數字化電廠關鍵技術分析與探討

摘 要：在計算機和網絡技術的快速發展下，數字信息技術帶動了電力企業的發展，建設數字化電廠逐漸成為了自動化技術發展的一個必然趨勢。建設數字化電廠，能讓電力企業在提高生產效率的同時實現節能減排和環境保護，同時大幅提高企業的核心競爭力。文章對數字化電廠的概念及建設意義進行了闡述，并對建設數字化電廠的相關技術進行了分析和探討。

關鍵詞：數字化電廠；建設；意義；技術

1 前言

隨著信息化時代的到來，建設數字化電廠，加深信息化技術在電廠中的應用，成為了未來電廠技術的發展方向。順應市場主流，把握技術趨勢，讓電廠實現數字化，構建一個全面的、真正意義上的數字化電廠，是電力事業信息化發展的重要任務。目前，對于數字化電廠的認識還存在較多的爭議，有人認為信息管理系統、現場總線或廠級監控系統就是數字化電廠，也有人將三維電廠理解為數字化電廠，還有人提出所謂的較為完整的數字化電廠概念模型，也稱為5S模型：分散控制系統（DCS）、廠級監控系統（SIS）、信息管理系統（MIS）、電力仿真系統（SIMU）、決策支持系統（DSS）。對于數字化電廠的概念，還需要進一步進行探討。

2 數字化電廠的概念及意義

2.1 數字化電廠的概念

目前，數字化已成為了一個普遍的時髦用語，數字化的影子在日常生活中隨處可見，比如數字化電視、數字化地圖、數字化電影等等。盡管人們在生活中常常使用“數字化”這個詞語，但是對于數字化的具體概念卻知之甚少。

數字化，就是把外部復雜變化的信息，轉變為數字和數據，以這些數字和數據為基礎，通過建立數字化模型，將其轉變為一系列計算機可識別的二進制碼，將其引入計算機內部并進行統一的處理的整個過程。

數字化電廠所涉及的信息范圍非常廣泛，它既包括外部的情報信息，又包括內部的管理信息，其中，內部的管理信息包括了過程控制信息、電廠設計信息、資源信息、以及電廠生命周期中各階段中的信息。對所有信息進行數字化處理，是實現電廠數字化的必備基礎。

數字化電廠應該包括電廠設計的數字化、生產過程控制的數字化、電廠管理的數字化、現場設備級的控制數字化和電廠信息的高質量數字化。目前，生產過程的控制已經完全實現數字化，并且在自動化、信息化方面達到了很高的水平。

2.2 數字化電廠的建設意義

從國內外成功實現數字化電廠的實例中可以看出，通過應用先進的軟件，構建一個用于優化控制和數字化的綜合平臺，僅從經濟效益方面來看，每年就能為電力企業節省上千萬的資金。在故障預測與診斷方面實現數字化，可以預防重大設備的損壞，避免不必要的非計劃停產，綜合提高了生產的安全性，若將這些因素考慮進去，數字化電廠產生的經濟效益將是十分可觀的。

建設數字化電廠，實現計算機操作，能讓生產的安全性和可靠性得到進一步的提高，從而減少運行的維護成本，降低工程耗費，符合現代化管理的要求。

3 數字化電廠應用的關鍵技術

3.1 應用分散控制系統，實現生產過程的自動化

分散控制系統（DCS）以其工作性能可靠，控制功能強大，人機交互界面易操作等優勢，讓其在大中型的火力發電機組的機爐主控領域中得到了廣泛的應用。DCS組態，實現了鍋爐爐膛的安全監控，以及汽輪機數字電液系統的控制，從而實現了DCS對機爐的系統和主要設備的統一監控和管理。DCS還能對電氣系統進行監控，最終實現機、電、爐一體化控制。

隨著分散控制系統技術的不斷深入，還能為高層次的SIS和MIS的建立提供現場的實時數據。目前來說，DCS在火力發電廠中的應用已經比較成熟，其組態配置、設計思想、功能配置都已十分完善，DCS已經被應用于火力發電廠控制系統中的各個領域。

盡管DCS在火電廠的應用已經成熟，但是它也存在著一些不足之處：DCS采集的數據量有限，不能滿足大型電廠的需要；各廠家的DCS不兼容；硬接線方式造成了資源浪費。

3.2 應用FCS技術實現現場設備級的數字化

在自動控制裝置與現場設備之間，進行的串行通信、雙向通信、數字通信及多點通信的數據總線稱之為現場總線。由現場總線和智能設備所組成的控制系統稱之為現場總線控制系統（FCS）。將控制技術、現場智能設備、計算機和通信作為一個整體性的技術，稱之為FCS技術。

FCS技術重點用于實現現場設備的數字化。FCS技術推動了智能儀表和現場智能設備的發展，也促進了DCS與PLC（可編程邏輯控制器）的融合，并且對于FCS的發展和應用起到了有效的推動作用。FCS的應用，解決了DCS不能對智能儀表的高級功能進行有效發揮的問題，真正實現了智能控制系統與現場儀表之間的數字通信。

目前，多數的火力發電廠都致力于FCS和DCS的結合使用，讓二者在發揮各自優勢的同時，又能互補缺陷。由于我國大多數的火力發電廠現在采用的是DCS，所以，如何在對DCS不做太多變動的基礎上，充分利用FCS技術是目前需要解決的實際問題。

3.3 應用MIS和SIS實現管理數字化

MIS（廠級管理信息系統）和SIS（廠級監控信息系統）組成了電廠的信息系統，也是實現廠級管理數字化的具體內容。

3.3.1 廠級管理信息系統

MIS是以網絡為平臺，覆蓋面設計整個企業，或者企業中的主要部門的輔助管理的信息系統，其主要組成部分有主機系統、應用系統和網絡系統。目前來說，作為電廠的基礎建設，MIS已經被大多數的電廠所使用。

傳統的MIS局限于行政管理、財務管理和生產運營等的辦公自動化，其功能非常有限。隨著科技技術的發展，傳統的MIS已經不能滿足目前的電廠需求，在MIS的應用方面，電力企業對其有了更高要求。在新的MIS建設中，應當應用ERP（企業資源計劃）的軟件結構以及管理思想。新的MIS應當具備報價輔助決策、交易信息管理、模擬成本實驗和動態經濟分析等功能。通過采用EAM（企業設備資產管理）技術，對于設備的監控和維修進行強化，從而達到節省檢修費用的目的。總而言之，新的MIS應當為企業管理的“開源”、“節流”提供技術支持。

3.3.2 廠級監控信息系統

SIS是以計算機軟件技術和網絡為基礎，將生產過程管理、優化控制和過程實時監測融為一體的自動化信息系統。它是建立在MIS與DCS網絡之間的一個歷史及實時的網絡信息系統，它具有容量大、可靠性高、速度快的特點。SIS在電廠中的應用主要包括性能計算、分析，過程管理和監視，優化調度，診斷機組運行故障，分析計算機組設備壽命，分配負荷等。

4 結束語

數字化電廠是我國電廠今后發展的必經之路。數字化電廠的建設是一項長期的、系統而復雜的工程，在技術手段和管理思想方面，應當與網絡、信息、管理及工業各種技術進行融合，緊跟時代步伐，從而最終實現數字化電廠的構建。

參考文獻

[1]王曉雄.構建全面數字化電廠的思考[J].中國儀器儀表，2011，（10）：41-44.

[2]張學孟，劉智銘.數字化電廠建設的關鍵技術及發展[J].廣東電力，2012，25（9）：35-39，46.

[3]曹國棟，張倩.建設數字化電廠的關鍵問題探討[J].電力設備，2008，9（12）：63-65.

[4]楊敏.數字化電廠建設策略思考與實踐[J].華北電業，2011，（6）：50-51.