一种基于智能型控制器的管控一体化系统

摘要

本发明涉及一种基于智能型控制器的管控一体化系统，包括：机组分散控制系统、管理信息系统和公用及辅助分散控制系统；机组分散控制系统包括DCS机柜、智能型DCS机柜和DCS网络交换机。本发明的有益效果是：本发明采用内置各类复杂算法功能模块的智能型控制器，极大地增强了DCS的智能化；外挂的独立于DCS系统、SIS系统的优化模块可直接内置于智能型控制器中；取消纯粹的SIS系统，管理信息系统软硬件配置不变，简化控制系统和信息管理系统，使网络框架更简洁、清晰，增强网络安全；在机组分散控制系统和管理信息系统之间设置单向隔离网闸，实现物理隔离。

说明书

技术领域

本发明属于大型电厂信息系统技术领域，尤其涉及一种基于智能型控制器的管控一体化系统。

背景技术

大型电厂作为一个特定的企业群体，信息系统分为两层：第一层是仪表与控制系统，所有直接参与生产过程测量与控制的仪表和分散控制系统DCS；第二层是监管系统，为电厂与信息有关的非直接用于生产控制的自动化系统，主要包含厂级监控信息系统SIS、厂级管理信息系统MIS等。

目前大型发电厂控制和信息系统的功能主要以下面方式实现：

1)分散控制系统DCS主要完成生产过程的保护、控制、联锁、监视功能；机组性能计算、运行指标统计/分析/考核模块、实时预警和各类优化等主要在厂级监控信息系统SIS上完成，各类优化以独立的小系统形式外挂于SIS；MIS独立完成管理信息系统相关功能。

2)分散控制系统DCS主要完成生产过程的保护、控制、联锁、监视功能，吹灰优化、燃烧优化等各类优化在DCS上设置独立工作站；机组性能计算、运行指标统计/分析/考核模块、实时预警等主要在厂级监控信息系统SIS上完成；MIS独立完成管理信息系统的相关功能。

3)分散控制系统DCS主要完成生产过程的保护、控制、联锁、监视功能，机组性能计算、优化控制模块在SIS中实现，运行指标统计/分析/考核模块、实时预警等上移至MIS，即部分实现SIS与MIS一体化

根据当前信息安全的相关要求，在生产控制大区与管理信息大区之间必须设置经国家指定部门检测认证的电力专用单向安全隔离装置，且隔离强度应接近或达到物理隔离。上述的系统分类、分区导致的问题如下：

1)信息管理系统的运行人员一般不懂电厂工艺流程和过程控制，频繁出现外行管理内行现象，导致生产运行不顺畅。

2)SIS系统是一个开环系统，只有通过专业人员的有效介入才能形成闭环，并产生效益，而不能根据数据分析和运行优化的结论直接实现机组的节能减排。

3)监管系统介入生产过程的方式是非实时的，仅根据间断性长、残缺不全、甚至误导的信息，组织相关人员研究提出解决方案，指导一线监控人员在线处理或停运检修，效率低下，甚至完全不能解决问题。

综上，现有信息系统存在信息流不闭环、实时生产控制和管理脱节、依赖信息管理人员干预等众多缺陷。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于智能型控制器的管控一体化系统。

这种基于智能型控制器的管控一体化系统，包括：机组分散控制系统、管理信息系统(MIS)和公用及辅助分散控制系统；机组分散控制系统包括DCS机柜、智能型DCS机柜和DCS网络交换机；管理信息系统(MIS)包括MIS网络交换机、网络防火墙、实时数据库服务器、应用数据库服务器、关系数据库服务器和其它服务器；

机组分散控制系统和管理信息系统之间设有单向隔离网闸，机组分散控制系统通过单向隔离网闸连接管理信息系统；管理信息系统和上层网络之间设有网络防火墙，管理信息系统(MIS)通过网络防火墙连接上层网络(因特网)；

智能型DCS机柜上设有智能型控制器，智能型控制器上设置有功能模块和优化模块，智能型控制器用于完成机组优化控制，完成燃烧优化、吹灰优化、机组深度调峰、性能计算等包含模糊控制、神经网络控制的高级算法；可根据机组类别，直接调用控制器内的优化模块进行优化控制，且优化效果可直接作用于生产过程；智能型控制器的功能模块中设有专家系统，能够完成机器学习和数据挖掘，实现机组优化运行，寻求最优运行模式；功能模块可根据不同工况的参数进行按时间等规律的统计，根据电网负荷指令和机组出力等，并且根据专家判据最终得出优化结论；

管理信息系统(MIS)上设有扩展模块，扩展模块内置扩展软件。

作为优选，DCS机柜上设有数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全监控系统(FSSS)和控制器；控制器与数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)和炉膛安全监控系统(FSSS)均电连接；DCS机柜上的控制器和智能型DCS机柜上的智能型控制器均通过冗余接口连接至DCS网络交换机。、

作为优选，管理信息系统中的智能型控制器内置控制优化的功能模块和先进算法(包含神经网络算法、小波变换算法、模糊控制算法等复杂算法)并可根据工程运行需要进行优化升级；实时数据库服务器、应用数据库服务器、关系数据库服务器和其它服务器均挂接至MIS网络交换机，实现数据交换和存储。

作为优选，智能型DCS机柜上还设有通讯模块、电源模块和各类卡件。

作为优选，智能型控制器上的功能模块包括计算模块和控制模块，通过组态可实现各类控制算法，所述计算模块用于替代原本SIS系统的性能计算和监控算法，减少SIS硬件投资和软件投资。

作为优选，管理信息系统(MIS)上扩展模块内的扩展软件用于扩展管理信息系统(MIS)本身的统计能力和分析能力，SIS系统和管理信息系统(MIS)一体化的信息管理系统不再参与生产过程，仅从生产过程单向读取数据，增强网络安全；取消SIS系统，简化网络结构；减少SIS软硬件投资。

作为优选，公用及辅助分散控制系统的内部配置和部件连接情况与机组分散控制系统相同。

本发明的有益效果是：

相对于传统发电厂控制和监管系统，本发明采用内置各类复杂算法功能模块的智能型控制器。智能型控制器功能除了常规的PID控制外，内置各种优化算法模块，并通过机器学习、数据分析和挖掘功能，实现运行寻优。可实现优化算法，并通过机器学习、大数据挖掘，在生产控制层实现寻优控制，极大地增强了DCS的智能化。

外挂的独立于DCS系统、SIS系统的优化模块可直接内置于智能型控制器中；根据机组类别，本发明与生产过程相关的优化控制均在智能型控制器的优化模块中实现，且优化效果可直接作用于生产过程；所有生产过程的信息都在基于智能型控制器的管控一体化系统的统一控制平台存储、传输，形成闭环控制；并将实时生产过程数据经过物理隔离等安全措施单向传至MIS,满足管理信息系统的监管要求，提高发电厂运行的安全性和经济性。DCS不再有外挂非DCS厂商设备，所有与生产过程相关的信号仅在DCS网络传输，信号处理在DCS控制器内实现，信号安全性和稳定性得到保障；SIS的优化效果不再需要人工干预，通过计算模块和寻优控制后直接作用于生产过程；

本发明在机组分散控制系统(DCS)侧实现终端设备安全管理和数据安全防护，取消纯粹的SIS系统，管理信息系统(MIS)软硬件配置不变，在原有软件上进行功能开发，简化控制系统和信息管理系统，使网络框架更简洁、清晰，增强网络安全；在机组分散控制系统(DCS)和管理信息系统(MIS)之间设置单向隔离网闸，实现物理隔离。将SIS系统中与生产过程相关的控制优化逻辑、性能计算等功能下装至机组分散控制系统；将与管理相关的报表和考核功能上移至管理信息系统(MIS)，简化管控系统硬件配置；生产过程的实时数据由机组分散控制系统(DCS)传送至管理信息系统(MIS)，由管理信息系统(MIS)完成数据报表、指标统计、功能考核和实时预警等功能，并实现与集团信息中心的数据通讯和安全防护。

附图说明

图1为本发明提出的基于智能型控制器的管控一体化系统的架构图。

附图标记说明：DCS机柜1、智能型DCS机柜2、DCS网络交换机3、单向隔离网闸4、MIS网络交换机5、网络防火墙6、实时数据库服务器7、应用数据库服务器8、关系数据库服务器9、其它服务器10、机组分散控制系统11、公用及辅助分散控制系统12。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

为了解决现有信息系统存在的信息流不闭环、实时生产控制和管理脱节、依赖信息管理人员干预等缺陷，本发明提出一种基于智能型控制器的管控一体化系统。

实施例1：

如图1所示，一种基于智能型控制器的管控一体化系统，包括：机组分散控制系统11、管理信息系统(MIS)和公用及辅助分散控制系统12；机组分散控制系统11包括DCS机柜1、智能型DCS机柜2和DCS网络交换机3；管理信息系统(MIS)包括MIS网络交换机5、网络防火墙6、实时数据库服务器7、应用数据库服务器8、关系数据库服务器9和其它服务器10；

机组分散控制系统11和管理信息系统之间设有单向隔离网闸4，机组分散控制系统11通过单向隔离网闸4连接管理信息系统；管理信息系统和上层网络之间设有网络防火墙6，管理信息系统(MIS)通过网络防火墙6连接上层网络(因特网)；

智能型DCS机柜2上设有智能型控制器，智能型控制器上设置有功能模块和优化模块，智能型控制器用于完成机组优化控制，完成燃烧优化、吹灰优化、机组深度调峰、性能计算等包含模糊控制、神经网络控制的高级算法；可根据机组类别，直接调用控制器内的优化模块进行优化控制，且优化效果可直接作用于生产过程；智能型控制器的功能模块中设有专家系统，能够完成机器学习和数据挖掘，实现机组优化运行，寻求最优运行模式；功能模块可根据不同工况的参数进行按时间等规律的统计，根据电网负荷指令和机组出力等，并且根据专家判据最终得出优化结论；

管理信息系统(MIS)上设有扩展模块，扩展模块内置扩展软件。

DCS机柜1上设有数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)、炉膛安全监控系统(FSSS)和控制器；控制器与数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)、顺序控制系统(SCS)和炉膛安全监控系统(FSSS)均电连接；DCS机柜1上的控制器和智能型DCS机柜2上的智能型控制器均通过冗余接口连接至DCS网络交换机3。、

管理信息系统中的智能型控制器内置控制优化的功能模块和先进算法(包含神经网络算法、小波变换算法、模糊控制算法等复杂算法)并可根据工程运行需要进行优化升级；实时数据库服务器7、应用数据库服务器8、关系数据库服务器9和其它服务器10均挂接至MIS网络交换机5，实现数据交换和存储。

智能型DCS机柜2上还设有通讯模块、电源模块和各类卡件。

智能型控制器上的功能模块包括计算模块和控制模块，通过组态可实现各类控制算法，所述计算模块用于替代原本SIS系统的性能计算和监控算法，减少SIS硬件投资和软件投资。

管理信息系统(MIS)上扩展模块内的扩展软件用于扩展管理信息系统(MIS)本身的统计能力和分析能力，SIS系统和管理信息系统(MIS)一体化的信息管理系统不再参与生产过程，仅从生产过程单向读取数据，增强网络安全；取消SIS系统，简化网络结构；减少SIS软硬件投资。

公用及辅助分散控制系统12的内部配置和部件连接情况与机组分散控制系统11相同。

实施例2：

某新建电厂2×1000MW超超临界燃煤机组，两套单元机组控制网络DCS、一套辅助系统监控网络DCS，一套厂级监控系统SIS投资约400万元，另配置一套完整的管理信息系统MIS。

DCS硬件设备包括控制器、服务器、操作员站、工程师站、交换机、各类卡件等，SIS系统主要硬件设备包括数据采集机、数据库服务器、存储设备、核心交换机、硬件防火墙、工作站、值长站、客户机等，主要软件包括实时/历史数据库软件、SIS应用软件、综合报表模块、二次开发工具软件、入侵检测系统等。

若采用基于智能型控制器的管控一体化系统，单元机组DCS系统可选用2～3对冗余智能型控制器，其它控制器选用常规控制器，用于购置DCS智能型控制器增加的费用和软件功能的扩展，共需增加费用约80～120万元；MIS系统由于增加部分SIS系统功能，增加的数据库、应用软件等购置以及软件功能的扩展，共需增加费用约140万元；取消SIS系统节省400万元，综合至少可节省投资约140万元。

本实施例的最大优点在于采用了内置各类优化运行计算模块的智能型控制器，并将优化效果直接通过相应控制器作用于生产过程，增强了控制系统功能，提高了发电机组运行经济性、安全性和稳定性；同时极大地简化了大型发电厂信息系统网络架构，使网络更简洁、清晰，取消各种系统外挂模块，使网络安全性得到切实保证。