★ 菲尼克斯電氣中國有限公司

在火電機組深度調峰常態化和入爐煤硫分波動加劇的背景下，石灰石—石膏濕法脫硫系統面臨工況擾動頻繁、過程滯后明顯、人工干預強、運行冗余高等問題。北京博奇電力科技有限公司結合脫硫工藝機理與模型預測控制思路，依托菲尼克斯電氣vPLCnext開放自動化平臺，構建了集實時控制、機理建模、AI算法承載與非侵入式系統集成為一體的智慧脫硫解決方案，并在多個600MW~1000MW 機組實現工程應用。實踐表明，該方案能夠實現出口SO2濃度“貼線運行”，同時兼顧石灰石消耗優化、廠用電降低和運行自動化水平提升，為流程工業中vPLCnext平臺與工業智能深度融合提供了可復制的工程路徑。

1   項目背景：深度調峰時代下脫硫系統面臨新的控制挑戰

隨著我國能源結構持續調整， 火電機組正由基礎負荷電源逐步轉向調峰保障電源，機組負荷頻繁、大幅波動已成為運行常態。與此同時，為降低燃料成本，不少電廠采用配煤摻燒方式，導致入爐煤硫分持續變化。在這一背景下，石灰石—石膏濕法脫硫系統長期運行在強擾動、強耦合和大滯后的復雜工況中，傳統依賴經驗和常規反饋控制的運行方式越來越難以兼顧環保、安全和經濟性。

在實際生產中，為避免SO 2 排放超標，運行人員通常傾向于采取保守控制策略，將出口SO2濃度長期維持在遠低于排放限值的水平，典型值為5~15mg/Nm3。該方式雖然確保了環保安全，卻也帶來了明顯副作用：石灰石吸收劑投加偏多，漿液循環泵和氧化風機長期高負荷運行，系統電耗和物耗持續偏高，與火電企業節能降碳、精益運行的要求不相適應。

近幾年， 行業內雖已出現多類智慧脫硫控制方案，但在工程應用中仍存在共性問題：  一 是模型過度依賴歷史數據，工藝機理關聯不足，容易形成“黑箱”結構，導致因果關系不清、泛化能力有限；二是對煙氣參數傳輸延時、關鍵變量缺測、機組負荷快速切換等現場特性考慮不足，調試周期長、工況適應性差；三是傳統控制平臺與算法平臺相互分離，控制側強調確定性，計算側強調開放性，兩者之間往往需要額外的服務器、網絡和接口系統支撐，架構復雜，也不利于長期穩定運行。

因此，用戶真正需要的并不是單獨增加一個優化軟件，而是一種能夠將工藝機理、實時控制和復雜計算統一起來，并且能夠快速投運、穩定運行的智慧脫硫解決方案。

2   方案總體思路：以vPLCnext為核心構建“一體化智慧脫硫平臺”

項目的關鍵， 不在于簡單地把AI軟件疊加到原有控制系統之外，而在于構建了一個以vPLCnext為核心、兼容控制與智能雙重需求的一體化架構。博奇環保提出基于工藝理論的智慧脫硫控制方法， 菲尼克斯電氣則提供了vPLCnext作為開放、可靠且具備較強擴展能力的自動化平臺， 該智慧脫硫系統由山東創恒科技發展有限公司進行成套集成， 總包單位博奇公司基于該平臺開發、部署和實施， 使實時控制、機理建模、預測計算和系統集成能夠在同一工程體系內完成。

該方案基于Intelx 86架構，并通 Type 1 Hypervisor部署Linux與Windows雙系統，在一套硬件平臺上同時承載實時控制任務和高算力算法任務。其中，控制側負責與現場DCS、PLC、I/O模塊及執行設備進行實時通信和指令下發， 確保工藝控制具備工業級的確定性； 算法側則為工藝機理模型、AI預測控制、分析軟件和人機界面提供開放運行環境。二者在同一底座內協同工作， 形成了兼顧OT實時性與IT靈活性的“雙腦”架構。 vPLCnext智慧脫硫系統架構圖如圖1所示。

圖1 vPLCnext智慧脫硫系統架構圖

在工程實施層面，該方案并未對原有DCS系統進行大規模改造， 而是通過標準工業協議與原系統進行交互， 實現智能前置、非侵入式集成。這一點對火電存量項目尤為關鍵：既要完成智能化升級，又不能影響原有控制系統的安全邊界和運行穩定性。 vPLCnext在本項目中的作用，正是為這種“低風險改造、高價值提升”的實施方式提供了平臺基礎。

3   vPLCnext在本項目中的關鍵作用

vPLCnext是菲尼克斯電氣推出的軟件定義自動化控制平臺，可部署于標準工業PC或服務器，實現控制功能與專用硬件解耦。該平臺兼具實時控制、開放編程、協議互聯和靈活擴展等優勢，既支持IEC 61131-3， 也兼容 C/C++、Python、C#、MATLAB等高級語言， 并可結合容器化部署、Web可視化和數字孿生驗證，支撐控制、計算與應用的一體化集成。對于智慧脫硫這類既要求控制確定性、又需要復雜算法承載的場景， vPLCnext不只是控制器，更是開放的工業智能平臺。

在本項目中， vPLCnext首先解決了OT與IT長期割裂的問題。傳統PLC難以直接承載復雜算法，通用工控機又難以滿足工業控制對實時性和確定性的要求。vPLCnext通過虛擬化和平臺化方式，在同一硬件環境中同時提供實時控制環境和開放計算環境，使控制邏輯、工藝模型、AI算法和界面應用不再是分散拼接， 而能夠在一個平臺上協同運行。這種“算控一體”的能力，是智慧脫硫能夠從外掛式優化走向現場閉環控制的基礎。

其次，vPLCnext提升了控制與算法之間的數據交互效率。相較于“PLC+服務器”的分體式架構，統一平臺內部可通過高速通信機制完成數據交換， 減少時延和不確定性，更適合前饋預測控制對時序一致性的要求。對于脫硫這種大滯后過程而言，數據鏈路越短、時間基準越統一，控制效果越穩定。

再次，vPLCnext的軟硬解耦和開放兼容能力提升了項目工程化效率。平臺無需依賴特定控制硬件，能夠更靈活地嵌入客戶現有系統；同時支持PLC語言與高級語言混合開發，使控制工程師與算法工程師能夠在同一項目中高效協同， 減少算法移植、系統對接和后續維護成本。對于智慧脫硫這類既有控制系統基礎上實施優化升級的項目而言，這種能力可以顯著縮短部署與投運周期。

最后， vPLCnext滿足了工業現場對安全性和可維護性的要求。作為智能前置單元，它可通過標準工業協議與原有DCS系統交互，無需對既有控制柜和核心邏輯進行大規模改造，從而實現智能優化系統與底層控制系統之間的風險隔離。即使后續模型需要升級或維護，也不會影響原有系統的安全穩定運行，這一點對于火電存量機組改造尤為關鍵。

圖2 vPLCnext程序實現

4   控制方法與應用成效

在控制策略上，本項目構建了多層級 、模塊化的模型預測控制架構。系統將煙氣量、循環泵流量、SO2濃度等關鍵過程拆解為多個相互關聯的理論模型，在此基礎上進行前饋預測和閉環優化。與依賴大量歷史數據訓練的黑箱模型相比，這種方式更符合現場工藝機理，也更有利于提高模型可解釋性和全工況適應能力。

其中， 一個重要創新點是由“滯后調節”轉向“前饋預測”。基于工藝理論的煙氣量模型可提前3—5分鐘預測煙氣負荷變化，從而在SO2指標尚未明顯波動前，就預先調整相關控制策略。對于具有顯著過程滯后的脫硫系統而言，這一能力是實現“貼線運行”的關鍵。此外，項目針對漿液循環泵流量這一現場難以長期、經濟地準確測量的參數，采用了基于軸功率與泵性能曲線的軟測量方法，在不增加硬件成本的前提下實現在線計算。這不僅降低了實施與維護成本，也為優化控制提供了更可靠的輸入變量。

從應用效果看，該技術已在謝橋電廠2×660MW機組、天鋼聯合特鋼2×230㎡燒結機等項目中實現工程應用，并同步推進陽西電廠4×600MW機組、淮南洛河電廠2×1000MW機組、壽陽2×350MW超臨界直接空冷機組等項目，顯示出較好的工況適應性和推廣能力。在控制精度方面，系統可實現出口SO2濃度在穩態工況下控制在設定值±3mg/Nm3以內，在大幅變負荷工況下波動不超過±7mg/Nm3，較好實現了“貼線運行”。以謝橋電廠660MW機組為例，系統投運后，通過優化循環泵啟停可節電約5000度/天，氧化風機電耗降低超過30%，石灰石耗量年節省約1120噸，單臺機組年均可節約運行成本約80萬元；同時，供漿自動投運率超過98%，顯著降低了人工干預頻次和運行勞動強度。 機組運行數據統計如圖3所示。

圖3 機組運行數據統計

5   案例意義

博奇環保智慧脫硫項目表明 ，在流程工業復雜控制場景中， PLC的角色正在發生變化。它不再只是完成邏輯聯鎖和常規控制的設備，而正在成為承載機理建模、預測計算和智能優化的現場平臺。 vPLCnext在本案例中的價值，恰恰體現在其既保留了PLC的實時性、確定性和工業可靠性，又提供了開放的軟件環境和靈活的應用集成能力， 為工業AI真正進入控制現場提供了工程條件。

從行業視角看，該案例為火電行業在深度調峰背景下實現環保、安全、節能多目標協同提供了可驗證路徑；從產品視角看，它也證明了開放式vPLCnext平臺不僅能夠“控制設備”，更能夠“承載智能”。這對于智慧環保、智慧電廠乃至更廣泛的流程工業場景，均具有較強的借鑒意義和推廣價值。

摘自《自動化博覽》2026年5月刊