科学论坛 ｌ■ 构建数字化电厂的分析 强 爽 （贵州电力设计研究院 贵州贵阳５５０００２） ［摘要】本文根据电厂自动化的发展，分析了构建数字化电厂的可能及其意义。通过对电厂现有自动化水平的分析，提出了一个具有四层网络化结构的数 字化电厂模型，并分析了构建数字化电厂所面Ｉ临的总线以及网络方面的问题。 ［关键词］数字化电厂。ＦＣＳ；网络 中图分类号：Ｍ６１Ｔ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ｌ００９—９１４Ｘ（２Ｏ１４）２７—００７４—０１ 引言 置，更加便于自动化管理，实现全厂管控一体化。火电厂的机炉电主机控制毫无 例外地采用ＤＣＳ，如果全厂辅助车间控制系统同样采用ＤＣＳ实现，全厂控制系 数字化电厂的概念是二十世纪末期才开始出现，是在引进国外电厂设备和 技术的过程中，伴随信息化技术和网络化技术的普及而引入，国内工程技 术人员开始认识并进行研究。所谓数字化电厂可以理解为，通过采用先进的信 息技术，实现生产和管理数字化，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成。可 以为管理者及时提供过去和现在的数据，并能够预测未来和引导企业人员的工 作。 建设数字化电厂的必要性，归纳起来有以下几点： （１）发电企业面临全新的企业变革，企业成本、运营、售价等内部和外部竞争 的加剧。 （２）电网对电源点提出的环保节能的需求，以及电厂自身开拓节能、环保、优 化新发电方式，对自动化的新需求。 （３）大型电厂生产过程的复杂化，对自动化要求的提高。 （４）ＦＣＳ，ＤＣＳ，ＭＩＳ，ＳＩＳ以及三维技术的发展，促进了数字化电厂的实现。 １．电厂自动化系统分析 鉴于每个电厂的客观条件，可以有不同的数字化程度和范围的理解。一般 的电厂自动化系统分为三个层次，最上层（第一层）是信息管理层，第二层是过程 控制层，第三层是设备运行层。 。 第一层是信息管理层，功能包括厂级监控信息系统（ｓｉｓ），厂级信息管理系 统（ＭＩＳ），决策支持系统（ＤＳＳ），这是基于ＳＩＳ、Ｍ］Ｓ２：上功能软件，包含于ＳＩＳ、ＭＩＳ 之中。 第二层是过程控制层，它包括锅炉、汽机、发电机主厂房控制系统和辅助车 间集中网络化的辅助车间控制系统，主要完成对设备层实时数据的采集、转换 和存储，监视、操作及控制它所侧重的是监视和操作。形成ＳＩＳ Ⅱｓ所需的数据 信息，通过这里上传。 主厂房控制系统一般都采用分散控制系统（ＤＣＳ）来实现，硬件包括操作员 站、工程师站、打印机、历史站、多功能处理器、通讯处理器、Ｉ／Ｏ卡件（远程Ｉ／Ｏ）、 现场总线等，功能包括数据采集（ＤＡＳ）、模拟量控制（ＭＣＳ）、开关量控制（ｓｃｓ）、 锅炉炉膛安全监控系统（ＦＳＳＳ）、汽机数字电液控制系统（ＤＥＨ）、给水泵汽机数 字电液控制系统（ＭＥＨ）等。 辅助车间控制系统是一个全厂小车间控制系统联网的网络控制系统，可以 采用ＤＣＳ来实现，也可以采用程序控制器加个人计算机（ＰＬＣ＋ＰＣ）来实现，但是 采用ＤＣＳ完成电厂辅助车间控制比ＰＬＣ＋ＰＣ更易实现全厂控制系统一体化配 发电厂“炉、机、宅、辅助设备层” 图１．四层网络结构的教孚化电厂模跫 ７４ 科技博览 统的联网集中操作控制就不存在任何技术问题。 第三层次是设备运行层，它包括现场被控对象，如电动机开关柜、电动门配 电箱、压力、差压变送器、温度热电阻、热电偶、液位变送器、流量变送器、分析仪 表变送器等，它们把过程参量转换成国际标准电流、电压信号送进ＤＣＳ、ＰＬＣ， 或者采用标准数字总线方式直接把数字量信号送进ＤＣＳ、ＰＬＣ，从而满足运行 人员对机组的监控要求和满足厂级管理人员对全厂生产、行政管理要求。 ２．一种数字化电厂的构想 根据目前电厂的自动化水平，结合各种数字化电厂模型特点，笔者提出了 一种具有四层网络结构的数字化电厂模型，如图１．所示： 整个数字化电厂的支持系统采用：（１）数据库支持系统。以关系数据库和实 时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库，通过对各类数据进行分析、 提炼、集成，为分析和决策提供支持。（２）计算机网络支持系统。以ＡＴＭ和千兆以 太网为代表的先进组网技术，结合系统一网络一终端三级安全策略、目录管理统 一认证等先进技术。 ３．面对的问题 建立起数字化电厂的模型后，模型的各层在具体实施中会遇到面临一些问 题，主要归纳起来有以下几个方面： ３ １ ＦＯＳ应用 ＦＣＳ应用延伸至大容量电厂机组级控制，应重点考虑下列原则。 （１）采用主流现场总线标准 现场总线国际标准已由当初制订单一现场总线国际标准的初衷，扩大为８ 种，进而又扩充至为１５种。多标准实际上就是没有标准，但在现阶段它们又是共 存的现场总线国际标准。 在诸多标准中，适用于过程控制的现场总线标准是：ＦＦ（Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄｂｕｓ）和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ两主流现场总线标准。其理由是：一方面这一两总线标准 的开发基础分别为ＤＣＳ￣ＰＬＣ（ＤＣＳ和ＰＬＣ皆是针对过程控制ｉ另一方面这两总 线标准的市场份额大，而且配套产品相对齐全［３】。 （２）重要控制与安全回路暂不考虑采用ＦＣＳ。 ３ ２网络方面 ＦＣＳ，ＤＣＳ，ＳＩＳ，ＭＩＳ以及ＩＮＴＥＲＮＥＴ互联后，每个功能网络都不是单一的 孤网运行，这就对网络的传输能力，抗干扰能力，以及网络安全方面提出了更高 的要求。要确保ＤＣＳ，ＦＣＳ网络的绝对安全运行，保证控制信号来源的唯一性。 对于网络传输来说，要保证信号的延时在允许的范围内，也就是保证控制信号 的及时性。 ４．结柬语 实现数字化电厂技术创新，是一项庞大的系统工程，需要各个层次技术人 员的不懈努力，把面对的问题逐一解决，打造数字电厂，信息电厂，绿色电厂。 ＳＩＳ和ＭＩＳ已经为企业提供了一个综合管控数字平台，如果进一步实现现场设 备的数字化，可继续提高运行安全的可靠性，适应现代化要求，减少成本，降低 工程费用。因此，电厂的社会效益和经济效益是否能最大化和全面数字化电厂 的是否能实现是息息相关的，全面数字化电厂的实现将是电力企业在社会经济 市场改革中应对经济危机、能源危机、环境危机的历史性标志。 参考文献 ［１】侯子良，潘钢．建设数字化电厂示范工程，加快火电厂信息化进程［Ｊ１． 中国电力，２００５．２：７８－８０． ［２】章素华．构建数字化电厂的技术思考【 华电技术，２００８．７：３２—３６． ［３】侯子良．推广应用现场总线，全面实现火电厂数字化［Ｊ］．中国电力， ２００４．３７（３）：７２－７５．
