电厂之x23HoneywellSIS方案与应用（论文）(NXPowerLite).doc

霍尼韦尔厂级监控信息系统（SIS）方案及其应用梁启泉戴宗缭王亚刚夏春明（霍尼韦尔中国公司电站部 北京100016，霍尼韦尔研发中心 上海200051）摘要一个与DCS系统一体化的、面向过程控制的实时数据库以及信息管理平台。本文还简述了企业知识数字化理念，和基于SIS系统的各种电厂优化控制的应用技术。关键词DCS 过程控制 实时数据库 信息管理 SIS系统 优化控制1 霍尼韦尔电站SIS 系统的推出随着20世纪90年代以计算机技术为基础的控制系统、网络通讯技术在电力行业的广泛应用，极大地提高了机组的自动化水平。在此基础上，在电力行业不失时机地推出SIS系统，使各控制系统之间、各机组之间、过程监控与企业管理之间，信息管理与共享逐步成为现实。“厂网分开、竟价上网”，随着国内电力体制改革的深入展开，电力集中建设过后，各电力企业将面临效益最大化的市场竞争。越发要求各电力企业同步实现管控一体化信息平台，提高工厂优化控制水平，体现电厂长远投资效益。国内电力行业SIS系统一经推出和实施，立即引起国内外各方的重视。世界控制领域的权威杂志“ARC”在2003年的报告中，对此作了较大篇幅的报道和积极的评价。近年来，霍尼韦尔公司为配合国内电厂SIS系统的发展，整合了它的PHD(Plant History Database)数据库和Uniformance信息管理平台，结合多年来在电站优化控制方面的经验和应用，推出具有自己特色的火电 厂SIS系统。其中，PHD数据库和Uniformance信息管理平台，已经在国内石化、冶金和化工行业应用，发挥者极其重要的作用。在国内电站已有部分的应用。2 霍尼韦尔SIS系统的框架霍尼韦尔SIS系统框架包括：硬件和网络、实时和历史数据库、网上实时监控管理平台以及无线移动平台，加上电厂优化控制应用。2.1 硬件和网络（如图一所示）MISSISDCS图一， 霍尼韦尔SIS系统硬件和网络的基本配置2.2 实时和历史数据库 （PHD）PHD数据库是霍尼韦尔公司自主知识产权的高技术产品。它将实时数据库和关系数据库技术结合在一起，形成生产和管理信息的统一数据库，保证了数据的唯一性。PHD数据库可以和各种先进控制优化、管理等高级应用集成在一起，方便电厂用户实现管控一体化的目标。PHD采用了可靠的多线程数据库内核设计，保证了重要过程数据的可靠处理、压缩和管理；具有鲁棒的数据采集，灵活的分层结构，超级的历史数据库功能等特点；提供了一套丰富的工具，用于检索、显示、分析和报告生产数据；充分利用微软公司的工具软件，使桌面客户端更加直观和功能强大；提供OPC等开放的、标准的接口，使得应用集成和维护更加容易。PHD数据库的特点是面向过程控制的实时数据库。它可以整合各主流DCS系统的数据和第三方数据库的数据。因此，它被用于不少国家级的企业管理。同时，它又可根据用户的实际需要，配置单服务器/用户站的数据库。保证电厂现有资源的有效利用，提高SIS系统的经济效益。图二是PHD数据库数据检索、显示、分析和报告画面。 图二，PHD数据库数据检索、显示、分析和报告画面。2.3 Uniformance 信息管理平台及其网上实时监控平台Workcenter PKSUniformance 信息管理平台应用网上实时监控平台Workcenter PKS。Workcenter PKS是一个可组态的、基于Web服务的监控平台，它采用最新的 Microsoft.NET 网络服务技术，结合霍尼韦尔 HIM Web专利技术，为实现同过程数据和商业数据安全交互使用提供可靠支持。Workcenter PKS对来自不同数据源的关键性能指标以及其它与生产相关的重要数据进行全厂范围内的可视化、监视和分析提供平台。被授权的用户可以在企业内部、家中、外地甚至旅途中，通过企业内部网或国际互连网查看相关信息。Workcenter PKS为实现全厂生产过程监视和管理提供平台，使整个电厂人员快速、安全地访问相关信息，便于组织部门内部或跨部门成员有效地协作，准确及时地作出决策。 图三是在Uniformance信息管理平台上利用HIM Web 技术，全厂范围内的可视化、监视和分析画面一列。图三,Uniformance 利用HIM Web 技术，全厂范围内的可视化、监视和分析画面作为全厂统一的基于Web服务的人机界面，Workcenter PKS不仅可以和PHD数据库连接，还可以同其他的关系数据库直接连接，例如Oracle、SQL等。2.4 无线移动平台（Mobile Plantform）霍尼韦尔无线移动平台Mobile Plantform 是一个工厂手持无线移动信息管理解决方案。可实现控制室外的知识共享，它把关键过程信息和图形、数字视频和其它关键功能信息传送到无线移动现场。Mobile Plantform 过程可视化应用，可以直接访问PHD数据库，帮助企业管理者和巡视操作员在现场判断决策。图四是无线移动平台（Mobile Plantform）在现场应用的一列。 SIS系统无线移动平台应用范围：管理者远程监控；操作工巡检；无纸化工作流程；实验室数据采样；设备检查和管理；生产安全检查；现场仪表检测；操作工培训等。 图四，SIS系统的无线移动平台3 基于SIS系统的优化控制电厂SIS系统建立以后，贵在应用，以发挥SIS系统的潜在效益。工厂数据库和信息管理平台，为企业积累的专业知识数字化和信息化共享创造了条件，也使基于SIS系统的电厂优化控制功能得以实现。霍尼韦尔SIS系统的优化控制应用软件采用了开放的接口标准，除了能与霍尼韦尔公司的应用软件和PHD数据库实现无逢连接外，还可以方便地同第三方的控制系统、实时数据库和软件应用进行连接。以下介绍目前已在成功应用的优化控制应用软件。3.1 厂级和机组级性能计算软件包（TPPM）TPPM（TotalPlant Performance Monitor）软件包由许多功能模块组成。每个功能模块用来确定电厂设备的某一个部分或一个阶段的性能，从而计算出整个机组和电厂的性能。TPPM 软件包含有各种不同类型电厂的数学模型。同时，它集成了微软通用的Excel表格，用户和实施者可以很容易地根据电厂的具体情况定制和修改相应的模型和组件。 TPPM软件包的性能计算包括锅炉性能、汽轮机性能、凝汽器性能、给水加热器性能、空气预热器性能、过/再热器性能、泵性能、风机性能、冷却塔性能、辐机能耗以及汽轮发电机整个循环性能等等。TPPM软件包提供热耗率的计算、焓图和熵图的在线显示，提供了机组性能下降的检测及其根源查询所需的功能，使得电厂操作人员可以得到把机组热耗率维持在最优值，运行费用降到最小所需的操作提示。TPPM软件包的性能计算是一分钟一个循环，计算结果可以通过国际互联网和企业内部网发布，电厂管理人员可以很方便地通过网络浏览器实时查看电厂运行方面的一些关键数据。图五是一个大型燃机联合循环电厂的厂级性能计算（TPPM）应用画面。图五，厂级性能计算（TPPM）在大型燃机联合循环电厂的应用画面3.2 经济负荷优化分配调度（ELA）经济负荷优化分配 ELA(Economic Load Allocation) 是面向工业能源的全厂一体化锅炉优化控制软件包。ELA的作用是：在开放性电力市场里，适应多变的经济环境，优化发电成本。严格按网调要求提供电量和生产用汽，履行供电合同。 ELA 根据电厂各机组的运行状况、性能和热效率等综合情况，实行锅炉联合运行最优化方案。在几台机组间进行合理的负荷分配和调度，使电厂在任何情况都在最经济的工况下运行。ELA通过TLC 控制方法（Tie Line Control )，与厂网调度部门进行信息交换，接受调度端对电厂下达的日负荷曲线，在线访问实时和历史数据库中的有关各机组设备的运行状况、性能和效率等信息，自动评估汽机的控制状态，对锅炉主蒸汽压力控制提供实时输入，预估蒸汽负荷。合理地制定各台机组每日的运行符合曲线，供值班长和操作员执行参考。3.3 先进燃烧优化软件包（ACO）先进燃烧控制（ACO-Advanced Combustion Optimizer）是一种优化燃煤过程的先进控制解决方案。ACO极佳的协调和控制燃烧过程中的燃煤与空气供应量，同时计算出切实可行的空/燃比，并应用基于SIS系统中模型预测的控制技术为空气和燃料的控制回路在线提供空/燃比，从而实现最佳的燃烧效率与最低的CO排放量。ACO软件包计算出最优的燃烧空/燃比，供操作人员执行参考。该软件包工作原理是：建立一个燃烧过程中的时变自适应动态模型，通过对烟气成分数据的连续测量及燃烧特征曲线的描述，这个模型可以表示燃烧过程的质量。燃烧特征曲线图说明了CO排放量与空燃比的关系。当CO排放量急速下降时，空/燃比却呈上升趋势，这一区域CO排放量体现出了更高的可变性。ACO软件包考虑到了CO的可变性，同时实现燃烧热效率的最大化及较低废气排放量。操作员可以在软件包中设置满足环境需求的烟气排放限制和安全余度。 如图六所示， ACO应用中既满足最优空/燃比，又满足环境烟气排放限制的优化控制点。图六，ACO应用中既满足最优空/燃比，又满足环境烟气排放限制的优化控制点3.4 设备健康管理EHM设备健康管理EHM（Equipment Health Management)是霍尼韦尔的一个软件系统。它由很多功能模块组成。其中，最适合目前国内使用的是 AssetMax 资产管理模块，该模块中的设备故障警戒管理软件包（Alert Manager）很适应在SIS系统中应用。Alert Manager 设备故障警戒管理软件是用于监视电厂所有资产设备的健康状况。它通过收集和组织来自SIS系统的各种设备和过程信息，并对数据进行分析，识别设备症状和缺陷，并把任何潜在问题通知预先指定的有关人员。潜在问题的早期检测和提示,可以在避免机组非计划停工的情况下，进行故障设备修理或替换。Alert Manager可以对设备的完好性提出建议，优化设备的使用，提高设备的生命周期。Alert Manager还可以自动编制设备维护计划和检修工作单，减少了维修时间和劳务成本。其结果是增加了产品产量，使电厂的生产运行维持在设备最佳状态的附近。设备健康管理软件系统在国外电厂已有很多应用。霍尼韦尔专家前些年也为国内2家电厂专门作过这方面的改造方案。实践证明，在实施EHM时，对电厂重要设备还须增加状态检测信号进入SIS数据库，这是SIS系统规划时应考虑的。3.5 操作管理系统（Operation Management）霍尼韦尔操作管理系统包括操作监控系统 (Operations Monitoring)，操作指导系统 (Operating Instructions) 和事件监控系统 (Event Monitoring) 等组件。该系统能和SIS系统 Uniformance PHD, Workcenter PKS 一体化集成应用。国际ASM（Asset Management )组织经大量的调查显示，世界上每年由于设备的故障和异常事故（包括操作失误），使企业损失 3-15%的生产能力。霍尼韦尔操作管理系统的指导思想是，利用SIS系统中工厂设备和操作专家预警管理，通过操作监控系统防止误操作。同时，通过操作指导系统 (Operating Instructions) 和事件监控系统 (Event Monitoring) 将工厂设备的运行状态从原有的“正常状态”向“紧急状态”变化时的“异常过程”，转变成是一个能预期与可控的状态阶段“异常状态”。以便通过专家系统指导下的操作，使系统在向紧急状态发展时，从“异常状态”回到“正常状态”。如图七所示。其中的主要功能有：紧急状态 时间影响状态检测数据侦察回路侦察异常状态状态评估技术事故多发点监控正常状态诊断控制专家预警管理提供解决方案的指导服务生产操作对设备状态可预见性提示 图七， 除此之外，操作管理系统（Operation Management）的三个模块各自偏重的功能有：操作监控系统主要功能包括：监控、记录各种过程数据的偏差值，管理目标/限幅值，设定目标/限幅值的影响因子，记录操作偏差原因和操作专家指导建议，为偏差原因分析提供了完善的平台。操作指导系统主要用于创建和管理用于操作监控系统的计划目标/限幅值，包括确定操作目标，过程限幅和其它操作约束等。事件监控系统用于监测、报告和记录有关操作事件。它能在某个事件发生时发送Email，打印报表，执行外部应用程序等。Alarm helpOperating Instructions proceduresTrends and analysis toolsAlarm management toolsMaintenance management tools 图八是一个循环流化床机组操作管理系统的功能画面。4 结束语霍尼韦尔基于SIS系统的优化控制软件包较多，限于篇幅，仅作上述介绍。上述优化控制软件可以单项应用，也可与SIS系统成套提供。随着SIS系统应用技术的发展，将会有更多的SIS应用和经验与同行交