CN203720605U - 对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，包括：至少两种不同类型的数据接口，用于与不同分散控制系统DCS进行数据交互；与所述数据接口连接，用于通过所述数据接口接收或发送DCS数据的控制设备。本实用新型实施例解决了现有技术中对DCS的协调控制品质进行优化的方式无法对多种DCS都适用的技术问题，达到了使对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统可以兼容不同类型的DCS的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及控制领域，特别涉及一种对分散控制系统（Distributed ControlSystems，DCS）的协调控制品质进行优化的设备系统。
背景技术
火力发电厂协调控制系统是对火力电厂的锅炉、汽机、发电机这三大主机和重要辅机联合控制的统称。火力发电厂协调控制系统是机组实现高度自动化的核心，该系统控制品质的高低直接决定了机组的自动化水平。现有常规的协调控制系统能够实现机组的自动控制，但是由于机组类型的不同，同一协调控制系统的控制品质参差不齐，特别是对于大惯性、大时滞的锅炉控制品质不是很理想。随着国民经济和工业产业的发展，对于供电品质的要求日趋严格。
目前常用的对火力发电厂进行协调优化控制的方式主要有以下两种：
1）以PROFI为代表的协调优化控制系统，PROFI控制模块是专门为电厂设计，用来提高发电机组的稳定性和经济性的一种控制策略，在实时控制层面上，PROFI基于模块化设计，主要的模块包括：带预测的新机组协调模块、自学习的温度控制模块等模块。模块之间既相互独立，又可灵活搭配，可以根据电厂的实际情况使用其中一个或多个模块。
PROFI运算功能通过预先开发设计的模件来完成，模件通过控制系统接口接收机组运行的一些重要测量信号（例如：温度、流量、压力及执行器阀位等）和主控制回路的实际整定参数，这种处于模件和过程控制系统之间的接口是通过总线通讯方式来实现的。位于模件中的PROFI控制软件采集上述信息，用于观测机组的动态特性，然后计算出设定值的动态校正值，然后再将该校正值送回到过程控制系统，与原先的设定值进行叠加。
2）以增强DCS中的软件功能为代表的协调优化方式。大部分DCS厂家通过开发自身的DCS的软件，增强其软件功能，以实现诸如，模糊控制、预测控制等高级算法。
然而，上述两种方式都存在不足的地方：PROFI方案中其应用对象主要是特定的DCS，对于其他DCS应用存在一定的局限性；以增强DCS中的软件功能为代表的优化方式由于其主要应用在自身的DCS中，无法在其他DCS中得到有效的应用。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，以达到兼容多种不同类型的DCS的目的。
本实用新型实施例提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，包括：至少两种不同类型的数据接口，用于与不同DCS进行数据交互；与所述数据接口连接，用于通过所述数据接口接收或发送DCS数据的控制设备。
在一个实施例中，所述数据接口包括如下至少两种不同类型：应用程序编程接口API、用于过程控制的对象连接与嵌入OPC通信接口、Modbus接口、输入输出IO卡件硬接线接口。
在一个实施例中，所述IO卡件硬接线接口包括：模拟量输入卡件AI和模拟量输出卡件AO；或者，所述IO卡件硬接线接口包括：开关量输入卡件DI和开关量输出卡件DO。
在一个实施例中，所述控制设备包括：与所述数据接口连接，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发的交换机；与所述交换机连接，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理的控制芯片。
在一个实施例中，所述交换机包括：主交换机，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发；冗余交换机，用于在主交换机故障时，对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发。
在一个实施例中，所述控制芯片包括：主控制芯片，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理；冗余控制芯片，用于在主控制芯片故障时，对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理。
在上述实施例中，提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，在该设备系统中设置有至少两种不同类型的数据接口，用于与不同DCS进行数据交互，以及与所述数据接口连接，用于通过所述数据接口接收或发送DCS数据的控制设备。由于在该对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统中设置了至少两种类型的数据接口，从而使得该设备系统可以兼容不同类型的DCS，从而解决了现有技术中对DCS的协调控制品质进行优化的方式无法对多种DCS都适用的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：
图1是本实用新型实施例的对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统的结构示意图；
图2是本实用新型实施例的对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统的具体结构示意图；
图3是本实用新型实施例的对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统的具体结构示意图；
图4是本实用新型实施例的对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统的具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。
本实用新型实施例提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，如图1所示，设置有至少两种不同类型的数据接口101，用于与不同DCS102进行数据交互；以及与数据接口101连接，用于通过数据接口101接收或发送DCS数据的控制设备103。
在上述实施例中，提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，在该设备系统中设置有至少两种不同类型的数据接口，用于与不同DCS进行数据交互，以及与所述数据接口连接，用于通过所述数据接口接收或发送DCS数据的控制设备。由于在该对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统中设置了至少两种类型的数据接口，从而使得该设备系统可以兼容不同类型的DCS，从而解决了现有技术中对DCS的协调控制品质进行优化的方式无法对多种DCS都适用的技术问题。
考虑到DCS接口的多样化，上述的与DCS进行数据交互的接口可以包括如下至少两种不同类型：应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）、用于过程控制的对象连接与嵌入（OLE for Process Control，OPC）通信接口、Modbus接口、输入输出（Input Output，IO）卡件硬接线接口。
对于上述的IO卡件硬接线接口主要就是通过模拟量（例如高低电平）的方式或者是开关量（例如0和1的方式）的方式来实现数据传输的接口方式，这种方式主要是硬接线方式，在一个实施例中，上述IO卡件硬接线接口包括：模拟量输入卡件AI和模拟量输出卡件AO；或者，IO卡件硬接线接口包括：开关量输入卡件DI和开关量输出卡件DO。
对于上述的控制设备103，如图2所示，包括：与上述数据接口101连接，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据的交换机201；和与所述交换机201连接，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理的控制芯片202。
为了保证对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统中一段网络或交换机出现问题时，不会导致整个设备系统的崩溃，以保证设备系统的安全运行，可以采用冗余策略在设备系统中设置冗余的交换机和控制芯片，在一个实施例中，如图3所示，交换机201包括：主交换机301，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发；冗余交换机302，用于在主交换机故障时，对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发；控制器202包括：主控制芯片303，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理；冗余控制芯片304，用于在主控制芯片故障时，对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理。
在上述各个实施例中，上述对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统用于对燃煤火力发电厂协调控制系统进行控制品质优化。
下面结合一个具体的实施例对本实用新型上述的对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统进行具体描述。
在本例中，对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统中提供了多种接口方式与DCS进行数据交互，从而使得本例中的设备系统可以根据DCS类型的不同采用不同的数据传输方式，将数据传输至对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统的设备系统。在实施过程中，对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统接收的DCS的数据主要有：主汽压力、主汽温度、风量、煤量、给水流量、功率等，对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统在接收到这些参数数据后可以通过预测等高级算法，计算得到控制信号的增量，然后再通过上述数据接口将增量数据回传至DCS中，与原有的控制变量融合后得到最终的控制信号，最终实现对火力发电厂的主辅机设备的控制。
为了使得上面的硬件结构的作用更为清楚，下面将从硬件和以硬件中的功能实现两个方面进行具体说明：
为广泛适应不同DCS接口的要求，在本实施例中采用了不同的硬件接口方式。如图4所示，为了简化说明，在本例中将对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统简称为优化系统，在如图4所示的优化系统中，通过OPC方式（主要是与DCS中的OPC服务器进行数据交互）、原有DCS开放的API接口方式（通过原有的DCS开放通信协议与DCS中的通信服务器进行数据交互）、Modbus方式以及IO硬接线方式中的一种或多种与原DCS进行数据交互。
对于如图4所示的优化系统，主要包括以下硬件物理结构：
1）控制设备，为了提高优化系统的可靠性和稳定性，控制设备中的所有硬件结构中都可以采用冗余设计，为了提高优化系统的适应性和开放性，如图4所示，控制设备中包含一对冗余的数据交换机和一对冗余的控制器，其中，该控制器所实现的功能可以是通过控制芯片实现的。对于由监控设备下发的数据和指令通过冗余的数据交换机与控制器进行交互，因为采用了双重网络冗余，如果其中一段网络或交换机出现故障，并不会导致系统的崩溃，保证了系统的安全运行。冗余的控制器对通过数据接口传输过来的数据，按照一定算法进行处理后得到控制数据，最后通过数据接口将处理后的数据输出，发送给DCS。对于上述一对冗余的控制器在某一时刻只有一个控制器作为“主控制器”工作，以完成数据的计算和输出，另一个作为“备控制器”工作，实时备份“主控制器”的数据并监视其工作状态，当检测到“主控制器”出现问题时，即可立刻切换到由“备控制器”进行工作负责数据的计算和输出，从而保证系统的安全运行。
2）数据接口，包括：IO卡件、Modbus通信模件、OPC通信模件以及原DCS开发的API接口，数据接口主要与原DCS进行数据交互，满足不同DCS的数据传输要求。其中，IO卡件可以包括AI（模拟量输入卡件）、AO（模拟量输出卡件）、DI（开关量输入卡件）以及DO（开关量输出卡件）。
为了对上述控制设备进行，图4中还设置有监控设备，在监控设备中可以包含有工程师所用的计算机设备、操作员所用的计算机设备和用于存储历史数据的存储器，其中，工程师所用的计算机设备可以完成逻辑控制回路的设计和实现，用于控制设备的工作方式进行控制和管理；操作员所用的计算机设备可以完成对工艺过程的操作和监控；存储历史数据的存储器主要用于保存监控数据和控制数据。
在图4所示的优化系统中的控制芯片可以实现以下功能：
在试验方法和机理分析可以得到火力发电厂的主汽压力、功率和温度的理论模型，将得到的理论模型作为优化系统中控制芯片的初始化参数。在上述优化系统与DCS相连进行数据交互后，优化系统根据DCS通过接口传来的实时数据（例如实际工况的主汽压力、实时功率以及与设定值之间的偏差）修正理论模型，从而保证构建的模型的精确性和可靠性，以便为后端动态参数的分配提供较为精确的数据。具体的，优化系统中的控制芯片可以实现以下功能：
1）动态参数分配功能，接收根据实际工况修正后的模型，通过评估和预测算法，实时修正后端的压力预测模型和功率预测模型。根据实际负荷的不同，一般可以划分为50%Pe-66.7%Pe、66.7%Pe-83.3%Pe、83.3%Pe-100%Pe三个负荷段，分别对这三个负荷段进行参数修正。
2）主汽压力预测功能，用于根据负荷段的不同接收来压力模型的修正数据，同时通过比较主汽压力设定Ps与实际主汽压力Pt之间的偏差计算得到控制数据，将得到的控制数据输出到原DCS中作为燃料控制器的修正数据。同时，经过变换形成对锅炉风烟控制系统的修正数据，并将变换后的数据分别送至总风量控制系统和一次风压控制系统。
3）直接功率控制（Direct Power Control，DPC）功率预测功能，通过计算给定功率N0和实际功率N之间的偏差，计算得到控制数据，同时接收动态参数分配在不同负荷段对其控制器的参数修正，并设计了针对电网考核和管理规定设计的自动发电量控制（Automatic Generation Control，AGC）动态补偿功能，在变负荷期间对其进行必要的修正，提高了机组变负荷的适应性和有效性。
4）一次调频控制功能，该一次调频控制功能是基于智能预测的，根据电网频率的变化智能地调节DPC控制器的设定和输出给定，从而适应不同频率变化对于机组控制的要求。
5）动态煤量燃值修正功能，该动态煤量燃值修正功能是基于能量守恒的，在主要参数变动之前，用于实时动态比较燃料的变化，在负荷变动过程中实时修正燃料变化量，同时修正总风量和一次风压控制系统的变化量，从而提高锅炉燃烧过程对于煤种变化的适应性。
在图4所示的优化系统中，利用预测控制理论解决了火力发电厂协调控制系统难以解决的针对大惯性、大滞后锅炉特性难以适应电网调频调峰要求的问题，提高了机组的变负荷能力和适应性，提高了机组各项指标的调节性能，同时满足了火电机组对于不同煤种的适应性。具有对不同DCS的接口设计，使得任何DCS都能有效接入。硬件设计采用冗余设计的方式，保证了系统的安全运行，同时优化系统与DCS接入数据的类型为增量型，当优化系统切除时不会对原系统带来安全隐患。
该优化系统在保证机组安全运行的基础上，利用预测控制理论设计出针对现有工况的功能，使机组在负荷快速跟随的情况下，压力尽量保持稳定，保证全程AGC时负荷响应快速稳定，提高了机组对于AGC指令的相应能力，满足了电网调峰调频的要求，同时满足了机组的经济性要求。
在使用图4所示的优化系统对DCS的协调控制品质进行优化时，主要包括以下几步：
1）完成对于优化系统的安装和调试，以及软件设计和组态、下装。
2）机组正常运行，在原有的DCS协调控制切除的条件下，对锅炉、汽机进行对象特性试验，运用机理建模和试验分析建立对象模型。
3）根据对象模型初步整定各个控制器参数。
4）系统试投入试验。
5）机组正常运行，在50%额定负荷、66.7%额定负荷、83.3%额定负荷、90%额定负荷、100%额定负荷分别进行系统参数的整定试验。
6）机组正常运行，进行连续变负荷试验。
从以上的描述中，可以看出，本实用新型实施例实现了如下技术效果：提供了一种对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统，在该系统中设置有至少两种与DCS进行数据交互的接口，和与所述至少两种与DCS进行数据交互的接口连接，用于通过所述至少两种与DCS进行数据交互的接口中的接口接收或者发送DCS数据的控制层设备。由于在该对DCS的协调控制品质进行优化的设备系统中设置了至少两种与DCS进行数据交互的接口，从而使得该系统可以兼容不同类型的DCS，从而解决了现有技术中对DCS的协调控制品质进行优化的方式无法对多种DCS都适用的技术问题。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于，包括：
至少两种不同类型的数据接口，用于与不同分散控制系统DCS进行数据交互；
与所述数据接口连接，用于通过所述数据接口接收或发送DCS数据的控制设备。
2.如权利要求1所述的对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于，所述数据接口包括如下至少两种不同类型：应用程序编程接口API、用于过程控制的对象连接与嵌入OPC通信接口、Modbus接口、输入输出IO卡件硬接线接口。
3.如权利要求2所述的对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于：
所述IO卡件硬接线接口包括：模拟量输入卡件AI和模拟量输出卡件AO；
或者，所述IO卡件硬接线接口包括：开关量输入卡件DI和开关量输出卡件DO。
4.如权利要求1所述的对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于，所述控制设备包括：
与所述数据接口连接，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发的交换机；
与所述交换机连接，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理的控制芯片。
5.如权利要求4所述的对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于，所述交换机包括：
主交换机，用于对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发；
冗余交换机，用于在主交换机故障时，对通过所述数据接口接收或发送的DCS数据进行分发。
6.如权利要求4所述的对分散控制系统的协调控制品质进行优化的设备系统，其特征在于，所述控制芯片包括：
主控制芯片，用于对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理；
冗余控制芯片，用于在主控制芯片故障时，对所述交换机分发的DCS数据进行运算处理。
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Granted publication date: 20140716 |
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