基于現(xiàn)場總線技術(shù)的智能電廠設(shè)備管理

摘 要：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展迅速帶動了我國的電廠建設(shè)，現(xiàn)場總線技術(shù)是自動化領(lǐng)域最先進的技術(shù)之一，以其數(shù)字化和智能化正逐步成為智能電廠建設(shè)的基礎(chǔ)和發(fā)展方向。圍繞智能電廠和現(xiàn)場總線技術(shù)展開討論，重點以現(xiàn)場總線設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)故障統(tǒng)計分析、健康評估、預(yù)測檢修等方面，介紹了基于現(xiàn)場總線技術(shù)的智能電廠設(shè)備管理系統(tǒng)在國內(nèi)某大型百萬火電機組的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線技術(shù);智能電廠;設(shè)備管理

引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，電力需求的增加逐漸放緩，電源結(jié)構(gòu)進入調(diào)整期。我國以煤為主的資源稟賦，決定了以煤電為主的供需格局在中短期內(nèi)不會改變。在原料價格不斷攀升、產(chǎn)能過剩、利用小時數(shù)降低、競價機制出臺、環(huán)保需求不斷提高等多重因素影響下，煤電企業(yè)生存出現(xiàn)困境，迫切需要改變粗放型管理模式，推進煤電領(lǐng)域制度、管理和技術(shù)的創(chuàng)新，推動煤電產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，培育新成長優(yōu)勢，提升管控力度，實現(xiàn)降本增效，提高企業(yè)管理水平和核心競爭力。

1智能電廠

智能電廠是在數(shù)字化電廠基礎(chǔ)上發(fā)展的新一代電廠技術(shù)，是國家推行智能制造和工業(yè)4.0技術(shù)在發(fā)電廠領(lǐng)域的具體實施。在中國自動化學(xué)會發(fā)電自動化專業(yè)委員會與電力行業(yè)熱工自動化技術(shù)委員會在2016年共同發(fā)布的《智能電廠技術(shù)發(fā)展綱要》中，將“智能電廠”定義為：“在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能的傳感與執(zhí)行、控制和管理等技術(shù)，達到更安全、高效、環(huán)保運行，與智能電網(wǎng)及需求側(cè)相互協(xié)調(diào)，與社會資源和環(huán)境相互融合的發(fā)電廠”。2018年，中電聯(lián)發(fā)布的《火力發(fā)電廠智能化技術(shù)導(dǎo)則》定義“火力發(fā)電廠智能化”為：“火力發(fā)電廠在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能的傳感與執(zhí)行、控制和管理等技術(shù)，達到更安全、高效、環(huán)保運行，與智能電網(wǎng)及需求側(cè)相互協(xié)調(diào)，與社會資源和環(huán)境相互融合的發(fā)展過程”。由此可見，數(shù)字化是電廠智能化的基礎(chǔ)，智能化電廠應(yīng)在數(shù)字化電廠基礎(chǔ)上進行進一步的深化和拓展，同時采用云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，使電廠的運行、控制、管理和決策等更加符合現(xiàn)代化電廠的要求。本文認為，可從以下兩個方向推動智能電廠建設(shè)。1）在基礎(chǔ)設(shè)備層，可采用成熟的現(xiàn)場總線儀表、執(zhí)行機構(gòu)、電動機控制器等設(shè)備，全方位采集發(fā)電廠相關(guān)設(shè)備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)設(shè)備層實現(xiàn)所有設(shè)備的數(shù)字化、智能化。2）對于電力生產(chǎn)和管理過程中狀態(tài)、設(shè)備、位置、環(huán)境等泛在數(shù)據(jù)信息，可利用數(shù)據(jù)處理分析融合技術(shù)，與相關(guān)業(yè)務(wù)流程深度集成，為上層智能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和驅(qū)動力。通過上述分析可以看出，設(shè)備的數(shù)字化、智能化是實現(xiàn)智能電廠的基礎(chǔ)，如何基于現(xiàn)場總線技術(shù)進行智能設(shè)備管理，如何對現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，將成為智能電廠重要研究方向之一。

2優(yōu)化措施分析

2.1智能培訓(xùn)，創(chuàng)新培訓(xùn)方式

（1）可視化培訓(xùn)。系統(tǒng)實現(xiàn)的三維可視化培訓(xùn)，實現(xiàn)工藝流程、操作規(guī)程、設(shè)備拆裝、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、安全管理等領(lǐng)域的培訓(xùn)。在三維模型的基礎(chǔ)上，平臺可實現(xiàn)培訓(xùn)步驟的可視化，實現(xiàn)在三維環(huán)境中虛擬拆裝，演練培訓(xùn)操作，提示使用工具及注意事項。（2）操作規(guī)程培訓(xùn)。系統(tǒng)將操作規(guī)程的培訓(xùn)內(nèi)容形成三維場景，被培訓(xùn)人員在系統(tǒng)中進行實際操作。系統(tǒng)能提供連續(xù)、動態(tài)、準確、直觀的培訓(xùn)信息。在三維場景的基礎(chǔ)上，提供生產(chǎn)工藝規(guī)程演示，重要設(shè)備拆裝操作演示功能。被培訓(xùn)人員通過學(xué)習(xí)和實際操作強化培訓(xùn)過程，彌補了傳統(tǒng)的教師授課、傳幫帶等培訓(xùn)方式不直觀、培訓(xùn)周期長、效果不明顯的缺點。（3）設(shè)備拆裝培訓(xùn)。該功能實現(xiàn)人機交互的操作，其中包括對設(shè)備的虛擬拆卸、虛擬安裝、隱藏零部件等功能，通過系統(tǒng)的開發(fā)為虛擬設(shè)備添加交互的按序拆解和組裝，進入機組內(nèi)部查看主要組成部件。通過交互式操作使受訓(xùn)者可以根據(jù)自身的知識掌握程度靈活選擇需要獲得的設(shè)備信息，以達到是受訓(xùn)者熟練掌握該設(shè)備詳細結(jié)構(gòu)的目的。

2.2數(shù)據(jù)真?zhèn)巫R別系統(tǒng)

智能電廠自動化系統(tǒng)與傳統(tǒng)自動化系統(tǒng)最大的區(qū)別就是“智能化”，其中數(shù)據(jù)真?zhèn)巫R別就是智能化技術(shù)展現(xiàn)。特別是在大數(shù)據(jù)背景下，數(shù)據(jù)信息真?zhèn)坞y辨，這就要借助云計算技術(shù)對數(shù)據(jù)量、模擬信號進行識別，減少自動化系統(tǒng)運行失誤率。中心控制系統(tǒng)通過下達簡單指令，整個自動化系統(tǒng)就會進行相應(yīng)操作。本自動化系統(tǒng)借助微電子處理器、模塊化設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)功能的拓展，優(yōu)化編程接口，提高編程效率。操控終端采用了Windows的PC平臺，借助通信服務(wù)器實現(xiàn)信息傳遞。利用人工智能AI技術(shù)對傳感器所采集的數(shù)據(jù)進行真?zhèn)伪鎰e，或者分析自動化系統(tǒng)操作是否存在失誤量，借助智能模型自動調(diào)整操作數(shù)據(jù)。并且將系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)信息以窗口形式推動給人機交互界面，為用戶呈現(xiàn)自動化系統(tǒng)運行狀態(tài)。智能電氣設(shè)備、自動化系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線連接，可以雙向傳輸數(shù)據(jù)信息，控制中心與傳感器、電氣設(shè)備上下連通，實時采集、傳遞電氣設(shè)備運行信息，通過PLC、上位機完成數(shù)據(jù)處理，并下達操作指令，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)流程優(yōu)化，避免出現(xiàn)失誤情況。

2.3智能化模塊拓展

借助模塊化設(shè)計方案，可以拓展整個自動化系統(tǒng)的智能模塊。智能電廠作為我國電氣行業(yè)的重要發(fā)展方向，借助現(xiàn)場總線提高信息傳遞率，從而實現(xiàn)電氣設(shè)備的實時操控。在自動化系統(tǒng)運行中，借助智能模型進行編程，提出符合電廠本身特點的生產(chǎn)模式，在總線系統(tǒng)中傳遞信息，保證信息傳遞效率。想要實現(xiàn)自動化生產(chǎn)模式并融入智能化操作邏輯，要拓展多個智能化模塊，借助大數(shù)據(jù)、云計算、專家系統(tǒng)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，可以提出更加智能的操作邏輯，保障生產(chǎn)流程的完善性。如為了提高智能電廠自動化控制水平，借助專家數(shù)據(jù)庫與大數(shù)據(jù)，根據(jù)電廠智能系統(tǒng)運行實際參數(shù)在大數(shù)據(jù)自動匹配信息，并通過專家數(shù)據(jù)庫給出更貼近實際的操作邏輯方案，為自動化系統(tǒng)優(yōu)化提供借鑒信息。本次系統(tǒng)設(shè)計中采用了統(tǒng)一的標準協(xié)議，有助于整個自動化系統(tǒng)功能集成，可以進一步提高智能電廠的經(jīng)營效益。

結(jié)語

現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了全廠生產(chǎn)底層設(shè)備的數(shù)字化、智能化管理，是建設(shè)智能電廠的基礎(chǔ)和前提，雖然傳統(tǒng)控制思維及配套設(shè)備局限性的影響，但由于現(xiàn)場總線技術(shù)能夠最大化提升現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和設(shè)備管理效率，有效的降低控制系統(tǒng)的成本，實現(xiàn)大范圍的信息共享與交互，預(yù)計在不久的將來，后續(xù)的大規(guī)模應(yīng)用將是必然趨勢，這也是未來智能電廠技術(shù)發(fā)展的方向。

參考文獻：

[1]劉吉臻，胡勇，曾德良，等.智能發(fā)電廠的架構(gòu)及特征[J].中國電機工程學(xué)報，2017，37（22）：6463-6471.

作者簡介：

姜大勇（1967.11.24），男，漢，內(nèi)蒙古呼倫貝爾，本科，研究方向主要從事：熱能動力。