【導(dǎo)讀：過(guò)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(tái)逐漸向使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟硬件的開(kāi)放式系統(tǒng)發(fā)展，然后再向具有無(wú)限連通性并能與眾多不同制造商生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)儀表進(jìn)行互通的全集成電廠自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展。那么，再下一步的發(fā)展又會(huì)是什么呢？】

圖1  控制室處于不斷改進(jìn)中，大型鍋爐燃?xì)廨啓C(jī)盤(pán)和儀器、帶狀圖標(biāo)記錄儀板已經(jīng)移走，決策由大多不在現(xiàn)場(chǎng)的專家團(tuán)隊(duì)做出。當(dāng)前，包括門(mén)戶網(wǎng)站在內(nèi)的自動(dòng)化系統(tǒng)，可以讓全世界的人實(shí)時(shí)獲得信息

　　當(dāng)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(jī)發(fā)電機(jī)（BTG）盤(pán)和裝有指示器和帶狀圖標(biāo)記錄儀的豎直板已經(jīng)被移走，可供電廠操作人員單獨(dú)訪問(wèn)終端控制元件的眾多手動(dòng)/自動(dòng)控制站也不見(jiàn)了。

　　新技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)大大改變了控制室的功能。現(xiàn)在，監(jiān)控室已經(jīng)不再是一個(gè)用于操作人員進(jìn)行操控的地方，而只是那些將電廠資產(chǎn)價(jià)值最大化作為共同目標(biāo)的綜合專家服務(wù)團(tuán)隊(duì)眾多門(mén)戶站點(diǎn)之一。（見(jiàn)圖l）

　　過(guò)去10年，自動(dòng)化平臺(tái)已從主要的專有軟件和硬件設(shè)計(jì)發(fā)展成可最大化利用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(tái)。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(lái)越小，但其計(jì)算能力卻呈現(xiàn)幾何級(jí)增長(zhǎng)。

　　自動(dòng)化系統(tǒng)也快速發(fā)展成為商品。為達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的可靠性，發(fā)電公司并沒(méi)有放松對(duì)包括元件與模塊在內(nèi)的堅(jiān)固設(shè)計(jì)要求。標(biāo)準(zhǔn)電廠自動(dòng)化系統(tǒng)安裝了堅(jiān)固的I/O模塊，來(lái)滿足絕緣、抗浪涌能力和環(huán)境規(guī)格的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)端外置I/O模塊在很多電廠設(shè)備中的應(yīng)用仍然很廣，當(dāng)然將來(lái)也會(huì)一直陪伴我們。

　　圖2  合并數(shù)據(jù)視圖。系統(tǒng)門(mén)戶網(wǎng)站使各地的專家可以查看組織內(nèi)部的運(yùn)營(yíng)及財(cái)政數(shù)據(jù)，從而做出更好的決策和快速的響應(yīng)，并提高管理水平。高級(jí)資產(chǎn)管理軟件打包方案聯(lián)合現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)工廠操作過(guò)程和設(shè)備進(jìn)行前所未有的監(jiān)督

　　現(xiàn)貨硬件解決方案使硬件價(jià)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(jià)值持續(xù)下跌，而軟件應(yīng)用價(jià)值不斷上升。但這項(xiàng)技術(shù)的存在，并不一定意味著這一技術(shù)適合任何價(jià)格。

　　同時(shí)，一些不同的計(jì)算機(jī)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。快速交換式以太網(wǎng)、基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線、過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線、異步串行接口（ASI）、設(shè)備網(wǎng)（DeviceNet）和其他類型，已經(jīng)獲得了供應(yīng)商和用戶的廣泛接受。但是，多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)供應(yīng)商把自己與那些針對(duì)一個(gè)行業(yè)的應(yīng)用服務(wù)供應(yīng)商區(qū)分開(kāi)來(lái)?，F(xiàn)在，供應(yīng)商提供的產(chǎn)品和服務(wù)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(lái)其重要性還會(huì)不斷提高。

　　比起便宜的計(jì)算機(jī)和高級(jí)軟件應(yīng)用程序，自動(dòng)化系統(tǒng)的宗旨必須是優(yōu)化電廠資產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。放寬管制需要更強(qiáng)的優(yōu)化運(yùn)行意識(shí)，而最大化可用性及提高效率和安全是自動(dòng)化系統(tǒng)至關(guān)重要的任務(wù)。此外，監(jiān)控、報(bào)告和控制排放已經(jīng)得到了發(fā)展。在某些情況下，要達(dá)到最高企業(yè)級(jí)別，很大程度上是因?yàn)榧?xì)致的監(jiān)管審查?？傊?，當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)環(huán)境比以往任何時(shí)候都要復(fù)雜，我們也只是僅僅利用了自動(dòng)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(jì)70年代出現(xiàn)的首個(gè)直接數(shù)字控制系統(tǒng)，提供了模擬傳統(tǒng)BTG盤(pán)的圖形化界面。該系統(tǒng)顯示效率低下，因?yàn)橐淮沃荒芸吹讲糠诌M(jìn)程。雖然顯示可以來(lái)回切換，但是通過(guò)可用的低分辨率監(jiān)視器只能顯示很少的變化量。這一問(wèn)題被稱為“匙孔效應(yīng)”，操作人員只能隨時(shí)看到電廠少量的變化量，但不能對(duì)電廠有一個(gè)整體的感觀。

　　20世紀(jì)80年代，第一臺(tái)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(shì)顯示了過(guò)程動(dòng)態(tài)，高分辨率屏幕和窗口可以顯示更多變量。

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

　　圖3  無(wú)線工程站可以獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(duì)配置進(jìn)行即時(shí)更改

　　20世紀(jì)80年代推廣的智能專家系統(tǒng)，如神經(jīng)式網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯和基于其他知識(shí)開(kāi)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(méi)有用于支持操作人員決策。

　　從控制到監(jiān)督

　　當(dāng)前，操作團(tuán)隊(duì)似乎與控制過(guò)程分離了，這使得自動(dòng)化系統(tǒng)在進(jìn)行控制及為工廠運(yùn)營(yíng)相關(guān)各方提供及時(shí)信息時(shí)受到更多的壓力，但可以使個(gè)人能夠與遠(yuǎn)距離獲得工廠實(shí)時(shí)信息的專家進(jìn)行互動(dòng)。

　　將來(lái)，控制系統(tǒng)將不再控制過(guò)程，而是進(jìn)行監(jiān)督。操作、維修和管理這樣的工廠職能將與工廠整個(gè)職能范圍緊密融合，數(shù)據(jù)將無(wú)所不在。系統(tǒng)將接受最新的信息和通信技術(shù)（ICT），同時(shí)同種溝通渠道（一些傳統(tǒng)和個(gè)人的，如即時(shí)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(jī)界面，能夠讓工廠內(nèi)外所有相關(guān)方進(jìn)行合作。而這一功能，外加資產(chǎn)績(jī)效解決方案，可以使所有相關(guān)方參與工廠運(yùn)營(yíng)和優(yōu)化。

　　這一發(fā)展已經(jīng)前進(jìn)了一步。新的“網(wǎng)絡(luò)支持合作小組”信息是從私人電腦活動(dòng)中收集的，可以即刻通知到工廠。而專家虛擬網(wǎng)路計(jì)劃將圍繞生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，并將得到未來(lái)自動(dòng)化系統(tǒng)的支持。

　　計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作

　　對(duì)機(jī)構(gòu)內(nèi)部知識(shí)管理與合作領(lǐng)域過(guò)程控制系統(tǒng)的重要貢獻(xiàn)，源自于對(duì)計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作（CSCW）和信息系統(tǒng)領(lǐng)域的研究。這項(xiàng)研究提出的關(guān)鍵任務(wù)，是設(shè)計(jì)專門(mén)關(guān)于社會(huì)組織的用戶工作實(shí)踐系統(tǒng)。

　　20世紀(jì)90年代，CSCW建議通過(guò)計(jì)算機(jī)文件信息儲(chǔ)存功能推進(jìn)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目的留存。信息技術(shù)應(yīng)該通過(guò)可實(shí)時(shí)輕松獲得知識(shí)并與具備合適知識(shí)的個(gè)體聯(lián)系來(lái)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(xiàng)研究中發(fā)展而來(lái)。

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　　當(dāng)今ICT提供了另外一個(gè)新的操作概念：合作管理。這一概念推動(dòng)了廠內(nèi)外專家團(tuán)體的形成，他們都可實(shí)時(shí)看到工廠操作員可以看見(jiàn)的信息，或通過(guò)對(duì)歷史信息的檢索進(jìn)行最佳的決策。

　　圖4  自動(dòng)化系統(tǒng)必須有利于預(yù)見(jiàn)并據(jù)情況而定的合作維修管理。其他合作業(yè)務(wù)系統(tǒng)具備互通性，同時(shí)必須保證信息的安全性

　　ICT的下一步升級(jí)，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(lái)，如基于系統(tǒng)的工具必須可以自動(dòng)整合重要過(guò)程變量，以及以人為本和過(guò)程導(dǎo)向（活動(dòng)和預(yù)警）相關(guān)活動(dòng)的歷史趨勢(shì)。然后，從每日記錄中獲得信息來(lái)增強(qiáng)數(shù)據(jù)。最終的結(jié)果是從不同信息源獲得知識(shí)，提高工廠的資產(chǎn)價(jià)值。（圖2）

　　控制各地的各種信息

　　自動(dòng)化系統(tǒng)正處于轉(zhuǎn)型階段。自動(dòng)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(guò)程中提供意見(jiàn)的人士提供實(shí)時(shí)信息。

　　網(wǎng)絡(luò)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(gè)新的運(yùn)營(yíng)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(lái)的碳排放成本等外部因素影響的需求進(jìn)行匹配。

　　大型發(fā)電廠通常由生產(chǎn)和維修人員進(jìn)行監(jiān)督和控制。他們將流程控制系統(tǒng)作為工具，讓過(guò)程功能具有自動(dòng)性，同時(shí)為短期、長(zhǎng)期決策人員收集提供信息（見(jiàn)圖3）。在這里，交換意見(jiàn)、獲得專門(mén)技能是不必可少的。在這些情況下，機(jī)構(gòu)最好是作為“社區(qū)”去解決短期問(wèn)題和開(kāi)發(fā)優(yōu)化性能的進(jìn)化程序。由此看來(lái)，控制系統(tǒng)的作用是自動(dòng)化、通告、聯(lián)網(wǎng)和儲(chǔ)存信息。

　　將來(lái)，發(fā)電公司可以通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)“門(mén)戶網(wǎng)站”跨越內(nèi)部卓越中心，從機(jī)構(gòu)外部搜集專業(yè)知識(shí)來(lái)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)。為承擔(dān)共同的目標(biāo)，專家團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)成員均具備不同的專業(yè)知識(shí)，可以隨時(shí)隨地被邀請(qǐng)?zhí)峁┙ㄗh。

　　優(yōu)化資產(chǎn)的支持性應(yīng)用程序

　　在自動(dòng)化系統(tǒng)控制中心，發(fā)電公司及世界各地的專家和自動(dòng)化供應(yīng)商通過(guò)工具和高級(jí)應(yīng)用程序?qū)⑿畔⒑蛯?shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)門(mén)戶網(wǎng)站接入自動(dòng)化系統(tǒng)，然后接入整個(gè)公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)（見(jiàn)圖4），擁有共同目標(biāo)的專家社區(qū)可以進(jìn)行聯(lián)合。此外，還可以通過(guò)門(mén)戶網(wǎng)站提供增效產(chǎn)品和服務(wù)來(lái)增加效率和最小化停機(jī)時(shí)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(dòng)化系統(tǒng)必須包含能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程主動(dòng)維修、監(jiān)視、收集來(lái)自系統(tǒng)網(wǎng)路數(shù)據(jù)和向合適的可以進(jìn)行分析的卓越中心發(fā)送通知的工具。來(lái)自任何工廠的設(shè)備，如泵、風(fēng)扇、閥門(mén)、變送器、電動(dòng)機(jī)、換熱器、鍋爐和渦輪機(jī)的信息必須可以實(shí)時(shí)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(jìn)行細(xì)查（圖5）。

　　之后，自動(dòng)化系統(tǒng)將變成一個(gè)可操作和接入來(lái)自“社區(qū)”的不同應(yīng)用程序平臺(tái)。它變成了一個(gè)越來(lái)越不像控制系統(tǒng)，但越來(lái)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(huì)被傳送到世界各地的自動(dòng)化供應(yīng)商卓越中心和業(yè)主專家團(tuán)。增強(qiáng)工廠資產(chǎn)回收率，要求專業(yè)知識(shí)不在工廠限定范圍之內(nèi)

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

　　將來(lái)，自動(dòng)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(wù)。計(jì)算機(jī)將放置在電廠中，但專門(mén)技能和軟件可存在任何地方。所有的計(jì)算機(jī)都可以通過(guò)門(mén)戶網(wǎng)站與外界連接，并通過(guò)整體而不是零碎地優(yōu)化工廠所有過(guò)程來(lái)降低運(yùn)營(yíng)成本。系統(tǒng)將避免通過(guò)使用狀況為基礎(chǔ)的監(jiān)測(cè)和協(xié)作網(wǎng)絡(luò)專家的單位行程，這可以更廣泛地接觸能夠提供設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的專家。

　　總之，自動(dòng)化系統(tǒng)的未來(lái)將通過(guò)協(xié)調(diào)具備高級(jí)開(kāi)放信息技術(shù)工具和硬件的專業(yè)知識(shí)社區(qū)，進(jìn)一步完善工廠的可靠性。

　　社區(qū)的運(yùn)行

　　通過(guò)因特網(wǎng)推動(dòng)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(yùn)行系統(tǒng)。

　　Linux是一種運(yùn)行系統(tǒng)，起初是芬蘭Helsinki大學(xué)名為L(zhǎng)inus Torvalds的年輕學(xué)生作為愛(ài)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(kāi)發(fā)并發(fā)布的，它的源代碼免費(fèi)提供給任何人。數(shù)以百計(jì)的公司、機(jī)構(gòu)和同等數(shù)量的個(gè)人，都在Linux kerne操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)布了他們自己版本的系統(tǒng)。

　　當(dāng)計(jì)算機(jī)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(kāi)發(fā)的世界級(jí)操作系統(tǒng)。通過(guò)萬(wàn)維網(wǎng)（除去被防火墻阻擋或設(shè)定安全防護(hù)的網(wǎng)站）,除去地理位置和時(shí)間等因素，用戶可以獲得所有數(shù)據(jù)。

　　同樣，通過(guò)最新的自動(dòng)化系統(tǒng)，電廠員工可以進(jìn)入他們的社區(qū)，在社區(qū)中記錄所有事件并討論問(wèn)題。他們通過(guò)互動(dòng)和合作獲得答案，新想法也將通過(guò)社區(qū)向各界公布。發(fā)電領(lǐng)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(wèn)，他們?yōu)槟繕?biāo)品質(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(biāo)而工作。此外，一些發(fā)電公司已經(jīng)建成了卓越中心來(lái)支持多樣化的工廠，且專業(yè)知識(shí)可以通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)已建立的通信渠道獲得。