國能智深控制技術(shù)有限公司 李蕭蕭 劉 虎

1 引言

輔控系統(tǒng)是電廠控制系統(tǒng)不可或缺的一部分，隨著我國電力行業(yè)的迅猛發(fā)展，火電廠單機容量日漸增大，輔控系統(tǒng)的規(guī)模也大幅度提升，故而輔控系統(tǒng)的控制范圍、控制方式和控制質(zhì)量都值得深入討論。隨著電廠精細化管理的要求越來越強烈，電廠智能化、智慧化建設(shè)逐步深入，輔控系統(tǒng)的智能化建設(shè)也成為趨勢。

2 輔控系統(tǒng)

輔控系統(tǒng)的控制范圍包括輸煤系統(tǒng)、煙氣脫硫系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)以及水務(wù)系統(tǒng)等，其中水務(wù)系統(tǒng)主要包括鍋爐補給水、凝結(jié)水精處理、取樣系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、原水預(yù)處理系統(tǒng)、工業(yè)廢水處理、凈水站、污水處理等系統(tǒng)[1]。

2.1 PLC控制方案

早期火電廠輔控系統(tǒng)以PLC控制為主，各子系統(tǒng)單獨控制，控制室一般設(shè)置在生產(chǎn)系統(tǒng)附近。各子系統(tǒng)可能采用不同廠家、不同型號的PLC，服務(wù)器通信布置種類過多，經(jīng)常性發(fā)生通信中斷，影響控制數(shù)據(jù)的實時性；另外，各子系統(tǒng)操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件版本不統(tǒng)一，也造成輔控系統(tǒng)的畫面風格、組態(tài)方式和操作習慣等不一致。

2.2 一體化DCS控制方案

由于PLC技術(shù)在系統(tǒng)冗余性能、兼容性和可擴展性等方面相對較差，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和自動化控制技術(shù)的發(fā)展，火電廠輔助車間控制室逐步由就地分散設(shè)置向集中設(shè)置轉(zhuǎn)變。近年來，一些新建火電廠輔控系統(tǒng)已采用一體化集中監(jiān)控方式，已建成火電廠輔控系統(tǒng)也在逐步改造，主輔一體化控制已成為火電廠控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。一體化輔控系統(tǒng)采用DCS控制，通過融合先進的計算機、通訊和控制技術(shù)，將相互獨立的各輔助子系統(tǒng)連接在一起，實現(xiàn)集中監(jiān)控，在一個控制室完成各輔網(wǎng)子系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控，實現(xiàn)真正的遠程一體化控制[2]。一體化輔網(wǎng)控制系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計輔網(wǎng)各子系統(tǒng)的軟、硬件，做到監(jiān)控界面和邏輯組態(tài)風格完全一致。與PLC控制方案相比，一體化DCS控制方案在設(shè)計原理和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面更適合大型火電廠輔控系統(tǒng)，有效提高了系統(tǒng)的實時性、兼容性、安全性和經(jīng)濟性。

3 輔控系統(tǒng)四機一控方案

在輔控系統(tǒng)一體化控制方案的基礎(chǔ)上，進一步減少備品備件種類和數(shù)量，節(jié)約人力、物力，降低能源消耗，優(yōu)化全廠資源配置，一些多機組火電廠輔控系統(tǒng)設(shè)計了四機一控方案[3]。輔控系統(tǒng)四機一控方案是指四臺機組設(shè)置一個集中控制室，通過一套控制系統(tǒng)滿足全廠輔網(wǎng)系統(tǒng)的控制要求，對全廠化水系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等進行實時集中監(jiān)控，部分電子設(shè)備間設(shè)置就地操作員站，滿足現(xiàn)場調(diào)試、檢修等需求。

3.1 應(yīng)用實例

荊州某電廠現(xiàn)有一期2×330MW機組輔控系統(tǒng)現(xiàn)有三個控制室，其中機組集中控制室布置一期輔網(wǎng)精處理DCS操作員站；化學(xué)集控室布置一期輔網(wǎng)水務(wù)系統(tǒng)、供氫系統(tǒng)DCS操作員站，并單獨布置有一臺原水站PLC操作員站；脫硫集控室布置#1、#2機組脫硫DCS操作員站（含脫硫公用，獨立DCS），一期輔網(wǎng)除灰及空壓機系統(tǒng)DCS操作員站，灰渣磨細操作員站（PLC），濕除及電除塵通信接口站。

電廠新建二期2×350MW機組，為實現(xiàn)減員增效、便于對運行人員集中統(tǒng)一管理，二期擴建之后的輔控系統(tǒng)采用四機一控集中控制方式。由于輔控眾多控制系統(tǒng)類型及版本的不一致，集中監(jiān)控不能單純地采用僅挪動運行員操作站的方式，須通過升級改造統(tǒng)一各控制系統(tǒng)及版本，同時二期輔控系統(tǒng)充分利用一期水系統(tǒng)、脫硫公用系統(tǒng)、尿素水解等工藝系統(tǒng)進行擴建，最終實現(xiàn)一、二期輔控深度融合，運行人員在二期集控室可對整個輔網(wǎng)（包括一二期）進行集中監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)能統(tǒng)一存儲、分析，完成滿足全廠要求的四機一控方案。方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，方案實施具體分為新增、升級、改造三個部分。

圖1 四機一控方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

一是二期新增脫硫系統(tǒng)、精處理、制冷站空調(diào)、除灰、空壓機、電除塵、雨水泵、循環(huán)水排污水等系統(tǒng)，控制系統(tǒng)采用EDPF-NT+系統(tǒng)的V3.4版本。二是一期化水、脫硫、除灰等系統(tǒng)，原控制系統(tǒng)是EDPFNT+系統(tǒng)的V1.2版本，升級為EDPF-NT+系統(tǒng)的V3.4版本，并保持原系統(tǒng)與濕除和電除塵的通信形式不變。三是一期原水站、灰渣磨細等系統(tǒng)，原控制系統(tǒng)是PLC，改造為EDPF-NT+系統(tǒng)的V3.4版本。

改造之后的輔控系統(tǒng)設(shè)置一個集中監(jiān)控室，在有效的域間隔離基礎(chǔ)上實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)互通，在有授權(quán)的基礎(chǔ)上，所有系統(tǒng)的畫面能夠在一體化集控室內(nèi)任一臺操作員站上進行顯示，并在工程師站實現(xiàn)對所有控制系統(tǒng)的組態(tài)工作，且各就地控制站及工程師站僅保留本地系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)輔控系統(tǒng)四機一控方案。

3.2 應(yīng)用優(yōu)勢

輔控系統(tǒng)四機一控方案通過網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備將全廠輔網(wǎng)各子系統(tǒng)連接到一起，實現(xiàn)輔控系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一實施、統(tǒng)一監(jiān)盤、統(tǒng)一維護和統(tǒng)一管理，進一步提高控制系統(tǒng)自動化水平，為智能化建設(shè)提供平臺基礎(chǔ)。輔控系統(tǒng)四機一控方案的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在以下五個方面：一是避免了功能相似設(shè)備的重復(fù)布置，避免了各系統(tǒng)相互之間的各種信號通信和轉(zhuǎn)接，信號傳輸快速穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)的自動化水平、運行安全性和機組穩(wěn)定性。二是實現(xiàn)在集中監(jiān)控室統(tǒng)一監(jiān)盤，四臺機組的運行值班人員可以互相協(xié)助，減少值班人員的配備，提高運行人員工作效率。三是熱工檢修人員不需要學(xué)習和適應(yīng)不同控制系統(tǒng)，有利于提高工作效率和技術(shù)水平。四是電廠不需要為每個控制系統(tǒng)存放大量的備品備件，可以節(jié)約大筆資金。五是便于值長工作統(tǒng)一管理和指揮各機組的安全生產(chǎn)運行。

4 輔控系統(tǒng)智能化建設(shè)方向

輔控系統(tǒng)四機一控方案實現(xiàn)了全廠輔網(wǎng)一體化集中監(jiān)控，形成了生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理平臺，在此平臺上通過部署開放應(yīng)用控制器、高級應(yīng)用服務(wù)器、高性能時序數(shù)據(jù)庫、高級值班員站及網(wǎng)絡(luò)安全防護產(chǎn)品等部件，建立基本控制、智能控制和智能運行監(jiān)控等層級之間的閉環(huán)聯(lián)系，縱向打通直接控制與運行監(jiān)督控制的界限，提供開放的高級應(yīng)用環(huán)境，將常規(guī)DCS系統(tǒng)升級成智能DCS系統(tǒng)，即智能輔控系統(tǒng)。通過水務(wù)、脫硫、燃料三部分智能模塊的布置，有效提升電廠輔網(wǎng)的經(jīng)濟、管理、環(huán)保、社會效益；通過網(wǎng)絡(luò)安全防護產(chǎn)品，實現(xiàn)從內(nèi)核到邊界，從主機到網(wǎng)絡(luò)的主動安全管控，全面提升控制系統(tǒng)的安全防護能力。

4.1 智能水務(wù)

火電廠作為用水和排水大戶，需要加強對水資源的有效利用和排放污染的重視，完善全廠取水計量設(shè)施和技術(shù)，精細化水務(wù)管理工作，屏蔽環(huán)境污染風險。建設(shè)智能水務(wù)模塊，做好水資源的高效管控十分必要。

在輔控系統(tǒng)的在線運行監(jiān)控基礎(chǔ)上建立智能水務(wù)模塊，包含智能水平衡系統(tǒng)和在線運行監(jiān)控與調(diào)度子系統(tǒng)。智能水平衡系統(tǒng)對電廠各水系統(tǒng)的水質(zhì)、水量進行智能監(jiān)測；對電廠耗水量、循環(huán)水濃縮倍率等關(guān)鍵指標進行分析、評價，建立評價體系，為梯級利用等提供依據(jù)。

運行監(jiān)控與調(diào)度子系統(tǒng)通過全廠實時在線的水平衡分析和根據(jù)工況、季節(jié)進行智能化的調(diào)節(jié)管控，為電廠節(jié)水減排和智能水務(wù)管理提供了可行的解決方案。另外，智能水務(wù)模塊還可融合進出廠水質(zhì)檢測子系統(tǒng)、水廠巡檢子系統(tǒng)、成本分析子系統(tǒng)、出入庫管理子系統(tǒng)、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等管理系統(tǒng)，優(yōu)化水處理過程，分析診斷設(shè)備故障，綜合管理水務(wù)經(jīng)營業(yè)務(wù)，最終實現(xiàn)全廠水資源精準管控，降低發(fā)電綜合水耗，減少廢水排放，提高用排水系統(tǒng)安全運行等目標。

4.2 智能脫硫

二氧化硫是火電廠排放物里污染環(huán)境、破壞性大的化學(xué)物質(zhì)，而脫硫數(shù)據(jù)又有關(guān)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)量極大、數(shù)據(jù)實時性高的特點，所以亟須發(fā)展智能脫硫技術(shù)，開展脫硫智能控制技術(shù)、智能報警技術(shù)及智能巡檢系統(tǒng)研究。智能控制可以通過APS的實施，提高機組控制系統(tǒng)的自動化水平，減少運行人員的操作頻率和人員數(shù)量，實現(xiàn)減員增效[4]；通過氧化風機優(yōu)化控制、循環(huán)泵優(yōu)化控制、供漿系統(tǒng)優(yōu)化控制等優(yōu)化手段，有效提升脫硫效率，降低能耗。

針對當前脫硫系統(tǒng)報警功能存在的不足，可設(shè)計智能報警系統(tǒng)，提供滋擾報警抑制、參數(shù)預(yù)警、報警展示增強等功能，提高脫硫報警的可靠性、智能性、易用性。智能巡檢系統(tǒng)融合設(shè)備的優(yōu)化檢修和巡檢、點檢、精密點檢、檢修觸發(fā)管理等系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的管控模式，提升電廠的管控水平。

4.3 智能燃料

火電廠燃料主要以煤炭為主，燃料成本占到火電廠總成本的比例最大，因此燃料系統(tǒng)的安全、有序、高效運行，是火電廠高質(zhì)高效運行的重要保證。智能燃料模塊結(jié)合智能化技術(shù)手段，采取多種先進策略和舉措，提高燃料系統(tǒng)運行效率和管理水平，實現(xiàn)燃料系統(tǒng)標準化、自動化、智能化及無人化總體目標。

智能燃料模塊針對燃料驗收過程中所涉及的煤場、車輛、設(shè)備、人員等要素，實現(xiàn)無人值守、自動計量、自動采樣、自動制樣、自動存查樣、自動化驗、視頻監(jiān)控、煤場三維監(jiān)控等功能，對燃料全過程管理的每個環(huán)節(jié)進行詳細的分析，提出對所存在風險點的控制方法和策略，把現(xiàn)場各環(huán)節(jié)聯(lián)成一個可靠、高效、自動的智能系統(tǒng)。

智能燃料模塊還可融合燃料管理系統(tǒng)，以精細化管理思想為指導(dǎo)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，覆蓋燃料計劃、合同、調(diào)運、驗收、接卸、結(jié)算、統(tǒng)計等全過程管理，建設(shè)燃料管控統(tǒng)一平臺，對智能化各系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)同處理，提高經(jīng)營決策能力，降低生產(chǎn)經(jīng)營成本，實現(xiàn)燃料系統(tǒng)的安全、可控、經(jīng)濟管理。

4.4 網(wǎng)絡(luò)安全防護

電力、能源行業(yè)控制系統(tǒng)一旦遭到入侵、喪失功能或者發(fā)生數(shù)據(jù)泄露，可能嚴重危害國家安全。隨著《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》的頒布，國家和行業(yè)對火電廠網(wǎng)絡(luò)安全防護等級的要求越來越高。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全縱深防御體系，增加單向隔離網(wǎng)閘、網(wǎng)絡(luò)安全管理平臺、主機安全系統(tǒng)、安全審計系統(tǒng)、防入侵檢測系統(tǒng)、工控域防火墻等設(shè)備和系統(tǒng)，從根本上解決輔控系統(tǒng)的安全隱患。

一是單向隔離網(wǎng)關(guān)。從硬件上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)物理單向數(shù)據(jù)傳輸，保障工控系統(tǒng)的邊界安全不受外界任何干擾。二是網(wǎng)絡(luò)安全管理平臺。收集網(wǎng)絡(luò)安全防護產(chǎn)品終端的安全事件、系統(tǒng)事件、日志進行整體分析，基于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，分析攻擊過程，定位攻擊源頭，提升安全事件應(yīng)急響應(yīng)的能力。三是主機安全系統(tǒng)。加強主機的惡統(tǒng)意代碼防范能力，標識與識別、訪問控制、最小特權(quán)管理等安全機制，避免系統(tǒng)漏洞被利用的情況發(fā)生。四是安全審計系統(tǒng)。在保證原有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不受影響的前提下，對網(wǎng)絡(luò)中存在的所有活動提供協(xié)議審計、流量審計，生成完整記錄便于事件追溯。并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，提供防御策略建議，幫助用戶構(gòu)建專屬工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)安全防御體系。五是防入侵檢測系統(tǒng)?？蓹z測惡意行為、非法入侵行為等，惡意行為包含端口掃描，拒絕服務(wù)攻擊、緩沖區(qū)溢出攻擊等。流失工控域防火墻。采用白名單機制，有效凈化各域內(nèi)的信息流，提高系統(tǒng)內(nèi)部安全性。

綜上，輔控系統(tǒng)實施四機一控方案，可以有效提高全廠輔助系統(tǒng)的自動化水平和運行效率。與此同時，智能發(fā)電建設(shè)正在分階段、有序進行，輔控系統(tǒng)的智能化建設(shè)也在多元化發(fā)展，各火電廠根據(jù)自身實際情況結(jié)合技術(shù)成熟度，合理選擇輔控系統(tǒng)智能化建設(shè)方向，實現(xiàn)電廠各輔助車間的無人值守，保證機組更加安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。