数字化电厂设计

数字化电厂设计

引言

数字化电厂是通过采用先进的信息技术，实现生产和管理数字化，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成，是企业管理思想的一个新突破。数字化管理将信息技术贯穿于企业的整体管理流程，可为管理者及时提供过去和现在的数据，并能够预测未来和引导企业人员的工作，使信息技术与电力工业技术、现代管理技术有机融合，全面提升电厂的生产技术和经营管理水平，增强电厂的竞争能力。

为适应我国电力体制改革和不断发展的信息技术，按照一流电力企业的标准，平朔电厂以建设"高效率、环保型、数字化"电厂为目标，高标准、高定位，引进和倡导先进的经营理念、管理方法和数字技术，全面打造数字化发电企业，以先进的管理理念，快捷的数字化管理流程，扁平化管理层次，提高企业运行效率，提升企业核心竞争力。按照这样的思路，设计了平朔电厂的数字化电厂模型，按照该模型的架构，正在分步实施。

一、数字化电厂模型

按照发电企业管控一体化模型的思路，提出了一个具有3个层次、2个支持系统的数字化电厂层次结构模型(如图1所示)。3个层次分别是直接控制层、管控一体化层、生产经营辅助决策层，2个支持系统是数据库支持系统和计算机网络支持系统。

1.1 直接控制层

该层是模型的第1层，完成生产过程的数据采集和直接控制，包括单元机组主控系统(DCS)、汽轮机数字电液控制系统(DEH)、脱硫控制系统(DCS)、汽轮机数字管理系统(TDM)及辅助控制网(水处理、输煤、除灰渣、除尘)等辅助设备的控制系统。目前控制技术的发展是以现场总线为基础的机、炉、电一体化的先进控制系统，该层直接与生产设备关联，现在一般都随设备直接集成，主要提供设备的运行实时信息及状况，属生产基础数据提供层，是其他2层的基础。

1.2 管控一休化层

该层是模型的第2层，即为厂级监控信息系统(SIS)，它完成厂级生产过程的监控，结合管理层的信息和直接控制区提供的生产基础数据，对控制系统和机组性能进行整体优化和分析，为过程控制层提供操作指导，同时为生产经营辅助决策层提供所需的分析、统计信息。该层是管理和控制之间联系的桥梁。

1.3 生产经营辅助决策层

该层是模型的第3层，它是生产经营辅助决策系统。以董事会经营计划为主线，以物资管理、燃料管理和设备运行检修管理为基础，是以安全、经济运行管理为重点，通过事前预算计划的编制、事中计划实施过程的控制以及事后的总结分析和考核来实现生产经营的闭环管理。该层可确保电厂的运营规范化、科学化和效益化;优化电厂的生产计划和策略，协调各部门的运转，实现全厂的安全、高效、经济运行机制。

1.4 数据库支持系统

该系统以关系数据库和实时数据库为基础，通过面向数据主题的电厂数据仓库，构成数字化电厂的数据库支持系统和技术支撑平台。电厂数据仓库可对电厂各类数据进行分析、提炼、集成，为电厂的分析和决策提供支持。

1.5 计算机网络支持系统

以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术，结合系统-网络-终端3级安全策略、目录管理统一认证等先进技术，构成数字化电厂的计算机网络支持系统。

二、数字化电厂的设计

2.1 直接控制层设计

直接控制层是整个数字化的基础，随着计算机网络技术的发展及可靠性的提高，现场总线系统(FCS)在电厂的应用已成为发展方向，而且现场总线仪表已基本齐全，在电厂中使用日益增多。现场总线仪表都为智能型仪表，它们所提供的丰富的数据都可通过总线上传到DCS或PLC，增加了现场数据的信息量，提高了数据采集精度，为SIS提供更加丰富的现场数据，为发挥SIS强大的数据分析、优化功能奠定基础。工程师或操作员站的显示屏(LCD)上能够容易地查看仪表工作情况，对仪表进行调校及参数修改，大大减轻了维护工作量，减少了维护人员。目前电厂使用现场总线控制系统的条件已经具备。

主要的现场总线仪表有以下几种类型:

(1)执行器:进口产品SIPOS或AUMA等都有冗余的PROFIBUS-DP总线接口，国产天津仪表七厂和扬州电力修造厂都有PROFIBUS-DP总线接口。其他品牌的执行器也都有自己开发的现场总线协议和接口。

(2)压力(差压)变送器:西门子、E+H、EJA都有PROFIBUS-DP或PA现场总线通信接口。

(3)智能温度变送器:带总线接口的温度变送器已开发出来，但由于价格较高，电厂中使用不多。

(4)液位、物位计:与压力变送器一样，基本都有PROFlBUS-DP或PA现场总线通信接口。

(5)特殊仪表:如氧量表、飞灰含碳表等已带有通信接口，但设备用量较少，仍采用硬接线形式。

(6)化学仪表:导电表、pH值表、纳表、硅表等分析仪表基本都带有总线接口。

(7)电气仪表:主要是以微机为基础的控制保护装置，都带有通信接口。

现场压力变送器基本都是分散布置在现场控制柜内，可采用有PA或DP协议的总线仪表，联网后进入DCS中;液位计、物位计比较分散，更适合使用现场总线进入DCS或PLC;热电偶、热电阻智能化变送器由于价格较贵(2000～3000元/台，普通的从200～300元/台)暂不考虑使用智能型，但在热电偶、热电阻比较集中的地方采用远程I/O;化学仪表全部采用有总线的仪表，连网后进入PLC或DCS，这在华能玉环电厂已有成功应用。当今流行的现场级的控制网主要有PROFIBUS-DP和PA、FF、LON-WORK 及HART等协议。在电气量方面，由于电机、变压器、开关等保护装置都是以微机为基础的产品，且具有通信接口，给实现现场总线控制打下了基础，把保护装置等相互联网后就可组成现今流行的电网控制系统(ECS)，作为DCS的子系统通过通信接口把数据传到DCS。

按上述设计，构成如图2所示的现场总线控制系统。

现今流行的西门子TXP3000、爱默生OVATION系统等就是以现场总线为基础的控制系统，大大促进了直接控制层数字化的发展。

2.2 管控一体化层设计

电厂管控一体化是构架在全厂厂级监控信息系统(SIS)上的，它把电厂主要生产过程中不同控制系统、不同的数据源的各种信息汇总，并进行加工处理，实现厂级生产过程实时数据处理、机组厂级性能计算和优化分析、设备综合管理和其他高层辅助决策等功能。SIS有2个核心功能。

2.2.1 实时数据处理

电厂实时数据处理系统是用于对控制系统进行实时数据的采集、存储和管理，它是电厂SIS对发电生产监控管理的基础，在电厂控制系统和SIS之间起着桥梁作用，主要功能如下:

(1)采集下列电厂生产及电网系统的实时数据: DCS及FDG-DCS;煤、灰、水集中控制系统;电网控制系统;汽轮机管理系统;煤质分析数据等。

(2)海量数据存储:服务器容量标签量配置在3万点时，数据存储时间大于4a。

(3)数据接口:为其他应用系统(管理、经营等)提供实时数据。

(4)数据查询:可设置查询条件(如范围、时间段等)，通过浏览器进行查询。

(5)数据发布:系统数据可以通过网页发布。