实时控制系统在吴泾第二发电有限责任公司的应用
2013年05月22日 11:36:14
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一、总则
ABB贝利控制有限公司与我们上海吴泾第二发电有限责任公司合作建立的“600MW机组实时信息管理与性能计算系统”，于2002年初经过调试后成功投运，该系统对我公司提高电厂现代化管理水平起到了较大的作用。
二、实时系统的功能
在电厂中，各生产站点都有自己的监测控制系统，生产运行状况的实时数据都分别存放在各自的控制系统中，公司领导和各级管理人员只能亲临现场或间接得到运行状况信息，影响了工作效率，为此，我们公司与ABB公司合作，投用建设了实时系统。该系统联接我公司的#1和#2机组的DCS系统、辅助控制系统及仿真系统，成为真正的企业生产过程数据的中心。由于我公司的热工控制系统选用的是ABB公司和INFI90系统，所以我们采用ABB公司的接口技术，不但没有增加热控环路的负载，而且具有相当高的安全性，信息单向传输，不会影响电厂的正常生产。
我公司实时系统投运的主要功能有：
※有效便捷地存储过程变量，建立实时数据库：
※建立生产过程画面，画面内容覆盖电厂的主要生产过程，以画面形式浏览数据库中的信息；
※以趋势的方式反映历史数据库中的信息，可以在线显示过去几年的历史数据信息；
※制定各种实时数据报表；
※实时数据库的数据库不但能够满足仿真、统计、运行、检修及相关方面的要求，还具有进一步扩展应用系统及应用软件二次开发的能力。目前，我们已有若干其它信息系统已成功取到了实时数据，并依此实现其它相关功能，如电力市场决策支撑系统、机组优化系统、化学管理系统、IFS企业资产管理系统等。
※提供能够以WEB的方式发布的实时数据，信息自动刷新，使客户机能够用，IE方式浏览动态实时数据。
※性能计算系统能同时对三套系统（#1机DCS、#2机DCS、仿真系统）进行计算，实现通用热力性能计算。
三、实时系统的技术要点
电厂数据主要分为两类，生产过程的数据和非生产过程和数据。前者主要是指与生产过程有关的数据，包括机、炉、电的运行状态数据，辅助系统的运行状态参数等等。它的特点是数据的选择与生产工艺过程密切相关，数据的实时性较强，对这类数据的应用主要是在线数据监视、分析、历史数据查询等。管理这部分的数据，应该选择一种实时性强、历史数据组织合理（基于时间流），便于大规模历史数据的查询，以及有丰富的过程数据监视、分析手段的数据库系统。这时实时数据库产品是*选择。
非生产过程数据是指电厂信息中相对与生产过程距离较远的数据，包括财务、人事、物资、燃料等。它们的特点是数据的选择与管理模式密切相关，数据之间的密切，关系复杂、对这类数据的应用主要体现在对各相关数据的联合查询上。管理这部分数据，用户应该选择一种支持大规模应用，并能够处理数据间复杂关系的数据库系统。这时关系型数据库产品是*选择。
所以，我们公司的数据库系统包括了由处理生产过程信息的实时数据库和处理非生产过程信息的关系型数据库系统不同的数据库形式。
1.、安全的接口技术
吴泾第二发电有限责任公司的实时系统选择SymphonyScanner作为ABBSymphony分散控制系统的接口数据采集侧的驱动软件。选择INIC103作为热控侧接口设备，semAPI为热控侧接口软件，这是ABBSymphony系统联接实时数据库时系统所能提供的zui快，zui可靠的接口方案，ICI->SemAPI->Infi90Scanner接口系统的基本通信过程为：
在每个DCS的Infi环路上增加两个计算机接口单元IC103，同时配置两台接口采集上位计算机，分别通过SCSI电缆与IC103相连。这两台采集上位计算机通过100M双网卡冗余地接入SIS网络采集交换机。
Symhony系统的控制网络上采用INIC103采集热工分散控制系统的实时数据，由它收集控制网络上各模件所发出的例外报告。实时信息管理系统所需要的所有有关分散控制系统的信息全部在这里集中，INIC103等于是分散控制系统是的模件传送数据。这样就是过程信息管理系统不影响分散控制系统的运行。由于控制网络上的通信机制的高速性和其所固有的安全性，保证了在DCS的全系统的范围内，接口的数据可以维持其本来的实时性，同时具有高度的安全性。在这样的采集模式中，由于INIC103不是主动地“查询”过程数据，而是“等待”，按照系统初始化是确定的数据点接收来自各个模件的实时数据，从而保证了数据的高速采集不会影响分散控制系统控制环路的运行，不增加环路的负载。
在采集上位机上安装ABBDCS的接口软件SemAPI和ABB实时数据库系统的接口软件SymphonyScanner，通过应用开发程序接口（semAPI）访问INIC103上的数据点表，采集其中的过程数据。在采集上位机与INIC103的接口采用符合工业标准SCSI连接方式，有4M带宽的并行通信。SemAPI是接口计算机上运行的接口软件，它处理采集上位机与DCS之间的通信协议，应用软件可以通过semAPI提供的函数读取DCS的数据。实时过程信息管理系统的接口驱动软件SymphonyInfi90Scanner实现从数据接口到实时数据库服务器的数据传递。驱动软件调用semAPI的函数将数据直接送到实时数据库服务器中。
我公司电厂辅助DCS系统的PLC网络已经建成，数据已经集中到集控室的上位机中。我们也将这些上位机与DCS的接口计算机通过100M交换机相连，然后将该交换机连入数据采集光纤，接在网络中心的实时数据服务器上，数据交换通过PlantconnectASCIIScanner的接口方式。
ABB的实时数据库产品还提供数据库开发接口，方便其它应用系统调用实时数据库的数据，以二次开发的编程。
2.实用的应用软件
ABB作为工业信息技术的*，在应用软件方面有很多解决方案，考虑的原则是：软件功能相对独立、软件有通用性、软件的成熟性、软件所要求的设计信息尽可能少。
吴泾第二发电有限责任公司的实时系统应用了以下两种软件：
※过程信息监控、管理软件：OptimaxPlantConnect，过程管理
※机组性能分析软件：OptimaxPerformance，性能计算
下面分别进行简要介绍：
（1）过程信息管理软件PlantConnect（PConn）
※过程接口
本项目中，ABB为每台机组提供了一个接口系统，包括接口硬件、软件，驱动软件。
※数据库管理系统
PConn的数据库管理功能包括了数据分类、存储、压缩、输出等方面。
每个变量都有静态与动态数据部分，静态部分描述变量的性质、类型及使用者对变量的规定动态部分是变量的取值。通过对这两部分内容的组织，PConn实现了的存储，数据在从接口部分读到服务器上时，先存在内存中，按照规定的时间存放到硬盘上。通过一种时间分配机制使服务器的掉电对数据丢失造成的损失达到zui小，数据存储方式是采用异样存储的方式，当变量的变化超过规定时，数据才被以数值方式记录，否则数据库自动产生标记，用这样的方法可以节省大量内存空间，这也是实时数据库与关系数据库的很大的不同的方面。
数据库除了可以通过过程接口获得实时数据以外，还可以用文件输入/输出的方式获得数据，拓展了数据库的数据范围，使分析数据，其它历史数据，实验数据等都可以纳入数据库中存储。
※数据对外的输出
PConn专有一个数据浏览的工具软件，浏览软件嵌入在PConn中作为工具，PConn的所有应用中，当需要过程数据时，可以方便地通过浏览软件在数据库中选项所需要的数据，例如：在设计画面时，画面中要显示一个过程变量，可以直接从数据库浏览软件中“拖拉”过来相应的过程变量加到画面中就可以了，大大节省了查找标签库的时间，避免了由此带来的麻烦，在数据库的应用中，经常遇到的问题是面对大片的数据标签不知所措，或想不起标签的名称，而有了标签浏览器以后，这些问题迎刃而解，使设计与使用者的精力更多地集中在应用功能上，而不是花在数据库整理与查找方面。
※结构化的管理
在数据库的应用软件中，PConn采用树状结构的管理方式，使画面、公式、趋势、报表一目了然，使用非常方便。
※外部输出
数据中的内容可以以各种输出到其它的系统或存储介质中去，例如：用Oracle系统将打包后的数据以记录的形式存起来；用光盘机把数据存在光盘上等等。
过程监视画面
吴泾第二发电有限责任公司实时信息系统的主要任务之一是使全厂的有关人员获得过程的实时与历史数据，这些数据显然不应仅以表格的形式表现在计算机屏幕上，而应以画面的形式把过程信息反映出来，只有这样，数据的意义才能被真正地体现出来。PConn具有一整套画面设计系统，包括画面图形设计，动态数据调用，画面的结构化管理和通过画面与其它系统服务器共享资料等功能。
通过多种形式的画面使工厂的各级人员通过监视画面了解工艺过程的状态，与操作员平台的监视画面的不同点是，这些画面具有更多的综合信息及分析结果，这些画面的主要目的是使管理人员了解过程的总貌与关键的数据汇总。画面的切换调用，选择非常方便，简洁，画面上的数据可以来自不同的数据服务器。
画面浏览避免了管理人员从表格了解工艺过程的不便，是监视过程的主要方式。
趋势画面
趋势画面提供了用实时与历史曲线的方式分析过程数据的工具。趋势画面的来源既可以来自实时数据库，也可以来自历史数据库，这时，管理人员不仅可以了解当前的过程信息，而且可以了解由其它功能的软件计算出的过程分析的信息的趋势，通过这些趋势，管理人员可以了解过程的性能随过程状态的变化情况，这正是本项目的根本目的之一。趋势的时间区间、显示方式等等都可以由用户在设计参数的基础上从画面上直接选择，以分析不同时段的过程。
数据报告
该系统具有以各种周期或由过程事件驱动的报告过程信息的功能。报告的基本构成部分是用Excel设计的，而且数据来自于历史数据库。这样，报告中所体现的就不仅是数据，而是过程的信息和知识。通过对报告的设计，可以使管理者了解到对工艺过程的基本评估结果，如：运行状态属于正常、*，还是较差。在报告中提供这些评估信息可以更有效地提醒管理人员对信息系统中反映出的问题给予特别的重视。
所有的报表与记录由统一的报告管理器管理，实现定时存储、传送、打印、记录等等功能。报告管理器同样用Excel设计，大大方便了用户对报告的使用。使报告能够充分发挥作用。
（2）机组性能计算PerformanceCalculation（Perf．Cal．）
在历史数据的基础上，ABB开发了多种过程应用软件，其中，热力系统性能计算是一个重要的软件，热力系统性能计算可以成为电厂优化运行的基础。
通过使用性能计算软件，可以——
※发现未经优化的操作，进一步提率
※发现低效率的过程从而发现故障，进一步提高可利用率：
※提供改进性能的建议，通过操作人员的介入，全面提高运行质量：
※模拟不同操作模式，寻找*的运行方式，
性能计算的基本工具库包括以下主要内容：
从以上内容看出，它包括了热力系统计算需要的基本公式，在用户提供的P&I图的基础上，ABB将这些公式应用到吴泾第二发电有限责任公司的工艺过程中，设计出针对我们公司机组的性能计算组态。
所有性能计算的模块是以类似于Excel的形式表示的，调用非常方便、直观，计算的结果也作为过程信息存放到数据库中。这样，用户可以分析过程的性能趋势曲线，从而找出性能与其它变量的关系，由于这种组织方式，使用户可以方便地设计标准公式中所不包括的针对特殊应用要求的公式，这种设计同样用电子表格的形式表达，从而可以大大地扩充性能计算的范围，通常的信息系统存在的问题之一是在设计阶段与运行阶段由于不同人员的参与使系统产生新的运算要求，而这些要求不易由用户实现，zui终导致优化软件乃致系统不能发挥出预期的作用而成为摆设。Perf．Cai．软件用方便的设计方法解决了这样的问题。
在性能计算的各模块设计好之后，Perf．Cai．专门提供了一个用于管理各模块的工具软件，在它的管理之下，规定各个模块的执行周期，计算的先后的方式等等，在运算过程中，用户始终可以了解模块执行的状态，如是否被执行，是否在执行，执行过程中出现了什么故障等，如果模型中用到的某个变量出现了问题，如坏质量，模块会自动给出标记，以提醒用户对运算的结果加以注意。对模块还可以设计有条件的执行方式，例如，对某个模块可以规定当某个变量达到一定的稳定程度时才计算该模块，用这样的方法，不必在系统稳定时由用户手动启动模块。诸如此类的功能还有很多，这里不一一列举。
总之，性能计算模块为用户提供了热力计算的工具与运算环境，远不是一堆公式，在这样的环境下，用户可以实现所期望的各种计算功能，不仅在本项目执行的过程中，而且在今后用户使用的过程中，这种热力计算环境也可以发挥出很大的作用。
四、实时系统在吴泾第二发电有限责任公司产生效益
我们的实时系统于2002年1月15日开始采集实时数据，建立实时数据库以来，在各方面的努力下，实时系统已经成为工作的必须，公司领导及有关管理人员每天一上班首先就要打开实时系统，了解一下机组的生产运行情况，生产统计人员用实时数据对生产和经营情况进行统计分析，运行专工用实时系统产生的日报来分析机组的经济指标，寻找机组的*运行方式。以前热力性能试验的结果要请热工人员做报表，只能打印在纸质报表上，回去还要再手工输入到电脑里才能进行分析，实时系统投用后，可以用其配套的灵活的报表工具，作出所需格式的电子报表，方便工作。2002年高温期间，我们成功地进行了一次凝汽器的清洗，我们还用实时系统提供的数据对清洗前后的效果进行了分析。
吴泾第二发电有限责任公司的二台600MW机组的凝汽器于2002年五．一节前后进行清洗，经过二个多月的运行，脏污度不同程度上升，导至凝汽器端差上升，引起背压升高，使机组经济性变差，在盛夏时影响机组出力。为此我们于7月19日和20日对二号机的凝汽器进行清洗，7月27日和28日对一号机的凝汽器进行清洗。
凝汽器的设计参数和指标为：额定工况凝汽器冷却水流量72000t/h；额定工况凝汽器冷却水温度20℃；额定工况凝汽器压力4.9kPa；额定工况凝汽器端差3.56℃；额定工况凝汽器水阻62kPa；额定工况凝汽器温升9℃；额定工况凝汽器过冷度0.36℃。
凝汽器清洗前后性能对比：
1号机凝汽器清洗前：
凝汽器端差为5.5℃，过冷度为-2.5℃，水阻为74.9kPa、84.6kPa，温升为10.61℃。
1号机凝汽器清洗后：
凝汽器端差为4.1℃，过冷度为0.1℃，水阻为65.0kPa、69.5kPa，温升为10.28℃。
2号机凝汽器清洗前：
凝汽器端差为10.3℃，过冷度为-0.7℃，水阻为86.24kPa，温升为10.02℃。
2号机凝汽器清洗后：
凝汽器端差为3.9℃，过冷度为-0.1℃，水阻为75.07kPa，温升为9.15℃。
1号机凝汽器清洗前后效果：凝汽器端差下降1.4℃，水阻减少12.5kPa,凝结水温度下降4.6℃。
2号机凝汽器清洗前后效果：凝汽器端差下降6.2℃，水阻减少11.17kPa，凝结水温度下降5.8℃。
凝汽器清洗前后效果分析：
※清洗后的凝汽器性能比清洗前有改善，尤其二号机更为明显。清洗后的凝汽器端差均与设计端差值接近。
※根据凝汽器端差和水阻分析，2号机的凝汽器其水阻减少与1号机相仿，凝汽器端差值下降更大。
※用高压水枪加子弹的清洗方法，基本能将凝汽器的各种脏污清洗掉，使凝汽器性能得到改善。同时建议观察凝汽器性能变化情况，并经常清洗。
※根据凝汽器端差和排汽压力加主蒸汽流量进行计算，1号机凝汽器清洗后综合出力和降耗因素，机组效率提高了3.4％；2号机凝汽器清洗后综合出力和降耗因素，机组效率提高了5.5％。
※供电煤耗2002年8月份比7月份下降10g/kwh以上。从实时数据汇总图上看，1#机从7月22日以后，2#机从7月29日以后，在负荷率相同的情况下，供电煤耗与从前相比有明显下降，端差可以看出明显的下降，真空有明显的上升。
五、结束语
我公司与ABB公司合作投运的实时系统在国内属水平，2003年获上海电力公司科技进步三等奖。实时系统在我公司的投用，增强了我们对机组运行情况的了解，提高了我们机组运行性能的分析能力，对推动我公司的安全生产，提高机组可靠性，降低生产成本，起到了很有效的作用。随着实时系统与我厂已投运的资产管理系统的结合，将更能促进我们朝状态检修的水平迈进，实时系统将正对提高我公司的现代化管理水平发挥越来越大的作用。
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