自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究

自动控制理论在火电厂热工自动化中的应用研究

周国森

 山东电力建设第三工程有限公司

摘要:随着大容量、高参数火电机组的蓬勃发展，热力设备和热工过程越来越复杂，控制要求不断提高。自动控制算法原理简单，适用范围广且逻辑组态方便易行。对于热工系统控制的研究，尤其是工程应用性强的自动控制策略的研究十分必要。

关键词:电厂热工;自动控制理论;应用

引言

从电厂热工过程控制的实践操作来看，一般控制器无法应对电厂复杂的动力结构，建构出精准而完善的数学模型，实现对各个动力系统的有效控制，因此在实际应用中具有很大的局限性，无法适应当前日趋复杂的电厂内部结构，因此必须对一般控制器进行优化，从而拓宽该技术的应用领域。

1、自动控制理论的应用现状及存在问题

科学技术的飞速发展对于行业生产技术的提高具有重要意义。在自动化系统中，自动控制系统已经实现了对生产设施和生产过程的控制。它越来越多地用于生产中。但实际上来看，自动控制系统应用在自动化系统中，依旧还存在一定的问题。生产工艺复杂度较高，所以对于自动控制系统的应用具有非常高的要求。编制科学合理的自动化控制系统能够解决许多生产问题。

1.1无法发挥自动控制的系统网络优势

自动控制的网络是采用以太网结构和冗余光纤，具有传输距离远、网络速率快等优势，并且关系到整个系统的可靠性、可扩充性、实时性等众多方面。如果将自动控制控制系统全部放到中央控制室，采用集中控制的手段，那么自动控制系统所具有的网络远距离传输、分布式结构等优势将不复存在。

1.2限制了现场设备的测点增减，影响了设备的可扩展性

生产现场布设大量的管线、配备大量设备。如果对现场设备测点进行扩充，再补充施工难度较高，所以导致现场设备的可扩展性有限。

1.3电缆远距离传输，信号干扰的概率增加

生产现场环境具有电磁干扰和静电干扰，导致电气电缆与信号电缆存在平行敷设传输问题。而信号电缆的传输距离越长，发生静电干扰和电磁干扰的可能性越高。所以，生产场地之间的电缆传输距离必须要进行有效控制。

2、电厂热工过程控制中智能控制器的应用

电厂热工过程中的温度不比压力、流量、液位被控变量的控制，因为温度传递存在滞后性。其中就涉及到滞后时间这个对象特性，一般有纯滞后、容量滞后。前者一般指工艺段物料传输需要时间引起的，后者一般指被控对象的热交换、物料连续经过多个容器才能建立一个稳定信号需要时间引起的。明了点就是温度的真实值一下子反应不出来要等下才能显示真实值。在温度闭环控制中，为了解决这个问题就要用温度控制器。关键用的还是中的D(微分控制)，微分控制的作用就是超前控制。假设现在有个物料温度需要控制，想控制在35℃(35℃就是目标值)。控制有P、PI、PD、等控制，又考虑到被控变量是温度，因此需要选用控制。温度传感器检测到温度，此时得到的温度值会跟目标值(35°)比较得到偏差，然后控制器判断快速做出处理判断发出信号执行器调节温度，此时会得到一个新的动态温度稳态值，温度传感器又会把此值信号传送给控制器跟目标值比较得到一个余差，那么需要控制介入，温度控制器处理判断后再次发出信号执行器调节温度，达到新动态稳定后，把新的稳态值传输给控制器跟目标值比较后还是控制不理想需要D微分控制的介入。因此参数整定是一个枯燥无味的过程，有时想提高控制质量找到理想的三个控制参数值花费不少功夫。要实现温度控制动态稳定在35°附近，需要进行参数整定。先比例后积分，最后用微分。温度控制仪可以自动整定，也可以手动整定。

3、基于火电厂自动控制应用中的相关技术优化

考虑到自动控制功能的多样化发展趋势，系统模块和配置设备增多，通信需求增加，应配置更完善的通信技术。本文对基于火电厂自动控制应用中的通信技术优化开展相关研究，介绍常用三种通信方案，为火电厂技术人员优化自动控制应用提供技术支撑和相关探索，进一步推广普及自动控制。

3.1硬接线方案

在硬接线方案中，火电厂的各类电气信息（开关量输入／输出及模拟量输入）利用硬接线接入自动控制，通常选用空接点进行信息接入，通信信号为４ｍＡ～２０ｍＡ的直流信号。在硬接线方案中，通过分布式处理单元控制开关量输入／输出及模拟量输入，可对电气设备进行实时监控，检测其运行参数，并实施报警，且在电气设备参数超标后，自动调节电气设备运行，使其处于标准范围内，实现自动控制系统的智能化、自动化控制，提高控制水平，丰富控制功能。与其他通信接线方案相比，硬接线方案在线路布局时表现出较强的集中性，且控制操作便捷，控制流程简单，分布式控制系统的响应速度快，提高控制可靠性和灵活性，在实际应用中，硬接线方案可提高自动控制的稳定性，减少自动控制故障的出现，节约维修成本，但硬接线方案的初期建设成本较高。

3.2硬接线加通信方案

硬接线加通信方案是硬接线方案与常规通信方案配合的新型通信手段。在该通信方案下，自动控制的通信系统涵盖操作站、服务器和通信站的模块，可从整体角度进行自动控制的监控与运维管理操作。网络打印机和网络交换机、通信管理机进行有效连接，可高效处理各项火电厂运行设备信息，且具备后台控制功能，可为火电厂运行机组创造良好运行环境，显著提升运行效率。与硬接线方案相比，硬接线加通信方案的优势稍弱，但初期建设成本更低，在部分火电厂中有所应用。

3.3全通信接入方案

在火电厂自动控制中，全通信接入方案是应用最广泛的模式，具有运行高效、成本偏低、自动化等优势。在火电厂生产管理中，可根据自动控制功能要求及用户需求进行自动化更新升级，提高通信服务水平。在火电厂生产管理中，全通信接入方案可支持自动控制与火电厂所有现场设备的通信，实现不同模块间的全数字化、双向多站通信，将火电厂自动控制与现场设备置于同个通信网络中，减少通信工程中的电缆敷设量及桥架安装量，节约建设成本。同时，在全通信接入方案中，火电厂可具备系统集成主动权，根据通信需求调整接入方案。但在实际运行中，全通信接入方案存在数据包传输延迟、通信瞬时错误、接收顺序与发送顺序不一致、通信数据包丢失等问题，降低了自动控制的稳定性，提高了系统控制难度。

3.4火电厂自动控制应用改造

在明确不同通信方案优缺点的基础上，技术人员应根据火电厂自动控制应用要求，选择合适的通信接入方案，完成机组接线，并做好电气设计等改造工作，优化自动控制运行，有效解决火电厂自动控制应用中的相关技术问题，为火电厂生产提供保障。细化来说，火电厂自动控制应用改造需从安全生产入手，具体要点如下：（１）技术人员应提高对自动控制运行安全的重视，将安全防护落实到火电厂自动控制应用的各个环节，综合评估火电厂自动控制应用环节的安全风险，根据历史运行数据，计算安全风险的发生概率与影响程度，制定针对性的安全防护方案。（２）提高火电厂生产人员的安全意识，强化其对自动控制的系统认识，明确自动控制操作要点，在设备使用后，需及时关闭电源及联动装置；如果火电厂生产时发现自动控制出现故障或存在未响应现象，应立即关闭自动控制的电源，通过手动操作强制停机，避免故障影响扩大。（３）根据故障类型，采用相应措施排除，如现场操作人员不能自主排除故障，需立即上报给领导，安排专业维修人员排查故障、维修设备，并在维修后实施功能测试，确认无误后方可使自动控制投入运行。

结语

传统的电气工程施工过程中，更多偏重人力控制，虽然可以实现预期的工程目标，但是控制难度大，成本较高，更易出现控制误差。融入智能化、层级化的动态趋向控制方法后，能够提升工程施工的效率及质量，构建灵活多变的自动化控制程序，简化处理环节，营造稳定、安全的施工环境，为后续结构的搭接提供理论依据。

参考文献

[1]陈亚凯.自动控制理论在火电厂热工自动化中的有效运用分析[J].科学技术创新,2019(34):195-196.

[2]黄晓峰.火电厂热工自动化中自动控制理论的应用[J].南方农机,2018,49(22):85.