數字化電廠(chǎng)架構及現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統設計

目前，我國火電廠(chǎng)廠(chǎng)級和機組（車(chē)間）級已實(shí)現了數字化，但現場(chǎng)控制設備級大部分尚未實(shí)現數字化，這已成為現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)需要解決的難題。建設數字化電廠(chǎng)的目的是使發(fā)電廠(chǎng)在整個(gè)服役期經(jīng)濟效益最大化。數字化電廠(chǎng)結構模型可劃分為 3 層（直接控制層、管控一體化層、管理決策層）和 2 個(gè)支持系統（數據庫支持系統和計算機網(wǎng)絡(luò )支持系統），它們分別交叉和納人在 DCS （包括 FCS ）、電站仿真系統 ( SIMU ）、火電廠(chǎng)廠(chǎng)級監控信息系統（SIS）、管理信息系統（ MIS ）及決策支持系統（ DSS ）中。

一、數字化電廠(chǎng)的基礎條件

　　(1) MIS 是建設數字化電廠(chǎng)的關(guān)鍵系統，主要為全廠(chǎng)運營(yíng)、生產(chǎn)和管理服務(wù)，完成設備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理（包含電力市場(chǎng)報價(jià)子系統）、財務(wù)管理等功能。 MIS 具有 2 個(gè)層次的功能：自動(dòng)傳遞和匯集數據；以成本核算和資源集成為出發(fā)點(diǎn)，對管理數據進(jìn)行加工、整理、發(fā)掘和分析。

　　(2) SIS為 MIS 的生產(chǎn)過(guò)程管理功能模塊。 SIS既是發(fā)電廠(chǎng)建立全廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)／歷史數據庫的平臺，也是為全廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監控和管理信息系統。SIS一端是控制系統（ DCS / PLC / 機組仿真系統），另一端是 MIS ，其應用模塊主要有實(shí)時(shí)數據分析與處理模塊、性能計算與能損分析模塊、工況分析模塊、運行故障診斷模塊、吹灰優(yōu)化模塊、參數劣化分析模塊、機組負荷優(yōu)化分配模塊及機組運行狀態(tài)評估模塊。

　　SIS對實(shí)時(shí)性要求較高，其實(shí)時(shí)信息取自 DCSO由于 DCS 采用的模擬量、開(kāi)關(guān)量、數字信號為混合系統信號制，而且為單向，不具有將設備狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息上傳至控制器的功能，從而使SIS無(wú)法獲得這些信息，成為SIS進(jìn)一步提高功效的瓶頸。

　　(3) FCS 應用于電廠(chǎng)機組級控制，其采用全數字、雙向通信的現場(chǎng)總線(xiàn)信號制，解決了智能現場(chǎng)儀表與智能控制室儀表之間的非智能連接問(wèn)題，為建設數字化電廠(chǎng)提供了基礎條件。

二、FCS的設計

　　(1) 現場(chǎng)總線(xiàn)標準2000 年4月公布的國際現場(chǎng)總線(xiàn)標準 IEC61158 包括了 10 種類(lèi)型，其中基金會(huì )現場(chǎng)總線(xiàn)（FF）和過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)（Profibus）在過(guò)程控制領(lǐng)域有較廣泛的應用，FF 較適合模擬量控制，Profibus 較適合開(kāi)關(guān)量控制。

　　(2)重要控制與安全回路現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在國內大型機組的主控制系統上應用還處于起步階段，為了保證機組安全穩定運行，爐膛安全監控系統（FSSS）、數字式電液控制系統（DEH）、汽輪機緊急跳閘系統(ETS）、給水泵汽輪機電液控制系統（MEH）和給水泵汽輪機緊急跳閘系統（METS）等不采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制方式。

　　(3)電動(dòng)機控制 部分380V、6kV電動(dòng)機采用現場(chǎng)總線(xiàn)控制方式。

　　(4)DCS為基本系統 由于有些DCS可與FCS無(wú)縫連接，因此采用以DCS為基礎利用 FCS 的信息處理、設備診斷和設備管理軟件進(jìn)行設備級控制的系統結構。