以现场总线为核心的数字化控制系统

1、第三章以现场总线为核心的数字化掠制系统3.1概述数字化电厂是采用数字方式表现真实的物理电厂，把庞大的电厂通过0、1数字精确地显示 在电脑的桌面上。即：从电厂可行性研究、设计开始到设备选型、基建、安装调试、生产运 营、直至设备退役的全过程，全部采用数字化的方式描述和存储数据。数字化电厂更多是针 对电厂的从初设直至退役的全过程，通过实时的数字化控制和管理，对电厂的毎个工作环节、 管理环节用数据予以客观表述、存储、积累发电厂的历史生产数据，再通过计算、分析、提 取，用动态数字化来表达发电厂的各种生产状态。一般认为，数字化电厂具有5个层次的网络结构，每个层面都实现了数字化功能和特征，如 果电厂具备了这

2、5个层次的网络结构与功能，就可认为其实现了数字化电厂。数字化电厂是在现代计算机技术、网络技术、电子信息技术、仿真技术及数裾挖掘等先进 技术基础上，充分发挥发电厂模型理论、故障诊断理论、性能优化理论、状态检修理论的 指导作用，集成和扩展所有系统，达到全面提高电厂运行综合经济水平和总体技术水平的0 的。其核心：在全面数字化基础上（全生命周期地体现电厂数字化信息）达到降低成本、 提高经济效益、降低污染的目标。3.2电厂监控系统的高度一体化厂级dcs 3.2.1厂级dcs概念厂级dcs是在各单元机组（汽机、锅炉、电气、脱硫、脱销、输煤、化水）控制系统网络 基础上，设置一个整合统一的控制网络平台，它能实

3、现对厂内所有生产系统的监视和控制， 并能在统一的数据库基础上完成厂级性能计算和分析、厂级负荷分配及控制优化。3.2.2厂级dcs操作厂级dcs网络设罝全功能操作员站，可根据权限通过任一全功能操作员站实现对各机纟ii及 公用系统的监视和操作。同吋，各单元机组及公用、辅助系统的各自正常监视和操作也不会 受到影响。由于厂级dcs网络的联系作用，在正常情况下，各单元及公用控制网络的操作 员站还能实现交叉监视和操作，便于在某些特定情况下，如启动和检修期间，运行人员及人 机接口设备的资源整合。厂级和机组级的操作员站不同层次的操作可通过权限设定实现交叉 操作时的闭锁。3.2.3厂级dcs功能简介1、实现厂级

4、机组负荷优化调度一个火电厂内也必须充分考虑如何优化调度各机组负荷，这直接关系到电厂乃至电网整体节 能减排，经济岛效，以适应低碳经济时代的需要。火电厂采用非直调的调度方式得到电厂的 广泛欢迎，也正在逐步成为电网各级调度中心的共识。厂级监控信息系统具有厂级机组负荷优化调度指导功能，但是，厂级监控信息系统是属于生 产控制大区巾的非控制区（安全区ii）。因此，目前的核心是如何打造一个让调度中心和电 厂均能放心的可靠的厂级优化负荷调度控制系统平台。巾于厂级dcs属于生产控制大区中 的控制区（安全区i）,因此将厂级负荷优化调度功能移植到厂级dcs屮，既能保证调度的 安全性，乂能实现厂级机组负荷优化调度功能

5、。最终此功能是否实施将根据屮调方式要求确 定。2、满足智能安全监控随着机组容量的增大和参数的提高，一台机组耑要运行人员监控的参数已达上万点，这些参 数在异常工况下瞬息万变，运行人员己经无法及时观察到它的变化，以及这些变化反映出机 组存在的问题和潜在的故障等，单一参数的显示以及简节的报警已经不能满足要求，迫切需 要发展人工智能、逻辑推理以及数据挖掘等技术将众多相关数据进行深加工，明确的向运行 人员指出机组运行中的闷题及潜在危险，提出处理意见，甚至最终达到发出处理事故的控制 指令。如能做到这一点，那么很多异常或事故可以避免或及时排除。发展安全监控智能化也 需要一个较为完善的支持平台，厂级dcs上位

6、控制平台正好适应了它的需要。3、搭建控制系统智能化平台通过一开始就规划建立一个厂级dcs通用控制平台，可以有力的加快电厂控制系统向智能 化发展的步伐。先进的dcs广泛应用了可以灵活互连，而同时又能安全隔离的“域”的技 术，数据库规模可以达到十万点以上，存储时间可到一年以上，通讯和运算速度大大提岛, 这些已经足以支撑实施高级智能化应用和满足控制级可靠性要求的厂级dcs的条件。通过 引导dcs公司向用户提供一个开放的上位控制平台，借助这个平台，dcs公司可提供厂级控 制系统相关的应川功能，同时也可调动其它应用软件商将其专长的高级应用软件集成到这个 平台上來。只有这样才能结束各个厂家无序的在单元dc

7、s上各自挂众多处理其专用软件的 上位机的混乱局而。4、长期安全运行的数字化电厂一一智能保护及智能安防智能保护系统实现保护逻辑的智能化，提高保护信号的可靠性，增强保护系统对不同工况适 应性，同时在现场设备数字化基础上完善；f设备状态管理功能后可以引入相应的专家系统实 现智能事故预测预控，切实提高机组运行的可靠性，确保安全运行。安防系统采用数字化和智能化的前端监控检测设备，通过网络传输阁像和数据，保证了监控 画面的品质，提高了信号的及时性和准确性，通过网络互联，实现各子系统联动，为运行设 备的安全运行及电厂的安全保卫提供了更好的保障。3.3现场总线技术现场总线技术（fcs）是一种全开放、企数字、企

8、分散的新型控制技术，它实现了现场级设 备的数字化、网络化，其根本出发点是让电厂工艺流程的现场设备信息均实现数字化，特别 是来自基层控制级的信息可以及时、准确掌握，是真正意义上的数字化电； '的基石。现场总 线技术意义在于大量现场级设备数字化状态信号传输至数字化控制系统，这不仅可以做到变 “设备故障检修”为“设备状态维护”，更重要的是，大量的现场实时信息为管理决策提供 了基础和依据。现场总线技术将传感技术、补偿技术、工程量处理技术与控制等功能分散到现场设备中完成, 仅靠现场设备就可完成自动控制的最基本功能，并可实时诊断设备的运行及故障状态。因为 现场设备本身具有自动控制的基本能力，使得现

9、场总线构成了一种全新的全分布式控制系统 的基本结构。根本上改变了现有dcs集中与分散相结合的集散控制系统架构，简化；t系统 结构，提高了可靠性。fcs采用了 profibus协议，整个机组控制系统按照工艺生产流程分为多个子系统，其屮包 括：凝结水系统、加热器疏水系统、汽机抽真空系统、汽机润滑油/eh油系统、锅炉启动系 统、锅炉汽水及本体系统、锅炉风/烟系统、制粉/燃油系统等，各子系统均采用现场总线技 术。机组主要保护、联锁、重要辅机、重要控制回路（例如fsss、deh、ets、meh、mets等） 采用传统dcs方式，其它所有现场智能仪表及控制设备（包含辅助系统）均纳入现场总线 系统，为实现数

10、字化电厂奠定基础。在以监视为主和一般回路的变送器、执行机构、电动阀以及分析仪等现场智能仪表及设备， 建议纳入现场总线系统。对于电动机类设备，建议都使用现场总线接入dcs系统。对于其中重要的信号和指令，可 以同时使用现场总线和硬接线（例如合闸、分闸位置，分闸、跳闸指令）。对于变频器，多数都可以提供现场总线接口，建议采用现场总线接入。对于温度信号，常规方法是将壁温类信号采用智能前端采集，由于智能温度变送器仍然较智 能前端价格为高，所以可以还是沿川原有智能前端的方式。对直接接入dcs的温度类信号， 可以参考变送器的原则将部分信号采用温变方式通过现场总线接入。温度变送器：包括热电偶（tc）、热电阯（r

11、td）,可采用现场总线温变或是采用传统i/o模 件。由于采用温变的方案成本相对较高，而且温度信号采用现场总线方式接入增加的信息内 容也不明显，故温度检测信号上还是采川常规方式接入控制系统为宜。对于吹灰系统，吹灰器数量大，采用现场总线方式nj节省大量电缆和维护工作量，建议采用 现场总线方式接入。对于火检装罝，其状态对锅炉安全运行有较重要的意义，现在已经有厂家如abb的fau810 和sf810i火检装置支持profibus,可以通过现场总线接入dcs （有火/无火信号仍然通过硬接 线接入dcs），用于实现全面监视火检装置的状态。对于辅助系统，例如化学水系统，完企具备了全面采用现场总线的条件；对输

12、煤系统，主要 是电机和电动推杆类设备，需要视现场设备情况而定，支持现场总线设备均可以纳入现场总 线系统；对于除灰渣、凝结水精处理等系统，主要现场设备多是电动门、凋节门，根据现场 设备情况部分采用现场总线。压力、差压、液位、流量变送器：可以采用带现场总线协议的设备，通常为profibus-pa，还 可采用多功能变送器，如差压和压力测量（或流量和压力测量）付在同一变送器完成。对于 fsss、deh、ets、meh、mets等相关的变送器采用带hart通讯协议的常规智能型产品， 以便在机组dcs中利用现场总线设备诊断和管理软件，实现设备管理和故障诊断。气动阀门定位器：用于控制气动调节阀门。可以采用带

13、现场总线接口的气动阀门定位器，通 常为profibus-pa。对于部分用于重要保护、控制回路的，可采用带hart协议的产品。电动调节阀门控制单元：用于控制电动调节阀门。w以采用带现场总线接口的调节阀没备， 通常为pmfibus-dp。对于用于重要保护、控制回路的，可采用带hart协议的产品。功率在75kw以上的380v ac电动机控制和保护甲元：用于380v电机（包括风机、泵、挡 板等）开关量控制，及电气、就地控制和保护。可以采用带现场总线接口的mcc单元，通 常为pmfibus-dp。对于部分用于重要保护、控制冋路的或是无法提供现场总线接口的，还是 采用常规硬接线方式。电动阀门驱动单元：可以

14、采用带现场总线接口的阀门控制单元，通常为profibus-dp。对于部 分用于重要保护、控制冋路的或是无法提供现场总线接口的，还是采用常规硬接线方式。 气动开关阀门驱动单元，有两种方法可以通过现场总线的接入方式：一种是采用带有现场总 线接口的阀岛产品；另一种是在现场电磁阀箱内安装具有现场总线接口的远程i/o來完成电 磁阀的控制。巾于气动电磁阀控制对象基本上没有信息采集要求，上述两种方法应该都是讨 行的。化学仪表：通常都具备提供现场总线接口，通常是profibtis-dp。3.3 aps系统介绍3.3.1概述发电机组 a a/停系统（aps: automatic plant start-up a

15、nd shut down system为机组级高度动化的控制系统。它是基于单元机组整机向动启/停控制的指导思想，建立在电厂基本系统： 机组协调控制系统（ccs）、汽机电液调节系统（deh）、锅炉燃烧管理系统（bms）和锅炉、 汽机及相应辅机顺序控制（scs）等系统之上的机组级自动控制系统。在机组启动和停止吋， aps力机组控制系统的屮心，它根据机组启停要求、曲线，按规定好的程序向各个系统、子 系统、设备发出启/停指令，同时接收各系统的反馈信息，进行综合分析与判断，完成实现 单元机组的自动启动或停止控制。因此aps是机组启停调度、信息管理与指令控制屮心。3.3.2 aps基本结构aps作为机组级

16、的启停控制系统，控制结构如下图。根据火电机组控制系统的特点，从系统的软件逻辑和功能分析，机组启停系统可分为四层:1、第一层为机纟ii级的自动控制系统，包括aps综合逻辑、启停方式逻辑、断点逻辑和步进 逻辑。(1) 综合逻辑：aps的主控逻辑，根据各系统、设备提供的信息，控制启停逻辑、断点逻 辑和aps的预检查。确定aps的投切控制、启停方式选择、事故处理、报警、自动切除等。 断点逻辑：aps断点核心逻辑，各断点的任务是各不相同的，断点逻辑包括断点任务、断点 启动的预备条件判断、时机条件判断和任务指令产生。(3)步进程序：每个断点都具有逻辑结构大致相同的步进式控制器。步进程序的任务根据 断点任务

17、指令的执行者，即将断点任务指令发送至各个基本控制系统、功能组，最终发到具 体设备，完成相应设备的启停和调节任务。2、第二层为功能组层。功能组层在aps屮起着非常重要的作用，它是连接机组级控制层与 基本调节级控制层的纽带。3、第三层为机组的基本控制系统，即bms、mcs、scs、deh、ecs等基本系统。基本系统 不但要完成其基本的启停控制、调节、联锁和保护功能，其必须接收aps来的指令、在aps 的任务管理与调度丁，完成相应设备启停与控制、并反馈其完成信息或报告故障信息。同时 基本系统间不是独立的，而是密切联系、互动的，共同配合完成启停控制任务的。4、第四层为设备驱动层。设备驱动层接收上层来的

18、控制指令，输出到具体设备，同时实现 其保护、联锁控制。3.3.3机组自起停系统的总体设计思想1、采用断点启停校制，aps米用断点的启停拧制策略。断点方式，就是根据机组工艺流程特点和运行方式，将机组的启停流程分成若干个执行阶段, 每个阶段间设罝断点。每个断点程序的执行均需要人为的检査和确认后才可以执行，保证了 机组启停的安全可靠性，同时又实现了机组的自启停顺序控制。采用断点的顺序控制方式, 各个断点之间既相互联系，又相互独立，只要条件满足，各个断点均可独立执行，前续断点 已启动完成，可以直接启动后续断点，满足了火电机组多种多样的运行方式，体现了很好的 灵活性。2、逻辑设计模块化。根据阶段单元、步

19、骤单元、信号单元、状态显示等各种完成特定功能的控制逻辑设计成模块 化。3、步骤阶段化。火电机组的启停动化是一个复杂的顺序控制系统，通过合理而有效地控制设备程序的顺序 执行阶段和步骤，对危及机组安全运行的反向判裾连续监控，使机纟 11的启停程序综合考虑了 安全可靠性和经济性，从而使aps不仅具有启停功能，同时也具有安全功能。4、判据条理化。一次判断根据、二次判断根据、反向判断根据、允汴时间、指令时间、等待时间、判据在有 效区内及其对程序重新定位的影响，保证了机组启停的安全、可靠性和准确性。3.3.4机组自起停系统的范围aps完成锅炉、汽机和发电机系统在下列范围内的自动启动和停机。冷态、温态、热和

20、极热态启动(1) 锅炉：点火前准备，包拈风烟系统的启动、炉膛吹扫、锅炉上水、检漏、油枪投入、 点火、给煤等系统启停等。(2) 汽机：启动前操作，包括循环水、凝结水、疏水系统启动，真空上升操作，汽机冲转， 辅机系统启停等操作。(3) 发电机：启动前操作，包括励磁和自动并网操作、厂川快切操作。停机锅炉：燃烧停止操作汽机：停机操作发电机：解列火磁等操作正常运行时锅炉给水泵启/停操作。(2) 磨煤机/油层启/停操作。3.3.5机组自起停系统模式aps设计三种模式，1、自动模式在向动模式下，aps在适当的时候自动输出操作命令(启动信号)到各辅机或主步序，启动 或停止设备。2、操作向导模式在操作向导模式下

21、，aps监视着设备的状态，启停等信息反馈，并引导操作员在适当的时候 执行必要的步序。操作向导从机组级、系统级、子系统级、驱动级双向延伸，调用、切换灵 活多样。操作向导屮可以方便的相应的操作窗口。3、手动模式在手动模式下，不执行aps的功能。操作员手动操作所有辅机和主步序。3.3.6机组自起停系统阶段划分机组的自动化分为三个阶段。1、启动阶段从启动前检测到完成带负荷的全过程自动启动。2、正常操作阶段为肩动阶段完成后，在带负荷状态卜复杂辅机或子系统的肩停操作(如锅炉给水泵的肩停)。3、停止阶段为机组的自动停止，从满负荷开始，完成机组负荷的自动减，燃烧器的切除、自到机组解列、 停机停炉。机组自启停系

22、统不直接操作执行器，通过分散系统控制，aps输出操作信号到相应的控制子 系统，子系统再把各操作指令送到驱动级的相应没备，实现启停控制，每个校制子系统具有 允许接收来自aps的指令信号的模式。3.3.7 1000mw燃煤机组自启停断点划分(冷态启动范围按自锅炉点火到汽轮机并网带初始负荷考虑，点火前的各项准备工作，采用功能组启动 并结合人工确认的方式。1、冷态启动(6个断点)(1) 机组启动前准备断点(2) 冷态冲洗及真空建立断点(3) 锅炉吹、点火扫升温断点(4) 汽轮发电机冲转断点(5) 机组并网带初负荷断点 升高负荷断点2、停机(3个断点)(1)降低负荷断点(2) 电厂机组解列断点(3) 电

23、厂机组停运断点 3.4小结1、在厂级dcs控制网络平台上设置全功能操作员站，全能值班员可根据权限通过任一全功 能操作员站实现对各机组及公用系统的监视和操作，使1人监控全厂在技术上成为可能，为 大幅减少机组运行人员，减员增效提供坚实的硬件基础。2、使用现场总线使系统构架简化，降低工程成本。现场总线仪表与控制装罝之间采用的是 一对多的连接方式，一对传输线可接多台设备，双向传输多个数据信号。这种结构可以节省 大量的电缆，无耑使用i/o模块、接线盒、大量的端子排，使得接线简化，减少由接线点不可 靠造成的危险因素。没备占用空间小，安装费用低，工程周期短，维护方便，系统扩展容易。 当需要增加现场控制设备时

24、，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投 资，也减少了设计、安装的工作s。据有关典型试验工程的测算资料，可节约安装费用60% 以上。3、现场总线控制系统将传统控制系统的控制功能分散到现场仪表模块中，现场设备和仪 表就地构成控制回路，不再以dcs为中心，不再依赖于控制室，取消了 i/o单元与控制站，实 现彻底的分散。4、减少硬件数量与投资：现场总线系统屮分散在设备前端的智能设备能够直接执行多种测 量、控制、报赘及计算功能，因而可以减少变送器的数量，不需要单独的控制器、ii算单 元等设备，也不再需要dcs系统的信号调理、转换、隔离技术等功能及复杂接线，由于控 制设备的减少，所以还可

25、减少控制室的占地面积。5、现场总线技术节省维护开销：由于现场控制设备具有诊断与简单故障处理的能力，并 通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护 信息，以便早期分析故障原因并快速排除。缩短了维护停工吋间，同吋由于系统结构简化， 连线简单而减少了维护工作量。6、现场总线技术用户具有高度的系统集成主动权，用户可以自由选择不同厂商所提供的设 备来集成系统。避免闪选择了某一品牌的产品被“框死” 了设备的选择范围，不会为系统集 成屮不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成过程屮的主动权完全掌握在用户手屮。由 于现场总线设备的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上

26、提高了测量与控制的准确 度，减少了传送误差。同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加 强：减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。此外，巾于它的设备准化和功能 模块化，因而还具有设计简单，易于重构等优点。7、aps系统在国外主流dcs系统屮己为标准配賈，能大大减少运行人员工作强度。8、从己经建成电厂来看，现场总线系统，投资比常规电厂略低，同时可靠性高、维修及故 障诊断方便，所以值得投资。第四章数字化电厂的性能分析、优化与仿真系统4.1概述火力发电厂的成本屮煤破的价格约占总成本近70%,近儿年我国煤炭价格持续高位运行，大 多数电厂亏损，国外先进机组供电煤耗为280克/k

27、w.h,而我国机组平均供电煤耗在330克 /kw.h,所以说进行机组性能优化分析、降低煤耗成了火力发电厂的核心任务。由于火电厂 厂级监控信息系统(sis)的目就是提高机组效率、保障电厂安企生产、降低运营成本、提高 电厂整体经济效益，其在电厂屮所起到的作用就相当于优化机组运行和提商生产管理水平的 专家级助手。因此，在电厂大力推广应用sis具有非常现实的意义。4.2 sis系统4.2.1概念1厂级监控信息系统（sis）定义：在电厂屮，；*级监控信息系统（sis）：是在现有的dcs及其它数据采集控制装罝的基础上， 利用计算机m络、数据库技术，运用优化分析软件，在全厂范围内实现生产信息的实吋共亨， 在

28、电厂建立起了全厂的生产实时过程和历史数据平台，为电厂生产过程提供优化服务、实现 电厂生产过程的实时管理，为生产管理、经营决策提供基础数据服务，是提高电厂生产安全 及经济效益的重要基础。4.2.2 sis系统结构（简介软、硬件）1、sis系统硬件结构1、2号机dcs、辅网dcs、脱硫输煤dcs、ncs、rtu、电量等信息通过sis接u机及隔离装 置将实时信息送至sis网络，在sis网络中巾2台sis数据库服务器实现信息存储，巾2台 sis应用服务器实现性能计算分析等功能，sis接口机：数字化电厂实现了 dcs主辅一体化（电气、汽机、锅炉、输煤、化水、除灰等 系统均由dcs系统控制），dcs系统采

29、集的信息实时通过sis接口机（网关机），将控制网络 实时信息上传至sis网络。sis系统通过采集（sis数据库服务器：是sis系统的核心，提供一个高速、超大界量的实时和历史数据库，采 用有效压缩方式保证实时信息、计算数裾、分析结果在线保存至少一个“大修期”，保证数 据显示及传输在1秒a完成。sis应用服务器：从sis数据库中得到信息进行计算、分析、显示，将结果存入数据库，供 其它需要信息客户或系统调川。包括工程师站、值长站、值班k站、性能分析优化站等。 通信网络：至少采用1000mbit/s以上以太网，用光纤通信。硬件设计遵循双电源、双网络 结构。采用了两台sis主干交换机热备的方式，这样能够

30、避免由于主干交换机故障导致整个 网络系统的瘫痪，提高的m络的稳定性。根据国家电监会关于电力系统二次防护的5号令的要求，sis系统将实吋数据库通过专用正 向安全隔离装置高速镜像到mis网，形成镜像服务器，实时数据只通过指定端口单向传送 至mis网络的镜像服务器，通过数据同步接口实现实时数据库数据服务器和mis网镜像服 务器的数据同步，mis网络用户对实时数据的应用和分析通过访问镜像服务器实现，不对生 产管理区的实吋数据库m络造成安全威胁。在sis m与mis网之间的隔离装罝之外，从底层 生产控制系统采集数据的各接口机与实吋数据库服务器之间同样加装了 j下向隔离装置，从 而实现了对生产控制系统的双

31、层保2、sis的数据库软件数裾库软件故名思议：对数裾进行存储的软件。电厂生产过程瞬间会产生大量的数椐， 数据库软件可以采集电厂产生的采集频度为秒一级的采集密度高达数万点的带时间标签的 实吋及历史数据，这些数据来自于电厂各类控制系统，数据之间关联性不大但却反映着电厂 现场设备的特性和生产运行状况，因此一方面要求该数据库具有高速处理海量实时数据的能 力，另一方面又要求该数据厍具有较高的历史数据压缩存储能力，既能够将海量的历史数据 以较的压缩比和精度进行存储，同时又能够在需要时以极快的速度进行数裾提取和历史数 据恢复。实吋数据库是实吋控制信息系统的核心。实吋监控信息系统的主要功能之一就是将相对专用

32、的dcs、deh、远动数据、关口电量、全厂电量、电气故障录波器等设备的大量实时数据采 集并存储起來，从而满足电厂实时监控和在线性能计算分析和耗差分析等计算的需要。因此, 实时数据系统的数据库平台必须满足二点：一系统具有商度的性能稳定性，能满足海:w:资料 的存储和检索的需要；二系统具有高度的开放性，具备和不同系统及设备的成熟接口，支持 各种标准的数据传输标准。因此，实时数据库是保证电厂sis系统成功投运的关键，它包括 了一整套中间件产品，是专业应用的基础并提供资料服务功能，不仅能将全厂生产过程的实 时数据采集上来，还要将它们以其蕋本形式保存下来。然后对这些生产数裾进行二次处理和 分析；逐步实现

33、在线操作指导和故障防护；生产计划和维护管理以及工厂资源优化分配和经 济评估等专家应用功能，从厂级管理的高度对各机组运行工况进行监视、分析和判断并作出 决策。sis系统功能1、生产过程信息监测和统计、实时显示全厂各热力系统中锅炉、汽机、发电机及其辅助系统，包括输煤、除灰、除渣、 除尘、化水等辅助系统的设备运行状态、运行参数、系统图，为厂级生产管理人员及其运行 人员提供形象直观、界面友好，实时更新的数据信息，帮助/解整个系统的运行情况及各测 点间的关系。2、机组性能指标测算及分析能够实时提供全厂各机组包括主辅机设备的能:w:转挽效率及性能指标（如加热器端差等）的 在线测算结果，为机组的优化运行和考

34、核评价提供定量依据。在线性能计算站将从实时数据库中读取所耑的数据，完成锅炉热经济指标的计算和分析、汽 轮机热经济指細的计算以及机组运行热经济指称的计算和分析，井川将计算的结果提供给位 长查询，也可根据需要通过统一的客户端软件发布到mis网络上。3、机组运行能损实时分析能损分析是对机组整个运行过程中参数变化、工况异常、操作不当造成的能量损失进行实时 分析，让运行人员了解机组能量损失的分布和能量损失的大小，使运行人记的调整有的放 矢。4、运行统计指导：机组运行统计分析模块，能针对全厂机组主辅机设备运行参数的历史数 据进行分析，并提供相应的统计分析结果，满足运行管理人员对机组运行状况评价和对运行 人

35、员操作技能和水平考核的需要，亦可为确定机组的安全、经济运行工况提供定量依据。5、小指标考核：小指标管理是根据电力工业的特点，将国家下达的标淮煤耗率、厂用电率 等大的计划指标，按运行岗位分解成具体的技术经济指标，并落实到各值、班组以及个人， 定期检杏与评比。小指标定值的高低及完成的好坏，直接反映管理水平和运行人员的技术水 平。小指标分析是将各个参数作为孤立的因素进行考核，往往为追求某一指标的高低而影响 整个系统经济效益。小指标方法简单易行，实施后可取得一定的效益。6、机组运行及故障诊断分析建立在专家系统基础上的单元机组运行及故障诊断分析模诀，能够在机组性能分析数据、 能损分析数据和统计分析数据的

36、支持下，综合设备运行参数的异常征兆，对单元机组设备的 异常或故障提供诊断分析结來，为运行人员及时发现设备故障提供定:w:依据。主要功能如下. 汽轮机真空系统故障诊断（对机组真空系统的相关异常或故障进行诊断），回热加热器水位 异常诊断（对高、低压加热器的疏水异常、传热异常等进行诊断），锅炉汽水参数异常诊断 （如主汽温度、主汽压力、再热汽温等参数的故障树分析），锅炉风烟参数异常诊断（如排 烟温度、排烟氧:u:、飞灰含碳等参数的故障树分析。寿命监测的主要功能是在汽轮机起停过 程和甩负荷等负荷激烈变化过程屮，在线计算和监测汽轮机转子由于受到交变热应力作用而 产生的低周波疲劳损耗，该模块对保证汽轮机在役

37、期内的安全、机组运行以及延长老机组的 寿命具有重要的指导作用。7、机组优化分析机组优化分析模块，能够在机组性能分析数据和统计分析数裾的支持下，运用运筹学优 化理论，对机组或辅机设备的运行方式和可控参数（主蒸汽压力、主蒸汽温度（再热蒸汽温 度）、高压缸效率、小机耗汽率、排汽压力（循泵功率）、给水温度、过热器减温水量、（再 热器减温水量）厂川电率、氧量、排烟温度、空预器出口 c0、飞灰含碳量）提供优化解，指导机组或者辅机设备的经济运行。主要功能包括单元机组优化负荷分配；单元机组起停方 式指导；（循环水泵的优化调度。）系统还将包括更完善的建立在特种传感器基础上的锅炉燃烧优化指导模块：更完善的设备运

38、行及检修状态的评价模块；设备运行安全性评价模块；机组运行状况的分析与优化模块；机 组重要设备疲劳及蠕变寿命分析与管理模块；运行参数的异常原因分析模块；机组运行性能 的向学习与自校正实现优化指导运行的模块等。电厂各机组处于稳态运行时在线性能优化计 算、分析和操作指令。以主要给出高压缸、中压缸、低压缸效率和整机效率，热耗，各加热 器参数及性能分析、机组工作过程的热力过程线，计算值和设计工况的偏差值以及这些偏差 值引起的能量损耗等等。据此评价运行的质量及机组设备的完好程度，对提高机组的管理和 适时安排机组的检修具有重要意义。通过基于数据挖掘和信息融合技术，研究开发的商级应用软件，智能化生成电力生产过

39、程的 专家知识，进行实时成本分析，指导电厂机组的优化运行，对设备进行检修诊断及相应关键 设备寿命进行监测管理，这对于减少电厂机组的事故率、保证机组的安全经济运行所产生的 经济效益无疑是巨大的。洁8、负荷最优分配模块根据电厂各机组间热耗、升降负荷特性、设备寿命损耗和燃料价格等因素，对机纟 11间的负荷 进行优化分配（包括启停），使整个电厂可以在最低的成本下运行。如果再附加一些其它的 成本因素就可以形成电厂竞价上网的成本核算模块或报价系统。9、报表输出模块状态参数监测fi报表模块可以将计算机采集来的数据进行动分类、归档，将8小时或24 小时的监测数据每隔一小时为一组打印报表输出。同时有关的运行经济

40、性技术指标也以报表 形式打印输出，对机组在整个运行期内的寿命累计损耗以曲线及数据方式打印输山、故障以 曲线或报告形式打印输出供高级管理人员和技术人员分析、决策、保存使川。10、实时/历史数据处理模块完整的系统必须对机组各参数进行长期的监测和管理，采用实时数据库系统，为机组建立、 保存运行、故障档案、保存机组运行的历史数据。必要时，可检索机组各类历史数据档案, 进行分析、研究。主要内容有.1）机组历史报警档案2）机组历史事故记录档案3）机组运行状态历史趋势档案。机组正常运行时，系统能自动为机组建立运行档案、历史趋势等，按规定时间、格式要求保 存数据资料，根据需要可查阅24小时、一周、一个月、一个

41、季度、一年的参数变化趋势， 以了解机组设备的完好度，以便合理安排机组的设备维修及保养，逐步过渡到状态检修，提 高机组的可用度。11、远程故障诊断通过网络通信方式，将电厂的数据传给研宄开发屮心或运行专家，及时了解并解决电厂各机 组运行中出现的问题。4.3基于sis系统的数据挖掘 4.3.1概述数据挖掘（data mining）般指从大量的数据中寻找隐藏在其中的有着特殊联系信息的技术。 数据挖掘通常以计算机技术为基础，并通过统计、在线分析、情报检索、模式识别等诸多方 法来寻找隐藏在其中的有着特殊联系的信息。数据挖掘（data mining）是通过分析每个数据，从大量数据中寻找其规律的技术，主要有数

42、据 准备阶段、规律寻找阶段和规律表示阶段3个步骤。数据挖掘的任务有关联分析阶段、聚类 分析阶段、分类分析阶段、异常分析阶段、特异群组分析阶段和演变分析阶段等。4.3.2数据挖掘的基本步骤数据挖掘方法的步骤会随不同的应用领域而有不同的变化，每一领域的数据挖掘技术也会有 各自的特性和使川方法，针对不同i'uj题和不同耑求所制定的数据挖掘方法也会存在差异。数 据的完整程度、全面程度、专业人员支持的深度等都会对数据挖掘过程有影响。这些因素造 成了数据挖掘在各个不同领域屮的规划、方法、以及流程的差异性，即使同一种产业，也会 因为分析方法和专业技术的涉入程度不同而不一样，因此对于数据挖掘过程的系统

43、化、标准 化就显得非常重要。这样一来，不仅可以较容易地跨行业应用，也可以结合不同的专业技术， 发挥数据挖掘的真正作用。数据挖掘完整的步骤如卜：整理数裾和数据的来源。学习相关知识与技术。综合与检查数据。除去错误或无川的数据。建模。开展数裾挖掘工作。得到结论，测试和验证挖掘结果。对成果解释和应用。数据关联是指：数据库屮存在的一类重要的可被发现的联系。如果有两个或多个变量之间存 在某种规律性，就称之为关联。关联可分为时序关联、简单关联、因果关联。关联分析的最 终目的：找出数裾库屮数据间隐藏的关联网。有时人们并不知道数椐库屮数椐之间的关联函 数，有时即使知道也具有不确定性，所以关联分析的规则带有可信度

44、。关联规则能够帮助挖 掘发现大量数据中项集之间的关联或相关联系。一些新技术同样能在知识发现领域収得了良好的应川效果,如神经元网络、决策树等新技术， 在大量的数据和强劲的计算能力卜，他们基本不用人的干预就能自动完成许多有价值的分析。 数据挖掘技术就是利用了统计和人工智能技术的技术，他们把这些高深复杂的技术像“黑匣 子”一样封装起来，使人们不用自己掌握这些技术也能完成数据分析的功能，并且可以更专 注于自己要解决的重大问题。电厂数据挖掘就是利川dcs传送至sis系统的海量数据，川数据挖掘技术分析得出：原来看 似杂乱无章的数据间的相关关系，得出指导性的结论，用这些结论为生产运行做好服务。 某厂2x35

45、0mw机组投产至今，多次发生巾于再热器管壁超温引起的锅炉结焦、泄漏事故，结焦不仅降低锅炉的热效率，并对锅炉设备造成损害，严重影响锅炉安全、经济运行。通过数据挖掘得出结论：在下次发生再热器挡板前左侧温度异常升高时，通过对#1 ofa阀 门开度的测定，确定实际配风量，调整再热器壁温，以达到防止超温的措施，防止再热器管 壁超温结焦现象。4.4电厂仿真系统4.4.1概述随着单元发电机组容量越来越大，系统越来越复杂，对它的经济运行、安全生产提出了更 高的要求，仿真系统是实现这个0的的最佳途径。通过仿真系统可以优化运行过程，可以培 训操作人员。电站仿真系统己成为电站建设与运行中必须配套的装备。仿真系统近年

46、大u在电厂应用，但许多电厂的仿真系统只能达到“形似”状态，随着dcs 逻辑及画面优化，老式仿真系统往往不能同时变化，越来越与实际系统不一样，最终不能很 好的培训运行人员，更不可能起到培训检修人员与验证逻辑的功能。仿真系统应该实现dcs系统的任何画面逻辑变化都能实时在仿真系统中自动修改，仿真系统逻辑与dcs屮逻辑一致，同时仿真系统能调用sis系统历史数据，实现运行人员的实时培 训，通过调研sis历史数据可实现历史数据冋放、故障分析、性能优化仿真模拟培训等功能； 检修人员可利用仿真系统与dcs画面与逻辑高度一致关系，进行画面、逻辑修改模拟训练 及逻辑提前验证工作，加强检修人员培训。虚拟式仿真系统应

47、具有极高的软件逼真度，具有完成复杂的仿真应用的能力。虚拟式仿真 系统的特点，就是控制参数、算法、逻辑完全来自于dcs下载文件，使用与dcs相同的算 法、参数等，可与dcs同步修改、更新，软件逼真度高。可以说，虚拟式仿真系统能够真 正有效、经济、广泛地应用于人员培训、逻辑验证、故障回放等功能，满足数字化电厂的要 求。很多电厂同时配备了机组仿真系统和sis系统，这在物理上为电厂sis与电站仿真系统提供 了二者结合的可能，仿真机系统开发人员需要利用sis数据快速逼真地进行调试开发，而培 训人员也迫切需要实际电厂运行数据能在仿真机系统中与仿真数据进行对照和数据分析及 演习。4.4.2仿真系统结构1、硬

48、件结构2、软件结构4.4.3仿真系统功能1、事故回放与分析sis系统与仿真系统相连后，电厂如果发生事故，可将sis事故时的历史数据导入仿真系统, 对事故过程进行回放分析。因为在仿真系统中可以对回放过程进行快进或慢放，所以w以企 而分析事故发生的经过，找出操作失误之处及应对措施。对员工来说，可以随时找出这些数裾 进行模拟练习，提高今后处理危急问题的能力。2、提前预测机组运行情况如果想知道机组在目前条件下将來一段时间内的运行状况，可在仿真机上进行试验。将sis 历史数据导入仿真系统并设置部分关键参数，就可以提前模拟机组的各种可能的运行状况, 预测机组一定时间内的运行状态，并可提前采取措施消除可能的

49、隐患，从而保证电厂安全、经 济、稳定运行。3、验证数学模型通过比较数学模型算法与sis系统的运行参数和状态，可动态地校验数学模型的准确性，修 改数学模型算法的不完善处。4、进行逻辑验证与热控人员培训。热控人员可以通过仿真系统实现控制系统优化试验及逻辑验证，提前开展对改造后的控制系 统进行仿真试验等工作。5、火电机组的设计分析：通过仿真系统来研宂电厂系统更改及没备改造对机组性能的影响，为电厂提高性能指标的改 进提供参考依据。6、电厂控制系统的优化：在仿真系统上进行控制策略的对比验证、控制参数的确定和不断优化，从安全性和经济性出 发，最终得到最优的控制方案。7、电厂的性能分析和运行指导：通过在仿真

50、机上对机组的运行性能指标进行计算，再结合相应的专家支持系统，对运行方式 进行优化评价，并给出具体的运行指导意见，主动指导运行操作。.8、进行更高级别的全厂级数字化功能开发：事故回放与分析功能、提前逻辑与机组运行状况验证功能、生产优化与分析功能、厂级系统 管理和决策功能等，大大加强了管理和优化火电机组运行的能力，为进行更岛级别的全厂级 数字化功能开发奠定基础。4.5小结本章通过对电厂sis系统网络构架及软硬件介绍，通过对sis系统功能的说明，使大家对sis 系统有一个初步了解，特别通过对sis系统性能优化的说明，使大家对sis系统的核心性能 有了深刻的了解，通过进一步的使用数据挖掘技术，使人们能

51、够在庞杂的数裾屮找出看似在 生产过程屮不直接相连的逻辑关系，解决生产运行屮的难题。通过技术的进一步发展，可以 将sis嵌入至dcs系统，作为dcs系统功能一部分，直接指导dcs运行、直接进行性能分析 优化、动态调整，达到电厂性能指标最优状态。仿真系统近年大量在电厂应用，但许多电厂的仿真系统只能达到“形似”状态，随着dcs 逻辑及画而优化，老式仿真系统往往没有变化，越来越与实际不一样，最终不能很好的培训 运行人员，更不可能起到培训检修人员与验证逻辑的功能。本文提到的仿真系统要实现dcs系统的任何画妞逻辑变化都能实吋在仿真系统中自动修改， 仿真系统逻辑与dcs中逻辑一致，同时仿真系统能调川sis系

52、统历史数据。实现运行人员的 实时培训，通过调研sis历史数据可实现历史数据回放、故障分析、性能优化仿真模拟培训 等功能；检修人员可利用仿真系统与dcs画而与逻辑岛度一致关系，进行画而、逻辑修改 模拟训练及逻辑提前验证工作，加强检修人员培训。同时仿真系统还能在机组设计分析、性 能优化、运行指导上起很大的作用。第五章三维数字化设计系统5.1概述目前电厂信息系统的规划，着眼于电厂投运后生产运行时的信息管理，并没有从电厂的整个 生命周期去考虑信息管理问题，电厂从规划、初步设计、直至投产，所产生的信息很多、很 杂，包括数据、咅像、图文等多种形式，这些电厂的历史资料对今后的生产、运行具有重要 的作川。电厂

53、生产所依赖的大量数据来自于初设及安装调试阶段，如果不在工程全过程中注 意信息的收集，工程完毕后，大量信息很难找冋。所以，必须从电厂整个生命周期的过程对 电厂的信息进行管理。电厂的全生命周期：是指电厂从初计、采购、安装、调试、运行、维护、改造，直至最终报 废的整个过程。5.2什么是三维设计系统三维没计是新一代数字化、虚拟化、智能化没计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的 基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。它将提供电厂全生命周期解决方案，包括设计、建设和生产运营各阶段，在设计阶段可进行 三维设计，不同专业之间可以协同设计，互为参照，自动干涉碰摘检查。业主也可以异地远 程检查

54、设计的合理性，及时提出相关整改意见和建议。能对设计变更后的图纸和变更前的图 纸自动对比，自动找出变更差异。kks编码是设备信息自动关联的基础，是系统集成的关键，是数字化电厂建设的根基，始终 贯穿于电）设计、建设、生产运营的全寿命周期。电厂和设计院应成立kks编码审核组，在 电厂设计阶段审核kks编码是否严格遵循编码标准，从设计阶段就进行编码审核。最终实现 图纸设备tag编号、dcs测点、kks编码、固定资产编码、物资编码统一关联。5.3基建期三维设计系统作用1、三维模型立体直观：传统设计为二维设计，如厂区、建筑物、主厂房平而图等均为二维 设计，设计人员和审查、审批人员需要有丰富的空间想象力，而

55、三维设计通过渲染，立体效 果逼真，可随处漫游，优化设计十分方便。2、自动生成二维图：可生成各种工艺流程图，如热力系统、燃烧系统、水处理系统、除灰渣系统等等工艺系统阁纸，且系统阁屮的设备、管道、管件等均有与三维模型屮相应部分相 同的属性。3、安装的动态模拟：以吋间为轴，空间为轨迹，将三维空间的实体按照时间顺序显示，直 观明了地表示出各个时间点上的完成、未完成的工作，实现一个项目的全过程模拟。4、提高工程材料管理水平：采用三维数字化电厂管理信息系统，可以提供一个准确的材料 计划，在大宗材料和物资采购屮，既可以避免浪费，又可以在市场价格低时采购，从而节约 成本。5、碰撞、带电距离检查与设计优化：利用

56、三维模型具有精确的立体坐标和属性，通过数字 化模型检查出所有的碰撞及提前校验带电距离，可以避免工程的“碰、漏、缺、测不准”等 现象，从而通过三维设计可以实现无差错没计。6、方便投资评审：各阶段评审时，借助三维模型，可直观浏览多种设计方案的布局结构， 通过套用已有类似电厂的设计模型，可较准确估算出工程所需的各种材料，从而对工程有较 精确的投资估算，从量上对多方案进行优化优选，得到最佳的选择。7、重要施工过程的三维动态模拟：在大型火电施工巾大型设备的吊装如：大板梁出装、汽 包吊装和定子吊装等，这类设备的安装工艺过程需要充分考虑其安装所需要的设备状况、能 力、安装过程所处的环境、安装过程屮的安全性以

57、及人员的指挥与协调配合等问题。大型设 备吊装施工方案是吊装作业的指导性文件，施工方案的编制需要大量的计算和论证，而三维 动态模拟可以根据预定的施工方案将吊装工艺过程在吊装作业实施前演示出来，为审核、评 测施工方案以及施工前施工方案交底都有非常重要的意义。5.4运营期功能1、数字漫游功能介绍电厂利用三维数字化设计出的三维电厂，可利用全景模式、飞行模式、行走模式等模式，对电 厂每一部分参观了解，熟悉电厂每一部分构造及形态，同吋也可链接sis系统将实吋生产参 数显示在相关设备上，使三维设备能同时反映现场设备的实际信息。2、运行原理培训（动画演示）利用三维动画模拟电厂的整个生产反应过程，可单独显示某一

58、部分的原理，也可顺序用三 维动画显示整个生产流程，使运行人员直观感受到电厂真实的生产过程及原理。3、检修培训利用数字漫游功能可进入三维电厂内部，针对每一个设备都可以将其选定，然后可进行 尺寸测量、连接设备接口形式、整体功能研宂，同时应用厂家提供的检修视频文件及三维模 拟文件，可以对检修人员进行培训。4、点检定修系统该系统自动生成每个设备的点检h划及危险点注意事项，可将点检点及危险点显示在三维模 型巾，点检员的每口点检实际情况汇总至该系统，同时对点检及sis报警数据分析，发现设 备劣化趋势，确定没备检修项目及周期。6、检修维护及办票系统任一设备发生故障，运行人员均可登陆该系统进行缺陷填写，检修人员可登录确认，同 吋检修及其它相关人员均可登陆该系统,进行相关设备历史运行数据、故障数据、以往安装、 调试、维