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作者 | 黃煥袍

1　背景意義

分布式控制系統(tǒng)亦稱分散控制系統(tǒng)（DCS），是工業(yè)生產(chǎn)的“大腦”、“神經(jīng)中樞”、“控制中心”，長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域國(guó)外品牌DCS應(yīng)用占有一定比例，國(guó)產(chǎn)DCS的操作系統(tǒng)和部分芯片也有依賴國(guó)外產(chǎn)品技術(shù)，這種局面存在安全隱患、斷供和“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)我國(guó)能源生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。工業(yè)安全是國(guó)家安全的重要組成部分，實(shí)施DCS全國(guó)產(chǎn)化研發(fā)替代應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工業(yè)領(lǐng)域DCS自主安全可控是我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)安全和能源供給安全的重要保障。

生產(chǎn)過(guò)程智能化、企業(yè)管理智慧化是行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)和要求，智能發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)首當(dāng)其沖，是電力行業(yè)發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運(yùn)行的重要技術(shù)支撐。

2　應(yīng)用項(xiàng)目

國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠一期工程為2×660MW超超臨界全輔機(jī)單列燃煤空冷機(jī)組，給水泵組、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空預(yù)器等主要輔機(jī)采用單列布置。#2機(jī)組鍋爐為北京巴布科克?威爾科克斯有限公司提供，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠提供，發(fā)電機(jī)為上海發(fā)電機(jī)廠提供，于2013年06月27日建成投產(chǎn)。

布連電廠主輔機(jī)原控制系統(tǒng)采用國(guó)能智深EDPF-NT+系統(tǒng)，發(fā)電汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門子T3000系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全廠主輔一體化控制，控制系統(tǒng)包括單元機(jī)組系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)。

3　DCS自主可控和智能化升級(jí)改造內(nèi)容

iDCS硬件（I/O卡件、DPU控制器、工程師站、操作員站、歷史站、高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等）全部采用基于國(guó)產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)制造，關(guān)鍵芯片100%國(guó)產(chǎn)化替代，實(shí)現(xiàn)電廠分散控制系統(tǒng)自主安全可控。本次國(guó)產(chǎn)化改造共計(jì)更換：DPU控制器36對(duì)、各類I/O卡件845塊、交換機(jī)12臺(tái)、上位機(jī)13臺(tái)。

iDCS軟件方面，操作系統(tǒng)、支撐平臺(tái)軟件、應(yīng)用軟件100%自主化國(guó)產(chǎn)化。上位機(jī)操作系統(tǒng)采用定制的國(guó)產(chǎn)麒麟Linux操作系統(tǒng)，支撐平臺(tái)軟件使用國(guó)能智深自主研發(fā)的EDPFNT+4.0版本，控制策略、人機(jī)界面（HMI）、控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控軟件、智能檢測(cè)診斷報(bào)警預(yù)警軟件、智能控制優(yōu)化軟件、大型實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)（EDPF-AIRDB)、全激勵(lì)電站仿真軟件（EDPF-SIM）等應(yīng)用軟件全部為國(guó)能智深自主開發(fā)。

國(guó)能智深控制技術(shù)有限公司（北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司）繼2018推出“岸石（EDPF-iSol)”國(guó)內(nèi)首套智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）之后，于2021年3月推出國(guó)內(nèi)首套全國(guó)產(chǎn)完全自主可控智能分散控制系統(tǒng)（iDCS）；2021年4月完成布連電廠#2機(jī)組iDCS集成測(cè)試和出廠驗(yàn)收，并通過(guò)中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電自動(dòng)化專委會(huì)組織的專家進(jìn)行的基本性能和應(yīng)用功能出廠測(cè)試；2021年5月成功應(yīng)用于國(guó)電電力內(nèi)蒙布連電廠660MW超超臨界+全輔機(jī)單列+空冷機(jī)組，至今已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行3個(gè)多月。

4　技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)

國(guó)電電力布連電廠2×660MW機(jī)組集超超臨界+全輔機(jī)單列+空冷等于一體，其運(yùn)行控制難度大，對(duì)DCS的性能要求和安全要求高，要求DCS既能滿足復(fù)雜大系統(tǒng)的控制和智能性能要求，也要滿足全輔機(jī)單列安全運(yùn)行特殊要求。

國(guó)能智深新一代自主可控智能分散控制系統(tǒng)（iDCS）是在幾十年自主創(chuàng)新不斷優(yōu)化升級(jí)的具有大量成功應(yīng)用業(yè)績(jī)的成熟DCS和智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）產(chǎn)品技術(shù)以及軟件全國(guó)化研發(fā)應(yīng)用基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)硬件芯片的全國(guó)產(chǎn)化替代研發(fā)應(yīng)用，是真正意義上的集全國(guó)產(chǎn)化和智能化于一體的新一代分散控制系統(tǒng)。

國(guó)能智深新一代iDCS具有以下主要?jiǎng)?chuàng)新特點(diǎn)：

（1）完全自主可控的全國(guó)產(chǎn)化軟硬件平臺(tái)，控制器和I/O卡件硬件芯片100%國(guó)產(chǎn)化，軟件100%國(guó)產(chǎn)化，關(guān)鍵核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)100%自主可控，系統(tǒng)整體可用率大于99.9%。全國(guó)產(chǎn)完全自主可控智能分散控制系統(tǒng)，硬件設(shè)備實(shí)現(xiàn)了100%國(guó)產(chǎn)化，包括控制器、工控機(jī)、I/O卡件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及高性能智能控制器等；軟件實(shí)現(xiàn)全部國(guó)產(chǎn)化，包括應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)以及智能應(yīng)用相關(guān)軟件等。系統(tǒng)經(jīng)布連電廠#2機(jī)組示范應(yīng)用，可靠性與可用性符合電廠DCS技術(shù)要求以及智慧電廠建設(shè)要求，解決了火力發(fā)電領(lǐng)域工業(yè)控制系統(tǒng)的“卡脖子”問(wèn)題。

（2）設(shè)計(jì)了泛在感知數(shù)據(jù)網(wǎng)、全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)池和智能計(jì)算引擎，有效提升了控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、分析、計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)發(fā)電過(guò)程全流程協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行和“能效大閉環(huán)”運(yùn)行控制。通過(guò)智慧監(jiān)盤、高度自動(dòng)化程序、統(tǒng)計(jì)和可視化工具，實(shí)現(xiàn)主要底層操作由機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行，運(yùn)行人員日常操作量顯著降低，工作重心轉(zhuǎn)移到對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、診斷和機(jī)組運(yùn)行特性的分析以及對(duì)運(yùn)行效果的改進(jìn)提升，實(shí)現(xiàn)從運(yùn)檢分離向運(yùn)維一體化的轉(zhuǎn)變。全面應(yīng)用智能控制算法，使生產(chǎn)運(yùn)行更加穩(wěn)定、靈活、可控；工況智能尋優(yōu)和“能效大閉環(huán)”運(yùn)行，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)自趨優(yōu)運(yùn)行。采用智能技術(shù)識(shí)別危險(xiǎn)因素并進(jìn)行主動(dòng)管控，規(guī)避潛在風(fēng)險(xiǎn)，提升生產(chǎn)運(yùn)行安全性。

（3）實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)和自趨優(yōu)的智能發(fā)電運(yùn)行控制模式；高度開放的優(yōu)化運(yùn)行、建模計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析環(huán)境，滿足了智能應(yīng)用對(duì)第三方應(yīng)用開放性的要求。

（4）具有主動(dòng)防御、邊界防護(hù)、集中監(jiān)管功能的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全功能，實(shí)現(xiàn)iDCS在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)條件下的內(nèi)生安全防護(hù)，確保工控系統(tǒng)自身安全。

（5）新一代iDCS與原有DCS高度兼容，便于升級(jí)改造換代，最大限度降低工程成本。全國(guó)產(chǎn)自主可控控制器及模件與原控制器及模件，可以無(wú)縫更換，用戶升級(jí)改造可以做到網(wǎng)絡(luò)完全兼容、硬件安裝不改底座和接線，有利減少改造工作量和費(fèi)用，充分保護(hù)用戶前期投資。

5　項(xiàng)目應(yīng)用效果

全國(guó)產(chǎn)自主可控智能分散火電控制系統(tǒng)iDCS自2021年5月在布連示范項(xiàng)目投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)完全自主可控和發(fā)電過(guò)程的智能控制與運(yùn)行、智能監(jiān)測(cè)分析、智能安全管控。機(jī)組性能試驗(yàn)和運(yùn)行統(tǒng)計(jì)情況表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)組安全、高效、環(huán)保、靈活、智能的運(yùn)行，主要性能特點(diǎn)如下：

（1）控制器計(jì)算處理能力強(qiáng)，低功耗、低散熱，在停運(yùn)風(fēng)扇情況下，外殼能保持正常溫度。

（2）I/O信號(hào)精度高。

（3）網(wǎng)絡(luò)及DPU的通訊負(fù)荷較低。

（4）網(wǎng)絡(luò)切換能做到完全無(wú)擾切換。

（5）抗交直流共模干擾以及對(duì)講機(jī)手機(jī)射頻干擾能力強(qiáng)。

（6）網(wǎng)絡(luò)最大負(fù)荷≤15%；支持100ms~1s的實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)交互；支持5種以上智能算法可擴(kuò)展能力；支持復(fù)雜邏輯和控制方案的宏算法封裝。

（7）智能報(bào)警系統(tǒng)滋擾報(bào)警抑制功能減少誤報(bào)率80%以上；減少高頻報(bào)警信號(hào)8 0%以上，減少無(wú)效報(bào)警信號(hào)90% 以上，報(bào)警信號(hào)響應(yīng)時(shí)間小于1s；報(bào)警系統(tǒng)信息分析準(zhǔn)確率≥90%。

（8）以階梯式廣義預(yù)測(cè)控制為核心設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)控制方案，機(jī)組變負(fù)荷速率可達(dá)2%~3%Pe/min，機(jī)組AGC月度可利用率≥99%，AGC指令響應(yīng)時(shí)間≤30s，AGC考核KP均值≥3.5。

（9）汽溫控制系統(tǒng)、脫硝控制系統(tǒng)能夠很好的根據(jù)預(yù)測(cè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制量的超前調(diào)節(jié)，負(fù)荷大范圍波動(dòng)下主蒸汽溫度波動(dòng)最大動(dòng)態(tài)偏差為2.8℃，再熱蒸汽溫度最大動(dòng)態(tài)偏差為4.4℃，NOx濃度最大偏差小于6mg/Nm3，實(shí)現(xiàn)了高精度與高品質(zhì)控制。

（10）機(jī)組自動(dòng)投入率100%，保護(hù)投入率100%，自5月25日并網(wǎng)后持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至今。國(guó)產(chǎn)芯片和操作系統(tǒng)等軟硬件工作正常，未出現(xiàn)因DCS原因發(fā)生機(jī)組非停、降出力等現(xiàn)象，系統(tǒng)可用率大于99.95%。

（11）提高了控制系統(tǒng)安全保護(hù)能力，可防范外部的滲透攻擊，防止惡意代碼執(zhí)行、越權(quán)訪問(wèn)等各種異常行為，滿足國(guó)家等級(jí)保護(hù)的三級(jí)要求。

全國(guó)產(chǎn)自主可控智能分散控制系統(tǒng)iDCS在660MW超超臨界全輔機(jī)單列空冷機(jī)組上的成功應(yīng)用標(biāo)志我國(guó)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行控制全面實(shí)現(xiàn)了智能化和自主安全可控，對(duì)我國(guó)能源生產(chǎn)安全和電力發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運(yùn)行具有重大意義。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年9月刊