電廠化學技術監(jiān)督信息化研究

陳 壘 周慶捷 黃圣祥

(華北電力大學環(huán)境科學與工程學院1，河北 保定 071003;北京中恒博瑞數字電力科技有限公司2，北京 100086)

0 引言

化學技術監(jiān)督是火電廠安全生產的重要保證之一，與其他專業(yè)技術監(jiān)督一起為火電廠的安全經濟運行保駕護航。化學技術監(jiān)督工作遵照“安全第一、預防為主”的方針，根據國家、行業(yè)以及網省公司制訂的各種規(guī)程、規(guī)范、導則、準則和條例管理辦法等，對各項指標進行分析監(jiān)督，及時發(fā)現問題，以保證機組安全、可靠運行，在保證電廠高效、安全運行中發(fā)揮著重要的作用［1］。

近年來，隨著電廠體制改革的不斷深化，對化學監(jiān)督指標的控制越來越嚴格，化學技術監(jiān)督管理工作需要采用新技術加以實現。同時，隨著工業(yè)信息化的發(fā)展，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進入信息網絡時代［2］。而我國的電廠化學技術監(jiān)督信息化水平比較落后，自動化水平低，無法滿足現代化管理的需要。電廠化學監(jiān)督的信息化可以實現計算機管理，在規(guī)范、快速、準確、操作簡單等方面具有極大優(yōu)越性，因此，對電廠化學技術監(jiān)督信息化的研究有著重要的意義。

1 國內外研究現狀

隨著計算機和網絡技術的發(fā)展，國內外一些企業(yè)和研究院開始對電廠化學技術監(jiān)督的信息化進行研究，并取得了一定的研究成果。王冰等人研究和設計了基于ASP技術的電廠化學水汽監(jiān)督軟件［3］。該軟件在實用性方面完全達到火電廠化學專業(yè)的要求，徹底取代了原有的手工報表;在技術水平上實現了局域網內的IE瀏覽方式和報表結構的開放式設計，使該軟件具有一定的先進性和實用性。楊春燕將計算機管理模式應用到化學監(jiān)督方面［4］，開發(fā)出了以計算機管理為主、人工監(jiān)督為輔的化學監(jiān)督模式，還有對火電廠化學水處理分散控制系統(tǒng)的應用研究，可以實現原水預處理系統(tǒng)的自動加藥控制，補給水和凝結水精處理系統(tǒng)運行以及再生過程中的流量自動控制，使電廠自動化水平大幅度提高［5］。

國外的化學技術監(jiān)督信息化水平較高，研究成果主要有采用計算機技術對水汽品質實現自動監(jiān)控的水汽品質自動監(jiān)控系統(tǒng)和在化學監(jiān)督系統(tǒng)中智能化的應用［6－7］。當前，國內大部分電廠與國內外先進電廠的差距不是信息的獲取，而是對信息的管理。因此，我國應該加快信息化建設的步伐，縮小與國外先進電廠的差距［8］。

2 研究內容

電廠化學技術監(jiān)督信息化的研究內容主要包括監(jiān)督標準、監(jiān)督數據、專業(yè)業(yè)務、監(jiān)督管理和應用評價五個方面。電廠化學監(jiān)督系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 電廠化學監(jiān)督系統(tǒng)結構圖Fig.1 Structure of the chemical supervision system of power plant

本文從這五個方面著手進行化學技術監(jiān)督信息化系統(tǒng)的研究，并在統(tǒng)一的信息平臺上實現無縫集成。

①電廠化學監(jiān)督標準的制定

標準化是信息化的前提，在信息化的過程中，只有制定出正確的標準化，信息化的道路才會更加通暢和順利。在信息化過程中，首先要制定電廠化學監(jiān)督的水汽標準、絕緣介質標準、油務標準、燃料標準和化學監(jiān)督管理標準。

②化學監(jiān)督數據管理的信息化

電廠化學監(jiān)督數據管理的信息化，就是讓化學監(jiān)督人員在管理信息系統(tǒng)中對各種數據進行分析處理，更有效地進行化學監(jiān)督工作?；瘜W監(jiān)督過程中積累的大量數據可以形成即時和歷史數據庫，化學監(jiān)督人員通過對數據的橫向和縱向對比，分析和評估每臺設備的運行狀況和健康狀況，及時發(fā)現問題、消除隱患，保證機組更加安全穩(wěn)定地運行。

③化學監(jiān)督專業(yè)業(yè)務管理的信息化

化學監(jiān)督專業(yè)的信息化以化學監(jiān)督在電廠中的具體工作為切入點?；瘜W監(jiān)督具體工作包括原水預處理系統(tǒng)、補給水處理系統(tǒng)、凝結水處理系統(tǒng)、爐內加藥系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、制氯系統(tǒng)、在線化學儀表監(jiān)測和設備管理等方面?；瘜W監(jiān)督專業(yè)業(yè)務信息化要首先制定各個系統(tǒng)的運行監(jiān)督標準，實際運行中在不同系統(tǒng)的運行標準框架下制定作業(yè)指導書、作業(yè)卡等來進行化學監(jiān)督工作。設備管理的信息化是對設備的購買、運行、維護和更換等建立統(tǒng)一的標準，對設備的這些數據進行統(tǒng)計整理?；瘜W監(jiān)督人員通過對這些數據的調用，實現對設備的運行和維護狀況的合理判斷。

④化學監(jiān)督工作管理的信息化

化學監(jiān)督管理工作包括化學監(jiān)督規(guī)章制度、化學監(jiān)督有關圖表、化學監(jiān)督人員配置與管理、化學監(jiān)督指標、季度年度工作計劃與總結、各種報告和報表的管理以及化學監(jiān)督網。電廠化學監(jiān)督管理的信息化就是要將計算機管理技術應用到化學監(jiān)督日常工作中，通過引進企業(yè)標準化管理理論，對化學監(jiān)督管理工作進行標準化處理，并歸納和指導化學監(jiān)督管理工作，從而實現化學監(jiān)督的工作計劃、實施過程和監(jiān)督報告等工作過程的信息化，提高化學監(jiān)督管理工作的信息化水平［9］。化學監(jiān)督管理要建立化學監(jiān)督網，通過化學監(jiān)督網可以及時向網內及有關部門提供系統(tǒng)的和專題性的化學監(jiān)督情況報導，征求有關部門的反饋信息，互通情報，充分發(fā)揮總工程師領導下的化學監(jiān)督網的作用。

⑤化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)的應用和評價

化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)應用于電廠，對其在電廠中的實際應用情況進行監(jiān)測、監(jiān)督和評價。通過記錄應用化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)后電廠化學監(jiān)督工作的具體情況，與之前化學監(jiān)督的工作記錄進行對比，對化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)的功能和應用情況作出相關評價。

3 系統(tǒng)組成

電廠化學監(jiān)督系統(tǒng)主要包括分散控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)、監(jiān)控信息系統(tǒng)(supervisory information system，SIS)和管理信息系統(tǒng)(management information system，MIS)三大系統(tǒng)。這三大系統(tǒng)在化學監(jiān)督標準的框架下，各自獨立運行于支撐自身的網絡系統(tǒng)，并通過公用的統(tǒng)一數據平臺實現三個系統(tǒng)的無縫集成，從而達到監(jiān)督數據的共享。

3.1 分散控制系統(tǒng)

分散控制系統(tǒng)(DCS)以微型計算機為基礎，融合了計算機技術、控制技術、通信技術和圖形顯示技術，實現了集中管理和分散控制。在化學監(jiān)督工作中，根據電廠化學的工藝特性，將控制系統(tǒng)分成若干獨立子系統(tǒng)，分別對原水預處理系統(tǒng)、補給水處理系統(tǒng)、凝結水處理系統(tǒng)、爐內加藥系統(tǒng)、制氫系統(tǒng)、制氯系統(tǒng)等進行控制。運行人員通過DCS實現設備控制。DCS強調的是運行的準確性，以穩(wěn)定性和安全性為首要目標［10］。

3.2 監(jiān)控信息系統(tǒng)

現代大型火力發(fā)電廠各工藝系統(tǒng)的控制已普遍采用分散控制系統(tǒng)(DCS)和PLC程控系統(tǒng)，大大提高了機組的自動化水平，但存在各控制系統(tǒng)之間相互獨立、信息不能共享的問題。監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)是集過程實時監(jiān)測、優(yōu)化控制和生產過程管理為一體的電廠管理信息系統(tǒng)。它是建立在DCS網絡和MIS網絡之間的一個高速、高可靠性、超大容量的全廠生產過程實時/歷史信息網絡系統(tǒng)［11］。

監(jiān)控信息系統(tǒng)從機組分散控制系統(tǒng)和PLC程控系統(tǒng)獲取即時信息和歷史數據，為化學監(jiān)督管理人員的決策提供支持?；瘜W監(jiān)督中的監(jiān)控信息系統(tǒng)要能實現主機和主要輔機的故障診斷，可提供基于數據系統(tǒng)的故障診斷功能，通過診斷軟件，能夠實時分析出主機和輔機設備的故障原因、故障點，并提供排除故障的處理辦法，同時，還要能實現化學系統(tǒng)的運行優(yōu)化控制。

運行優(yōu)化系統(tǒng)的設計是一種符合管控一體化思想的前沿設計方法。這種方法不但可以充分利用監(jiān)控信息系統(tǒng)完備的全廠實時數據庫，使自身的控制信息在全廠范圍內實現共享，更重要的是能把運行優(yōu)化控制從回路級、機組級擴大到廠級，從而給電廠帶來更高的經濟效益，提高電廠的運行管理水平。監(jiān)控信息系統(tǒng)還包括設備壽命計算和分析系統(tǒng)。設備壽命計算和分析系統(tǒng)可根據工藝系統(tǒng)和設備本體熱工測量參數的變化，自動地對惡劣環(huán)境工況下工作的重要部件和設備的壽命進行計算、分析和預測，也可定期或按用戶要求的周期自動對過程的歷史數據進行評估［12］。

監(jiān)控信息系統(tǒng)為化學監(jiān)督提供實時數據庫和歷史數據庫，為化學監(jiān)督人員及時做出決策提供支持，保證電廠化學監(jiān)督工作運行質量。

3.3 管理信息系統(tǒng)

管理信息系統(tǒng)是一個由人、計算機及其他外圍設備等組成的能進行信息的收集、傳遞、存貯、加工、維護和使用的系統(tǒng)。電廠管理信息系統(tǒng)的目標是“充分利用電廠的生產和經營的數據，合理規(guī)劃生產管理流程，實現計算機輔助管理和輔助決策，為電廠的經營目標服務”。化學監(jiān)督管理信息系統(tǒng)建設了一個計算機網絡系統(tǒng)，形成了一個安全可靠、數字化的傳輸網絡，以實現信息資源共享和對化學監(jiān)督日常運行工作和數據進行綜合加工處理。在發(fā)電廠的日常生產中，各生產部門、管理部門之間和部門內部都要進行大量的信息交流，管理信息系統(tǒng)應能提高信息交流效率，進而提高電廠各個部門的工作效率。

管理信息系統(tǒng)采用多層體系架構，主要分為數據層、服務層、應用層和展現層。系統(tǒng)功能架構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能框架Fig.2 Functional framework of the system

數據層存儲化學監(jiān)督標準數據和運行數據。服務層提供管理信息系統(tǒng)中各種服務，如工作流、報表、虛擬文件、消息和基礎業(yè)務等服務。應用層、展現層提供應用程序界面的展現，基本以B/S(Browser/Service)方式展現。這兩層展現了標準管理界面、流程處理界面、報表管理界面和分析查詢界面等。業(yè)務人員在這兩層上開展工作。權限管理提供人員管理和系統(tǒng)使用授權管理。

4 系統(tǒng)架構

電廠化學監(jiān)督信息系統(tǒng)以設備信息為基礎、以規(guī)范標準為準則、以流程平臺為依托、以專業(yè)化處理為手段，建立數據統(tǒng)一、響應及時、信息流暢、處理閉環(huán)的管理信息系統(tǒng)。其中信息化的設備是化學系統(tǒng)運行的基礎，化學監(jiān)督工作各項業(yè)務在業(yè)務流轉平臺進行流轉，通過對各類專項工作的具體解決方案進行加工形成系統(tǒng)所需要的信息數據，而各類規(guī)范和標準則是對化學監(jiān)督工作的規(guī)范和整理。

整個化學技術監(jiān)督管理應用從主體上劃分為三部分:一體化的信息平臺、基礎應用部分和高級應用部分。一體化的信息平臺承載各種服務和應用，為各個系統(tǒng)的運行提供統(tǒng)一平臺，實現各個系統(tǒng)在同一平臺上的運行，方便對各個系統(tǒng)的管理和維護;基礎應用部分主要是對標準、設備、計劃和文檔資料等方面的管理;高級應用部分主要是在一體化的信息平臺和基礎應用的基礎上實現，主要包括對日常工作的管理分析和輔助決策等。

5 先進性分析

電廠化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)的建設，首先要建立統(tǒng)一的化學監(jiān)督標準，在化學監(jiān)督標準的框架下，通過對化學監(jiān)督數據管理的信息化、化學監(jiān)督專業(yè)業(yè)務的信息化和化學監(jiān)督管理工作三方面實現化學監(jiān)督的信息化。同時，在電廠化學監(jiān)督管理工作的模塊中引入企業(yè)標準化管理理論，通過將其他學科的理論知識應用于化學監(jiān)督工作中，更好地為化學監(jiān)督工作服務。

電廠化學監(jiān)督的信息化的研究不僅局限于化學監(jiān)督，其信息化的成果也可以和電廠其他監(jiān)督相結合，將電廠化學監(jiān)督納入整個電廠監(jiān)督系統(tǒng)中，提高其監(jiān)督水平，更好地為電廠生產服務。

6 結束語

化學監(jiān)督是電廠工業(yè)技術監(jiān)督工作重要內容之一，是保證設備長期穩(wěn)定運行和保持熱力設備健康水平的重要環(huán)節(jié)，也是火電廠安全經濟生產的重要保證，因此必須時刻做好化學監(jiān)督工作。電廠化學監(jiān)督信息化系統(tǒng)的應用可以為化學監(jiān)督管理建立統(tǒng)一的標準和規(guī)范，建立技術監(jiān)督指標，完善監(jiān)督管理工作，提高工作效率和管理的標準化水平，可以實現生產過程的高度自動化和管理的現代化，提高化學監(jiān)督水平，更好地為火電廠的安全經濟運行保駕護航。

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