杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司智能工廠(chǎng)業(yè)務(wù)部高級方案工程師費盼峰

和利時(shí)作為民族自動(dòng)化企業(yè)的領(lǐng)軍者，專(zhuān)注于自動(dòng)控制、信息化、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、智慧城市等方面的技術(shù)研究和應用探索。經(jīng)過(guò)20余年實(shí)踐，和利時(shí)已成功開(kāi)發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的DCS和PLC工業(yè)控制系統、智能仿真測試系統和生產(chǎn)管理軟件系統，并大力發(fā)展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工廠(chǎng)數據集成平臺，成為業(yè)內領(lǐng)先的兩化融合一體化解決方案供應商。電力能源行業(yè)一直是和利時(shí)的重要業(yè)務(wù)領(lǐng)域之一，近年來(lái)，和利時(shí)持續關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展，不僅為行業(yè)發(fā)展提供具有競爭力的產(chǎn)品，更針對不同客戶(hù)新的需求、更高的標準，提供先進(jìn)、優(yōu)質(zhì)的整體解決方案，深受用戶(hù)信賴(lài)。本期記者采訪(fǎng)了杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司智能工廠(chǎng)業(yè)務(wù)部高級方案工程師費盼峰，傾聽(tīng)和利時(shí)對于電力能源行業(yè)發(fā)展及未來(lái)趨勢的解讀。

自動(dòng)化博覽：和利時(shí)在電力能源行業(yè)提供的主要產(chǎn)品有哪幾類(lèi)？

費盼峰：面向新一代的數字化、信息化電廠(chǎng)建設，和利時(shí)推出了分布式控制系統HOLLiASMACS、汽輪機數字電液調節系統（T800S/T800F）、仿真系統HOLLiASSimuPlant、設備管理系統HOLLiASAMS、安全儀表系統HiaGuard、優(yōu)化控制系統HOLLiASAPC、制造執行系統MES、和利時(shí)電氣儀表等產(chǎn)品實(shí)現電站鍋爐、汽輪機、輔機、脫硫、脫硝、熱力網(wǎng)等全流程主設備和輔助設備的控制、保護和運營(yíng)優(yōu)化。

自動(dòng)化博覽：和利時(shí)在電力能源行業(yè)的競爭優(yōu)勢體現在哪些方面？

費盼峰：作為國內領(lǐng)先的自動(dòng)化與信息技術(shù)解決方案供應商，和利時(shí)結合十幾年的系統開(kāi)發(fā)應用經(jīng)驗和國際主流DCS的系統功能，推出了HOLLiAS-MACS系統。該系統作為一套先進(jìn)技術(shù)水平的DCS產(chǎn)品，具有信息化、混合控制、分散化、開(kāi)放性和高可靠性等特點(diǎn)，已在電站控制工程領(lǐng)域得到了廣泛應用。近年來(lái)已在20多臺1000MW、40多臺600MW以及200多臺300MW以上大型火電機組上成功應用，實(shí)現了國產(chǎn)DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應用。

和利時(shí)一直將電力能源行業(yè)視為最重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域之一，持續關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展，和利時(shí)的全廠(chǎng)一體化、孤網(wǎng)運行、燃燒優(yōu)化、機組一鍵啟停、現場(chǎng)總線(xiàn)控制及智能儀表設備管理等先進(jìn)解決方案均得到了良好的應用。
和利時(shí)致力于不斷提升客戶(hù)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，并保障企業(yè)的生產(chǎn)安全和降低環(huán)境污染。通過(guò)“集團化、產(chǎn)品化、國際化”的發(fā)展戰略，搭建高效的集團管理平臺，開(kāi)發(fā)國際領(lǐng)先的自主技術(shù)和產(chǎn)品平臺，全面推進(jìn)國際化，實(shí)踐“用自動(dòng)化改進(jìn)人們的工作、生活和環(huán)境”的企業(yè)宗旨。

自動(dòng)化博覽：您如何看待當下電力行業(yè)的信息安全問(wèn)題？對此，和利時(shí)可提供哪些行之有效的產(chǎn)品或解決方案？

費盼峰：近年來(lái)，“互聯(lián)網(wǎng)+”以及網(wǎng)絡(luò )強國等國家戰略的深入推進(jìn)實(shí)施，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，隨之而來(lái)的病毒、木馬、惡意攻擊對工業(yè)控制系統的安全存在巨大威脅。全球能源互聯(lián)，電網(wǎng)的規模不斷擴大，復雜性增加，電網(wǎng)事故的影響范圍更廣，程度更深。鑒于此，防范和抵御網(wǎng)絡(luò )攻擊，需要對四個(gè)核心問(wèn)題深入研究：一是構建“防火墻”，確保電網(wǎng)安全運行；二是健全網(wǎng)絡(luò )與信息安全防護體系；三是嚴格遵循國家發(fā)改委2014年14號令《電力監控系統安全防護規定》、國家能源局《關(guān)于印發(fā)電力監控系統安全防護總體方案等安全防護方案和評估規范的通知》（國能安全〔2015〕36號）；四是行業(yè)、企業(yè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò )安全要求升級，優(yōu)化信息安全頂層設計，建立健全全生命周期安全管理體系，嚴格落實(shí)網(wǎng)絡(luò )隔離措施，深化智能可信技術(shù)手段，完善網(wǎng)絡(luò )安全基礎設施，打造“可管可控、精準防護、可視可信、智能防御”的信息安全防御體系。

和利時(shí)可提供以下信息安全產(chǎn)品：

（1）網(wǎng)絡(luò )安全隔離網(wǎng)關(guān)HH800GS

該產(chǎn)品通過(guò)公安部認證，采用雙CPU架構設計，內嵌通訊白名單，通過(guò)物理開(kāi)關(guān)控制數據流向，并具有低功耗、全封閉特點(diǎn)，可適應工業(yè)現場(chǎng)復雜環(huán)境。單網(wǎng)關(guān)數據處理能力大于35,000點(diǎn)/秒，單網(wǎng)關(guān)遠程操作站帶載能力大于64。該產(chǎn)品可作為電力生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )與管理及辦公網(wǎng)絡(luò )的有效隔離，在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )邊界作為數據遠程傳輸的硬件載體，并有效阻斷對生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )的惡意攻擊。

（2）計算機防病毒卡HH800K

在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò )中的計算機及服務(wù)器必須具有防病毒的能力，該產(chǎn)品是基于白名單機制的端防病毒終端。主要特點(diǎn)：主副卡機制，管理和運行分離，能夠適合自動(dòng)化系統軟件運行方式，并支持Linux和Windows操作系統實(shí)現不停機部署。

此外，和利時(shí)目前在與高校和研究院合作，研究建立覆蓋管理層、監控層、控制層與部件層，結合功能安全、信息安全、操作安全，實(shí)現貫穿設計、運行、服務(wù)等全生命周期的主動(dòng)防御體系方案。

精彩案例

和利時(shí)智能熱網(wǎng)解決方案助力供熱運營(yíng)企業(yè)節能提效

1  項目介紹

隨著(zhù)環(huán)保要求的不斷提高，城市集中供暖小鍋爐逐漸被關(guān)停，熱網(wǎng)接入成為城市的主干網(wǎng)，由熱電聯(lián)產(chǎn)機組大型熱源廠(chǎng)或專(zhuān)業(yè)熱力公司負責熱網(wǎng)系統的生產(chǎn)運營(yíng)。隨著(zhù)熱網(wǎng)的不斷擴增，集中供熱系統變得更加復雜，給熱網(wǎng)在運行調節上帶來(lái)了重重困難。

一方面，熱網(wǎng)遍布廣泛，用戶(hù)規模龐大且類(lèi)型眾多，建筑的熱特性、環(huán)境的變化、熱網(wǎng)輔助機構等因素給運行調節負荷目標提出了更高的要求；另一方面，由于熱網(wǎng)的特殊性，任何一處支路的調節，會(huì )對其它支路造成影響。當大量支路同時(shí)投入自動(dòng)調節時(shí)，控制邏輯若選擇不當，很容易使各支路的流量及壓降出現不可預知的擾動(dòng)甚至是震蕩，造成系統失穩，能源浪費和加速調節閥等設備的沖擊磨損。

和利時(shí)通過(guò)對熱網(wǎng)生產(chǎn)運行企業(yè)進(jìn)行調研，研制出具有自主知識產(chǎn)權的供熱負荷計算、水力平衡控制模型與評價(jià)方法，形成智能熱網(wǎng)解決方案中的核心產(chǎn)品，可應用于大型集中供熱熱網(wǎng)的實(shí)際生產(chǎn)運行，為企業(yè)帶來(lái)可觀(guān)的經(jīng)濟效益。

2 項目實(shí)施

和利時(shí)智能熱網(wǎng)解決方案旨在基于實(shí)用的原則提出行之有效的方案，從當前大型熱網(wǎng)運行調節中的決策、執行、評價(jià)三個(gè)主要環(huán)節入手，提供相應的產(chǎn)品，解決由于外部環(huán)境影響、管網(wǎng)結構復雜及回路間干擾帶來(lái)的調節控制困難問(wèn)題，助力供熱運營(yíng)企業(yè)提高生產(chǎn)運行效率，提升節能水平。

圖1 決策、執行、評價(jià)三個(gè)主要環(huán)節

2.1 技術(shù)難點(diǎn)分析

2.1.1 供熱負荷計算的難點(diǎn)

熱網(wǎng)的調度任務(wù)決策系統的核心是計算當前及未來(lái)規定時(shí)間內系統所需的熱負荷，只有準確計算出熱負荷，才能進(jìn)一步分解、調節控制目標，下發(fā)至執行層執行。若負荷計算不準確將造成能源浪費或欠供而導致供熱質(zhì)量下降。

當前，集中供熱的負荷通常是根據環(huán)境溫度計算獲得，未考慮建筑物熱惰性對實(shí)時(shí)負荷的影響。由于建筑物綜合熱惰性的存在，室外溫度對室內的影響存在衰減和延遲性。由于太陽(yáng)輻射的存在，建筑物的熱量增加，所需的供熱實(shí)時(shí)負荷會(huì )相應減少。如圖2、3所示。

圖2 典型日受太陽(yáng)輻射影響建筑物各面供熱量下降比例

圖3 典型日受太陽(yáng)輻射影響建筑物各面供水溫度下降量

以齊齊哈爾某居民樓為例（室外溫度-20℃/室內保持18℃），受太陽(yáng)輻射的影響，南北兩向供熱量日平均下降可達8.26%，供水溫度日平均下降可達2℃。同樣的，以北京某居民樓為例，是否考慮建筑物的熱惰性，兩者計算負荷偏差約達10%，供水溫度偏差3℃左右。如表1所示。

表1 建筑物熱惰性對計算供熱供水溫度的影響

因此，如何綜合考慮室外氣溫、太陽(yáng)輻射及建筑物的熱惰性以提高系統熱負荷計算的準確性，是目前負荷計算面臨的較大難點(diǎn)。

2.1.2 熱網(wǎng)負荷調節目標控制執行的難點(diǎn)

熱網(wǎng)系統是由數量龐大的管段串聯(lián)或并聯(lián)組成，任一管段或支路的調節變化，都將引起整個(gè)系統阻力狀況的變化，從而影響各支路的流量變化。換熱站自動(dòng)化改造后，一次網(wǎng)各支路通常裝有流量調節裝置及控制器，各支路通過(guò)控制器調節此裝置以實(shí)現所需的供回水溫度。溫度的調節本質(zhì)上是對一次網(wǎng)流量的調節，目前普遍采用常規PID控制器進(jìn)行自動(dòng)調節。熱網(wǎng)中大量支路投入自動(dòng)后，各支路的控制目標變化時(shí)，自主調節系統平衡被打破，系統會(huì )產(chǎn)生長(cháng)時(shí)間的擾動(dòng)甚至震蕩，造成失穩，使加快調節閥等設備受到磨損，降低設備的可靠性。如圖4、5所示，仿真程序模擬了兩個(gè)支路間控制目標改變而引起的系統失穩現象。由于管網(wǎng)阻力特性，當系統從一個(gè)平衡態(tài)切換到另一個(gè)態(tài)的過(guò)程中，任何支路的擾動(dòng)都會(huì )對其它支路產(chǎn)生影響。當系統由幾十甚至上百個(gè)支路組成時(shí)，系統的控制調節顯然會(huì )更加困難。

圖4 帶二支路的管網(wǎng)流量PID控制仿真模型

圖5 帶二支路的管網(wǎng)流量調節流量震蕩仿真

2.1.3 供熱大數據實(shí)時(shí)評價(jià)計算的難點(diǎn)

對于大型的熱網(wǎng)，其接帶面積達到幾百萬(wàn)甚至千萬(wàn)平米，覆蓋城市各地區。熱網(wǎng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)工藝數據量巨大，實(shí)時(shí)評價(jià)系統要求對熱網(wǎng)的能耗、室溫、控制的效果等進(jìn)行流式計算及任意指定時(shí)間段內的追溯、分析及快速查詢(xún)。但由于熱網(wǎng)系統傳感及計量網(wǎng)絡(luò )是異構，既有光纖網(wǎng)絡(luò )、也有3G、2G網(wǎng)絡(luò )，從傳感器到達系統的采集時(shí)間往往產(chǎn)生亂序，常常會(huì )發(fā)現滯后的數據收集，從而給數據的存儲及數據處理帶來(lái)不便。與此同時(shí)，對于實(shí)時(shí)控制效果、能耗的評價(jià)，系統必須連續計算成千上萬(wàn)的計量及傳感器的數據，進(jìn)行必要的長(cháng)期存儲，這些計算既包括一些簡(jiǎn)單的聚合，同時(shí)也有一些復雜的供熱專(zhuān)業(yè)計算。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 考慮建筑物熱惰性及太陽(yáng)輻射影響的供熱負荷計算研究克服現有技術(shù)中存在的不足，提供一種考慮建筑物熱惰性及太陽(yáng)輻射影響的動(dòng)態(tài)負荷計算方法，可較為準確可靠地確定二網(wǎng)供回水控制目標溫度，最終避免造成過(guò)供或者欠供。

2.2.2 基于模型的熱網(wǎng)系統平衡調節控制算

法及相關(guān)控制策略的研究主要通過(guò)運用水力計算分析與數據挖掘技術(shù)相結合，構建熱網(wǎng)水力平衡調節在線(xiàn)模型，并與熱網(wǎng)SCADA系統進(jìn)行數據通訊，通過(guò)模型的預測仿真進(jìn)行控制參數的優(yōu)化，最終實(shí)現平衡控制，控制目標的達成。

2.2.3 基于時(shí)序數據庫等技術(shù)的實(shí)時(shí)評價(jià)系統研究

利用時(shí)序數據庫技術(shù)及分布式流式計算框架對海量傳感及計量數據進(jìn)行計算處理，包括數據的聚合，以及不同空間不同時(shí)間段內的室溫、水量、電量、熱量等實(shí)時(shí)評價(jià)指標的計算、存儲及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)窗口的數據查詢(xún)。

2.3 項目創(chuàng )新點(diǎn)

本項目提供了一套從熱網(wǎng)運行控制目標決策、執行到效果評價(jià)的完整解決方案?？紤]太陽(yáng)輻射等多因素的負荷預測方法，利用機理模型與數據挖掘技術(shù)相結合，構建熱網(wǎng)平衡控制模型實(shí)現平衡控制，解決了傳統控制算法系統不穩定性，提高控制層的可靠性，對運行決策及控制效果實(shí)時(shí)評價(jià)。

3 效益分析

和利時(shí)智能熱網(wǎng)解決方案基于底層對集中供熱網(wǎng)自動(dòng)化改造之上進(jìn)行部署，投運后，能起到明顯的節能降耗效果，為直供電廠(chǎng)或供熱企業(yè)帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

2016～2017年采暖季，某熱力公司對該產(chǎn)品在熱網(wǎng)系統上試用。試運行后，能耗明顯降低，用戶(hù)投訴率大幅減少。運行一段時(shí)間后，和利時(shí)通過(guò)能耗分析系統對節能情況進(jìn)行評估與分析，經(jīng)過(guò)初步測算，正常投入運行后，按該熱力公司現有接帶的1000萬(wàn)m2供熱面積計算，使2016～2017年供熱季實(shí)現單位面積耗熱量從
0.51GJ/(m2·a)下降到0.467GJ/(m 2·a)，下降達10%以上，一個(gè)采暖季至少可節約熱量66萬(wàn)GJ，每年可節標煤約2.6萬(wàn)t，實(shí)現減排CO 2為6.7萬(wàn)t， SO2為622t，NOX為181t，粉塵為1.8萬(wàn)t，為集中供熱的發(fā)展和節能減排事業(yè)做出突出貢獻。

摘自《自動(dòng)化博覽》2018年9月刊