探析火电厂热工自动化DCS控制系统的应用及发展

马超

【摘要】热工自动化控制是火电厂基本的发展趋势。随着现代信息技术不断进步，热工自动化控制与我国电力发展之间的联系日益紧密，并已成为我国火电厂生产能力的主要推动力量。并且火电厂热工仪表的自动化控制是火力发电厂系统中的重要组成部分，它在应用中极大的提高和促进了设备的利用性和可靠性。本文概述了火电厂热工自动化，简述了火电厂热工自动化的应用现状，对DCS 应用发展进行了探讨分析。

【关键词】火电厂；热工自动化；DCS系统；应用发展

一.火电厂热工自动化的概述

火电厂热工自动化指的是对各种信息的处理都能够实现自动化控制、自动化报警和自动保护要求，在不需要人工控制或者无人直接参与的情况下通过自动化仪表和自动化控制装置完成火电厂热力参数的控制与测量。

热工自动化控制在火电厂的应用使得热工设备安全得到了充分保障，大大降低了火电厂工作人员的劳动强度，还提高了机组的工作效率和经济性，从而改善了工作条件和工作环境。它的有效使用可以大大提高现代化企业发展水平。

二.火电厂热工自动化应用现状

火电厂热工自动化控制作为一项现代化的控制技术，有着广阔的发展前景，随着世界高科技的飞速发展和我国机组容量的快速提高，火电厂发电已成为电力输送系统的重要组成部分。目前火电厂热工自动化已经得到了长足的进步。组装仪表已经向现在的数字仪表发展，系统控制设备也提升到了新的档次，一些机组有专门的小型计算机进行监督和控制，配以CRT 显示，监控水平较以前大大提高；在局部应用控制与热工保护方面都取得了良好的效果；协调控制系统的采用是大型火电机组控制系统发展的另一重要特点，我国的大型发电机组和引进的发电机组都使用了注意控制系统。这一系列的进步都使我国的电厂热工自动化实现的高速发展。

自动化是现阶段各企业单位发展探索的主要方向。在电力企业中，热工自动化控制系统的应用为电力事业提供了有效的发展平台，是在火力发电的道路中慢慢发展而来的。热工自动化在目前主要包括自动检测、自动控制、自动报警和自动保护四个方面。⑴自动检测、自动检测是热力过程中温度、压力、流量、成份和液位等热工参数的测量是采用自动化仪表独立完成，不需要工作人员直接参与控制之中。自动检测的应用可以及时的发现火电厂工作中存在的各种不足和问题，并且对火电厂机组的运行情况及时调整。⑵自动控制是应用自动控制装置视线火电厂机组中某些过程和设备自动运行和调节，确保机组运行的安全性和经济性。⑶自动报警指的是在无人控制的情况下对机组运行中偏离参数控制情况下提示工作人员进行调整和纠正，以便发生重大的故障和事故。⑷自动保护是热工参数超过限定值或者相关的设备运行条件无法满足设計要求的时候应当对机组设备进行自我修复和控制，或者采取终止工作，避免事故的扩大和损伤。

三、DCS 的应用及其发展

DCS是一种区别于传统集中控制的新型控制系统，又可以叫集散控制系统。它是通过传统的计算机控制系统在使用中所发现的缺陷与优势所发展产生的。又被称之为4C 技术，其主要构成部分有：计算机，通讯，显示以及控制。是基于微型计算机中的局域网的基础上运行发展的，是以局域网为纽带，将其变为一个安全，实效的高标准控制系统，其中包含过程控制级和过程监控级。

1、EIC综合技术。在以前，电气控制装置E（Eleetric）、仪表控制装置I（Instrument）和计算机控制装置O（Computer）都是彼此独立的装置，采取分别安装的方式。在现代科技的支持下，国家开展了EIC 综合技术运用，将这三种装置结合起来，并由DCS 进行统一规划和完成，这是DCS 的未来发展方向。为了让这个目标成为现实，对该综合系统起到控制力的分布系统应具有相应的控制能力，即需要配套的硬件、软件支持，同时还需要适合综合系统组的编码。

2、过程控制仪表。随着DCS 的广泛使用，常规的控制仪器的使用范围大大缩小，特别是中央控制室的BTG盘上所装设的指示仪表和记录仪表的使用更是急速下降。目前在300MW以上大型机组上设置的仪器表已经缩小到29 块，并且不再安装记录表。随着大屏幕IGS 的应用，现代中央控制室将不再使用仪表盘。国外在这项技术的使用上已经有了一定经验，今后过程控制仪表的主要发展趋势是在FB 支持下使用各种智能变送器和智能执行器，这些装置不但可以实现各种复杂的互补，还可以往设备运行中以及停止运行时检查到出现在系统中的问题，为仪器运行提供了一个安全稳定的运行环境。现代社会的发展越来越注重环境的保护，各种先进的监控发电厂污染物排放量的仪器日益增加，但这些设备的结构复杂，造价高昂，在实际使用和维护中都非常困难，同时，由于是新型技术，现阶段还缺乏相应的技术人才，这些都影响了设备的使用，不但浪费了国家的资金和人力，还会对环境造成威胁。

3、采用自律分布式的系统结构。自律分布控制系统是现代火电厂热工发展中的一项重要控制系统。该系统可以同时满足自律可控性和自律可协调性的系统。所谓“自律可控性”是指如果在该系统中的任何一个部件系统出现问题，那么其余的系统就能在自我保护的基础上对自身的系统进行控制，而“自律可协调性”是指任何系统出现问题时，企业的系统可以协调控制自身的工作状态，并在工作中互相协调。

自律DCS 与现有DCS 有以下差别：现有的DCS 主要有两种类型，即层次分布型系统与水平分布型系统。当前者的上位子系统出现问题时，下位子系统无法实施调节，但下位子系统可以在一定范围内进行局部控制，具有自律控制性，但缺乏协调性；后者的部分子系统停止工作时，其余的系统可以继续工作，子系统的问题并不影响其余系统的工作状态，但在这种情况下，系统彼此之间无法交换信息，无法实现彼此控制，所以，它具备协调性，缺乏控制性；而在传统的集中式系统中，由于只有一个控制器，因此它既无自律可控性，也无自律可协调性.

4、现场总线。采用现场总线FB 也是DCS 未来的发展方向。FB 是由DCS 所控制一条通信线路，它能排除干扰和免受不良影响。采用FB 可将现场的所有智能设备，如智能变送器和智能执行机构全部统一连接到FB上。不仅减少了控制电缆的数量，还能减少因长线传输导致的信号不良和信号差异等问题。使用FB 后，整个系统结构实现有有机的系统分散管理和运行，加强现场设备智能化运行，对发电控制设备的运行和维护都起到了积极作用。

结束语

热工自动化系统的发展是高速化、智能化、透明化和一体化趋势。在火电厂，对故障信息的处理与充分利用是发掘热工故障诊断与故障预测的基础，现场总线的应用为热工自动化控制系统的发展提供了拓展空间。近几年，科学技术的高速发展促使了热工自动化控制的改善，一方面作为机组最为主要的DCS 系统在控制结构中出现了巨大的变化，另外，随着火电厂监控和管理系统的提高以及现场总线技术的逐步普及，给热工自动化系统注入了新的活力。

参考文献：

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[2]李俊.分散控制系统在火电厂电气自动化上的应用[J]. 中国电力. 2002

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