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中國(guó)電廠(chǎng)信息化獨(dú)特模式及發(fā)展

http://www.kblhh.cn 2009-03-31 17:15 來(lái)源：中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)專(zhuān)家咨詢(xún)工作委員會(huì)

摘要：本文介紹了國(guó)際上廣泛流行的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System,簡(jiǎn)稱(chēng)MES）概念，以及流程企業(yè)信息化的MES+ERP模式，分析了它與我國(guó)電廠(chǎng)信息化過(guò)程中形成的獨(dú)特的廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System in Plant level,簡(jiǎn)稱(chēng)SIS）概念，以及電廠(chǎng)信息化的SIS+MIS模式的相同點(diǎn)和不同處，揭示了我國(guó)電廠(chǎng)信息化模式及SIS概念形成的國(guó)際意義。本文還簡(jiǎn)述了我國(guó)電廠(chǎng)信息化發(fā)展現(xiàn)狀。本文可供各流程企業(yè)信息化工作參考。

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng) 廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng) 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)

1 MES概念

1992年，美國(guó)先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research,簡(jiǎn)稱(chēng)AMR）在對(duì)流程企業(yè)做了大量調(diào)查研究基礎(chǔ)上提出了企業(yè)的三層集成模型，即自下而上為控制層、執(zhí)行層和計(jì)劃層。每一層有對(duì)應(yīng)的控制和/或管理系統(tǒng)及其相應(yīng)的軟件。對(duì)應(yīng)控制層的DCS、SCADA已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的安全經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)應(yīng)計(jì)劃層的ERP在發(fā)達(dá)國(guó)家的許多企業(yè)中也逐步廣泛應(yīng)用。但是，由于當(dāng)時(shí)對(duì)對(duì)應(yīng)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)沒(méi)有人關(guān)注，計(jì)劃層ERP與控制層DCS互相隔裂運(yùn)行，ERP沒(méi)有生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息的支持，以致企業(yè)信息化成效甚微。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)期的反思，到九十年代后期，對(duì)應(yīng)執(zhí)行層的MES迅速發(fā)展起來(lái)，根據(jù)AMR研究，近期世界MES市場(chǎng)每年已突破10億美元。

什么叫做MES呢？AMR和MESA都給出了詳細(xì)的定義，簡(jiǎn)言之，MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)之間的面向車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程的管理信息系統(tǒng)。

目前國(guó)際上所有流程企業(yè)，以及中國(guó)石化、鋼鐵等行業(yè)大多應(yīng)用MES+ERP模式來(lái)規(guī)劃和發(fā)展企業(yè)信息系統(tǒng)。

2 SIS概念

SIS概念是由我國(guó)行業(yè)專(zhuān)家于1997年在研究電廠(chǎng)企業(yè)特點(diǎn)和總結(jié)中國(guó)電廠(chǎng)信息化發(fā)展過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。

早在1993年，我國(guó)唐山發(fā)電總廠(chǎng)就已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)類(lèi)似于SIS的供值長(zhǎng)用的廠(chǎng)級(jí)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視和管理系統(tǒng)。但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制，以及人們主要視線(xiàn)集中解決DCS應(yīng)用問(wèn)題，這種需求沒(méi)有引起注意。

九十年代中期，中國(guó)不少電廠(chǎng)紛紛投入巨資建設(shè)MIS，與國(guó)外一樣，由于多種原因，特別是因?yàn)镸IS沒(méi)有實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，也大多成效甚微。

隨著中國(guó)電廠(chǎng)機(jī)組（車(chē)間）級(jí)自動(dòng)化任務(wù)的基本解決，電廠(chǎng)信息化任務(wù)擺到人們面前，迫切要求回答電廠(chǎng)廠(chǎng)級(jí)信息化的規(guī)劃問(wèn)題，正是在這種背景下，在中國(guó)，SIS概念應(yīng)運(yùn)而生，并形成了一條SIS+MIS的中國(guó)電廠(chǎng)信息化道路。

什么叫做SIS呢？當(dāng)時(shí)作者在提出概念后提議并隨后列入電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的：“SIS主要是為火電廠(chǎng)建立全廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，為全廠(chǎng)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程綜合優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理的信息系統(tǒng)。”

3 SIS與MES概念比較

SIS和MES概念有個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們都是企業(yè)三層模型中介于控制層（DCS）和企業(yè)管理層（ERP、MIS）之間的信息系統(tǒng)，都是在總結(jié)ERP或MIS割裂控制層信息而失敗的教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。

SIS和MES的差異在那兒呢？

1) SIS對(duì)象非常明確是指實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（運(yùn)行），而在規(guī)劃廠(chǎng)級(jí)信息化系統(tǒng)時(shí)將非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（檢修等）納入MIS中；而MES對(duì)象泛指生產(chǎn)過(guò)程，包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程。兩者優(yōu)化對(duì)象的差異如下表所示。

電廠(chǎng)信息化模式	實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（運(yùn)行）	非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程（檢修）	企業(yè)管理
中國(guó)	SIS	MIS
外國(guó)	MES		ERP

電廠(chǎng)信息
化采用SIS+MIS模式，系統(tǒng)配置清晰，管理方便，易于保證信息系統(tǒng)安全，因?yàn)椋?BR>

a) 更好滿(mǎn)足實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)性要求。SIS主要是處理實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)信息，監(jiān)控和管理的時(shí)間性要求相對(duì)較高；而MIS包含大量非實(shí)時(shí)信息，盡管也包括SIS上傳的實(shí)時(shí)信息，但總的來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)性要求相對(duì)較低。

隨著實(shí)時(shí)信息的增加、實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化功能加強(qiáng)和運(yùn)算工作量增加，SIS模式能更好滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性要求的優(yōu)點(diǎn)將日益顯現(xiàn)出來(lái)。

b）服務(wù)對(duì)象清晰。SIS服務(wù)于各級(jí)運(yùn)行值班人員以及研究和管理生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程的相關(guān)管理人員，而MIS主要服務(wù)于設(shè)備檢修，計(jì)劃、經(jīng)營(yíng)以及行政方面的人員，服務(wù)對(duì)象分工清晰，知識(shí)結(jié)構(gòu)專(zhuān)一，便于管理。MES+ERP模式中，由于MES將運(yùn)行和檢修兩個(gè)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和機(jī)構(gòu)混在一個(gè)系統(tǒng)中，給系統(tǒng)配置帶來(lái)諸多不便。

c) 保障安全方便。SIS和MES直接與機(jī)組（車(chē)間）級(jí)控制系統(tǒng)聯(lián)接，因此，它應(yīng)具有比MIS和ERP更高的安全等級(jí)。此外，廠(chǎng)級(jí)實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理本身也比非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程管理具有較高的安全等級(jí)。

在SIS+MIS模式中，把安全等級(jí)相對(duì)較低的非實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理納入安全要求相似的MIS中，而SIS中集中配置安全等級(jí)較高的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控和管理，同時(shí)還減少了它面向服務(wù)的人員，安全等級(jí)配置合理，安全性更容易得到保證。

2) MES主要考慮離線(xiàn)管理，而SIS還考慮在線(xiàn)監(jiān)視和管理，而且根據(jù)電廠(chǎng)獨(dú)有特點(diǎn)，在納入機(jī)組優(yōu)化負(fù)荷分配后還將會(huì)出現(xiàn)全廠(chǎng)綜合優(yōu)化控制功能。

目前，我國(guó)已經(jīng)有一些電廠(chǎng)采用非直調(diào)方式（中調(diào)把全廠(chǎng)負(fù)荷發(fā)給電廠(chǎng)，電廠(chǎng)按優(yōu)化分配算法把負(fù)荷分配給每臺(tái)機(jī)組），取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，日益受到電網(wǎng)調(diào)度的支持和電廠(chǎng)的重視。如果SIS中的這一功能真正實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，那么它的安全等級(jí)將會(huì)提升到與機(jī)組控制級(jí)相同的水平。MES概念中沒(méi)有考慮到電廠(chǎng)這一特點(diǎn)，MES+ERP模式很難滿(mǎn)足這種要求。

綜上分析，中國(guó)電廠(chǎng)信息化的SIS+MIS模式具有一定優(yōu)越性和普遍意義，豐富了國(guó)際上電廠(chǎng)和類(lèi)似于電廠(chǎng)的流程企業(yè)信息化的模式。

4 我國(guó)SIS發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)電廠(chǎng)信息化建設(shè)已有一批標(biāo)準(zhǔn)可供遵循，包括2004年頒發(fā)的專(zhuān)門(mén)用于SIS的標(biāo)準(zhǔn)“火力發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)技術(shù)規(guī)程”，這為我國(guó)健康發(fā)展電廠(chǎng)信息化提供了保證。

關(guān)于SIS項(xiàng)目，根據(jù)SIS研究會(huì)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)十五期間已經(jīng)有近200多個(gè)電廠(chǎng)建設(shè)SIS項(xiàng)目。它們的基本情況如下：

1）SIS網(wǎng)絡(luò)

25%項(xiàng)目SIS和MIS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，中間僅采用防火墻類(lèi)的邏輯隔離措施；75%項(xiàng)目SIS和MIS網(wǎng)絡(luò)間還采用了網(wǎng)閘類(lèi)物理隔離措施，而且限制信息只能從SIS向MIS傳送，不允許反向傳送，以確保SIS更高安全等級(jí)。

至于SIS與DCS間的接口更是采取了嚴(yán)格的隔離措施，以確保機(jī)組控制級(jí)的更高安全等級(jí)。

可見(jiàn)中國(guó)在發(fā)展電廠(chǎng)信息化時(shí)非常重視信息安全配置的投入。

2）SIS的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

大約78%由外國(guó)公司提供，如美國(guó)OSI公司的PI，Instep公司的eDNA等，大約22%由中國(guó)公司提供。數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模:

SIS數(shù)據(jù)庫(kù)規(guī)模	套數(shù)	所占份額
≤20000點(diǎn)	50	39.7%
30000-40000點(diǎn)	25	19.8%
50000點(diǎn)	36	28.6%
≥60000點(diǎn)	15	11.9%

3）SIS優(yōu)化軟件

由于外國(guó)公司介入較晚，目前約80%由中國(guó)SIS公司提供，只有20%由外國(guó)公司提供，主要是西門(mén)子公司和ABB公司等，目前外國(guó)公司已開(kāi)始重視中國(guó)電廠(chǎng)優(yōu)化軟件市場(chǎng)，紛紛進(jìn)入中國(guó)。

4）SIS評(píng)估

由原電力部副部長(zhǎng)陸延昌先生為首的專(zhuān)家小組于2004年和2005年分別對(duì)盤(pán)山電廠(chǎng)(2×600MW)和石嘴山電廠(chǎng)(4×300MW)的SIS項(xiàng)目進(jìn)行了評(píng)估，充分肯定了SIS的巨大安全和經(jīng)濟(jì)效益，這個(gè)評(píng)估對(duì)我國(guó)電廠(chǎng)信息化向前發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

根據(jù)預(yù)測(cè)，今后五年內(nèi)平均每年至少會(huì)有70-80個(gè)電廠(chǎng)要配置SIS項(xiàng)目，我國(guó)電廠(chǎng)信息化已進(jìn)入建設(shè)高潮。

作者簡(jiǎn)介：

侯子良（1935— ）男，上海人，教授級(jí)高級(jí)工程師。電力行業(yè)熱工自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)一、二屆主任委員，火電廠(chǎng)廠(chǎng)級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)研究會(huì)會(huì)長(zhǎng)，過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)中心常務(wù)副主任，《東方自動(dòng)化網(wǎng)》總裁。從事電廠(chǎng)自動(dòng)化行業(yè)管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、咨詢(xún)及網(wǎng)站工作。

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