作者 | 黃煥袍

1　背景意義

分布式控制系統亦稱(chēng)分散控制系統（DCS），是工業(yè)生產(chǎn)的“大腦”、“神經(jīng)中樞”、“控制中心”，長(cháng)期以來(lái)我國工業(yè)領(lǐng)域國外品牌DCS應用占有一定比例，國產(chǎn)DCS的操作系統和部分芯片也有依賴(lài)國外產(chǎn)品技術(shù)，這種局面存在安全隱患、斷供和“卡脖子”風(fēng)險，對我國能源生產(chǎn)和經(jīng)濟運行安全構成威脅。工業(yè)安全是國家安全的重要組成部分，實(shí)施DCS全國產(chǎn)化研發(fā)替代應用，實(shí)現工業(yè)領(lǐng)域DCS自主安全可控是我國工業(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)展的必然趨勢和要求，智能發(fā)電運行控制技術(shù)首當其沖，是電力行業(yè)發(fā)電機組實(shí)現安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行的重要技術(shù)支撐。

2　應用項目

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

布連電廠(chǎng)主輔機原控制系統采用國能智深EDPF-NT+系統，發(fā)電汽輪機組控制系統采用德國西門(mén)子T3000系統，實(shí)現全廠(chǎng)主輔一體化控制，控制系統包括單元機組系統、公用系統、輔控系統和脫硫系統。

3　DCS自主可控和智能化升級改造內容

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 )交換機等）全部采用基于國產(chǎn)芯片設計制造，關(guān)鍵芯片100%國產(chǎn)化替代，實(shí)現電廠(chǎng)分散控制系統自主安全可控。本次國產(chǎn)化改造共計更換：DPU控制器36對、各類(lèi)I/O卡件845塊、交換機12臺、上位機13臺。

iDCS軟件方面，操作系統、支撐平臺軟件、應用軟件100%自主化國產(chǎn)化。上位機操作系統采用定制的國產(chǎn)麒麟Linux操作系統，支撐平臺軟件使用國能智深自主研發(fā)的EDPFNT+4.0版本，控制策略、人機界面（HMI）、控制系統信息安全監控軟件、智能檢測診斷報警預警軟件、智能控制優(yōu)化軟件、大型實(shí)時(shí)歷史數據庫（EDPF-AIRDB)、全激勵電站仿真軟件（EDPF-SIM）等應用軟件全部為國能智深自主開(kāi)發(fā)。

國能智深控制技術(shù)有限公司（北京國電智深控制技術(shù)有限公司）繼2018推出“岸石（EDPF-iSol)”國內首套智能發(fā)電控制系統（ICS）之后，于2021年3月推出國內首套全國產(chǎn)完全自主可控智能分散控制系統（iDCS）；2021年4月完成布連電廠(chǎng)#2機組iDCS集成測試和出廠(chǎng)驗收，并通過(guò)中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )發(fā)電自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì )組織的專(zhuān)家進(jìn)行的基本性能和應用功能出廠(chǎng)測試；2021年5月成功應用于國電電力內蒙布連電廠(chǎng)660MW超超臨界+全輔機單列+空冷機組，至今已經(jīng)穩定運行3個(gè)多月。

4　技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng )新點(diǎn)

國電電力布連電廠(chǎng)2×660MW機組集超超臨界+全輔機單列+空冷等于一體，其運行控制難度大，對DCS的性能要求和安全要求高，要求DCS既能滿(mǎn)足復雜大系統的控制和智能性能要求，也要滿(mǎn)足全輔機單列安全運行特殊要求。

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

國能智深新一代iDCS具有以下主要創(chuàng )新特點(diǎn)：

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

（2）設計了泛在感知數據網(wǎng)、全廠(chǎng)實(shí)時(shí)數據池和智能計算引擎，有效提升了控制系統對生產(chǎn)數據的收集、分析、計算能力，實(shí)現發(fā)電過(guò)程全流程協(xié)同優(yōu)化運行和“能效大閉環(huán)”運行控制。通過(guò)智慧監盤(pán)、高度自動(dòng)化程序、統計和可視化工具，實(shí)現主要底層操作由機器自動(dòng)執行，運行人員日常操作量顯著(zhù)降低，工作重心轉移到對設備狀態(tài)的監測、診斷和機組運行特性的分析以及對運行效果的改進(jìn)提升，實(shí)現從運檢分離向運維一體化的轉變。全面應用智能控制算法，使生產(chǎn)運行更加穩定、靈活、可控；工況智能尋優(yōu)和“能效大閉環(huán)”運行，使系統工作在最佳狀態(tài)，實(shí)現自趨優(yōu)運行。采用智能技術(shù)識別危險因素并進(jìn)行主動(dòng)管控，規避潛在風(fēng)險，提升生產(chǎn)運行安全性。

（3）實(shí)現自適應、自學(xué)習和自趨優(yōu)的智能發(fā)電運行控制模式；高度開(kāi)放的優(yōu)化運行、建模計算和統計分析環(huán)境，滿(mǎn)足了智能應用對第三方應用開(kāi)放性的要求。

（4）具有主動(dòng)防御、邊界防護、集中監管功能的工控系統網(wǎng)絡(luò )安全功能，實(shí)現iDCS在復雜網(wǎng)絡(luò )條件下的內生安全防護，確保工控系統自身安全。

（5）新一代iDCS與原有DCS高度兼容，便于升級改造換代，最大限度降低工程成本。全國產(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(hù)升級改造可以做到網(wǎng)絡(luò )完全兼容、硬件安裝不改底座和接線(xiàn)，有利減少改造工作量和費用，充分保護用戶(hù)前期投資。

5　項目應用效果

全國產(chǎn)自主可控智能分散火電控制系統iDCS自2021年5月在布連示范項目投運以來(lái)，系統穩定可靠，實(shí)現完全自主可控和發(fā)電過(guò)程的智能控制與運行、智能監測分析、智能安全管控。機組性能試驗和運行統計情況表明，系統實(shí)現了機組安全、高效、環(huán)保、靈活、智能的運行，主要性能特點(diǎn)如下：

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

（2）I/O信號精度高。

（3）網(wǎng)絡(luò )及DPU的通訊負荷較低。

（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講機手機射頻干擾能力強。

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

（7）智能報警系統滋擾報警抑制功能減少誤報率80%以上；減少高頻報警信號8 0%以上，減少無(wú)效報警信號90% 以上，報警信號響應時(shí)間小于1s；報警系統信息分析準確率≥90%。

（8）以階梯式廣義預測控制為核心設計協(xié)調控制方案，機組變負荷速率可達2%~3%Pe/min，機組AGC月度可利用率≥99%，AGC指令響應時(shí)間≤30s，AGC考核KP均值≥3.5。

（9）汽溫控制系統、脫硝控制系統能夠很好的根據預測參數實(shí)現控制量的超前調節，負荷大范圍波動(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)現了高精度與高品質(zhì)控制。

（10）機組自動(dòng)投入率100%，保護投入率100%，自5月25日并網(wǎng)后持續穩定運行至今。國產(chǎn)芯片和操作系統等軟硬件工作正常，未出現因DCS原因發(fā)生機組非停、降出力等現象，系統可用率大于99.95%。

（11）提高了控制系統安全保護能力，可防范外部的滲透攻擊，防止惡意代碼執行、越權訪(fǎng)問(wèn)等各種異常行為，滿(mǎn)足國家等級保護的三級要求。

全國產(chǎn)自主可控智能分散控制系統iDCS在660MW超超臨界全輔機單列空冷機組上的成功應用標志我國發(fā)電機組的運行控制全面實(shí)現了智能化和自主安全可控，對我國能源生產(chǎn)安全和電力發(fā)電機組實(shí)現安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行具有重大意義。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年9月刊