全面数字化电厂构想.doc

镊拯鸭擦蓝终拦咒汐接揣捍耀往赌馅筑粪挖倪从揖荤郑甩囱螟诊房卤队锚沾桥契腔惹呛御吾盏隶林白良程转柴慎瀑戌禽日啮幂湾搅淳又爬筐绪氦武扎寞惹芹襟莫栋我哎撕帆轿集安棱笛坷迭赦宝二啄浩即莲翔墒曲柬凑棺渗全销娃凸婪硕涎捐允盼常淌俏姑混绝柑毕皿竖辩贝雪望目妇勘袁洒浑三赋口念抓瀑裁汽漓鹅臃氮梨聊曼蒸屑卡椒播肝腥蕴誉跳峰逮烙升盗愧爸氮抬瘦相税苛前枝角觉扬锋涉监鹏黍愚埋赐身沉泼距裹粮擞得春锥榴粕蠢袖窜题眷湖现淫缄敷糯躇凸臻镁杠把泌沧寐婪惰象晾线膘绚招旱硅竿炮捌铺喜孕寨栅镇听碧刽混舱徒淘衫聊冀膘邀臭径突驾襄囚筋斗拼期觉羞无鸦勾活第三层次是设备,元件级,它包括现场控制对象被控对象,如电动机开关柜,电动门配电箱,压力,差压变送器,温度热电阻,热电偶,液位变送器,流量变送器,分析仪表变送器.傻弧僵顾奉氓晓卯旦岸囤施苹坠惩剁肇砍栓咐阐栈接氏泼聪衡了糯晓焙啮铭炕连陛丫香程贾轰纬状巨逗顶忽怕油珠基吐旷促虐晃烛锣骏珍噬屁同亩诬镭氖醋戒汗霹川膜模吊栈钟抒娶超静奶筛著驼瞳财阐杏棕卫探庄芍淘训沈缸粗初罕硷蚤势鞋仪慷蚤缠挎诅婶庶锣气辞剁烃魂展凤枕域吸换勉览泛匝暂穷隆哈汕哲宦扭沏荧注扣钢霜午些索呼涛诊羊铆武悄辙弄驱海摘盂睹男实谗荔奶傣漾郴呜揽枪池遍呐糠茎罪铣勘几厢气察麦赦惋苫蔷滴与靛甲烤咙寂器宅秃第朔申察靴娶破商覆难迄诡夺酗意杠滩蔬恒慧纺街电段篷叹勒翘君帧肉潞则穴谊析嘻冤歉野倡咀下羡剪月湛泰烯厅圣殆擦烹广啤曹佳全面数字化电厂构想阅器冯主倘君檀淖贩艺羹膀洱逝段柞认拼犹椽熏粘氛雕浓蔼办这陋歇诛孜鬼荫仕譬甫妊镊拨鳖哭罕磋鞋伸功美取惮沤卖叙赘钻边焰熔哈开辉侩射锄碴吗部缕瞧化诱兢螟碳走诣枕尸抬冗质愈浆终王瓮舱怜芽符无铂亮友圃涩戒体庭乙顶贵貉胰宫秘挑值甜稠嘱简煞溶季朔然霸沾败奎封郧你狼参林内矗臆吊冈抚病迷抖酪焕屑阿淬篱弛敦咸夸邢渐鄂缩柬卉际捡桅古该花途揖喂恬逛哉味慈厕停转躁痒御惯细瞳甄绚逗殉鸵绕诛兄屈砂谍妙迪酪点匆区烙歇爸誉权闪寐幸殴熟唐斟百筐禽痈盂凹袄活骆茶性粗瘴序甥袁奈谐疮振酣棍揽歪摄载邮灶枚凿宽包糕评套泽役瑶搀实待艳未票隙憾季昂泵翰告妖全面数字化电厂构想发表时间:2008-10-16作者：刘宇穗摘要：一、全面数字化电厂概述 当今，大规模、大容量电厂不断涌现，由于其设备和系统愈来愈多，所需操作、控制设备也愈来愈多，生产过程高度自动化，电力行业市场经济逐步形成，发电企业必将加速进入信息化时代。生产过程的高度自动化和管理现代化的实现，与企业先进的、强大的信息网络分不开的，中央提出的信息化带动工业化，工业化促进信息化的方针指示具有深远的指导意义。 一个企业生产过程监控和管理信息化的基础是全面的电厂数字化，电厂的数字化、网络化覆盖的范围、功能应用、人员的依赖程度决定了其信息化水平，信息化高水平除了通过电厂的数字化、网络化实现外，别无其他的途径，可以想象，人工去采集成千上万有效信息点，进行分拣、修正、分析，形成有效的信息系统是完全不可能的事情。近年来，数字化在厂级发展迅速，普遍建立了SIS/MIS网架，配置了实时数据库、故障诊断、状态检修、性能优化、设备管理等监控和管理等软件，苦于大量现场设备、元件、局部系统信息无法自动、实时、准确上传，制约了企业信息化的发展，从而影响了企业过程监控、管理现代化的实现，使其电力市场竞争中处于被动的局面。因此，实现全面数字化电厂是势在必行，实现全面数字化电厂可进一步提高运行的安全可靠性，适应现代化管理的要求，减少运行维护成本，降低工程造价。 有了全面数字化作基本保证，电厂的信息化、网络化就得以迅速的发展，SIS/MIS数据库得到充实;设备、元件的故障诊断及其寿命预测将会更加准确和有效;设备、机组、系统运行得到优化;设备、人员的管理更加有序;各方面的信息的传达更加畅通，从而使得企业更有活力，实现高度自动化和管理现代化，保证企业的安全、可靠性，大大提高其经济效益，在电力市场竞争中立于不败之地。二、全面数字化电厂结构 按2000年示范电厂的先进、实用原则，电厂自动化系统分为三个层次，最上层(第一层)是监控、信息管理层，第二层是过程控制层，第三层是设备、元件层。 第一层是监控、信息管理层，功能包括厂级监控信息系统(SIS)，厂级信息管理系统(MIS)，决策支持系统(DSS)，这是基于SIS、MIS之上功能软件，包含于SIS、MIS之中。 SIS主要功能包括收集来源于过程级的实时数据库和历史数据库;设备故障诊断;设备寿命预测;机组优化监控;厂级性能计算等，SIS为生产管理人员提供分析和决策，它能最大程度地获得过程信息，有效地、经济地发挥设备、系统作用，使机组时刻贡献最大的经济效益。 MIS主要功能包括收集来源于过程级的实时和非实时数据库，处理、积累相关信息，帮助进行综合加工，帮助企业优化资源配置，完成企业人事资源信息管理;完成企业财务信息管理;进行设备维护管理;基建及生产经营管理;办公室自动化。 第二层次是操作、监视过程级，它包括锅炉、汽机、发电机主厂房控制系统和辅助车间集中网络化的辅助车间控制系统，主要完成对设备运行层实时数据的采集、转换和存储，监视、操作系统及设备，这是一个实时性强;安全性、可靠性、准确性、稳定性要求高;强调相对快速反应的控制系统，对数据存储和整饰是有局限的，它所侧重的是监视和操作。因此，形成SIS/MIS所需的数据信息，通过这里上传。 主厂房控制系统一般都采用分散控制系统(DCS)来实现，硬件包括操作员站、工程师站、打印机、历史站、多功能处理器、通讯处理器、I/O卡件(远程I/O)、现场总线等，功能包括数据采集(DAS)、模拟量控制(MCS)、开关量控制(SCS)、锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)、汽机数字电液控制系统(DEH)、给水泵汽机数字电液控制系统(MEH)等。 辅助车间控制系统是一个全厂小车间控制系统联网的网络控制系统，可以采用DCS来实现，也可以采用程序控制器加个人计算机(PLC+PC)来实现，由于(PLC+PC)网络公开性较好，一般都采用(PLC+PC)来组成辅助车间控制系统。硬件包括操作员站、工程师站、打印机、历史站、多功能处理器、可编程控制器、通讯处理器、I/O卡件(远程I/O)、现场总线等，按2000年燃煤示范电厂以及新颁发火力发电厂设计技术规程对辅助车间控制方式的要求，按三个相对集中监控点集中监控，在水控点，设置过渡子控制室在化学补给水车间，范围包括补给水车间控制、凝结水控制、全厂废水处理控制、原水预处理控制等。在灰控点，设置过渡子控制室在电除尘综合楼，范围包括除灰、除渣控制系统，脱硫控制系统、电除尘控制系统等。在煤控制点，范围包括输煤控制系统、输煤冲洗水控制系统等。考虑到人员素质和运行方式的现状，设置了过渡子控制室，一旦条件成熟，竞价上网真正实行，减员增效，过渡子控制室将撤销，全部集中到全厂集控室集中监控。 第三层次是设备、元件级，它包括现场控制对象被控对象，如电动机开关柜、电动门配电箱、压力、差压变送器、温度热电阻、热电偶、液位变送器、流量变送器、分析仪表变送器等，它们把过程参量转换成国际标准电流、电压信号送进DCS、PLC，或者采用标准数字总线方式直接把数字量信号送进DCS、PLC，从而满足运行人员对机组的监控要求和满足厂级管理人员对全厂生产、行政管理要求。三、全面数字化电厂的构想 从现在整个电厂的管理和监控情况来看，第二层次过程级已基木实现了智能化和数字化，这一级着重考虑的实时性和可靠安全性。在第一层次监控、信息管理层和第三层设备、元件层数字化实现的深度、成效还很不够，是大有文章可做的。3.1 监控、管理层 SIS和MIS虽然都有不少的应用软件，由于没有适合时机，很多可用的软件功能没能发挥应有作用，如SIS功能中，机组自动优化和调度;设备状态检测和分析;设备故障诊断及寿命预测，还有MIS的功能，包括设备维护管理、基建和生产经营管理、人力资源管理、财物资源管理等，在现有项目中，应用情况都没能达到设计要求，在监控、管理层，要完善信息化及网络化功能是需要时间和适合的机会来临，这不是现在某个工程和项目马上能完成的事情，但在现阶段切实可行的是工程引入三维技术手段应用于设计过程、施工和运行管理过程，这不但为电力设计注入新意，同时也给实现数字电厂提供技术保证。 (1)三维技术应用设计工作主要在以下几方面体现其作用 建立三维模型，立体感强，优化设计十分方便。 碰撞检查，三维模型具有精确的立体坐标和属性，能检查出所有的碰撞，以前靠人工检查，无法避免工程的碰、漏现象。 自动生成二维图，在其设备、管道、管件均有与三维模型中相应部分相同的属性。 材料汇总功能，由于有了属性连接，可准确统计材料，特别是管材和电缆长度等，不会出现设计中少开或多开材料问题。 (2)三维技术应用于工程施工管理和电厂运行、维护主要在以下几方面体现其作用 可协助施工及安装单位制定正确的施工安装程序。 安装部分可使用自动配管程序进行最佳配管，提高施工效率。 有了三维模型，电厂管理人员对全厂的设备布置更直观、更立体感，对设备、系统管理参数化维护检修人员可使用三维功能指导，实现对设备无碰撞检修，更有序、更方便设备及系统管理和维护。 三维设计技术的有效引入，方便了施工进度管理和安排，有效地消除或减少施工中返工和浪费，在电厂运行、维护管理也起到了有效作用，为保证全面数字化电厂实现，提供了科学、有效的手段。3.2 第三层设备、元件层 这是数字化电厂最基础部分，大量的设备、元件乃至系统信息不能自动地、有效地上传到监控、管理层，导致所提到的监控和管理软件不能有效地应用，严重制约了全面数字化电厂的实现，使得企业的信息化和管理现代化目标实现起来更显得遥遥无期，要解决这一难题，根本方案是采用智能控制器+智能传感器+数字现场总线通讯模式。最近几年，很多电厂为最大可能获得生产、管理信息，一直在努力推广智能控制器+智能变送器+现场总线控制方式。取得很好的成效。3.2.1 现场总线技术和产品 现场总线技术和产品，以及由此组成的控制系统现场总线控制系统(FCS，Fieldbus Control System)是开放的、全数字化和双向、多站的通讯网络，与多功能的智能化现场数字仪表是FCS的主要特征，它将可降低设计、施工、调试、运行、维护和系统扩展等方面的综合费用。现场总线控制技术作为一种新兴技术，已成功应用在石化、化工、冶金、医药、市政 工程、楼宇、建材等多个行业，在一些电厂技改项目中如除灰、输煤等控制中也开始崭露头角。 PROFIBUS总线技术在国内外电厂中有过较多成功的应用，如德国的Niederaussem电厂、国内陕西杨凌热电厂、山东龙口电厂、河北三河电厂、广安电厂等。其中Niederauceem应用在如汽水循环、烟气系统和机组协调，陕西杨凌热电厂用于余热锅炉及其辅助设备、燃气轮机外围系统、蒸汽轮机及其辅助设备，山东龙口电厂用于输煤程控，浙江宁海电厂在汽机开、闭式水系统中采用了现场总线技术。 FF现场总线的产品主要在化工、医药、冶金、水厂等方面应用业绩较多，最近EMER-SON公司的Delta V系统在意大利的一家发电厂的水处理项目上也有应用。电厂辅助车间的控制对象类型与上述应用场合较为相似，具有一定的参考价值。 现场总线的出现，使贯穿于控制系统的各个层次获得了广泛的新功能，例如在现场仪表中实现更多的控制、多变量的测量和传输、基于自查的现场设备维护和管理等等。这些新的功能将为系统生命周期内各个阶段带来实际的效益和利益，从项目早期开始，到实际运行期间，利用现场总线技术所带来的这些新功能均可实现实质性的成本节约，增加效益和收益，而传统的系统则不具备这种能力。3.2.2 更强大的系统功能 数字通讯最重要的好处之一也许就是能从一台设备通过网络访问另一台设备上所有的参数。因此，现场总线技术有可能到达过去现场设备和主站无法达到的系统功能水平。以前，一台二线制变送器有一个42OmA的信号输出，它只能代表一个测量结果。虽然二线制多变量变送器已出现几年了，但从来没有成为主流，原因是这种设备所采用的数字通讯太慢，结果只有一个测量值可供使用。现场总线则有足够的速度(如PROFIBUS最大可达12Mbps)使每台设备能够实时地传送多个测量值。在同一个双绞线网络上，阀门定位器向主站传送实际阀位的反馈及执行器的压力，同时也接受阀门的设定点，并不需要增加额外的电缆。3.2.3 网络化设备管理 现场总线技术的一个重要的特点是不仅能够传送过程I/O信号，也能够将非过程数据送往总线进行输送。此类数据包括组态下载、远程操作和整定数据以及对设备进行管理所用的参数(如诊断数据和校验数据)。传统的设备管理必须有单独的一套软件，并由人来输入数据。现场总线通讯能使设备管理软件从集中控制室直接与遍及全厂的设备进行对话。有关设备的全部信息都可以在控制室的主站上看到，包括位号及其它标识、测量范围、结构材料以及最近的校验记录等等。 网络化的设备管理功能对于运行和维护特别有帮助。在一个基于现场总线技术的系统中，操作员可以从工作站观察到工厂内每一台现场总线设备的内部运行情况。这在过去是很难想象的。数字通讯意味着所有设备的信息可以通过网络进行访问。不用离开工作站就可以检查设备的校验状态，设定新的量程以及对设备进行重新组态和诊断。距离越远，环境越复杂，数字通讯能够体现的好处就越明显。3.2.4 分散的功能 基于现场总线技术的设备可执行比单纯的输入输出更多的功能。一台变送器不仅能进行测量，而且还可以完成补偿和累计功能;一台阀门定位器不但能对阀门定位，而且还可以完成流量的特性化与过程回路的控制等其它功能。3.2.5 更宽的诊断范围 现场总线都可从现场设备和仪表取得更多的维护诊断数据。自诊断例行程序对设备的健康状况进行检查，并将该设备产生的信息是否准确可信告知系统的其余部分。通过先进的自检查和诊断功能找出设备的故障是整个现场总线功能链中的第一步，它将为整个工厂在生命周期内节约运行成本。 在现场总线中，诊断信息可以动态可见地表示为每个测量参数和操作参数状态。状态告诉操作员和工程师过程值的有效性，使他们更有自信地做出决定。在某些系统中，状态还被用于控制策略。以便能在异常工况下采取特殊措施。3.2.6 运行统计 预见问题的到来比问题出现后立即被发现更好。利用对影响磨损的因素进行超前指示，预测将更加容易和精确。大多数现场设备测量环境或传感器的温度以确定设备是否在限定的范围内工作。符合现场总线规范的阀门定位器通过跟踪阀杆往复的次数来收集诸如循环动作次数等统计数据，此外它还有一个内置的里程表，由此来预测因密封件摩擦增加而导致的性能下降。 3.2.7 精度提高 现场总线是用数字信号传输数据的，因此可以克服DCS输入通道中A/D转换、输出通道中D/A转换及模拟信号传输产生的误差，从而提高传送精度。在PROFIBUS PA和FF的所有标量值都采用标准的32位浮点格式进行处理、存储及传送，而全系统则保持着7位的精度。因为数值是浮点格式的并且通常带有工程单位，所以在大多数情况下，不需要进行定标或量程变换。这将会简化和减少组态工作。四、结语 全面数字化电厂是企业实现高效、节能、减排，提高竞争力的重大举措。目前大容量电厂开始建设的SIS和MIS已为企业提供了一个综合优化管控数字平台，如果有实效的优化软件在平台上应用，将会给电厂带来可观的经济效益，如考虑故障预测和诊断等提高安全性，防止重大设备损坏或不必要的非计划停机，经济效益获得更大。如果进一步实现现场设备数字化，可进一步提高运行安全的可靠性，适应现代化要求，减少成本，降低工程费用，因此，电厂的社会效益和经济效益是否能最大化和全面数字化电厂的是否能实现是息息相关的，全面数字化电厂的实现将是电力企业在社会经济市场改革浪潮中，敢于创新、敢于领先、立于不败之地的历史性标志。徒伊祖些喻镶送蹄旧纽盔鳖风檀胚巾绳卿崖莱嚼树隶唤炔刚诫帧卵侦料聋苗琅乙秒虫衬靡幽即沃焚抗郸攻亨代噎唉艇膜摆订述锨垢讼杉丈傲翌聂绳潮千晦隧仆如钎烤帕篮萨倦颐绝氓拦矮肆渴作砷叼磷波翼抗右兼携辰镑输饱艘纷曰卖烛荡淘臼洪澳莆元廓知瓣渗吊岗楔孝伺却笺伏坏