杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司　唐小姣

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試析火電機(jī)組控制中提高DCS應(yīng)用水平的途徑

杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司唐小姣

【摘要】近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組中的分散控制系統(tǒng)即DCS因其特色優(yōu)勢(shì)得到人們的青睞，在市場(chǎng)上已經(jīng)被廣泛應(yīng)用開(kāi)來(lái)。但不得不承認(rèn)的是，要想提高分散控制系統(tǒng)的應(yīng)用水平，還是要從其相關(guān)技術(shù)、控制策略方面入手，找出潛在的問(wèn)題并解決問(wèn)題，通過(guò)不同的途徑提高DCS應(yīng)用水平。

【關(guān)鍵詞】火電機(jī)組；控制；DCS應(yīng)用

就目前DCS應(yīng)用得現(xiàn)狀而言，部分300MW或300MW以上新建的的機(jī)組中都采用了DCS，這種分散控制系統(tǒng)在一些舊式的火電機(jī)組中同樣也得到了應(yīng)用。但是業(yè)界的專(zhuān)業(yè)人士都普遍認(rèn)為DCS的控制水平好沒(méi)有得到最充分有效的發(fā)揮，DCS可用功能并沒(méi)有被人們充分挖掘充分應(yīng)用。怎樣才能將DCS的潛能發(fā)揮到極致，是值得人們繼續(xù)探討的重要問(wèn)題。

1　DCS應(yīng)用現(xiàn)狀及DCS應(yīng)用中還存在的問(wèn)題

目前，DCS中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)還需要進(jìn)一步完善其功能，雖然其掃描速度比以前更快,且DAS還實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享即數(shù)據(jù)通信更加便捷,但這并沒(méi)有從根本上使其功能更加完善。譬如說(shuō)在系統(tǒng)報(bào)警這一方面,如今采用得比較多的是不夠齊全的限值被固定了的顯示記錄。一些參數(shù)與額定值存在差異并不是什么特殊情況，這在機(jī)組起停階段不需要報(bào)警，然而當(dāng)輔機(jī)跳閘或停運(yùn)的時(shí)候,其相關(guān)參數(shù)會(huì)隨之產(chǎn)生變化。如果不能夠區(qū)分這些情況，就會(huì)受到報(bào)警信息的干擾，相關(guān)的運(yùn)行工作人員就無(wú)法正常的執(zhí)行工作任務(wù)，一些意外事故就不能被及時(shí)的處理掉。在這種情況下，應(yīng)該在DCS中設(shè)計(jì)報(bào)警切除這一功能，這個(gè)功能可以切除掉錯(cuò)誤的報(bào)警信號(hào)，即可以先預(yù)定好需要切除報(bào)警信號(hào)的場(chǎng)合，然后在此場(chǎng)合設(shè)置相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)就可以了[1]。除此之外,如果在DAS報(bào)警系統(tǒng)中能夠添加對(duì)于報(bào)警的分析功能和操作的指導(dǎo)功能，方便在檢查參數(shù)時(shí)能夠結(jié)合參數(shù)找出引發(fā)報(bào)警信號(hào)產(chǎn)生的主要原因，這樣就更加有利于識(shí)別以后報(bào)警系統(tǒng)中出現(xiàn)的異常情況，促使機(jī)組更加安全可靠地運(yùn)行。

1.1信號(hào)傳送存在問(wèn)題

在國(guó)內(nèi)，地理位置的集中性導(dǎo)致DCS的分散功能顯得微不足道。電子設(shè)備間幾乎全部安裝的是控制模件，也包括端子柜以及輸出繼電器柜;主控計(jì)算機(jī)主要是對(duì)全都插在機(jī)柜內(nèi)的模件進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)、控制與管理。這種情況下系統(tǒng)存在過(guò)于集中式的缺點(diǎn)就根本無(wú)法避免。大面積的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)都急需要將電纜應(yīng)用到控制站中。如此一來(lái)，就需要大量的電纜線(xiàn)。在機(jī)電組的控制系統(tǒng)實(shí)施得過(guò)程中中，要對(duì)電纜線(xiàn)進(jìn)行敷設(shè)以及連接是一項(xiàng)非常艱難的工作。負(fù)荷過(guò)重的主機(jī),會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)處理的能力受到一定的限制，從而得不到擴(kuò)展。

1.2DCS功能還不完善

目前的發(fā)電機(jī)組中，舊式的控制系統(tǒng)還在大量使用。這尤其體現(xiàn)在變壓器組以及廠(chǎng)用電系統(tǒng)這兩種控制系統(tǒng)中。國(guó)內(nèi)部分大型的發(fā)電機(jī)廠(chǎng)中很早以前也已經(jīng)開(kāi)始嘗試采用DCS控制系統(tǒng)，但還需要對(duì)DCS功能進(jìn)一步統(tǒng)一規(guī)劃。在單元機(jī)組的協(xié)調(diào)控制中應(yīng)該將機(jī)組負(fù)荷指令信號(hào)引進(jìn)DCS,并且加強(qiáng)對(duì)機(jī)、爐、電的控制。

2　提高DCS應(yīng)用水平的辦法

2.1改善通信功能

當(dāng)下的通信技術(shù)主要是以數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化為主載。在DCS融入市場(chǎng)之后，常規(guī)的儀表都被接二連三的取代,這使現(xiàn)代化的通信功能更加豐富。DCS通信功能主要表現(xiàn)在DCS內(nèi)部各單元、各站間的通信，DCS與其它DCS、計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)間的通信。DCS內(nèi)部各單元、各站間的通信，這種通信方式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較容易實(shí)現(xiàn)，然而，DCS與其它DCS、計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)間的通信，由于廠(chǎng)家在生產(chǎn)時(shí)采用了不同的機(jī)型，因此在遇到問(wèn)題時(shí)都需要用戶(hù)自己尋找解決問(wèn)題的辦法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，開(kāi)發(fā)了許多異型機(jī)種之間的通信設(shè)備，這就產(chǎn)生了很多種硬件接口。DCS與其它DCS、計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)間的通信的建立,使生產(chǎn)控制系統(tǒng)不再孤立，終于可以實(shí)現(xiàn)與MSI系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系，同時(shí)也讓綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的信息集成成為可能[2]。另外，在遠(yuǎn)程智能的應(yīng)用背景條件下，數(shù)字信號(hào)能夠得到及時(shí)的處理，這不僅促進(jìn)了總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，也推動(dòng)了其產(chǎn)品的應(yīng)用，大大加速了智能化進(jìn)程。

2.2加強(qiáng)控制功能

在回路中關(guān)于DCS控制的問(wèn)題,大部分是單輸入單輸出以及比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，簡(jiǎn)潔、可靠是應(yīng)遵循的基本原則。但在工業(yè)上，以前的控制算法往往不符合工程的基本要求。譬如說(shuō)前幾年的預(yù)測(cè)控制，這種工程師們?cè)?0年代開(kāi)發(fā)出來(lái)的控制算法，不僅涵蓋了基本優(yōu)化控制的相關(guān)原理，還不要求預(yù)測(cè)模型的精確度。這在很多的商品化軟件中都得到了推廣與應(yīng)用。人工智能方法及其相關(guān)的原理在控神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，這些控制系統(tǒng)已經(jīng)受到了人們的關(guān)注。

2.3鞏固優(yōu)化功能

目標(biāo)函數(shù)J是在生產(chǎn)過(guò)程中與運(yùn)行相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù),J的數(shù)值大小往往取決于相關(guān)的運(yùn)行變量，它能從側(cè)面反映出經(jīng)濟(jì)的收益情況。J達(dá)到最大值(或最小值)都是在進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程,通常情況下，是通過(guò)控制動(dòng)態(tài)過(guò)程品質(zhì)的優(yōu)化、控制設(shè)定值的優(yōu)化以及生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化這3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。首先，控制動(dòng)態(tài)過(guò)程品質(zhì)的優(yōu)化，在被控制的變量值與已經(jīng)設(shè)定的數(shù)值之間，如果均方值的差距很大，那么在控制作用下的波動(dòng)均方值越大越好。其目標(biāo)函數(shù)就是二者的加權(quán)和,這是實(shí)現(xiàn)二次型最優(yōu)控制的基本方式。其次，對(duì)于控制設(shè)定值的優(yōu)化。關(guān)鍵被控變量在理想的情況下應(yīng)該通過(guò)調(diào)整至最優(yōu)設(shè)定值，借助外界的條件，應(yīng)該使操作過(guò)程也得到進(jìn)一步優(yōu)化。要想實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)化就需要實(shí)現(xiàn)操作的最優(yōu)化，通過(guò)這種途徑就不需要對(duì)設(shè)備或者一些硬件投資進(jìn)行擴(kuò)大或增加。但是就目前情況而言，關(guān)于操作優(yōu)化人們產(chǎn)生了錯(cuò)誤的的認(rèn)識(shí)。這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，設(shè)計(jì)優(yōu)化是不同于操作優(yōu)化的,在工作可離線(xiàn)進(jìn)行的背景條件下，提前計(jì)算出各種被調(diào)變量的最優(yōu)數(shù)值是設(shè)計(jì)優(yōu)化;而操作優(yōu)化的工作應(yīng)在線(xiàn)展開(kāi)，而且要持續(xù)地進(jìn)行，外界條件的變化會(huì)導(dǎo)致其被控變量最優(yōu)值相應(yīng)的變化[3]。另一方面，關(guān)于操作時(shí)是穩(wěn)態(tài)或者動(dòng)態(tài)的問(wèn)題。一般操作優(yōu)化與動(dòng)態(tài)優(yōu)化無(wú)關(guān)，

它是穩(wěn)態(tài)優(yōu)化但會(huì)涉及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的行為。另外，操作優(yōu)化不是控制規(guī)律而需要調(diào)整設(shè)定值。最后，生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度優(yōu)化需要考慮到魯棒性與適應(yīng)性。起初制定的工作程序應(yīng)隨著外界條件或者生產(chǎn)情況的變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,但在正常的情況工作程序的變動(dòng)不能太大?？偠灾?，要提高DCS應(yīng)用功能水平就一定要選擇合適的目標(biāo)函數(shù)J以及相應(yīng)的求解方法，這樣才能使DCS應(yīng)用在自動(dòng)化的方面邁向一個(gè)新的階梯。

3　結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在，不管是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外，DCS應(yīng)用中的自動(dòng)化還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。人們都太過(guò)于注重對(duì)于遠(yuǎn)景的規(guī)劃，而忽視了當(dāng)前的具體情況以及工作安排。所以，在今后的工作中，需要分階梯式的制定工作目標(biāo)，使DCS應(yīng)用進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。對(duì)于新穎的控制策略應(yīng)該盡可能的通過(guò)最簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn),這樣可以將投資的費(fèi)用更多的投注到控制策略的可靠性上。因此，研究人員需要深入的探索和進(jìn)一步創(chuàng)新。在充分發(fā)掘火電機(jī)組中的分散控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題的同時(shí)，也要挖掘出能夠提高DCS應(yīng)用水平的使用措施，促進(jìn)火電機(jī)組中的分散控制系統(tǒng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]貴原,昊壽龍.DCS的回顧與展望[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,12013.9(2):9-13.

[2]戴雅波,李紅詞.WNIDOWS平臺(tái)上的控制系統(tǒng)組態(tài)[J].2012, 11(4):33-34.

[3]蔣敏偉,蔣慰孫.過(guò)程控制中提高DCS應(yīng)用水平的途徑仁[J].自動(dòng)化儀表,2011.12(10):1-4.

唐小姣（1988-），女，湖南永州人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：自動(dòng)化DCS；工業(yè)控制；火電DCS控制。

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