热工自动化技术的现状与发展-发表论文__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：自动化论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:325

副标题#e#
　　热工自动化技术的现状与发展
　　吴万功
　　山东电力基本建设总公司250001
　　摘要：热工自动化专业技术今后仍将会以令人惊讶的速度不断发展。在测量技术方面，新原理、新材料、新工艺制成的各种新型传感器、变送器将层出不穷，二次仪表将全面智能化，趋向于传感器变送器二次仪表一体化，小型化，智能化。
　　关键词：热工自动化DCS系统现状发展
　　1前言
　　近20年来热工自动化专业发展非常快，无论是测量技术控制理论，还是仪表设备控制装置以及控制系统的构成，与20年前相比，都已有了很大的变化，以新原理，新材料，新工艺生产的各种传感器，变送器，不断地被开发出来，控制系统、控制装置也是日新月异。现在DCS系统已在我国大型火电厂中普遍应用。
　　2现状
　　2．1热工测量技术方面
　　（1）温度测量。火电厂热工测量控制系统中的温度测量传感器，采用热电偶热电阻，少数地方采用其他热敏元件如金属膜（双金属膜）水银温包等作为温度测量的一次元件。变送器及二次仪表中，DDZ－2型的温度变送器配小条形指示仪表和长图型记录仪表在125MW以下机组中仍在使用，二次仪表也有数显仪表或数字化的无纸记录仪表，300MW以上的机组一般是热电偶热电阻信号直接进入电子室，由DCS系统中专门的信号调整模件转换成适用于控制系统的信号。热电偶的冷端补偿，依据控制系统的不同而采用各种不同的方法现用通常采用的方法有：冷端补偿器，恒温箱，用热电阻测量接线盒中的温度然后在软件中进行修正，补偿导线直接进入电子室由DCS系统的信号调整模件进行补偿处理。
　　（2）压力（真空）测量。传感器为应变原理的膜片，弹簧管，变送器为位移检测原理或电阻电容检测原理，（4～20mA），二次仪表以数显为多。
　　（3）流量测量。以采用标准节流件依据差压原理测量为主，少数地方采用齿轮流量计或涡轮流量计，如燃油流量的测量。大机组中的主蒸汽流量测量许多地方不用节流件，利用汽机调节级的压力通用公式计算得出。用节流件测量主汽流量时一般都有压力温度补偿。二次仪表数字化智能化，DCS中实现密度补偿更为方便。
　　（4）液位（料位）测量。液位测量以差压原理经压力补偿测量为主流，电接点，工业电视并用。云膜或轻液双色水位计仍在使用。有用浮子及电磁原理的液位开关。料位测量以称重式或电容式传感器配4～20mA变送器测量，也有用浮子式或超声波原理。
　　其他热工测量如氧化锆烟气含氧量测量，电导率测量，二相流的测量，火焰检测等，除电导率测量比较简单外，这些测量多数还处于研究开发阶段，或者说还不十分定型和成熟。
　　2．2自动控制及其系统
　　汽包水位自动调节系统一般采用典型的三冲量系统或串级系统，在大型单元机组中一般设计有全程调节，因此有单冲量，三冲量之间的切换逻辑，一般依据负荷来切换。
　　燃烧调节系统中的送风系统通常采用风煤比加氧量校正，炉膛负压系统与送风系统之间采用动态联系，通常设计有加负荷时先加风再加煤减负荷时先减煤后减风逻辑以及过燃烧逻辑。主汽压力调节系统通常为串级调节系统。
　　主汽温度调节系统一般以减温水调节为主，辅以尾部烟道档板调节或喷燃器角度调节系统。由于汽温调节对象是一个多容环节，它的纯迟延时间和时间常数都比较大，在热工自动调节系统中属于可控性最差的一个调节系统，因此专家们也特别关注对这一类系统的研究。
　　机炉负荷协调控制在大型单元机组中都有设计。通常设计有这样一些运行方式：基本方式，锅炉跟随方式，汽机跟随方式和协调方式。大型单元机组一般还设计有RUNBACK和FCB运行工况或运行方式。
　　另外，由于机组的自动化水平的不断提高，对机组的运行参数的测量也提出了更高的要求，控制用的参数测量与监视用的参数测量一般都要求有各自的测量元件，#p#副标题#e#控制用的测量参数还需要经过数据保险的有关逻辑以提高控制系统的可靠性，如三取中或取平均，或好值坏值判别逻辑等。
　　开环控制包括了联锁保护，顺序控制，选线控制等控制内容。火电厂单元机组中主辅机设备都有联锁保护，如停机停炉的大联锁，一些重要辅机的保护跳闸，备用泵的自启动，成组设备的顺序启停等。
　　2．3关于DCS
　　2.3.1目前大机组的仪控系统大多选用DCS系统。
　　DCS系统在火电厂发电机组控制中的应用已有10多年的历史了，而且正在越来越多地得到应用。DCS系统是相对于计算机集中控制系统而言的计算机控制系统。这样的控制系统给我们带来以下一些好处：
　　（1）故障分散是推出DCS系统的最大理由，DCS系统就是要解决集中控制系统致命的弱点—故障集中。
　　（2）缩小控制室尺寸或控制表盘的长度。
　　（3）大量缩减控制系统所需的电缆。
　　（4）大量减少控制系统所需的备品备件种类及数量。
　　（5）减少工艺生产的运行对仪表控制设备厂商的依赖，减少仪控人员培训所需的费用。
　　（6）提供了控制系统构成的灵活性，具有组态便利和可扩展性。
　　（7）实现过程实时参数和历史数据的管理，提供性能计算，设备寿命计算等功能。这是传统的仪表控制系统所望尘莫及的。
　　2.3.2DCS系统是否确实给我们带来了这些好处呢？
　　以一些在火电厂单元机组控制系统中应用的DCS系统来考察，如在山东黄台发电厂应用的FOXBORO的I/A系统，和上海新华的XDPS等，综合分析如下：
　　（1）关于故障分散。大多数DCS生产厂商现阶段所提供的系统在实际应用中并非象我们想象的那么故障分散。由DCS系统控制的火电厂单元发电机组，因为DCS系统的某些故障而被迫停运的事情时有发生。这与传统的仪表控制系统相比后者似乎要优于前者。所以DCS系统的构成越接近传统的仪表控制系统，即微处理器或多功能控制器所承担的控制任务从地域上越分散，越能做到故障分散。从这一点上讲，FOXBRO的系统做得比较好。
　　（2）关于控制室的尺寸和表盘长度。这一点所有的DCS系统都能做到大大缩小。不过与传统的仪表控制系统相比，电子室的尺寸和设备相对增加了。
　　（3）关于节约电缆。由于DCS系统所采用的设备器件在现阶段来说仍然是比较娇贵，需要防尘和空调，REMOTEI／O还不能大量使用，因此，DCS系统的主要设备都需要安置在条件比较好的电子室，大量的现场信号仍然需用电缆接到电子室。与传统的仪表控制系统相比，电缆有所缩减，但效益有限。
　　（4）关于减少备品备件的种类和数量。备品备件的种类和数量有所减少，并且需要与之打交道的仪表控制设备制造厂商也有所减少。
　　（5）关于减少机组运行对仪表控制设备制造厂商的依赖。由于DCS系统在应用技术方面还不能尽如人意，因此，在机组运行时，尤其在机组试行期间，DCS生产厂家的专家服务似乎成了必不可少。使得培训所需花费也有所增加。
　　（6）关于控制系统构成的灵活性，组态的便捷性和系统的可扩展性。大多数DCS系统的组态也是比较方便的。不过多数系统在在线组态功能方面尚有许多工作可做，好多系统为离线组态，在工程师站编程，然后编译，再下载。有些系统这一过程比较费时，在调试期间这一问题尤其突出。
　　（7）关于DCS系统提供的一些独特的控制功能。由于DCS系统可提供历史数据和实时数据的管理，性能计算等功能，把过程控制推向一个新的更高层次的领域。
　　综上所述，DCS系统解决了现代化大生产中过程控制传统的仪表控制系统难以胜任的问题，而相对计算机集中控制来说故障还是分散的，在许多方面有其独特的优点，是传统的仪表控制系统和计算机集中控制系统所无法比拟的。
　　3发展前景及趋势
　　随着科学技术的不断发展，也由于生产实践的需求以及原有技术的不足，进入新的一个世纪以#p#副标题#e#后，热工自动化专业技术将会以更快的速度发展。控制系统将从DCS系统向FCS或更新型的系统过渡。
　　FCS系统即现场智能仪表加现场总线控制系统，有人称它为是DCS系统的将来。因为FCS确实具有如下独特的优越性：
　　（1）与DCS系统相比，极大地提高了控制系统的故障分散性，从而大大地提高了控制系统的可靠性；
　　（2）具有良好的可扩展性；
　　（3）系统组态灵活方便，因而操作维护也变得简单方便；
　　（4）大幅度削减硬件设备，缩小控制室面积和减少安装材料；
　　（5）大大地节约电缆。
　　由于有这些优越性，许多专家认为未来的工业控制将是FCS的天下。然而FCS系统要发展成为过程控制领域的主角还有待于元器件生产技术和通讯技术的发展。
　　4结束语
　　热工自动化专业技术今后仍将会以令人惊讶的速度不断发展。在测量技术方面，新原理、新材料、新工艺制成的各种新型传感器、变送器将层出不穷，二次仪表将全面智能化，趋向于传感器变送器二次仪表一体化，小型化，智能化。控制系统将由DCS系统向就地智能仪表加现场总线即FCS系统过渡。新的控制理论也将不断地被运用到实际的控制系统中来。