国能智深控制技术有限公司 李萧萧 刘 虎

1 引言

辅控系统是电厂控制系统不可或缺的一部分，随着我国电力行业的迅猛发展，火电厂单机容量日渐增大，辅控系统的规模也大幅度提升，故而辅控系统的控制范围、控制方式和控制质量都值得深入讨论。随着电厂精细化管理的要求越来越强烈，电厂智能化、智慧化建设逐步深入，辅控系统的智能化建设也成为趋势。

2 辅控系统

辅控系统的控制范围包括输煤系统、烟气脱硫系统、除灰除渣系统以及水务系统等，其中水务系统主要包括锅炉补给水、凝结水精处理、取样系统、加药系统、原水预处理系统、工业废水处理、净水站、污水处理等系统[1]。

2.1 PLC控制方案

早期火电厂辅控系统以PLC控制为主，各子系统单独控制，控制室一般设置在生产系统附近。各子系统可能采用不同厂家、不同型号的PLC，服务器通信布置种类过多，经常性发生通信中断，影响控制数据的实时性；另外，各子系统操作系统、组态软件版本不统一，也造成辅控系统的画面风格、组态方式和操作习惯等不一致。

2.2 一体化DCS控制方案

由于PLC技术在系统冗余性能、兼容性和可扩展性等方面相对较差，随着网络技术和自动化控制技术的发展，火电厂辅助车间控制室逐步由就地分散设置向集中设置转变。近年来，一些新建火电厂辅控系统已采用一体化集中监控方式，已建成火电厂辅控系统也在逐步改造，主辅一体化控制已成为火电厂控制系统的发展趋势。一体化辅控系统采用DCS控制，通过融合先进的计算机、通讯和控制技术，将相互独立的各辅助子系统连接在一起，实现集中监控，在一个控制室完成各辅网子系统运行状态的实时监控，实现真正的远程一体化控制[2]。一体化辅网控制系统统一设计辅网各子系统的软、硬件，做到监控界面和逻辑组态风格完全一致。与PLC控制方案相比，一体化DCS控制方案在设计原理和网络结构方面更适合大型火电厂辅控系统，有效提高了系统的实时性、兼容性、安全性和经济性。

3 辅控系统四机一控方案

在辅控系统一体化控制方案的基础上，进一步减少备品备件种类和数量，节约人力、物力，降低能源消耗，优化全厂资源配置，一些多机组火电厂辅控系统设计了四机一控方案[3]。辅控系统四机一控方案是指四台机组设置一个集中控制室，通过一套控制系统满足全厂辅网系统的控制要求，对全厂化水系统、除灰系统、输煤系统、脱硫系统等进行实时集中监控，部分电子设备间设置就地操作员站，满足现场调试、检修等需求。

3.1 应用实例

荆州某电厂现有一期2×330MW机组辅控系统现有三个控制室，其中机组集中控制室布置一期辅网精处理DCS操作员站；化学集控室布置一期辅网水务系统、供氢系统DCS操作员站，并单独布置有一台原水站PLC操作员站；脱硫集控室布置#1、#2机组脱硫DCS操作员站（含脱硫公用，独立DCS），一期辅网除灰及空压机系统DCS操作员站，灰渣磨细操作员站（PLC），湿除及电除尘通信接口站。

电厂新建二期2×350MW机组，为实现减员增效、便于对运行人员集中统一管理，二期扩建之后的辅控系统采用四机一控集中控制方式。由于辅控众多控制系统类型及版本的不一致，集中监控不能单纯地采用仅挪动运行员操作站的方式，须通过升级改造统一各控制系统及版本，同时二期辅控系统充分利用一期水系统、脱硫公用系统、尿素水解等工艺系统进行扩建，最终实现一、二期辅控深度融合，运行人员在二期集控室可对整个辅网（包括一二期）进行集中监控，历史数据能统一存储、分析，完成满足全厂要求的四机一控方案。方案网络结构图如图1所示，方案实施具体分为新增、升级、改造三个部分。

图1 四机一控方案网络结构图

一是二期新增脱硫系统、精处理、制冷站空调、除灰、空压机、电除尘、雨水泵、循环水排污水等系统，控制系统采用EDPF-NT+系统的V3.4版本。二是一期化水、脱硫、除灰等系统，原控制系统是EDPFNT+系统的V1.2版本，升级为EDPF-NT+系统的V3.4版本，并保持原系统与湿除和电除尘的通信形式不变。三是一期原水站、灰渣磨细等系统，原控制系统是PLC，改造为EDPF-NT+系统的V3.4版本。

改造之后的辅控系统设置一个集中监控室，在有效的域间隔离基础上实现网络数据互通，在有授权的基础上，所有系统的画面能够在一体化集控室内任一台操作员站上进行显示，并在工程师站实现对所有控制系统的组态工作，且各就地控制站及工程师站仅保留本地系统的功能，实现辅控系统四机一控方案。

3.2 应用优势

辅控系统四机一控方案通过网络通信设备将全厂辅网各子系统连接到一起，实现辅控系统统一设计、统一实施、统一监盘、统一维护和统一管理，进一步提高控制系统自动化水平，为智能化建设提供平台基础。辅控系统四机一控方案的主要优势体现在以下五个方面：一是避免了功能相似设备的重复布置，避免了各系统相互之间的各种信号通信和转接，信号传输快速稳定，提高了系统的自动化水平、运行安全性和机组稳定性。二是实现在集中监控室统一监盘，四台机组的运行值班人员可以互相协助，减少值班人员的配备，提高运行人员工作效率。三是热工检修人员不需要学习和适应不同控制系统，有利于提高工作效率和技术水平。四是电厂不需要为每个控制系统存放大量的备品备件，可以节约大笔资金。五是便于值长工作统一管理和指挥各机组的安全生产运行。

4 辅控系统智能化建设方向

辅控系统四机一控方案实现了全厂辅网一体化集中监控，形成了生产实时数据统一处理平台，在此平台上通过部署开放应用控制器、高级应用服务器、高性能时序数据库、高级值班员站及网络安全防护产品等部件，建立基本控制、智能控制和智能运行监控等层级之间的闭环联系，纵向打通直接控制与运行监督控制的界限，提供开放的高级应用环境，将常规DCS系统升级成智能DCS系统，即智能辅控系统。通过水务、脱硫、燃料三部分智能模块的布置，有效提升电厂辅网的经济、管理、环保、社会效益；通过网络安全防护产品，实现从内核到边界，从主机到网络的主动安全管控，全面提升控制系统的安全防护能力。

4.1 智能水务

火电厂作为用水和排水大户，需要加强对水资源的有效利用和排放污染的重视，完善全厂取水计量设施和技术，精细化水务管理工作，屏蔽环境污染风险。建设智能水务模块，做好水资源的高效管控十分必要。

在辅控系统的在线运行监控基础上建立智能水务模块，包含智能水平衡系统和在线运行监控与调度子系统。智能水平衡系统对电厂各水系统的水质、水量进行智能监测；对电厂耗水量、循环水浓缩倍率等关键指标进行分析、评价，建立评价体系，为梯级利用等提供依据。

运行监控与调度子系统通过全厂实时在线的水平衡分析和根据工况、季节进行智能化的调节管控，为电厂节水减排和智能水务管理提供了可行的解决方案。另外，智能水务模块还可融合进出厂水质检测子系统、水厂巡检子系统、成本分析子系统、出入库管理子系统、视频监控子系统等管理系统，优化水处理过程，分析诊断设备故障，综合管理水务经营业务，最终实现全厂水资源精准管控，降低发电综合水耗，减少废水排放，提高用排水系统安全运行等目标。

4.2 智能脱硫

二氧化硫是火电厂排放物里污染环境、破坏性大的化学物质，而脱硫数据又有关系复杂、数据量极大、数据实时性高的特点，所以亟须发展智能脱硫技术，开展脱硫智能控制技术、智能报警技术及智能巡检系统研究。智能控制可以通过APS的实施，提高机组控制系统的自动化水平，减少运行人员的操作频率和人员数量，实现减员增效[4]；通过氧化风机优化控制、循环泵优化控制、供浆系统优化控制等优化手段，有效提升脱硫效率，降低能耗。

针对当前脱硫系统报警功能存在的不足，可设计智能报警系统，提供滋扰报警抑制、参数预警、报警展示增强等功能，提高脱硫报警的可靠性、智能性、易用性。智能巡检系统融合设备的优化检修和巡检、点检、精密点检、检修触发管理等系统，改变传统的管控模式，提升电厂的管控水平。

4.3 智能燃料

火电厂燃料主要以煤炭为主，燃料成本占到火电厂总成本的比例最大，因此燃料系统的安全、有序、高效运行，是火电厂高质高效运行的重要保证。智能燃料模块结合智能化技术手段，采取多种先进策略和举措，提高燃料系统运行效率和管理水平，实现燃料系统标准化、自动化、智能化及无人化总体目标。

智能燃料模块针对燃料验收过程中所涉及的煤场、车辆、设备、人员等要素，实现无人值守、自动计量、自动采样、自动制样、自动存查样、自动化验、视频监控、煤场三维监控等功能，对燃料全过程管理的每个环节进行详细的分析，提出对所存在风险点的控制方法和策略，把现场各环节联成一个可靠、高效、自动的智能系统。

智能燃料模块还可融合燃料管理系统，以精细化管理思想为指导，应用物联网、数据分析等技术，覆盖燃料计划、合同、调运、验收、接卸、结算、统计等全过程管理，建设燃料管控统一平台，对智能化各系统统一管理、统一监控和统一协同处理，提高经营决策能力，降低生产经营成本，实现燃料系统的安全、可控、经济管理。

4.4 网络安全防护

电力、能源行业控制系统一旦遭到入侵、丧失功能或者发生数据泄露，可能严重危害国家安全。随着《中华人民共和国网络安全法》的颁布，国家和行业对火电厂网络安全防护等级的要求越来越高。构建网络安全纵深防御体系，增加单向隔离网闸、网络安全管理平台、主机安全系统、安全审计系统、防入侵检测系统、工控域防火墙等设备和系统，从根本上解决辅控系统的安全隐患。

一是单向隔离网关。从硬件上实现了网络物理单向数据传输，保障工控系统的边界安全不受外界任何干扰。二是网络安全管理平台。收集网络安全防护产品终端的安全事件、系统事件、日志进行整体分析，基于网络拓扑结构，分析攻击过程，定位攻击源头，提升安全事件应急响应的能力。三是主机安全系统。加强主机的恶统意代码防范能力，标识与识别、访问控制、最小特权管理等安全机制，避免系统漏洞被利用的情况发生。四是安全审计系统。在保证原有网络环境不受影响的前提下，对网络中存在的所有活动提供协议审计、流量审计，生成完整记录便于事件追溯。并根据监测结果，提供防御策略建议，帮助用户构建专属工业控制网络安全防御体系。五是防入侵检测系统。可检测恶意行为、非法入侵行为等，恶意行为包含端口扫描，拒绝服务攻击、缓冲区溢出攻击等。流失工控域防火墙。采用白名单机制，有效净化各域内的信息流，提高系统内部安全性。

综上，辅控系统实施四机一控方案，可以有效提高全厂辅助系统的自动化水平和运行效率。与此同时，智能发电建设正在分阶段、有序进行，辅控系统的智能化建设也在多元化发展，各火电厂根据自身实际情况结合技术成熟度，合理选择辅控系统智能化建设方向，实现电厂各辅助车间的无人值守，保证机组更加安全、经济、稳定运行。