數字化電廠設計注意事項

　　摘要：針對數字化電廠的層次結構，對數字化電廠設計中存在的概念誤區導致設計目標不明確、未建立共享數據庫、現場設備診斷信息無法傳輸至控制系統等問題進行了分析，并提出了采用SQL、ORACLE等數據庫與通用的設計軟件PLANTSPACE、AUTOCAD、PDMS接口的方法建立共享數據庫等解決方案
　　
　　1數字化電廠
　　
　　數字化電廠是將發電廠所有信息（包括生產過程信息與管理過程信息）數字化，并利用網絡技術實現可靠而準確地數字化信息交換和跨平臺的資源實時共享；利用智能專家系統得到各種優化決策，指導發電廠的生產和管理。
　　
　　數字化電廠可分為4層結構。
　　
　　（1）過程操作控制層完成生產過程的數據采集和控制，其包括鍋爐、汽輪機、發電機控制系統和輔助車間控制系統等，主要提供設備的運行實時信息，屬于生產基礎數據提供層，是其它各層的基礎。
　　
　　（2）管控一體化層為火電廠廠級監控信息系統（SIS）和各種機組性能優化的應用軟件層。其完成廠級生產過程的監控，結合生產管理層的信息，對控制系統和機組性能進行整體優化和分析，為過程操作控制層提供操作指導。該層是管理和控制之間的橋梁，實時采集過程操作控制層的生產基礎數據，并對采集的數據進行顯示、統計、分析和保存；將生產管理層和經營決策層下發的控制信息反饋到過程操作控制層，同時為生產管理層和經營決策層提供所需的分析、統計信息。
　　
　　（3）生產管理層為發電廠資源計劃系統（ERP）,以安全、經濟運行管理為重點，以完成發電量為目標，以企業資產管理為主線（包括實時數據、技術監督、設備可靠性管理和質量、環境、職業健康安全三標一體化等）來優化發電廠的機組性能指標，整合生產計劃和策略，為協調發電廠的運轉提供信息，實現全廠的安全、、經濟運行。該層從經營決策層獲取經營指標信息，以制定相關的生產計劃，為管控一體化層提供控制指導信息。
　　
　　（4）經營決策層為經營管理和商業化運營、電子商務物資交易系統（ERP的擴充）。它以綜合計劃管理為主線，以全面預算和成本管理為核心，以物資管理為基礎，以人事管理以及OA等系統為輔助手段，提高實時成本計算速度，滿足商業化運營管理需求；用全面預算來預測發電廠的各項經濟和費用指標，通過事前預算計劃的編制、事中計劃實施過程的控制以及事后的總結分析和考核來實現生產經營的閉環管理，確保發電廠的運營規范化、科學化和效益化；通過商業化運營提供競爭上網電價報價和輔助決策功能，通過對實時生產成本的運算，使得報價更具有準確性和及時性。
　　
　　數字化電廠的關鍵技術包括現場信息的數字化技術、在線仿真技術、生產優化和分析技術、管理決策支持技術等。數字化電廠需要以數據庫系統和計算機網絡系統為支撐，以關系數據庫和實時數據庫為基礎的數據庫系統對發電廠各類數據進行分析、提煉、集成、存儲，為發電廠的分析和決策提供支持。數字化電廠需要計算機網絡系統來實現，千兆以太網為代表的組網技術結合系統、網絡、終端3級安全策略等充分保證了數據共享和有效利用。
　　
　　2數據的積累
　　
　　目前，大多數發電廠設計過程為各專業獨立設計，專業設計成果通過提供資料等方式共享。對于單個工程，設計數據的積累和共享利用率比較低。發電廠設計需要的數據信息較多，例如設備制造廠家資料等。但在設計過程中，各專業只關注資料中與之相關的部分，并未將設備數據通過一個統一的數據庫完整充分地利用起來。對此，在設計階段應建立統一的數據庫，并將所有設備數據存入其中，以便數據的積累。SQL、ORACLE等數據庫具有較強大的功能，與通用的設計軟件PLANTSPACE、AUTOCAD、PDMS都具有很好的接口。
　　
　　現有的三維設計軟件PDMS、PLANTSPACE主要是解決碰撞問題，不包括設備數據（管道壓力溫度、設備型號參數、儀表量程等），二維的系統圖也很多不包括設備數據。如果能開發出相應的軟件接口，把二維的系統圖、三維模型與具體的設備參數等數據相結合，且能夠做到在二維系統圖中點擊某一段管道、某一個設備就能彈出相對應的三維模型和相關的管道或設備的詳細數據，或者在三維模型中點擊某一根梁柱就能自動鏈接到相關的配筋圖、計算書、材料表等，對此只要二維、三維軟件支持的是同一種數據庫，那么利用數據庫的識別碼（ID）指向功能就可實現數據共享。
　　
　　此外，還應該在專業間協同設計，以保證數據的*性。建設數字化電廠，應首先建立數字化設計。目前，使用PLANTSPACE的熱工管道儀表圖（P&ID）模塊，加上SQL數據庫和DATAMANAGE數據管理工具的專業間協同設計已應用于工程設計中。
　　
　　3數據傳輸網絡的設計
　　
　　（1）現場總線技術底層現場數據的傳輸主要針對數字化電廠的過程操作控制層，而鍋爐、汽輪機、發電機控制系統和輔助車間控制系統均已采用了DCS或PLC，為數字化系統。但是，現場級還存在有大量的4-20mA模擬量信號，并且設備的一些診斷信息無法傳送到控制系統中。現場總線技術可解決現場數據的數字化、現場設備信息的采集等問題。對于數字化電廠的過程操作控制層，設計的重點應是現場總線的應用。目前，現場總線技術主要應用于輔助車間系統、純數據采集系統和部分單回路調節系統，但其應用范圍在不斷擴大。因此，在設計中應對現場總線數據傳輸和用于保護及控制的可能性、控制功能的下裝、網段的劃分、供電的可靠性等進行研究。
　　
　　（2）計算機網絡高層數據傳輸主要是通過計算機網絡。計算機網絡是數字化電廠實現的技術手段，設計時應全面規劃整合、數據網絡、視頻網絡等，做好綜合布線。
　　
　　（3）二次開發利用解決了數據的來源和傳輸問題后，數字化電廠設計時應考慮數據的二次利用。在設計中，一是設計好優化軟件，二是規劃更高層軟件。
　　
　　（4）優化軟件的設計研究對于數字化電廠的管控一體化層，國內新建的大型火電廠均配置了SIS，以及具有故障診斷、燃燒優化、在線分析等優化軟件，這些優化軟件大多數由專業軟件開發公司開發，設計單位在其中起到的作用有限，使得優化軟件脫離發電廠實際應用的要求。因此，設計人員應參與優化軟件的開發，確定現場優化軟件所需的管理信息，并通過設計保證這些信息能夠準確地上傳到數據庫中。在設計時應針對現場的實際情況建立數學模型。
　　
　　（5）管理決策層的規劃設計數字化電廠的生產管理層和經營決策層主要由專業的ERP軟件公司實施，在設計時應規劃方案，提出功能要求，以保證整個數字化電廠功能的完整性。
　　
　　4結語
　　
　　數字化電廠是一項系統工程，需要發電廠、設計院、專業軟件公司的共同協作，其中設計單位為數字化電廠的總規劃師。在設計的初期應進行統籌規劃，設計建立數據傳輸網絡，并利用各種技術手段做好數據積累和二次開發利用的工作，為實現全面數字化電廠打下堅實的基礎。
　　
　　參考文獻
　　
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