电厂厂级自动化系统总体功能设计

电厂厂级自动化系统总体功能设计[摘要]火电厂厂级自动化系统(PAS)应由非实时管理的厂级管理信息系统(MIS)和实时管理的厂级监控信息系统(SIS)构成。SIS的目的是在对全厂各个机组、煤、除灰等公用系统生产工况进行监控的基础上,实现经济目标控制下全厂的协调生产。建议SIS的网络结构,以以太网和FCS为基础继续发展,最终将整个电厂融入单一的以太网中。一、厂级自动化系统和电网级自动化系统的关系如前所述，厂级自动化系统包括厂级监控信息系统(SIS)和管理信息系统(MIS)两大系统。SIS是为厂级生产过程自动化任务服务的，它不仅要满足全厂生产过程综合自动化的需要和向MIS提供全厂生产过程实时数据，以支持MIS的需要，而且还要满足电网实时安全和经济调度的需要，它是厂内单元机组DCS和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统；管理信息系统是为电厂管理工作现代化任务服务的，它不仅要完成内部任务管理现代化的需要，还要满足向电厂上级部门发送管理和生产信息，以及对外市场营销的需要。满足电厂市场营销任务需要的就是人们熟知的电厂报价辅助决策子系统(PlantBiddingSystem，简称PBS)。二、厂级自动化系统的组成1SIS的提出当前,我国大型火力发电厂各工艺系统的控制随着近几年中国电力体制改革的深入开展,厂普遍采用分散控制系统(DCS)和可编程序控制器系网分开、竟价上网已经成为必然发展趋势。在此大统(PLC)。在将来很长一段时间内,大型火力发电环境下,国内各电厂纷纷开始重视整合企业现有软厂机组级控制系统仍将主要采用以DCS为主、C硬件资源,在整个电厂范围内实现信息共享,争取管为辅这种模式。控一体化,为电厂整体效益的提高而努力。厂级自动化系统(PAS)是厂级生产过程自动化目前,虽然我国电厂的生产过程自动化水平比和厂级管理信息系统的总称,它是建立在机组级自较高,但是各控制系统之间相互独立,信息不能共动化和辅助系统级自动化基础上的全厂级自动化系享,造成了信息浪费,也为厂级生产过程管理带来了统[1]。国内电厂由于受宏观政策的影响,在建设期困难[2]。虽然有MIS,但它是非实时管理系统,还无间基本上都未设计厂级自动化系统。许多电厂都自法科学地保证整个电厂经济地运行,无法给决策者投资金开发了规模不等的管理信息系统(MIS)。提供足够的信息。DCS虽然有经济运行控制功能,MIS主要完成对发电生产设备维护、全环保、划但是该功能是根据1台机组的主要运行参数而实施经营、人办公、纪工团、务后勤、种经营等的的,它所获得的信息不是很充分,所以该功能比较片面和不准确。电厂需要的是一种能够实时采集全厂各种信息、时分析和预测运行的经济性并实时制定经济运行的生产计划的一种系统。同时,随着以计算机技术为核心的控制、网络通信等技术的高速发展,SIS终于应运而生.2SIS的功能SIS的目的是在对全厂各个机组、煤、灰等公用系统生产工况进行监控的基础上,实现经济目标控制下全厂的协调生产。SIS的主要功能如下:2.1负荷分配调度根据调度端对整个电厂下达的日负荷曲线和本厂各台机组主、机设备的运行状况、能和效率等情况,自动、理地制定各台机组每日的运行负荷曲线,使整个电厂运行在最佳效率状态。当这种分配被值长认可后,各台机组就按照各自的负荷曲线运行。同时SIS还可根据调度端的实时负荷指令、各台机组的实时状态和实时计算的电厂效率对机组负荷曲线进行修正。2.2厂级性能计算和分析以往单元机组主、辅机的性能计算是在单元机组DCS中进行,由于DCS的信息有限,这种性能计算主要是基于设备和主热力系统的,无法含盖全厂。SIS可以从全厂各个生产控制子系统获得丰富的过程数据,对整个电厂的综合效率以及生产成本进行实时计算,生成运行效率曲线,并将其与经济效率曲线加以比较,在此基础上对整个电厂及单元机组的运行状况加以评估和提出改进意见。这种计算和分析结构可作为机组负荷分配和实时报价系统以及运行管理的重要依据。2.3主机和主要辅机故障诊断SIS可提供系统故障诊断功能。通过诊断软件,实时分析出主、机设备的故障原因,故障点并提供处理故障的办法。诊断信息可存储、打印并将故障点分别反映到值长站和单元机组操作员站(或辅助车间控制点)上的流程画面中,以便值长能够了解设备运行情况,主、辅系统运行人员能快速、准确处理故障。专家系统还有自学习功能,不断提高对于故障诊断和处理方法的准确性。2.4设备寿命计算和状态分析根据工艺系统和设备本体热工测量参数的变化自动对一些在恶劣环境下工作的重要设备(如过热器)的寿命进行计算、分析和故障预测,并以此为依据来制定设备的维护、检修计划。既可保证设备的安全运行,又可减少无谓的大小修,使电厂安全运行,获取最大经济利益。2.5生产过程管理指导SIS可对整个电厂生产过程进行综合计算、析和评估,并将其结果以Web的方式在SIS网络上发布。拥有浏览权限的生产管理者可在客户机上看到这些基于工程数据的分析结果和改进措施,实时地了解全厂和各机组以及辅助车间的生产状况,为管理决策提供有力依据。通过SIS网络,还可以将管理者的有关生产的指令下达到值长站,再通过值长站下达到各系统运行人员的操作员站上。同时,这些计算、析结果还可以送至MIS中,作为电厂报价、部管理和考核的依据。由SIS的功能可以看出,SIS是以经济控制为目标的厂级监控系统。有的专家认为,PAS应由非实时管理的MIS和实时管理的SIS构成。这样划分便于合理安排信息流向。3SIS的结构SIS的网络结构图如图1所示。网络采用了分层、布式设计,整个SIS分为上下2层。下层为SIS接口层网络,采用分布式采集策略,可以有效隔离网络上下的故障,还可以利用前置机的缓冲功能,防止数据服务器故障时丢失数据。上层为SIS应用层网络,挂接SIS层各应用服务器。通过分层设计,一方面便于分散通讯负荷,提高各层通讯效率和网络可靠性;另一方面可以通过数据服务器进行技术和通讯协议选择。上层技术选择强调开放性,选择交换式以太网技术比较合适;下层则更强调与各控制网络的互通性。实时/历史数据服务器可以根据重要性考虑冗余配置。在技术实现上,2层独立网络既可通过物理网络实现,又可通过虚拟网络(VLAN)实现。如果SIS层的应用软件不多,而且数据通信量不大,还可以考虑上下2层合并成1个网络。SIS和MIS的互连主要有2种策略:一是采用图1所示的防火墙策略,将SIS的应用层网络通过防火墙连接到MIS骨干网上,在防火墙上设置各种安全策略来限制SIS和MIS之间的数据交流。这种方法可以较好地满足SIS应用层安全性和可靠性的优点,也方便SIS的各种应用软件从MIS网上获取数据,同时还可以满足MIS网上用户访问实时数据的需要。二是采用如图1中虚线框所示部分,直接在实时/历史数据服务器与MIS关系数据库服务器之间建立高速双向连接,使2个网络之间的数据通讯完全通过2个数据库进行,实现2个网络的有效隔离,而且减少通讯的复杂性,提高2个网络的独立性和可靠性。在具体实施时,要根据实际情况决定SIS与MIS之间的数据流向和具体的连接方式。4SIS软件4.1网络操作系统及通讯协议网络操作系统(NOS)是一种运行在网络硬件基础上的网络操作和管理软件,它建立一种集成的网络系统环境,为用户方便而有效地使用和管理网络资源提供网络接口和网络服务。NOS采用2种模型来构造网络系统:对等模型和客户/服务器(c/s)模型。c/s模型已经成为主流。微软公司的WindowsNT已成为网络应用软件事实上的标准平台。所以SIS的NOS一般也用WindowsNT系列产品。通讯协议可以采用目前应用广泛的TCP/IP、NetBEUI和IPX/SPX协议。4.2优化控制和管理应用软件优化控制和管理软件以成本核算、经济管理为核心,将原来不可控或不清楚的能量损失和设备损耗全部量化,通过多种手段和工具帮助生产管理人员进行分析、找故障,提出节能降耗的优化措施,它符合信息时代企业赢利的法则,即把信息变为知识,把知识变为决策,把泱策变为利润[2]。与SIS的功能相对应,有以下软件:(1)能量管理软件:Siemens的SR2,ABB的EMS,Bailey的ConOpt等。li,ABB的Optimax-MODI,Siemens的SR4,ALSTOM的VEGA等。(3)过程信息统计和分析软件:Siemens的PI,Bailey的ConCalConDasConMea等。mount的AMS,FOXBORP的AEM,ALSTOM的电站性能输出和计算模块及汽轮机故障分析模块。5SIS的发展趋势SIS的发展趋势是采用将以数据库和模型库为核心的决策支持系统或具有四库三功能结构的决策支持系统(DSS)。从世界范围内来看,以模型库为主体的传统的决策支持系统已经发展了10多年,它通过定量分析进行辅助决策,对计算机的辅助决策起了很大的推动作用。其模型库中的模型也已经由数学模型扩大到数据处理模型、图形模型等多种形式,可以概括为广义模型。决策支持系统的辅助决策能力也从运筹学、管理科学的单模型辅助决策发展到多模型辅助决策,使辅助决策能力上了一个新台阶。图2具有四库三功能结构的DSS随着数据仓库和联机分析处理(OLAP)新技术的兴起,为决策支持系统开辟了新途径。将模型库、数据库、知识库、方法库、数据开采和数据仓库、OLAP结合起来形成的综合决策支持系统,是更高级形式的决策支持系统(见图2)。其中数据仓库能够实现对决策主题数据的存储和综合,OLAP实现多维数据分析,数据开采用以挖掘数据库和数据仓库中的知识,模型库实现广义模型的组合辅助决策,专家系统利用知识推理进行定性分析。它们相互结合形成3个主体:一是模型库系统和数据库系统的结合,它是决策支持的基础,为决策问题提供定量分析(模型计算)的辅助决策信息;二是数据仓库OLAP,它从数据仓库中提取综合数据和信息,这些数据和信息反映了大量数据的内在本质;三是专家系统和数据开采的结合。数据开采从数据库和数据仓库中挖掘知识,并将其放入专家系统的知识库中,通过知识据仓库中的知识,模型库实现广义模型的组合辅助决策,专家系统利用知识推理进行定性分析。它们相互结合形成3个主体:一是模型库系统和数据库系统的结合,它是决策支持的基础,为决策问题提供定量分析(模型计算)的辅助决策信息;二是数据仓库OLAP,它从数据仓库中提取综合数据和信息,这些数据和信息反映了大量数据的内在本质;三是专家系统和数据开采的结合。数据开采从数据库和数据仓库中挖掘知识,并将其放入专家系统的知识库中,通过知识推理的专家系统达到定性分析辅助决策。SIS的发展趋势是成为一个以经济运行为目标的决策支持系统,为决策者提供准确可靠的决策信息。6建设SIS的建议6.1网络结构随着以太网的不断发展,国外不少公司已经开始研究以太网在电厂控制中的应用。它一定会全面进入工业控制领域。FCS是最具前途的控制系统,电厂的控制迟早要由FCS接管。就地设备和其他控制系统将不得不向着适应现场总线的方向发展。所以我们建议SIS以及整个PAS,应该以以太网和FCS为基础继续发展,最终将整个电厂融入单一的以太网中。通过完善的网络设计和管理,这个目标是可以实现的。如果实现了这个目标,就可以增加设备、统、件和软件的通用性,降低开发、购、行、理等各项成本。6.2多方参与SIS在我国尚处于起步阶段,还有大量研究和推广工作。我们认为SIS的建设需要以下几个方面的投入和默契配合,才能在较短的时间内,以较小的成本将我国的SIS建设好。首先,需要研究和生产单位进行深入研究,多方比较,找出适合我国国情的SIS组建方案。其次,需要电厂、计单位为SIS厂家提供充足的实际运行数据和经验,为DSS的各种库提供详细、整的资料,使DSS更加准确合理,使SIS更加切合我国电厂的实际。最后,需要权威机构综合分析和评价DCS、MISSIS等的功能,对各系统的功能和职责进行准确定义和划分,避免各系统在同样功能上的重复投资,使各系统相互配合,协调运行。而且,在SIS最终确定后,还需要权威部门施加一定强制力进行推广。目前,SIS已经受到电力行业各部门的重视,各公司也被其经