火电厂自动化设计厂级监控和信息系统

20世纪九十年代，单元机组自动化水平有了很大的发展，但厂级监控和管理水平相当落后，因此，1997年10月《2000年电厂仪表和控制（I&C）系统设计原则》明确提出要提高全厂综合自动化和管理现代化水平，实现全厂监控和管理信息系统网络化。

厂级监控和信息系统包括厂级监控信息系统（Supervisory Information System,简称SIS）、管理信息系统（Management Information System，简称MIS）和发电侧报价辅助决策系统（Plant Bidding-System简称PBS），总体结构如图所示。

现在就当前发展厂级监控和信息系统需要解决的几个问题进行讨论：

1）厂级监控信息系统概念

2）厂级监控和信息系统的网络

3）厂级监控和信息系统的功能模块合理配置

4）PBS建设问题 2100433B

大型火电厂全厂辅助系统有输煤系统、除灰系统、除渣系统、补给水系统、反渗透系统、凝结水系统、废水处理系统、净化站、加药采样系统、制氢系统、燃油泵房、循环水泵房、空压机房、综合泵房、电除尘系统、烟气脱硫系统等十几个，据对28个省市自治区168个装备125MW及以上容量机组的火电厂调查，除输煤系统实现自动化的电厂已占74%，锅炉补充水处理已占61%外，其它辅助系统实现自动化的电厂分别在10~40%之间，而且由于分散值班，运行值班人员高达100~200人。随着大中型国营企业改革逐步到位，有些企业已经意识到，辅助车间高度集中控制减少监控点，可以大大提高劳动生产率，一年就可以减少千万元的支出，因此，已有一些先进企业开始着手对辅助系数统进行技术改造。根据这个形势，1997年10月《2000年电厂仪表和控制（I&C）系统设计原则》报告中明确提出，辅助系统（车间）应统一设计、统一设备选型、统一设计标准，提高自动化水平，减少监控点，实现减人增效。2000年颁发的《火力发电厂设计规程》也将这种设计思想正式纳入规程，要求"火电厂相邻的辅助生产车间或性质相近的辅助工艺系统宜合并控制系统及控制点，辅助车间的控制点不宜超过三个（输煤除灰、化水）其余车间按无人值班设计。"

监控点的设置数量和组织要适合工艺系统设计以及当前运行和管理水平，同时又留有进一步减少监控点的可能。经过充分讨论，普遍认为当前按煤、灰、水三个控制点比较适当，但是，实际电厂的系统、运行管理方式是多种多样的，因此，决不可把上述原则变成教条，到处死搬。

例如，上海某电厂技术改造时，除灰除渣系统不设专门控制点，而是放在单元控制室内，这为将来进一步减少值班人员创造了条件。

又如，四川某电厂有一台循环流化床锅炉，输煤系统采用单皮带，因此，输煤系统直接纳入单元控制室控制。

再如，海南某电厂，燃气发电机组改造为联合循环机组，由于增加的辅助系统比较简单，工程审查时，大家一致同意采用全厂所有系统均集中到机组控制室中，全厂只有一个控制点。

计算机及其网络技术的发展推动着DCS技术的发展，同时，也为监控系统功能分散和物理分散技术应用的多样性创造了条件，但监控系统最终合理的分散度却还决定于工艺系统的特点。

火电厂自动化设计监控系统功能分散问题

分散控制系统问世时，当时开发者有两大派，一派以欧洲的公司为主，他们根据过去集中计算机控制故障集中的弊病，提出DCS应按控制功能彻底分散的原则开发。因此，他们推出的DCS中的控制容量很小，往往控制1~2个回路，与传统单回路控制器类似；另一派以美国和日本的公司为主，他们走中间道路，采取适度分散的原则。起初欧洲派由于符合原先的习惯，受到一定程度的欢迎。但是，随着时间推移，这种方案最终被淘汰了。现在连当时创导这种思想的DCS公司也纷纷抛弃原来那种型式的所谓控制功能彻底分散的思想，而推出适度分散的DCS产品。 纵观这一段DCS发展史，结合火电厂单元机组控制系统的特点，我认为，DCS功能配置将与物理配置走正好相反的方向，正在趋向再适度集中一点的方向发展。究其原因，这是因为，首先，单元机组各个控制系统间有着千丝万缕的信号联系，一对控制器故障，往往会导致另一对控制器因没有正确的联系信号而不能正常工作，甚至误动；其次，由于目前大多没有常规后备监控设备，因此，对于大部分重要控制器来说，只要其中一对控制器故障，可能就要被迫停机。而过多的控制器实际上反而增加了故障停机的概率。再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多个相互联系密切的控制系统集中在一对控制器中，反而因内部信息交换方便而提高可靠性。目前有的分司推出的DCS，CPU采用2×2冗余（由于计算机技术发展，成本增加很小），可靠性进一步提高。 综上所述，根据电厂特点，应当在提高每一组控制器的可靠性上下功夫，例如，采用按照IEC61508功能安全原则设计的控制器；CPU采用2×2冗余或三重冗余；必要时甚至对部分I/O采取冗余等。而在控制器容量和速度允许情况下，可以合理的配置控制器（按工艺功能区配置；关系密切的控制系统纳入同一控制器等），适当提高功能配置的集中度。

火电厂自动化设计监控系统物理分散问题

计算机及其网络技术发展，调试和维护愈来愈方便，模件对环境的要求也逐步降低，监控系统物理配置正由过去的全部集中到一个控制楼里的单一配置方式，逐步呈现从实际出发的多样化方式，即适度物理分散配置的方式，以取得最佳投资效益。

单元机组自动化设计技术，从引进美国EBASCO技术以来已有很大提高，这里仅就设计中若干新问题发表一些看法。

火电厂自动化设计控制室及控制方式发展趋向

1） 控制点日益集中，控制室位置日益多样化

随着自动化技术发展、自动化水平提高，值班人员的职责理念也正在发生变化，机组的运行日益依赖自动化系统。为了便于管理，减少值班人员，控制点可以适当减少，过去有的电厂搞了一机一控方式，那么在技改中就应当改为二机一控，或三机一控方式（全厂三台机组时），甚至四机一控方式，实现全厂高度集中控制，法国人设计的来宾B厂二机一控，但控制室在固定端，控制室与机组距离跟四机一控类似。

控制室位置也日益多样化，有象来宾B电厂那样布置在固定端，在国外还有布置在生产办公楼里或专门的一个小建筑物里，他们认为适当有一点距离不会造成问题，因为控制室值班人员很少，必须坚守值班，而巡视及辅助操作应让给就地巡视人员来进行。这为全厂布置综合优化提供了新思路。

2）控制室设计

a)从人机工程学角度，应降低CRT高度，因此，放CRT的桌面宜低下去一块，特别是当采用特大屏幕显示器时更需要注意这个问题。

b)控制室小型化 这是取消大量后备监控盘台的必然结果。

c)电缆夹层问题，由于采用全CRT监控，后备监控设备很少，因此，控制室主环下面无需设很高的电缆夹层，下面这一块空间可加以利用

d)关于CRT双层布置问题，美国老厂改造工程中，CRT双层布置的情况很多，这主要是因为控制室比较小，值班人员又只有一个人，从缩小监视面角度需要出发形成这种设计方案，这在某些特定情况下，也不失为一种可以借鉴的方案。

火电厂自动化设计DCS一体化问题

DCS一体化实现多种功能，有许多好处，例如，维护方便，备品备件减少，信息共享快速、可靠，人机界面统一等等，DCS功能最早包括DAS、MCS、SCS和FSSS，发展到今天，DCS一体化范围可以进一步扩大。

1） DEH采用DCS系统实现问题，规程中提出二个前提，一是由汽轮机厂负总责，即提

出和审定功能框图和性能要求，并落实与汽机的接口，二是DCS公司有成功应用DCS实现DEH的经验。目前大部分DCS公司已经能满足上述要求了，当然我们仍然不排斥汽轮机厂或DEH专业厂供应专门DEH系统的方案，一般说来，他们经验更丰富一些，当前已经可以方便的解决DCS与DEH间双向冗余通讯，实现用DCS操作员站作为单一人机界面（个别情况下，对于控制信号可以采用硬接线实现）。

2） ETS纳入DCS问题。经历这一段实践DCS可信度大大提高，已有一些工程成功的

将ETS纳入DCS，但必须注意ETS的控制器处理周期不应大于50ms，最好在20-30ms间。另外应采用独立的冗余控制器，以尽可能提高可靠性。最近国家电力公司组织审查《老厂自动化技术改造导则》时，决定宜采用独立控制器改为应采用独立控制器。

3） 自动同期装置（ASS）纳入DCS问题。早期电气控制纳入DCS时，由于缺乏经验，

仅把发变组和厂用电的顺控系统（SCS G/A）纳入DCS，规定自动同期装置（ASS）、自动励磁调节装置（AVR）和发电机保护系统不纳入DCS，经过四、五年实践SCS G/A 纳入DCS无论从管理上和技术上均已成熟，取得成功应用经验。关于ASS装置，目前已有DCS公司有将其纳入DCS的技术，因此，在审查老厂技改导则时，将相关条文改为，当DCS的公司有将其纳入DCS的成功应用经验时，也可将ASS纳入DCS，这充分体现了技术发展时规程也要跟着变化的思想，防止规程成了束缚技术发展的框框。

火电厂自动化设计单元机组保护设计若干问题

1、快速切负荷（FCB）保护

FCB指的是当发电机解列或主汽门关闭时，保护立即采取措施，快速打开旁路泄压，同时，锅炉也迅速将负荷降低到接近旁路最大允许负荷，维持短时运行，即人们常说的停机不停炉。FCB的目的是一旦汽轮机或发电机排除故障后，恢复单元机组负荷可以快些，在某些情况下还可由本机维持厂用电。

从系统角度出发，什么情况下机组必须设置FCB功能？这取决于系统对机组要求，它是否肩负责着电网崩溃时，坚持带厂用电运行，以尽快恢复电力系统运行。从这个角度出发，一个电网中应有若干电厂具有这种功能，遗憾的是，目前电网管理部门对此尚未引起注意和适当的规划。

2、 逆功率解列发电机问题

国家电力公司颁发的《防止电力生产重大事故二十五项重点要求》9.1.6条规定"正常停机时，在打闸后，应先检查有功功率是否到零，千瓦时表停转或逆转以后，再将发电机与系统解列，或采用逆功率保护动作解列。严禁带负荷解列。"但二十五条对汽机故障情况的单元机组联锁保护未作说明。

目前的设计技术规程对如何配合3.1.6条要求也尚无明确规定，大都仍按汽机停机（主汽门关闭终端开关闭合）立即解列发电机。按此设计的联锁条件与3.1.6条要求有抵触，因为，正常停机时，关闭主汽门后，只要终端开关闭合，不管主汽门或调速汽门是否关严，也不管是否出现逆功率，早已把发电机解列了。当然在不改变原先规定的联锁条件下，稍加修改也是可以满足3.1.6条要求的，例如，增加一个"正常停机"按钮，当操作该按钮停机时，不立即联锁解列发电机。但是，这容易产生误操作，所以，我认为最好还是根据制订3.1.6条的精神，修改单元机组的保护联锁条件。

火电厂自动化设计监控系统优化问题

我在一次会议上曾经指出，进入21世纪，DCS应当和将要出现质的变化，这时除了DCS结构变化外，主要指的是整个自动化系统的应用软件方面，特别是监控系统优化问题。经过十几年，DCS技术基本成熟，监控系统设计和应用技术尽管还有一些不尽人意之处需要解决，但重心应当转向进一步优化方面，优化出安全、出效益。国外，也正在迅速向这方面发展。希望这一次不要拉开太大差距，甚至在有些方面可以超过它们。

监控系统优化可以有以下几个方面：

1、加强操作指导功能

2、提高自动化水平

3、进一步实现优化控制

自二十世纪九十年代开始发展火电厂自动化技术以来，有经验，也有教训，最值得总结的是从事自动化工作的指导思想，分为五点。

1）要有预见性

从事电厂自动化领导工作和技术工作的人，特别要具有预见性这个素质。预见性包括对社会需求的预见性和自动化技术发展的预见性。社会需求是近十年火电厂自动化技术发展的根本原动力，当前，我国电力市场化机制改革提到了议事日程，这对火电厂自动化技术提出了一系列要求，例如，自动化配置中如何减少值班人员和维护人员问题。自我国电力市场化机制改革逐步推进后，出现了不少电厂人员多、下岗分流困难很大的问题。但应当看到电力市场机制改革是大势所趋，人员肯定很快要求减下来，因此，我们搞技改时就要力求减少值班点，本来一机一控的可以根据实际情况改造为二机一控（也有三机一控），辅助车间高度集中监控或无人值班，减少控制点等。当前，有一些领导日益认识到搞自动化是投入/产出比最合算的事（例如，提出信息化促进产业发展等口号），日益重视抓自动化技术应用工作，因此，社会需求也会更快的转化为对自动化技术应用的需求了。

自动化技术发展快，更新快是我们这个专业的一大显著特点，因此，从事自动化规划、设计时更要注意预见性，规划设计的方案要有较长的寿命，选择的产品也要注意它的生命周期，这方面教训很深刻，例如，九十年代初期，仍只许配置DAS系统，未能及时跟上迅推广应用的DCS；又如，九十年代中期一些老厂自动化技术改造缺乏预见性而导致不久又进行二次改造，还有的采用了一些不稳定的生产厂的不稳定产品等。

2）始终保持"开放"思想，坚持实事求是

"贪大求洋，照搬外国"一直是被有些人认为火电厂自动化工作的主要错误倾向，人们对我们的一个极坏的印象是"老想搞点新玩意儿"，是的，我们有些人确在有些问题上犯过这一类的盲目性错误，但是，我认为，这不是主要错误倾向。你睁开眼睛看一看，这十年多为什么火电厂自动化技术发展这么快，并为电厂安全经济运行带来了质的改变，就是因为"开放"，我们几乎把先进国家普遍应用于火电厂的自动化技术的大部分都"搬"了进来，实践证明，没有什么不适合中国国情的，是"适用"的，因此，当前不是"开放"过了头，面是要晚努力的吸取国外先进经验，对于国外走过的弯路要尽量避免，不同国家的方案要认真进行分析，尽量择其最优，为我所用。我们在"搬"外国经验时，决不可以"照抄照搬"而是要坚持"实事求是"，从实际出发，特别老厂改造中更要注意这一点，以求实效。也不要受外国自动化技术发展的束缚，在进入20世纪后我国已经完全有能力进行创新，中国火电厂自动化技术中不少是由我国首创的。

3）思想不僵化，规程不限制发展

在计划经济时代，包括从火电厂自动化技术发展的这十年来，规程规范无论是建设标准，还是技术标准，大多具有一定的强制性；规程规范制定和执行往往是一家，即所谓的立"法"执"法"合一；规程制订的一个目的，特别是建设标准部分，往往是国家管理企业的一种手段。

当前，电力市场机制改革正加速进行，规程制定将由国家、行会（例如，中国电力企业联合会及其下属的标准化技术委员会）及企业三级进行，国家不再直接管理企业经济活动，只管理资源规划、环保和安全等宏观问题，国家将承担这方面的立"法"执"法"任务。行会将受企业委托制订全国性的或行业性的规程规范，原则上只颁发推荐性标准，无权颁发强制性的标准，除非经由国家授权或以行政指令颁发，同时，他也没有承担执"法"的使命。行会标准被企业和用户接受，并成为大企业制订本企业标准的依据，主要依靠其权威性，或企业联合投票等活动。企业（例如：发电投资公司）为了加强和规范化企业管理很可能根据行会标准结合具体情况制订本企业标准，并根据自己的企业标准审查拟建设的发电工程设计。

但是，不管今后规程规范制定和执行如何进行，规程规范中规定某一条款时应尽量要说明这样规定的原因和前提，不要变成僵死的条文，这样做思想就不会僵化，规程也不会限制技术的发展，例如，关于DEH是否应用DCS硬件一体化问题，当时，没有规定死可以或不可以，而是说明了采用各方案的条件，这样既避免为了一体化而不顾技术成熟性，同时又为了发展一体化技术开了口子；又如，九十年代推动电气控制纳入DCS时，由于当时国内经验少,为了稳妥起见AVR、ASS等不许纳入DCS，如果我们知道当时仅仅出于这种考虑，那么，发展到今天，有些公司已具有用DCS设备实现ASS的成功应用经验时是否可以改变以前的规定了呢？又例如，关于大屏幕显示器问题，从人机界面看有一定优越性，但价格，可用率当时还很高，国内也无实践经验，对于这样的问题，我认为一是可以搞试点，体会一下，不一定立即在集团内全推广或全不上；另外，要跟踪大屏幕显示器技术发展、可用率、价格等变化的新情况调整自己的观念。

总之，规程规范条文要力求做到防止"一规定就死，一放开就乱"。

4）要坚持积极稳妥的方针逐步推广应用新技术

火电厂自动化技术发展很快，但是，一项新技术初期往往不太成熟或者缺乏应用经验，因此，推广应用的过程既要积极又要稳妥，我们在DCS推广应用，后备监控设备取消，大屏幕显示器应用以及电气纳入DCS等方面全是采取了这个方针，一步一步的向前推进，一旦取得经验立即加速推广，这样即使初期应用经验少也不至造成大损失，实践证明，这个方针应当坚持。当前在推广厂级监控和信息系统时，我建议也应采取这个方针，可以把网络框架和数据库服务器先搞起来，应用软件可以根据成熟程度再一个一个开发完善。

5）加强火电厂自动化全过程的管理，提高对自动化技术应用的管理水平。

九十年代初前后，从平圩、石横开始，自动化水平大幅度提高，DCS也开始在中国火电厂应用，当时曾经出现过一些问题。于是有一些领导不加分析就批评从事自动化工作的人"盲目照搬外国东西""自动化水平不高，不适合中国国情"，后来发现问题不是出在DCS本身，自动化水平提高也是适应大机组运行需要的，而问题正是出在有些领导还是认为自动化系统是可有可无的，他们的管理思想落后于自动化技术发展的需要，在基建里程碑进度中竟然没有自动化系统恰当的位置，没有合理安排综合进程，给自动化系统必要的最起码调试时间，这样，在投产时当然问题就很多了，后来，各地纷纷提拔了一批熟悉自动化的技术人员到各级领导岗位上来，把控制楼建立作为自动化系统可以开始全面调试的标志,列入里程碑进度中，局面迅速发生变化，类似的问题在电气纳入DCS以及推广应用厂级监控信息系统和管理信息系统总是上也同样存在。

由于自动化技术发展特别快，是非常活跃的一种先进生产力，自动化管理落后于技术发展的现象仍将会不断出现，因此，各级领导中除了要提高拔一些熟悉自动化技术的人之外，主要领导还要认真研究随着自动化发展引起的管理改革。

近十多年，是我国火电厂自动化技术发展最快的十年，由于电力市场运行机制尚未完全形成，因此，它的发展还离不开行政和技术方面的指令性规定的发展，回顾十年的技术发展，也必须与围绕着制定行政指令的争论结合起来。

火电厂自动化设计第一阶段

九十年代初期，分散控制系统（DCS）从试点到推广应用。八十年代末，作为先进国家一项成熟技术，在华能国际电力开发公司引进的火电机组上广泛应用了DCS，在国内机组上也着手选择几个电厂试点。当时，在一些引进机组的工程中暴露出的一些问题，引发一场激烈的"要不要在我国火电厂推广应用DCS"的争论。对此,成立不久的以陆延昌总工程师为首的能源部热工自动化领导小组对争论作了结论,明确指出，DCS是当代国际上取代传统控制系统的新技术，已趋成熟，也适合中国国情，之所以在某些工程中出现一些问题，不是DCS本身问题，而是我国工程建设管理中应循守旧，把自动化系统放在不恰当位置的结果，因此，领导小组当机立断作出决定，要在大型火电机组工程中积极稳妥推广应用DCS。从此，我国火电厂自动化发展的历史翻开了新的一页，火电厂自动化开始被摆到了一个适当的位置。

火电厂自动化设计第二阶段

九十年代中期，火电厂自动化技术逐步成熟。九十年代前五、六年，在各级领导和从事自动化工作广大工程技术人员努力下，火电厂自动化技术在我国迅速发展，应用技术逐步成熟，自动化程度逐步提高，主要标志有下列几个方面：

1）数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）和炉膛安全监控系统（FSSS）全面纳入DCS，各项功能可用率达到较高水平，单元机组监控实现了以DCS的人一机界面为中心，传统的后备监控已基本取消。新机组投产时自动化系统可用率达到较高水平。

2）一批工程汽机控制系统（DEH）采用DCS设备，实现了一体化。

3）打破了单元机组中机炉和发电机控制设计不协调的局面，提出并加快将发变组和厂用电控制（SCSG/A）纳入单元机组DCS。

4）火电机组全面应用DCS对原先落后的自动化技术进行改造。

自2010年以后，我国火电厂热工自动化装备水平已经达到国际上先进水平，总体应用水平也正在逐步接近国际先进水平。

火电厂自动化设计第三阶段

九十年后期，2000年火电厂自动化设计新思路提出和应用。我国火电厂自动化技术经历了一段时期的发展、巩固，取得了一些成绩，也存在一些问题，根据国外发展趋势，进入2000年我国火电厂自动化向何处去，又提到议事日程上来了。

1997年10月电力规划设计总院向国家电力公司上报"关于建设2000年新一代示范（试点）电厂"一文的附件中提出了"2000年电厂仪表和控制（I&C）系统设计原则"，主要原则包括下列四个方面：

1）单元机组控制进一步智能化、自动化、控制中心小型化

2）监控系统物理分段设计原则的应用

3）全厂辅助系统（车间）进一步集中监控

4）发展厂级监控信息系统(SupervisoryInformationSystim,简称SIS)和管理信息系统（ManagementInformationSystem,简称MIS），形成全厂计算机监控和信息网络。

这些新思路，迅速在全国得到响应，有的已纳入规程、规范，有的在推广应用，有的在示范电厂中试点，发展速度之快超出意料，不久，一批按新思路设计的电厂将投入运行，我们期望火电厂自动化水平能再上一个新台阶，能不能在21世纪前十年中，火电厂自动化应用水平也能达到国际先进水平。

全自动化概述

全自动化设计就是全程由PCB设计软件提供的各种自动化工具来进行PCB设计。这种设计工作周期短，只能达到虽不满意但又可以接受的结果，特别是人功率电路和高频电路的设计方面，这种方法还不能达到实际的要求。

PCB全自动化设计通常由电子设计自动化(EDA)软件公司提供的集成软件来实现。这些集成系统软件包括原理图编辑软件、电路仿真模拟软件、PCB设计软件。如果涉及可编程数字集成电路，还应包括可编程器件设计软件。

全自动化流程

PCB全自动化设计的流程如下:

1. 设计出完整的原理图文件，并给电路中的元件标注具体的参数及封装型号。接着进行电气规则检查（ERC），确保绘制完成的原理图没有任何违反电气规则的情况发生。

2. 在PCB设计软件中设置PCB的板框，然后将原理图输出的网络表文件导人到PCB设计软件中。

3. 利用电路设计软件的自动布局功能和自动布线功能快速完成PCB的设计工作:

4. 存盘并输出各种图纸和报表文件，为后期加工做准备。

电力系统调度自动化设计是为电力系统座立调度自动化系统提出系统功能规划和技术装备配置方案的一项系统设计，是电力系统设计的组成部分.这项设计工作必须以电力系统发展规划、调度管理体制和调度职责分工为依据，从分析电力系统特点、运行需要和基础条件出发。提出与调度关系相适应，符合可靠性、实用性和经济性且便于扩充发展的总体方案及实施步骤。

电力系统调度自动化设计的主要内容包括调度任务分层说明，调度自动化功能规划，调度自动化系统配置原则和投资估算 。