分散型控制系统在热工对象装置上的应用(2)

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火力发电厂设备多、系统庞大、工作过程复杂，大多数设备长期处于极端恶劣的工作条件下，这本身就对设备的可靠性和使用年限有极大的危害。同时，各生产环节对调控信号的响应速度不一致，使得生产状态难以统一，而发电是连续的生产过程，要求系统对负荷变化要能够及时适应。因此，火力发电厂的热工过程控制是一个非常复杂的控制工程，且各局部过程之间相互影响。DCS的控制功能分散、监视操作集中等特点，既能对电厂各系统协调控制，又分散了风险，能适应电厂控制实时性强、可靠性高的要求，在生产实践中取得了较好的效果[6]。例如在日照电厂中，机组绝大部分设备采用Siemens的分散型控制系统Teleperm-XP，并与其他辅助设备的PLC系统进行通信。电厂采用4级的金字塔式分级系统，机组协调控制，使机组能够很平稳地运行，但是对负荷改变响应速度慢，难以适应快速的负荷改变。如需要更快更稳定的负荷响应，需要在设计初期就先把控制思想和锅炉产生蒸汽的滞后时间确定，并根据电网对机组的调频要求在定货合同上写明具体的控制方式和详细的控制指标[7]。论文网

为了提高可靠性以及经济运行的能力，新建小型发电机组大多学习大型机组的经验，采用DCS进行控制。但在实际运用过程中，由于经济投入的考量、技术力量薄弱、设计程序不正式等等原因存在一些问题，为了防止安全事故的发生，不仅需对已经原因DCS的小型电厂进行安全分析和整改，还需严格规范设计过程，使新建小型电厂能够满足安全要求[8]。

在电厂中，如何做到机电炉一体化控制一直是相关从业者的研究课题，除了锅炉、汽机，原本不属于热控范围的电气控制系统（ECS）是否也能够纳入DCS控制范围？上海自动化仪表股份有限公司的研究人员为我们提供了一种DCS和ECS一体化的新方案，针对不同的设备特性以不同的网络连接方式接入DCS。通过大量功能测试、实时性测试以及可靠性和稳定性测试，发现能够实现真正意义上的一体化控制，现已投入应用[9]。在一体化控制的发展进程中，DCS的通讯网络是非常重要的基础。分散型工业控制网络的拓扑结构一般采用星形结构, 环形结构和总线型结构等三种，可以说各有优劣；在网络控制结构方面，一般交换数据不多的小型系统采用集中通讯控制方式，许多厂家的DCS则使用实时性比较好的令牌传递控制系统[10]。

DCS的优越性还体现在信号报警系统的设计上。DCS的应用在信号报警点的数量上、信号报警的类别上、限值的量值上都为信号报警系统提供了较大的应用空间。但也正是由于这样, 过多的信号报警点和信号报警类型常常使得操作人员无所适从,在DCS 中设计信号报警系统变得困难。因此在DCS 中进行信号报警系统的设计时, 首先应对报警的信号进行优先级或重要性的分类[11]，其次应在设计中对不同等级的报警信号采用不同的声和光信号（差别越明显越好）,使操作人员易于识别和进行相应的控制操作。文献综述

正因分散型控制系统具有如此多的优势，研究如何将其更好的应用于热工过程控制是十分有意义的。本文的主要被控对象是ＴＨＪ－3系统中的三个上下串联水箱的液位，这也是考虑到在火电厂中锅炉液位控制的实用性。同时，工业上许多其他被控对象的整体或局部都可以抽象成单容、双容或三容水箱的数学模型，三容水箱作为比较典型的非线性、时延对象，有较强的工业背景，因此，三容水箱数学模型的建立对于热工过程控制的研究非常有意义。

1.3 论文涉及的主要工作