孫長(cháng)生（1954-）
男，安徽桐城人，碩士，高級工程師，先后從事火力發(fā)電廠(chǎng)熱工安裝、調試、小火電設計、運行機組熱工故障分析處理、熱工監督管理工作，主編和參編多部電力行業(yè)標準。目前主要從事熱工自動(dòng)化技術(shù)應用研發(fā)和開(kāi)發(fā)工作。

1    當前電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展

    隨著(zhù)世界高科技的飛速發(fā)展和我國機組容量的快速提高，電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化技術(shù)不斷地從相關(guān)學(xué)科中吸取最新成果而迅速發(fā)展和完善，近幾年更是日新月異，一方面作為機組主要控制系統的DCS，已在控制結構和控制范圍上發(fā)生了巨大的變化；另一方面隨著(zhù)廠(chǎng)級監控和管理信息系統（SIS）、現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和基于現代控制理論的控制技術(shù)的應用，給熱工自動(dòng)化系統注入了新的活力。

    1.1  DCS的應用與發(fā)展

    火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化系統的發(fā)展變化，在二十世紀給人耳目一新的是DCS的應用，而當今則是DCS的應用范圍和功能的迅速擴展。

    1.1.1 DCS應用范圍的迅速擴展

    20世紀末，DCS在國內燃煤機組上應用時(shí)，其監控功能覆蓋范圍還僅限DAS、MCS、FSSS和SCS四項。即使在2004年發(fā)布的Q/DG1-K401-2004《火力發(fā)電廠(chǎng)分散控制系統（DCS）技術(shù)規范書(shū)》中，DCS應用的主要功能子系統仍然還是以上四項，但實(shí)際上近幾年DCS的應用范圍迅速擴展，除了一大批高參數、大容量、不同控制結構的燃煤火電機組（如浙江玉環(huán)電廠(chǎng)1000MW機組）的各個(gè)控制子系統全面應用外，脫硫系統、脫硝系統、空冷系統、大型循環(huán)流化床（CFB）鍋爐等新工藝上都成功應用?？梢哉f(shuō)只要工藝上能夠實(shí)現的系統，DCS都能實(shí)現對其進(jìn)行可靠控制。

    1.1.2 單元機組控制系統一體化的崛起

    隨著(zhù)一些電廠(chǎng)將電氣發(fā)變組和廠(chǎng)用電系統的控制（ECS）功能納入DCS的SCS控制功能范圍，ETS控制功能改由DCS模件構成，DEH與DCS的軟硬件合二為一，以及一些機組的煙氣濕法脫硫控制直接進(jìn)入單元機組DCS控制的成功運行，標志著(zhù)控制系統一體化，在DCS技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)下而走向成熟。

    由于一體化減少了信號間的連接接口以及因接口及線(xiàn)路異常帶來(lái)的傳遞過(guò)程故障，減少了備品備件的品種和數量，降低了維護的工作量及費用，所以近幾年一體化控制系統在不同容量的新建機組中逐漸得到應用，如浙江華能玉環(huán)電廠(chǎng)4×1000MW機組、臺州電廠(chǎng)2×300MW機組和安徽鳳臺電廠(chǎng)4×600MW機組均全廠(chǎng)采用西屋Ovation系統，國華浙能寧海電廠(chǎng)4×600MW機組全廠(chǎng)采用西門(mén)子公司的T-XP系統，大唐烏沙山電廠(chǎng)4×600MW機組全廠(chǎng)采用I/A系統，浙江樂(lè )清電廠(chǎng)4×600MW機組全廠(chǎng)采用ABB公司的SYMPHONY系統等。

    控制系統一體化的實(shí)現，是電力行業(yè)DCS應用功能快速發(fā)展的體現。排除人為因素外，控制系統一體化將為越來(lái)越多的電廠(chǎng)所采用。

    1.1.3 DCS結構變化，應用技術(shù)得到快速發(fā)展

    隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)DCS系統在結構上發(fā)生變化。過(guò)去強調的是控制功能盡可能分散，由此帶來(lái)的是使用過(guò)多的控制器和接口間連接。但過(guò)多的控制器和接口間連接，不一定能提高系統運行可靠性，相反到有可能導致故障停機的概率增加。何況單元機組各個(gè)控制系統間的信號聯(lián)系千絲萬(wàn)縷，互相牽連，一對控制器故障就可能導致機組停機，即使沒(méi)有直接導致停機，也會(huì )影響其它控制器因失去正確的信號而不能正常工作。因此隨著(zhù)控制器功能與容量的成倍增加、更多安全措施（包括采用安全性控制器）、冗余技術(shù)的采用（有的DCS的核心部件CPU，采用2×2冗余方式）以及速度與可靠性的提高，目前DCS正在轉向適度集中，將相互聯(lián)系密切的多個(gè)控制系統和非常復雜的控制功能集中在一對控制器中，以及上述所說(shuō)的單元機組采用一體化控制系統，正成為DCS應用技術(shù)發(fā)展的新方向，這不但減少了故障環(huán)節，還因內部信息交換方便和信息傳遞途徑的減少而提高了可靠性。

    此外，隨著(zhù)近幾年DCS應用技術(shù)的發(fā)展，如采用通用化的硬件平臺，獨立的應用軟件體系，標準化的通訊協(xié)議，PLC控制器的融入，FCS功能的實(shí)現，一鍵啟動(dòng)技術(shù)的成功應用等，都為DCS增添了新的活力，功能進(jìn)一步提高，應用范圍更加寬廣。

    1.2  全廠(chǎng)輔控系統走向集中監控

    一個(gè)火電廠(chǎng)有10多個(gè)輔助車(chē)間，國內過(guò)去通常都是由PLC和上位機構成各自的網(wǎng)絡(luò )，在各車(chē)間控制室內單獨控制，因此得配備大量的運行人員。為了提高外圍設備控制水平和勞動(dòng)生產(chǎn)率，達到減員增效的目的，隨著(zhù)DCS技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )通訊功能的提高，目前各個(gè)輔助車(chē)間的控制已趨向適度集中，整合成一個(gè)輔控網(wǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)BOP 即Balance Of Plant的縮寫(xiě)）方向發(fā)展，即將相互獨立的各個(gè)外圍輔助系統，利用計算機及網(wǎng)絡(luò )技術(shù)進(jìn)行集成，在全廠(chǎng)IT系統上進(jìn)行運行狀況監控，實(shí)現外圍控制少人值班或無(wú)人值班。

    近幾年新建工程迅速向這個(gè)方向發(fā)展。如國華浙能寧海電廠(chǎng)一期工程（4×600MW）燃煤機組BOP覆蓋了水、煤、灰等共13個(gè)輔助車(chē)間子系統的監控，下設水、煤、灰三個(gè)監控點(diǎn)，集中監控點(diǎn)設在四機一控室里，打破了傳統的全廠(chǎng)輔助車(chē)間運行管理模式，不但比常規減員30%，還提升了全廠(chǎng)運行管理水平。整個(gè)輔控網(wǎng)的硬件和軟件的統一，減少了庫存備品備件及日常管理維護費用[1]。由于取消了多個(gè)就地控制室，使得基建費用和今后的維護費用都減少。一些老廠(chǎng)的輔助車(chē)間也在進(jìn)行BOP改造，其中浙江省第一家完成改造的是嘉興發(fā)電廠(chǎng)2×300MW機組，取得較好效果。

    1.3  變頻技術(shù)的普及應用與發(fā)展

    變頻器作為控制系統的一個(gè)重要功率變換部件，以提供高性能變壓變頻可控的交流電源的特點(diǎn)，前些年在火電廠(chǎng)小型電機（如給粉機、凝泵）等控制上的應用，得到了迅猛的發(fā)展。由于變頻調速不但在調速范圍和精度，動(dòng)態(tài)響應速度，低速轉動(dòng)力矩，工作效率，方便使用方面表現出優(yōu)越性，更重要的是節能效果在經(jīng)濟及社會(huì )效益上產(chǎn)生的顯著(zhù)效應，因此繼一些中小型電機上普遍應用后，近年來(lái)交流變頻調速技術(shù)，擴展到一些高壓電機的控制上試用，如送、引風(fēng)機和給水泵電機轉速的控制等。

    因為蘊藏著(zhù)巨大的節能潛力，可以預見(jiàn)隨著(zhù)高壓變頻器可靠性的提高、一次性投資降低和對電網(wǎng)的諧波干擾減少，更多機組的風(fēng)機、水泵上的大電機會(huì )走向變頻調速控制，在一段時(shí)間內，變頻技術(shù)將繼續在火電廠(chǎng)節能工作中，扮演重要角色。

    1.4  局部系統應用現場(chǎng)總線(xiàn)

    自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)新型自動(dòng)化儀表的涌現，現場(chǎng)總線(xiàn)系統（FCS）是其中一種，它和DCS緊密結合，是提高控制信號傳輸的準確性、實(shí)時(shí)性、快速性和機組運行的安全可靠性，解決現場(chǎng)設備的現代化管理，以及降低工程投資等的一項先進(jìn)的和有效的組合。目前在西方發(fā)達國家，現場(chǎng)總線(xiàn)已應用到各個(gè)行業(yè)，其中電力行業(yè)最典型的是德國尼德豪森電廠(chǎng)2×950MW機組的控制系統，采用的就是PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)。

    我國政府從“九五”起，開(kāi)始投資支持現場(chǎng)總線(xiàn)的開(kāi)發(fā)，取得階段性成果，HART儀表、FF儀表開(kāi)始生產(chǎn)。但電廠(chǎng)控制由于其高可靠性的要求，目前缺乏大型示范工程，缺乏現場(chǎng)總線(xiàn)對電廠(chǎng)的設計、安裝、調試、生產(chǎn)和管理等方面影響的研究，因此現場(chǎng)總線(xiàn)在電廠(chǎng)的應用仍處于探討摸索階段，近二年我國有十多個(gè)工程應用了現場(chǎng)總線(xiàn)，但都是在局部系統上，其中：

    國華浙能寧海電廠(chǎng)，在單元機組的開(kāi)、閉式水系統中的電動(dòng)門(mén)控制采用Profibus DP總線(xiàn)技術(shù)，電動(dòng)執行機構采用原裝進(jìn)口德國歐瑪公司的一體化智能型產(chǎn)品Puma Matic，帶有雙通道Profibus-DP冗余總線(xiàn)接口作為DP從站掛在總線(xiàn)上。為了提高安全性可靠性，總線(xiàn)光纖、作為總線(xiàn)上的第一類(lèi)DP主站的AP和相應的光電轉換裝置都采用了冗余結構，這是國內首家在過(guò)程控制中采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的火力發(fā)電廠(chǎng)。

    華能玉環(huán)電廠(chǎng)的補給水處理系統和廢水系統[2]，采用了二層通訊網(wǎng)絡(luò )結構的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，其鏈路設備和主站級網(wǎng)絡(luò )采用冗余配置?？刂葡到y人機終端與主控制器之間采用工業(yè)以太網(wǎng)通訊，以太網(wǎng)交換機采用ITP形式接口，四臺交換機構成光纖高速路網(wǎng)?，F場(chǎng)設備層之間采用Profibus-DP現場(chǎng)總線(xiàn)通訊。主環(huán)網(wǎng)采用光纜，分支現場(chǎng)總線(xiàn)通訊選用總線(xiàn)電纜。配置二套冗余的主控制器，分別用于鍋爐補給水系統和廢水系統，且各自有兩條由光電耦合器組成的現場(chǎng)總線(xiàn)環(huán)形光纜網(wǎng)構成冗余配置，所有現場(chǎng)儀表和氣動(dòng)閥門(mén)定位器（均采用帶PA總線(xiàn)接口），通過(guò)DP/PA耦合器連接到現場(chǎng)總線(xiàn)上。中低壓電器設備（MCC）采用具有現場(chǎng)總線(xiàn)通信接口功能的智能電機控制器。加藥泵的電動(dòng)機采用帶總線(xiàn)的變頻器。鍋爐補給水的陰陽(yáng)離子床氣動(dòng)隔膜閥的電磁控制閥，采用具有總線(xiàn)接口的閥島來(lái)控制，閥島與現場(chǎng)總線(xiàn)連接。這是國內在局部過(guò)程控制中全面采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的首個(gè)火電廠(chǎng)，其應用實(shí)踐表明，輔控網(wǎng)全面采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已成熟。

    1.5  熱工控制優(yōu)化技術(shù)的應用發(fā)展

    隨著(zhù)過(guò)程生產(chǎn)領(lǐng)域對控制系統要求的不斷提高，傳統控制方法越來(lái)越難以滿(mǎn)足火電廠(chǎng)熱力流程對系統穩定性和性能最優(yōu)化方面的要求，汽溫超標已經(jīng)成為制約機組負荷變化響應能力和安全穩定運行的主要障礙之一（燃燒優(yōu)化主要是鍋爐專(zhuān)業(yè)在進(jìn)行，本文不作討論）。由此基于現代控制理論的一些現代控制系統逐步在火電廠(chǎng)過(guò)程控制領(lǐng)域中得到應用。如基于過(guò)程模型并在線(xiàn)動(dòng)態(tài)求解優(yōu)化問(wèn)題的模型預測控制（簡(jiǎn)稱(chēng)MPC）法、讓自動(dòng)裝置模擬人工操作的經(jīng)驗和規律來(lái)實(shí)現復雜被控對象自動(dòng)控制的模糊控制法、利用熟練操作員手動(dòng)成功操作的經(jīng)驗數據，在常規的串級PID調節系統的基礎上建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的前饋控制作用等，在提高熱工控制系統（尤其是汽溫控制系統）品質(zhì)過(guò)程中取得較好效果。如寧海發(fā)電廠(chǎng)使用的西門(mén)子公司PROFI系統，充分使用了基于模型的現代控制理論，其中汽溫控制原理示意圖如圖1所示。

圖1  機組汽溫控制原理示意圖    圖1中，用基于狀態(tài)空間算法的狀態(tài)觀(guān)測器解決汽溫這種大滯后對象的延遲造成的控制滯后，焓值變增益控制器解決蒸汽壓力的變化對溫度控制的影響，基于模型的Smith預估器對導前溫度的變化進(jìn)行提前控制；通過(guò)自學(xué)習功能塊實(shí)時(shí)補償減溫水閥門(mén)特性的變化；而對再熱汽溫控制，盡量以煙道擋板作為調節手段，不采用或少采用減溫水作為控制手段，以提高機組效率；在機組協(xié)調控制模塊中，采用非最小化形式描述的離散卷積和模型，提高系統的魯棒性；根據控制品質(zhì)的二次型性能指標連續對預測輸出進(jìn)行優(yōu)化計算，實(shí)時(shí)對模型失配、時(shí)變和干擾等引起的不確定性因素進(jìn)行補償，提高系統的控制效果；PROFI投入后，AGC狀態(tài)下以2% Pe /min負荷率變化時(shí)的響應時(shí)間為57秒，壓力最大偏差0.208MPa，汽包水位變化最高和最低之差為-38.86mm，爐膛負壓變化曲線(xiàn)最高值和最低值差－145Pa，主蒸汽溫度偏差穩態(tài)基本控制在2℃以?xún)?，?dòng)態(tài)基本控制在5℃以?xún)取?br />
    1.6  SIS系統的應用發(fā)展

    SIS系統是實(shí)現電廠(chǎng)管理信息系統與各種分散控制系統之間數據交換、實(shí)時(shí)信息共享的橋梁，其功能包括廠(chǎng)級實(shí)時(shí)數據采集與監視，廠(chǎng)級性能計算與分析。在電網(wǎng)明確調度方式有非直調方式且應用軟件成熟的前提下，可以設置負荷調度分配功能。設備故障診斷功能、壽命管理功能、系統優(yōu)化功能以及其它功能（根據電廠(chǎng)實(shí)際情況確定是否設置）[3]。自從國家電力公司電力規劃總院在2000年提出這一概念和規劃后，至今估計有200家多電廠(chǎng)建立了SIS系統，可謂發(fā)展相當迅速。

    但是自從SIS系統投運以來(lái)，其所起的作用只是數據的采集、存儲、顯示和可打印各類(lèi)生產(chǎn)報表，能夠真正把SIS的應用功能盡情發(fā)揮出來(lái)的很少，其面向統計／生產(chǎn)管理的數據分析工具，基于熱經(jīng)濟性分析的運行優(yōu)化，以品質(zhì)經(jīng)濟性為目標的控制優(yōu)化，以提高可靠性為目的的設備故障診斷等功能基本多數都未能付緒實(shí)施。其原因主要有設計不夠完善，多數SIS廠(chǎng)家并沒(méi)有完全吃透專(zhuān)業(yè)性極強的后臺程序及算法，使其在生產(chǎn)實(shí)際中未能發(fā)揮作用，加上與現場(chǎng)生產(chǎn)脫節，因此SIS代理商所能做的只是利用網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，邊搭建一個(gè)基本的SIS 架構邊進(jìn)行摸索。此外SIS應涵蓋哪些內容沒(méi)有統一的標準也緩慢了其功能的應用。

    但從大的方向上看，SIS系統的建設符合技術(shù)發(fā)展的需要和中國電力市場(chǎng)發(fā)展的趨勢，將給發(fā)電廠(chǎng)特別是大型的現代化發(fā)電廠(chǎng)帶來(lái)良好的經(jīng)濟效益。

2   電力行業(yè)熱工自動(dòng)化系統的未來(lái)發(fā)展動(dòng)向及前景

    隨著(zhù)國家法律對環(huán)保日益嚴格的要求和計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)熱工系統將圍繞 “節能增效，可持續發(fā)展”的主題，向智能化、網(wǎng)絡(luò )化、透明化，保護、控制、測量和數據通信一體化發(fā)展，新的測量控制原理和方法不斷得以應用，將使機組的運行操作和故障處理，象操作普通計算機一樣方便。

    2.1  單元機組監控智能化是熱工自動(dòng)化系統發(fā)展方向

    單元機組DCS的普及應用，使得機組的監控面貌煥然一新，但是它的監控智能化程度在電力行業(yè)卻沒(méi)有多大提高。雖然許多智能化的監視、控制軟件在國內化工、冶金行業(yè)中都有較好的應用并取得效益，可在我國電力行業(yè)直到近幾年才開(kāi)始有所起步。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，火電廠(chǎng)單元機組自動(dòng)化系統的智能化將是一種趨勢，因此未來(lái)數年里，實(shí)現信息智能化的儀表與軟件將會(huì )在火電廠(chǎng)得到發(fā)展與應用，如：

    儀表智能管理軟件，將對現場(chǎng)智能傳感器進(jìn)行在線(xiàn)遠程組態(tài)和參數設置、對因安裝位置和高靜壓造成的零位飄移進(jìn)行遠程修正，精度自動(dòng)進(jìn)行標定，計算各類(lèi)誤差, 并生成標定曲線(xiàn)和報告；自動(dòng)跟蹤并記錄儀表運行過(guò)程中綜合的狀態(tài)變化，如掉電、高低限報警、取壓管路是否有堵或零位是否有飄移等。

    閥門(mén)智能管理軟件將對智能化閥門(mén)進(jìn)行在線(xiàn)組態(tài)、調試、自動(dòng)標定和開(kāi)度階躍測試，判斷閥門(mén)閥桿是否卡澀, 閥芯是否有磨損等，通過(guò)閥門(mén)性能狀況的全面評估，為實(shí)現預測性維護提供決策。

    重要轉動(dòng)設備的狀態(tài)智能管理軟件將對重要轉動(dòng)設備的狀態(tài)如送風(fēng)機，引風(fēng)機，給水泵等，綜合采用基于可靠性的狀態(tài)監測多種技術(shù)，通過(guò)振動(dòng)、油的分析以及電機診斷，快速分析（是否存在平衡不好,基礎松動(dòng), 沖擊負荷，軸承磨損）等現象和識別故障隱患, 在隱患尚未擴展之前發(fā)出報警，為停機檢修提供指導和幫助。

    智能化報警軟件將對報警信號進(jìn)行匯類(lèi)統計、分析和預測，對機組運行趨勢和狀態(tài)作出分析、判斷，用以指導運行人員的操作；故障預測、故障診斷以及狀態(tài)維修等專(zhuān)用軟件，將在提高機組運行的安全性，最大限度地挖掘機組潛力中發(fā)揮作用。

    單元機組監控智能化將帶來(lái)機組檢修方式的轉變，以往定期的、被動(dòng)式維護將向預測性、主動(dòng)式為主的維護方式過(guò)渡，檢修計劃將根據機組實(shí)際狀況安排。

    2.2  過(guò)程控制優(yōu)化軟件將得到進(jìn)一步應用

    進(jìn)一步提高模擬量控制系統的調節范圍和品質(zhì)指標，是火電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化控制技術(shù)研究的一個(gè)方向。雖然目前有關(guān)自適應、狀態(tài)預測、模糊控制及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)，在電廠(chǎng)控制系統優(yōu)化應用的報道有不少，但據筆者了解真正運行效果好的不多。隨著(zhù)電力行業(yè)競爭的加劇，安全、經(jīng)濟效益方面取得明顯效果、通用性強、安裝調試方便的優(yōu)化控制專(zhuān)用軟件（尤其是燃燒和蒸汽溫度優(yōu)化、性能分析軟件、）將會(huì )在電廠(chǎng)得到親睞、進(jìn)一步發(fā)展與應用。

    目前機組的AGC均為單機方式（由調度直接把負荷指令發(fā)給投入AGC的機組）。由于電網(wǎng)負荷變化頻繁，使投入AGC的機組始終處于相應的變負荷狀態(tài)，鍋爐的蒸汽壓力和溫度波動(dòng)幅度大，輔機、閥門(mén)、擋板等設備動(dòng)作頻繁，這種方式對機組和設備的壽命都會(huì )產(chǎn)生一定的負面影響。隨著(zhù)發(fā)電成本的提高，發(fā)電企業(yè)需從各個(gè)角度考慮如何切實(shí)降低電廠(chǎng)運行成本，延長(cháng)機組的使用壽命。因此配置全廠(chǎng)負荷分配系統（即電網(wǎng)調度向電廠(chǎng)發(fā)一個(gè)全廠(chǎng)負荷指令，由電廠(chǎng)的全廠(chǎng)負荷分配系統，以機組的煤耗成本特性為基礎，在機組允許的變化范圍內，經(jīng)濟合理地選擇安排機組的負荷或變負荷任務(wù)，使全廠(chǎng)發(fā)電的煤耗成本最低，降低電廠(chǎng)的發(fā)電成本）將是發(fā)電企業(yè)必然的要求，相信不久的將來(lái)，單機AGC方式將會(huì )向全廠(chǎng)負荷分配方式轉變。

    SIS系統將結合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，促進(jìn)自身應用技術(shù)走向成熟，在確?；痣姀S(chǎng)安全、環(huán)保、高效益及深化信息化技術(shù)應用中發(fā)揮作用。 

    2.3  現場(chǎng)總線(xiàn)與DCS相互依存發(fā)展

    未來(lái)一段時(shí)間里，現場(chǎng)總線(xiàn)將與DCS、PLC相互依存發(fā)展，現場(chǎng)總線(xiàn)借助于DCS和PLC平臺發(fā)展自身的應用空間，DCS和PLC則借助于現場(chǎng)總線(xiàn)完善自身的功能。

    2.3.1 現場(chǎng)總線(xiàn)與DCS的關(guān)系

    現場(chǎng)總線(xiàn)作為一個(gè)完整的現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統，目前還難以迅速應用到整個(gè)電廠(chǎng)中，而DCS雖然是電廠(chǎng)目前在線(xiàn)運行機組的主流控制系統，但由于其檢測和執行等現場(chǎng)儀表信號仍采用模擬量信號，無(wú)法滿(mǎn)足工程師站上對現場(chǎng)儀表進(jìn)行診斷、維護和管理的要求，限制了控制過(guò)程視野，因此DCS通過(guò)容入通信協(xié)議國際標準化的現場(chǎng)總線(xiàn)和適合現場(chǎng)總線(xiàn)連接的智能化儀表、閥門(mén)，并將自身的輸出驅動(dòng)功能分離移到現場(chǎng)或由現場(chǎng)智能驅動(dòng)器代替，功能簡(jiǎn)單且相對集中的控制系統下放到采用FCS控制和處理功能的現場(chǎng)智能儀表中，然后由少量的幾根同軸電纜（或光纜）和緊急停爐停機控制用電纜，通過(guò)全數字化通信與控制室連接。將有助于降低電廠(chǎng)造價(jià)，提高自身的可靠性，拓寬各自的功能，推動(dòng)各自的發(fā)展。除新建電廠(chǎng)將會(huì )更多的采用現場(chǎng)總線(xiàn)的智能設備外，也會(huì )成為運行多年的機組下一步的改造計劃。

    2.3.2 現場(chǎng)總線(xiàn)與PLC的關(guān)系

    現場(chǎng)總線(xiàn)在電廠(chǎng)的應用將借助于PLC，這不但因為PLC已廣泛應用于電廠(chǎng)輔助設備的控制，將現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)品溶合到PLC系統中，成為PLC系統中的一部分或者成為PLC系統的延伸部分，在輔助設備的控制中將直接明顯地體現其經(jīng)濟效益。還因為現場(chǎng)總線(xiàn)和PLC的制造商間關(guān)系密切，如Contr01．Net、ProfiBus等本身就是由PLC的主要生產(chǎn)供貨商支持開(kāi)發(fā)。

    由于電廠(chǎng)現場(chǎng)的環(huán)境惡劣，溫度高、灰塵多、濕度變化大，因此現場(chǎng)總線(xiàn)在電廠(chǎng)應用，首先要解決的是自身質(zhì)量。

    2.4  輔助車(chē)間（系統）集控將得到全面推廣

    隨著(zhù)發(fā)電廠(chǎng)對減員增效的要求和運行人員整體素質(zhì)的提高，輔助車(chē)間（系統）通過(guò)輔控網(wǎng)集控將會(huì )得到進(jìn)一步全面推廣。但在實(shí)施過(guò)程中，目前要解決好以下問(wèn)題：

    （1）輔控系統I/O點(diǎn)數量大（浙江寧海電廠(chǎng)已達到10000點(diǎn)），各輔助車(chē)間物理位置分散，存在遠距離通信、信號衰減和網(wǎng)絡(luò )干擾問(wèn)題，因此監控系統主干通信網(wǎng)宜采用多模光纜以確保通信信號的可靠性。

    （2）各輔助控制系統采用不同的控制設備，控制系統的通信接口協(xié)議不同，甚至不同的物理接口，因此須解決網(wǎng)絡(luò )通信協(xié)議的轉換問(wèn)題，選型時(shí)應事先規定好各系統間的接口連接協(xié)議。

    （3）各個(gè)輔助車(chē)間的控制系統為不同的廠(chǎng)商供貨，由于使用的軟件不同，其操作員站的人機界面很有可能不一致。因此選型時(shí)應注意上位機軟件，設計統一的人機界面，采用統一的風(fēng)格及操作方式，以便方便各系統畫(huà)面接入BOP網(wǎng)絡(luò )。

    輔助車(chē)間集控系統能否實(shí)現設計目標，除了自身的技術(shù)以外，很大程度上取決于輔助系統本身的自動(dòng)投入情況。因此高可靠性的執行機構、動(dòng)作靈活可靠的限位開(kāi)關(guān)、智能化的變送器將會(huì )得到應用；

    2.5  單元機組監控系統的物理配置趨向集中布置

    過(guò)去一個(gè)集控室的概念，通常為一臺單元機組獨用或為二臺機組合用，電子室分成若干個(gè)小型的電子設備間，分別布置在鍋爐、汽輪機房或其它主設備附近。其優(yōu)點(diǎn)是節省了電纜。但隨著(zhù)機組容量的提高、計算機技術(shù)的發(fā)展和管理水平的深化，近幾年集控室的概念擴大，出現了全廠(chǎng)單元機組集中于一個(gè)控制室，單元機組的電子設備間集中，現場(chǎng)一般的監視信號大量采用遠程I/O柜的配置方式趨勢，如浙江省國華浙能寧海發(fā)電廠(chǎng)（獲國家金獎），一期工程四臺機組一個(gè)控制室集中監控，單元機組電子室集中，提高了機組運行管理水平。

    2.6  APS技術(shù)應用

    APS是機組級順序控制系統的代名詞。在機組啟動(dòng)中，僅需按下一個(gè)啟動(dòng)控制鍵，整個(gè)機組就將按照設計的先后順序、規定的時(shí)間和各控制子系統的工作情況，自動(dòng)啟停過(guò)程中的相關(guān)設備，協(xié)調機爐電各系統的控制，在少量人工干預甚至完全不用人工干預的情況下，自動(dòng)地完成整臺機組的啟停。但由于設備自身的可控性和可用率不滿(mǎn)足自動(dòng)化要求，加上一些工藝和技術(shù)上還存在問(wèn)題，需要深入地分析研究和改進(jìn)，所以目前燃煤機組實(shí)施APS系統的還不多見(jiàn)。

    由于A(yíng)PS系統的實(shí)質(zhì)是電廠(chǎng)運行規程的程序化，其優(yōu)勢在于可以大大減輕運行人員的工作強度，避免人為操作中的各種不穩定因素，縮短機組啟停時(shí)間。作為提高生產(chǎn)效率和機組整體自動(dòng)化水平，增強在電力企業(yè)的市場(chǎng)競爭能力行之有效的方法，將會(huì )成為未來(lái)機組控制發(fā)展的方向之一，引導設計、控制系統廠(chǎng)商和電廠(chǎng)人員更多地去深入研究，設計和完善功能，并付緒實(shí)施。

    2.7  無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)應用

    無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)能監視和控制運行過(guò)程中發(fā)生的更多情況，獲得關(guān)鍵的工藝信息，整合進(jìn)入DCS。除節省大量安裝成本以外，還將推動(dòng)基本過(guò)程和自動(dòng)化技術(shù)的改善。如供熱、供油和煤計量，酸堿、污水區域測量等，都可能通過(guò)無(wú)線(xiàn)測量技術(shù)實(shí)現遠程監控。

    2.8  提高熱工自動(dòng)化系統可靠性研究將深入[4]

    由于熱控系統硬軟件的性能與質(zhì)量、控制邏輯的完善性和合理性、保護信號的取信方式和配置、保護連鎖信號的定值和延遲時(shí)間設置，以及熱控人員的檢修和維護水平方面，都還存在一些不足之處，由此使得熱控保護系統誤動(dòng)作引起機組跳閘事件還時(shí)有發(fā)生。在電力生產(chǎn)企業(yè)面臨安全考核風(fēng)險增加和市場(chǎng)競爭加劇的環(huán)境下，本著(zhù)電力生產(chǎn)“安全第一，預防為主”的方針，以及效益優(yōu)先原則，從提高熱工自動(dòng)化系統的可靠性著(zhù)手，深入開(kāi)展技術(shù)研究，是熱工自動(dòng)化系統近期的一項急需進(jìn)行的工作。

    提高熱工自動(dòng)化系統的可靠性技術(shù)研究工作，包括控制軟硬件的合理配置，采集信號的可靠性、干擾信號的抑制，控制邏輯的優(yōu)化、控制系統故障應急預案的完善等。隨著(zhù)機組控制可靠性要求的提高，重要控制子系統的硬件配置中，將會(huì )采用安全型控制器、安全型PLC系統或者它們的整合，保護采集信號將會(huì )更多的采用三選二判斷邏輯。獨立的測量裝置需要設計干擾信號抑制功能。此外基建機組一味以最低價(jià)中標的招標模式也應得到扭轉（最低價(jià)中標，迫使廠(chǎng)商通過(guò)減少配置來(lái)降低投標價(jià)，導致控制系統可靠性下降）。

    2.9  火電廠(chǎng)機組檢修運行維護方式將改變

    隨著(zhù)電力市場(chǎng)的競爭，發(fā)電企業(yè)將趨向集約化經(jīng)營(yíng)和管理結構扁平化，為提高經(jīng)濟效益，發(fā)電企業(yè)在多發(fā)電，以提高機組利用小時(shí)的同時(shí)，將會(huì )通過(guò)減少生產(chǎn)人員的配備，密切與外包檢修企業(yè)之間的聯(lián)系，讓專(zhuān)業(yè)檢修隊伍取替本廠(chǎng)檢修隊伍的方式來(lái)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此檢修維修工作社會(huì )化將是一種趨勢。此外DCS的一體化及其向各功能領(lǐng)域滲透，提高電廠(chǎng)整體協(xié)調和信息化、自動(dòng)化水平的同時(shí)，也將會(huì )使電廠(chǎng)原專(zhuān)業(yè)間及專(zhuān)業(yè)內的分工重新調整，比如熱工與電氣二次回路的專(zhuān)業(yè)劃分打通。為了降低成本，電廠(chǎng)不再保持大批的檢修維修人員，因此檢修維護方式也將因此而改變，比如讓生產(chǎn)廠(chǎng)家和代理公司承擔DCS和相關(guān)設備的檢修工作。

    電廠(chǎng)機組容量的不斷增大，熱工自動(dòng)化系統所依賴(lài)的測量?jì)x表也大量增加。在現場(chǎng)總線(xiàn)和智能儀表未全面使用的情況下，這些儀表還需定期校驗。為提高測量?jì)x表校驗工作的效率，實(shí)現測量?jì)x表從校驗、基礎數據臺帳的建立、設備校驗計劃和日常維護工作的產(chǎn)生、執行、校驗、數據輸入、終結及統計分析，周期調整等的全過(guò)程自動(dòng)管理代替人工管理，將是電廠(chǎng)儀表管理發(fā)展的趨勢，因此全自動(dòng)儀表校驗裝置和自動(dòng)管理軟件的需求量將會(huì )迅速增加。

3    結束語(yǔ)

    總體來(lái)講，熱工自動(dòng)化系統的發(fā)展趨勢是高速化、智能化、一體化和透明化。對故障信息的研究和充分利用是發(fā)掘熱工故障診斷與故障預測的基礎，現場(chǎng)總線(xiàn)的應用，為熱工自動(dòng)化系統的進(jìn)一步發(fā)展提供了不斷拓展的空間?，F代控制理論的應用，將改寫(xiě)熱工調節系統的指標。隨著(zhù)計算機技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò )化的保護及故障信息系統將會(huì )不斷發(fā)展，最終基于網(wǎng)絡(luò )大容量數據傳輸可實(shí)現，遠程專(zhuān)家監控診斷系統的開(kāi)發(fā)應用，火電廠(chǎng)檢修運行維護的結構將徹底改變，屆時(shí)僅需少量人員進(jìn)行機組的運行維護，更多的是通過(guò)遠程專(zhuān)家監控診斷系統（類(lèi)似于電力調度），實(shí)現對機組的運行監控、維護和故障診斷、處理。

作者信息：

    浙江省電力試驗研究院 浙江 杭州310014    孫長(cháng)生

    蕭山發(fā)電廠(chǎng) 浙江 杭州311251    馮國鋒

參考文獻：

    [1] 吳永存.高度集中的輔控網(wǎng)在國華寧海電廠(chǎng)一期工程中的實(shí)現.自動(dòng)化博覽2007,(3).

    [2] 陳樺 Profibus DP現場(chǎng)總線(xiàn)及其在火電廠(chǎng)的應用.浙江電力.2006,(4).

    [3] 許繼剛廠(chǎng)級監控信息系統（SIS）的若干設計原則，2006年全國發(fā)電廠(chǎng)DCS與SIS技術(shù)研討會(huì )暨熱工自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)會(huì )議論文集.

    [4] 孫長(cháng)生.汽輪機監視儀表可靠性分析與改進(jìn)措施.中國電力.2007,(11).

    編號：080427