發布日期：2022-07-14 點擊率：45
21世紀信息技術的迅猛發展為中國電力帶來了前所未有的機遇和挑戰。在信息技術的驅動下，作為國家基礎設施產業的電力工業，本著“信息化帶動工業化，工業化促進信息化”的方針，正由傳統工業向高度集約化、高度知識化、高度技術化工業轉變，實現電力企業生產運營的現代化、電力管理的數字化，信息化已迫在眉睫。
一、火電廠信息技術發展概況
中國電力系統的信息化從20世紀60年代開始起步，那時主要集中在發電廠和變電站自動監測/監制方面。20世紀80至90年代開始進入電力系統專項業務應用，涉及電網調度自動化、電力負荷控制、計算機輔助設計、計算機仿真等系統的使用。20世紀90年代后，信息技術得到了進一步的綜合應用，以圖形為界面、網絡和數據庫為支撐的管理信息系統逐步在電力企業中推廣，計算機控制技術也在發電廠控制系統中得到了廣泛應用，電力行業信息化實現了跨躍式發展，信息技術的應用達到了前所未有的深度和廣度。
雖然我國電力行業的信息化建設有了一定的規模，電力企業的網絡已普遍建立，但仍存在計算機應用系統的分散，信息無法共享的現象。
二、數字化火電廠建設思路的探討
2.1 數字化管理
數字化管理是指利用計算機、通信、網絡、人工智能等技術，量化管理對象與管理行為，實現計劃、組織、協調、服務、創新等職能的管理活動和管理方法的總稱。數字化管理有2 層基本涵義：一是企業管理的活動是基于網絡實現的，企業的知識資源、信息資源和財富可數字化；二是運用量化管理技術來解決企業的管理問題，即管理的可計算性。
2.2 探討建設數字化火電廠
通過對發電企業數字化管理的研究并結合公司實際情況,提出了按照2 個平臺、3 個管理區域的概念逐步建設數字化火電廠的初步想法。公司為大型發電企業，公司有8 臺發電機組，總容量120萬kW。
(1)兩個平臺。
1）網絡平臺的建設及完善。公司網絡系統始建于1998年，采用的是主干100M快速以太網，中心交換機為Bay Accelar 1200。隨著網絡應用的日益擴大，網絡信息量迅速增加，大部分網絡設備達到了滿負荷，百兆骨干網已經形成瓶頸，嚴重制約了整個信息系統的發展。針對以上情況，公司于2002年下半年開始進行網絡改造。為了保證網絡的實用性、先進性與一致性，在改造工程中，主干網絡升至1000M，100M到桌面。根據國家電力監管委員會2004年12月公布的《電力二次系統安全防護規定》的要求，建立了獨立的電力調度數據網。該網基于MPLS VPN技術、采用獨立網絡設備和專用物理通道組網，并與其他網絡實現物理隔離。由于火電廠存在個別辦公地點較分散，邊遠設備及邊遠值班點較多等問題，如污水泵房、換熱站及部分三產公司等；同時基于無線網絡方便靈活的特點，綜合考慮性價比后，于2003年10月架設了無線局域網，作為有線網絡的補充，用以解決信息孤島的問題。隨著網絡應用的逐步深入，生產區域的網絡安全問題日益重要，為進一步完善網絡管理，充分保證生產控制區域的絕對安全，于2005年單獨隔離生產區域網絡，做為SIS網絡的基礎。SIS系統是由網絡通訊系統、服務器、工作站、存儲設備、網絡安全設備、接口設備、操作系統、數據庫系統等集成起來的一個獨立網絡，為實現SIS各項功能建立的一個專用網絡運行平臺。至此，公司所有信息點全部實現分類聯網，信息交換速度有了極大的提高，網絡運行安全可靠，為建設數字化發電廠搭建了穩固的網絡硬件平臺。
2）數據庫平臺。發電廠是一個復雜的系統，從設計、建設到運行的每個階段，都密切相關又有不同的規律，所以數據庫平臺的選擇要統籌考慮。發電廠的數據信息主要分2 大類，非實時數據和實時數據。非實時數據來自設計、建設及運行階段的辦公信息，包含以設計、竣工技術資料為對象的圖檔數據、項目管理過程中產生的工程質量、驗收結果、費用等文件和日常辦公數據。實時數據來自發電機組及其輔助控制系統，包含各種設備的開關量、模擬量及設備狀態等信息。針對火電廠信息數據分類的特點，建立了存儲實時數據的PI數據庫及存儲非實時數據的關系數據庫（SQL）。對來自生產現場的實時數據統一進入PI數據庫。PI是一套基于C/S的軟件應用平臺，是用于過程工業全廠信息集成的數據庫平臺。它能夠以數據原型的方式長期在線儲存所有的生產數據，滿足快速、高效地數據采集、存儲和顯示的要求。同時為下一步開發SIS系統提供了統一的數據庫平臺。對非實時數據，建立統一的SQL。同時通過PI-ODBC、PI-SDK等接口實現了PI與SQL的無縫連接，充分保證了數據的安全性和可靠性。
(2)三個管理區域。
1）生產控制區(DCS、RTU、FAG)。指生產過程的直接控制和數據采集的區域,包括機組DCS、水、煤、灰(渣、塵)等輔助控制系統及RTU、FAG等信息采集系統。該區直接提供生產設備的實時運行信息，是生產實時數據的原始來源。
2）廠級監控區（SIS）。是基于PI實時數據庫平臺的發電廠專用的一種信息系統，用以整合電廠各機組、輔助車間的實時生產信息，并為運行管理提供基于優化分析的實時生產指導，是介于機、爐、電、熱等底區系統和管理信息系統之間的“管理控制中間件”。 簡單說，SIS系統是實現DCS系統到管理信息系統MIS的橋梁，一般包括5 大核心功能：過程監視、性能計算、優化分析和操作指導、事故診斷、負荷分配。它可以降低發電成本、提高安全系數，從而提高電廠的整體效益。SIS系統對于中國電力來說是一個嶄新的課題，目前大部分火電廠都持觀望態度。基于這種情況，公司一直積極收集多方資料，認真考察各種優化計算的數學模型及應用效果，力爭尋求最佳的解決方案。
3）綜合管理區(MIS)。MIS的建設是一個形成系統的過程，但在開發過程中，許多出于局部利益的問題影響了系統的統一性。隨著企業的不斷發展，管理理念發生了變化，企業的管理信息系統也隨之改變。最初的MIS系統僅僅是企業的一個管理業務的模擬，而現在的管理信息系統要對企業的生產和管理的全過程實施管理，包括：物資信息、管理信息以及資金信息等，它包括生產過程管理的優化、人才資源和資金的管理優化、物資資源的合理利用、成本核算等。同時根據企業的實際情況,對經營目標、生產目標和發展規劃提出管理要求，對整個企業形成閉環管理，尋求整體最優管理。該區是建設數字化電廠的始點，也是終點。隨著公司現代化管理水平的提高，部分原有的信息應用系統已經不能適應公司發展的需要。根據發展規劃，我公司重新組織開發了管理信息系統，并對原有子系統進行了整合，包括：設備管理、物資管理、財務管理、人事管理、運行管理、班組管理、生產日報、計劃管理、圖庫管理等模塊，大大提高了公司的綜合管理水平，促進了企業新的機制的形成，真正把信息化建設與企業經濟效益緊密地聯系在一起。
三、在建設數字化火電廠過程中遇到的具體困難
3.1 設備級數字化問題
由于受部分老機組自動化程度的限制，部分設備尤其是輔助設備的數字化水平有待提高。如各輔機的軸承振動、潤滑油溫、電度等數據均未能進入DCS，仍然靠人工定時測量并抄錄，無法滿足設備實時性能計算、故障診斷及狀態檢修的要求。
解決方法：
1）通過軟件接口（PI Manual Logger）由相關專業運行人員定時將設備數據手工送入PI數據庫。逐漸發現該方法雖然可以暫時解決問題，但實時性差，不符合數字化電廠實時性能計算的要求。
2）輔機系統作為一個單獨的控制系統，通過標準接口，直接將實時數據送入PI數據庫，避免了DCS過于復雜，又保證了小系統的簡單可靠及數字化控制。
3.2 運行優化技術的不成熟
總體看，火電廠運行優化技術還不十分成熟。由于涉及設備較多，各電廠運行方式不同，優化指標不盡相同，優化目標值及修正系數的確定與個人經驗有很大關系，故尋求統一的優化算法有一定困難。另一方面，運行優化技術與廠級監控區域的建設水平相互制約，廠級監控系統的建設，可提供更為高效的在線試驗手段，從而推進運行優化技術的進步。
3.3 逐步實現現場總線控制系統的應用
現場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現場設備或現場儀表互連的通信網絡, 是現場通信網絡與控制系統的集成。其本質是全新的第5 代自動控制系統，是開放式的控制網絡。
現場總線系統有3 大特點：1）全數字：現場級的測控設備都有各自的處理器、輸出全是串行的數字碼。2）全開放：以統一標準來規范系統部件的接口、外部連接和相互通信，實現即接即用；不同品牌的同類設備可互換，實現設備供應通用化。3）全分散：常規控制功能下移給智能化的現場級設備，實現徹底的分布式控制。由于我公司老機組及小容量機組較多，要部分或全面實現現場總線控制還需要進一步的全面論證。
四、結束語
數字化發電廠就是用先進的信息技術和管理思想對發電廠全部管理活動進行規劃設計,使信息技術與工業技術、管理技術全面融合, 從而實現管理的可計算性和數字化，達到提高企業綜合經濟效益、增強企業競爭力的目的。我公司正是基于以上認識，力爭通過先進的管理思想、科學的管理方法來提升企業的綜合競爭力，與時俱進，全力打造數字化火電廠。
