【摘要】在研究國外自動化技術發(fā)展及其在火電廠工程中應用經(jīng)驗的基礎上，從工程觀點出發(fā)，對未來21世紀zui初10年火電廠自動化化技術應用的發(fā)展趨勢、管理體制的改革，以及發(fā)展我國民族自動化工業(yè)等提出了看法。

　　1火電廠自動化技術應用10年展望

　　在本世紀zui后10年左右的時間里，我國火電廠自動化技術應用的發(fā)展，盡管經(jīng)歷過挫折和重重困難，但仍以的速度發(fā)展。可以預見，進入21世紀，我國火電廠自動化技術應用很可能將以更快的速度發(fā)展，這個預測是基于：（1）世界高科技飛速發(fā)展，世界進入信息時代；（2）我國社會主義市場經(jīng)濟體制將日趨完善，經(jīng)濟實力進一步加強，我國電力市場將真正形成。作者在1997年10月中國電機工程學會第5屆自動化學術討論會上發(fā)表的論文《邁向2000年的火電廠自動化水平》，以及電規(guī)總院向原電力工業(yè)部上報的《關于建設2000年新一代燃煤示范（試點）電廠的請示》中的附件之一：《2000年電廠儀表和控制（I&C）系統(tǒng)設計原則》中，從工程觀點出發(fā)，提出了21世紀初期火電廠自動化應用技術設想和2000年示范電廠自動化系統(tǒng)設計原則。在國家電力公司、電力規(guī)劃設計總院的*下，在各大區(qū)設計院以及各有關工程管理和技術人員的努力下，對2000年燃煤示范電廠自動化系統(tǒng)的設計原則逐步完善和落實，也使火電廠自動化未來10年展望更具現(xiàn)實性和指導性。

　　1.1火電廠將進入信息網(wǎng)絡化時代

　　未來21世紀的zui初10年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進入信息網(wǎng)絡時代，火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團將形成生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡。特別要指出，在全廠信息網(wǎng)絡結構優(yōu)化過程中，在技術上百家爭鳴，研討優(yōu)化方案時，還要注意克服頭腦中由于專業(yè)分工造成的偏見、局部間利益的摩擦，以及管理體制造成的束縛。經(jīng)過 2 a的研究和工程審查實踐，初步形成了下圖所示的全廠信息網(wǎng)絡結構的方案，說明如下。

　　1.1.1廠級生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng)（簡稱廠級自動化系統(tǒng)）

　　由廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory information system in plant level,簡寫SIS）和廠級管理信息系統(tǒng)（Management information system in plant level,簡寫MIS）組成。SIS主要處理全廠實時數(shù)據(jù)，完成廠級生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理，廠級故障診斷和分析，廠級性能計算、分析和經(jīng)濟負荷調(diào)度等；MIS主要為全廠運營、生產(chǎn)和行政的管理工作服務，主要完成設備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營管理（包括電力市場報價子系統(tǒng)）、財務管理等。SIS和MIS可以是設置在一個網(wǎng)絡中的2個功能，共用計算單元和數(shù)據(jù)服務器，也可以如圖1所示，SIS網(wǎng)與MIS網(wǎng)用網(wǎng)關（G）或其它接口分隔成2個網(wǎng)，分別設置相應的計算單元和數(shù)據(jù)服務器，以提高SIS網(wǎng)的安全性。

　　電力集團企業(yè)MIS和電網(wǎng)運營系統(tǒng)與火電廠的廠級MIS相連，而電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則通過發(fā)電端的遠程發(fā)送單元（RTU）與網(wǎng)內(nèi)火電廠的的廠級SIS相連，進行1級或2級調(diào)度，也可采用傳統(tǒng)方法連接到網(wǎng)絡站監(jiān)控系統(tǒng)。隨著光纜在各地區(qū)，乃至全國范圍內(nèi)的敷設，有可能不再需要RTU，而可以由Intranet網(wǎng)實現(xiàn)上述通信。

　　廠級SIS+MIS系統(tǒng)，對內(nèi)是實現(xiàn)廠級生產(chǎn)過程自動化和管理現(xiàn)代化的系統(tǒng)，對外是電網(wǎng)運營和調(diào)度系統(tǒng)，以及電力企業(yè)集團MIS在發(fā)電廠側的支持系統(tǒng)，因此，一般情況下無需獨立于廠級MIS再另搞一套發(fā)電廠報價系統(tǒng)（GBS）。

　　1.1.2輔助車間監(jiān)控系統(tǒng)

　　一個火電廠有10幾個輔助車間，國外已有通過網(wǎng)絡集中到1個控制室進行集中控制的做法。過去國內(nèi)都是一個輔助車間內(nèi)由PLC和上位機構成一個網(wǎng)絡，在車間控制室內(nèi)控制。目前趨向于采用適度集中控制的方案，例如全廠形成煤、灰、水3個網(wǎng)絡、3個監(jiān)控點，待今后條件成熟時再減少控制點。輔助車間網(wǎng)絡通過網(wǎng)關連接到上層網(wǎng)——廠級SIS網(wǎng)，不推薦連接到單元機組DCS網(wǎng)，再將信息引到SIS網(wǎng)的做法，因為這樣增加了DCS負荷，降低了單元機組監(jiān)控可靠性，很難處理單元機組公用車間運行管理不同的矛盾，而且單元機組對大量輔助車間信息也沒有需要。至于2個單元機組公用的廠用電系統(tǒng)和循環(huán)水泵房，則可設置公用DCS網(wǎng)，按如圖1方式與單元機組DCS相連接，實現(xiàn)每臺單元機組DCS對它的監(jiān)控。

　　1.1.3網(wǎng)絡站監(jiān)控系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡站監(jiān)控計算機系統(tǒng)本質上是廠級SIS網(wǎng)下一級的一個車間級監(jiān)控系統(tǒng)，有人建議把網(wǎng)絡站監(jiān)控計算機系統(tǒng)和SIS合用一個信息網(wǎng)絡，這是不妥的，因為它們是2個不同性質的網(wǎng)絡，合用會降低網(wǎng)絡站控制的可靠性和實時性，并使不同任務的值班人員（全廠總工和網(wǎng)絡站值班員）在同一網(wǎng)絡的終端上工作而帶來一系列問題。必須說明，圖示的網(wǎng)絡結構還有待在今后的工程實踐中進一步完善，或根據(jù)情況作必要的修正。

　　1.2單元機組自動化將展現(xiàn)新的特點

　　火電廠單元機組的自動化水平，無論國外和國內(nèi)，都是比較高的，因此未來21世紀的zui初10年期間，單元機組自動化水平要不要和會不會再提高，答案應該是肯定的。當前，上電力市場的競爭愈演愈烈，電網(wǎng)為了自身的安全和經(jīng)濟效益，對火電廠單元機組提出了一系列嚴格的調(diào)頻和調(diào)峰的范圍和速度的要求；競價上網(wǎng)的市場原則迫使火電廠必須zui大限度地挖掘機組潛力，提率，減少人員，降低成本；國家法律對環(huán)保日益嚴格的要求，并采取相應的經(jīng)濟調(diào)控手段，也將迫使電廠采取對策。在我國，隨著改革的深入，電力市場正在逐步發(fā)展和完善，只要到全國走一走，就會看到火電廠內(nèi)正蘊動著與國外類似的需求。

　　未來10年左右時間里，可以斷定，單元機組自動化必將在下列幾個方面進一步向前發(fā)展：

　　1.2.1控制系統(tǒng)全計算機化，控制室緊湊小型化

　　單元機組實現(xiàn)全CRT監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控盤臺將取消，控制室（2臺單元機組）面積由目前的350～4 000 m2，降到150 m2以下。

　　1.2.2監(jiān)控系統(tǒng)的功能配置和物理配置原則將重新安排

　　a.物理配置原則

　　隨著計算機技術的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)將由以前的全部集中到一個控制樓里的配置方式，逐步趨向于采用適度物理分散配置的原則。龐大的控制樓將取消，變成若干個小型的電子設備間，分別布置在鍋爐、汽輪機房或其它主設備附近。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設計、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。對現(xiàn)場來的信號，將大量采用遠程I/O，其中驅動器控制用的I/O，經(jīng)過實踐，也將廣泛采取現(xiàn)場配置，這種配置方式必將為大量節(jié)約監(jiān)控電纜，降低基建費用，縮短工期作出貢獻。

　　b.功能配置原則

　　分散控制系統(tǒng)問世時，當時有2大派，一派以歐洲的公司為主，他們根據(jù)過去集中計算機控制故障集中的弊病，提出DCS應按控制功能*分散的原則開發(fā)，因此推出DCS中的控制器容量很小，往往控制1～2個回路，與傳統(tǒng)單回路控制器類似；另一派以美國和日本的公司為主，他們走中間道路，采取適度分散原則。起初歐洲派由于符合原先人們的習慣，受到一定程度歡迎。但是隨著時間推移，這種方案zui終被淘汰了。現(xiàn)在連當時創(chuàng)導這種思想的DCS公司也紛紛拋棄原來那種型式的所謂控制功能*分散思想，而推出適度分散的DCS產(chǎn)品。

　　縱觀這一段DCS發(fā)展史，結合火電廠單元機組控制系統(tǒng)的特點，DCS功能配置將與物理配置走正好相反的方向，正在趨向再適度集中一點的方向發(fā)展。因為：首先，單元機組各個控制系統(tǒng)間有著千絲萬縷的信號，一對控制器故障，往往會導致另一對控制器因沒有正確的信號而不能正常工作，甚至誤動；其次，由于目前大多沒有常規(guī)后備監(jiān)控制設備，因此，對于大部分重要控制器，只要其中一對控制器故障，可能就要被迫停機，而過多的控制器實際上反而增加了故障停機的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個相互密切的控制系統(tǒng)集中在一對控制器中，反而因內(nèi)部信息交換方便而提高可靠性。目前有的公司推出的DCS，CPU采用2×2冗余（由于計算機技術發(fā)展，成本增加很小），可靠性進一步提高。

　　綜上所述，根據(jù)電廠特點，應當在提高每一組控制器的可靠性上下功夫，例如采用按照IEC61508功能安全原則設計的控制器；CPU采用2×2冗余或三重冗余；必要時甚至對部分I/O采取冗余等。而在控制器容量和速度允許情況下，可以合理地配置控制器（按工藝功能區(qū)配置；關系密切的控制系統(tǒng)納入同一控制器等），適當提高功能配置的集中度。

　　c.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）若干問題的思考

　?。?）“FCS將取代DCS，DCS將消亡”的論點。DCS的本質是監(jiān)控集中，控制分散，故又稱集散控制系統(tǒng)（TDCS），從來沒有人聲稱DCS的“監(jiān)控集中”原則也過時了；相反，F(xiàn)CS系統(tǒng)開發(fā)商也企圖仿照DCS開發(fā)上層監(jiān)控網(wǎng)絡，不同在于，他們開始時想搞一個*的標準的上層通信網(wǎng)而已，實施的困難已迫使他們放棄這種想法而宣布擬采用現(xiàn)存的工業(yè)以太網(wǎng)。因此，至少從這一點上說，這種提法是很值得討論的。

　?。?）DCS和FCS如何對待“控制分散”。有人說，F(xiàn)CS將控制和處理功能*分散到智能現(xiàn)場儀表（智能變送器、智能執(zhí)行機構、智能開關柜等）中，不再需要傳統(tǒng)的放在控制室中的控制器了，這也是不全面的。從火電廠單元機組用DCS的經(jīng)驗看，在對待“控制分散”問題上必需因地制宜。

　　對于單元機組的大部分非常復雜的控制功能，“*分散”同由于故障點增多，反而會降低系統(tǒng)的可靠性（即使將來開發(fā)出冗余的FF-HI或PROFIBUS-PA過程控制總線），并使一個控制系統(tǒng)功能必須以很高的處理周期，頻繁在2層通信網(wǎng)絡內(nèi)交換信息，因此，至少在相當長時期內(nèi)，技術上是不可行的。對于這部分系統(tǒng)的控制功能反而有趨向適度集中的趨勢。

　　控制和處理功能中的單個驅動器的邏輯控制功能正在靠近，甚至嵌入驅動器中倒是一個非常明顯的發(fā)展趨勢，這本質實際上是將DCS的驅動邏輯模件放在現(xiàn)場驅動器附近，或者開發(fā)內(nèi)嵌驅動邏輯功能的智能驅動器，通過DCS的I/O總線或現(xiàn)場總線，與控制室內(nèi)控制器相連，從而大大減少電纜和提高可靠性。因此，這不是FCS的。對于簡單的功能相對集中的控制系統(tǒng)，采用FCS的控制和處理功能*分散到現(xiàn)場智能儀表中，而后納入DCS的方案，預計經(jīng)過一段時間發(fā)展后，將會受到歡迎。

　　FCS的全數(shù)字化通信將引起真正的革命。傳統(tǒng)DCS的一個致命弱點是，它可以控制和監(jiān)視工藝過程，對自身進行診斷、維護和組態(tài)。但是，由于其I/O信號采用傳統(tǒng)的模擬量信號，因此，它無法在DCS的工程師站上對現(xiàn)場儀表（變送器、執(zhí)行機構等）進行遠方診斷、維護和組態(tài)。FCS的現(xiàn)場總線和全數(shù)字的現(xiàn)場總線智能化儀表熔入DCS后，將*解決這個問題。DCS公司也意識到了這點，目前已有一些DCS可以在控制器下層的現(xiàn)場總線上連接現(xiàn)場總線智能化儀表，實現(xiàn)全數(shù)字化通信。但是，在DCS工程師站上對現(xiàn)場儀表進行診斷、維護和組態(tài)的功能目前都只處于開發(fā)階段。因此，不贊成FCS取代DCS的提法，更確切的提法是，未來現(xiàn)場總線智能化儀表和FCS概念將熔入DCS中，推動DCS功能進一步發(fā)展，使用戶的配置方式更加靈活。

　　1.2.3單元機組自動化系統(tǒng)進一步智能化

　　單元機組DCS的應用使機組的監(jiān)控面貌發(fā)生了質的飛躍，但是應當說，它的監(jiān)控手法大多還是比較傳統(tǒng)的，智能化程度不太高。當前情況開始有了變化。從國外看，許多智能化的監(jiān)視和控制軟件已日趨成熟和商品化，并在火電廠實踐中取得明顯的效益，單元機組自動化系統(tǒng)進一步智能的趨勢十分明顯。因此，應當精心研究和設計DCS應用軟件，進一步提高顯示、報警、事故記錄等功能的智能化程度，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存檔和檢索無紙化。要進一步提高模擬量控制系統(tǒng)的控制范圍，研究實現(xiàn)根據(jù)機組負荷自動啟停燃燒器（制粉系統(tǒng)）和機組自啟停功能，使控制中心進一步智能化、自動化，使值班人員控制機組運行，好似人們照相使用“傻瓜機”那樣，以提高機組運行安全性。同時，要積極采用已取得成功應用經(jīng)驗，安全、經(jīng)濟效益明顯的優(yōu)化控制軟件、性能計算和分析軟件、機組壽命管理軟件、故障診斷以及狀態(tài)維修軟件等，進一步提高機組運行的安全性和經(jīng)濟效益，以較少投入，zui大限度地挖掘機組潛力。

　　1.3輔助車間高度集中控制

　　一個電廠有10幾個輔助車間，過去在每個車間都設一個控制室，采用PLC實現(xiàn)順序控制，值班人員多達100～200人，不少電廠輔助車間實際達到的自動化水平不高。隨著大中型國營企業(yè)改革逐步到位，許多企業(yè)已經(jīng)意識到，1 a就可以減少近千萬元的支出。目前新建工程已迅速向這個方向發(fā)展。對于老電廠，他們在自動化改造時，除少數(shù)電廠外，目前大多還只在提高單元機組自動化水平上下功夫，輔助車間自動化改造還沒有提到議事日程上來，這主要是因為它將引起更大規(guī)模的下崗壓力。相信我國大中型國營企業(yè)改革基本完成之日，必將是老廠輔助車間進行上述自動化改造之時。

　　輔助車間實現(xiàn)高度集中控制要抓好2件事：（1）提高可控性，并集中解決好某些特殊檢測問題，使設計的順序控制得以可靠運行，實現(xiàn)在當?shù)鼗緹o人值班；（2）配置好輔助車間的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡，實現(xiàn)若干輔助車間遠方集中監(jiān)控。