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  【導讀：過去10年，電廠控制系統(tǒng)先從以集散控制系統(tǒng)（DCS）為中心的專有軟件平臺逐漸向使用工業(yè)標準軟硬件的開放式系統(tǒng)發(fā)展，然后再向具有無限連通性并能與眾多不同制造商生產(chǎn)的現(xiàn)場儀表進行互通的全集成電廠自動化系統(tǒng)發(fā)展。那么，再下一步的發(fā)展又會是什么呢？】

圖1  控制室處于不斷改進中，大型鍋爐燃氣輪機盤和儀器、帶狀圖標記錄儀板已經(jīng)移走，決策由大多不在現(xiàn)場的專家團隊做出。當前，包括門戶網(wǎng)站在內(nèi)的自動化系統(tǒng)，可以讓全世界的人實時獲得信息

　　當前，電廠控制室已逐漸建成類似辦公室的環(huán)境，大型鍋爐蒸汽輪機發(fā)電機（BTG）盤和裝有指示器和帶狀圖標記錄儀的豎直板已經(jīng)被移走，可供電廠操作人員單獨訪問終端控制元件的眾多手動/自動控制站也不見了。

　　新技術(shù)的應用已經(jīng)大大改變了控制室的功能?，F(xiàn)在，監(jiān)控室已經(jīng)不再是一個用于操作人員進行操控的地方，而只是那些將電廠資產(chǎn)價值最大化作為共同目標的綜合專家服務團隊眾多門戶站點之一。（見圖l）

　　過去10年，自動化平臺已從主要的專有軟件和硬件設計發(fā)展成可最大化利用工業(yè)標準軟件及硬件的系統(tǒng)，微軟的入侵已經(jīng)瓦解了大多數(shù)集散控制系統(tǒng)平臺。另外，包括控制器和I/O模塊在內(nèi)的硬件已經(jīng)變得越來越小，但其計算能力卻呈現(xiàn)幾何級增長。

　　自動化系統(tǒng)也快速發(fā)展成為商品。為達到高標準的可靠性，發(fā)電公司并沒有放松對包括元件與模塊在內(nèi)的堅固設計要求。標準電廠自動化系統(tǒng)安裝了堅固的I/O模塊，來滿足絕緣、抗浪涌能力和環(huán)境規(guī)格的嚴格標準。遠端外置I/O模塊在很多電廠設備中的應用仍然很廣，當然將來也會一直陪伴我們。

　　圖2  合并數(shù)據(jù)視圖。系統(tǒng)門戶網(wǎng)站使各地的專家可以查看組織內(nèi)部的運營及財政數(shù)據(jù)，從而做出更好的決策和快速的響應，并提高管理水平。高級資產(chǎn)管理軟件打包方案聯(lián)合現(xiàn)場總線技術(shù)，使計算機系統(tǒng)可以對工廠操作過程和設備進行前所未有的監(jiān)督

　　現(xiàn)貨硬件解決方案使硬件價格更低，如I/O模塊，甚至控制器等元件。研究表明，系統(tǒng)出貨硬件價值持續(xù)下跌，而軟件應用價值不斷上升。但這項技術(shù)的存在，并不一定意味著這一技術(shù)適合任何價格。

　　同時，一些不同的計算機總線結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了發(fā)展，與其他情況相比較，非單一結(jié)構(gòu)更受歡迎?？焖俳粨Q式以太網(wǎng)、基金會現(xiàn)場總線、過程現(xiàn)場總線、異步串行接口（ASI）、設備網(wǎng)（DeviceNet）和其他類型，已經(jīng)獲得了供應商和用戶的廣泛接受。但是，多數(shù)自動化系統(tǒng)供應商把自己與那些針對一個行業(yè)的應用服務供應商區(qū)分開來。現(xiàn)在，供應商提供的產(chǎn)品和服務是否具備提高有效性、效率和控制排放的能力是電力行業(yè)重要的要求，將來其重要性還會不斷提高。

　　比起便宜的計算機和高級軟件應用程序，自動化系統(tǒng)的宗旨必須是優(yōu)化電廠資產(chǎn)的經(jīng)濟性。放寬管制需要更強的優(yōu)化運行意識，而最大化可用性及提高效率和安全是自動化系統(tǒng)至關(guān)重要的任務。此外，監(jiān)控、報告和控制排放已經(jīng)得到了發(fā)展。在某些情況下，要達到最高企業(yè)級別，很大程度上是因為細致的監(jiān)管審查?？傊?，當前的運營環(huán)境比以往任何時候都要復雜，我們也只是僅僅利用了自動化系統(tǒng)能力的表層而已。

　　用戶界面模式的發(fā)展歷程

　　20世紀70年代出現(xiàn)的首個直接數(shù)字控制系統(tǒng)，提供了模擬傳統(tǒng)BTG盤的圖形化界面。該系統(tǒng)顯示效率低下，因為一次只能看到部分進程。雖然顯示可以來回切換，但是通過可用的低分辨率監(jiān)視器只能顯示很少的變化量。這一問題被稱為“匙孔效應”，操作人員只能隨時看到電廠少量的變化量，但不能對電廠有一個整體的感觀。

　　20世紀80年代，第一臺DCS提供了更大的可視范圍，并考慮了操作人員的工作。該DCS的歷史信息和趨勢顯示了過程動態(tài)，高分辨率屏幕和窗口可以顯示更多變量。

　　20世紀90年代中期，多數(shù)控制系統(tǒng)中包含了支持性知識和操作指南信息，系統(tǒng)的操作和更新已經(jīng)融入到過程控制系統(tǒng)和工程工具中。通常，操作人員通過鎖定一個過程對象進行相關(guān)的設計和指南檢索。這一支持為操作人員提供了基礎知識和幫助，但不能替操作人員做出決定。

　　圖3  無線工程站可以獲得現(xiàn)場設備系統(tǒng)的信息，接收其他地方的信息并允許技術(shù)人員對配置進行即時更改

　　20世紀80年代推廣的智能專家系統(tǒng)，如神經(jīng)式網(wǎng)絡、模糊邏輯和基于其他知識開發(fā)的系統(tǒng)已經(jīng)用于優(yōu)化特殊功能，如排放、單位熱率和鍋爐爐邊清洗，但絕大多數(shù)都沒有用于支持操作人員決策。

　　從控制到監(jiān)督

　　當前，操作團隊似乎與控制過程分離了，這使得自動化系統(tǒng)在進行控制及為工廠運營相關(guān)各方提供及時信息時受到更多的壓力，但可以使個人能夠與遠距離獲得工廠實時信息的專家進行互動。

　　將來，控制系統(tǒng)將不再控制過程，而是進行監(jiān)督。操作、維修和管理這樣的工廠職能將與工廠整個職能范圍緊密融合，數(shù)據(jù)將無所不在。系統(tǒng)將接受最新的信息和通信技術(shù)（ICT），同時同種溝通渠道（一些傳統(tǒng)和個人的，如即時信息）將被合并，靈活、可控的界面將成為系統(tǒng)的核心。另外，操作員界面將發(fā)展成為人機界面，能夠讓工廠內(nèi)外所有相關(guān)方進行合作。而這一功能，外加資產(chǎn)績效解決方案，可以使所有相關(guān)方參與工廠運營和優(yōu)化。

　　這一發(fā)展已經(jīng)前進了一步。新的“網(wǎng)絡支持合作小組”信息是從私人電腦活動中收集的，可以即刻通知到工廠。而專家虛擬網(wǎng)路計劃將圍繞生產(chǎn)活動進行開發(fā)，并將得到未來自動化系統(tǒng)的支持。

　　計算機支持的協(xié)同工作

　　對機構(gòu)內(nèi)部知識管理與合作領域過程控制系統(tǒng)的重要貢獻，源自于對計算機支持協(xié)同工作（CSCW）和信息系統(tǒng)領域的研究。這項研究提出的關(guān)鍵任務，是設計專門關(guān)于社會組織的用戶工作實踐系統(tǒng)。

　　20世紀90年代，CSCW建議通過計算機文件信息儲存功能推進數(shù)據(jù)和項目的留存。信息技術(shù)應該通過可實時輕松獲得知識并與具備合適知識的個體聯(lián)系來支持有組織的記憶，而比較熟悉的工廠數(shù)據(jù)歷史和電子記事本就是從這項研究中發(fā)展而來。

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　　當今ICT提供了另外一個新的操作概念：合作管理。這一概念推動了廠內(nèi)外專家團體的形成，他們都可實時看到工廠操作員可以看見的信息，或通過對歷史信息的檢索進行最佳的決策。

　　圖4  自動化系統(tǒng)必須有利于預見并據(jù)情況而定的合作維修管理。其他合作業(yè)務系統(tǒng)具備互通性，同時必須保證信息的安全性

　　ICT的下一步升級，是將與環(huán)境、提高工作效率和附加智能的交流聯(lián)合起來，如基于系統(tǒng)的工具必須可以自動整合重要過程變量，以及以人為本和過程導向（活動和預警）相關(guān)活動的歷史趨勢。然后，從每日記錄中獲得信息來增強數(shù)據(jù)。最終的結(jié)果是從不同信息源獲得知識，提高工廠的資產(chǎn)價值。（圖2）

　　控制各地的各種信息

　　自動化系統(tǒng)正處于轉(zhuǎn)型階段。自動化系統(tǒng)現(xiàn)在受“網(wǎng)路支持”并快速成為通訊渠道，為那些需要在決策過程中提供意見的人士提供實時信息。

　　網(wǎng)絡化功能現(xiàn)在必不可少，公共事業(yè)公司和其他發(fā)電公司正面臨著一個新的運營環(huán)境，他們需要不斷考慮如何將所需發(fā)電資產(chǎn)與環(huán)境限制、供水、將來的碳排放成本等外部因素影響的需求進行匹配。

　　大型發(fā)電廠通常由生產(chǎn)和維修人員進行監(jiān)督和控制。他們將流程控制系統(tǒng)作為工具，讓過程功能具有自動性，同時為短期、長期決策人員收集提供信息（見圖3）。在這里，交換意見、獲得專門技能是不必可少的。在這些情況下，機構(gòu)最好是作為“社區(qū)”去解決短期問題和開發(fā)優(yōu)化性能的進化程序。由此看來，控制系統(tǒng)的作用是自動化、通告、聯(lián)網(wǎng)和儲存信息。

　　將來，發(fā)電公司可以通過自動化系統(tǒng)“門戶網(wǎng)站”跨越內(nèi)部卓越中心，從機構(gòu)外部搜集專業(yè)知識來優(yōu)化運營。為承擔共同的目標，專家團隊中的每個成員均具備不同的專業(yè)知識，可以隨時隨地被邀請?zhí)峁┙ㄗh。

　　優(yōu)化資產(chǎn)的支持性應用程序

　　在自動化系統(tǒng)控制中心，發(fā)電公司及世界各地的專家和自動化供應商通過工具和高級應用程序?qū)⑿畔⒑蛯崟r數(shù)據(jù)通過門戶網(wǎng)站接入自動化系統(tǒng)，然后接入整個公司業(yè)務系統(tǒng)（見圖4），擁有共同目標的專家社區(qū)可以進行聯(lián)合。此外，還可以通過門戶網(wǎng)站提供增效產(chǎn)品和服務來增加效率和最小化停機時間。很明顯，我們需要完美的信息安全、通知管理、信息發(fā)布和信息整合工具。

　　自動化系統(tǒng)必須包含能夠進行遠程主動維修、監(jiān)視、收集來自系統(tǒng)網(wǎng)路數(shù)據(jù)和向合適的可以進行分析的卓越中心發(fā)送通知的工具。來自任何工廠的設備，如泵、風扇、閥門、變送器、電動機、換熱器、鍋爐和渦輪機的信息必須可以實時搜集。并且，質(zhì)量和成本數(shù)據(jù)都可以供世界各地的專家進行細查（圖5）。

　　之后，自動化系統(tǒng)將變成一個可操作和接入來自“社區(qū)”的不同應用程序平臺。它變成了一個越來越不像控制系統(tǒng)，但越來越像可監(jiān)控的優(yōu)化和控制接收方。

　　圖5  數(shù)據(jù)和信息會被傳送到世界各地的自動化供應商卓越中心和業(yè)主專家團。增強工廠資產(chǎn)回收率，要求專業(yè)知識不在工廠限定范圍之內(nèi)

　　在一些情況下，自動化系統(tǒng)能夠變成發(fā)電公司內(nèi)部應用專家或其他“社區(qū)”內(nèi)咨詢師的基本系統(tǒng)供應商或平臺。這意味著自動化系統(tǒng)平臺需要成為像Linux一樣的可供所有人使用、完善和整合的“開放系統(tǒng)”。

　　將來，自動化系統(tǒng)將整合并使用關(guān)注產(chǎn)量和利用率最大化的產(chǎn)品和服務。計算機將放置在電廠中，但專門技能和軟件可存在任何地方。所有的計算機都可以通過門戶網(wǎng)站與外界連接，并通過整體而不是零碎地優(yōu)化工廠所有過程來降低運營成本。系統(tǒng)將避免通過使用狀況為基礎的監(jiān)測和協(xié)作網(wǎng)絡專家的單位行程，這可以更廣泛地接觸能夠提供設計和運營數(shù)據(jù)的專家。

　　總之，自動化系統(tǒng)的未來將通過協(xié)調(diào)具備高級開放信息技術(shù)工具和硬件的專業(yè)知識社區(qū)，進一步完善工廠的可靠性。

　　社區(qū)的運行

　　通過因特網(wǎng)推動的社區(qū)模式現(xiàn)在正被很多行業(yè)采用。或許，最為成功的因特網(wǎng)社區(qū)范例是Linux運行系統(tǒng)。

　　Linux是一種運行系統(tǒng)，起初是芬蘭Helsinki大學名為Linus Torvalds的年輕學生作為愛好創(chuàng)建的，并于1994年發(fā)布l.0版本Linux Kernel。所有Linux系統(tǒng)的核心kernel是根據(jù)GNU通用公共許可協(xié)議開發(fā)并發(fā)布的，它的源代碼免費提供給任何人。數(shù)以百計的公司、機構(gòu)和同等數(shù)量的個人，都在Linux kerne操作系統(tǒng)基礎上發(fā)布了他們自己版本的系統(tǒng)。

　　當計算機社區(qū)把Linux據(jù)為所有，它已經(jīng)成為由共享信息的社區(qū)人員開發(fā)的世界級操作系統(tǒng)。通過萬維網(wǎng)（除去被防火墻阻擋或設定安全防護的網(wǎng)站）,除去地理位置和時間等因素，用戶可以獲得所有數(shù)據(jù)。

　　同樣，通過最新的自動化系統(tǒng)，電廠員工可以進入他們的社區(qū)，在社區(qū)中記錄所有事件并討論問題。他們通過互動和合作獲得答案，新想法也將通過社區(qū)向各界公布。發(fā)電領域完善的社區(qū)聚集了包括操作人員、維修工人、管理人員和工程顧問，他們?yōu)槟繕似焚|(zhì)、最大化生產(chǎn)、最少程度環(huán)境影響和最低成本這一共同目標而工作。此外，一些發(fā)電公司已經(jīng)建成了卓越中心來支持多樣化的工廠，且專業(yè)知識可以通過自動化系統(tǒng)已建立的通信渠道獲得。