火力发电厂电气热控一体化控制技术
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数字化电厂是电厂全寿命期管控一体化的实现 数字化电厂是由自动化和信息化二系统构成 数字化电厂是贯穿建设、运营、终结三阶段 数字化电厂是计划、生产、分析、评价四部分构成的闭环管理系统 数字化电厂按 控制层（包括全厂负荷调度、全时（实时）激励仿真、 厂级设备诊断、与音视频联动的全能控制系统，实现机组、系统、设备的 一键启停） 生产管理层 电厂决策层 集团技术支持中心 集团决策层共五 个层面实现。 数字化电厂有：电气－热工一体化的自动化系统 电厂标识和信息编 码系统 数据库系统 三维数字化模型系统(虚拟电厂) 面向工程和管理的 信息集成开发系统 网络系统六个支持系统。
国华技术研究中心
电气热工 一体化后 的NCS
2013-4-16
国华技术研究中心
电气热工 一体化后 的ECS
2013-4-16
国华技术研究中心
电气热工一体 化后的辅控网 是公用系统的 功能组，利用 远程控制站实 现
煤 系 统
水 系灰 统系 统
国华技术研究中心
2013-4-16
热工现场 总线连接
2013-4-16
国华技术研究中心
提 纲
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 Ø 四、火力发电厂电气热工一体化实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
国华技术研究中心
电气、热工控制的主要差异
由于电气和热工控制对象的不同，要实现电气和热工一体化控制，首 先要清楚被控对象的差异。 1. 电气控制对象有三类，第一类是模拟量的检测和控制，采样在 us～ms 级、控制在ms 级；第二类是保护联锁回路，要求在ms级；第三类 是用于波形分析信号在us级（如故障录波器）。 2. 热工控制对象也有三类，第一类是模拟量的检测和控制，采样在 100ms级、控制在60s级；第二类是保护联锁回路，要求在10ms级；第三类 是用于波形分析的在微秒us级（如TDM）。 由于两个专业控制对象不同，热工DCS系统的控制器不具备处理电气 大数据包信号（如录波）的能力，这也是多年来两个专业控制不能融为一 体技术方面的症结所在。
2013-4-16 国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
4. 电气、热工自动化和电厂信息专业业务界限不清 随着智能电网建设的深入，自动化人员和信息人员需要从全局考虑， 为数字化电厂的建设构建宏图，防止业务重复或出现真空，使大量的资金 投入不能形成有效的生产力。 同时也要根据业务发展要求，进行必要的组织重组和流程优化，提高 自动化和信息化建设的水平，真正实现数字化电厂。
数字化电厂的基础－
火力发电厂电气－热工一体化控制
岳建华 神华国华（北京）电力研究院 2012年9月22日
提 纲
Ø 一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化的关键技术
2013-4-16
国华技术研究中心
对数字化电厂的一点认识
发电厂存在的根源是为社会提供清洁、方便的能源； 发电厂经营的基础是发电设备的安全和经济运行； 建设数字化电厂的源动力是什么？ 建设数字化电厂的源动力是利用信息技术（IT）提升发电设备全寿 命期内安全、经济运行水平；实现发电企业扁平化和集约管理，提高管 理决策能力，电厂真正达到控制和管理的闭环。 因此，基于以上目的来构建的数字化电厂。 数字化电厂的微观理解是 装备的数字化、系统的网络化、应用的 智能化； 数字化电厂的广义理解是 基于装备数字化、系统网络化基础上的 管控一体化的实现。
火力发电厂热工自动化的现状－2
逐步扩大 化的现场 总线应用
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂电气－热工自动化的现状
现状是DCS和ECMS有个别项目 是通过专用的接口机实现，大部 分项目没有联系 NCS基本独立存在。
2013-4-16
国华技术研究中心
2013-4-16
国华技术研究中心
提 纲
设备
2013-4-16
国华技术研究中心
操作员站
工程师站
分析站
历史站 优化控制站 HMI NET DPU CM BUS
设备
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂电气热工控制一体化
网段 隔离 装置
2013-4-16
电气热工 一体化控 制系统
国华技术研究中心
火力发电厂电气热工控制一体化
2013-4-16
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂电气热工控制一体化控制室示意
2013-4-16
国华技术研究中心
提 纲
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 Ø 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
2013-4-16 国华技术研究中心
火力发电厂电气自动化的现状 －1
电气 ECMS系统
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂电气自动化的现状－2
电气 NCS系统
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂热工自动化的现状－1
DCS控制系统 辅助车间控制系统
采用硬接线
电气控制系统或装置
2013-4-16 国华技术研究中心
数字化电厂的探索
数字化电厂 最终目标是什么？
建立符合火力发电行业 生产特点的MES系统
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂信息化的探索
MES是制造执行系统 (manufacturing execution system）的英文缩 写，是美国AMR公司在90年代初提出的，旨在加强制造资源计划（ MRP ） 计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起 来。这里的现场控制包括DCS、PLC、数据采集器、条形码、各种计量及检 测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设 施的厂商建立合作关系。 MES定义:为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向 车间层的管理信息系统”,它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪 以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。
提 纲
一、数字化电厂框架 Ø 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂自动化的现状
电厂热工控制有： DCS、DEH、ETS、 TSI和辅控网等 他们本应是实现统一 的控制，但由于技 术、分工和人为的原 因将其割断，给协同 控制和信息共享带来 障碍 电厂电气控制有： NCS、ECMS、保护 装置、录波装置等
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 Ø 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
从设计到运行,火力发电厂自动化分别由电气二次和热工专业负责, 由于两个专业对自动化理解和要求不同,设计的自动化系统只解决局部问 题,不能从全厂自动化角度去理解和实施,也没有很好的考虑电厂信息化 的实现，造成自动化水平低,信息系统相对孤立的局面。 1. 电气、热工自动化专业各自为政 电力体制改革后，发电侧自动化建设没有一个权威机构进行组织协 调，电气自动化和热工自动化各自独立发展，建设水平停留在设计院和 业主的理解上，造成各自动化系统独立运行，部分功能重复建设，不能 发挥自动化系统的整体优势。同时相应的自动化装置也没有统一的标 准。 信息建设也未能与生产过程和管理有效的结合，条块分割、造成信 息孤岛，不能发挥电厂整体效益，给火力发电厂自动化水平和信息化建 设的提高及精益化管理带来困难，也很难适应数字化电厂建设的需要。
国华技术研究中心
五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
火力发电厂电气－热工一体化控制系统的关键技术如下： 1 针对不同类型数据进行分离的关键技术－专用通讯控制器 专用通讯控制器主要解决不同类信号分离的问题，前面已经说 明，电气大量的用于分析的波形信号常规的DPU是不能进行处理的， 否则将不能保证控制系统的实时响应。通讯控制器主要功能如下： 信号分离 协议转换 数据暂存 时钟同步 网络自诊断 与现场域设备的隔离
2013-4-16
国华技术研究中心
火力发电厂信息化的探索
2013-4-16
国华技术研究中心
数字化电厂集团信息化的探索
各种统计信息、设备状态 信息、故障分析系统、趋 势和预警分析系统 实时生产信息网上发布 集团应用系统 设备 健康 数据库
集团数据中心 设备分析诊断 中心
各电厂实时数据源 电厂生产实时系统 2013-4-16 国华技术研究中心
国华技术研究中心
2013-4-16
火力发电厂信息化的探索
MES定义中强调了以下三点： 1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶 颈； 2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析 和处理。 3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流 来实现企业信息全集成。
2013-4-16 国华技术研究中心
全能通讯控制器
ห้องสมุดไป่ตู้
2013-4-16
国华技术研究中心
简化现场总线通讯控制器
2013-4-16
国华技术研究中心
简化现场总线通讯控制器（IEC61850）
2013-4-16
国华技术研究中心
通讯控制器软件框图
2013-4-16
国华技术研究中心
2013-4-16 国华技术研究中心
电气信号
2013-4-16 国华技术研究中心
热工信号
2013-4-16 国华技术研究中心
2013-4-16
国华技术研究中心
操作员站
当大量现场总 线设备应用 工程师站 分析站 时，此系统将 发生什么？
历史站 优化控制站 HMI NET DPU
现 场
总 线
I/O M
2013-4-16 国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
2. 电气自动化系统的现状 随着计算机技术的发展，电气自动化装置由中规模集成电路提升到 以高性能微处理器为核心的微机时代。电气自动化系统的发展只在装置 功能和性能有了较大的进步，各设备厂家只在自己关注的领域内进行自 动化功能的提升。 电气自动化系统的NCS、ECMS、故障录波、电量计费、厂用电管理各 自独立，电厂四大平衡的“电量平衡管理”都不能实现,设备故障分析也 需要从不同装置离线取得信息分析,降低了工作效率,也不利于实现精益 管理,电气自动化系统也没有很好的与热工控制系统进行信息共享。
2013-4-16 国华技术研究中心
数字化电厂的基本构成
Ø 设备（智能设备、仪表、装置）的数字化 Ø 系统的网络化 Ø 应用的智能化（或半智能化）
自动化系统
＋
Ø 根据火力发电厂生产特点、按照流程行业特 点的制造执行系统（MES ）建设的信息系统
信息系统
║
数字化电厂 实现 控制的闭环和管理的闭环
2013-4-16 国华技术研究中心
2013-4-16 国华技术研究中心
数字化电厂建立路程
终结 阶段 建设阶段
运营阶段
电厂全寿命期内闭环管理
2013-4-16 国华技术研究中心
各阶段管控的主要内容
设计 制造 安装 调试 建设阶段 运营阶段 技术创新 改造 检修 运行
2013-4-16 国华技术研究中心
残值 拆除 隔离 终结 阶段
1－2－3－4－5－6 构成数字化电厂的元素
2013-4-16
国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
3. 热工自动化系统的现状 热工自动化通过近10年的发展，主机DCS控制范围变化不大，主要变 化是辅助车间的控制系统，由过去分散“点”的控制到相对集中控制的 “辅控网”，辅控网实现方式主要有PLC和DCS两种形式。 现场总线控制技术也逐步在火力发电厂使用，扩大了信息收集范围 和深度，为设备状态分析奠定了基础。机组性能计算和耗差分析系统也 逐步纳入DCS系统，并及时给运行人员和管理人员提供优化指导的数据。 随着电网调峰和机组经济运行的要求，机组优化控制在各发电公司 将逐步推广，机组优化控制的功能集成或嵌入到DCS系统。 现在的主要问题是：主机DCS控制与辅助车间的“辅控网”相互独 立，与电气自动化系统未形成很好的信息互通，不能实现信息共享，不 利于数字化电厂建设。
国华技术研究中心
电气热工 一体化后 的NCS
2013-4-16
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电气热工 一体化后 的ECS
2013-4-16
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电气热工一体 化后的辅控网 是公用系统的 功能组，利用 远程控制站实 现
煤 系 统
水 系灰 统系 统
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热工现场 总线连接
2013-4-16
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提 纲
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 Ø 四、火力发电厂电气热工一体化实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
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电气、热工控制的主要差异
由于电气和热工控制对象的不同，要实现电气和热工一体化控制，首 先要清楚被控对象的差异。 1. 电气控制对象有三类，第一类是模拟量的检测和控制，采样在 us～ms 级、控制在ms 级；第二类是保护联锁回路，要求在ms级；第三类 是用于波形分析信号在us级（如故障录波器）。 2. 热工控制对象也有三类，第一类是模拟量的检测和控制，采样在 100ms级、控制在60s级；第二类是保护联锁回路，要求在10ms级；第三类 是用于波形分析的在微秒us级（如TDM）。 由于两个专业控制对象不同，热工DCS系统的控制器不具备处理电气 大数据包信号（如录波）的能力，这也是多年来两个专业控制不能融为一 体技术方面的症结所在。
2013-4-16 国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
4. 电气、热工自动化和电厂信息专业业务界限不清 随着智能电网建设的深入，自动化人员和信息人员需要从全局考虑， 为数字化电厂的建设构建宏图，防止业务重复或出现真空，使大量的资金 投入不能形成有效的生产力。 同时也要根据业务发展要求，进行必要的组织重组和流程优化，提高 自动化和信息化建设的水平，真正实现数字化电厂。
数字化电厂的基础－
火力发电厂电气－热工一体化控制
岳建华 神华国华（北京）电力研究院 2012年9月22日
提 纲
Ø 一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化的关键技术
2013-4-16
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对数字化电厂的一点认识
发电厂存在的根源是为社会提供清洁、方便的能源； 发电厂经营的基础是发电设备的安全和经济运行； 建设数字化电厂的源动力是什么？ 建设数字化电厂的源动力是利用信息技术（IT）提升发电设备全寿 命期内安全、经济运行水平；实现发电企业扁平化和集约管理，提高管 理决策能力，电厂真正达到控制和管理的闭环。 因此，基于以上目的来构建的数字化电厂。 数字化电厂的微观理解是 装备的数字化、系统的网络化、应用的 智能化； 数字化电厂的广义理解是 基于装备数字化、系统网络化基础上的 管控一体化的实现。
火力发电厂热工自动化的现状－2
逐步扩大 化的现场 总线应用
2013-4-16
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火力发电厂电气－热工自动化的现状
现状是DCS和ECMS有个别项目 是通过专用的接口机实现，大部 分项目没有联系 NCS基本独立存在。
2013-4-16
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2013-4-16
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提 纲
设备
2013-4-16
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操作员站
工程师站
分析站
历史站 优化控制站 HMI NET DPU CM BUS
设备
2013-4-16
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火力发电厂电气热工控制一体化
网段 隔离 装置
2013-4-16
电气热工 一体化控 制系统
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火力发电厂电气热工控制一体化
2013-4-16
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火力发电厂电气热工控制一体化控制室示意
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提 纲
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 Ø 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
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火力发电厂电气自动化的现状 －1
电气 ECMS系统
2013-4-16
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火力发电厂电气自动化的现状－2
电气 NCS系统
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火力发电厂热工自动化的现状－1
DCS控制系统 辅助车间控制系统
采用硬接线
电气控制系统或装置
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数字化电厂的探索
数字化电厂 最终目标是什么？
建立符合火力发电行业 生产特点的MES系统
2013-4-16
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火力发电厂信息化的探索
MES是制造执行系统 (manufacturing execution system）的英文缩 写，是美国AMR公司在90年代初提出的，旨在加强制造资源计划（ MRP ） 计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起 来。这里的现场控制包括DCS、PLC、数据采集器、条形码、各种计量及检 测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设 施的厂商建立合作关系。 MES定义:为“位于上层的计划管理系统与底层的工业控制之间的面向 车间层的管理信息系统”,它为操作人员/管理人员提供计划的执行、跟踪 以及所有资源(人、设备、物料、客户需求等)的当前状态。
提 纲
一、数字化电厂框架 Ø 二、火力发电厂自动化现状 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
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火力发电厂自动化的现状
电厂热工控制有： DCS、DEH、ETS、 TSI和辅控网等 他们本应是实现统一 的控制，但由于技 术、分工和人为的原 因将其割断，给协同 控制和信息共享带来 障碍 电厂电气控制有： NCS、ECMS、保护 装置、录波装置等
一、数字化电厂框架 二、火力发电厂自动化现状 Ø 三、火力发电厂自动化发展存在的问题 四、火力发电厂电气热工一体化的实现的原则方案 五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
2013-4-16
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三、火力发电厂自动化发展存在的问题
从设计到运行,火力发电厂自动化分别由电气二次和热工专业负责, 由于两个专业对自动化理解和要求不同,设计的自动化系统只解决局部问 题,不能从全厂自动化角度去理解和实施,也没有很好的考虑电厂信息化 的实现，造成自动化水平低,信息系统相对孤立的局面。 1. 电气、热工自动化专业各自为政 电力体制改革后，发电侧自动化建设没有一个权威机构进行组织协 调，电气自动化和热工自动化各自独立发展，建设水平停留在设计院和 业主的理解上，造成各自动化系统独立运行，部分功能重复建设，不能 发挥自动化系统的整体优势。同时相应的自动化装置也没有统一的标 准。 信息建设也未能与生产过程和管理有效的结合，条块分割、造成信 息孤岛，不能发挥电厂整体效益，给火力发电厂自动化水平和信息化建 设的提高及精益化管理带来困难，也很难适应数字化电厂建设的需要。
国华技术研究中心
五、火力发电厂电气热工一体化关键技术
火力发电厂电气－热工一体化控制系统的关键技术如下： 1 针对不同类型数据进行分离的关键技术－专用通讯控制器 专用通讯控制器主要解决不同类信号分离的问题，前面已经说 明，电气大量的用于分析的波形信号常规的DPU是不能进行处理的， 否则将不能保证控制系统的实时响应。通讯控制器主要功能如下： 信号分离 协议转换 数据暂存 时钟同步 网络自诊断 与现场域设备的隔离
2013-4-16
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火力发电厂信息化的探索
2013-4-16
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数字化电厂集团信息化的探索
各种统计信息、设备状态 信息、故障分析系统、趋 势和预警分析系统 实时生产信息网上发布 集团应用系统 设备 健康 数据库
集团数据中心 设备分析诊断 中心
各电厂实时数据源 电厂生产实时系统 2013-4-16 国华技术研究中心
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火力发电厂信息化的探索
MES定义中强调了以下三点： 1）MES是对整个车间制造过程的优化，而不是单一的解决某个生产瓶 颈； 2）MES必须提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出相应的分析 和处理。 3）MES需要与计划层和控制层进行信息交互，通过企业的连续信息流 来实现企业信息全集成。
2013-4-16 国华技术研究中心
全能通讯控制器
ห้องสมุดไป่ตู้
2013-4-16
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简化现场总线通讯控制器
2013-4-16
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简化现场总线通讯控制器（IEC61850）
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通讯控制器软件框图
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2013-4-16 国华技术研究中心
电气信号
2013-4-16 国华技术研究中心
热工信号
2013-4-16 国华技术研究中心
2013-4-16
国华技术研究中心
操作员站
当大量现场总 线设备应用 工程师站 分析站 时，此系统将 发生什么？
历史站 优化控制站 HMI NET DPU
现 场
总 线
I/O M
2013-4-16 国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
2. 电气自动化系统的现状 随着计算机技术的发展，电气自动化装置由中规模集成电路提升到 以高性能微处理器为核心的微机时代。电气自动化系统的发展只在装置 功能和性能有了较大的进步，各设备厂家只在自己关注的领域内进行自 动化功能的提升。 电气自动化系统的NCS、ECMS、故障录波、电量计费、厂用电管理各 自独立，电厂四大平衡的“电量平衡管理”都不能实现,设备故障分析也 需要从不同装置离线取得信息分析,降低了工作效率,也不利于实现精益 管理,电气自动化系统也没有很好的与热工控制系统进行信息共享。
2013-4-16 国华技术研究中心
数字化电厂的基本构成
Ø 设备（智能设备、仪表、装置）的数字化 Ø 系统的网络化 Ø 应用的智能化（或半智能化）
自动化系统
＋
Ø 根据火力发电厂生产特点、按照流程行业特 点的制造执行系统（MES ）建设的信息系统
信息系统
║
数字化电厂 实现 控制的闭环和管理的闭环
2013-4-16 国华技术研究中心
2013-4-16 国华技术研究中心
数字化电厂建立路程
终结 阶段 建设阶段
运营阶段
电厂全寿命期内闭环管理
2013-4-16 国华技术研究中心
各阶段管控的主要内容
设计 制造 安装 调试 建设阶段 运营阶段 技术创新 改造 检修 运行
2013-4-16 国华技术研究中心
残值 拆除 隔离 终结 阶段
1－2－3－4－5－6 构成数字化电厂的元素
2013-4-16
国华技术研究中心
三、火力发电厂自动化发展存在的问题
3. 热工自动化系统的现状 热工自动化通过近10年的发展，主机DCS控制范围变化不大，主要变 化是辅助车间的控制系统，由过去分散“点”的控制到相对集中控制的 “辅控网”，辅控网实现方式主要有PLC和DCS两种形式。 现场总线控制技术也逐步在火力发电厂使用，扩大了信息收集范围 和深度，为设备状态分析奠定了基础。机组性能计算和耗差分析系统也 逐步纳入DCS系统，并及时给运行人员和管理人员提供优化指导的数据。 随着电网调峰和机组经济运行的要求，机组优化控制在各发电公司 将逐步推广，机组优化控制的功能集成或嵌入到DCS系统。 现在的主要问题是：主机DCS控制与辅助车间的“辅控网”相互独 立，与电气自动化系统未形成很好的信息互通，不能实现信息共享，不 利于数字化电厂建设。