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 《東方自動(dòng)化》

  作者：侯子良 侯云浩

  摘要：本文回顧了“改革開放”三十多年火電廠自動(dòng)化快速發(fā)展的歷史，論證了當(dāng)前火電廠自動(dòng)化必須繼續(xù)快速發(fā)展的必要性，并提出了21世紀(jì)第二個(gè)十年火電廠自動(dòng)化五大發(fā)展目標(biāo)。作者認(rèn)為，自動(dòng)化人適時(shí)提出規(guī)劃目標(biāo)，以及具有鼓動(dòng)性的口號(hào)是當(dāng)好領(lǐng)導(dǎo)參謀，并在其全面領(lǐng)導(dǎo)下推動(dòng)火電廠。

   一、火電廠自動(dòng)化發(fā)展回顧

    1978年黨中央提出“改革、開發(fā)”政策30多年來，每十年火電廠自動(dòng)化有一個(gè)明顯飛躍，并完成相應(yīng)的一個(gè)歷史任務(wù)。

   20世紀(jì)八十年代是火電廠自動(dòng)化打開大門的十年。以引進(jìn)平圩、石橫技術(shù)為標(biāo)志，在痛苦的思想斗爭(zhēng)中艱難前進(jìn)。

   20世紀(jì)九十年代是發(fā)展DCS為標(biāo)志的十年。DCS從試點(diǎn)、推廣到成熟，以平圩、石橫為代表的世界先進(jìn)技術(shù)逐步得到消化，思想逐步開放。隨之，我國(guó)火電廠自動(dòng)化技術(shù)水平也逐步達(dá)到和接近世界先進(jìn)水平。

   21世紀(jì)第一個(gè)十年是以發(fā)展SIS為中心實(shí)現(xiàn)全廠網(wǎng)絡(luò)化的十年。1997年電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院發(fā)布《2000年火電廠自動(dòng)化》，提出了發(fā)展SIS和MIS，以及輔助車間集中控制的全廠管控網(wǎng)絡(luò)化以及監(jiān)控物理分散等目標(biāo)，經(jīng)過十年努力我國(guó)火電廠自動(dòng)化和信息化技術(shù)有所創(chuàng)新，并進(jìn)入了世界先進(jìn)行列。

    目前我們已經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì)第二個(gè)十年，我們的目標(biāo)是什么？火電廠自動(dòng)化發(fā)展向何處去？我們必須討論和清晰的回答這個(gè)問題，否則裹足不前和慢慢來的傾向必然會(huì)在決策層中蔓延。

    二、火電廠自動(dòng)化必須繼續(xù)快速發(fā)展

   當(dāng)今世界處于一個(gè)低碳、環(huán)保的時(shí)代，火電廠節(jié)能降耗、低NOx排放以及燃煤摻燒降低成本等等已經(jīng)成為火電廠生存的命門，如何更快的發(fā)展自動(dòng)化和信息化，適應(yīng)這些新的更高的要求，已成為比歷史上任何時(shí)候更加緊迫的客觀需要。

   其次，雖然我國(guó)火電廠自動(dòng)化取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是在許多方面不盡人意，某些方面與先進(jìn)國(guó)家技術(shù)相比尚有差距，許多方面仍然滿足不了當(dāng)今時(shí)代對(duì)火電廠自動(dòng)化的要求，例如：

   1）火電機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化控制技術(shù)基本上是空白。據(jù)某廠600MW機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)評(píng)估顯示，僅運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能潛力就高達(dá)2-4%，即6-12g/kwh。

   2）控制系統(tǒng)的優(yōu)化尚有較大差距。與日本和德國(guó)相比，我國(guó)實(shí)現(xiàn)機(jī)組自啟停控制（AUS, Automatic unit start-up and shut-down system）寥寥無幾，一個(gè)電廠能否真正實(shí)現(xiàn)AUS（包括FCB和RB)，這是衡量各大控制系統(tǒng)是否達(dá)到優(yōu)化的標(biāo)志，這必定會(huì)影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

   3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在空白點(diǎn)，這也會(huì)危及電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行。例如，由于沒有爐膛出口煙溫的檢測(cè)手段，導(dǎo)致爐膛出口嚴(yán)重結(jié)焦掉焦而砸爆爐底，甚至造成重大人員傷亡事故等。

   綜所上述，火電廠自動(dòng)化必須繼續(xù)快速發(fā)展，必須對(duì)未來，特別是21世紀(jì)第二個(gè)十年火電廠自動(dòng)化發(fā)展趨勢(shì)、目標(biāo)及任務(wù)展開廣泛研究，制定21世紀(jì)第二個(gè)十年我國(guó)火電廠發(fā)展目標(biāo)。

   三、21世紀(jì)第二個(gè)十年火電廠自動(dòng)化發(fā)展目標(biāo)探討

   總結(jié)歷史，研究趨勢(shì)，作者認(rèn)為21世紀(jì)第二個(gè)十年火電廠自動(dòng)化應(yīng)向下列五大目標(biāo)前進(jìn)：

   1）以發(fā)展AUS為綱，完善和優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)

   火電機(jī)組AUS的應(yīng)用是傳統(tǒng)自動(dòng)化系統(tǒng)的最高水平，在這方面日本和德國(guó)火電廠處于世界領(lǐng)先水平。AUS（包括FCB、RB）的成功實(shí)現(xiàn)標(biāo)志著整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的完善化（優(yōu)化）程度。因此，今后十年我們應(yīng)抓住AUS功能成功應(yīng)用這個(gè)綱，推動(dòng)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，趕超世界領(lǐng)先水平。

    2）大力提高電廠智能化程度，建設(shè)智能化電廠

   智能化（Smart）是當(dāng)今世界技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，智能電網(wǎng)、智能家電……等風(fēng)起云涌，智能化是現(xiàn)代最富活力的生產(chǎn)力，具有非常強(qiáng)的號(hào)召力。

   所謂智能化電廠（Smart power plant）是建立在先進(jìn)的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)（包括現(xiàn)場(chǎng)總線和無線通信的測(cè)控設(shè)備）、現(xiàn)代信息處理和通信技術(shù)，以及先進(jìn)的控制方法和分析決策技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)上，是電廠信息化過程中進(jìn)入較廣泛地應(yīng)用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、人工智能、遺傳算法、自組織控制以及數(shù)據(jù)挖掘等“智慧化（Smart）”控制和分析決策技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行處理和加工，使最大限度達(dá)到安全、高效和環(huán)境友好的最優(yōu)化狀態(tài)的電廠。為此建議：

   a）從戰(zhàn)略高度出發(fā)，繼續(xù)推廣應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，廣泛應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線智能化測(cè)控設(shè)備，提高過程信息采集的安全性和現(xiàn)代化管理水平。

   應(yīng)探索無線通訊技術(shù)在電廠中的應(yīng)用，例如，利用無線通訊技術(shù)作后備，提高水泵房監(jiān)控安全性，防止全廠停電事故等。

   b）發(fā)展智能化安全監(jiān)控，徹底改變單一參數(shù)顯示和簡(jiǎn)單報(bào)警的落后傳統(tǒng)技術(shù)，盡可能使信息經(jīng)人工智能、邏輯推理以及數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，將眾多相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，明確向運(yùn)行人員指出機(jī)組運(yùn)行中的問題及潛在危險(xiǎn)，提出處理意見，甚至最終達(dá)到發(fā)出處理事故的控制指令。

   c）發(fā)展燃燒優(yōu)化、熱力系統(tǒng)優(yōu)化等智能化控制和管理技術(shù)，盡快使這些技術(shù)達(dá)到工程化應(yīng)用。

   四、建立廠級(jí)控制系統(tǒng)，重構(gòu)全廠自動(dòng)化和信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立與電廠智能化相適應(yīng)的平臺(tái)。

   廠級(jí)控制系統(tǒng)（Plant Supervisory Control System PSCS）是作者年初提出的概念（文獻(xiàn)1），它不同于SIS概念，PSCS是為值長(zhǎng)和單元機(jī)組運(yùn)行人員在線服務(wù)的實(shí)時(shí)性要求很高的DCS上一級(jí)控制系統(tǒng)（或上一級(jí)DCS），實(shí)現(xiàn)廠級(jí)的監(jiān)視和控制（例如機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度），以及機(jī)組級(jí)的需要復(fù)雜運(yùn)算和處理的上位智能監(jiān)視和控制的任務(wù)。
PSCS與SIS的相同點(diǎn)是兩者都是為火電廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程服務(wù)的系統(tǒng)，而差異主要是：

   1）應(yīng)用功能 PSCS屬于控制系統(tǒng)范疇，而SIS屬于控制信息系統(tǒng)范疇。

   2）服務(wù)對(duì)象 PSCS是值長(zhǎng)和運(yùn)行人員，而SIS是從事運(yùn)行管理的領(lǐng)導(dǎo)、專工，同時(shí)也為值長(zhǎng)和運(yùn)行人員服務(wù)。

   3）實(shí)時(shí)性 PSCS實(shí)時(shí)性要求高，基本上與DCS相當(dāng)，而SIS主要用于后臺(tái)非連續(xù)監(jiān)控分析研究，實(shí)時(shí)性要求介于MIS和DCS之間，當(dāng)SIS的廠級(jí)優(yōu)化調(diào)度功能移至PSCS后，其實(shí)時(shí)性可與MIS相當(dāng)。

   4）可靠性 PSCS與單元DCS一樣屬于I級(jí)安全區(qū)，而SIS屬于MIS和DCS間的II級(jí)安全區(qū)。

   火電廠建立PSCS后，全廠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將需要重構(gòu)（圖1）,全廠部分功能將需要重新進(jìn)行優(yōu)化分配，以保證電廠發(fā)展智能化有一個(gè)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的硬件平臺(tái)。
  
                    

  五、提高憂患意識(shí)，完善相關(guān)安全技術(shù)

   日本核電廠嚴(yán)重核泄漏事故，我國(guó)現(xiàn)代化高鐵的相撞事故，石化企業(yè)的爆炸、漏油事故，嚴(yán)重的礦難事件以及電廠掉焦大量人員傷亡事故，向我們敲起了警鐘，要居安思危，認(rèn)真尋找潛在的事故隱患：

   DCS故障的后備措施以及目前的應(yīng)對(duì)辦法安全嗎？

   重要公用系統(tǒng)（例如循環(huán)水泵房）控制設(shè)計(jì)是否有導(dǎo)致全廠停機(jī)的隱患？

   安全監(jiān)控儀表不完善，例如，爐膛出口煙溫不監(jiān)控會(huì)否再次發(fā)生重大的掉焦，爐底爆裂甚至人員傷亡事故。

   汽包水位測(cè)量系統(tǒng)良莠不齊，隱患不窮，甚至不以為然，是否需要盡快出臺(tái)具有一定范圍強(qiáng)制性的汽包水位測(cè)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

   電力行業(yè)如何對(duì)待世界范圍內(nèi)正在迅速發(fā)展的安全儀表系統(tǒng)。

   計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)滲透到控制系統(tǒng)的每個(gè)角落，火電廠網(wǎng)絡(luò)安全方面我們投入了足夠力量有組織的去研究了嗎？
凡此種種，不一一羅列。

   目前，阻礙火電廠安全技術(shù)發(fā)展的原因除了缺乏一定的憂患意識(shí)外，事故的遮遮掩掩和相互間保密也是一個(gè)重要原因，這也需要制定相應(yīng)的規(guī)定去解決這個(gè)問題。

   六、推動(dòng)特殊關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備的工程化

   隨著火電廠對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)要求的提高，傳統(tǒng)的一些基本測(cè)量設(shè)備已不能滿足要求，開發(fā)商日益關(guān)注那些特殊測(cè)量原理的關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備，例如：

   煤質(zhì)分析（或辨識(shí)）

   煤粉細(xì)度分析

   風(fēng)粉混合物濃度

   飛灰可燃物濃度

   爐膛煙氣聲波測(cè)溫

   這些測(cè)量設(shè)備對(duì)于進(jìn)一步優(yōu)化燃燒和提高運(yùn)行安全性起著十分重要作用。但是，這些測(cè)量設(shè)備在電廠中用量很少，而開發(fā)的技術(shù)難度大，投入多，因此長(zhǎng)期來均處于科研階段，隨著人們對(duì)其緊迫性認(rèn)識(shí)的提高，以及科技的進(jìn)步，已有不少產(chǎn)品開始推向市場(chǎng)，我們要謹(jǐn)慎的、有選擇的將那些經(jīng)實(shí)踐證實(shí)成功的產(chǎn)品推廣到工程中應(yīng)用，相信21世紀(jì)第二個(gè)十年也應(yīng)當(dāng)是一些特種關(guān)鍵測(cè)量設(shè)備進(jìn)入工程化應(yīng)用的十年。

   七、結(jié)束語

   歷史經(jīng)驗(yàn)證明，火電廠自動(dòng)化的發(fā)展必須得到領(lǐng)導(dǎo)的支持，而作為自動(dòng)化人必須適時(shí)提出指導(dǎo)火電廠自動(dòng)化向前發(fā)展的目標(biāo)，以及鼓動(dòng)性的口號(hào)，做好領(lǐng)導(dǎo)的參謀。如當(dāng)年提出“2000年火電廠自動(dòng)化"用于指導(dǎo)了21世紀(jì)第一個(gè)十年火電廠自動(dòng)化發(fā)展那樣，當(dāng)前，電力行業(yè)機(jī)構(gòu)以及各大電力集團(tuán)應(yīng)不失時(shí)機(jī)制定21世紀(jì)第二個(gè)十年電力行業(yè)的和電力集團(tuán)的火電廠自動(dòng)化發(fā)展規(guī)劃。

  作者此文值乃拋磚引玉，僅供參考。