PATLIRE GH-502DS-4 PATLIRE GH-502DS-4

隨著控制技術的不斷發展，燃煤電站的控制系統大都已經實現了自動化控制。新建設機組全部采用先進的控制技術，老機組的控制系統也相繼進行了改造，大部分機組已經改造完畢。燃煤電站的控制系統基本都采用了目前較流行的分散控制系統即DCS系統，保證發電生產系統的安全穩定運行。目前由于人類環保意識的增強及人類生存發展的需要，內外都在積極注重環境保護技術的發展及環保工程的實施，新建大型燃煤機組都設計有脫硫及脫硝系統。以前的老機組都沒有脫硫（SO2、SO3）及脫硝（NO、NO2等）裝置，以及未來的CO₂的減排控制等，根據對環保的要求必須對現有的發電機組進行污染物的排放控制，達到環保要求。火電廠鍋爐在增加脫硫及脫硝裝置進行改造時，其控制系統要根據具體電廠及具體機組的特殊情況進行設計。現在隨著控制技術的不斷發展，在控制領域出現了幾大主要控制系統。那末在改造設計當中采用什么樣的控制系統是目前我們設計人員要認真面對的。即要保證系統的安全穩定，又要考慮客觀實際又要節約資金。本文簡單介紹了現場脫硫及脫硝改造機組現狀，介紹一下幾個控制系統各自的特點，根據不同的機組及現場實際情況，為控制系統設計提供一些參考。

2.     火電廠改造機組現狀

由于目前改造機組增加脫硫、脫硝系統的工藝大都趨于簡單化，尤其是200MW及以下機組，主要考慮成本及系統占地面積等因素。目前在改造機組中脫硫系統的技術一般采用簡易濕法脫硫技術、干法和半干法脫硫技術。脫硝技術有采用SCR、SNCR和燃燒調整方式等，其中在改造機組中主要采用降低氮氧化物的生成技術，采用低氮燃燒器及調整二次風等方法降低氮氧化物。從目前內應用的脫硫及脫硝技術上看，其工藝系統相對比較簡單，控制回路也比較少。根據目前對改造機組的設計情況來看，對控制系統的要求大致分為以下兩種情況。一種情況是將脫硫、脫硝的控制系統并入到電廠相應機組的主控制系統當中，與原主系統實現集中控制。另一種情況是將脫硫、脫硝的控制系統獨立設計，使脫硫、脫硝的操作控制在主系統之外。在系統停運及檢修時，不影響主系統的正常運行。根據以上不同種情況，控制系統可以有不同的設計原則及不同的控制實現方式。種情況設計可以選用與主系統一致的DCS系統設備，使之與其實現方便的通訊連接。如考慮價格及其它因素亦可設計采用PLC及FCS總線技術，通過其它通訊方式與主系統實現連接。在該方案設計時必須考慮主系統的兼容性，調研原系統的設計容余及備用空間情況。更重要的是原主系統與新設計系統的通訊協議是否兼容等。第二種情況控制系統的設計比種情況要靈活得多，可選的控制系統與原主控制系統沒有聯系，是一個獨立的控制系統。該獨立的控制系統可以根據用戶的要求設計為DCS、PLC、FCS任意一種形式，也可以設計成三個系統技術的綜合控制系統。選型主要根據以下幾種情況而定：該系統的運行方式；控制系統的資金投入；現場與控制室的距離；系統中模擬控制回路的數量；系統中開關量的數量；現場一次儀表智能化的程度等。三個控制系統各具有優缺點，如條件許可也可以設計成綜合的控制系統。它們都在許多電廠中得到了廣泛的應用。

3.        PLC控制系統

可編程控制器即簡稱PLC(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)，雖然現在仍然稱PLC，但已經與原來的實際意義不相符合，并不是*初簡單的可編程控制器。PLC的*初定義是一種數字控制專用電子計算機，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執行諸如邏輯、順序、計時、計數與演算等功能，并通過模擬和數字輸入、輸出等組件，控制各種機械或工作程序。經過30多年的發展，PLC已十分成熟與完善，并開發了模擬量閉環控制功能。長期以來，PLC始終在各行各業自動化控制領域得到廣泛的使用，為各種各樣的自動化設備提供了非常可靠的控制應用。主要原因在于它能夠為自動化控制應用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合當前工業企業對自動化的需要。目前的PLC已經不僅具有早期的邏輯運算功能，而且已經向綜合控制方向發展。新型PLC也在不斷完善PID閉環控制功能，其他各種功能也在不斷得到改進。PLC已被廣泛應用于連續過程的控制領域，而且基于連續過程控制技術的發展趨勢正在進一步得到增長。通訊是PLC廣泛應用的關鍵技術，這種技術在PLC領域已經得到擴展。同系統一樣，對PLC進行分散化處理已經成為可能，更容易進行管理，以便能夠更好地集成在一起。

PLC系統的價格也在逐漸降低。由于PLC系統*小模件單元的價格只在千元左右，甚至更低所以大部分用戶已經不再對已損壞的模件修理而是直接更換新的模件，因為修理這樣的故障模件也許會花費同樣甚至更多的費用。現在一些小型甚至超小型PLC系統已經向工業用戶提供了模擬量I/O、PID控制回路、通訊接口，甚至與企業網絡系統相連接的現場總線。具有14個通道的I/O和4個PID控制回路的PLC系統，其價格也只有千元左右，這種產品非常適合小系統控制應用的需要。一些PLC供應商依托強大的應用市場發展小型PLC產品，甚至大量的工業用戶已經將其看作是低端應用市場上的日用品。

在PLC硬件不斷發展的同時，PLC的編程軟件也在向前發展。因為作為整個系統不但要充分考慮硬件產品的性能，還必須采取相應的措施為工業用戶解決工程師可用的組態軟件工具、故障診斷技術、網絡通訊能力以及除基本自動化硬件以外的附加軟件包的適用性能。目前不但PLC廠家在不斷努力開發適合于PLC系統的編程軟件，其他軟件開發商也在不斷推出與之相配套的組態軟件，而且每種軟件都適合于多種品牌的PLC產品，為用戶編程提供了極大的方便。

PLC的基本特點是構成系統比較靈活。在一些小型的系統中即控制和監視點數較少時，可以采用小型PLC控制系統來實現工藝過程的監視及控制。小型系統采用一臺PC機為主站，多臺同型號PLC為從站，實現系統的監視及控制。現在隨著PLC網絡技術的發展，多臺PLC組成的大型控制系統也不斷被采用，功能已經越來越接近于DCS系統。系統可由多臺PLC組成，通過網絡將多臺PLC相連接，PLC可作為底層數據采集和實現就地控制。比較大的控制系統可以用一臺PLC為主站，多臺同型號PLC為從站，構成PLC網絡，實現比較復雜系統的綜合監視及控制功能。PLC也可以作為DCS的一個子系統存在于DCS系統之中。

4.        DCS控制系統

分散控制系統DCS（DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）含義是控制危險分散集中顯示。分散控制系統DCS是集4C（COMMUNICATION，COMPUTER，CONTROL，CRT）技術于一身的監控技術。他的特點是從上到下的樹狀拓撲大系統，其中通訊是其關鍵技術。DCS由四部份組成：I/O板、控制器、操作站、通訊網絡。I/O板和控制器際上各DCS廠家的技術水平都相差不遠，如果說有些差別的話是控制器內的算法有多有少，算法的組合有些不一樣，I/O板的差別在于有的有智能，有些沒有，但是控制器讀取所有I/O數據必須在一秒鐘內完成一個循環；操作站差別比較大，主要差別是選用PC機還是選用小型機、采用UNIX還是采用NT操作系統、采用專用的還是通用的監視軟件,操作系統和監視軟件配合比較好時可以減少死機現象；差別*大的是通訊網絡，*差的是輪詢方式，*好的是例外報告方式，其速度要相差很多。控制器I/O部件和生產過程相聯接，操作站和人相聯系，通訊網絡把這兩部分聯成系統。所以操作站是DCS的重要組成部分，工程師站給控制站和操作站組態，歷史站記錄生產過程的歷史數據。

DCS系統的數據主要來自現場的信號和各種變量，在控制站中表現為與工位號對應的相關測量值（PV）、設定值（SV）、操作輸出值（MV）及回路狀態等。這些數據被采集到DCS控制站相應的存儲器里，構成實時數據。其他屬于與工位號有關的組態信息，如量程、工程單位、回路連接信息、順序控制信息等，也在控制站中存儲，但同時必須在操作站或工程師站中存儲，而且有映像關系。中小型DCS控制站，以控制16-32回路為限、分散性較易為人們所接受。目前小型DCS所占有的市場，已逐步與PLC、FCS共享，今后小型DCS可能先與這2種系統融合，而且“軟DCS”技術將先在小型DCS中得到發展。控制站是整個DCS的基礎，它的可靠性和安全性*為重要，死機和控制失靈的現象是不允許的，而且冗余、掉電保護、抗干擾、構成防爆系統等方面都應很有效而可靠，才能滿足用戶要求。多年的實踐經驗證明，絕大多數廠家的DCS控制站是能夠勝任用戶要求的。           

DCS系統價格相對PLC系統較高，當然應從性能價格比、產品生命周期及用戶根據實際生產裝置的自控要求對DCS進行選型、工程費用、維修費用等方面綜合考慮。更重要的是目前PLC系統、工控機系統（IPC）的價格都是以廉價著稱，所以DCS廠商在這方面面臨的形勢很嚴峻，今后５年雖然DCS可以生存，但應在降低成本、減少維修費用、發展遠程診斷和維護及完善服務體系等方面多下功夫，應對以直銷為主的方式進行修正，即讓更多的同行能參加到DCS應用的行列中來。

DCS的發展初衷主要是解決系統中的控制回路的控制算法。70年代中期，過程工業發展很快，但由于設備大型化、工藝流程連續性要求高、要控制的工藝參數增多，而且條件苛刻，要求顯示操作集中等，使已經普及的電動單元組合儀表不能完全滿足要求，在此情況下，業內廠商經過市場調查，確定開發的DCS產品應以模擬量反饋控制為主，輔以開關量的順序控制和模擬量開關量混合型的批量控制。所以今天DCS的優勢仍然是實現模擬量控制，模擬量控制及其算法是DCS的核心技術。