點是簡單實用、可以較容易的實現(xiàn)現(xiàn)場總線布線、其間隔十分分明、維護(hù)方便等。主要不足在于與DCS的工藝流程控制關(guān)聯(lián)度較小，與其進(jìn)行通信也較為困難。
1.2 按工藝流程進(jìn)行組網(wǎng)的ECS方案。其站控層的結(jié)構(gòu)與方案2是相同的。在通信控制層，主控單元的分配原則與DCS系統(tǒng)相同，都是按照工藝流程進(jìn)行分配的。與生產(chǎn)流程關(guān)聯(lián)較少的保護(hù)測控設(shè)備，如：進(jìn)線和低壓變壓器等進(jìn)行單獨聯(lián)網(wǎng)；同時，主控單元中還要接入：發(fā)變組、快切屏、同期屏等。
這種方案的主要特點是：與DCS的工藝流程控制有著密切的關(guān)聯(lián)，可以實現(xiàn)主控單元與DCS中CPU的一對一通信，具有較高的實時性和可靠性，通過通信可以實現(xiàn)DCS對設(shè)備的控制，其主要不足在于系統(tǒng)較為復(fù)雜，總線在布置上存在電氣間隔的交叉。
2 DCS與可編程邏輯控制器件PLC控制系統(tǒng)技術(shù)及存在的問題
當(dāng)前，大部分的PLC、DCS產(chǎn)品都是由制造商自家的軟硬件組成的，構(gòu)成相互獨立的體系，它們?yōu)榱藢ψ约旱氖袌鲞M(jìn)行保護(hù)，相互之間沒有交流，在通信上也只能通過網(wǎng)關(guān)等接口進(jìn)行，難以實現(xiàn)不同系統(tǒng)的互聯(lián)。而如果需要進(jìn)行不同系統(tǒng)之間的互聯(lián)，則需要對軟件接口進(jìn)行開放，這不僅會增大用戶的投資，一些產(chǎn)品的通訊速度也不盡人意，達(dá)不到信息化電廠的要求。
傳統(tǒng)的PLC、DCS系統(tǒng)需要將現(xiàn)場的信號全部接入到I/O卡件中，一旦增大系統(tǒng)規(guī)模，大量的檢測信號將會在PLC以及DCS的入口處匯集，導(dǎo)致瓶頸現(xiàn)象的出現(xiàn)，引起信號的堵塞，降低了系統(tǒng)的安全可靠性[3]。
3 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS控制技術(shù)應(yīng)用分析
在FCS系統(tǒng)中，信號傳輸?shù)姆绞绞且粚Χ嗟碾p向傳輸，所采用的數(shù)字信號具有較高的精度、較強(qiáng)的可靠性，相應(yīng)的設(shè)備處于運程監(jiān)控以及可控狀態(tài)，對于用戶而言，可以自由選擇設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。智能儀表的功能包括：實現(xiàn)通信、控制以及運算等[4]。
當(dāng)前的FCS存在的缺陷有：沒有統(tǒng)一的通訊協(xié)議，另外，當(dāng)前的現(xiàn)場總線通訊速度較低，所連接的設(shè)備也較少，無法支持非智能儀表。因此，工廠需要花較大資金進(jìn)行非智能儀表的更換。雖說現(xiàn)場總線能夠給用戶帶來效益，但它處于企業(yè)網(wǎng)底層，有些情況下無法給企業(yè)帶來整體效益。所以，在進(jìn)行現(xiàn)場總線的管理上，需要與其他管理系統(tǒng)相結(jié)合[5]。
4 無線電技術(shù)應(yīng)用分析
所謂無線傳輸，是指通過無線設(shè)備，在一定的頻率范圍內(nèi)將過程量通過無線裝置將電子信號轉(zhuǎn)換成為無線電波信號傳播出去，同時，在分散控制系統(tǒng)安裝無線裝置將電波接收并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而參與到系統(tǒng)的監(jiān)視和控制中。在無線技術(shù)的選擇上，當(dāng)前能夠應(yīng)用于電廠自動化控制的無線技術(shù)只有幾種。
4.1 自組織網(wǎng)絡(luò)。在自組織網(wǎng)絡(luò)中，每臺網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備同時也是鄰近設(shè)備的路由器，當(dāng)一臺設(shè)備無法同網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信時，其信號將會通過其他的開放通道進(jìn)行傳送。它相當(dāng)于給系統(tǒng)提供了更多的通信路徑，提高了信號傳輸?shù)目煽啃?。在網(wǎng)絡(luò)及其環(huán)境發(fā)生變化的情況下，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備以及網(wǎng)管能夠進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，保證數(shù)據(jù)的可靠，同時降低了功耗。
4.2 蜂巢網(wǎng)絡(luò)。在該模式中，信號從一個發(fā)射塔傳到另一個發(fā)射塔，實現(xiàn)信號移動通信。可以通過增加發(fā)射塔的方式來擴(kuò)大服務(wù)面積，在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)只需有網(wǎng)絡(luò)覆蓋，就能夠享受到通信服務(wù)。
4.3 無線以太網(wǎng)。無線以太網(wǎng)技術(shù)可以以有線連接的速度實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。其信號可以穿越墻壁以及實體物理障礙。當(dāng)功率較低或是與設(shè)備距離較近時，無線以太網(wǎng)的工作情況良好，它在無線現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)、控制室以及數(shù)據(jù)的收集中應(yīng)用較多。
4.4 全球微波存取互通技術(shù)。在過程控制中，全球微波存取互通技術(shù)十分適用于長距離無線網(wǎng)絡(luò)的主干數(shù)據(jù)訪問中。其優(yōu)點有：采用低頻傳輸，信號受物理障礙的影響小，覆蓋面積大。
5 自動化控制技術(shù)發(fā)展趨勢
電廠中自動化控制技術(shù)將監(jiān)控、測量以及保護(hù)等融為一體，最終實現(xiàn)了現(xiàn)場總線技術(shù)的一體化。在監(jiān)控系統(tǒng)時采用分層分布的方式，提高了信息收集的水平。在未來，應(yīng)該加強(qiáng)系統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新，最終實現(xiàn)監(jiān)控運行一體化。不斷發(fā)揮出機(jī)組的內(nèi)在潛力，最大程度的優(yōu)化系統(tǒng)的控制功能。就自動化技術(shù)而言，通過計算機(jī)系統(tǒng)，它可以實現(xiàn)實時的保護(hù)以及調(diào)整。機(jī)組中存在的問題也能得到及時的解決，最終服務(wù)于電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。在當(dāng)前的電廠自動化系統(tǒng)中，全通信電氣控制要求還無法得到完全滿足，自動化系統(tǒng)之間還要通過硬接線進(jìn)行連接，對此，要對聯(lián)鎖熱工工藝進(jìn)行研究和發(fā)展，才能有效提高自動化系統(tǒng)后臺應(yīng)用的水平?，F(xiàn)代自動化控制技術(shù)在飛速發(fā)展，與此同時，發(fā)電廠運行的安全性以及穩(wěn)定性要求也在不斷提高。對此，要對電廠自動化系統(tǒng)實施有效控制以及可靠保護(hù)，提高自動控制系統(tǒng)對電廠運行設(shè)備等的保護(hù)能力。
在報警以及聯(lián)鎖系統(tǒng)保護(hù)方面，要對其存在的缺陷進(jìn)行改進(jìn)，如：采用計算機(jī)控制技術(shù)等，保證報警系統(tǒng)的及時和有效。最后，在系統(tǒng)運行過程中，要對運行情況進(jìn)行實時分析，盡可能的減少設(shè)備的損壞以及盡量降低發(fā)生故障的概率。在指導(dǎo)發(fā)電廠自動化研究以及發(fā)展方向的過程中，要充分利用現(xiàn)代預(yù)警理念，促進(jìn)電廠自動化控制系統(tǒng)的發(fā)展。
6 結(jié)束語
綜上所述，在電廠自動化的規(guī)劃過程中，既要與電廠的各類工藝相結(jié)合，同時也應(yīng)該與生產(chǎn)過程相結(jié)合，采用最為合適的總線標(biāo)準(zhǔn)以及檢測控制技術(shù)。本文主要對電廠自動化控制技術(shù)的特點、具體控制方案以及各種控制技術(shù)進(jìn)行了分析，對PLC、DCS、FCS等進(jìn)行了介紹，同時對自動化控制技術(shù)在電廠中的應(yīng)用進(jìn)行了預(yù)測。