關(guān)于建設(shè)數(shù)字化發(fā)電廠的探討

　　21世紀(jì)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展為中國電力帶來了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。在信息技術(shù)的驅(qū)動下，作為國家基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)的電力工業(yè)，本著“信息化帶動工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化”的方針，正由傳統(tǒng)工業(yè)向高度集約化、高度知識化、高度技術(shù)化工業(yè)轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)電力企業(yè)生產(chǎn)運營的現(xiàn)代化、電力管理的數(shù)字化，信息化已迫在眉睫。
一、火電廠信息技術(shù)發(fā)展概況
　　中國電力系統(tǒng)的信息化從20世紀(jì)60年代開始起步，那時主要集中在發(fā)電廠和變電站自動監(jiān)測/監(jiān)制方面。20世紀(jì)80至90年代開始進(jìn)入電力系統(tǒng)專項業(yè)務(wù)應(yīng)用，涉及電網(wǎng)調(diào)度自動化、電力負(fù)荷控制、計算機輔助設(shè)計、計算機仿真等系統(tǒng)的使用。20世紀(jì)90年代后，信息技術(shù)得到了進(jìn)一步的綜合應(yīng)用，以圖形為界面、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫為支撐的管理信息系統(tǒng)逐步在電力企業(yè)中推廣，計算機控制技術(shù)也在發(fā)電廠控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，電力行業(yè)信息化實現(xiàn)了跨躍式發(fā)展，信息技術(shù)的應(yīng)用達(dá)到了前所未有的深度和廣度。
　　雖然我國電力行業(yè)的信息化建設(shè)有了一定的規(guī)模，電力企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)已普遍建立，但仍存在計算機應(yīng)用系統(tǒng)的分散，信息無法共享的現(xiàn)象。
二、數(shù)字化火電廠建設(shè)思路的探討
2.1 數(shù)字化管理
　　數(shù)字化管理是指利用計算機、通信、網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)，量化管理對象與管理行為，實現(xiàn)計劃、組織、協(xié)調(diào)、服務(wù)、創(chuàng)新等職能的管理活動和管理方法的總稱。數(shù)字化管理有2 層基本涵義：一是企業(yè)管理的活動是基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的，企業(yè)的知識資源、信息資源和財富可數(shù)字化；二是運用量化管理技術(shù)來解決企業(yè)的管理問題，即管理的可計算性。
2.2 探討建設(shè)數(shù)字化火電廠
　　通過對發(fā)電企業(yè)數(shù)字化管理的研究并結(jié)合公司實際情況,提出了按照2 個平臺、3 個管理區(qū)域的概念逐步建設(shè)數(shù)字化火電廠的初步想法。公司為大型發(fā)電企業(yè)，公司有8 臺發(fā)電機組，總?cè)萘?20萬kW。
　　(1)兩個平臺。
　　1）網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)及完善。公司網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)始建于1998年，采用的是主干100M快速以太網(wǎng)，中心交換機為Bay Accelar 1200。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的日益擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)信息量迅速增加，大部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備達(dá)到了滿負(fù)荷，百兆骨干網(wǎng)已經(jīng)形成瓶頸，嚴(yán)重制約了整個信息系統(tǒng)的發(fā)展。針對以上情況，公司于2002年下半年開始進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)改造。為了保證網(wǎng)絡(luò)的實用性、先進(jìn)性與一致性，在改造工程中，主干網(wǎng)絡(luò)升至1000M，100M到桌面。根據(jù)國家電力監(jiān)管委員會2004年12月公布的《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的要求，建立了獨立的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)。該網(wǎng)基于MPLS VPN技術(shù)、采用獨立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和專用物理通道組網(wǎng)，并與其他網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)物理隔離。由于火電廠存在個別辦公地點較分散，邊遠(yuǎn)設(shè)備及邊遠(yuǎn)值班點較多等問題，如污水泵房、換熱站及部分三產(chǎn)公司等；同時基于無線網(wǎng)絡(luò)方便靈活的特點，綜合考慮性價比后，于2003年10月架設(shè)了無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的補充，用以解決信息孤島的問題。隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的逐步深入，生產(chǎn)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)安全問題日益重要，為進(jìn)一步完善網(wǎng)絡(luò)管理，充分保證生產(chǎn)控制區(qū)域的絕對安全，于2005年單獨隔離生產(chǎn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，做為SIS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。SIS系統(tǒng)是由網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)、服務(wù)器、工作站、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備、接口設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等集成起來的一個獨立網(wǎng)絡(luò)，為實現(xiàn)SIS各項功能建立的一個專用網(wǎng)絡(luò)運行平臺。至此，公司所有信息點全部實現(xiàn)分類聯(lián)網(wǎng)，信息交換速度有了極大的提高，網(wǎng)絡(luò)運行安全可靠，為建設(shè)數(shù)字化發(fā)電廠搭建了穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)硬件平臺。
　　2）數(shù)據(jù)庫平臺。發(fā)電廠是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，從設(shè)計、建設(shè)到運行的每個階段，都密切相關(guān)又有不同的規(guī)律，所以數(shù)據(jù)庫平臺的選擇要統(tǒng)籌考慮。發(fā)電廠的數(shù)據(jù)信息主要分2 大類，非實時數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)。非實時數(shù)據(jù)來自設(shè)計、建設(shè)及運行階段的辦公信息，包含以設(shè)計、竣工技術(shù)資料為對象的圖檔數(shù)據(jù)、項目管理過程中產(chǎn)生的工程質(zhì)量、驗收結(jié)果、費用等文件和日常辦公數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)來自發(fā)電機組及其輔助控制系統(tǒng)，包含各種設(shè)備的開關(guān)量、模擬量及設(shè)備狀態(tài)等信息。針對火電廠信息數(shù)據(jù)分類的特點，建立了存儲實時數(shù)據(jù)的PI數(shù)據(jù)庫及存儲非實時數(shù)據(jù)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫（SQL）。對來自生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)入PI數(shù)據(jù)庫。PI是一套基于C/S的軟件應(yīng)用平臺，是用于過程工業(yè)全廠信息集成的數(shù)據(jù)庫平臺。它能夠以數(shù)據(jù)原型的方式長期在線儲存所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，滿足快速、高效地數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示的要求。同時為下一步開發(fā)SIS系統(tǒng)提供了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺。對非實時數(shù)據(jù)，建立統(tǒng)一的SQL。同時通過PI-ODBC、PI-SDK等接口實現(xiàn)了PI與SQL的無縫連接，充分保證了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。
　　(2)三個管理區(qū)域。
　　1）生產(chǎn)控制區(qū)(DCS、RTU、FAG)。指生產(chǎn)過程的直接控制和數(shù)據(jù)采集的區(qū)域,包括機組DCS、水、煤、灰(渣、塵)等輔助控制系統(tǒng)及RTU、FAG等信息采集系統(tǒng)。該區(qū)直接提供生產(chǎn)設(shè)備的實時運行信息，是生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的原始來源。
　　2）廠級監(jiān)控區(qū)（SIS）。是基于PI實時數(shù)據(jù)庫平臺的發(fā)電廠專用的一種信息系統(tǒng)，用以整合電廠各機組、輔助車間的實時生產(chǎn)信息，并為運行管理提供基于優(yōu)化分析的實時生產(chǎn)指導(dǎo)，是介于機、爐、電、熱等底區(qū)系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)之間的“管理控制中間件”。 簡單說，SIS系統(tǒng)是實現(xiàn)DCS系統(tǒng)到管理信息系統(tǒng)MIS的橋梁，一般包括5 大核心功能：過程監(jiān)視、性能計算、優(yōu)化分析和操作指導(dǎo)、事故診斷、負(fù)荷分配。它可以降低發(fā)電成本、提高安全系數(shù)，從而提高電廠的整體效益。SIS系統(tǒng)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(tài)度?；谶@種情況，公司一直積極收集多方資料，認(rèn)真考察各種優(yōu)化計算的數(shù)學(xué)模型及應(yīng)用效果，力爭尋求最佳的解決方案。
　　3）綜合管理區(qū)(MIS)。MIS的建設(shè)是一個形成系統(tǒng)的過程，但在開發(fā)過程中，許多出于局部利益的問題影響了系統(tǒng)的統(tǒng)一性。隨著企業(yè)的不斷發(fā)展，管理理念發(fā)生了變化，企業(yè)的管理信息系統(tǒng)也隨之改變。最初的MIS系統(tǒng)僅僅是企業(yè)的一個管理業(yè)務(wù)的模擬，而現(xiàn)在的管理信息系統(tǒng)要對企業(yè)的生產(chǎn)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(chǎn)過程管理的優(yōu)化、人才資源和資金的管理優(yōu)化、物資資源的合理利用、成本核算等。同時根據(jù)企業(yè)的實際情況,對經(jīng)營目標(biāo)、生產(chǎn)目標(biāo)和發(fā)展規(guī)劃提出管理要求，對整個企業(yè)形成閉環(huán)管理，尋求整體最優(yōu)管理。該區(qū)是建設(shè)數(shù)字化電廠的始點，也是終點。隨著公司現(xiàn)代化管理水平的提高，部分原有的信息應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)公司發(fā)展的需要。根據(jù)發(fā)展規(guī)劃，我公司重新組織開發(fā)了管理信息系統(tǒng)，并對原有子系統(tǒng)進(jìn)行了整合，包括：設(shè)備管理、物資管理、財務(wù)管理、人事管理、運行管理、班組管理、生產(chǎn)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(jìn)了企業(yè)新的機制的形成，真正把信息化建設(shè)與企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益緊密地聯(lián)系在一起。
　　三、在建設(shè)數(shù)字化火電廠過程中遇到的具體困難
　　3.1 設(shè)備級數(shù)字化問題
　　由于受部分老機組自動化程度的限制，部分設(shè)備尤其是輔助設(shè)備的數(shù)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(shù)據(jù)均未能進(jìn)入DCS，仍然靠人工定時測量并抄錄，無法滿足設(shè)備實時性能計算、故障診斷及狀態(tài)檢修的要求。
　　解決方法：
　　1）通過軟件接口（PI Manual Logger）由相關(guān)專業(yè)運行人員定時將設(shè)備數(shù)據(jù)手工送入PI數(shù)據(jù)庫。逐漸發(fā)現(xiàn)該方法雖然可以暫時解決問題，但實時性差，不符合數(shù)字化電廠實時性能計算的要求。
　　2）輔機系統(tǒng)作為一個單獨的控制系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)接口，直接將實時數(shù)據(jù)送入PI數(shù)據(jù)庫，避免了DCS過于復(fù)雜，又保證了小系統(tǒng)的簡單可靠及數(shù)字化控制。
　　3.2 運行優(yōu)化技術(shù)的不成熟
　　總體看，火電廠運行優(yōu)化技術(shù)還不十分成熟。由于涉及設(shè)備較多，各電廠運行方式不同，優(yōu)化指標(biāo)不盡相同，優(yōu)化目標(biāo)值及修正系數(shù)的確定與個人經(jīng)驗有很大關(guān)系，故尋求統(tǒng)一的優(yōu)化算法有一定困難。另一方面，運行優(yōu)化技術(shù)與廠級監(jiān)控區(qū)域的建設(shè)水平相互制約，廠級監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，可提供更為高效的在線試驗手段，從而推進(jìn)運行優(yōu)化技術(shù)的進(jìn)步。
　　3.3 逐步實現(xiàn)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的應(yīng)用
　　現(xiàn)場總線是用于過程自動化和制造自動化最底層的現(xiàn)場設(shè)備或現(xiàn)場儀表互連的通信網(wǎng)絡(luò), 是現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。其本質(zhì)是全新的第5 代自動控制系統(tǒng)，是開放式的控制網(wǎng)絡(luò)。
　　現(xiàn)場總線系統(tǒng)有3 大特點：1）全數(shù)字：現(xiàn)場級的測控設(shè)備都有各自的處理器、輸出全是串行的數(shù)字碼。2）全開放：以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范系統(tǒng)部件的接口、外部連接和相互通信，實現(xiàn)即接即用；不同品牌的同類設(shè)備可互換，實現(xiàn)設(shè)備供應(yīng)通用化。3）全分散：常規(guī)控制功能下移給智能化的現(xiàn)場級設(shè)備，實現(xiàn)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(xiàn)現(xiàn)場總線控制還需要進(jìn)一步的全面論證。
　　四、結(jié)束語
　　數(shù)字化發(fā)電廠就是用先進(jìn)的信息技術(shù)和管理思想對發(fā)電廠全部管理活動進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計,使信息技術(shù)與工業(yè)技術(shù)、管理技術(shù)全面融合, 從而實現(xiàn)管理的可計算性和數(shù)字化，達(dá)到提高企業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益、增強企業(yè)競爭力的目的。我公司正是基于以上認(rèn)識，力爭通過先進(jìn)的管理思想、科學(xué)的管理方法來提升企業(yè)的綜合競爭力，與時俱進(jìn)，全力打造數(shù)字化火電廠。