火力发电厂的全厂自动化

火力发电厂的全厂自动化

上海自动化仪表股份有限公司

一、概述

随着我国电力工业的发展和改革的深入以及信息技术的迅猛发展，实施“信息化带动工业化”战略，是电力工业发展的必然要求，也是电力企业谋求创新发展的必由之路。在此需求下，依托于计算机技术、信息技术、热能工程、控制理论、管理科学等学科的发展和集成，火电厂厂级实时监控信息系统（Supervisory Information System in Plant Level，SIS）作为一个独立的概念被提出来，并得到了迅速的发展。通过SIS将过程级自动化的各个系统连接起来，消除了信息“孤岛”，并通过与厂级MIS系统联系起来，共同构成了火电厂全厂自动化系统。从而火力发电厂进入了信息网络化时代。

一、火电厂自动化技术的发展

火力发电厂中自动化技术得到了迅速的发展：单元组合仪表从DDZ-II型到DDZ-III型发展到新型的数字化单元组合仪表。基于单片机技术的可编程调节器、可编程控制器迅速发展，具有各种特定功能的智能化控制仪表不断出现。随着计算机技术的发展，微型计算机逐渐成为监测控制仪表的核心，各个生产过程分散控制、集中管理的集散控制系统（DCS）的应用，标志着自动控制达到了新水平。目前，具有现场在线监测控制、全数字化信号联系的新的控制系统——现场总线控制系统（FCS）正在逐步发展和壮大。“充分利用电厂的生产和经营的数据，合理规划生产管理流程，实现计算机辅助管理和辅助决策，为电厂的经营目标服务”成为火电厂信息管理系统（MIS）发展的原动力和最终目标。随着电厂信息化建设的开展，提出了厂级实时监控信息系统，在安全生产的前提下，降低损耗和成本，提高性能和管理水平。

整个火力发电厂自动化技术的发展和概念的延伸。

二、电厂的需求

随着我国电力行业“厂网分开，竞价上网”电力市场的起步和发展，电厂、电力集团成为一个独立企业，参与市场竞争。作为一个发电企业，在安全性、可靠性约束条件下，追求利润的最大化是它的主要目标。因此电厂的管理重点从传统的计划生产，逐步过渡到基于科学调度和竞价决策的市场化生产。

随着电力体制改革的深入和电厂信息化建设的开展，为了适应电力企业由生产型向经营型的转变，在保障电厂安全生产的前提下，最大限度发挥机组效能，提高生产管理水平，降低发电成本，取得上网优势，火力发电厂需要实现全厂自动化。

国内各大电厂正逐渐重视整合企业的现有领先资源，希望在整个电厂范围内实现信息共享，为电厂实现管控一体化、提高整体效益打下坚实基础。

尤其近年来，电煤资源供应紧张，发电成本明显增加，如何挖掘电厂自身潜力，通过优化生产降低煤耗，在有限的资源条件下发尽可能多的电，成为电厂当前迫切关心的问题，这也为全厂自动化的发展提出了技术要求和市场需求。三、全厂自动化的提出

全厂自动化从层次上划分为三级系统：过程控制级主要实现过程及自动化，实现各个机组的DCS系统和其他辅助系统；生产管理级实现管理层自动化，包括MIS和SIS，实现机组性能的优化；经营决策级通过DSS或是ERP，统筹管理企

业的经营和生产。

Internet

防火墙连接现场仪表、传感器、执行机构、PLC 、智能仪表等硬盘

故障诊断

服务器性能分析服务器负荷分配服务器

四、管理层自动化

火电厂厂级监控信息系统是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统。其目的是为了提高机组运行的经济性和安全性提供在线分析和指导，为生产管理决策服务，主要实现全厂生产过程监控、全厂负荷优化调度、厂级及机组级性能计算、经济指标分析及诊断、优化运行操作指导、设备寿命管理、主机和辅机故障诊断等功能。同时，在电厂控制层和管理层之间起到数据信息桥梁的作用。

该系统通过对火电厂生产过程的实时监测和分析，实现对全厂生产过程的优化控制和负荷经济分配，在整个电厂范围内充分发挥主辅机设备的潜力，达到整个电厂生产系统运行在最佳工况的目的；同时该系统提供全厂完整的生产过程历史/实时数据信息，可作为电力集团公司信息化网络的可靠生产信息资源，使集团公司管理人员能够实时掌握各发电企业生产信息及辅助决策信息，充分利用和共享信息资源，提高决策科学性。

MIS部分包括MIS网络、MIS数据库、各种应用服务器、Web服务器和所有的客户端，并且通过防火墙和路由器与Internet或者发电集团广域网相连，以支持远程数据访问。

在电力市场的环境下，电厂MIS除常见的办公自动化、计划管理、生产管理、设备管理、技术监督、财务管理、物资管理、燃料管理、人事劳资管理、党政工团管理、综合查询等功能外，增加了新的功能：实时运行信息管理、动态经济分析、报价辅助决策、交易信息管理、模拟成本效验、接收与报价、设备资产管理系统。

鉴于发电企业对DCS和MIS系统在可靠性、安全性和实时性等方面的要求存在显著的差异，为确保生产的安全，必须隔离DCS和MIS系统网络间两类不同特性信息的传输，而最佳实施方案就是在DCS操作管理网络和MIS网络之间建立一个冗余的、高可靠性的实时通信网络。在该网络系统上运行针对全厂范围的优化控制和全厂负荷优化调度等软件组成了火电厂实时监控信息系统。

机组性能优化对于电厂的安全稳定运行具有十分重要的意义。避免机组运行过程中的参数偏离目标值造成的热经济损失；根据负荷调度适时调整，减少损耗和降低成本；对各个机组进行科学合理的负荷分配，满足单元机组负荷优化操作条件，以获取整体的最大经济效益。

降低成本，提高经济效益是所有企业追求的目标。通过调整机组的运行状态，使之能更经济、更可靠、更稳定运行，对全厂的发电负荷进行科学合理分配，以

获取最大的经济效益，也是降低发电企业的电力生产成本和提高效益的具体表现。

电厂是典型的资产密集型企业，企业的绝大部分资产是设备。对设备的运行维护，降低检修时间，延长发电时间，是电厂生产运行的主要目标。设备资产管理旨在改革过去的维修方法，确保有形资产物尽其用。通过加强设备的检修维护管理，提高检修质量、延长检修间隔、优化检修项目和工艺，尽可能降低运行和维修成本、降低检修费用，最终达到提高设备的可用性和机组的可用率，延长设备的有效发电时间。EAM带来的两大价值就是降低成本和安全运行。

企业的生产线和运营设备维护是企业的两条生命线。ERP主要管理企业的生产流程，而EAM则管理生产线上的运营设备。与ERP相比，EAM相对较为简单、投入少、涉及的人员和部门少，实施周期短，企业实施EAM的风险比ERP要小得多。设备资产管理与设备管理软件一样，不是一个单纯的管理工具，它包含一定的管理思想和管理模式，能优化企业固定和移动资产使用率，增强电厂供应链的预见性和响应度，有助于提高电厂的生产设备的管理模式。实施EAM，能对电厂用户进行信息化管理的培训，为电厂最终上ERP等高级管理软件奠定基础。五、过程级自动化

过程级自动化的组成；

电厂中过程级自动化主要是实现各个机组、电气自动化及辅助设备的正常、安全、可靠的运行。过程级自动化主要包括各个机组的DCS系统，基于PLC或是现场总线的其它系统以及RTU等。

核心的DCS系统发展；

在目前的火力发电机组中大部分都实现和使用了DCS系统，并且随着DCS系统的发展和进步，逐步实现了机、炉、电、辅及公用系统的一体化。

近几年来，随着微电子技术及计算机技术的高速发展，PLC产品高度融合了计算机产业最新进的技术与工业自动控制的经典理论，在其功能及性能上指标上得以大大的丰富和完善，从而突破了传统PLC的概念，在中、小型控制领域内极大的扩展了其应用范围。在特定的范围内，高性能价格比己成为新型PLC的最突出的特点。以PLC为基础构成的系统在电厂辅助装置中也得到广泛的应用。

RTU是Remote Terminal Unit（远程测控终端）的缩写，是SCADA系统的基本组成单元。一个RTU放置在测量点附近的现场，可以有几个，几十个或几百个I/O点。RTU的主要功能是数据采集及处理和数据传输（网络通信），当然许多RTU还具备PID控制功能或逻辑控制功能、流量累计功能等等。远程测控终端RTU 体现了“测控分散、管理集中”的思路，它具有提高信号传输可靠性、减轻主机负担、减少信号电缆用量、节省安装费用等优点。

六、现场级自动化

过程仪表、电气测控等现场仪表；

现场仪表。。。

智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器具有体积小、功能强、功耗低等优势，并且得到了广泛的应用。智能仪表是现场总线技术的基础，由现场智能仪表完成数据采集、数据处理、控制运算和数据输出等功能。

现场总线是２０世纪８０年代中期在国际上发展起来的。现场总线技术综合了数字通信技术、计算机技术、自动控制技术、网络技术和智能仪表等多种技术手段，从根本上突破了传统的“点对点”式的模拟信号或数字——模拟信号控制的局限性，构成一种全分散、全数字化、智能、双向、互连、多变量、多接点的