创新杂谈 杨普勤 中国科技信息２０１４年第１８期・ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｓｅｐ．２０１４ 杨普勤 杨普勤（１ ９７９一）女．工程硕士，工程师，西安协力能源科技有限公司．主要从事电厂自动化设计工作。 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１４．１８．０６１ 数字化电厂的概念与实现 ２１世纪信息技术的迅猛发展为电力工业带来了前所未 个动态的、随着技术发展不断丰富其内涵的动态发展的概 有的机遇和挑战。建设数字化电厂，深化信息技术的应用， 念。 使发电效益最大化，已成为电厂建设的目标和任务。作为 国家基础设施产业的电力工业，正由传统工业向高度集约 数字化电厂的模型与结构 化、知识化、技术化工业转变，实现电力企业生产运营的 数字化，信息化已迫在眉睫。 根据国际标准化组织数字化企业和数字化工厂的模型 规则，即： 数字化电厂的概念 生产管理和经营决策构建数字化企业 管控一体化构建数字化工厂 数字化电厂的概念从二十世纪未出现，一直是国内电 热工、电气设备全面数字化构建自动化设备资产 力行业建设者热衷的话题和追逐的目标，许多电力学者 从不同的认识角度出发，给出了数字化电厂若干种概念和 ［二至 匝匦巫巫互 巫 解决方案，可谓仁者见仁，智者见智。如：有人认为德国 ｔ Ｎｉｅｄｅｒａｕｓｓｅｍ电厂（单机出力达到１０１２ ＭＷ）仪控系统 采用了现场总线技术，管理信息、设备维修信息等也通过 现场总线进入ＤＣＳ和上层ＳＩＳ／ＭＩＳ系统，实现了机组 优化操作及优化维修管理，是一个典型的数字化电厂；也 有人认为将信息系统的数据、设备检修备品备件库与三维 模型双向关联实现数字化的运行维护，能在三维模型下进 行可视化的施工是数字化电厂；还有人认为设计院用数字 提出数字化电厂的基本模型层次如下： 化的技术手段进行设计，最后提交给业主的数据和图纸文 由上图不难看出，它是一个具有四个层次，四个支持 档是三维数字化的电厂模型，智能化的Ｐ＆ＩＤ工艺流程图， 系统的数字化电厂结构模型。四个层次包括：经营决策层、 所有提交给业主的设计成果都是电子化的介质文档，包括 生产监控层、过程控制层和现场设备层。四个支持系统包 一维的各种设计参数数据，技术规范文档等就是数字化电 括：信息系统、计算机网络支持系统、电厂标识系统、三 厂。我们认为数字化电厂是通过对电厂物理和工作对象的 维模型支持系统。 全生命周期量化、分析、控制和决策，提高电厂价值的理 论和方法。这一理论和方法研究的对象是电厂的物理对象 数字化电厂建设 和工作对象，其方法是从整个生命周期出发研究如何对其 进行量化、分析、控制和决策。其作用是可以降低发电成 数字化电厂建设的内容很多，本文重点描述以下两方 本、提高上网电量、减少设备故障，最终实现电厂的安全、 面的内容。 经济运行和节能增效。 数字化电厂的原理就是将所有信号数字化、所有管理 采用ＧＢ／Ｔ５０５４９《电厂标识系统编码标准》标识 的内容数字化，然后利用网络技术，实现可靠而准确的数 系统编码规则 字化信息交换、跨平台的资源实时共享，进而利用智能专 为了实现数字化电厂信息系统的有效运行，必须建立 家系统提供各种优化决策建设。 有效的数据交换机制，建立统一的关键词词库。关键词词 综上所述，数字化电厂的概念不是一成不变的，是一 库是联系各类数据的纽带，可以保证数据的完整性、唯一 一１５６一 中国科技信息２０１ ４年第１ ８期’ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｓｅｐ．２ｏ１４ 创新杂谈 性、一致性、可交换性、可互访性；标识编码对各类设备 诊断。 的工艺过程标识、安装地点标识、位置标识等进行了描述， 为实现数字化组织运行提供保证。目前，已经在许多发电 厂推广使用的编码就是这样的关键词词库。 采用项目管理软件Ｐｒｉｍａｖｅｒａ ６．０（原Ｐ３＼Ｐ３ＥＣ）软 件，实现对工程进度的“静态控制、动态管理；宏观控制、 量化调节”，实现项目成本费用明细化、进度控制数字化、 协调沟通信息化，将工程概算、合同管理、财务支出、设 主厂房及辅助车间均采用ＤＣＳ监控，实现全厂监 控一体化 机组及辅助车间控制系统处在数字化电厂运行网络的 过程控制层。机组和辅助车间控制系统均采用ＤＣＳ，实现 电厂监控系统的高度一体化，最终形成单元机组ＤＣＳ、公 备采购、进度控制、绩效考核等全面融入管理系统，形成 企业管理的信息平台，实现全面的、数字化的、标准化的 项目管理。 用系统Ｄｅｓ、厂级ＳＩＳ和ＭＩＳ在内的全厂信息共享的计 算机网络。 随着火电机组规模的进一步增大，对辅助车间控制系 统的实时性要求提高，要求控制设备操作灵敏、反映迅速、 处理正确、纪录准确。采用全厂ＤＣＳ方式，实现全厂控 数字化电厂运行平台建设 数字化电厂运行是基于数字化电厂的四个层次，即经 营决策层、生产监控层、过程控制层和现场设备层。 过程控制层包含电厂内部针对设备运行或操作过程的 数字化监控功能，主要由机组分散控制系统ＤＣＳ、电气系 统、辅助车间等组成。目前技术的发展是以基于现场总线 技术的ＤＣＳ控制系统实现炉、机、电的一体化监控为方 向的。过程控制层是数字化电厂建设的基础，没有本层的 精心建设，数字化电厂只是空谈。 制系统一体化配置，更加便于自动化管理，实现全厂管控 一体化。 采用智能安防系统 随着大型电厂向数字化建设的发展，自动化水平不断 提高，各车间已经实现了无人值守，建设先进的智能安防 系统与数字化电厂的运行管理相匹配是十分必要的。一个 完整的智能安防系统主要包括视频监控￣ｕｌ＇ｑ禁两大部分。 在重点运行区域设置摄像头，运行人员通过集控室的监视 显示器直观、准确、及时地了解厂区的实际情况，减少事 故报警处理时间。视频监控系统同时对远端图像进行实时 录像，管理人员可以随时通过查询录像资料了解现场情况。 视频监控系统和门禁管理系统可与ＭＩＳ联网，使图像 等信息上传到ＭＩＳ网络，方便了上级领导、厂级领导了解 合理使用现场总线技术 现场总线是用于过程自动化和制造自动化最底层的现 场设备或现场仪表互连的通信，因此具有现场总线标准的 现场仪表和设备，是建设“数字化电厂”的基础条件和核 心支撑。 现场实际情况，对机组运行进行管理和决策。 现场总线技术的核心是现场设备或现场仪表的数字 化、信息化、网络化。 现场总线的数字化是指所有的信息都是数字化信号传 输数据的，实现了现场仪表、设备与控制系统间的数字通 讯，这样可以克服ＤＣＳ输入通道中Ａ／Ｄ转换、输出通道 建设高度集成的数字网络智能系统 基于过程控制层的扎实建设，使得生产管理层、运营 决策层成为可能。厂级监控系统（ＳＩＳ）和电厂管理信息 系统（ＭＩＳ）通过计算机网络技术，高度集成各个系统，如 机组控制系统、公用系统、电气系统、辅助车间、消防、 视频监视等，消除信息孤岛，形成高度集成的数字网络智 能系统。 中Ｄ／Ａ转换及模拟信号传输产生的误差，从而提高传送 精度。另外现场仪表、设备与控制系统间的数字通讯，可 以使运行人员和工程师能从一台设备通过网络访问另一台 设备上所有的参数。如一台二线制变送器有一个４～２０ｍＡ 的信号输出，它只能代表一个测量结果，但现场总线数字 通过数字网络智能系统对整个发电厂对实时的控制系 统进行整体优化和分析，为过程控制提供操作指导。同时 基于整个发电厂的实时状态和资源信息，可以实现资源优 化配置，资产维护管理等，以实现全厂的安全高效经济生 产。 通讯则有足够的速度（如ＰＲＯＦＩＢＵＳ最大可达１２Ｍｂｐｓ） 使每台设备能够实时地传送多个测量值。 现场总线技术的信息化，使贯穿于控制系统的各个层 次获得了广泛的信息，实现现场设备、仪表的故障诊断、 预测和现代化管理，并改变过去那种发生停机停炉后才知 道该设备故障的被动局面。例如：在现场仪表中实现更多 的控制、多变量的测量和传输、基于自查的现场设备维护 智能化管理系统和维护的实现技术 基于现场总线技术的智能仪表设备管理及维护 采用基于现场总线技术的智能仪表设备，为智能化管 理及维护奠定了基础。应用了现场总线设备管理和故障诊 断软件，可极大提升电厂的运行和维护管理的水平，从而 降低运行维护及以后改造、扩建的成本。 智能设备管理系统中的数据库自动记录所有与智能设 和管理等。 现场总线实现了现场仪表、设备的网络化管理。网络 化的设备管理意味着所有设备的信息可以通过网络进行访 问。运行维护人员可以从工作站观察到工厂内每一台现场 总线设备的内部运行情况，不用离开工作站就可以检查设 备的校验状态，设定新的量程以及对设备进行重新组态和 一备管理系统及智能设备相关的事件和警报。使用该系统可 取消手动记录和管理，从而避免了人力浪费以及人为失误 １５７—