隆飛

摘要：消防應急管理是保障火電廠運營安全的重要工作。為提升火電廠消防應急管理水平，本文以火電廠為主要研究對象，從智能化技術應用角度，介紹當前火電廠消防應急管理基本需求，并提出設計智能監(jiān)控系統(tǒng)，重點圍繞火電廠生產運行中的重要環(huán)節(jié)和工藝，加強監(jiān)控和應急管理，以此來保障火電廠生產安全，為提升火電廠消防應急管理水平提供思路。

關鍵詞：智能監(jiān)控系統(tǒng)；火電廠；消防應急管理

引言

長期以來，火電廠消防安全工作都存在相對較大的救援風險，不僅無法對消防隱患進行動態(tài)掌控，而且主動預防能力也比較弱。消防應急管理作為火電廠管理工作中的重要內容，無法實施實時監(jiān)測，更無法在發(fā)生火災等情況后及時進行科學指揮與調度。如果將智慧用電監(jiān)控系統(tǒng)應用于火電廠電氣火災中，可以有效對電氣火災事故進行監(jiān)控和預警，為電氣火災事故應急救援提供支持，降低火電廠火災造成的危害，確保作業(yè)人員及財產安全，發(fā)揮先進技術的作用，實現(xiàn)對火電廠整個生產運營過程的實時監(jiān)控和管理控制，及時消除可能存在的安全隱患問題，滿足火電廠特殊環(huán)境下的智能監(jiān)控和安全管理需求。

一、火電廠消防應急管理需求

（一）火電廠消防應急管理現(xiàn)狀

結合當前火電廠消防應急管理工作，不難發(fā)現(xiàn)在實際工作中存在一些較為明顯的問題。例如，火電廠當前應用的火災監(jiān)控報警系統(tǒng)容易受到火電廠運行環(huán)境溫度變化、濕度變化、電磁干擾等方面因素的影響，容易產生比較高的誤報率，進而影響火電廠的正常生產運行秩序。同時，火電廠現(xiàn)有的預警系統(tǒng)難以與消防應急救援工作實現(xiàn)聯(lián)動?；痣姀S生產運營中的突發(fā)事件難以提前預知，為保障火電廠生產運營安全，要求能夠在發(fā)現(xiàn)火災險情的第一時間開展救援行動，應以預警與救援之間的聯(lián)動作為前提[1]。由于當前火電廠應用的預警系統(tǒng)功能較為單一，系統(tǒng)運行中收集到的信息并不全面，難以對應急事件進行定位和管理控制，就會延誤消防應急救援行動。

（二）智能監(jiān)控系統(tǒng)設計要求

針對消防應急管理工作情況，在火電廠中進行智能監(jiān)控系統(tǒng)設計，需要考慮以下幾方面要求。首先，設計智能監(jiān)控系統(tǒng)應能夠滿足主動預防要求?；痣姀S應通過對現(xiàn)有設備的提升改造，將先進的光纖、圖像火災報警系統(tǒng)與火電廠應用的生產設備聯(lián)系起來，將系統(tǒng)檢測誤差精確至0.01，提高監(jiān)控系統(tǒng)的檢測精度和效果，以便能夠在出現(xiàn)應急情況時及時發(fā)出預警信號，便于開展消防救援工作[2]。其次，對火電廠的智能監(jiān)控系統(tǒng)進行設計，應以構建監(jiān)控和指揮一體化的管理平臺為前提，將消防監(jiān)控管理、應急指揮預警等工作集成在監(jiān)控中心的系統(tǒng)平臺中，同時配備健全完善的突發(fā)事件現(xiàn)場應急管理機制，促進火電廠內部各個部門的有效聯(lián)動，提升協(xié)同應急和管理控制能力。

除此之外，設計智能監(jiān)控系統(tǒng)還要求能夠提升各類監(jiān)控設備的自動化水平?；痣姀S可以選擇引入智能消防機器人的方式，在火災等特定環(huán)境下代替消防人員進入危險場所，實現(xiàn)對現(xiàn)場情況的判斷和控制。

二、基于火電廠消防應急管理的智能監(jiān)控系統(tǒng)設計分析

在考慮當前火電廠消防應急管理工作存在問題的前提下，對智能監(jiān)控系統(tǒng)進行設計，應重點針對火電廠生產運行中容易存在安全隱患的環(huán)節(jié)來加強監(jiān)控與管理?；诖?，在進行智能監(jiān)控系統(tǒng)設計時，要對火電廠生產運營中的鍋爐燃燒環(huán)節(jié)進行智能監(jiān)控系統(tǒng)設計，主要從以下幾個方面入手。

（一）系統(tǒng)組成

將智能化技術應用到火電廠監(jiān)控系統(tǒng)設計中，主要可以通過構建分布式控制系統(tǒng)，配合微處理器技術，應用數(shù)控測量等先進手段來實現(xiàn)高度的自動化集成?；诨痣姀S消防應急管理需求，智能化監(jiān)控系統(tǒng)設計應以實現(xiàn)火電廠生產作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)采集與分析、識別潛在安全隱患為主要目的。在這一前提下，智能監(jiān)控系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器、邏輯控制器、監(jiān)控界面四個基本部分組成。其中，傳感器主要負責對火電廠各生產環(huán)節(jié)的溫度、壓力、流量、液位等關鍵參數(shù)進行監(jiān)測，在收集實時數(shù)據(jù)信息后，將其傳輸給信息系統(tǒng)進行分析和處理；執(zhí)行器能夠依據(jù)智能監(jiān)控信息系統(tǒng)發(fā)出的指令來執(zhí)行關閉閥門、切斷電源、調整設備參數(shù)等保護操作，保障相關設備安全運行；邏輯控制器是整個智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心組件，在接收傳感器采集的數(shù)據(jù)后，能夠依據(jù)邏輯控制及自身預定的邏輯規(guī)則，對這些數(shù)據(jù)信息進行判斷和決策，從而判斷監(jiān)測對象是否存在潛在故障或危險情況，對發(fā)現(xiàn)的異常情況直接觸發(fā)相應的控制器動作；監(jiān)控界面則能夠為管理人員提供一個可視化的操作界面，使管理人員能夠實時了解設備和運行狀況，也能夠為實現(xiàn)人工操作控制提供便利[3]。

（二）系統(tǒng)功能

設計智能監(jiān)控系統(tǒng)，要體現(xiàn)出智能控制和故障診斷的功能和特點，能夠結合監(jiān)測獲取到的火電廠實際生產作業(yè)情況，實現(xiàn)對消防應急管理的智能化判斷，進而采取相應的保護措施。在智能控制方面，不僅能夠依賴監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)對各類電氣設備、供電機組以及整個生產流程的實時監(jiān)測，還可以發(fā)揮系統(tǒng)智能調控的功能作用，在獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)信息后，通過對發(fā)電機組運行狀態(tài)和發(fā)電量的動態(tài)調整，適應不同負荷需求，從而促進電力生成與分配優(yōu)化。這一過程也能夠有效減少過剩電能的浪費情況，提高電能利用效率；在故障診斷方面，強調在對各類電氣設備運行情況進行監(jiān)測過程中，將監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信息與歷史數(shù)據(jù)進行對比，從而及時預測出設備運行可能存在的安全隱患。同時，設計智能監(jiān)控系統(tǒng)還能夠有效節(jié)省以往進行故障排除的時間，降低由于人工診斷而產生誤判的概率。

基于這一目標，對智能監(jiān)控系統(tǒng)功能的設計應體現(xiàn)以下幾方面內容。第一，設備保護功能主要針對鍋爐、汽輪機、發(fā)電機等火電廠生產運營所需的關鍵設備。應用智能監(jiān)控系統(tǒng)來對相關設備運行的關鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測，對監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的異常情況及時采取保護措施，避免因過載、高溫、超壓等問題導致相應設備損壞，產生安全隱患。第二，報警通知功能能夠依據(jù)預先定義的安全策略與邏輯規(guī)則，在監(jiān)測發(fā)現(xiàn)異常情況后，以聲音、燈光、屏幕顯示、網(wǎng)絡通知等形式將這些異常情況傳達給管理人員，讓其能夠及時采取措施來應對潛在的危險情況。第三，數(shù)據(jù)記錄與分析功能不僅能實時監(jiān)測火電廠生產設備的運行狀態(tài)，還能夠用于各種應急事件的事后分析與故障診斷，以數(shù)據(jù)變化趨勢和統(tǒng)計分析的方式，及時發(fā)現(xiàn)潛在故障模式，并提出改進建議。第四，智能監(jiān)控系統(tǒng)應具有獨立的安全回路。要求監(jiān)控系統(tǒng)能夠與火電廠的主要控制系統(tǒng)相分離，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠借助安全回路在主要控制系統(tǒng)發(fā)生故障時及時進行接管控制，并采取有效的保護措施來降低安全風險。

（三）系統(tǒng)運行流程

為更好實現(xiàn)對智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計分析，以火電廠生產作業(yè)中的鍋爐蒸汽溫度控制為例。考慮鍋爐燃燒是消防應急管理關注的重點環(huán)節(jié)，在智能監(jiān)控系統(tǒng)設計中，以分布式控制系統(tǒng)為基本框架和結構，圍繞鍋爐主蒸汽溫度變化情況來進行智能監(jiān)控系統(tǒng)設計。鍋爐蒸汽主要產生于鍋爐燃燒過程中，在生成蒸汽后，會通過鍋爐連接的排氣管道排出，將排氣管道與過熱器裝置連接起來，讓鍋爐燃燒中產生的高溫蒸汽與燃燒煙氣進行充分交換。對這一過程的排氣溫度高低進行檢測，可以實現(xiàn)對整個蒸汽機組運行情況的判斷，可以將其作為對蒸汽機組運行與輸出功率大小判斷的主要依據(jù)。在這一前提下，結合火電廠鍋爐燃燒環(huán)節(jié)的情況，以構建模型的方式設計智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠基于智能化技術和先進算法來簡化系統(tǒng)運行流程，在滿足火電廠監(jiān)控工作運行需要的同時，將其作為提高機組調峰能力的有效措施。

具體而言，針對鍋爐蒸汽溫控智能監(jiān)控系統(tǒng)，應與鍋爐主體聯(lián)系起來，由鍋爐主體、檢測裝置、執(zhí)行機構以及數(shù)據(jù)采集卡共同構成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件裝置（如圖1所示）。在監(jiān)控系統(tǒng)內部，主要應用模糊PID智能控制算法來運行系統(tǒng)程序。

這一過程主要應用預編程模式來進行系統(tǒng)監(jiān)控程序的編寫?；跀?shù)據(jù)傳輸通信需求，以加強上位機與控制系統(tǒng)平臺聯(lián)系的方式，發(fā)揮數(shù)據(jù)采集卡的作用，將采集到的信息分類處理后自動發(fā)送給上位機，再依據(jù)控制系統(tǒng)中的模糊算法來計算，用于對鍋爐蒸汽溫度進行控制。以數(shù)據(jù)采集卡來滿足上位機與控制平臺的通信需求。在數(shù)據(jù)采集卡對傳感器采集獲得的數(shù)據(jù)信息進行處理之后，會自動儲存并實時發(fā)送報文給上位機。在上位機部分應用模糊算法來實現(xiàn)對鍋爐主蒸汽溫度的有效控制。

考慮以往監(jiān)控與預警系統(tǒng)應用中體現(xiàn)的延時和滯后性特點，對智能監(jiān)控系統(tǒng)進行設計時，可以通過設計時間常數(shù)補償控制系統(tǒng)的方式，從鍋爐燃燒過程中的負荷變化情況入手，以提升鍋爐燃燒控制性能為主要目的來進行先行補償控制，通過對設備輸出功率的控制來克服控制系統(tǒng)運行的滯后性。

基于這一目的，主要通過構建時間常數(shù)補償系統(tǒng)模型的方式，引入傳遞函數(shù)H（s）的概念：

式中，s代表拉普拉斯算子；Kp代表比例增益；Ki代表積分增益；Ta代表時間常數(shù)。

依據(jù)這一時間補償系統(tǒng)模型，結合火電廠鍋爐燃燒溫度控制的實際情況和要求，在經(jīng)過反復的仿真試驗之后，將該系統(tǒng)模型用于監(jiān)控系統(tǒng)的算法程序中，能夠有效提升控制系統(tǒng)響應的改善效果。

（四）監(jiān)控軟件設計

以加強火電廠消防應急管理為主要目標，還應能夠在智能監(jiān)控系統(tǒng)中做好監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計。在考慮火電廠生產作業(yè)情況的前提下，在系統(tǒng)編程軟件部分主要應用圖形化編程界面，以更強大的功能和更簡便的操作來發(fā)揮其在火電廠消防應急管理中的作用。

1.系統(tǒng)監(jiān)控軟件的設計部分首先需要滿足數(shù)據(jù)通信處理需求。這一需求主要依靠數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)，由數(shù)據(jù)采集卡將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行處理并傳送給上位機，再依靠系統(tǒng)程序的控制反饋功能將其傳輸至執(zhí)行機構。

2.上位機主控制界面的設計部分重點強調實時顯示模塊應能夠滿足各種檢測數(shù)據(jù)值波形圖的實時顯示要求，便于管理人員了解系統(tǒng)整體的運行狀態(tài)。

3.基于數(shù)據(jù)采集和管理控制要求，以引入線性函數(shù)的方式，在設置控制目標溫度為412℃后，通過控制仿真的方式，將采集到的信息以函數(shù)曲線變化的方式體現(xiàn)出來，得到數(shù)據(jù)結果如表1所示。

結合表1中檢測轉換結果發(fā)現(xiàn)，控制目標的溫度與實際仿真數(shù)據(jù)之間的誤差最大能夠達到2-3k的范圍。這一結果能夠滿足50-100%的負荷要求，也符合（-10-+5）k鍋爐蒸汽溫度變化范圍的控制要求。由此可以證實，應用監(jiān)控系統(tǒng)軟件能夠實現(xiàn)對鍋爐主蒸汽溫度的有效監(jiān)測與管理控制。

結合火電廠鍋爐燃燒生產環(huán)節(jié)的實際要求，智能監(jiān)控系統(tǒng)設計還應考慮負荷預測、控制曲線界面縮放等情況可能對系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)結果準確性產生的影響。受現(xiàn)有科學技術水平以及火電廠自身經(jīng)營發(fā)展規(guī)模和能力的影響和限制，未來的系統(tǒng)設計開發(fā)應加強對于這一方面問題的關注和重視，從而更好保障火電廠的運行安全，促進火電廠健康發(fā)展。

結語

在火電廠的消防應急管理工作中應用智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠有效保障火電廠生產作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性。在火電廠進行智能監(jiān)控系統(tǒng)設計，應結合火電廠的實際生產情況，在明確消防應急管理需求的前提下，發(fā)揮分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)的作用，重點針對鍋爐燃燒等生產作業(yè)環(huán)節(jié)來加強監(jiān)控管理，使分布式系統(tǒng)運行程序能夠與監(jiān)控軟件設計結合起來，提升監(jiān)控系統(tǒng)獲取信息數(shù)據(jù)的準確性。

參考文獻

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