試論發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化要求

丁永允

（遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179）

隨著越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法的實施，人們更多傾向于選擇更清潔、更環(huán)保的可再生的能源，而在可再生能源中，能源生產(chǎn)發(fā)展令人擔(dān)憂。發(fā)電廠在能源結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，近年來，隨著發(fā)電廠智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，對于發(fā)電廠的能源分配網(wǎng)絡(luò)、機構(gòu)及普通能源用戶等都可以采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行實時檢測和分析，但由于控制機器的主系統(tǒng)和輔助設(shè)備數(shù)量眾多、參數(shù)復(fù)雜，因此，將過程控制系統(tǒng)集成到發(fā)電廠期間需要建立規(guī)范化的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以提升發(fā)電廠的工作效率［1］。

1 發(fā)電廠概述

1.1 發(fā)電廠現(xiàn)狀

發(fā)電廠是能夠促進(jìn)能源發(fā)電和新一代能源轉(zhuǎn)換的重要場所。在發(fā)電過程中，首先要進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，為適應(yīng)新能源系統(tǒng)要求，除提高能源轉(zhuǎn)換效率外，還應(yīng)以發(fā)電為核心，協(xié)調(diào)智能設(shè)備層、智能控制層和智能發(fā)電層來執(zhí)行智能發(fā)電過程。目前，“智能能源發(fā)電”以自動化、數(shù)字化和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合運用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等資源，處理來自計算機的信息，并集成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，形成自我優(yōu)化、自我學(xué)習(xí)的新技術(shù)，以實現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的運營。目前，國內(nèi)外不同學(xué)者對發(fā)電廠提出了不同的看法，主要是由于發(fā)電廠是一些小型發(fā)電機組的分布式集成，相當(dāng)于單個全球發(fā)電廠機制，能源網(wǎng)絡(luò)中運行的特征參數(shù)是分布式的電氣單元特征參數(shù)，給指定區(qū)域內(nèi)傳統(tǒng)電廠的組合進(jìn)行分布式發(fā)電、可控負(fù)荷和儲能，以參與能源網(wǎng)絡(luò)運行。而作為對需求的一種響應(yīng)方式，發(fā)電廠可以安裝一些設(shè)備以提高能源效率并降低能源消耗。從狹義上講，發(fā)電廠是來自供電集團(tuán)的聚合物，這些能源可以是傳統(tǒng)單位的熱能、風(fēng)能、太陽能發(fā)電和其他新能源裝置，也可以作為電能儲存裝置，這些裝置不受網(wǎng)絡(luò)運行調(diào)度中心的直接控制。從廣義上講，發(fā)電廠不限于發(fā)電側(cè)的鎘發(fā)電機組，可以與可控負(fù)載響應(yīng)技術(shù)和能源方面的需求相結(jié)合，在能源產(chǎn)生和消耗兩個極端情況下，將一些個人和機組組合在一起。理論上，發(fā)電廠中的個體分布不受區(qū)域限制，每個人都可以通過信息網(wǎng)絡(luò)與控制中心連接。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電廠規(guī)模正在逐步擴(kuò)大，單臺發(fā)電機輸出功率小，安裝使用方便［2］。

1.2 發(fā)電廠架構(gòu)

發(fā)電廠架構(gòu)應(yīng)基于“智能發(fā)電”概念，以新一代智能管理和集成控制系統(tǒng)為核心，專注于智能生產(chǎn)控制和智能管理，通過智能控制、智能安防和生產(chǎn)控制這三種智能管理功能，集成智能設(shè)備層、智能控制層、生產(chǎn)監(jiān)控層和智能管理層，旨在優(yōu)化過程的完全控制、自學(xué)習(xí)分析和診斷、自恢復(fù)故障處理等智能發(fā)電運行的控制和管理模式，最終幫助發(fā)電廠提高設(shè)備可靠性，降低能耗排放。通常來說，發(fā)電廠的智能設(shè)備層主要是基于發(fā)電廠的傳統(tǒng)操作設(shè)備層，采用先進(jìn)測量和檢測技術(shù)對發(fā)電廠的整個生產(chǎn)過程進(jìn)行檢測，并發(fā)送有關(guān)設(shè)備狀況和狀態(tài)的信息。環(huán)境信息被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息并進(jìn)行高效管理和傳輸，為智能控制層和智能管理層提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持［3］。而智能控制層和智能管理層可以對海量數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)處理方案，進(jìn)行設(shè)備可靠性分析和早期故障預(yù)警，實現(xiàn)智能化在線構(gòu)建。其中智能設(shè)備層嵌入了先進(jìn)的測量設(shè)備，例如紅外探測設(shè)備以熱成像的形式反映設(shè)備的三維溫度信息，有效執(zhí)行實時預(yù)警和設(shè)備故障診斷，或者使用智能機器人完成一些無法由人員執(zhí)行的操作，如高風(fēng)險區(qū)域的巡邏檢查、故障檢測等。使用先進(jìn)的測試設(shè)備檢查生產(chǎn)現(xiàn)場的全方位檢測感知，能夠提升風(fēng)險防控水平。

1.3 發(fā)電廠結(jié)構(gòu)特征

發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：首先是網(wǎng)絡(luò)的通信和管理功能，能夠?qū)崿F(xiàn)控制中心和區(qū)域內(nèi)對象之間建立的雙向通信連接，保證物理層、數(shù)據(jù)連接層和其他級別的連接；其次是可以整合短期、中期和長期天氣數(shù)據(jù)預(yù)測該區(qū)域內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機組和太陽能發(fā)電機組的輸出功率，作出準(zhǔn)確的預(yù)測，并在一定條件下，將其視為部分中斷負(fù)荷供電，以滿足該地區(qū)和整個電網(wǎng)的調(diào)度和運行；最后是可收集和分析工藝區(qū)對象操作的數(shù)據(jù)，如調(diào)整后發(fā)電機的輸出、運行效率和功率負(fù)荷。發(fā)電廠的結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要包括收集市場信息、制定發(fā)電計劃并簽署中長期合同。通過開放式應(yīng)用控制器、高級應(yīng)用服務(wù)器和實時/歷史數(shù)據(jù)庫與具有復(fù)雜操作的控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，以執(zhí)行發(fā)電廠的相關(guān)功能，提供實時、高可靠性的技術(shù)支持，同時也可以在高級應(yīng)用服務(wù)器上開發(fā)類似驅(qū)動程序的配置。通過正常運行的電網(wǎng)環(huán)境和可靠高效的接口，基于歷史數(shù)據(jù)實時處理和分析復(fù)雜數(shù)據(jù)，實現(xiàn)發(fā)電廠的智能優(yōu)化。而實時歷史數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)采集并壓縮海量數(shù)據(jù)，為智能發(fā)電平臺中的各種應(yīng)用提供高速和長期存儲，保證人員能夠?qū)崟r查詢歷史數(shù)據(jù)并隨時調(diào)用。

2 發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的概念

發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成通常分為主機控制和輔機控制。由于控制室的系統(tǒng)改造，對控制系統(tǒng)的優(yōu)化不僅涉及控制系統(tǒng)的選擇，還涉及新舊系統(tǒng)之間接口的組合，但執(zhí)行機構(gòu)的改造、主控窗口的控制面板以及線路信息的修改，都更多地取決于相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。基于此，本文探討的發(fā)電廠積極與廠家合作，開展新老發(fā)電廠熱微分系統(tǒng)工程，合作涉及不同的主要靜電控制系統(tǒng)，包括汽輪機的協(xié)調(diào)控制、順序控制和汽輪機回路維護(hù)系統(tǒng)等，輔助機械控制系統(tǒng)則包括管理程序控制、吹灰程序控制、除灰程序控制、固定混合料程序控制與濾網(wǎng)控制等，以上均可反映發(fā)電廠系統(tǒng)的集成能力［4］。

3 發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化構(gòu)建

通過對發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的特征分析可知，為了符合能源行業(yè)發(fā)展方向，以提高大型熱能機組安全性和經(jīng)濟(jì)性為原則，應(yīng)實現(xiàn)發(fā)電廠的自動化管理，其主要目的是調(diào)節(jié)控制順序和信號，包括一次元件和變送器的供電和監(jiān)測等。系統(tǒng)應(yīng)基于調(diào)節(jié)控制和順序控制程序的模塊，提供自動化指令，在操作員、過程和系統(tǒng)之間進(jìn)行通信，包括監(jiān)控、操作、系統(tǒng)配置、診斷和數(shù)據(jù)歸檔［5］。發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化可以促使操作站向操作員提供過程監(jiān)控所需的所有信息。通過總線網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)在自動化站和通信站之間傳輸，不同的工程區(qū)域通過自動化系統(tǒng)總線相互耦合，總線網(wǎng)絡(luò)取代了以前系統(tǒng)的唯一剛性連接，而分層總線允許實時組織和傳輸所有數(shù)據(jù)，從而保證發(fā)電廠自動化過程的所有內(nèi)容都可以通過配置站來滿足。每個站包括一個中央單元和幾個輸入/輸出單元，不需要額外配置，只需將另一個具有相同功能的單元連接到系統(tǒng)。這樣可以大大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，使過程控制非常靈活，易于擴(kuò)展。

4 發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化要求概述

4.1 過程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化的范圍及要素

要想滿足發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化要求，就需要采用相關(guān)技術(shù)規(guī)范描述系統(tǒng)硬件、工作站、通信網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源、自診斷和精度等內(nèi)容。而系統(tǒng)軟件支持能力包括多臺臺式機的報警、計算、控制算法、位移配置算法、數(shù)據(jù)采集接口、數(shù)據(jù)顯示、打印等。為明確控制接口，應(yīng)提供應(yīng)用于電氣接頭的機組控制釋放模塊［6］。過程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化在控制系統(tǒng)功能方面，還應(yīng)提供功能設(shè)計的具體控制周期，如供水系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制指令，以避免重復(fù)或不完整的功能缺陷。

4.2 過程控制系統(tǒng)集成規(guī)范化的技術(shù)要求

通常來說，發(fā)電廠的輔機控制配置沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)，通常是將可編程設(shè)備用于機器控制輔助系統(tǒng)，如化學(xué)水處理和除灰等，其控制系統(tǒng)可以從汽輪機的協(xié)調(diào)控制逐步延伸，當(dāng)項目允許時，也可以將覆蓋范圍擴(kuò)展到輔助設(shè)備控制系統(tǒng)，如化學(xué)水程序控制和模具傳輸程序控制。制造商也在擴(kuò)大功能范圍，在改變控制值的基礎(chǔ)上，增加了模擬硬件和軟件功能。據(jù)了解，一些國家發(fā)電廠已采用過程控制系統(tǒng)來執(zhí)行發(fā)電廠的控制工作。采用單個DCS或PLC來執(zhí)行發(fā)電廠主輔機控制，系統(tǒng)的優(yōu)勢在于裝配、操作和維護(hù)更加方便，然而，隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)場總線儀表等新技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用，發(fā)電廠不僅可以在主、輔控制設(shè)備上實現(xiàn)統(tǒng)一，還可使用變送器、控制器和執(zhí)行機構(gòu)成為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)連接化合物，屆時，發(fā)電廠控制系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范將很容易保持一致［7］。

5 結(jié)論

綜上所述，在發(fā)電廠運行期間使用狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以實現(xiàn)多系統(tǒng)共存，有效完成發(fā)電廠的監(jiān)控和調(diào)整任務(wù)。通過智能生產(chǎn)控制中心與智能管理中心集成控制平臺，可實現(xiàn)智能化生產(chǎn)控制、智能化生產(chǎn)安全與智能化生產(chǎn)管理。一般來說，目前我國發(fā)電廠的調(diào)查還處于起步階段，最終要適應(yīng)中國地理、氣候和能源生產(chǎn)類型的不同進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計和調(diào)整，而發(fā)電廠過程控制系統(tǒng)集成的規(guī)范化使用功能應(yīng)以風(fēng)能和太陽能為代表，其具有顯著的間歇性和強隨機波動性等特點，可為新能源的安全高效利用開辟一條新途徑。