电厂电气自动化技术应用探讨

摘要：工业企业电气自动化技术简称电气自动化技术，由于具有在生产中反应速度快、能量综合平衡、临界点稳定工艺等优点在生活中受到广泛的应用。伴随着信息化的更新，工业得到快速发展，在化工行业中，对电气自动化技术的要求相对更高。

Abstract： Industrial enterprises electric automation technology is referred to as electrical automation technology. Due to its advantages， such as， fast reaction in the production， the overall balance of energy， the stability of the critical point， it is widely used in life. With the update of the informatization， industry has a rapid development. In the chemical industry， the demand for electrical automation technology is relatively higher.

关键词：石油化工；火力电厂；电气自动化

Key words： petrochemicals；thermal power plants；electric automation

中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0046-03

0 引言

电气自动化是工业企业电器自动化的简称，从上个世纪的50年代开始兴起电气自动化，伴随着科技的进步一直发展壮大至今，现阶段石油化工工业的自动化技术以及装备技术已经取得了较为先进的发展，并且还在进一步的扩展应用领域，加快发展的速度。从最初的发展到现在，短短的几十年时间，由最初的手工操作到连续工艺，带给工业极大的发展进步。工艺发展的同时对生产的稳定性也提出了较为严格的要求，仪器表的应用也越来越广泛，由于自动化专业涉及的范围比较宽广，应用的领域也相对较为广阔，在闭环控制到全面的自动控制方面均采用DCS。DCS普遍应用在化学工业中，控制水平有了较快的提升，现已采用了多变量复杂控制技术，其蓬勃的发展对人们的生活和生产也产生了巨大的影响，现今生活中到处可见自动化的身影。科技的快速发展带动了工业规模进一步扩展，对化工行业来说，自动化技术的要求更加严格。信息技术的发展极大的促进了化工技术的发展，使得电器自动化技术得到更为广泛的应用。

1 工业电气化自动生产在化工行业的应用

1.1 先进控制的应用 先进控制（ＡＰＣ）不同于常规的单回路控制，它具有比常规的ＰＤ更好的控制效果，由于技术含量更为丰富，一直没有明确的定义，也就没有得到普及应用。

1.1.１ 先进控制的特点 先进控制可以对那些常规控制无法进行控制或控制效果不够理想的工业自动化过程实施控制，化工生产的生产过程相对较为复杂，在自动化实现中很难建立起数学模型，而且应用预估控制技术还大大降低了对数学模型在精度方面的标准、要求，因此采用先进控制可以弥补常规控制所满足不了的要求。相较传统的PD技术，先进控制可以进行模型的控制，对模型采取预测控制、推断控制，并且正逐步向智能化的方向发展。先进控制还能对多变量耦合、控制变量、被控变量及进行大时滞等进行约束，具有处理复杂的多变量控制的特点，它依靠计算机技术的发展，计算机技术是先进控制得以发展的平台。

1.1.2 先进控制的内容 化工行业采用过程辨别技术来确立变量之间的关系。建立动态的数学模型来表征实际的过程，由多个输入、输出变量质检相互制约的关系进行控制。需要注意的是要保证过程中对变量数据的采集、处理及软件的测量等必须具备有效性、可靠性，因为现场的数据在采集的过程中会受到噪音的干扰，必须进行滤波处理。先进控制需要对不可测量的变量数值进行适时的计算。智能控制系统是先进控制的热点，包括：专家系统、神经网路以及模糊控制等。生产过程的监督以及生产过程中的故障诊断通过专家系统可以完成与人工操作同样控制的效果。化工企业大多是进行滞后大、非线性的模糊控制，需要用神经网络完成复杂且多变的模式、联想的预测及记忆等。这种技术与模糊控制结合使用，可以替代仪表对分线性对象进行生产的疑难、复杂的控制。

1.2 现场总线的应用

1.2.1 现场总线的出现带来了巨大的影响，造成了化工工业技术领域的重大变革。它是生产过程中的自动化应用。现场总线控制系统（ＦＣＳ）具有全数字的多点通信、对现场的设备状态可进行控制、开放性的相互操作，成为化工行业基础自动化系统建设中主要的发展方向。由于DCS技术性能可靠、软件丰富、功能完善，客户通常会选择使用，它担负着化工企业生产过程控制的主要任务，FCS技术因存在网络冗余性问题引发可靠性相对较弱，功能没有ＤＣＳ完善，市场上的应用没有ＤＣＳ广泛。

1.2.２ 现场总线的特点 现场总线式主要应用于智能现场设备与自动化的网络控制系统之间的连接，它通过网络技术有机整合了控制系统与现场通信网络。现场总线具有互可操作性、互用性及系统开放性，具备智能化、系统结构分散性的技术特点。

1.2.3 现场总线控制系统优势 现场总线系统在化工企业中应用能够将初期的投资及安装费用减少，FCS的硬件投资额相比ＤＣＳ系统的要低。ＦＣＳ技术设置结构简单，室内设备少，可以在一对双绞线上挂接众多的仪表、设备，减少了电缆、桥架及槽盒的用量，将基础投资减少的同时还减轻了人员的工作量，减少了一些设计安装的程序。在后期的投资方面也有益处，一旦情况发生变化，可以在旧电缆上进行就近连接，无需增设新电缆，大大节约了电缆施工费用。ＦＣＳ技术方便管理人员进行生产现场、自控设备运行状态的及时查询和控制，确保了控制系统的可靠性及有效性[1]。

2 火力发电厂电气自动化技术应用

石油工业在勘探石油-开采石油-加工石油这一系列的过程中，都离不开电气设备。电气设备为生产提供了动力和控制，石油石化行业对生产过程中的电气产品要求相对特殊。石油石化行业应用的电气设备大致上可以分为电动装置、电加热装置及控制系统三大类，能用到40多个电气设备产品。石油石化行业不仅需要先进的工艺等技术因素，还很注重原料及装备，不仅仅只有机械设备、反应设备为石油石化企业提供生产的动力及控制，许多的电气设备也都投入了应用。目前许多的大型化工企业都已经建设了自备电厂及厂用变电站[2]。

2.1 电气自动化技术系统的优势与特征 电气自动化系统为火力发电厂的服务运行提升了效率，人们逐步加大了对自动化电气系统的监控研究，就是要将自备电厂的低压用电电气系统进行科学的分析并加以控制、保护。目前网络化、信息化、数字化的技术优势方便了对其进行集控管理，简化了工作人员的劳动量，将火力发电厂的信息化发展、自动化服务运行水平大大提升了，并且保证了电气控制生产的安全性、可靠性。火力发电厂的电气自动化系统存在一定的复杂繁琐特征，因为布置设备和总体数量都相对较多，在安装阶段需要将他们分散的设置在不同的配电室、电动机主控中心，需要安装较多的电气元件，系统需要承载的信息量较大，操作不方便且维护检修困难。控制方面来讲，电厂的应用电气自动化系统的设备主体时要和DCS系统进行连接的，因此将DCS控制模式进一步的完善，确保系统能够可靠、高效的进行系统联网。对正常运行操作及启停能够确保效能的基础上，也要实现能够实时显示运行情况及状态，方便发生事故、出现异常运行前做好防范措施并及时进行解决。

2.2 应用电气自动化技术的必要性 炉、机系统的简单性控制是电厂在传统生产中集散控制的侧重点，电气安全保护系统是可以独立运行的。厂用的自动励磁调节、切换电源等装置均与DCS系统之间存在优先的交换和信息访问量，由于能够将整体自动化电气系统反应出来的信息量不多，造成进行电气系统运行管理的操作人员存在很多的不便之处，不能运用较为快捷、便利的系统操作模式，电厂一旦发生突发的安全事故不能及时准确的进行分析并及时进行有效的解决。因此需要将电气系统的自动化水平加以提升，摒弃传统的一对一硬接线进行信号采集的模式，采用较为智能的设备与现场总线技术方式有机结合，构建并完善电力系统的综合通信网络，切实的将自动化电气系统管理水平提高。

2.3 自动化技术系统的配置应用 智能化远程控制、集中控制以及现场总线系统控制方式是电气自动化系统配置的应用主体。智能化远程控制利用硬接线电缆将采集柜和现场的信号进行连接，并利用光纤、双绞线等将DCS主机和采集柜进行连接，这种方式将电缆材料极大的节省了，简化了安装环节，降低了操作成本，有效降低了控制面积，将整体系统的可靠性和智能型提升了一个较高的层次，实现了自检、数据处理及自校正等功能。集中控制主要是通过利用现场的电气馈线设置设备的接口，然后采用硬接线电缆合理连接集散控制系统的通道，实施对发电全场的监控。其具有良好的维护运行效果，较为快速的对应速度，针对监控站实施的防护水平适中，DCS的系统成本造价也相对合理等特点。同时存在不足之处，因为DCS监控着所有的电气设备，一旦监控对象总量持续增加，将会造成DCS主机冗余下降，电缆引进的长距离性干扰同样也会影响DCS系统的可靠性。现场总线技术控制方式是信息技术、网络对现场、控制领域进行渗透的现实表现，排除了DCS系统控制站以及相应的输入、输出单元，实现了集散控制体系真正意义上的创新与改变，它利用高度分散控制功能从根本上实现了分散控制[3]。

2.4 电气自动化系统技术发展的趋势 电厂的电气自动化技术在实现了监控、测量、保护目标三者于一体的功能同时还将太网和现场总线技术系统一体化的网络，运用分层分布的方式实现对整体系统的监视、控制，将信息通信和数据采集推向了更为先进的领域，有效摆脱了下层功能依赖上层网络和设备的硬伤[4]。电厂内含监控技术已经可以和相关类的监控系统实现良好的数据交换，能够对电厂的运行生产进行实时的动态控制及信息化的控制与管理。ECS监控系统将逐渐取代传统的操作系统，实现控制的科学性及管理的智能化转变，实现控制系统的一体化测量，推动网络智能化管理综合发展。基于太网的综合优势，电厂还将实现综合的自动系统化功能。

2.5 电气自动化技术的创新应用与管理

2.5.1 实现了监控运行一体化模式的转变，使DCS系统能够分析、汇总整体机组的信息状况和运行参数，最大限度的将机组潜力发掘出来，并激发了系统自身的控制功能，将控制时进行了合理的缩减，简化了控制系统。单元化统一火电机组方便了信息的采集和提供，对电网的系统管理运行进行了强化，大大提高了工作效率。

2.5.2 可以通过计算机系统进行实时的保护、控制，能够尽早的发现安全隐患，并进行合理的调整、更新，转变保护策略，实现防患于未然的管理目标，保障自动化电气系统能够安全、良好的持续运行。

2.5.3 目前电气自动化系统还没有根本的满足DCS系统进行全通信电气控制的目标。电气自动化系统和之间始终需要部分硬接线。我们首先应该解决连锁热工工艺问题，将后台电气系统的实际应用水平提高，并将电气系统的控制水平、逻辑，自动化能力，管理运行绩效等全面提升。

2.5.4 优质通用型网络结构更够提供电气系统良好服务运营的支撑。科学的运用创新型自动化电气技术，能够完善并保障电厂实现对现场控制设备的实时监控，同时营造了良好的信息数据传输、汇集环境，对电厂全集成性自动化运行目标的实现有积极的意义。

3 总结

电厂的电气自动化技术对于电厂的运行起到了极大的功能作用，极大的激发了火电机组运行服务潜力，形成了单元控制运行模式，对电网服务的统一管理进行了有效的强化。提高了系统管理的效率，并对成本进行了有效的降低与控制，有效的促进了电厂的综合竞争能力。伴随着科学技术的进一步发展，我国石油石化企业的电厂电气自动化控制技术也会得到长足的发展与进步，最终实现电气自动化技术的全局自动化。

参考文献：

[1]戴戈.工业电气自动化生产在化工企业中的应用[J].科技风，2011，（21）：86.

[2]崔宏薇.百亿石油石化市场诱惑电气设备企业如何掘金？[J].电力系统装备，2010，（4）：26-29.

[3]杜晓伟.论火电厂电气自动化系统建设[J].价值工程，2012，31（7）：127.

[4]王建峰.火力发电厂电气自动化应用探讨[J].科协论坛：下半月，2011，（12）：20-21.

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