火力發(fā)電廠的全廠自動(dòng)化

1、火力發(fā)電廠的全廠自動(dòng)化上海自動(dòng)化儀表股份有限公司一、概述隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展和改革的深入以及信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，實(shí)施“信息化帶動(dòng)工業(yè)化”戰(zhàn)略，是電力工業(yè)發(fā)展的必然要求，也是電力企業(yè)謀求創(chuàng)新發(fā) 展的必由之路。在此需求下，依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、熱能工程、控制理 論、管理科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展和集成，火電廠廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory In formation System in Pla nt Level， SIS ）作為一個(gè)獨(dú)立的概念被提出來(lái)，并得到了迅速的發(fā)展。通過(guò)SIS將過(guò)程級(jí)自動(dòng)化的各個(gè)系統(tǒng)連接起來(lái)， 消除了信息 “孤島”，并通過(guò)與廠級(jí)MIS系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，共同構(gòu)成了火電廠全

2、廠自動(dòng)化系統(tǒng)。 從而火力發(fā)電廠進(jìn)入了信息網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代。一、火電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展火力發(fā)電廠中自動(dòng)化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展：?jiǎn)卧M合儀表從DDZ-II型到DDZ-III型發(fā)展到新型的數(shù)字化單元組合儀表?；趩纹瑱C(jī)技術(shù)的可編程調(diào)節(jié) 器、可編程控制器迅速發(fā)展，具有各種特定功能的智能化控制儀表不斷出現(xiàn)。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)逐漸成為監(jiān)測(cè)控制儀表的核心， 各個(gè)生產(chǎn)過(guò)程 分散控制、集中管理的集散控制系統(tǒng)（DCS的應(yīng)用，標(biāo)志著自動(dòng)控制達(dá)到了新 水平。目前，具有現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)控制、全數(shù)字化信號(hào)聯(lián)系的新的控制系統(tǒng)一一現(xiàn) 場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS正在逐步發(fā)展和壯大?！俺浞掷秒姀S的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的數(shù) 據(jù)，合理規(guī)劃

3、生產(chǎn)管理流程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助管理和輔助決策， 為電廠的經(jīng)營(yíng)目 標(biāo)服務(wù)”成為火電廠信息管理系統(tǒng)（MIS）發(fā)展的原動(dòng)力和最終目標(biāo)。隨著電廠 信息化建設(shè)的開展，提出了廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)，在安全生產(chǎn)的前提下，降低 損耗和成本，提高性能和管理水平。整個(gè)火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和概念的延伸。二、電廠的需求隨著我國(guó)電力行業(yè)“廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”電力市場(chǎng)的起步和發(fā)展，電廠、 電力集團(tuán)成為一個(gè)獨(dú)立企業(yè)，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。作為一個(gè)發(fā)電企業(yè)，在安全性、可靠性約束條件下，追求利潤(rùn)的最大化是它的主要目標(biāo)。 因此電廠的管理重點(diǎn)從 傳統(tǒng)的計(jì)劃生產(chǎn)，逐步過(guò)渡到基于科學(xué)調(diào)度和競(jìng)價(jià)決策的市場(chǎng)化生產(chǎn)。隨著電力體制改革的深入和電廠信

4、息化建設(shè)的開展，為了適應(yīng)電力企業(yè)由 生產(chǎn)型向經(jīng)營(yíng)型的轉(zhuǎn)變，在保障電廠安全生產(chǎn)的前提下，最大限度發(fā)揮機(jī)組效能， 提高生產(chǎn)管理水平，降低發(fā)電成本，取得上網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，火力發(fā)電廠需要實(shí)現(xiàn)全廠自動(dòng)化。國(guó)內(nèi)各大電廠正逐漸重視整合企業(yè)的現(xiàn)有領(lǐng)先資源，希望在整個(gè)電廠范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息共享，為電廠實(shí)現(xiàn)管控一體化、提高整體效益打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。尤其近年來(lái)，電煤資源供應(yīng)緊張，發(fā)電成本明顯增加，如何挖掘電廠自身潛力，通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)降低煤耗，在有限的資源條件下發(fā)盡可能多的電，成為電廠當(dāng)前迫切關(guān)心的問(wèn)題，這也為全廠自動(dòng)化的發(fā)展提出了技術(shù)要求和市場(chǎng)需求。三、全廠自動(dòng)化的提出全廠自動(dòng)化從層次上劃分為三級(jí)系統(tǒng)：過(guò)程控制級(jí)主要實(shí)現(xiàn)過(guò)程及自動(dòng)化

5、， 實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)組的DCS系統(tǒng)和其他輔助系統(tǒng)；生產(chǎn)管理級(jí)實(shí)現(xiàn)管理層自動(dòng)化，包括 MIS和SIS，實(shí)現(xiàn)機(jī)組性能的優(yōu)化；經(jīng)營(yíng)決策級(jí)通過(guò) DSS或是ERP統(tǒng)籌管理企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)決策級(jí)生產(chǎn)管理級(jí)過(guò)程控制級(jí)DSS （決策支持系統(tǒng)）SIMU（仿真系統(tǒng)）MIS （管理信息系統(tǒng)）SIS （監(jiān)控信息系統(tǒng)）DCSPLCRTUSCADAX全廠自動(dòng)化的框架結(jié)構(gòu)；全廠自動(dòng)化在物理連接上的結(jié)構(gòu)如圖所示bite met ；路由器防吹墻數(shù)據(jù)庫(kù)Web服務(wù)器脫務(wù)器審戶端歷次曙-n-/呵e 9各種最務(wù)睹SIS客戶端值長(zhǎng)站拱作員站工程師站打印機(jī)防火墻隔離 裝置lOOM/lOaOM Ethernet碗盤列陣數(shù)據(jù)陣 脫務(wù)轄冗余 服務(wù)

6、器lOOM/lOOOMHthHrnBl1?nnj:IJ連接現(xiàn)場(chǎng)儀表、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、PLC.智能儀表等經(jīng)營(yíng)/市煬市場(chǎng)經(jīng)営決策系統(tǒng)管理/廠級(jí)生產(chǎn)/廠級(jí)驕80 It500監(jiān)控信息系統(tǒng) 實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理信息系統(tǒng)生產(chǎn)/機(jī)組DCSRTU輸煤PLCLAB四、管理層自動(dòng)化火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)是集過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一 體的廠級(jí)自動(dòng)化信息系統(tǒng)。其目的是為了提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性提供在 線分析和指導(dǎo)，為生產(chǎn)管理決策服務(wù)，主要實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、全廠負(fù)荷優(yōu) 化調(diào)度、廠級(jí)及機(jī)組級(jí)性能計(jì)算、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析及診斷、優(yōu)化運(yùn)行操作指導(dǎo)、設(shè) 備壽命管理、主機(jī)和輔機(jī)故障診斷等功能。同時(shí)，在電廠控

7、制層和管理層之間起 到數(shù)據(jù)信息橋梁的作用。該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)火電廠生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu) 化控制和負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配，在整個(gè)電廠范圍內(nèi)充分發(fā)揮主輔機(jī)設(shè)備的潛力，達(dá)到整 個(gè)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳工況的目的；同時(shí)該系統(tǒng)提供全廠完整的生產(chǎn)過(guò)程歷 史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，可作為電力集團(tuán)公司信息化網(wǎng)絡(luò)的可靠生產(chǎn)信息資源，使集 團(tuán)公司管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握各發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)信息及輔助決策信息，充分利用和共享信息資源，提高決策科學(xué)性。MIS部分包括MIS網(wǎng)絡(luò)、MIS數(shù)據(jù)庫(kù)、各種應(yīng)用服務(wù)器、Web服務(wù)器和所有的 客戶端，并且通過(guò)防火墻和路由器與In ternet或者發(fā)電集團(tuán)廣域網(wǎng)相連，以支 持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

8、在電力市場(chǎng)的環(huán)境下，電廠MIS除常見的辦公自動(dòng)化、計(jì)劃管理、生產(chǎn)管理、 設(shè)備管理、技術(shù)監(jiān)督、財(cái)務(wù)管理、物資管理、燃料管理、人事勞資管理、黨政工 團(tuán)管理、綜合查詢等功能外，增加了新的功能：實(shí)時(shí)運(yùn)行信息管理、動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析、報(bào)價(jià)輔助決策、交易信息管理、模擬成本效驗(yàn)、接收與報(bào)價(jià)、設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)。鑒于發(fā)電企業(yè)對(duì)DCS® MIS系統(tǒng)在可靠性、安全性和實(shí)時(shí)性等方面的要求存 在顯著的差異，為確保生產(chǎn)的安全，必須隔離DCS和 MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)間兩類不同特 性信息的傳輸，而最佳實(shí)施方案就是在DCS操作管理網(wǎng)絡(luò)和MIS網(wǎng)絡(luò)之間建立一 個(gè)冗余的、高可靠性的實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)上運(yùn)行針對(duì)全廠范圍的優(yōu)化

9、控制和全廠負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度等軟件組成了火電廠實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)。機(jī)組性能優(yōu)化對(duì)于電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的意義。避免機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)偏離目標(biāo)值造成的熱經(jīng)濟(jì)損失；根據(jù)負(fù)荷調(diào)度適時(shí)調(diào)整，減少損耗和降低成本；對(duì)各個(gè)機(jī)組進(jìn)行科學(xué)合理的負(fù)荷分配， 滿足單元機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化操作 條件，以獲取整體的最大經(jīng)濟(jì)效益。降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益是所有企業(yè)追求的目標(biāo)。 通過(guò)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)， 使之能更經(jīng)濟(jì)、更可靠、更穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)全廠的發(fā)電負(fù)荷進(jìn)行科學(xué)合理分配，以獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，也是降低發(fā)電企業(yè)的電力生產(chǎn)成本和提高效益的具體表 現(xiàn)。電廠是典型的資產(chǎn)密集型企業(yè)，企業(yè)的絕大部分資產(chǎn)是設(shè)備。對(duì)設(shè)備的運(yùn)行 維護(hù)，降低檢修時(shí)

10、間，延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間，是電廠生產(chǎn)運(yùn)行的主要目標(biāo)。設(shè)備資產(chǎn)管 理旨在改革過(guò)去的維修方法，確保有形資產(chǎn)物盡其用。通過(guò)加強(qiáng)設(shè)備的檢修維護(hù) 管理，提高檢修質(zhì)量、延長(zhǎng)檢修間隔、優(yōu)化檢修項(xiàng)目和工藝，盡可能降低運(yùn)行和 維修成本、降低檢修費(fèi)用，最終達(dá)到提高設(shè)備的可用性和機(jī)組的可用率，延長(zhǎng)設(shè) 備的有效發(fā)電時(shí)間。EAM帶來(lái)的兩大價(jià)值就是降低成本和安全運(yùn)行。企業(yè)的生產(chǎn)線和運(yùn)營(yíng)設(shè)備維護(hù)是企業(yè)的兩條生命線。ERP主要管理企業(yè)的生產(chǎn)流程，而EAM則管理生產(chǎn)線上的運(yùn)營(yíng)設(shè)備。與 ERP相比，EAM相對(duì)較為簡(jiǎn)單、 投入少、涉及的人員和部門少，實(shí)施周期短，企業(yè)實(shí)施EAM的風(fēng)險(xiǎn)比ERP要小得 多。設(shè)備資產(chǎn)管理與設(shè)備管理軟件一樣， 不是

11、一個(gè)單純的管理工具，它包含一定 的管理思想和管理模式，能優(yōu)化企業(yè)固定和移動(dòng)資產(chǎn)使用率， 增強(qiáng)電廠供應(yīng)鏈的 預(yù)見性和響應(yīng)度，有助于提高電廠的生產(chǎn)設(shè)備的管理模式。實(shí)施EAM能對(duì)電廠用戶進(jìn)行信息化管理的培訓(xùn)，為電廠最終上 ERP等高級(jí)管理軟件奠定基礎(chǔ)。五、過(guò)程級(jí)自動(dòng)化過(guò)程級(jí)自動(dòng)化的組成；電廠中過(guò)程級(jí)自動(dòng)化主要是實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)組、電氣自動(dòng)化及輔助設(shè)備的正常、 安全、可靠的運(yùn)行。過(guò)程級(jí)自動(dòng)化主要包括各個(gè)機(jī)組的 DCS系統(tǒng)，基于PLC或是 現(xiàn)場(chǎng)總線的其它系統(tǒng)以及RTU等。核心的DCS系統(tǒng)發(fā)展；在目前的火力發(fā)電機(jī)組中大部分都實(shí)現(xiàn)和使用了 DCS系統(tǒng)，并且隨著DCS系 統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步，逐步實(shí)現(xiàn)了機(jī)、爐、電、輔及公

12、用系統(tǒng)的一體化。近幾年來(lái)，隨著微電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，PLC產(chǎn)品高度融合了計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)的技術(shù)與工業(yè)自動(dòng)控制的經(jīng)典理論，在其功能及性能上指標(biāo)上得以大大的豐富和完善，從而突破了傳統(tǒng)PLC的概念，在中、小型控制領(lǐng)域內(nèi)極 大的擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。在特定的范圍內(nèi)，高性能價(jià)格比己成為新型PLC的最突 出的特點(diǎn)。以PLC為基礎(chǔ)構(gòu)成的系統(tǒng)在電廠輔助裝置中也得到廣泛的應(yīng)用。RTU是 Remote Terminal Unit （遠(yuǎn)程測(cè)控終端）的縮寫，是 SCAD糜統(tǒng)的基 本組成單元。一個(gè)RTU放置在測(cè)量點(diǎn)附近的現(xiàn)場(chǎng)，可以有幾個(gè)，幾十個(gè)或幾百個(gè) I/O點(diǎn)。RTU的主要功能是數(shù)據(jù)采集及處理和數(shù)據(jù)傳輸（網(wǎng)絡(luò)

13、通信），當(dāng)然許多 RTU還具備PID控制功能或邏輯控制功能、流量累計(jì)功能等等。遠(yuǎn)程測(cè)控終端RTU 體現(xiàn)了“測(cè)控分散、管理集中”的思路，它具有提高信號(hào)傳輸可靠性、減輕主機(jī) 負(fù)擔(dān)、減少信號(hào)電纜用量、節(jié)省安裝費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)。六、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)自動(dòng)化過(guò)程儀表、電氣測(cè)控等現(xiàn)場(chǎng)儀表；現(xiàn)場(chǎng)儀表。0智能儀器的出現(xiàn)，極大地?cái)U(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。智能儀器具有體積小、 功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢(shì)，并且得到了廣泛的應(yīng)用。智能儀表是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的基 礎(chǔ)，由現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制運(yùn)算和數(shù)據(jù)輸出等功能?，F(xiàn)場(chǎng)總線是2 0世紀(jì)8 0年代中期在國(guó)際上發(fā)展起來(lái)的?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)綜合了數(shù)字通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技

14、術(shù)和智能儀表等多種技術(shù) 手段，從根本上突破了傳統(tǒng)的“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”式的模擬信號(hào)或數(shù)字一一模擬信號(hào)控制 的局限性，構(gòu)成一種全分散、全數(shù)字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點(diǎn)的通信與控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)打破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)采用的按控制回路要求， 設(shè)備一對(duì)一的分 別進(jìn)行連線的結(jié)構(gòu)形式，控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室中的計(jì)算機(jī)或控制儀 表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成， 實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。 它把作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連 接成自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)控制、 補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、 報(bào)警、顯示、監(jiān)控、 優(yōu)化的綜合自動(dòng)化功能。是一項(xiàng)以智能傳感器、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò) 為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線有IEC611

15、58、IEC62026 ISO11898和ISO11519國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、 歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN5017目前世界上比較有影響的現(xiàn)場(chǎng)總線有FF, LONWORKCANPROFIBUS HART等，它們?cè)诓煌膽?yīng)用領(lǐng)域顯示了自己的優(yōu)勢(shì)。具有各自的特 定,也顯示了較強(qiáng)的生命力。 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)揮出較大作用。 現(xiàn)場(chǎng) 總線發(fā)展至今，已經(jīng)在工業(yè)、交通、樓宇、化工、環(huán)保等行業(yè)領(lǐng)域取得了廣泛的 應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)總線以及以其為基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng) FCS 成為今后自動(dòng)化發(fā)展的一 個(gè)方向，但不同廠商提供的設(shè)備通信標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一， 束縛了底層網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。 現(xiàn)場(chǎng) 總線要求不同的廠商遵從相同的制造標(biāo)準(zhǔn)， 組成開放的互連網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)場(chǎng)

16、總線的發(fā) 展趨勢(shì)。它的出現(xiàn)與傳統(tǒng)的集散控制系統(tǒng) DCS變成了競(jìng)爭(zhēng)和討論的焦點(diǎn)，F(xiàn)CS代 表潮流與發(fā)展方向，尚沒有統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)而呈群雄逐鹿之勢(shì)；而DCS則代表傳統(tǒng)與成熟， 以其成熟的發(fā)展， 完備的功能及廣泛的應(yīng)用而占據(jù)著一個(gè)尚不可完全 替代的地位。FCS與DCS之間的共存與結(jié)合將可能是今后發(fā)展的方向。七、結(jié)尾工業(yè)自動(dòng)化儀表：重點(diǎn)發(fā)展基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的主控系統(tǒng)裝置及智能化儀 表、特種和專用自動(dòng)化儀表；全面擴(kuò)大服務(wù)領(lǐng)域，推進(jìn)儀器儀表系統(tǒng)的數(shù)字化、 智能化、網(wǎng)絡(luò)化， 完成自動(dòng)化儀表從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)的轉(zhuǎn)變， 加速自動(dòng)化軟 件的商品化。在現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表方面， 新型智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表將發(fā)展為全數(shù)字式現(xiàn)場(chǎng)

17、總線 智能儀表，這些儀表同時(shí)具有信息的采集、儲(chǔ)存、處理和傳輸功能?；谥悄軆x 表的FCS也將得到更大的發(fā)展和應(yīng)用。電廠SIS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用尚處在起步階段，其系統(tǒng)功能、監(jiān)控方式、系統(tǒng)管 理范圍等在具體的應(yīng)用實(shí)踐中， 將順應(yīng)電力市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)， 不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、 逐 步完善。但在未來(lái)的十年中，隨著電力技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，電廠SIS系統(tǒng)的建 立，在廠網(wǎng)分開，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電力市場(chǎng)中，將有助于電力企業(yè)的科學(xué)化管理，有 助于建立適合我國(guó)電力企業(yè)的生產(chǎn)管理決策支持系統(tǒng)。在當(dāng)前的電力市場(chǎng)環(huán)境下，新的電廠 MIS的建設(shè)，應(yīng)該圍繞“電廠在安全可 靠運(yùn)行的前提下，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化”的目標(biāo)，使電廠MIS能為企業(yè)管理上的開源 節(jié)流提供技術(shù)平臺(tái)。 前面提