實時控制系統(tǒng)在吳涇第二發(fā)電有限責任公司的應用
一、總則
ABB貝利控制有限公司與我們上海吳涇第二發(fā)電有限責任公司合作建立的“600MW機組實時信息管理與性能計算系統(tǒng)”,于2002年初經過調試后成功投運,該系統(tǒng)對我公司提高電廠現代化管理水平起到了較大的作用。
二、實時系統(tǒng)的功能
在電廠中,各生產站點都有自己的監(jiān)測控制系統(tǒng),生產運行狀況的實時數據都分別存放在各自的控制系統(tǒng)中,公司領導和各級管理人員只能親臨現場或間接得到運行狀況信息,影響了工作效率,為此,我們公司與ABB公司合作,投用建設了實時系統(tǒng)。該系統(tǒng)聯接我公司的#1和#2機組的DCS系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)及仿真系統(tǒng),成為真正的企業(yè)生產過程數據的中心。由于我公司的熱工控制系統(tǒng)選用的是ABB公司和INFI90系統(tǒng),所以我們采用ABB公司的接口技術,不但沒有增加熱控環(huán)路的負載,而且具有相當高的安全性,信息單向傳輸,不會影響電廠的正常生產。
我公司實時系統(tǒng)投運的主要功能有:
※有效便捷地存儲過程變量,建立實時數據庫:
※建立生產過程畫面,畫面內容覆蓋電廠的主要生產過程,以畫面形式瀏覽數據庫中的信息;
※以趨勢的方式反映歷史數據庫中的信息,可以在線顯示過去幾年的歷史數據信息;
※制定各種實時數據報表;
※實時數據庫的數據庫不但能夠滿足仿真、統(tǒng)計、運行、檢修及相關方面的要求,還具有進一步擴展應用系統(tǒng)及應用軟件二次開發(fā)的能力。目前,我們已有若干其它信息系統(tǒng)已成功取到了實時數據,并依此實現其它相關功能,如電力市場決策支撐系統(tǒng)、機組優(yōu)化系統(tǒng)、化學管理系統(tǒng)、IFS企業(yè)資產管理系統(tǒng)等。
※提供能夠以WEB的方式發(fā)布的實時數據,信息自動刷新,使客戶機能夠用,IE方式瀏覽動態(tài)實時數據。
※性能計算系統(tǒng)能同時對三套系統(tǒng)(#1機DCS、#2機DCS、仿真系統(tǒng))進行計算,實現通用熱力性能計算。
三、實時系統(tǒng)的技術要點
電廠數據主要分為兩類,生產過程的數據和非生產過程和數據。前者主要是指與生產過程有關的數據,包括機、爐、電的運行狀態(tài)數據,輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)參數等等。它的特點是數據的選擇與生產工藝過程密切相關,數據的實時性較強,對這類數據的應用主要是在線數據監(jiān)視、分析、歷史數據查詢等。管理這部分的數據,應該選擇一種實時性強、歷史數據組織合理(基于時間流),便于大規(guī)模歷史數據的查詢,以及有豐富的過程數據監(jiān)視、分析手段的數據庫系統(tǒng)。這時實時數據庫產品是*選擇。
非生產過程數據是指電廠信息中相對與生產過程距離較遠的數據,包括財務、人事、物資、燃料等。它們的特點是數據的選擇與管理模式密切相關,數據之間的密切,關系復雜、對這類數據的應用主要體現在對各相關數據的聯合查詢上。管理這部分數據,用戶應該選擇一種支持大規(guī)模應用,并能夠處理數據間復雜關系的數據庫系統(tǒng)。這時關系型數據庫產品是*選擇。
所以,我們公司的數據庫系統(tǒng)包括了由處理生產過程信息的實時數據庫和處理非生產過程信息的關系型數據庫系統(tǒng)不同的數據庫形式。
1.、安全的接口技術
吳涇第二發(fā)電有限責任公司的實時系統(tǒng)選擇SymphonyScanner作為ABBSymphony分散控制系統(tǒng)的接口數據采集側的驅動軟件。選擇INIC103作為熱控側接口設備,semAPI為熱控側接口軟件,這是ABBSymphony系統(tǒng)聯接實時數據庫時系統(tǒng)所能提供的zui快,zui可靠的接口方案,ICI->SemAPI->Infi90Scanner接口系統(tǒng)的基本通信過程為:
在每個DCS的Infi環(huán)路上增加兩個計算機接口單元IC103,同時配置兩臺接口采集上位計算機,分別通過SCSI電纜與IC103相連。這兩臺采集上位計算機通過100M雙網卡冗余地接入SIS網絡采集交換機。
Symhony系統(tǒng)的控制網絡上采用INIC103采集熱工分散控制系統(tǒng)的實時數據,由它收集控制網絡上各模件所發(fā)出的例外報告。實時信息管理系統(tǒng)所需要的所有有關分散控制系統(tǒng)的信息全部在這里集中,INIC103等于是分散控制系統(tǒng)是的模件傳送數據。這樣就是過程信息管理系統(tǒng)不影響分散控制系統(tǒng)的運行。由于控制網絡上的通信機制的高速性和其所固有的安全性,保證了在DCS的全系統(tǒng)的范圍內,接口的數據可以維持其本來的實時性,同時具有高度的安全性。在這樣的采集模式中,由于INIC103不是主動地“查詢”過程數據,而是“等待”,按照系統(tǒng)初始化是確定的數據點接收來自各個模件的實時數據,從而保證了數據的高速采集不會影響分散控制系統(tǒng)控制環(huán)路的運行,不增加環(huán)路的負載。
在采集上位機上安裝ABBDCS的接口軟件SemAPI和ABB實時數據庫系統(tǒng)的接口軟件SymphonyScanner,通過應用開發(fā)程序接口(semAPI)訪問INIC103上的數據點表,采集其中的過程數據。在采集上位機與INIC103的接口采用符合工業(yè)標準SCSI連接方式,有4M帶寬的并行通信。SemAPI是接口計算機上運行的接口軟件,它處理采集上位機與DCS之間的通信協(xié)議,應用軟件可以通過semAPI提供的函數讀取DCS的數據。實時過程信息管理系統(tǒng)的接口驅動軟件SymphonyInfi90Scanner實現從數據接口到實時數據庫服務器的數據傳遞。驅動軟件調用semAPI的函數將數據直接送到實時數據庫服務器中。
我公司電廠輔助DCS系統(tǒng)的PLC網絡已經建成,數據已經集中到集控室的上位機中。我們也將這些上位機與DCS的接口計算機通過100M交換機相連,然后將該交換機連入數據采集光纖,接在網絡中心的實時數據服務器上,數據交換通過PlantconnectASCIIScanner的接口方式。
ABB的實時數據庫產品還提供數據庫開發(fā)接口,方便其它應用系統(tǒng)調用實時數據庫的數據,以二次開發(fā)的編程。
2.實用的應用軟件
ABB作為工業(yè)信息技術的*,在應用軟件方面有很多解決方案,考慮的原則是:軟件功能相對獨立、軟件有通用性、軟件的成熟性、軟件所要求的設計信息盡可能少。
吳涇第二發(fā)電有限責任公司的實時系統(tǒng)應用了以下兩種軟件:
※過程信息監(jiān)控、管理軟件:OptimaxPlantConnect,過程管理
※機組性能分析軟件:OptimaxPerformance,性能計算
下面分別進行簡要介紹:
?。?)過程信息管理軟件PlantConnect(PConn)
※過程接口
本項目中,ABB為每臺機組提供了一個接口系統(tǒng),包括接口硬件、軟件,驅動軟件。
※數據庫管理系統(tǒng)
PConn的數據庫管理功能包括了數據分類、存儲、壓縮、輸出等方面。
每個變量都有靜態(tài)與動態(tài)數據部分,靜態(tài)部分描述變量的性質、類型及使用者對變量的規(guī)定動態(tài)部分是變量的取值。通過對這兩部分內容的組織,PConn實現了的存儲,數據在從接口部分讀到服務器上時,先存在內存中,按照規(guī)定的時間存放到硬盤上。通過一種時間分配機制使服務器的掉電對數據丟失造成的損失達到zui小,數據存儲方式是采用異樣存儲的方式,當變量的變化超過規(guī)定時,數據才被以數值方式記錄,否則數據庫自動產生標記,用這樣的方法可以節(jié)省大量內存空間,這也是實時數據庫與關系數據庫的很大的不同的方面。
數據庫除了可以通過過程接口獲得實時數據以外,還可以用文件輸入/輸出的方式獲得數據,拓展了數據庫的數據范圍,使分析數據,其它歷史數據,實驗數據等都可以納入數據庫中存儲。
※數據對外的輸出
PConn專有一個數據瀏覽的工具軟件,瀏覽軟件嵌入在PConn中作為工具,PConn的所有應用中,當需要過程數據時,可以方便地通過瀏覽軟件在數據庫中選項所需要的數據,例如:在設計畫面時,畫面中要顯示一個過程變量,可以直接從數據庫瀏覽軟件中“拖拉”過來相應的過程變量加到畫面中就可以了,大大節(jié)省了查找標簽庫的時間,避免了由此帶來的麻煩,在數據庫的應用中,經常遇到的問題是面對大片的數據標簽不知所措,或想不起標簽的名稱,而有了標簽瀏覽器以后,這些問題迎刃而解,使設計與使用者的精力更多地集中在應用功能上,而不是花在數據庫整理與查找方面。
※結構化的管理
在數據庫的應用軟件中,PConn采用樹狀結構的管理方式,使畫面、公式、趨勢、報表一目了然,使用非常方便。
※外部輸出
數據中的內容可以以各種輸出到其它的系統(tǒng)或存儲介質中去,例如:用Oracle系統(tǒng)將打包后的數據以記錄的形式存起來;用光盤機把數據存在光盤上等等。
過程監(jiān)視畫面
吳涇第二發(fā)電有限責任公司實時信息系統(tǒng)的主要任務之一是使全廠的有關人員獲得過程的實時與歷史數據,這些數據顯然不應僅以表格的形式表現在計算機屏幕上,而應以畫面的形式把過程信息反映出來,只有這樣,數據的意義才能被真正地體現出來。PConn具有一整套畫面設計系統(tǒng),包括畫面圖形設計,動態(tài)數據調用,畫面的結構化管理和通過畫面與其它系統(tǒng)服務器共享資料等功能。
通過多種形式的畫面使工廠的各級人員通過監(jiān)視畫面了解工藝過程的狀態(tài),與操作員平臺的監(jiān)視畫面的不同點是,這些畫面具有更多的綜合信息及分析結果,這些畫面的主要目的是使管理人員了解過程的總貌與關鍵的數據匯總。畫面的切換調用,選擇非常方便,簡潔,畫面上的數據可以來自不同的數據服務器。
畫面瀏覽避免了管理人員從表格了解工藝過程的不便,是監(jiān)視過程的主要方式。
趨勢畫面
趨勢畫面提供了用實時與歷史曲線的方式分析過程數據的工具。趨勢畫面的來源既可以來自實時數據庫,也可以來自歷史數據庫,這時,管理人員不僅可以了解當前的過程信息,而且可以了解由其它功能的軟件計算出的過程分析的信息的趨勢,通過這些趨勢,管理人員可以了解過程的性能隨過程狀態(tài)的變化情況,這正是本項目的根本目的之一。趨勢的時間區(qū)間、顯示方式等等都可以由用戶在設計參數的基礎上從畫面上直接選擇,以分析不同時段的過程。
數據報告
該系統(tǒng)具有以各種周期或由過程事件驅動的報告過程信息的功能。報告的基本構成部分是用Excel設計的,而且數據來自于歷史數據庫。這樣,報告中所體現的就不僅是數據,而是過程的信息和知識。通過對報告的設計,可以使管理者了解到對工藝過程的基本評估結果,如:運行狀態(tài)屬于正常、*,還是較差。在報告中提供這些評估信息可以更有效地提醒管理人員對信息系統(tǒng)中反映出的問題給予特別的重視。
所有的報表與記錄由統(tǒng)一的報告管理器管理,實現定時存儲、傳送、打印、記錄等等功能。報告管理器同樣用Excel設計,大大方便了用戶對報告的使用。使報告能夠充分發(fā)揮作用。
?。?)機組性能計算PerformanceCalculation(Perf.Cal.)
在歷史數據的基礎上,ABB開發(fā)了多種過程應用軟件,其中,熱力系統(tǒng)性能計算是一個重要的軟件,熱力系統(tǒng)性能計算可以成為電廠優(yōu)化運行的基礎。
通過使用性能計算軟件,可以——
※發(fā)現未經優(yōu)化的操作,進一步提率
※發(fā)現低效率的過程從而發(fā)現故障,進一步提高可利用率:
※提供改進性能的建議,通過操作人員的介入,全面提高運行質量:
※模擬不同操作模式,尋找*的運行方式,
性能計算的基本工具庫包括以下主要內容:
從以上內容看出,它包括了熱力系統(tǒng)計算需要的基本公式,在用戶提供的P&I圖的基礎上,ABB將這些公式應用到吳涇第二發(fā)電有限責任公司的工藝過程中,設計出針對我們公司機組的性能計算組態(tài)。
所有性能計算的模塊是以類似于Excel的形式表示的,調用非常方便、直觀,計算的結果也作為過程信息存放到數據庫中。這樣,用戶可以分析過程的性能趨勢曲線,從而找出性能與其它變量的關系,由于這種組織方式,使用戶可以方便地設計標準公式中所不包括的針對特殊應用要求的公式,這種設計同樣用電子表格的形式表達,從而可以大大地擴充性能計算的范圍,通常的信息系統(tǒng)存在的問題之一是在設計階段與運行階段由于不同人員的參與使系統(tǒng)產生新的運算要求,而這些要求不易由用戶實現,zui終導致優(yōu)化軟件乃致系統(tǒng)不能發(fā)揮出預期的作用而成為擺設。Perf.Cai.軟件用方便的設計方法解決了這樣的問題。
在性能計算的各模塊設計好之后,Perf.Cai.專門提供了一個用于管理各模塊的工具軟件,在它的管理之下,規(guī)定各個模塊的執(zhí)行周期,計算的先后的方式等等,在運算過程中,用戶始終可以了解模塊執(zhí)行的狀態(tài),如是否被執(zhí)行,是否在執(zhí)行,執(zhí)行過程中出現了什么故障等,如果模型中用到的某個變量出現了問題,如壞質量,模塊會自動給出標記,以提醒用戶對運算的結果加以注意。對模塊還可以設計有條件的執(zhí)行方式,例如,對某個模塊可以規(guī)定當某個變量達到一定的穩(wěn)定程度時才計算該模塊,用這樣的方法,不必在系統(tǒng)穩(wěn)定時由用戶手動啟動模塊。諸如此類的功能還有很多,這里不一一列舉。
總之,性能計算模塊為用戶提供了熱力計算的工具與運算環(huán)境,遠不是一堆公式,在這樣的環(huán)境下,用戶可以實現所期望的各種計算功能,不僅在本項目執(zhí)行的過程中,而且在今后用戶使用的過程中,這種熱力計算環(huán)境也可以發(fā)揮出很大的作用。
四、實時系統(tǒng)在吳涇第二發(fā)電有限責任公司產生效益
我們的實時系統(tǒng)于2002年1月15日開始采集實時數據,建立實時數據庫以來,在各方面的努力下,實時系統(tǒng)已經成為工作的必須,公司領導及有關管理人員每天一上班首先就要打開實時系統(tǒng),了解一下機組的生產運行情況,生產統(tǒng)計人員用實時數據對生產和經營情況進行統(tǒng)計分析,運行專工用實時系統(tǒng)產生的日報來分析機組的經濟指標,尋找機組的*運行方式。以前熱力性能試驗的結果要請熱工人員做報表,只能打印在紙質報表上,回去還要再手工輸入到電腦里才能進行分析,實時系統(tǒng)投用后,可以用其配套的靈活的報表工具,作出所需格式的電子報表,方便工作。2002年高溫期間,我們成功地進行了一次凝汽器的清洗,我們還用實時系統(tǒng)提供的數據對清洗前后的效果進行了分析。
吳涇第二發(fā)電有限責任公司的二臺600MW機組的凝汽器于2002年五.一節(jié)前后進行清洗,經過二個多月的運行,臟污度不同程度上升,導至凝汽器端差上升,引起背壓升高,使機組經濟性變差,在盛夏時影響機組出力。為此我們于7月19日和20日對二號機的凝汽器進行清洗,7月27日和28日對一號機的凝汽器進行清洗。
凝汽器的設計參數和指標為:額定工況凝汽器冷卻水流量72000t/h;額定工況凝汽器冷卻水溫度20℃;額定工況凝汽器壓力4.9kPa;額定工況凝汽器端差3.56℃;額定工況凝汽器水阻62kPa;額定工況凝汽器溫升9℃;額定工況凝汽器過冷度0.36℃。
凝汽器清洗前后性能對比:
1號機凝汽器清洗前:
凝汽器端差為5.5℃,過冷度為-2.5℃,水阻為74.9kPa、84.6kPa,溫升為10.61℃。
1號機凝汽器清洗后:
凝汽器端差為4.1℃,過冷度為0.1℃,水阻為65.0kPa、69.5kPa,溫升為10.28℃。
2號機凝汽器清洗前:
凝汽器端差為10.3℃,過冷度為-0.7℃,水阻為86.24kPa,溫升為10.02℃。
2號機凝汽器清洗后:
凝汽器端差為3.9℃,過冷度為-0.1℃,水阻為75.07kPa,溫升為9.15℃。
1號機凝汽器清洗前后效果:凝汽器端差下降1.4℃,水阻減少12.5kPa,凝結水溫度下降4.6℃。
2號機凝汽器清洗前后效果:凝汽器端差下降6.2℃,水阻減少11.17kPa,凝結水溫度下降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,尤其二號機更為明顯。清洗后的凝汽器端差均與設計端差值接近。
※根據凝汽器端差和水阻分析,2號機的凝汽器其水阻減少與1號機相仿,凝汽器端差值下降更大。
※用高壓水槍加子彈的清洗方法,基本能將凝汽器的各種臟污清洗掉,使凝汽器性能得到改善。同時建議觀察凝汽器性能變化情況,并經常清洗。
※根據凝汽器端差和排汽壓力加主蒸汽流量進行計算,1號機凝汽器清洗后綜合出力和降耗因素,機組效率提高了3.4%;2號機凝汽器清洗后綜合出力和降耗因素,機組效率提高了5.5%。
※供電煤耗2002年8月份比7月份下降10g/kwh以上。從實時數據匯總圖上看,1#機從7月22日以后,2#機從7月29日以后,在負荷率相同的情況下,供電煤耗與從前相比有明顯下降,端差可以看出明顯的下降,真空有明顯的上升。
五、結束語
我公司與ABB公司合作投運的實時系統(tǒng)在國內屬水平,2003年獲上海電力公司科技進步三等獎。實時系統(tǒng)在我公司的投用,增強了我們對機組運行情況的了解,提高了我們機組運行性能的分析能力,對推動我公司的安全生產,提高機組可靠性,降低生產成本,起到了很有效的作用。隨著實時系統(tǒng)與我廠已投運的資產管理系統(tǒng)的結合,將更能促進我們朝狀態(tài)檢修的水平邁進,實時系統(tǒng)將正對提高我公司的現代化管理水平發(fā)揮越來越大的作用。