火電機(jī)組智能發(fā)電控制系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)述

王 瞳，楊 爽

(1.北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司，北京 102200；2. 北京市電站自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心，北京 102200)

火電廠機(jī)組控制的先進(jìn)性、信息化、智能化水平關(guān)系到全廠燃煤發(fā)電效率，關(guān)系到污染物排放達(dá)標(biāo)。而傳統(tǒng)火電機(jī)組的控制系統(tǒng)，不能滿足日趨嚴(yán)格的安全生產(chǎn)要求，不能滿足復(fù)雜工況下運(yùn)行適應(yīng)性要求。因此，迫切需要由傳統(tǒng)DCS向智能DCS的轉(zhuǎn)型升級(jí)[1-3]。

1 智能發(fā)電控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)DCS對(duì)比分析

傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)(DCS)可實(shí)現(xiàn)全廠一體化控制與監(jiān)控。智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(tái)(ICS)在傳統(tǒng)DCS基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)高效實(shí)時(shí)信息集成與標(biāo)準(zhǔn)化管理，為各自動(dòng)化系統(tǒng)和功能的互聯(lián)互通、生產(chǎn)過(guò)程深度分析、運(yùn)行控制多目標(biāo)優(yōu)化與決策支持提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。具體如圖1所示。

圖1 DCS與ICS對(duì)比分析

2 智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)

智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(tái)面向發(fā)電生產(chǎn)運(yùn)行控制過(guò)程，建立生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理平臺(tái)，在泛在感知、數(shù)據(jù)融合與互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用各種人工智能算法、數(shù)據(jù)分析技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)，有效提升運(yùn)行和控制環(huán)節(jié)的智能化水平，深入挖掘?qū)嶋H生產(chǎn)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的特征、信息和規(guī)律，使數(shù)據(jù)充分發(fā)揮價(jià)值。最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組智能運(yùn)行，自動(dòng)尋找并保持控制的全局最優(yōu)狀態(tài)；可靠的設(shè)備運(yùn)行智能監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)警[4-5]。以此為核心將智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)架分為基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)層、應(yīng)用層和交互層。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層為平臺(tái)層和應(yīng)用層提供基礎(chǔ)和支撐，主要包含網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)為生產(chǎn)控制網(wǎng)；工業(yè)控制設(shè)備為智能發(fā)電平臺(tái)的基礎(chǔ)硬件。

2.2 平臺(tái)層

以生產(chǎn)信息全集成為基礎(chǔ)，搭建數(shù)據(jù)分析環(huán)境、智能計(jì)算環(huán)境、智能控制環(huán)境、開(kāi)放的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境。其中數(shù)據(jù)分析環(huán)境以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，可以在線或離線方式完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)預(yù)處理。智能計(jì)算環(huán)境為監(jiān)控側(cè)智能應(yīng)用提供計(jì)算基礎(chǔ)，依托智能控制器高性能、高可靠的硬件資源，提供豐富的先進(jìn)控制算法庫(kù)，支持先進(jìn)控制策略與智能控制策略的組態(tài)、執(zhí)行與維護(hù)。

2.3 應(yīng)用層

智能發(fā)電平臺(tái)的應(yīng)用層包含“智能檢測(cè)”、“智能控制”、“智能分析”、“智能監(jiān)控”、“智能診斷”、“智能報(bào)警”六項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

智能發(fā)電平臺(tái)通過(guò)實(shí)施一系列高級(jí)應(yīng)用功能，完成機(jī)組的控制優(yōu)化、運(yùn)行優(yōu)化、智能監(jiān)視及設(shè)備故障在線監(jiān)測(cè)、主動(dòng)安全管控等功能，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊組成

2.4 交互層

通過(guò)操作員站、工程師站、高級(jí)值班員站完成數(shù)據(jù)監(jiān)視、指令下達(dá)、邏輯畫(huà)面組態(tài)下裝等功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)監(jiān)控交互。

智能發(fā)電平臺(tái)匯集和分析全廠生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，具有指標(biāo)統(tǒng)計(jì)、工況分析、全廠能效對(duì)標(biāo)等功能。對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史統(tǒng)計(jì)，給出異常預(yù)警、關(guān)鍵操作與處理方案建議等。按照負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前參數(shù)工況進(jìn)行劃分，結(jié)合各種典型的輔機(jī)組合，建立典型工況數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)當(dāng)前運(yùn)行工況是否屬于最優(yōu)工況進(jìn)行分析、判定。能效對(duì)標(biāo)通過(guò)對(duì)同類(lèi)機(jī)組運(yùn)行工況和能效進(jìn)行對(duì)比分析，將結(jié)論轉(zhuǎn)化為專(zhuān)家診斷、趨向展示、運(yùn)行建議。

3 智能發(fā)電控制系統(tǒng)硬件及軟件架構(gòu)

3.1 硬件架構(gòu)

硬件設(shè)施是智能發(fā)電平臺(tái)的運(yùn)行載體。智能發(fā)電平臺(tái)的硬件設(shè)施主要包含計(jì)算服務(wù)器、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、高級(jí)值班員站和智能控制器。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智能發(fā)電平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)為生產(chǎn)控制網(wǎng)，又細(xì)分為I/O通信網(wǎng)、實(shí)時(shí)控制網(wǎng)和高級(jí)應(yīng)用服務(wù)網(wǎng)。智能發(fā)電平臺(tái)包括機(jī)組級(jí)、廠級(jí)兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，控制范圍包括全廠主控及輔控一體化系統(tǒng)等[6-9]。生產(chǎn)控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)控制網(wǎng)結(jié)構(gòu)

4 智能發(fā)電控制系統(tǒng)平臺(tái)特點(diǎn)

智能發(fā)電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)的全體系智能化改進(jìn)，為人工智能技術(shù)在生產(chǎn)控制層面的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)大的平臺(tái)基礎(chǔ)。運(yùn)行人員可以通過(guò)智能算法尋優(yōu)提示，得到不同工況下的節(jié)能降耗潛力和最佳控制目標(biāo)，從而使運(yùn)行人員對(duì)系統(tǒng)加以干預(yù)。底層控制回路輔以系統(tǒng)辨識(shí)、預(yù)測(cè)控制、自抗擾、自適應(yīng)等算法進(jìn)行控制性能優(yōu)化，減小或消除機(jī)組、設(shè)備的運(yùn)行能耗偏差，使機(jī)組運(yùn)行效率時(shí)刻保持最優(yōu)[10]。

5 結(jié)束語(yǔ)

智能發(fā)電平臺(tái)在數(shù)據(jù)融合與互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用各種人工智能算法、數(shù)據(jù)挖掘和先進(jìn)控制技術(shù)，有效提升運(yùn)行和控制環(huán)節(jié)的智能化水平，深入挖掘?qū)嶋H生產(chǎn)數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的特征、信息和規(guī)律，使數(shù)據(jù)充分發(fā)揮價(jià)值，有效提升發(fā)電過(guò)程運(yùn)行品質(zhì)和生產(chǎn)效率，提高電廠核心競(jìng)爭(zhēng)力與盈利能力。