电厂热工设备效能监测与集成管理系统

张圆涵

（云南电力技术有限责任公司，云南 昆明 650200）

0 引 言

电厂的热工设备包括锅炉、预热器、分解炉、回转窑、测量以及监控等设备。这些设备是火电厂主要的生产设备，关系到火电厂的发电效率。由于电厂的热工设备具有非线性、滞后性、惯性以及不确定性等，给电厂热工设备效能监测和管理增加了难度。集成管理系统是近年来发展起来的一种新的服务模式，将计算机软件、硬件、操作系统、数据库以及网络通信等技术集成在一起，采用不同厂家的产品将系统集成以满足服务商所需的要求和目标，从而提供成本低、效率高、性能优越、可扩充、可维护的系统，有效解决了系统之间的互联、互操作性问题。根据电厂热工设备的运行特点，采用集成管理系统对电厂热工设备的效能进行有效监督和管理，及时调整热工设备的各项参数，达到了降低热工设备的能耗、提高热工设备工作效率的目的。

1 电厂热工设备管理存在的问题

电厂热工设备包括锅炉、汽轮机以及压力容器等热力设备，监控、测量、控制以及保护设备，这些设备对电厂的发电效率、安全运行发挥着重要作用。随着我国火电厂的规模越来越大，火电厂装机设备的容量不断扩大，热工设备的结构和运行环境越来越复杂。任何一个环节出现错误，都可能影响设备发生故障或者安全事故而造成巨大的经济损失。因此，需要对热工设备的效能进行有效的监测和管理。目前，我国电厂的热工设备管理主要存在以下问题。第一，热工设备运行具有非线性、耦合性、输入性等特点，无法建立热工设备有效的运行模式对其进行分析。第二，电厂没有充分利用现代计算机信息技术有效监测热工设备的运行状态，及时发现热工设备运行实时数据，并调整设备运行参数。第三，目前我国大部分电厂采用定期检修的方式，由于缺乏对电厂热工设备失效风险的研究和分析，火电厂的检修存在一定的盲目性造成过度检修，不仅增加了火电站运行成本，而且进一步破坏了锅炉系统，增加了锅炉运行的安全隐患[1]。第四，由于火电厂热工设备的各个系统建立现代化信息系统的时间不同，导致各个子系统的数据信息无法与上层管理系统进行有效的对接而造成信息孤岛。上层管理系统无法实时掌握各个子系统的运行状态，无法为热工设备运行管理、检修提供有效的参考。

2 电厂热工设备效能监测与集成管理系统的建设

2.1 电厂热工设备效能监测与集成管理系统的理论支撑

根据火电厂热工设备的运行特点，该系统采用模糊控制理论。模糊控制理论是由模糊集合论、模糊语言变量、模糊逻辑推理等为基础的一种计算机数字控制技术，是美国加利福尼亚大学教授提出来的一种控制理论。模糊控制理论是根据人的知识对控制对象进行控制的一种方法，因此又称为语言控制。具体步骤：微机采集控制对象的数值，将采集的数值和标准数值进行对应得到误差数值E，然后将误差数值E作为模糊控制器的一个输入量，将E实际精确值作为模糊值得到相应的模糊语言，然后将误差E的模糊语言集合到一个子集e，通过e和模糊控制规则R得到模糊控制量U=eR。其中，U是模糊变量。为了对被控对象进行更加精确的控制，还需要对U进行非模糊化处理才能得到一个精确的数字，然后才能得到精确的模糊变量。计算机系统将模拟变量发送给执行机构，从而更好地控制被控对象[2]。依次循环进行，从而实现被控对象的模糊控制。图1 为模糊控制器的工作原理图。

图1 模糊控制器的工作原理图

2.2 系统设计目标

根据火电厂热工设备的性能特点和热工设备管理系统存在的问题，基于模糊控制理论建立电厂热工设备性能监测和集成管理系统。该系统可以快速、实时采集、读取、存储、处理热工设备的监测数据、控制数据、测量数据等信息，并建立科学合理的热工设备效能监测模型，为热工设备的运行和检修提供了有效参考。通过连接上层管理系统和各个子系统，实现数据信息一体化管理，建立一个开放、可拓展的管理系统。

2.3 系统结构设计

该系统包括数据层、数据接口层和核心功能层。数据层主要采集电厂DCS 系统的各项数据信息，包括火电厂的各个设备型号、规格、生产厂家以及原理等设备物理信息，火电厂计算机所有输入/输出的数据信息，热工设备生产过程中产生的各项实时数据信息以及图表。数据接口层主要连接数据层和核心功能层，将各个子系统采集的数据实时传输到中央控制器，以实现电厂DCS 系统OPC 服务器的连接、列举以及服务器内数据浏览、搜索、修改等要求，并实现对热工设备的数值、时间线等数据项的信息动态读取，实现对OPC 服务器的读写操作。核心功能层主要包括热工设备效能监测和集成管理两部分，是整个管理系统的核心。

2.4 系统功能设计

2.4.1 热工设备集成管理功能模块

集成管理功能模块主要是为效能监控模块提供有效的支撑，并为热工设备集成信息系统提供有效的人员管理，有助于管理人员有效监督、管理控制热工设备。热工设备集成管理功能模块分成热工设备基本信息管理模块、设备采购与存储管理、设备维修管理、系统维护管理以及设备报表管理5 个部分。基本信息管理模块主要负责电厂热工设备的规格、型号、数量以及性能等基本信息的管理；设备采购与存储管理主要负责对热工设备相关附件的采购入库管理，一旦零部件出现缺失，确保热工设备附件及时更换维修；设备维修管理主要记录存储热工设备的维修保养相关信息，为后续的维修管理提供有效的参考；系统维护管理主要对整个热工设备效能监测和集成管理系统进行维护管理，删除、添加、修改系统相关数据，且在系统出现故障时及时进行维护，确保整个效能监测和集成管理系统有序运行；设备报表管理主要管理整个设备的报表信息，便于有效追踪管理整个电厂热工设备的运行情况。

2.4.2 热工设备效能监测功能模块

设备效能是衡量企业生产过程中的关键绩效指标，主要由时间效率、设备性能效率和合格品率3部分构成。因此，热工设备效能监测模块在设计时需要综合考虑这3 个方面的内容。热工设备效能监测功能模块主要是利用模糊控制理论构建热工设备效能评价指标，按照电厂制定的热工设备效能评价指标综合评价整个电厂的热工设备，从而制定设备维修方案。热工设备效能监测模块包括系统配置、数据录入和分析结果3 部分。系统配置主要显示电厂热工设备运行的班组信息、设备停机故障和停机原因、不合格产品和次品的统计与原因、热工设备的详细信息、热工设备运行的最大理论值和实际数值。数据录入主要录入每一个班组的计划停机时间、非计划停机时间以及原因、热工设备生产值。分析结果显示，根据热工设备的监测数据将各个班组运行的实际情况展示出来，并综合班次信息、设备故障信息、计算机自动统计分析热工设备的各项性能，为管理人员提供有效的参考。

2.5 系统软件架构

整个电厂热工设备性能监测和集成管理系统采用分布式系统，采用全局管理系统模式，可以为管理人员任意调度网络资源。应用系统只能使用pad、主机等设备，并通过wfc 程序间接访问数据库中的各项设备数据信息，从而确保整个电厂内部数据的安全性和可靠性。

3 结 论

热工设备作为火电厂的主要生产设备，热工设备的性能关系到火电厂的生产效率和质量，关系到企业的经济效益。传统的热工设备效能监测与管理系统存在问题，通过构建分布式热工设备性能监测与管理系统，可以对整个火电厂的热工设备进行有效的监测与管理。