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[摘 要]本文根据电厂自动化的发展，分析了构建数字化电厂的可能及其意义。通过对电厂现有自动化水平的分析，提出了一个具有四层网络化结构的数字化电厂模型，并分析了构建数字化电厂所面临的总线以及网络方面的问题。
[关键词]数字化电厂；FCS；网络
中图分类号：M61T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0074-01
引言
数字化电厂的概念是二十世纪末期才开始出现，是在引进国外电厂设备和技术的过程中，伴随信息化技术革命和网络化技术的普及而引入，国内工程技术人员开始认识并进行研究。所谓数字化电厂可以理解为，通过采用先进的信息技术，实现生产和管理数字化，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成。可以为管理者及时提供过去和现在的数据，并能够预测未来和引导企业人员的工作。
建设数字化电厂的必要性，归纳起来有以下几点：
⑴发电企业面临全新的企业变革，企业成本、运营、售价等内部和外部竞争的加剧。
⑵电网对电源点提出的环保节能的需求，以及电厂自身开拓节能、环保、优化新发电方式，对自动化的新需求。
⑶大型电厂生产过程的复杂化，对自动化要求的提高。
⑷FCS，DCS，MIS，SIS以及三维技术的发展，促进了数字化电厂的实现。
1.电厂自动化系统分析
鉴于每个电厂的客观条件，可以有不同的数字化程度和范围的理解。一般的电厂自动化系统分为三个层次，最上层（第一层）是信息管理层，第二层是过程控制层，第三层是设备运行层。
第一层是信息管理层，功能包括厂级监控信息系统（SIS），厂级信息管理系统（MIS），决策支持系统（DSS），这是基于SIS、MIS之上功能软件，包含于SIS、MIS之中。
第二层是过程控制层，它包括锅炉、汽机、发电机主厂房控制系统和辅助车间集中网络化的辅助车间控制系统，主要完成对设备层实时数据的采集、转换和存储，监视、操作及控制它所侧重的是监视和操作。形成SIS/MIS所需的数据信息，通过这里上传。
主厂房控制系统一般都采用分散控制系统（DCS）来实现，硬件包括操作员站、工程师站、打印机、历史站、多功能处理器、通讯处理器、I/O卡件（远程I/O）、现场总线等，功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、开关量控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字电液控制系统（DEH）、给水泵汽机数字电液控制系统（MEH）等。
辅助车间控制系统是一个全厂小车间控制系统联网的网络控制系统，可以采用DCS来实现，也可以采用程序控制器加个人计算机（PLC+PC）来实现，但是采用DCS完成电厂辅助车间控制比PLC+PC更易实现全厂控制系统一体化配置，更加便于自动化管理，实现全厂管控一体化。火电厂的机炉电主机控制毫无例外地采用DCS，如果全厂辅助车间控制系统同样采用DCS实现，全厂控制系统的联网集中操作控制就不存在任何技术问题。
第三层次是设备运行层，它包括现场被控对象，如电动机开关柜、电动门配电箱、压力、差压变送器、温度热电阻、热电偶、液位变送器、流量变送器、分析仪表变送器等，它们把过程参量转换成国际标准电流、电压信号送进DCS、PLC，或者采用标准数字总线方式直接把数字量信号送进DCS、PLC，从而满足运行人员对机组的监控要求和满足厂级管理人员对全厂生产、行政管理要求。
2.一种数字化电厂的构想
根据目前电厂的自动化水平，结合各种数字化电厂模型特点，笔者提出了一种具有四层网络结构的数字化电厂模型，如图1.所示：
整个数字化电厂的支持系统采用：⑴数据库支持系统。以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库，通过对各类数据进行分析、提炼、集成，为分析和决策提供支持。⑵计算机网络支持系统。以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术，结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术。
3.面对的问题
建立起数字化电厂的模型后，模型的各层在具体实施中会遇到面临一些问题，主要归纳起来有以下几个方面：
3.1 FCS应用
FCS应用延伸至大容量电厂机组级控制，应重点考虑下列原则。
⑴采用主流现场总线标准
现场总线国际标准已由当初制订单一现场总线国际标准的初衷，扩大为8种，进而又扩充至为15种。多标准实际上就是没有标准，但在现阶段它们又是共存的现场总线国际标准。
在诸多标准中，适用于过程控制的现场总线标准是：FF（Foundation fieldbus）和Profibus两主流现场总线标准。其理由是：一方面这一两总线标准的开发基础分别为DCS和PLC（DCS和PLC皆是针对过程控制；另一方面这两总线标准的市场份额大，而且配套产品相对齐全[3]。
⑵重要控制与安全回路暂不考虑采用FCS。
3.2 网络方面
FCS，DCS，SIS，MIS以及INTERNET互联后，每个功能网络都不是单一的孤网运行，这就对网络的传输能力，抗干扰能力，以及网络安全方面提出了更高的要求。要确保DCS，FCS网络的绝对安全运行，保证控制信号来源的唯一性。对于网络传输来说，要保证信号的延时在允许的范围内，也就是保证控制信号的及时性。
4.结束语
实现数字化电厂技术创新，是一项庞大的系统工程，需要各个层次技术人员的不懈努力，把面对的问题逐一解决，打造数字电厂，信息电厂，绿色电厂。SIS和MIS已经为企业提供了一个综合管控数字平台，如果进一步实现现场设备的数字化，可继续提高运行安全的可靠性，适应现代化要求，减少成本，降低工程费用。因此，电厂的社会效益和经济效益是否能最大化和全面数字化电厂的是否能实现是息息相关的，全面数字化电厂的实现将是电力企业在社会经济市场改革中应对经济危机、能源危机、环境危机的历史性标志。
参考文献
[1] 侯子良，潘钢.建设数字化电厂示范工程，加快火电厂信息化进程[J].中国电力，2005.2：78-80.
[2] 章素华.构建数字化电厂的技术思考[J].华电技术，2008.7：32-36.
[3] 侯子良.推广应用现场总线，全面实现火电厂数字化[J].中国电力，2004.37（3）：72-75.
[关键词]数字化电厂；FCS；网络
中图分类号：M61T2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0074-01
引言
数字化电厂的概念是二十世纪末期才开始出现，是在引进国外电厂设备和技术的过程中，伴随信息化技术革命和网络化技术的普及而引入，国内工程技术人员开始认识并进行研究。所谓数字化电厂可以理解为，通过采用先进的信息技术，实现生产和管理数字化，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成。可以为管理者及时提供过去和现在的数据，并能够预测未来和引导企业人员的工作。
建设数字化电厂的必要性，归纳起来有以下几点：
⑴发电企业面临全新的企业变革，企业成本、运营、售价等内部和外部竞争的加剧。
⑵电网对电源点提出的环保节能的需求，以及电厂自身开拓节能、环保、优化新发电方式，对自动化的新需求。
⑶大型电厂生产过程的复杂化，对自动化要求的提高。
⑷FCS，DCS，MIS，SIS以及三维技术的发展，促进了数字化电厂的实现。
1.电厂自动化系统分析
鉴于每个电厂的客观条件，可以有不同的数字化程度和范围的理解。一般的电厂自动化系统分为三个层次，最上层（第一层）是信息管理层，第二层是过程控制层，第三层是设备运行层。
第一层是信息管理层，功能包括厂级监控信息系统（SIS），厂级信息管理系统（MIS），决策支持系统（DSS），这是基于SIS、MIS之上功能软件，包含于SIS、MIS之中。
第二层是过程控制层，它包括锅炉、汽机、发电机主厂房控制系统和辅助车间集中网络化的辅助车间控制系统，主要完成对设备层实时数据的采集、转换和存储，监视、操作及控制它所侧重的是监视和操作。形成SIS/MIS所需的数据信息，通过这里上传。
主厂房控制系统一般都采用分散控制系统（DCS）来实现，硬件包括操作员站、工程师站、打印机、历史站、多功能处理器、通讯处理器、I/O卡件（远程I/O）、现场总线等，功能包括数据采集（DAS）、模拟量控制（MCS）、开关量控制（SCS）、锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）、汽机数字电液控制系统（DEH）、给水泵汽机数字电液控制系统（MEH）等。
辅助车间控制系统是一个全厂小车间控制系统联网的网络控制系统，可以采用DCS来实现，也可以采用程序控制器加个人计算机（PLC+PC）来实现，但是采用DCS完成电厂辅助车间控制比PLC+PC更易实现全厂控制系统一体化配置，更加便于自动化管理，实现全厂管控一体化。火电厂的机炉电主机控制毫无例外地采用DCS，如果全厂辅助车间控制系统同样采用DCS实现，全厂控制系统的联网集中操作控制就不存在任何技术问题。
第三层次是设备运行层，它包括现场被控对象，如电动机开关柜、电动门配电箱、压力、差压变送器、温度热电阻、热电偶、液位变送器、流量变送器、分析仪表变送器等，它们把过程参量转换成国际标准电流、电压信号送进DCS、PLC，或者采用标准数字总线方式直接把数字量信号送进DCS、PLC，从而满足运行人员对机组的监控要求和满足厂级管理人员对全厂生产、行政管理要求。
2.一种数字化电厂的构想
根据目前电厂的自动化水平，结合各种数字化电厂模型特点，笔者提出了一种具有四层网络结构的数字化电厂模型，如图1.所示：
整个数字化电厂的支持系统采用：⑴数据库支持系统。以关系数据库和实时数据库为基础的面向数据主题的电厂数据仓库，通过对各类数据进行分析、提炼、集成，为分析和决策提供支持。⑵计算机网络支持系统。以ATM和千兆以太网为代表的先进组网技术，结合系统-网络-终端三级安全策略、目录管理统一认证等先进技术。
3.面对的问题
建立起数字化电厂的模型后，模型的各层在具体实施中会遇到面临一些问题，主要归纳起来有以下几个方面：
3.1 FCS应用
FCS应用延伸至大容量电厂机组级控制，应重点考虑下列原则。
⑴采用主流现场总线标准
现场总线国际标准已由当初制订单一现场总线国际标准的初衷，扩大为8种，进而又扩充至为15种。多标准实际上就是没有标准，但在现阶段它们又是共存的现场总线国际标准。
在诸多标准中，适用于过程控制的现场总线标准是：FF（Foundation fieldbus）和Profibus两主流现场总线标准。其理由是：一方面这一两总线标准的开发基础分别为DCS和PLC（DCS和PLC皆是针对过程控制；另一方面这两总线标准的市场份额大，而且配套产品相对齐全[3]。
⑵重要控制与安全回路暂不考虑采用FCS。
3.2 网络方面
FCS，DCS，SIS，MIS以及INTERNET互联后，每个功能网络都不是单一的孤网运行，这就对网络的传输能力，抗干扰能力，以及网络安全方面提出了更高的要求。要确保DCS，FCS网络的绝对安全运行，保证控制信号来源的唯一性。对于网络传输来说，要保证信号的延时在允许的范围内，也就是保证控制信号的及时性。
4.结束语
实现数字化电厂技术创新，是一项庞大的系统工程，需要各个层次技术人员的不懈努力，把面对的问题逐一解决，打造数字电厂，信息电厂，绿色电厂。SIS和MIS已经为企业提供了一个综合管控数字平台，如果进一步实现现场设备的数字化，可继续提高运行安全的可靠性，适应现代化要求，减少成本，降低工程费用。因此，电厂的社会效益和经济效益是否能最大化和全面数字化电厂的是否能实现是息息相关的，全面数字化电厂的实现将是电力企业在社会经济市场改革中应对经济危机、能源危机、环境危机的历史性标志。
参考文献
[1] 侯子良，潘钢.建设数字化电厂示范工程，加快火电厂信息化进程[J].中国电力，2005.2：78-80.
[2] 章素华.构建数字化电厂的技术思考[J].华电技术，2008.7：32-36.
[3] 侯子良.推广应用现场总线，全面实现火电厂数字化[J].中国电力，2004.37（3）：72-75.