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杭州和利時自動化有限公司智能工廠業(yè)務(wù)部高級方案工程師費盼峰

和利時作為民族自動化企業(yè)的領(lǐng)軍者，專注于自動控制、信息化、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、智慧城市等方面的技術(shù)研究和應(yīng)用探索。經(jīng)過20余年實踐，和利時已成功開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DCS和PLC工業(yè)控制系統(tǒng)、智能仿真測試系統(tǒng)和生產(chǎn)管理軟件系統(tǒng)，并大力發(fā)展基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的智能工廠數(shù)據(jù)集成平臺，成為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的兩化融合一體化解決方案供應(yīng)商。電力能源行業(yè)一直是和利時的重要業(yè)務(wù)領(lǐng)域之一，近年來，和利時持續(xù)關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展，不僅為行業(yè)發(fā)展提供具有競爭力的產(chǎn)品，更針對不同客戶新的需求、更高的標(biāo)準(zhǔn)，提供先進、優(yōu)質(zhì)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(yè)務(wù)部高級方案工程師費盼峰，傾聽和利時對于電力能源行業(yè)發(fā)展及未來趨勢的解讀。

自動化博覽：和利時在電力能源行業(yè)提供的主要產(chǎn)品有哪幾類？

費盼峰：面向新一代的數(shù)字化、信息化電廠建設(shè)，和利時推出了分布式控制系統(tǒng)HOLLiASMACS、汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（T800S/T800F）、仿真系統(tǒng)HOLLiASSimuPlant、設(shè)備管理系統(tǒng)HOLLiASAMS、安全儀表系統(tǒng)HiaGuard、優(yōu)化控制系統(tǒng)HOLLiASAPC、制造執(zhí)行系統(tǒng)MES、和利時電氣儀表等產(chǎn)品實現(xiàn)電站鍋爐、汽輪機、輔機、脫硫、脫硝、熱力網(wǎng)等全流程主設(shè)備和輔助設(shè)備的控制、保護和運營優(yōu)化。

自動化博覽：和利時在電力能源行業(yè)的競爭優(yōu)勢體現(xiàn)在哪些方面？

費盼峰：作為國內(nèi)領(lǐng)先的自動化與信息技術(shù)解決方案供應(yīng)商，和利時結(jié)合十幾年的系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗和國際主流DCS的系統(tǒng)功能，推出了HOLLiAS-MACS系統(tǒng)。該系統(tǒng)作為一套先進技術(shù)水平的DCS產(chǎn)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(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)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(yīng)用，實現(xiàn)了國產(chǎn)DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應(yīng)用。

和利時一直將電力能源行業(yè)視為最重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域之一，持續(xù)關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展，和利時的全廠一體化、孤網(wǎng)運行、燃燒優(yōu)化、機組一鍵啟停、現(xiàn)場總線控制及智能儀表設(shè)備管理等先進解決方案均得到了良好的應(yīng)用。
和利時致力于不斷提升客戶的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)，并保障企業(yè)的生產(chǎn)安全和降低環(huán)境污染。通過“集團化、產(chǎn)品化、國際化”的發(fā)展戰(zhàn)略，搭建高效的集團管理平臺，開發(fā)國際領(lǐng)先的自主技術(shù)和產(chǎn)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(huán)境”的企業(yè)宗旨。

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

費盼峰：近年來，“互聯(lián)網(wǎng)+”以及網(wǎng)絡(luò)強國等國家戰(zhàn)略的深入推進實施，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，隨之而來的病毒、木馬、惡意攻擊對工業(yè)控制系統(tǒng)的安全存在巨大威脅。全球能源互聯(lián)，電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，復(fù)雜性增加，電網(wǎng)事故的影響范圍更廣，程度更深。鑒于此，防范和抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊，需要對四個核心問題深入研究：一是構(gòu)建“防火墻”，確保電網(wǎng)安全運行；二是健全網(wǎng)絡(luò)與信息安全防護體系；三是嚴(yán)格遵循國家發(fā)改委2014年14號令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》、國家能源局《關(guān)于印發(fā)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護總體方案等安全防護方案和評估規(guī)范的通知》（國能安全〔2015〕36號）；四是行業(yè)、企業(yè)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)安全要求升級，優(yōu)化信息安全頂層設(shè)計，建立健全全生命周期安全管理體系，嚴(yán)格落實網(wǎng)絡(luò)隔離措施，深化智能可信技術(shù)手段，完善網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)設(shè)施，打造“可管可控、精準(zhǔn)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(chǎn)品：

（1）網(wǎng)絡(luò)安全隔離網(wǎng)關(guān)HH800GS

該產(chǎn)品通過公安部認(rèn)證，采用雙CPU架構(gòu)設(shè)計，內(nèi)嵌通訊白名單，通過物理開關(guān)控制數(shù)據(jù)流向，并具有低功耗、全封閉特點，可適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場復(fù)雜環(huán)境。單網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)處理能力大于35,000點/秒，單網(wǎng)關(guān)遠(yuǎn)程操作站帶載能力大于64。該產(chǎn)品可作為電力生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)與管理及辦公網(wǎng)絡(luò)的有效隔離，在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)邊界作為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)挠布d體，并有效阻斷對生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的惡意攻擊。

（2）計算機防病毒卡HH800K

在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的計算機及服務(wù)器必須具有防病毒的能力，該產(chǎn)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(tǒng)軟件運行方式，并支持Linux和Windows操作系統(tǒng)實現(xiàn)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(jiān)控層、控制層與部件層，結(jié)合功能安全、信息安全、操作安全，實現(xiàn)貫穿設(shè)計、運行、服務(wù)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(wǎng)解決方案助力供熱運營企業(yè)節(jié)能提效

1  項目介紹

隨著環(huán)保要求的不斷提高，城市集中供暖小鍋爐逐漸被關(guān)停，熱網(wǎng)接入成為城市的主干網(wǎng)，由熱電聯(lián)產(chǎn)機組大型熱源廠或?qū)I(yè)熱力公司負(fù)責(zé)熱網(wǎng)系統(tǒng)的生產(chǎn)運營。隨著熱網(wǎng)的不斷擴增，集中供熱系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，給熱網(wǎng)在運行調(diào)節(jié)上帶來了重重困難。

一方面，熱網(wǎng)遍布廣泛，用戶規(guī)模龐大且類型眾多，建筑的熱特性、環(huán)境的變化、熱網(wǎng)輔助機構(gòu)等因素給運行調(diào)節(jié)負(fù)荷目標(biāo)提出了更高的要求；另一方面，由于熱網(wǎng)的特殊性，任何一處支路的調(diào)節(jié)，會對其它支路造成影響。當(dāng)大量支路同時投入自動調(diào)節(jié)時，控制邏輯若選擇不當(dāng)，很容易使各支路的流量及壓降出現(xiàn)不可預(yù)知的擾動甚至是震蕩，造成系統(tǒng)失穩(wěn)，能源浪費和加速調(diào)節(jié)閥等設(shè)備的沖擊磨損。

和利時通過對熱網(wǎng)生產(chǎn)運行企業(yè)進行調(diào)研，研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的供熱負(fù)荷計算、水力平衡控制模型與評價方法，形成智能熱網(wǎng)解決方案中的核心產(chǎn)品，可應(yīng)用于大型集中供熱熱網(wǎng)的實際生產(chǎn)運行，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。

2 項目實施

和利時智能熱網(wǎng)解決方案旨在基于實用的原則提出行之有效的方案，從當(dāng)前大型熱網(wǎng)運行調(diào)節(jié)中的決策、執(zhí)行、評價三個主要環(huán)節(jié)入手，提供相應(yīng)的產(chǎn)品，解決由于外部環(huán)境影響、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜及回路間干擾帶來的調(diào)節(jié)控制困難問題，助力供熱運營企業(yè)提高生產(chǎn)運行效率，提升節(jié)能水平。

圖1 決策、執(zhí)行、評價三個主要環(huán)節(jié)

2.1 技術(shù)難點分析

2.1.1 供熱負(fù)荷計算的難點

熱網(wǎng)的調(diào)度任務(wù)決策系統(tǒng)的核心是計算當(dāng)前及未來規(guī)定時間內(nèi)系統(tǒng)所需的熱負(fù)荷，只有準(zhǔn)確計算出熱負(fù)荷，才能進一步分解、調(diào)節(jié)控制目標(biāo)，下發(fā)至執(zhí)行層執(zhí)行。若負(fù)荷計算不準(zhǔn)確將造成能源浪費或欠供而導(dǎo)致供熱質(zhì)量下降。

當(dāng)前，集中供熱的負(fù)荷通常是根據(jù)環(huán)境溫度計算獲得，未考慮建筑物熱惰性對實時負(fù)荷的影響。由于建筑物綜合熱惰性的存在，室外溫度對室內(nèi)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(fù)荷會相應(yīng)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(nèi)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(fù)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(tǒng)熱負(fù)荷計算的準(zhǔn)確性，是目前負(fù)荷計算面臨的較大難點。

2.1.2 熱網(wǎng)負(fù)荷調(diào)節(jié)目標(biāo)控制執(zhí)行的難點

熱網(wǎng)系統(tǒng)是由數(shù)量龐大的管段串聯(lián)或并聯(lián)組成，任一管段或支路的調(diào)節(jié)變化，都將引起整個系統(tǒng)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(wǎng)各支路通常裝有流量調(diào)節(jié)裝置及控制器，各支路通過控制器調(diào)節(jié)此裝置以實現(xiàn)所需的供回水溫度。溫度的調(diào)節(jié)本質(zhì)上是對一次網(wǎng)流量的調(diào)節(jié)，目前普遍采用常規(guī)PID控制器進行自動調(diào)節(jié)。熱網(wǎng)中大量支路投入自動后，各支路的控制目標(biāo)變化時，自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)平衡被打破，系統(tǒng)會產(chǎn)生長時間的擾動甚至震蕩，造成失穩(wěn)，使加快調(diào)節(jié)閥等設(shè)備受到磨損，降低設(shè)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(biāo)改變而引起的系統(tǒng)失穩(wěn)現(xiàn)象。由于管網(wǎng)阻力特性，當(dāng)系統(tǒng)從一個平衡態(tài)切換到另一個態(tài)的過程中，任何支路的擾動都會對其它支路產(chǎn)生影響。當(dāng)系統(tǒng)由幾十甚至上百個支路組成時，系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)顯然會更加困難。

圖4 帶二支路的管網(wǎng)流量PID控制仿真模型

圖5 帶二支路的管網(wǎng)流量調(diào)節(jié)流量震蕩仿真

2.1.3 供熱大數(shù)據(jù)實時評價計算的難點

對于大型的熱網(wǎng)，其接帶面積達到幾百萬甚至千萬平米，覆蓋城市各地區(qū)。熱網(wǎng)產(chǎn)生的實時工藝數(shù)據(jù)量巨大，實時評價系統(tǒng)要求對熱網(wǎng)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(nèi)的追溯、分析及快速查詢。但由于熱網(wǎng)系統(tǒng)傳感及計量網(wǎng)絡(luò)是異構(gòu)，既有光纖網(wǎng)絡(luò)、也有3G、2G網(wǎng)絡(luò)，從傳感器到達系統(tǒng)的采集時間往往產(chǎn)生亂序，常常會發(fā)現(xiàn)滯后的數(shù)據(jù)收集，從而給數(shù)據(jù)的存儲及數(shù)據(jù)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(tǒng)必須連續(xù)計算成千上萬的計量及傳感器的數(shù)據(jù)，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(fù)雜的供熱專業(yè)計算。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.2.1 考慮建筑物熱惰性及太陽輻射影響的供熱負(fù)荷計算研究克服現(xiàn)有技術(shù)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(tài)負(fù)荷計算方法，可較為準(zhǔn)確可靠地確定二網(wǎng)供回水控制目標(biāo)溫度，最終避免造成過供或者欠供。

2.2.2 基于模型的熱網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)控制算

法及相關(guān)控制策略的研究主要通過運用水力計算分析與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建熱網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)在線模型，并與熱網(wǎng)SCADA系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，通過模型的預(yù)測仿真進行控制參數(shù)的優(yōu)化，最終實現(xiàn)平衡控制，控制目標(biāo)的達成。

2.2.3 基于時序數(shù)據(jù)庫等技術(shù)的實時評價系統(tǒng)研究

利用時序數(shù)據(jù)庫技術(shù)及分布式流式計算框架對海量傳感及計量數(shù)據(jù)進行計算處理，包括數(shù)據(jù)的聚合，以及不同空間不同時間段內(nèi)的室溫、水量、電量、熱量等實時評價指標(biāo)的計算、存儲及實時動態(tài)窗口的數(shù)據(jù)查詢。

2.3 項目創(chuàng)新點

本項目提供了一套從熱網(wǎng)運行控制目標(biāo)決策、執(zhí)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(fù)荷預(yù)測方法，利用機理模型與數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建熱網(wǎng)平衡控制模型實現(xiàn)平衡控制，解決了傳統(tǒng)控制算法系統(tǒng)不穩(wěn)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(wǎng)解決方案基于底層對集中供熱網(wǎng)自動化改造之上進行部署，投運后，能起到明顯的節(jié)能降耗效果，為直供電廠或供熱企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益。

2016～2017年采暖季，某熱力公司對該產(chǎn)品在熱網(wǎng)系統(tǒng)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(tǒng)對節(jié)能情況進行評估與分析，經(jīng)過初步測算，正常投入運行后，按該熱力公司現(xiàn)有接帶的1000萬m2供熱面積計算，使2016～2017年供熱季實現(xiàn)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(jié)約熱量66萬GJ，每年可節(jié)標(biāo)煤約2.6萬t，實現(xiàn)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(fā)展和節(jié)能減排事業(yè)做出突出貢獻。

摘自《自動化博覽》2018年9月刊