劉治新

華陽(yáng)電業(yè)有限公司廈門分公司（361000）

運(yùn)用集成架構(gòu)技術(shù)提高火電廠輔助系統(tǒng)控制水平探討

劉治新

華陽(yáng)電業(yè)有限公司廈門分公司（361000）

有效提高火電廠輔助系統(tǒng)控制水平的主要方法是利用現(xiàn)場(chǎng)總線和集成架構(gòu)理念，解決輔助系統(tǒng)控制在電廠主機(jī)分散控制系統(tǒng)（DCS）中控制水平無(wú)有效提高的問題。這里通過對(duì)集成架構(gòu)技術(shù)提高火電廠輔助系統(tǒng)控制水平進(jìn)行探討，以期我國(guó)火電廠控制網(wǎng)路結(jié)構(gòu)得到更好的發(fā)展。

集成架構(gòu)技術(shù)；火電廠輔助系統(tǒng)；控制水平

隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，人們對(duì)電的需求也越來越大，這為火電廠發(fā)展帶來機(jī)遇和挑戰(zhàn)：機(jī)遇在于火電廠在不斷建設(shè)中將為相關(guān)企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益；挑戰(zhàn)在于逐漸提高的用電量對(duì)電廠控制水平的要求也隨之提高。因此，提高、優(yōu)化火電廠輔助系統(tǒng)控制水平，成為了當(dāng)今火電廠相關(guān)企業(yè)主要探討的問題。由此可見，為了使火電廠輔助系統(tǒng)控制水平得到有效提高，對(duì)集成構(gòu)架技術(shù)應(yīng)用的探討則顯得尤為重要。

1 電廠輔助系統(tǒng)主流控制方案

為了使電廠輔助系統(tǒng)主流控制方案得到有效發(fā)展，相關(guān)部門在制定火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定中指出，對(duì)于擁有相同性質(zhì)的輔助工藝生產(chǎn)系統(tǒng)、相鄰的輔助生產(chǎn)車間應(yīng)將控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)進(jìn)行合并，使得輔助車間的控制點(diǎn)可以控制在三個(gè)以內(nèi)，即化水、除灰以及輸煤控制點(diǎn)，而對(duì)其他車間可依據(jù)“無(wú)人值守”進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。根據(jù)火電廠建設(shè)實(shí)際需求以及國(guó)家有關(guān)規(guī)定,通常選用PLC+CRT形式的可編程控制器作為火電廠輔助系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì)首選，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對(duì)火電廠輔助系統(tǒng)內(nèi)各控制系統(tǒng)進(jìn)行連接，達(dá)到通過輔機(jī)集中高效控制火電廠輔助系統(tǒng)的目的。

雖然，火電廠輔助系統(tǒng)主流控制通過輔控網(wǎng)進(jìn)行管理，但是輸入輸出設(shè)備（I/O站）以及控制設(shè)備（PLC）一般均安裝在各輔助車間，布局分散。為了解決控制設(shè)備以及輸入輸出設(shè)備分散、管控繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，針對(duì)電廠輔助系統(tǒng)（區(qū)域）在集控室中設(shè)立輔控系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控，使得電廠輔助系統(tǒng)主流控制在達(dá)到集中監(jiān)控目的的基礎(chǔ)上，又有效保證了控制設(shè)備的分散。另外，為了提高電廠輔機(jī)系統(tǒng)控制能力，在系統(tǒng)中加入網(wǎng)路通信能力強(qiáng)、靈活性高以及可靠穩(wěn)定的PLC，成為了火電廠廣泛認(rèn)可的方法。因此，現(xiàn)今火電廠輔助系統(tǒng)控制運(yùn)用PLC+CRT方式,達(dá)到提高系統(tǒng)控制能力目的相關(guān)做法已較為成熟、通用，成為當(dāng)今火電廠輔控系統(tǒng)控制的主要形式。

2 電廠輔助系統(tǒng)控制發(fā)展中的誤區(qū)

2.1 電廠控制系統(tǒng)劃分及相應(yīng)的控制特點(diǎn)

在工藝系統(tǒng)中控制系統(tǒng)作為以服務(wù)為主的系統(tǒng)形式，應(yīng)確保所屬系統(tǒng)工藝需求與工藝系統(tǒng)特點(diǎn)相符，在滿足最高性價(jià)比基礎(chǔ)上選取最優(yōu)方案。主廠房控制系統(tǒng)是在具備開關(guān)量以及離散控制前提下，以連續(xù)調(diào)節(jié)性控制為主導(dǎo)熱力生產(chǎn)相關(guān)系統(tǒng)（區(qū)域）為依托，而過程控制通常在主廠房系統(tǒng)控制中占據(jù)主導(dǎo)地位?；诖?，許多火電廠均使用DCS為主要控制系統(tǒng),并采用單個(gè)對(duì)象開關(guān)量控制、順序控制為工廠自動(dòng)化的輔助系統(tǒng)（區(qū)域）中的主要構(gòu)成部分。然而，為了使控制系統(tǒng)更加科學(xué)高效，在開關(guān)量處理中加入具有較強(qiáng)能力的PL系統(tǒng),可促使電廠控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)得到提升。

電廠輔助系統(tǒng)相較于電廠主設(shè)備控制系統(tǒng)區(qū)別有四:第一，二者存在過程點(diǎn)差別。在輔助系統(tǒng)（區(qū)域）中過程點(diǎn)數(shù)量通常在1 000點(diǎn)左右，而大型火電廠設(shè)備控制系統(tǒng)的過程點(diǎn)一般在8 000左右；第二，在輔助系統(tǒng)控制中主要依據(jù)單個(gè)對(duì)象開關(guān)量控制以及順序控制為主；第三，輔助系統(tǒng)相較于電廠主設(shè)備控制系統(tǒng)物理位置較分散、位置相距較遠(yuǎn),一般在整個(gè)火電廠任何位置都有輔助控制系統(tǒng)的身影；第四，在輔助系統(tǒng)中存在較多由輔機(jī)廠家提供輔助系統(tǒng)的情況，而電廠主設(shè)備控制則是根據(jù)火電廠發(fā)展規(guī)劃與發(fā)展需求設(shè)置的系統(tǒng)形式。

2.2 采用DCS完成輔助系統(tǒng)控制方案探討

采用DCS控制系統(tǒng)的火電廠輔助系統(tǒng)控制方案主要有三:一是通過遠(yuǎn)程I/O功能達(dá)到通過DCS控制系統(tǒng)對(duì)火電廠輔助系統(tǒng)高效控制目的。這種火電廠輔助系統(tǒng)控制方法是通過在集控室電子設(shè)備室中布置控制機(jī)柜(DPU)，并在各個(gè)集控樓所布置的DPU與輔助車間遠(yuǎn)程I/O站經(jīng)由冗余通信線（光纖）進(jìn)行連接布置，促使信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)有效傳輸，并根據(jù)過程點(diǎn)數(shù)量在輔助系統(tǒng)中的客觀情況，確定DCS在系統(tǒng)中應(yīng)用情況。當(dāng)今600 MW以上燃煤機(jī)組的大型火電廠中，酸堿槽、機(jī)組排水槽、再生系統(tǒng)、混床系統(tǒng)、化學(xué)取樣等凝結(jié)水精處理區(qū)域系統(tǒng)內(nèi)大約有1 300個(gè)過程點(diǎn)，而化學(xué)補(bǔ)給水區(qū)域存在2 300點(diǎn)系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)、800點(diǎn)綜合泵房區(qū)域總點(diǎn)數(shù)、1 800點(diǎn)輸煤系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)、900點(diǎn)除灰渣系統(tǒng)總點(diǎn)數(shù)。同整個(gè)火電廠輔助系統(tǒng)相比，化學(xué)補(bǔ)給水區(qū)域、綜合泵房區(qū)域以及輸煤系統(tǒng)（新建機(jī)組）的總點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少，使得I/O點(diǎn)數(shù)在系統(tǒng)中并不需要針對(duì)每一系統(tǒng)點(diǎn)數(shù)分別設(shè)置一套DCS來實(shí)現(xiàn)控制，而對(duì)于使用DCS的DPU驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)又存在總點(diǎn)數(shù)較多現(xiàn)象。總點(diǎn)數(shù)同DPU遠(yuǎn)程I/O帶載能力之間的矛盾，將為系統(tǒng)發(fā)展帶來瓶頸，而經(jīng)由遠(yuǎn)程I/O進(jìn)行控制的大量I/O點(diǎn)也存在較大安全隱患，加之DCS相關(guān)I/O卡件價(jià)格較貴，使得遠(yuǎn)程I/O系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本也隨之加大。在輔助系統(tǒng)過程點(diǎn)運(yùn)行中存在開關(guān)量I/O點(diǎn)較為繁雜的現(xiàn)象，而開關(guān)量I/O點(diǎn)價(jià)格均高于PLC，使得DCS成本也隨之提升，并高于PLC系統(tǒng)。此外，系統(tǒng)在處理速度上也不高。由此可見，采用DCS完成火電廠輔助系統(tǒng)控制方案對(duì)系統(tǒng)處理速度以及可靠性均存在消極影響，而相關(guān)I/O卡件費(fèi)用較高，客觀上提升了系統(tǒng)工程費(fèi)，因此，DCS系統(tǒng)在投資較高的情況下，導(dǎo)致產(chǎn)生該系統(tǒng)性價(jià)比較低的消極結(jié)果。

二是在輔助系統(tǒng)控制中只應(yīng)用單獨(dú)一套DCS。若將控制機(jī)柜集中在指定的輔助車間，則需要較長(zhǎng)電纜來實(shí)現(xiàn)集控樓電子設(shè)備之間以及輔助車間之間的聯(lián)系，這就造成系統(tǒng)控制因電纜、電纜架橋以及相關(guān)安裝材料費(fèi)用、人工費(fèi)用等成本投入較多的結(jié)果，同時(shí)在火電廠大跨度穿越建設(shè)過程總，因?yàn)镈CS的I/O卡件成本相較于PLC卡件要高得多，所以造成火電廠采用單獨(dú)一套DCS施行系統(tǒng)控制的資金投入居高不下的消極結(jié)果。

三是采用一套DCS軟、硬件控制系統(tǒng)在功能區(qū)域內(nèi)進(jìn)行輔助系統(tǒng)控制。這個(gè)控制系統(tǒng)形式、I/O處理速度以及電聯(lián)用量均可滿足需求，但存在主干網(wǎng)貫穿整個(gè)這個(gè)廠區(qū)，若節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障將影響整個(gè)系統(tǒng)控制水準(zhǔn)的系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 電廠輔助系統(tǒng)控制其他需考慮的問題

當(dāng)今電廠輔助系統(tǒng)控制極大部分來自于集成商和輔機(jī)廠家配套提供的系統(tǒng)，存在系統(tǒng)升級(jí)、運(yùn)行維護(hù)等難點(diǎn)。此外，傳統(tǒng)DCS產(chǎn)品在可靠性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性上仍存在較大爭(zhēng)議，導(dǎo)致傳統(tǒng)DCS并無(wú)法作為提升火電廠輔助控制發(fā)展水平的主要系統(tǒng)形式[1]。

3 電廠輔助系統(tǒng)控制發(fā)展構(gòu)想

為了提高電廠輔助系統(tǒng)控制發(fā)展實(shí)力，應(yīng)根據(jù)火電廠實(shí)際情況選擇與產(chǎn)品向匹配的系統(tǒng)控制形式，并將集成架構(gòu)思想同輔助系統(tǒng)控制充分結(jié)合，加之通信網(wǎng)絡(luò)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，最終達(dá)到火電廠輔助系統(tǒng)內(nèi)控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)、人機(jī)界面的數(shù)據(jù)、信息的無(wú)縫連接與共享目的，使得系統(tǒng)構(gòu)建可發(fā)揮最大積極作用。

4 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今火電廠輔助系統(tǒng)控制中，為了提高控制水平，應(yīng)根據(jù)電廠實(shí)際情況與發(fā)展需求，對(duì)輔助控制系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)選擇，其中集成架構(gòu)技術(shù)作為信息化、自動(dòng)化以及較為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)構(gòu)架方案，可作為提高電廠控制系統(tǒng)能力的主要方法。

[1]劉云峰,王倩宜,楊旭,等.一種支持大數(shù)據(jù)集成架構(gòu)的多維分析系統(tǒng)[C].中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)教育信息化分會(huì)第十二次學(xué)術(shù)年會(huì)論文集,2014:502-508.