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杭州和利時自動化有限公司智能工廠業務部高級方案工程師費盼峰

和利時作為民族自動化企業的領軍者，專注于自動控制、信息化、工業互聯網、大數據、智慧城市等方面的技術研究和應用探索。經過20余年實踐，和利時已成功開發出具有自主知識產權的DCS和PLC工業控制系統、智能仿真測試系統和生產管理軟件系統，并大力發展基于工業互聯網的智能工廠數據集成平臺，成為業內領先的兩化融合一體化解決方案供應商。電力能源行業一直是和利時的重要業務領域之一，近年來，和利時持續關注電力行業的發展，不僅為行業發展提供具有競爭力的產品，更針對不同客戶新的需求、更高的標準，提供先進、優質的整體解決方案，深受用戶信賴。本期記者采訪了杭州和利時自動化有限公司智能工廠業務部高級方案工程師費盼峰，傾聽和利時對于電力能源行業發展及未來趨勢的解讀。

自動化博覽：和利時在電力能源行業提供的主要產品有哪幾類？

費盼峰：面向新一代的數字化、信息化電廠建設，和利時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、優化控制系統HOLLiASAPC、制造執行系統MES、和利時電氣儀表等產品實現電站鍋爐、汽輪機、輔機、脫硫、脫硝、熱力網等全流程主設備和輔助設備的控制、保護和運營優化。

自動化博覽：和利時在電力能源行業的競爭優勢體現在哪些方面？

費盼峰：作為國內領先的自動化與信息技術解決方案供應商，和利時結合十幾年的系統開發應用經驗和國際主流DCS的系統功能，推出了HOLLiAS-MACS系統。該系統作為一套先進技術水平的DCS產品，具有信息化、混合控制、分散化、開放性和高可靠性等特點，已在電站控制工程領域得到了廣泛應用。近年來已在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，實現了國產DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應用。

和利時一直將電力能源行業視為最重要的業務領域之一，持續關注電力行業的發展，和利時的全廠一體化、孤網運行、燃燒優化、機組一鍵啟停、現場總線控制及智能儀表設備管理等先進解決方案均得到了良好的應用。
和利時致力于不斷提升客戶的生產效率和產品品質，并保障企業的生產安全和降低環境污染。通過“集團化、產品化、國際化”的發展戰略，搭建高效的集團管理平臺，開發國際領先的自主技術和產品平臺，全面推進國際化，實踐“用自動化改進人們的工作、生活和環境”的企業宗旨。

自動化博覽：您如何看待當下電力行業的信息安全問題？對此，和利時可提供哪些行之有效的產品或解決方案？

費盼峰：近年來，“互聯網+”以及網絡強國等國家戰略的深入推進實施，信息技術和互聯網的飛速發展，隨之而來的病毒、木馬、惡意攻擊對工業控制系統的安全存在巨大威脅。全球能源互聯，電網的規模不斷擴大，復雜性增加，電網事故的影響范圍更廣，程度更深。鑒于此，防范和抵御網絡攻擊，需要對四個核心問題深入研究：一是構建“防火墻”，確保電網安全運行；二是健全網絡與信息安全防護體系；三是嚴格遵循國家發改委2014年14號令《電力監控系統安全防護規定》、國家能源局《關于印發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、企業相關網絡安全要求升級，優化信息安全頂層設計，建立健全全生命周期安全管理體系，嚴格落實網絡隔離措施，深化智能可信技術手段，完善網絡安全基礎設施，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。

和利時可提供以下信息安全產品：

（1）網絡安全隔離網關HH800GS

該產品通過公安部認證，采用雙CPU架構設計，內嵌通訊白名單，通過物理開關控制數據流向，并具有低功耗、全封閉特點，可適應工業現場復雜環境。單網關數據處理能力大于35,000點/秒，單網關遠程操作站帶載能力大于64。該產品可作為電力生產網絡與管理及辦公網絡的有效隔離，在生產網絡邊界作為數據遠程傳輸的硬件載體，并有效阻斷對生產網絡的惡意攻擊。

（2）計算機防病毒卡HH800K

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

此外，和利時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，實現貫穿設計、運行、服務等全生命周期的主動防御體系方案。

精彩案例

和利時智能熱網解決方案助力供熱運營企業節能提效

1  項目介紹

隨著環保要求的不斷提高，城市集中供暖小鍋爐逐漸被關停，熱網接入成為城市的主干網，由熱電聯產機組大型熱源廠或專業熱力公司負責熱網系統的生產運營。隨著熱網的不斷擴增，集中供熱系統變得更加復雜，給熱網在運行調節上帶來了重重困難。

一方面，熱網遍布廣泛，用戶規模龐大且類型眾多，建筑的熱特性、環境的變化、熱網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，由于熱網的特殊性，任何一處支路的調節，會對其它支路造成影響。當大量支路同時投入自動調節時，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。

和利時通過對熱網生產運行企業進行調研，研制出具有自主知識產權的供熱負荷計算、水力平衡控制模型與評價方法，形成智能熱網解決方案中的核心產品，可應用于大型集中供熱熱網的實際生產運行，為企業帶來可觀的經濟效益。

2 項目實施

和利時智能熱網解決方案旨在基于實用的原則提出行之有效的方案，從當前大型熱網運行調節中的決策、執行、評價三個主要環節入手，提供相應的產品，解決由于外部環境影響、管網結構復雜及回路間干擾帶來的調節控制困難問題，助力供熱運營企業提高生產運行效率，提升節能水平。

圖1 決策、執行、評價三個主要環節

2.1 技術難點分析

2.1.1 供熱負荷計算的難點

熱網的調度任務決策系統的核心是計算當前及未來規定時間內系統所需的熱負荷，只有準確計算出熱負荷，才能進一步分解、調節控制目標，下發至執行層執行。若負荷計算不準確將造成能源浪費或欠供而導致供熱質量下降。

當前，集中供熱的負荷通常是根據環境溫度計算獲得，未考慮建筑物熱惰性對實時負荷的影響。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。由于太陽輻射的存在，建筑物的熱量增加，所需的供熱實時負荷會相應減少。如圖2、3所示。

圖2 典型日受太陽輻射影響建筑物各面供熱量下降比例

圖3 典型日受太陽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。

2.1.2 熱網負荷調節目標控制執行的難點

熱網系統是由數量龐大的管段串聯或并聯組成，任一管段或支路的調節變化，都將引起整個系統阻力狀況的變化，從而影響各支路的流量變化。換熱站自動化改造后，一次網各支路通常裝有流量調節裝置及控制器，各支路通過控制器調節此裝置以實現所需的供回水溫度。溫度的調節本質上是對一次網流量的調節，目前普遍采用常規PID控制器進行自動調節。熱網中大量支路投入自動后，各支路的控制目標變化時，自主調節系統平衡被打破，系統會產生長時間的擾動甚至震蕩，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支路間控制目標改變而引起的系統失穩現象。由于管網阻力特性，當系統從一個平衡態切換到另一個態的過程中，任何支路的擾動都會對其它支路產生影響。當系統由幾十甚至上百個支路組成時，系統的控制調節顯然會更加困難。

圖4 帶二支路的管網流量PID控制仿真模型

圖5 帶二支路的管網流量調節流量震蕩仿真

2.1.3 供熱大數據實時評價計算的難點

對于大型的熱網，其接帶面積達到幾百萬甚至千萬平米，覆蓋城市各地區。熱網產生的實時工藝數據量巨大，實時評價系統要求對熱網的能耗、室溫、控制的效果等進行流式計算及任意指定時間段內的追溯、分析及快速查詢。但由于熱網系統傳感及計量網絡是異構，既有光纖網絡、也有3G、2G網絡，從傳感器到達系統的采集時間往往產生亂序，常常會發現滯后的數據收集，從而給數據的存儲及數據處理帶來不便。與此同時，對于實時控制效果、能耗的評價，系統必須連續計算成千上萬的計量及傳感器的數據，進行必要的長期存儲，這些計算既包括一些簡單的聚合，同時也有一些復雜的供熱專業計算。

2.2 關鍵技術研究

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

2.2.2 基于模型的熱網系統平衡調節控制算

法及相關控制策略的研究主要通過運用水力計算分析與數據挖掘技術相結合，構建熱網水力平衡調節在線模型，并與熱網SCADA系統進行數據通訊，通過模型的預測仿真進行控制參數的優化，最終實現平衡控制，控制目標的達成。

2.2.3 基于時序數據庫等技術的實時評價系統研究

利用時序數據庫技術及分布式流式計算框架對海量傳感及計量數據進行計算處理，包括數據的聚合，以及不同空間不同時間段內的室溫、水量、電量、熱量等實時評價指標的計算、存儲及實時動態窗口的數據查詢。

2.3 項目創新點

本項目提供了一套從熱網運行控制目標決策、執行到效果評價的完整解決方案。考慮太陽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相結合，構建熱網平衡控制模型實現平衡控制，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時評價。

3 效益分析

和利時智能熱網解決方案基于底層對集中供熱網自動化改造之上進行部署，投運后，能起到明顯的節能降耗效果，為直供電廠或供熱企業帶來顯著的經濟效益。

2016～2017年采暖季，某熱力公司對該產品在熱網系統上試用。試運行后，能耗明顯降低，用戶投訴率大幅減少。運行一段時間后，和利時通過能耗分析系統對節能情況進行評估與分析，經過初步測算，正常投入運行后，按該熱力公司現有接帶的1000萬m2供熱面積計算，使2016～2017年供熱季實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，一個采暖季至少可節約熱量66萬GJ，每年可節標煤約2.6萬t，實現減排CO 2為6.7萬t， SO2為622t，NOX為181t，粉塵為1.8萬t，為集中供熱的發展和節能減排事業做出突出貢獻。

摘自《自動化博覽》2018年9月刊