【摘要】在研究國(guó)外自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展及其在火電廠工程中應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從工程觀點(diǎn)出發(fā)，對(duì)未來(lái)21世紀(jì)zui初10年火電廠自動(dòng)化化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)、管理體制的改革，以及發(fā)展我國(guó)民族自動(dòng)化工業(yè)等提出了看法。

　　1火電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用10年展望

　　在本世紀(jì)zui后10年左右的時(shí)間里，我國(guó)火電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，盡管經(jīng)歷過(guò)挫折和重重困難，但仍以的速度發(fā)展?？梢灶A(yù)見(jiàn)，進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)火電廠自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用很可能將以更快的速度發(fā)展，這個(gè)預(yù)測(cè)是基于：（1）世界高科技飛速發(fā)展，世界進(jìn)入信息時(shí)代；（2）我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制將日趨完善，經(jīng)濟(jì)實(shí)力進(jìn)一步加強(qiáng)，我國(guó)電力市場(chǎng)將真正形成。作者在1997年10月中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)第5屆自動(dòng)化學(xué)術(shù)討論會(huì)上發(fā)表的論文《邁向2000年的火電廠自動(dòng)化水平》，以及電規(guī)總院向原電力工業(yè)部上報(bào)的《關(guān)于建設(shè)2000年新一代燃煤示范（試點(diǎn)）電廠的請(qǐng)示》中的附件之一：《2000年電廠儀表和控制（I&C）系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則》中，從工程觀點(diǎn)出發(fā)，提出了21世紀(jì)初期火電廠自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)設(shè)想和2000年示范電廠自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則。在國(guó)家電力公司、電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院的*下，在各大區(qū)設(shè)計(jì)院以及各有關(guān)工程管理和技術(shù)人員的努力下，對(duì)2000年燃煤示范電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則逐步完善和落實(shí)，也使火電廠自動(dòng)化未來(lái)10年展望更具現(xiàn)實(shí)性和指導(dǎo)性。

　　1.1火電廠將進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代

　　未來(lái)21世紀(jì)的zui初10年，火電廠必將隨著不可抗拒的潮流加速進(jìn)入信息網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，火電廠乃至電力系統(tǒng)和電力企業(yè)集團(tuán)將形成生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的信息網(wǎng)絡(luò)。特別要指出，在全廠信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，在技術(shù)上百家爭(zhēng)鳴，研討優(yōu)化方案時(shí)，還要注意克服頭腦中由于專業(yè)分工造成的偏見(jiàn)、局部間利益的摩擦，以及管理體制造成的束縛。經(jīng)過(guò) 2 a的研究和工程審查實(shí)踐，初步形成了下圖所示的全廠信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方案，說(shuō)明如下。

　　1.1.1廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱廠級(jí)自動(dòng)化系統(tǒng)）

　　由廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě)SIS）和廠級(jí)管理信息系統(tǒng)（Management information system in plant level,簡(jiǎn)寫(xiě)MIS）組成。SIS主要處理全廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理，廠級(jí)故障診斷和分析，廠級(jí)性能計(jì)算、分析和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度等；MIS主要為全廠運(yùn)營(yíng)、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，主要完成設(shè)備和維修管理、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理（包括電力市場(chǎng)報(bào)價(jià)子系統(tǒng)）、財(cái)務(wù)管理等。SIS和MIS可以是設(shè)置在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的2個(gè)功能，共用計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器，也可以如圖1所示，SIS網(wǎng)與MIS網(wǎng)用網(wǎng)關(guān)（G）或其它接口分隔成2個(gè)網(wǎng)，分別設(shè)置相應(yīng)的計(jì)算單元和數(shù)據(jù)服務(wù)器，以提高SIS網(wǎng)的安全性。

　　電力集團(tuán)企業(yè)MIS和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)與火電廠的廠級(jí)MIS相連，而電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)則通過(guò)發(fā)電端的遠(yuǎn)程發(fā)送單元（RTU）與網(wǎng)內(nèi)火電廠的的廠級(jí)SIS相連，進(jìn)行1級(jí)或2級(jí)調(diào)度，也可采用傳統(tǒng)方法連接到網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控系統(tǒng)。隨著光纜在各地區(qū)，乃至全國(guó)范圍內(nèi)的敷設(shè)，有可能不再需要RTU，而可以由Intranet網(wǎng)實(shí)現(xiàn)上述通信。

　　廠級(jí)SIS+MIS系統(tǒng)，對(duì)內(nèi)是實(shí)現(xiàn)廠級(jí)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的系統(tǒng)，對(duì)外是電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和調(diào)度系統(tǒng)，以及電力企業(yè)集團(tuán)MIS在發(fā)電廠側(cè)的支持系統(tǒng)，因此，一般情況下無(wú)需獨(dú)立于廠級(jí)MIS再另搞一套發(fā)電廠報(bào)價(jià)系統(tǒng)（GBS）。

　　1.1.2輔助車(chē)間監(jiān)控系統(tǒng)

　　一個(gè)火電廠有10幾個(gè)輔助車(chē)間，國(guó)外已有通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集中到1個(gè)控制室進(jìn)行集中控制的做法。過(guò)去國(guó)內(nèi)都是一個(gè)輔助車(chē)間內(nèi)由PLC和上位機(jī)構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在車(chē)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(gè)網(wǎng)絡(luò)、3個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，待今后條件成熟時(shí)再減少控制點(diǎn)。輔助車(chē)間網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接到上層網(wǎng)——廠級(jí)SIS網(wǎng)，不推薦連接到單元機(jī)組DCS網(wǎng)，再將信息引到SIS網(wǎng)的做法，因?yàn)檫@樣增加了DCS負(fù)荷，降低了單元機(jī)組監(jiān)控可靠性，很難處理單元機(jī)組公用車(chē)間運(yùn)行管理不同的矛盾，而且單元機(jī)組對(duì)大量輔助車(chē)間信息也沒(méi)有需要。至于2個(gè)單元機(jī)組公用的廠用電系統(tǒng)和循環(huán)水泵房，則可設(shè)置公用DCS網(wǎng)，按如圖1方式與單元機(jī)組DCS相連接，實(shí)現(xiàn)每臺(tái)單元機(jī)組DCS對(duì)它的監(jiān)控。

　　1.1.3網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控系統(tǒng)

　　網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)本質(zhì)上是廠級(jí)SIS網(wǎng)下一級(jí)的一個(gè)車(chē)間級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，有人建議把網(wǎng)絡(luò)站監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和SIS合用一個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)，這是不妥的，因?yàn)樗鼈兪?個(gè)不同性質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)，合用會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)站控制的可靠性和實(shí)時(shí)性，并使不同任務(wù)的值班人員（全廠總工和網(wǎng)絡(luò)站值班員）在同一網(wǎng)絡(luò)的終端上工作而帶來(lái)一系列問(wèn)題。必須說(shuō)明，圖示的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)還有待在今后的工程實(shí)踐中進(jìn)一步完善，或根據(jù)情況作必要的修正。

　　1.2單元機(jī)組自動(dòng)化將展現(xiàn)新的特點(diǎn)

　　火電廠單元機(jī)組的自動(dòng)化水平，無(wú)論國(guó)外和國(guó)內(nèi)，都是比較高的，因此未來(lái)21世紀(jì)的zui初10年期間，單元機(jī)組自動(dòng)化水平要不要和會(huì)不會(huì)再提高，答案應(yīng)該是肯定的。當(dāng)前，上電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，電網(wǎng)為了自身的安全和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)火電廠單元機(jī)組提出了一系列嚴(yán)格的調(diào)頻和調(diào)峰的范圍和速度的要求；競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的市場(chǎng)原則迫使火電廠必須zui大限度地挖掘機(jī)組潛力，提率，減少人員，降低成本；國(guó)家法律對(duì)環(huán)保日益嚴(yán)格的要求，并采取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)控手段，也將迫使電廠采取對(duì)策。在我國(guó)，隨著改革的深入，電力市場(chǎng)正在逐步發(fā)展和完善，只要到全國(guó)走一走，就會(huì)看到火電廠內(nèi)正蘊(yùn)動(dòng)著與國(guó)外類似的需求。

　　未來(lái)10年左右時(shí)間里，可以斷定，單元機(jī)組自動(dòng)化必將在下列幾個(gè)方面進(jìn)一步向前發(fā)展：

　　1.2.1控制系統(tǒng)全計(jì)算機(jī)化，控制室緊湊小型化

　　單元機(jī)組實(shí)現(xiàn)全CRT監(jiān)控，傳統(tǒng)監(jiān)控盤(pán)臺(tái)將取消，控制室（2臺(tái)單元機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)將由以前的全部集中到一個(gè)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(gè)小型的電子設(shè)備間，分別布置在鍋爐、汽輪機(jī)房或其它主設(shè)備附近。節(jié)省電纜，并為主廠房模塊化設(shè)計(jì)、安裝、縮短工期，以及主廠房合理布局創(chuàng)造條件。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的信號(hào)，將大量采用遠(yuǎn)程I/O，其中驅(qū)動(dòng)器控制用的I/O，經(jīng)過(guò)實(shí)踐，也將廣泛采取現(xiàn)場(chǎng)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(fèi)用，縮短工期作出貢獻(xiàn)。

　　b.功能配置原則

　　分散控制系統(tǒng)問(wèn)世時(shí)，當(dāng)時(shí)有2大派，一派以歐洲的公司為主，他們根據(jù)過(guò)去集中計(jì)算機(jī)控制故障集中的弊病，提出DCS應(yīng)按控制功能*分散的原則開(kāi)發(fā)，因此推出DCS中的控制器容量很小，往往控制1～2個(gè)回路，與傳統(tǒng)單回路控制器類似；另一派以美國(guó)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(xí)慣，受到一定程度歡迎。但是隨著時(shí)間推移，這種方案zui終被淘汰了。現(xiàn)在連當(dāng)時(shí)創(chuàng)導(dǎo)這種思想的DCS公司也紛紛拋棄原來(lái)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(jié)合火電廠單元機(jī)組控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，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(diǎn)的方向發(fā)展。因?yàn)椋菏紫?，單元機(jī)組各個(gè)控制系統(tǒng)間有著千絲萬(wàn)縷的信號(hào)，一對(duì)控制器故障，往往會(huì)導(dǎo)致另一對(duì)控制器因沒(méi)有正確的信號(hào)而不能正常工作，甚至誤動(dòng)；其次，由于目前大多沒(méi)有常規(guī)后備監(jiān)控制設(shè)備，因此，對(duì)于大部分重要控制器，只要其中一對(duì)控制器故障，可能就要被迫停機(jī)，而過(guò)多的控制器實(shí)際上反而增加了故障停機(jī)的概率；再次，目前控制器容量和速度均大大提高，多個(gè)相互密切的控制系統(tǒng)集中在一對(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，成本增加很?。煽啃赃M(jìn)一步提高。

　　綜上所述，根據(jù)電廠特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)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(shè)計(jì)的控制器；CPU采用2×2冗余或三重冗余；必要時(shí)甚至對(duì)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(guān)系密切的控制系統(tǒng)納入同一控制器等），適當(dāng)提高功能配置的集中度。

　　c.現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）若干問(wèn)題的思考

　?。?）“FCS將取代DCS，DCS將消亡”的論點(diǎn)。DCS的本質(zhì)是監(jiān)控集中，控制分散，故又稱集散控制系統(tǒng)（TDCS），從來(lái)沒(méi)有人聲稱DCS的“監(jiān)控集中”原則也過(guò)時(shí)了；相反，F(xiàn)CS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)商也企圖仿照DCS開(kāi)發(fā)上層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，不同在于，他們開(kāi)始時(shí)想搞一個(gè)*的標(biāo)準(zhǔn)的上層通信網(wǎng)而已，實(shí)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?gòu)倪@一點(diǎn)上說(shuō)，這種提法是很值得討論的。

　?。?）DCS和FCS如何對(duì)待“控制分散”。有人說(shuō)，F(xiàn)CS將控制和處理功能*分散到智能現(xiàn)場(chǎng)儀表（智能變送器、智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)、智能開(kāi)關(guān)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(jī)組用DCS的經(jīng)驗(yàn)看，在對(duì)待“控制分散”問(wèn)題上必需因地制宜。

　　對(duì)于單元機(jī)組的大部分非常復(fù)雜的控制功能，“*分散”同由于故障點(diǎn)增多，反而會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性（即使將來(lái)開(kāi)發(fā)出冗余的FF-HI或PROFIBUS-PA過(guò)程控制總線），并使一個(gè)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(luò)內(nèi)交換信息，因此，至少在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，技術(shù)上是不可行的。對(duì)于這部分系統(tǒng)的控制功能反而有趨向適度集中的趨勢(shì)。

　　控制和處理功能中的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器的邏輯控制功能正在靠近，甚至嵌入驅(qū)動(dòng)器中倒是一個(gè)非常明顯的發(fā)展趨勢(shì)，這本質(zhì)實(shí)際上是將DCS的驅(qū)動(dòng)邏輯模件放在現(xiàn)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)器附近，或者開(kāi)發(fā)內(nèi)嵌驅(qū)動(dòng)邏輯功能的智能驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)DCS的I/O總線或現(xiàn)場(chǎng)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(duì)于簡(jiǎn)單的功能相對(duì)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(chǎng)智能儀表中，而后納入DCS的方案，預(yù)計(jì)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間發(fā)展后，將會(huì)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(gè)致命弱點(diǎn)是，它可以控制和監(jiān)視工藝過(guò)程，對(duì)自身進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)。但是，由于其I/O信號(hào)采用傳統(tǒng)的模擬量信號(hào)，因此，它無(wú)法在DCS的工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表（變送器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）進(jìn)行遠(yuǎn)方診斷、維護(hù)和組態(tài)。FCS的現(xiàn)場(chǎng)總線和全數(shù)字的現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表熔入DCS后，將*解決這個(gè)問(wèn)題。DCS公司也意識(shí)到了這點(diǎn)，目前已有一些DCS可以在控制器下層的現(xiàn)場(chǎng)總線上連接現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化通信。但是，在DCS工程師站上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行診斷、維護(hù)和組態(tài)的功能目前都只處于開(kāi)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(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線智能化儀表和FCS概念將熔入DCS中，推動(dòng)DCS功能進(jìn)一步發(fā)展，使用戶的配置方式更加靈活。

　　1.2.3單元機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)一步智能化

　　單元機(jī)組DCS的應(yīng)用使機(jī)組的監(jiān)控面貌發(fā)生了質(zhì)的飛躍，但是應(yīng)當(dāng)說(shuō)，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(dāng)前情況開(kāi)始有了變化。從國(guó)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(shí)踐中取得明顯的效益，單元機(jī)組自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)一步智能的趨勢(shì)十分明顯。因此，應(yīng)當(dāng)精心研究和設(shè)計(jì)DCS應(yīng)用軟件，進(jìn)一步提高顯示、報(bào)警、事故記錄等功能的智能化程度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存檔和檢索無(wú)紙化。要進(jìn)一步提高模擬量控制系統(tǒng)的控制范圍，研究實(shí)現(xiàn)根據(jù)機(jī)組負(fù)荷自動(dòng)啟停燃燒器（制粉系統(tǒng)）和機(jī)組自啟停功能，使控制中心進(jìn)一步智能化、自動(dòng)化，使值班人員控制機(jī)組運(yùn)行，好似人們照相使用“傻瓜機(jī)”那樣，以提高機(jī)組運(yùn)行安全性。同時(shí)，要積極采用已取得成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，安全、經(jīng)濟(jì)效益明顯的優(yōu)化控制軟件、性能計(jì)算和分析軟件、機(jī)組壽命管理軟件、故障診斷以及狀態(tài)維修軟件等，進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)效益，以較少投入，zui大限度地挖掘機(jī)組潛力。

　　1.3輔助車(chē)間高度集中控制

　　一個(gè)電廠有10幾個(gè)輔助車(chē)間，過(guò)去在每個(gè)車(chē)間都設(shè)一個(gè)控制室，采用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制，值班人員多達(dá)100～200人，不少電廠輔助車(chē)間實(shí)際達(dá)到的自動(dòng)化水平不高。隨著大中型國(guó)營(yíng)企業(yè)改革逐步到位，許多企業(yè)已經(jīng)意識(shí)到，1 a就可以減少近千萬(wàn)元的支出。目前新建工程已迅速向這個(gè)方向發(fā)展。對(duì)于老電廠，他們?cè)谧詣?dòng)化改造時(shí)，除少數(shù)電廠外，目前大多還只在提高單元機(jī)組自動(dòng)化水平上下功夫，輔助車(chē)間自動(dòng)化改造還沒(méi)有提到議事日程上來(lái)，這主要是因?yàn)樗鼘⒁鸶笠?guī)模的下崗壓力。相信我國(guó)大中型國(guó)營(yíng)企業(yè)改革基本完成之日，必將是老廠輔助車(chē)間進(jìn)行上述自動(dòng)化改造之時(shí)。

　　輔助車(chē)間實(shí)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(cè)問(wèn)題，使設(shè)計(jì)的順序控制得以可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)鼗緹o(wú)人值班；（2）配置好輔助車(chē)間的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)若干輔助車(chē)間遠(yuǎn)方集中監(jiān)控。