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1.   方案背景與目標(biāo)

中煤新集利辛發(fā)電有限公司位于安徽省亳州市利辛縣胡集鎮(zhèn)，于2008年12月成立，裝機(jī)規(guī)模為3320MW，分二期建設(shè)，一期工程2×1000MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組于2016年10月建成投產(chǎn)，基建期先后獲得省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)121項(xiàng)，2018年榮獲國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程金獎(jiǎng)，被列為國(guó)家第一批煤電聯(lián)營(yíng)重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)工期最短、質(zhì)量最優(yōu)、安全最好、造價(jià)最低，是我國(guó)首座“科技領(lǐng)先、指標(biāo)先進(jìn)、綠色環(huán)保”的百萬(wàn)千瓦級(jí)“煤電一體化”標(biāo)桿項(xiàng)目；二期工程2×660MW超超臨界燃煤機(jī)組于2021年1月獲得核準(zhǔn)，正在建設(shè)，將于2024年迎峰度夏前正式發(fā)電，是安徽省“十四五”規(guī)劃建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目，致力打造國(guó)際領(lǐng)先的新型智慧電廠。

1.1.      虛擬化控制系統(tǒng)研制和應(yīng)用的意義

中煤新集利辛板集智慧電廠作為能源領(lǐng)域首臺(tái)虛擬化控制系統(tǒng)的研制和應(yīng)用具有重要意義。

首先，虛擬化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智慧能源的管理和調(diào)度。通過(guò)將能源控制系統(tǒng)核心控制器的虛擬化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)能源系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析和優(yōu)化。虛擬化控制系統(tǒng)支持強(qiáng)大算力，可以通過(guò)智能算法和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，根據(jù)能源需求、供需情況和環(huán)境條件等因素，自動(dòng)調(diào)整能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高能源利用效率，降低能源消耗和排放。

其次，虛擬化控制系統(tǒng)通過(guò)5G的互聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)能源互聯(lián)和合作。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，能源系統(tǒng)不再是單一的能源供給和消耗系統(tǒng)，而是通過(guò)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源生產(chǎn)、儲(chǔ)存、輸送和使用的全面互聯(lián)。虛擬化控制系統(tǒng)可以通過(guò)智能化和自動(dòng)化的方式，實(shí)現(xiàn)不同能源系統(tǒng)的互聯(lián)和協(xié)同運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

第三，虛擬化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自主可控的能源管理。傳統(tǒng)的能源系統(tǒng)通常由集中式的調(diào)度中心控制和管理，缺乏對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和響應(yīng)能力。而虛擬化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的分布式管理和控制，每個(gè)設(shè)備和組件都具備自主決策和調(diào)度功能。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析能源系統(tǒng)的狀態(tài)和性能，虛擬化控制系統(tǒng)可以快速響應(yīng)能源需求和變化，實(shí)現(xiàn)更加靈活和可靠的能源管理。

最后，虛擬化控制系統(tǒng)的研制和應(yīng)用將受益于5G技術(shù)的引入。5G技術(shù)具有高速傳輸、低時(shí)延和大規(guī)模連接等特點(diǎn)，能夠?yàn)樘摂M化控制系統(tǒng)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持和數(shù)據(jù)傳輸能力。通過(guò)5G技術(shù)，虛擬化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精確度。

總之，能源領(lǐng)域首臺(tái)虛擬化控制系統(tǒng)的研制和應(yīng)用具有重要的意義。它將推動(dòng)能源系統(tǒng)向智能化、互聯(lián)化和自主可控的方向發(fā)展，提高能源利用效率和可靠性，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)能源發(fā)展的目標(biāo)。同時(shí)，虛擬化控制系統(tǒng)的應(yīng)用還將受益于5G技術(shù)的引入，為能源系統(tǒng)提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持和數(shù)據(jù)傳輸能力。

2.   方案詳細(xì)介紹

虛擬DCS控制系統(tǒng)是探索DCS產(chǎn)品未來(lái)新形態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)，主要研究?jī)?nèi)容為：

（1）虛擬控制系統(tǒng)基礎(chǔ)研究，基于電力生產(chǎn)指定運(yùn)行環(huán)境部署的可行性研究。

（2）研究虛擬機(jī)下控制器底層操作系統(tǒng)選型，包括操作系統(tǒng)運(yùn)行周期穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

（3）研究虛擬控制器軟件架構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)及可擴(kuò)展性。

（4）研究控制網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、可靠性、安全性和控制器、邊緣網(wǎng)關(guān)與IO的高速通信技術(shù)。

（5）研究虛擬化后多個(gè)控制器的冗余技術(shù)，包括控制網(wǎng)鏈路冗余，多控制器冗余網(wǎng)對(duì)帶寬的要求、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的影響。

（6）研究5G技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)控制場(chǎng)景的可行性及接口裝置及測(cè)試驗(yàn)證。

（7）基于板集電廠廢水處理、輸煤、除灰工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，完成基于虛擬化DCS控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、軟硬件配置、智能控制等應(yīng)用研究。

2.1.      生產(chǎn)云平臺(tái)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在機(jī)組DCS、公用DCS網(wǎng)段之上構(gòu)建生產(chǎn)云與廠級(jí)云兩級(jí)云平臺(tái)。利用生產(chǎn)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)大的算力構(gòu)建智能計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，部署智能尋優(yōu)控制、智能監(jiān)盤、及鍋爐數(shù)字孿生等智能應(yīng)用，同時(shí)，通過(guò)一體化通訊機(jī)制與DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行高效安全數(shù)據(jù)雙向通訊，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，這樣，就共同組成了一套基于生產(chǎn)云計(jì)算的電廠一體化的智能DCS控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱：ICS），成為電廠實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的保障。

圖 生產(chǎn)云平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

和利時(shí)在大型燃煤發(fā)電廠的ICS發(fā)電控制系統(tǒng)建設(shè)方面有著豐富的工程經(jīng)驗(yàn)和眾多的實(shí)施案例，可為電廠提供以和利時(shí)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)拓展出智能控制所需智能優(yōu)化控制站、基于私有云部署的大數(shù)據(jù)分析環(huán)境、智能計(jì)算環(huán)境、智能控制環(huán)境、智能算法組態(tài)環(huán)境和開(kāi)放的應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，其中開(kāi)放的應(yīng)用環(huán)境可以為第三方的智能模塊提供組態(tài)工具，支持第三方開(kāi)發(fā)的算法模型、高級(jí)應(yīng)用置于統(tǒng)一的生產(chǎn)云平臺(tái)資源環(huán)境下運(yùn)行。將常規(guī)DCS系統(tǒng)無(wú)縫升級(jí)成ICS系統(tǒng)，并確保不影響原有DCS系統(tǒng)的安全性和實(shí)時(shí)性。

圖 生產(chǎn)云平臺(tái)界面示意圖

和利時(shí)智能生產(chǎn)云平臺(tái)采用以智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）為核心，在傳統(tǒng)DCS配置基礎(chǔ)上擴(kuò)展智能優(yōu)化算法庫(kù)、智能控制器、高級(jí)值班員工作站、高性能服務(wù)器等資源，為實(shí)現(xiàn)發(fā)電過(guò)程的智能監(jiān)盤、智能控制、智能尋優(yōu)提供可靠的軟硬件環(huán)境。在智能發(fā)電控制系統(tǒng)上，在系統(tǒng)的智能控制器及高性能服務(wù)器中預(yù)留了運(yùn)行第三方高級(jí)應(yīng)用的開(kāi)放環(huán)境，具備吸收各種優(yōu)秀智能應(yīng)用資源能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)組APS智能啟停、在線尋優(yōu)控制、智能監(jiān)盤等智能化的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)組智能發(fā)電控制及輔助運(yùn)行。

和利時(shí)智能生產(chǎn)云平臺(tái)設(shè)計(jì)包含DCS實(shí)時(shí)控制網(wǎng)、生產(chǎn)云智能計(jì)算網(wǎng)等多層網(wǎng)絡(luò)并接入生產(chǎn)視頻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)綜合泛在感知。本項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下：

圖 板集電廠二期生產(chǎn)云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2.      系統(tǒng)架構(gòu)

圖 虛擬控制器系統(tǒng)核心架構(gòu)圖

本虛擬控制系統(tǒng)核心架構(gòu)包括上位監(jiān)控、虛擬控制器、網(wǎng)關(guān)和I/O設(shè)備，其中：

（1）上位監(jiān)控

上位監(jiān)控系統(tǒng)采用和利時(shí)MACS6.5.4版本，具備工程師站、操作員站、歷史站等功能，包含HAMS,支持新的虛擬控制器組態(tài)和監(jiān)控等功能，保持與傳統(tǒng)DCS軟件整體功能基本一致。

（2）虛擬控制器

虛擬控制器部署在服務(wù)器中，由硬件資源、虛擬化平臺(tái)軟件、操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件組成，具備傳統(tǒng)控制器功能。通過(guò)虛擬化技術(shù)，一臺(tái)服務(wù)器可以部署多個(gè)控制器。虛擬控制器支持控制器冗余，和上位機(jī)軟件通過(guò)雙以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

硬件資源：支持X86架構(gòu)的商用PC機(jī)部署；

虛擬化平臺(tái)軟件：支持自定義虛擬化軟件部署，可以在商業(yè)虛擬機(jī)上運(yùn)行；

操作系統(tǒng)：虛擬控制器的操作系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RSlinux+實(shí)時(shí)補(bǔ)丁方式，保證控制器能夠完成實(shí)時(shí)控制；

應(yīng)用軟件：虛擬控制器軟件（RTS）架構(gòu)。

（3）網(wǎng)絡(luò)

整個(gè)系統(tǒng)中包含三種網(wǎng)絡(luò)，即系統(tǒng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、冗余網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

系統(tǒng)網(wǎng)：DCS工程師站、操作員站、歷史站、AMS軟件等與控制器通信的網(wǎng)絡(luò)。

控制網(wǎng)：控制器與IO模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)絡(luò)。

（4）網(wǎng)關(guān)

完成虛擬控制器與IO模塊間的以太網(wǎng)和DP之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)云化控制器和I/O模塊的通信。單網(wǎng)關(guān)支持4條鏈路獨(dú)立DP。與控制器之間通過(guò)以太網(wǎng)（UDP）通信，支持兩條鏈路冗余；5G網(wǎng)絡(luò)部署在虛擬控制器和網(wǎng)關(guān)之間，通過(guò)5G網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)有線轉(zhuǎn)無(wú)線透?jìng)鳌?/p>

（5）IO模塊

保持和傳統(tǒng)IO模塊一致。

圖 板集電廠云化控制系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)

板集電廠二期項(xiàng)目首次在電力行業(yè)應(yīng)用基于DCS虛擬化的輔助車間云平臺(tái)控制系統(tǒng)，取消輔網(wǎng)DCS控制裝置，通過(guò)部署在生產(chǎn)云系統(tǒng)的虛擬DCS控制器實(shí)現(xiàn)控制、遠(yuǎn)程操作、統(tǒng)一管理等功能。

虛擬DCS控制系統(tǒng)通過(guò)在VMware ESXi虛擬化平臺(tái)上運(yùn)行的硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RT Linux），代替?zhèn)鹘y(tǒng)分散控制系統(tǒng)控制器I/O控制、邏輯運(yùn)算的功能。

虛擬DCS控制創(chuàng)新將5G技術(shù)與云平臺(tái)、虛擬化控制器系統(tǒng)深度融合，開(kāi)放硬件平臺(tái)、實(shí)現(xiàn)軟件與硬件解耦，參用分布式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)資源池的虛擬化、分時(shí)共享、動(dòng)態(tài)調(diào)配、彈性伸縮。

虛擬DCS控制系統(tǒng)的實(shí)施將促使傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)由軟硬件綁定架構(gòu)逐步轉(zhuǎn)向云計(jì)算架構(gòu)，解決工業(yè)控制系統(tǒng)平臺(tái)封閉、軟硬件捆綁、建設(shè)周期長(zhǎng)、資源利用率低、數(shù)據(jù)孤島、大數(shù)據(jù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)門檻高等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)硬件軟件化，打破自動(dòng)化領(lǐng)域的國(guó)外大型供應(yīng)商主導(dǎo)的壟斷局面，推進(jìn)軟件國(guó)產(chǎn)化的數(shù)字轉(zhuǎn)型。

虛擬DCS控制系統(tǒng)采用通用虛擬化硬件平臺(tái)，研發(fā)輕量化云平臺(tái)、虛擬化控制技術(shù)等，可部署在電廠私有云計(jì)算平臺(tái)的虛擬機(jī)上，利用云服務(wù)器的算力資源，通過(guò)云服務(wù)器提供的冗余虛擬機(jī)環(huán)境加載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DCS DPU在虛擬化環(huán)境中的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)DCS控制邏輯、監(jiān)視畫面的虛擬化部署，最終達(dá)到數(shù)據(jù)的交互綜合利用，資源的合理配置。

虛擬控制器為完全虛擬化控制器，虛擬控制器支持在單個(gè)虛擬機(jī)部署，可安裝于云平臺(tái)，由云平臺(tái)分配虛擬機(jī)、用于安裝云控制器、網(wǎng)絡(luò)通訊及其依賴的環(huán)境。云控制器的邏輯組態(tài)以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)均在虛擬服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，邏輯運(yùn)算依托虛擬控制器，整個(gè)云平臺(tái)虛擬控制器的掃描周期、信號(hào)回路的傳輸周期、可靠性應(yīng)滿足電廠輔助車間生產(chǎn)時(shí)延性要求（小于等于200ms）。該成果已在板集電廠一期化水系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，系統(tǒng)性能良好、運(yùn)行穩(wěn)定；正在二期及其他項(xiàng)目推廣應(yīng)用，將進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率、降低煤耗，推動(dòng)工業(yè)控制系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

3.   代表性及推廣價(jià)值

3.1.      方案的自主創(chuàng)新情況、關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)。

在以自主創(chuàng)新為核心的驅(qū)動(dòng)力下，成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)電力虛擬化DCS控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新點(diǎn)，具備獨(dú)特的功能和優(yōu)勢(shì)，為工業(yè)領(lǐng)域的控制系統(tǒng)提供了新的解決方案。

首先，我們?cè)谔摂M控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，積極推動(dòng)自主創(chuàng)新。通過(guò)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的技術(shù)和理念，以及自主研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，成功地打破了國(guó)內(nèi)虛擬控制系統(tǒng)領(lǐng)域的技術(shù)壁壘。我們注重技術(shù)的創(chuàng)新和升級(jí)，不斷提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，為用戶提供更好的使用體驗(yàn)。

其次，我們?cè)陉P(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要突破。虛擬控制系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要涵蓋多個(gè)方面的技術(shù)，如服務(wù)器虛擬化技術(shù)、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、5G技術(shù)應(yīng)用、人機(jī)交互技術(shù)等。我們對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行了深入研究和創(chuàng)新，成功地將它們?nèi)诤显谝黄穑纬闪霜?dú)特的虛擬控制系統(tǒng)。同時(shí)，我們還運(yùn)用了智能算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，提高了系統(tǒng)的智能化程度和自動(dòng)化水平。

在創(chuàng)新方面，本系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）研發(fā)了DCS控制器虛擬化技術(shù)，并可規(guī)模化應(yīng)用于發(fā)電站控制系統(tǒng)（應(yīng)用規(guī)模IO點(diǎn)達(dá)7200點(diǎn)），突破了現(xiàn)有DCS控制器受嵌入式工業(yè)芯片的算力限制而無(wú)法運(yùn)行高復(fù)雜度人工智能等算法問(wèn)題，為發(fā)電站的DCS控制系統(tǒng)智能化提供了技術(shù)保障。

（2）虛擬控制系統(tǒng)充分利用虛擬化技術(shù)可分配彈性算力、高可用、可動(dòng)態(tài)配置等特點(diǎn)，結(jié)合電站自動(dòng)化控制應(yīng)用特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了集ms級(jí)實(shí)時(shí)IO邏輯控制、s/min級(jí)高復(fù)雜度智能控制運(yùn)算于一體的超級(jí)DCS控制系統(tǒng)。

（3）本系統(tǒng)原生支持5G 接入控制系統(tǒng)網(wǎng)的能力。可實(shí)現(xiàn)5G覆蓋下的超遠(yuǎn)距離廣域控制，為實(shí)現(xiàn)多電站甚至多電網(wǎng)的聯(lián)合控制提供技術(shù)手段。

總之，通過(guò)研制單位及應(yīng)用單位之間的團(tuán)隊(duì)合作和攻堅(jiān)，我們?cè)谔摂M控制系統(tǒng)的自主創(chuàng)新方面取得了重要的成果，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的突破和創(chuàng)新點(diǎn)的應(yīng)用，我們成功開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)虛擬控制系統(tǒng)。這一創(chuàng)新為能源行業(yè)乃至其它工業(yè)控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的方向，我們將繼續(xù)致力于自主創(chuàng)新，為工業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

3.2.      關(guān)鍵問(wèn)題和難點(diǎn)

在國(guó)內(nèi)能源領(lǐng)域，研制首臺(tái)虛擬化控制系統(tǒng)并規(guī)模應(yīng)用于電力控制系統(tǒng)，面臨著一些關(guān)鍵問(wèn)題和難點(diǎn)。其中一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題是系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。工業(yè)控制系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性很高，虛擬化控制系統(tǒng)將原有實(shí)體控制器取消，并將實(shí)體控制器功能通過(guò)虛擬化軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，使得虛擬控制器離現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理距離增加，信號(hào)系統(tǒng)由串口傳輸改為以太網(wǎng)傳輸，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能帶來(lái)挑戰(zhàn)。

其次是系統(tǒng)安全性。虛擬化控制系統(tǒng)的核心是將傳統(tǒng)的硬件和軟件資源虛擬化，并在通用服務(wù)器的虛擬化主機(jī)上運(yùn)行。這種虛擬化的方式使得系統(tǒng)面臨著更多的安全威脅，如虛擬機(jī)逃逸、虛擬機(jī)間通信的安全性等。

此外，還有一項(xiàng)難點(diǎn)是系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性。虛擬化控制系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可能面臨諸如物理服務(wù)器故障、網(wǎng)絡(luò)故障等各種隨機(jī)錯(cuò)誤。因此，如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)具備容錯(cuò)能力的控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)檢測(cè)和處理這些錯(cuò)誤，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，也是一個(gè)需要解決的難點(diǎn)。

最后，還有一個(gè)挑戰(zhàn)是系統(tǒng)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性。虛擬化控制系統(tǒng)需要能夠適應(yīng)不斷增長(zhǎng)和變化的能源需求，因此需要具備良好的擴(kuò)展性和適應(yīng)性。如何設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)一個(gè)靈活的虛擬化控制系統(tǒng)，能夠方便地進(jìn)行算力和網(wǎng)絡(luò)配置，并能夠自適應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)資源，以滿足不同的系統(tǒng)需求，是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。

綜上所述，國(guó)內(nèi)能源領(lǐng)域首臺(tái)虛擬化控制系統(tǒng)研制面臨著系統(tǒng)安全性、系統(tǒng)的可靠性和容錯(cuò)性以及系統(tǒng)的擴(kuò)展性和適應(yīng)性等一系列關(guān)鍵問(wèn)題和難點(diǎn)。解決這些問(wèn)題和難點(diǎn)，將推動(dòng)虛擬化控制系統(tǒng)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

3.3.      方案所用產(chǎn)品的自主化率及關(guān)鍵零部件配套情況

本系統(tǒng)涉及的所有技術(shù)均為100%自主研發(fā)。在系統(tǒng)中，核心技術(shù)包括虛擬化技術(shù)、控制器冗余技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、控制算法、人機(jī)交互等。關(guān)鍵環(huán)節(jié)則包括硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、測(cè)試驗(yàn)證等均為研制單位自主研發(fā)。

系統(tǒng)關(guān)鍵零部件配套情況，主要涉及的硬件有：通用型服務(wù)器，及5G網(wǎng)絡(luò)，及IO模塊，關(guān)鍵模塊包括芯片均支持100%國(guó)有化部署，并能夠確保可靠性和性能。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)首個(gè)虛擬控制系統(tǒng)的自主化率高和關(guān)鍵零部件為自主開(kāi)發(fā)，并可適配國(guó)產(chǎn)化硬件，具有較強(qiáng)的核心技術(shù)保護(hù)能力，可以應(yīng)對(duì)外部市場(chǎng)及國(guó)際環(huán)境的不確定性，保障本虛擬控制系統(tǒng)的可靠性和性能，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在國(guó)家的支持和鼓勵(lì)下，相信我國(guó)虛擬控制系統(tǒng)的自主化率和關(guān)鍵零部件配套情況將不斷提高，為我國(guó)虛擬控制系統(tǒng)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.4 客戶價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益

首先，在中煤新集利辛板集智慧電廠中采用虛擬化技術(shù)構(gòu)建的智能生產(chǎn)云平臺(tái)通過(guò)虛擬化技術(shù)用虛擬控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)體控制器，不僅解決了傳統(tǒng)火電廠在數(shù)字化、智慧化轉(zhuǎn)型中面對(duì)的多系統(tǒng)多應(yīng)用模塊龐雜，且長(zhǎng)期以來(lái)一直存在的信息孤島和底層數(shù)據(jù)信息無(wú)法得到充分有效利用等問(wèn)題。使得各生產(chǎn)運(yùn)行和管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)集中高效精準(zhǔn)智能化控制。目前由于火電廠生產(chǎn)運(yùn)行系統(tǒng)的復(fù)雜性較高，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及的生產(chǎn)設(shè)備和機(jī)器較多，且這些生產(chǎn)設(shè)備及機(jī)器通常采用DCS控制器來(lái)控制，且各個(gè)環(huán)節(jié)均處于各自相對(duì)獨(dú)立的情況下運(yùn)行，其結(jié)果是運(yùn)行崗位人員設(shè)置過(guò)多，人員工效率低，系統(tǒng)設(shè)備間配合不協(xié)調(diào)、設(shè)備空轉(zhuǎn)導(dǎo)致的電能損耗、設(shè)備磨損等損耗較大。現(xiàn)有的實(shí)體控制器在發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)中的應(yīng)用基本上限于設(shè)備級(jí)，各設(shè)備或系統(tǒng)處于各自的PLC或DCS控制之下，相互間基本獨(dú)立，進(jìn)一步導(dǎo)致了信息孤島和系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。

其次，基于目前火電廠煤廠面積大、工作條件惡劣、人工作業(yè)通訊難以暢通等特點(diǎn)，目前大部分電廠采用的都是利用現(xiàn)代成熟的PLC和現(xiàn)代總線網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)其控制，用上位機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控與操作，以達(dá)到自動(dòng)化控制的目的。但火電廠的生產(chǎn)運(yùn)行控制系統(tǒng)在控制過(guò)程中啟動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備數(shù)量較多，通常在幾十甚至上百臺(tái)以上，且在各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)機(jī)停機(jī)過(guò)程中有非常嚴(yán)格的連鎖及操作間隔時(shí)間要求。對(duì)自動(dòng)化程度及系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求都非常高。為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，通常使用一組PLC 來(lái)精確執(zhí)行I/O控制，但每個(gè)PLC都需要通信端口和控制器單元，這樣系統(tǒng)規(guī)模就比較大而且價(jià)格高昂。一旦部署完成，升級(jí)成本也很高。而虛擬控制器的出現(xiàn)使得控制器的邏輯功能（軟件）與物理設(shè)備分離開(kāi)來(lái)，取代了大量單獨(dú)的控制器機(jī)箱及電子設(shè)備。減少目前大部分智能電廠普遍存在的智能發(fā)電控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)體控制器的依賴問(wèn)題，節(jié)省了控制柜的場(chǎng)地，節(jié)約投資成本，更好的形成邏輯控制與智能運(yùn)維系統(tǒng)的融合。由虛擬控制器構(gòu)建的生產(chǎn)云平臺(tái)不僅顯著降低了資本和運(yùn)營(yíng)支出，提高了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性，同時(shí)還提高了IT的可靠性和性能。

3.5 社會(huì)效益

杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司為中煤新集利辛板集智慧電廠設(shè)計(jì)的超超臨界660MW燃煤發(fā)電機(jī)組智能生產(chǎn)云平臺(tái)整體方案的成功部署和實(shí)施應(yīng)用，意味著業(yè)界可以真正規(guī)模化用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的虛擬控制系統(tǒng)問(wèn)世，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。和利時(shí)虛擬DCS控制系統(tǒng)，可在保障控制系統(tǒng)安全、可靠和性能的前提下，將實(shí)體控制器虛擬化，提供了一套可運(yùn)行于通用計(jì)算機(jī)資源的軟件化智能控制器及高效冗余工業(yè)以太網(wǎng)通信系統(tǒng)并具有5G便捷接入能力，它不僅具備實(shí)體DCS控制系統(tǒng)的所有功能，更重要的是具有虛擬控制器算力的彈性擴(kuò)展能力，可為基于機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)尋優(yōu)、智能控制等技術(shù)的智能應(yīng)用算法落地提供一體化閉環(huán)控制運(yùn)行環(huán)境。

和利時(shí)通過(guò)虛擬DCS控制系統(tǒng)技術(shù)構(gòu)建的智能生產(chǎn)云平臺(tái)的發(fā)布及規(guī)模化工程應(yīng)用實(shí)施后，將為用戶在控制區(qū)集成部署智能應(yīng)用、縮短智能發(fā)電運(yùn)行系統(tǒng)實(shí)施周期、節(jié)省專用硬件控制器投資和降低備件資產(chǎn)庫(kù)存等方面帶來(lái)顯著價(jià)值，將引領(lǐng)智能控制向工業(yè)控制縱深深入的重要里程碑突破!

未來(lái)，作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的自動(dòng)化與信息技術(shù)解決方案供應(yīng)商，隨著通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷演進(jìn)，為滿足日益旺盛的工業(yè)用戶智能化的需求，和利時(shí)在確保系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上，充分利用以往工控系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，致力于電力行業(yè)虛擬化技術(shù)應(yīng)用的不斷迭代更新，將不斷探索下一代DCS發(fā)展和行業(yè)應(yīng)用解決方案。