自动化集控系统在智慧电厂中的设计应用

李闯

摘要：电力行业及自动化控制技术的发展，促进了智慧电厂中自动化集控系统的开发和应用。电厂自动化集控系统的设计，能够有效降低工人劳动强度，实现“远程监控、无人值守”，减少电厂的经济支出，提升智慧电厂的经济效益。现针对智慧电厂中锅炉水位监控DCS设计、电除尘远程控制系统整合以及视频监控改造设计展开分析，完成电厂自动化监控系统设计，提升电厂控制质量及运行效率。

关键词：自动化集控系统;智慧电厂;设计;锅炉水位监控;DCS设计

0    引言

“集控”一詞的提出是针对单独控制而言，传统电厂通常采用的是母管制，实现对炉、电以及机的分开管控。在现代智慧电厂建构中，集控技术的应用也就是单元制机组，在各个发电机上配备各自的汽轮机及锅炉，以实现对炉、电以及机的集中管理。在集散控制系统上可以实现对炉、电及机的操作控制，各机组分开，即被称为“集控运行”。本文将针对智慧电厂的自动化集控系统设计展开分析。

1    智慧电厂供电集控站功能设计

为满足软件设计要求，智慧电厂供电集控站功能设计包括：（1）数据采集模块，实时采集和管理电量、信号等相关需要保护的数据，这一模块功能主要为标志转换、越限检查以及平均/最值记录等相关工作;（2）模块控制操作，主要是实现远程控制、负荷控制、告警等功能;（3）实时动态监视系统运转，完成工程画面编辑形式、状态转变以及报表规范等工作;（4）运行历史数据管理，针对系统运行中的历史数据实施查询和记录，并将其导出进行处理和管理。

2    智慧电厂自动化集控系统设计

2.1    锅炉水位监控DCS设计

本次设计采用Javacript语言实现和DCS系统的对接，设计过程中采用三个水位信号进行对比，如果所选取的三个信号均显示为正常，则为正常情况，输出取中值;如果出现一个信号异常，则选取剩余两个信号的平均值;如果出现两个信号异常，则选取一个信号值，且I0_BAD置1，为信号故障;如果所选的三个信号均为异常，则取0，I0_BAD置1，即为信号故障。锅炉水位变化对于锅炉的正常运行具有直接影响，传统电厂锅炉水位控制采用的是手动调节，能够适当增加或减少进水量，相对来讲调节精度偏低，无法实现和DCS系统的整合。同时，在此操作过程中也存在较大的人为因素影响，不利于保障锅炉安全运行。想要实现锅炉水位的自动控制，应设计和应用水位监控模块作为锅炉水位的主要调节方式。

2.1.1    设计思路

基于Javacript语言设计实现和DCS系统的对接，就要遵循物质守恒原理，简单来讲就是实现汽包水位和蒸汽总量与进水保持平衡。如果在控制过程中进水量超过阈值，就要适当减少进水量;相反，则需适当加大进水量。另外，在控制过程中应有效实现自动和手动控制之间的切换，如果DCS输出显示为OFF，就需要手动操作。

主要取3个水位信号进行对比，如果所选取的三个信号均显示为正常，则为正常情况，输出取中值;若一个信号坏，则选取剩余两个信号的平均值;若两个信号坏，则选取剩下一个信号值，I0_BAD置1，即为信号故障;信号均坏情况下输出为0。

2.1.2    程序设计

锅炉水位自动调节程序中部分程序如下所示：

CycleON： BOOL;//控制周期结束，用于基于物质守衡的专家控制

BoiLSet： SFLOAT;//设定汽包水位值

BSC_No_SLoop： INT;//单回路时其表示的是模块序号

…

2.1.3    程序调试

DCS输出显示为OFF，即为手动操作。如果DCS输出显示为ON，即：第一，汽包内水位和判断水位相比偏大，DCS动作，关闭控制阀门，以降低进水量;第二，汽包内水位和判断水位相比偏小，DCS动作，开启控制阀门，以提升进水量，满足需求。

2.2    电除尘远程控制系统整合

在现代电厂节能环保领域，电除尘系统是重要设备之一，因此需要在DCS系统中实现电除尘控制系统的整合。

2.2.1    电除尘工作原理

电厂降压振打时电压输出波形情况如图1所示。在运行过程中如果二次电压达到谷值，脉冲振打装置进入工作状态，打下吸附在极板上的灰尘，采用灰斗收集灰尘，通过管道利用高压风将灰尘输送到灰仓中存储，也可对灰尘实施转运。

2.2.2    除灰系统优化设计

除灰系统优化设计要改进PLC系统，且保持其他回路不变。整合后为3台西门子S7-200 PLC主机、3块S7-200 223输入模块以及以太网模块。

2.2.3    上位机系统优化设计

上位机系统和下位机系统通信方式为RS485网络通信，9.6 kb/s速率，应用电除尘上位机系统实现对高低压控制柜的监控，从而制定相应的优化策略。上位机系统的主要功能为监视运行参数、定值修改、提供监控画面及报表、故障报警等。应用Modbus通信协议，能够实现和当前流行的几乎所有组态软件相兼容，为第三方开发工作提供支持。

2.2.4    控制柜和变压器的配合

如果是在正常运行环境下，因为二次电流过冲，会导致出现较大峰值电流，供电期间会对变压器造成较大冲击，特别是在电场放电期间冲击更大，所以一定要结合当前变压器实际阻抗对高压电源控制方式实施合理调整，以保障变压器长期稳定运行。不然如果变压器内部出现较大应力变化，变压器一次接线可能发生断裂。结合变压器不同技术参数的实际运行现状，可以合理调整放电火花检测灵敏度及高压电源电流上升率，以此为变压器电场放电检测和间歇期内运行安全性提供保障。