浅谈发电厂电气自动化控制系统的设计与应用

王聪中

（四川二滩建设咨询有限公司，四川 成都 610072）

随着经济的发展和发电厂整体运行水平的提高，越来越多的发电厂开始重视电气自动化控制系统的设计与应用情况。发电厂生产环节的用电设备分布在不同的配电室中，运行与维修环节的工作量都非常大，一旦设备出现问题可能会影响到发电厂较长一段时间内的生产效益。由此，建设电气自动化控制系统，有利于精简发电厂生产过程中的资金使用情况，大大缩短生产到经营环节的时间。

1 电气自动化控制系统监控的实现

1.1 远程监控与现场总线监控

在目前的电气自动化控制系统中，远程监控方式与现场总线监控方式是常见的自动化系统监控方式。其中远程监控方式在设备的安装方面较为简易，几乎不需要安装过多的电缆设备提供支持，并且在远程监控发电厂生产状况的时候，具有很强的远程操作稳定性，具有使用形式比较灵活的特点。现场总线监控方式同样也有较为便捷的远程操控特征，并且不需要安装过多的配套设备，通常直接安装上智能通信设备，便可以实现与发电厂监控系统的直接通信连接，如此一来可以精简大量的控制电缆设备，有效节省配套设备所需要的资金成本投入情况，基本也无需工作人员浪费过多的时间在监控系统的通信连接环节。现场总线监控内部装置的功能互不交叉，网络连接之后便可以自由组态，任意装置出现故障情况也不会对其他装置的运行造成影响，所以现场的总线监控方式是未来发电厂系统监控的主要发展方向。

1.2 集中监控方式的实现

集中监控方式在防护形式并没有过多的设置，所以系统设训相对比较容易，不仅运行起来较为快捷，日后的维护检修工作也比较方便。但是，集中式监控方式在工作的时候会将电气自动化控制系统内部的功能都集中起来，最终在一个处理器内进行集中处理，这样便会导致处理器集中处理的任务较为繁重，容易降低设备的运行速度。目前发电厂中的电气设备几乎都采用了监控手段，随着监控设备数量的不断增加，慢慢的主体冗余便会出现下降，再加上电缆设备数量的与日俱增，最终会导致发电厂的资金成本加大，而且电缆的长距离运行也容易对系统的整体稳定性造成影响。另外，隔离刀闸与电路器设备在连接时选用的是硬接线，在隔离刀闸辅助接点不到位的情况下，监控设备无法实现下一步的操作，二次接线方式的复杂性，降低了查线工作的效率，导致设备的维护工作变得困难，容易造成失误操作情况的频发。

2 电气自动化控制系统的组成情况

2.1 电气自动化控制系统

自动化系统主要是指由相互制约的各个部分，按照某种要求组成的能够实现自动控制功能的系统，包含的设备通常有传感器、被控对象、执行器等等。就比如室温自动控制系统，需要控制的对象便是发电厂中的恒温室，采用的传感器设备通常为温度传感器，控制器则采用了温度控制器，最后再用电动调节阀作为执行器，便可以完成室温自动控制系统中的整个控制过程。这一控制过程中涵盖着不少组成部分，通常被称为环节，每个环节之间都有不同的信号传递方式，系统的控制功能需要依靠环节之间的信号传递来完成。

2.2 电气自动控制系统

相比电气自动化控制系统，电气自动系统的对象则主要是恒温室以及热水加热器。室内的温度是自动控制系统的被控变量因素，理论上说，被控变量会有对应的给定值，在运行的过程中被控变量需要按照给定值来完成工作，但是在实际工作的过程中，自动控制系统常常会受到很多因素的干扰，这时被控变量会逐渐偏离给定值。在这种情况下，自动控制系统的作用便是根据被控变量偏离的程度，对执行器进行调节，促使被控对象的物料量发生改变，从而逐渐恢复到给定值的轨道当中，逐渐恢复为给定值。

3 电气自动化控制发电系统的配置

3.1 操作员站的数据采集工作

电气自动化控制系统操作员站的主要功能集中在数据的采集与处理方面，操作员站能够定期对发电厂全站生产运行中的输入信号和输出信号进行滤波处理，最终一一排查出引发事故的故障情况以及触发原因。在排查的过程中，操作员站能够对状态和模拟信号的参数变化进行分析，实现数据库的及时更新，通过为控制系统中的监控提供生产运行状态的数据资料。在分析与记录的时候，操作员站能够按照制定的顺序对自动装置的动作进行记录，同时设置上上限、上限、下限、下下限等几个额定数值，若是发现测量值超过额定数值，便会自动发出警报。这样一来，安全事故发生之后，操作员站便可以马上查找出相应的事故追忆记录，了解到事故发生前后一段之间模拟数值的变化情况，最终科学分析出引发事故的具体原因。

3.2 发电厂分散控制系统

发电厂的电气自动化控制系统，通常会设置一套分散控制系统（DCS），从而结合分散控制系统操作模式，对系统进行集中操作。目前发电厂常用的控制系统主要是西门子公司出品的SIMATICPCS7控制系统，里面涵盖着数据文件站、五个操作站、五个过程处理中心以及工程师站，这几个板块综合使用便可以实现对整个电气自动化控制系统运行情况的集中控制。这套分散控制系统类似于高速运行的以太网，能够通过冗余通信设备控制通信系统，其中的I/O（输入/输出）点中有两个生产线，还有相对独立使用的控制器，每个焚烧线中都会安装7个远程I/O站，还设置有远程I/O站控制公用设施系统，能够分别处理低压电器的信号，这套分散操作系统主要有运行操作、报警时间以及采集完整的数据信息等功能，可以对发电厂的生产过程状态进行全方位的监控。

3.3 数据采集模块设计

数据采集模块是电气自动化控制系统的重要组成部分，里面主要涉及两个重要模块，一方面是模拟量数据采集模块，另一个则是数字量数据采集模块。由于发电厂电气自动化控制系统在运行的过程中，会涉及到有功功率、电流频率、线路电压等复杂的模拟量参数，所以可以在交流电路中，采集某周期内N个交流电压信号、电流信号的瞬时值，以便完成最终的模拟量数据采样工作。之后再借助A/D转换与后续运算处理方法，分析得到被测定电压的有效参数。数字量数据模块的主要工作，包括分析断路器对应的运行状态、断路器保护动作信号以及同期检测状态等数据信息，从而为电气自动化控制系统的运行提供信息化的数据参考。

3.4 以太网系统与过程处理中心

以太网网络主要由上层控制网和下层控制网两大部分组成，这两个管理网负责的具体工作有所不同。上层控制网需要使用同轴电缆，通过ES站、控制器上的CP443-5通讯卡以及OS站进行连接，通常以欧洲的Profibus为标准，能够辅助操作员站对发电厂的生产设备进行实时监控与管理，实现数据信息的共享。下层控制网则通过ET200M上的IM153-1连接到AS417-2DP控制器，同样需要以Profibus作为标准，之后完成对发电厂现场信号的采集，逐步进行数据分析与处理，最终完成控制器的冗余通讯目标。

过程处理中心的常见型号为AS417-4-2H型号，具有很多的性能优点，例如，在充斥着无线电干扰、振动以及高电气噪声的环境下，依然可以正常运行，即使处于环境温度为-10℃～50℃，相对湿度为5℃～95℃的环境下，可编程控制器系统中的硬件依然可以正常工作，这样一来，在电气自动化控制系统出现CPU断电情况以后，过程处理中心还依然能够完成对相关数据和程序的备份与保存，具有较强的安全性与实用性。

4 结语

综上所述，将电气自动化控制系统应用于发电厂的生产过程中，有利于提高发电厂生产运营的自动化水平，对于发电厂生产效益的提升有着深远的影响。发电厂在实现产品转型升级的时候，要充分融合与运用自动化控制系统的便利与优势，大幅提高电气设备的运行效率，精简生产环节的资金与时间消耗，最终带动发电厂生产的自动化水平与经济效益，建立安全稳定的产品生产模式。

参考文献：

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[2]张财军.浅析电气自动化控制系统的设计思想[J].商品与质量,2016，(26):139-140.

[3]叶月娥,叶波.浅析电气自动化控制系统的设计理念及工作步骤[J].建筑工程技术与设计,2016，(20).