電廠熱工設(shè)備效能監(jiān)測與集成管理系統(tǒng)

張圓涵

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650200）

0 引 言

電廠的熱工設(shè)備包括鍋爐、預(yù)熱器、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、測量以及監(jiān)控等設(shè)備。這些設(shè)備是火電廠主要的生產(chǎn)設(shè)備，關(guān)系到火電廠的發(fā)電效率。由于電廠的熱工設(shè)備具有非線性、滯后性、慣性以及不確定性等，給電廠熱工設(shè)備效能監(jiān)測和管理增加了難度。集成管理系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來的一種新的服務(wù)模式，將計(jì)算機(jī)軟件、硬件、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)集成在一起，采用不同廠家的產(chǎn)品將系統(tǒng)集成以滿足服務(wù)商所需的要求和目標(biāo)，從而提供成本低、效率高、性能優(yōu)越、可擴(kuò)充、可維護(hù)的系統(tǒng)，有效解決了系統(tǒng)之間的互聯(lián)、互操作性問題。根據(jù)電廠熱工設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，采用集成管理系統(tǒng)對(duì)電廠熱工設(shè)備的效能進(jìn)行有效監(jiān)督和管理，及時(shí)調(diào)整熱工設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，達(dá)到了降低熱工設(shè)備的能耗、提高熱工設(shè)備工作效率的目的。

1 電廠熱工設(shè)備管理存在的問題

電廠熱工設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)以及壓力容器等熱力設(shè)備，監(jiān)控、測量、控制以及保護(hù)設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)電廠的發(fā)電效率、安全運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。隨著我國火電廠的規(guī)模越來越大，火電廠裝機(jī)設(shè)備的容量不斷擴(kuò)大，熱工設(shè)備的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境越來越復(fù)雜。任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯(cuò)誤，都可能影響設(shè)備發(fā)生故障或者安全事故而造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，需要對(duì)熱工設(shè)備的效能進(jìn)行有效的監(jiān)測和管理。目前，我國電廠的熱工設(shè)備管理主要存在以下問題。第一，熱工設(shè)備運(yùn)行具有非線性、耦合性、輸入性等特點(diǎn)，無法建立熱工設(shè)備有效的運(yùn)行模式對(duì)其進(jìn)行分析。第二，電廠沒有充分利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)有效監(jiān)測熱工設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)熱工設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)。第三，目前我國大部分電廠采用定期檢修的方式，由于缺乏對(duì)電廠熱工設(shè)備失效風(fēng)險(xiǎn)的研究和分析，火電廠的檢修存在一定的盲目性造成過度檢修，不僅增加了火電站運(yùn)行成本，而且進(jìn)一步破壞了鍋爐系統(tǒng)，增加了鍋爐運(yùn)行的安全隱患[1]。第四，由于火電廠熱工設(shè)備的各個(gè)系統(tǒng)建立現(xiàn)代化信息系統(tǒng)的時(shí)間不同，導(dǎo)致各個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息無法與上層管理系統(tǒng)進(jìn)行有效的對(duì)接而造成信息孤島。上層管理系統(tǒng)無法實(shí)時(shí)掌握各個(gè)子系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，無法為熱工設(shè)備運(yùn)行管理、檢修提供有效的參考。

2 電廠熱工設(shè)備效能監(jiān)測與集成管理系統(tǒng)的建設(shè)

2.1 電廠熱工設(shè)備效能監(jiān)測與集成管理系統(tǒng)的理論支撐

根據(jù)火電廠熱工設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，該系統(tǒng)采用模糊控制理論。模糊控制理論是由模糊集合論、模糊語言變量、模糊邏輯推理等為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，是美國加利福尼亞大學(xué)教授提出來的一種控制理論。模糊控制理論是根據(jù)人的知識(shí)對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的一種方法，因此又稱為語言控制。具體步驟：微機(jī)采集控制對(duì)象的數(shù)值，將采集的數(shù)值和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)應(yīng)得到誤差數(shù)值E，然后將誤差數(shù)值E作為模糊控制器的一個(gè)輸入量，將E實(shí)際精確值作為模糊值得到相應(yīng)的模糊語言，然后將誤差E的模糊語言集合到一個(gè)子集e，通過e和模糊控制規(guī)則R得到模糊控制量U=eR。其中，U是模糊變量。為了對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行更加精確的控制，還需要對(duì)U進(jìn)行非模糊化處理才能得到一個(gè)精確的數(shù)字，然后才能得到精確的模糊變量。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將模擬變量發(fā)送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而更好地控制被控對(duì)象[2]。依次循環(huán)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的模糊控制。圖1 為模糊控制器的工作原理圖。

圖1 模糊控制器的工作原理圖

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

根據(jù)火電廠熱工設(shè)備的性能特點(diǎn)和熱工設(shè)備管理系統(tǒng)存在的問題，基于模糊控制理論建立電廠熱工設(shè)備性能監(jiān)測和集成管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以快速、實(shí)時(shí)采集、讀取、存儲(chǔ)、處理熱工設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)等信息，并建立科學(xué)合理的熱工設(shè)備效能監(jiān)測模型，為熱工設(shè)備的運(yùn)行和檢修提供了有效參考。通過連接上層管理系統(tǒng)和各個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息一體化管理，建立一個(gè)開放、可拓展的管理系統(tǒng)。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)接口層和核心功能層。數(shù)據(jù)層主要采集電廠DCS 系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，包括火電廠的各個(gè)設(shè)備型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)廠家以及原理等設(shè)備物理信息，火電廠計(jì)算機(jī)所有輸入/輸出的數(shù)據(jù)信息，熱工設(shè)備生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息以及圖表。數(shù)據(jù)接口層主要連接數(shù)據(jù)層和核心功能層，將各個(gè)子系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街醒肟刂破?，以?shí)現(xiàn)電廠DCS 系統(tǒng)OPC 服務(wù)器的連接、列舉以及服務(wù)器內(nèi)數(shù)據(jù)瀏覽、搜索、修改等要求，并實(shí)現(xiàn)對(duì)熱工設(shè)備的數(shù)值、時(shí)間線等數(shù)據(jù)項(xiàng)的信息動(dòng)態(tài)讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC 服務(wù)器的讀寫操作。核心功能層主要包括熱工設(shè)備效能監(jiān)測和集成管理兩部分，是整個(gè)管理系統(tǒng)的核心。

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

2.4.1 熱工設(shè)備集成管理功能模塊

集成管理功能模塊主要是為效能監(jiān)控模塊提供有效的支撐，并為熱工設(shè)備集成信息系統(tǒng)提供有效的人員管理，有助于管理人員有效監(jiān)督、管理控制熱工設(shè)備。熱工設(shè)備集成管理功能模塊分成熱工設(shè)備基本信息管理模塊、設(shè)備采購與存儲(chǔ)管理、設(shè)備維修管理、系統(tǒng)維護(hù)管理以及設(shè)備報(bào)表管理5 個(gè)部分?；拘畔⒐芾砟K主要負(fù)責(zé)電廠熱工設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量以及性能等基本信息的管理；設(shè)備采購與存儲(chǔ)管理主要負(fù)責(zé)對(duì)熱工設(shè)備相關(guān)附件的采購入庫管理，一旦零部件出現(xiàn)缺失，確保熱工設(shè)備附件及時(shí)更換維修；設(shè)備維修管理主要記錄存儲(chǔ)熱工設(shè)備的維修保養(yǎng)相關(guān)信息，為后續(xù)的維修管理提供有效的參考；系統(tǒng)維護(hù)管理主要對(duì)整個(gè)熱工設(shè)備效能監(jiān)測和集成管理系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理，刪除、添加、修改系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，且在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)，確保整個(gè)效能監(jiān)測和集成管理系統(tǒng)有序運(yùn)行；設(shè)備報(bào)表管理主要管理整個(gè)設(shè)備的報(bào)表信息，便于有效追蹤管理整個(gè)電廠熱工設(shè)備的運(yùn)行情況。

2.4.2 熱工設(shè)備效能監(jiān)測功能模塊

設(shè)備效能是衡量企業(yè)生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵績效指標(biāo)，主要由時(shí)間效率、設(shè)備性能效率和合格品率3部分構(gòu)成。因此，熱工設(shè)備效能監(jiān)測模塊在設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮這3 個(gè)方面的內(nèi)容。熱工設(shè)備效能監(jiān)測功能模塊主要是利用模糊控制理論構(gòu)建熱工設(shè)備效能評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照電廠制定的熱工設(shè)備效能評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)整個(gè)電廠的熱工設(shè)備，從而制定設(shè)備維修方案。熱工設(shè)備效能監(jiān)測模塊包括系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)錄入和分析結(jié)果3 部分。系統(tǒng)配置主要顯示電廠熱工設(shè)備運(yùn)行的班組信息、設(shè)備停機(jī)故障和停機(jī)原因、不合格產(chǎn)品和次品的統(tǒng)計(jì)與原因、熱工設(shè)備的詳細(xì)信息、熱工設(shè)備運(yùn)行的最大理論值和實(shí)際數(shù)值。數(shù)據(jù)錄入主要錄入每一個(gè)班組的計(jì)劃停機(jī)時(shí)間、非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間以及原因、熱工設(shè)備生產(chǎn)值。分析結(jié)果顯示，根據(jù)熱工設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)將各個(gè)班組運(yùn)行的實(shí)際情況展示出來，并綜合班次信息、設(shè)備故障信息、計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析熱工設(shè)備的各項(xiàng)性能，為管理人員提供有效的參考。

2.5 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

整個(gè)電廠熱工設(shè)備性能監(jiān)測和集成管理系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)，采用全局管理系統(tǒng)模式，可以為管理人員任意調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源。應(yīng)用系統(tǒng)只能使用pad、主機(jī)等設(shè)備，并通過wfc 程序間接訪問數(shù)據(jù)庫中的各項(xiàng)設(shè)備數(shù)據(jù)信息，從而確保整個(gè)電廠內(nèi)部數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。

3 結(jié) 論

熱工設(shè)備作為火電廠的主要生產(chǎn)設(shè)備，熱工設(shè)備的性能關(guān)系到火電廠的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，關(guān)系到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的熱工設(shè)備效能監(jiān)測與管理系統(tǒng)存在問題，通過構(gòu)建分布式熱工設(shè)備性能監(jiān)測與管理系統(tǒng)，可以對(duì)整個(gè)火電廠的熱工設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測與管理。