【摘要】 随着社会的发展，人们对环境的要求越来越高，火电厂烟气脱硫及脱硝系统正在不断增加。对于现有机组的改造除了主系统需要选型外，其控制系统也要综合考虑。针对目前较流行的几个控制系统，本文分别进行了介绍，并分析了他们的优缺点及其发展趋势，并针对在增加脱硫及脱硝装置进行改造机组的控制系统选型提出一些建议。
【关键词】 脱硫 PLC DCS FCS 模拟信号 数字信号
1.前言 随着控制技术的不断发展，燃煤电站的控制系统大都已经实现了自动化控制。新建设机组全部采用先进的控制技术，老机组的控制系统也相继进行了改造，大部分机组已经改造完毕。燃煤电站的控制系统基本都采用了目前较流行的分散控制系统即DCS系统，保证发电生产系统的安全稳定运行。目前由于人类环保意识的增强及人类生存发展的需要，国内外都在积极注重环境保护技术的发展及环保工程的实施，新建大型燃煤机组都设计有脱硫及脱硝系统。以前的老机组都没有脱硫（SO2、SO3）及脱硝（NO、NO2等）装置，以及未来的CO2的减排控制等，根据国家对环保的要求必须对现有的发电机组进行污染物的排放控制，达到国家环保要求。火电厂锅炉在增加脱硫及脱硝装置进行改造时，其控制系统要根据具体电厂及具体机组的特殊情况进行设计。现在随着控制技术的不断发展，在控制领域出现了几大主要控制系统。那末在改造设计当中采用什么样的控制系统是目前我们设计人员要认真面对的。即要保证系统的安全稳定，又要考虑客观实际又要节约资金。本文简单介绍了现场脱硫及脱硝改造机组现状，介绍一下几个控制系统各自的特点，根据不同的机组及现场实际情况，为控制系统设计提供一些参
2.火电厂改造机组现状 由于目前改造机组增加脱硫、脱硝系统的工艺大都趋于简单化，尤其是200MW及以下机组，主要考虑成本及系统占地面积等因素。目前在改造机组中脱硫系统的技术一般采用简易湿法脱硫技术、干法和半干法脱硫技术。脱硝技术有采用SCR、SNCR和燃烧调整方式等，其中在改造机组中主要采用降低氮氧化物的生成技术，采用低氮燃烧器及调整二次风等方法降低氮氧化物。从目前国内应用的脱硫及脱硝技术上看，其工艺系统相对比较简单，控制回路也比较少。根据目前对改造机组的设计情况来看，对控制系统的要求大致分为以下两种情况。一种情况是将脱硫、脱硝的控制系统并入到电厂相应机组的主控制系统当中，与原主系统实现集中控制。另一种情况是将脱硫、脱硝的控制系统独立设计，使脱硫、脱硝的操作控制在主系统之外。在系统停运及检修时，不影响主系统的正常运行。根据以上不同种情况，控制系统可以有不同的设计原则及不同的控制实现方式。第一种情况设计可以选用与主系统一致的DCS系统设备，使之与其实现方便的通讯连接。如考虑价格及其它因素亦可设计采用PLC及FCS总线技术，通过其它通讯方式与主系统实现连接。在该方案设计时必须考虑主系统的兼容性，调研原系统的设计容余及备用空间情况。更重要的是原主系统与新设计系统的通讯协议是否兼容等。第二种情况控制系统的设计比第一种情况要灵活得多，可选的控制系统与原主控制系统没有联系，是一个独立的控制系统。该独立的控制系统可以根据用户的要求设计为DCS、PLC、FCS任意一种形式，也可以设计成三个系统技术的综合控制系统。选型主要根据以下几种情况而定：该系统的运行方式；控制系统的资金投入；现场与控制室的距离；系统中模拟控制回路的数量；系统中开关量的数量；现场一次仪表智能化的程度等。三个控制系统各具有优缺点，如条件许可也可以设计成综合的控制系统。它们都在许多电厂中得到了广泛的应用。
3.PLC控制系统 可编程控制器即简称PLC(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER)，虽然现在仍然称PLC，但已经与原来的实际意义不相符合，并不是最初简单的可编程控制器。PLC的最初定义是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，并开发了模拟量闭环控制功能。长期以来，PLC始终在各行各业自动化控制领域得到广泛的使用，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用。主要原因在于它能够为自动化控制应用提供安全可靠和比较完善的解决方案，适合当前工业企业对自动化的需要。目前的PLC已经不仅具有早期的逻辑运算功能，而且已经向综合控制方向发展。新型PLC也在不断完善PID闭环控制功能，其他各种功能也在不断得到改进。PLC已被广泛应用于连续过程的控制领域，而且基于连续过程控制技术的发展趋势正在进一步得到增长。通讯是PLC广泛应用的关键技术，这种技术在PLC领域已经得到扩展。同系统一样，对PLC进行分散化处理已经成为可能，更容易进行管理，以便能够更好地集成在一起。
PLC系统的价格也在逐渐降低。由于PLC系统最小模件单元的价格只在千元左右，甚至更低所以大部分用户已经不再对已损坏的模件修理而是直接更换新的模件，因为修理这样的故障模件也许会花费同样甚至更多的费用。现在一些小型甚至超小型PLC系统已经向工业用户提供了模拟量I/O、PID控制回路、通讯接口，甚至与企业网络系统相连接的现场总线。具有14个通道的I/O和4个PID控制回路的PLC系统，其价格也只有千元左右，这种产品非常适合小系统控制应用的需要。一些PLC供应商依托强大的应用市场发展小型PLC产品，甚至大量的工业用户已经将其看作是低端应用市场上的日用品。
在PLC硬件不断发展的同时，PLC的编程软件也在向前发展。因为作为整个系统不但要充分考虑硬件产品的性能，还必须采取相应的措施为工业用户解决工程师可用的组态软件工具、故障诊断技术、网络通讯能力以及除基本自动化硬件以外的附加软件包的适用性能。目前不但PLC厂家在不断努力开发适合于PLC系统的编程软件，其他软件开发商也在不断推出与之相配套的组态软件，而且每种软件都适合于多种品牌的PLC产品，为用户编程提供了极大的方便。
PLC的基本特点是构成系统比较灵活。在一些小型的系统中即控制和监视点数较少时，可以采用小型PLC控制系统来实现工艺过程的监视及控制。小型系统采用一台PC机为主站，多台同型号PLC为从站，实现系统的监视及控制。现在随着PLC网络技术的发展，多台PLC组成的大型控制系统也不断被采用，功能已经越来越接近于DCS系统。系统可由多台PLC组成，通过网络将多台PLC相连接，PLC可作为底层数据采集和实现就地控制。比较大的控制系统可以用一台PLC为主站，多台同型号PLC为从站，构成PLC网络，实现比较复杂系统的综合监视及控制功能。PLC也可以作为DCS的一个子系统存在于DCS系统之中。
4.DCS控制系统 分散控制系统DCS（DISTRIBUTED CONTROL SYSTEM）含义是控制危险分散集中显示。分散控制系统DCS是集4C（COMMUNICATION，COMPUTER，CONTROL，CRT）技术于一身的监控技术。他的特点是从上到下的树状拓扑大系统，其中通讯是其关键技术。DCS由四部份组成：I/O板、控制器、操作站、通讯网络。I/O板和控制器国际上各DCS厂家的技术水平都相差不远，如果说有些差别的话是控制器内的算法有多有少，算法的组合有些不一样，I/O板的差别在于有的有智能，有些没有，但是控制器读取所有I/O数据必须在一秒钟内完成一个循环；操作站差别比较大，主要差别是选用PC机还是选用小型机、采用UNIX还是采用NT操作系统、采用专用的还是通用的监视软件,操作系统和监视软件配合比较好时可以减少死机现象；差别最大的是通讯网络，最差的是轮询方式，最好的是例外报告方式，其速度要相差很多。控制器I/O部件和生产过程相联接，操作站和人相联系，通讯网络把这两部分联成系统。所以操作站是DCS的重要组成部分，工程师站给控制站和操作站组态，历史站记录生产过程的历史数据。
DCS系统的数据主要来自现场的信号和各种变量，在控制站中表现为与工位号对应的相关测量值（PV）、设定值（SV）、操作输出值（MV）及回路状态等。这些数据被采集到DCS控制站相应的存储器里，构成实时数据。其他属于与工位号有关的组态信息，如量程、工程单位、回路连接信息、顺序控制信息等，也在控制站中存储，但同时必须在操作站或工程师站中存储，而且有映像关系。中小型DCS控制站，以控制16-32回路为限、分散性较易为人们所接受。目前小型DCS所占有的市场，已逐步与PLC、FCS共享，今后小型DCS可能首先与这2种系统融合，而且“软DCS”技术将首先在小型DCS中得到发展。控制站是整个DCS的基础，它的可靠性和安全性最为重要，死机和控制失灵的现象是绝对不允许的，而且冗余、掉电保护、抗干扰、构成防爆系统等方面都应很有效而可靠，才能满足用户要求。多年的实践经验证明，绝大多数厂家的DCS控制站是能够胜任用户要求的。
DCS系统价格相对PLC系统较高，当然应从性能价格比、产品生命周期及用户根据实际生产装置的自控要求对DCS进行选型、工程费用、维修费用等方面综合考虑。更重要的是目前PLC系统、工控机系统（IPC）的价格都是以廉价著称，所以DCS厂商在这方面面临的形势很严峻，今后５年虽然DCS可以生存，但应在降低成本、减少维修费用、发展远程诊断和维护及完善服务体系等方面多下功夫，应对以直销为主的方式进行修正，即让更多的同行能参加到DCS应用的行列中来。
DCS的发展初衷主要是解决系统中的控制回路的控制算法。70年代中期，过程工业发展很快，但由于设备大型化、工艺流程连续性要求高、要控制的工艺参数增多，而且条件苛刻，要求显示操作集中等，使已经普及的电动单元组合仪表不能完全满足要求，在此情况下，业内厂商经过市场调查，确定开发的DCS产品应以模拟量反馈控制为主，辅以开关量的顺序控制和模拟量开关量混合型的批量控制。所以今天DCS的优势仍然是实现模拟量控制，模拟量控制及其算法是DCS的核心技术。
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