【摘要】在研究國外自動化技術發展及其在火電廠工程中應用經驗的基礎上
，從工程觀點出發

，對未來21世紀最初10年火電廠自動化化技術應用的發展趨勢

、管理體製的改革，以及發展我國民族自動化工業等提出了看法。

　　【關鍵詞】火電廠自動化信息網絡化分散控製係統現場總線控製係統

　　1火電廠自動化技術應用10年展望

　　在本世紀最後10年左右的時間裏，我國火電廠自動化技術應用的發展

，盡管經曆過挫折和重重困難

，但仍以前所未有的速度發展。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展，這個預測是基於：(1)世界高科技飛速發展，世界進入信息時代
；(2)我國社會主義市場經濟體製將日趨完善
，經濟實力進一步加強，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表的論文《邁向2000年的火電廠自動化水平》，以及電規總院向原電力工業部上報的《關於建設2000年新一代燃煤示範(試點)電廠的請示》中的附件之一：《2000年電廠儀表和控製(I&C)係統設計原則》中

，從工程觀點出發
，提出了21世紀初期火電廠自動化應用技術設想和2000年示範電廠自動化係統設計原則。在國家電力公司
、電力規劃設計總院的領導下，在各大區設計院以及各有關工程管理和技術人員的努力下，對2000年燃煤示範電廠自動化係統的設計原則逐步完善和落實，也使火電廠自動化未來10年展望更具現實性和指導性。

　　1.1火電廠將進入信息網絡化時代

　　未來21世紀的最初10年nian
，火huo電dian廠chang必bi將jiang隨sui著zhe不bu可ke抗kang拒ju的de潮chao流liu加jia速su進jin入ru信xin息xi網wang絡luo時shi代dai，火huo電dian廠chang乃nai至zhi電dian力li係xi統tong和he電dian力li企qi業ye集ji團tuan將jiang形xing成cheng生sheng產chan過guo程cheng自zi動dong化hua和he管guan理li現xian代dai化hua的de信xin息xi網wang絡luo。特te別bie要yao指zhi出chu，在zai全quan廠chang信xin息xi網wang絡luo結jie構gou優you化hua過guo程cheng中zhong
，在zai技ji術shu上shang百bai家jia爭zheng鳴ming，研yan討tao優you化hua方fang案an時shi，還hai要yao注zhu意yi克ke服fu頭tou腦nao中zhong由you於yu專zhuan業ye分fen工gong造zao成cheng的de偏pian見jian、局部間利益的摩擦，以及管理體製造成的束縛。經過 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絡結構的方案，說明如下。

　　1.1.1廠級生產過程自動化和管理現代化係統(簡稱廠級自動化係統)

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

　　電力集團企業MIS和電網運營係統與火電廠的廠級MIS相連
，而電網調度係統則通過發電端的遠程發送單元(RTU)與網內火電廠的的廠級SIS相連，進行1級或2級調度

，也可采用傳統方法連接到網絡站監控係統。隨著光纜在各地區

，乃至全國範圍內的敷設，有可能不再需要RTU，而可以由專用Intranet網實現上述通信。

　　廠級SIS+MIS係統

，對內是實現廠級生產過程自動化和管理現代化的係統
，對外是電網運營和調度係統，以及電力企業集團MIS在發電廠側的支持係統
，因此，一般情況下無需獨立於廠級MIS再另搞一套發電廠報價係統(GBS)。

　　1.1.2輔助車間監控係統

　　一個火電廠有10幾個輔助車間，國外已有通過網絡集中到1個控製室進行集中控製的做法。過去國內都是一個輔助車間內由PLC和上位機構成一個網絡
，在車間控製室內控製。目前趨向於采用適度集中控製的方案，例如全廠形成煤、灰、水3個網絡、3個監控點
，待今後條件成熟時再減少控製點。輔助車間網絡通過網關連接到上層網——廠級SIS網，不推薦連接到單元機組DCS網，再將信息引到SIS網的做法
，因為這樣增加了DCS負(fu)荷(he)，降(jiang)低(di)了(le)單(dan)元(yuan)機(ji)組(zu)監(jian)控(kong)可(ke)靠(kao)性(xing)
，很(hen)難(nan)處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)機(ji)組(zu)公(gong)用(yong)車(che)間(jian)運(yun)行(xing)管(guan)理(li)不(bu)同(tong)的(de)矛(mao)盾(dun)，而(er)且(qie)單(dan)元(yuan)機(ji)組(zu)對(dui)大(da)量(liang)輔(fu)助(zhu)車(che)間(jian)信(xin)息(xi)也(ye)沒(mei)有(you)需(xu)要(yao)。至(zhi)於(yu)2個單元機組公用的廠用電係統和循環水泵房，則可設置公用DCS網，按如圖1方式與單元機組DCS相連接，實現每台單元機組DCS對它的監控。

　　1.1.3網絡站監控係統

　　網絡站監控計算機係統本質上是廠級SIS網下一級的一個車間級監控係統
，有人建議把網絡站監控計算機係統和SIS合用一個信息網絡，這是不妥的，因為它們是2個不同性質的網絡，合用會降低網絡站控製的可靠性和實時性，並使不同任務的值班人員(全廠總工和網絡站值班員)在(zai)同(tong)一(yi)網(wang)絡(luo)的(de)終(zhong)端(duan)上(shang)工(gong)作(zuo)而(er)帶(dai)來(lai)一(yi)係(xi)列(lie)問(wen)題(ti)。必(bi)須(xu)說(shuo)明(ming)，圖(tu)示(shi)的(de)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)還(hai)有(you)待(dai)在(zai)今(jin)後(hou)的(de)工(gong)程(cheng)實(shi)踐(jian)中(zhong)進(jin)一(yi)步(bu)完(wan)善(shan)，或(huo)根(gen)據(ju)情(qing)況(kuang)作(zuo)必(bi)要(yao)的(de)修(xiu)正(zheng)。

　　中國火電廠自動化發展趨勢及對策(2)

　　1.2單元機組自動化將展現新的特點

　　火電廠單元機組的自動化水平，無論國外和國內，都是比較高的
，因此未來21世紀的最初10年nian期qi間jian，單dan元yuan機ji組zu自zi動dong化hua水shui平ping要yao不bu要yao和he會hui不bu會hui再zai提ti高gao，答da案an應ying該gai是shi肯ken定ding的de。當dang前qian，國guo際ji上shang電dian力li市shi場chang的de競jing爭zheng愈yu演yan愈yu烈lie，電dian網wang為wei了le自zi身shen的de安an全quan和he經jing濟ji效xiao益yi，對dui火huo電dian廠chang單dan元yuan機ji組zu提ti出chu了le一yi係xi列lie嚴yan格ge的de調tiao頻pin和he調tiao峰feng的de範fan圍wei和he速su度du的de要yao求qiu

；競價上網的市場原則迫使火電廠必須最大限度地挖掘機組潛力，提高效率
，減少人員，降低成本
；國(guo)家(jia)法(fa)律(lv)對(dui)環(huan)保(bao)日(ri)益(yi)嚴(yan)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)，並(bing)采(cai)取(qu)相(xiang)應(ying)的(de)經(jing)濟(ji)調(tiao)控(kong)手(shou)段(duan)，也(ye)將(jiang)迫(po)使(shi)電(dian)廠(chang)采(cai)取(qu)對(dui)策(ce)。在(zai)我(wo)國(guo)

，隨(sui)著(zhe)改(gai)革(ge)的(de)深(shen)入(ru)，電(dian)力(li)市(shi)場(chang)正(zheng)在(zai)逐(zhu)步(bu)發(fa)展(zhan)和(he)完(wan)善(shan)
，隻(zhi)要(yao)到(dao)全(quan)國(guo)走(zou)一(yi)走(zou)，就(jiu)會(hui)看(kan)到(dao)火(huo)電(dian)廠(chang)內(nei)正(zheng)蘊(yun)動(dong)著(zhe)與(yu)國(guo)外(wai)類(lei)似(si)的(de)需(xu)求(qiu)。

　　未來10年左右時間裏，可以斷定，單元機組自動化必將在下列幾個方麵進一步向前發展：

　　1.2.1控製係統全計算機化，控製室緊湊小型化

　　單元機組實現全CRT監控，傳統監控盤台將取消，控製室(2台單元機組)麵積由目前的350～4 000 m2，降到150 m2以下。

　　1.2.2監控係統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sui著zhe計ji算suan機ji技ji術shu的de發fa展zhan，監jian控kong係xi統tong將jiang由you以yi前qian的de全quan部bu集ji中zhong到dao一yi個ge控kong製zhi樓lou裏li的de配pei置zhi方fang式shi，逐zhu步bu趨qu向xiang於yu采cai用yong適shi度du物wu理li分fen散san配pei置zhi的de原yuan則ze。龐pang大da的de控kong製zhi樓lou將jiang取qu消xiao
，變bian成cheng若ruo幹gan個ge小xiao型xing的de電dian子zi設she備bei間jian
，分fen別bie布bu置zhi在zai鍋guo爐lu、汽輪機房或其它主設備附近。節省電纜，並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造條件。對現場來的信號，將大量采用遠程I/O，其中驅動器控製用的I/O，經過實踐，也將廣泛采取現場配置，這種配置方式必將為大量節約監控電纜

，降低基建費用
，縮短工期作出貢獻。

　　b.功能配置原則

　　分散控製係統問世時，當時開發者有2大派，一派以歐洲的公司為主，他們根據過去集中計算機控製故障集中的弊病
，提出DCS應按控製功能徹底分散的原則開發，因此推出DCS中的控製器容量很小
，往往控製1～2個回路，與傳統單回路控製器類似；另(ling)一(yi)派(pai)以(yi)美(mei)國(guo)和(he)日(ri)本(ben)的(de)公(gong)司(si)為(wei)主(zhu)

，他(ta)們(men)走(zou)中(zhong)間(jian)道(dao)路(lu)，采(cai)取(qu)適(shi)度(du)分(fen)散(san)原(yuan)則(ze)。起(qi)初(chu)歐(ou)洲(zhou)派(pai)由(you)於(yu)符(fu)合(he)原(yuan)先(xian)人(ren)們(men)的(de)習(xi)慣(guan)

，受(shou)到(dao)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)歡(huan)迎(ying)。但(dan)是(shi)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)，這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)最(zui)終(zhong)被(bei)淘(tao)汰(tai)了(le)。現(xian)在(zai)連(lian)當(dang)時(shi)創(chuang)導(dao)這(zhe)種(zhong)思(si)想(xiang)的(de)DCS公司也紛紛拋棄原來那種型式的所謂控製功能徹底分散思想，而推出適度分散的DCS產品。

　　縱觀這一段DCS發展史，結合火電廠單元機組控製係統的特點
，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展。因為：首shou先xian，單dan元yuan機ji組zu各ge個ge控kong製zhi係xi統tong間jian有you著zhe千qian絲si萬wan縷lv的de信xin號hao聯lian係xi，一yi對dui控kong製zhi器qi故gu障zhang，往wang往wang會hui導dao致zhi另ling一yi對dui控kong製zhi器qi因yin沒mei有you正zheng確que的de聯lian係xi信xin號hao而er不bu能neng正zheng常chang工gong作zuo

，甚shen至zhi誤wu動dong；其qi次ci，由you於yu目mu前qian大da多duo沒mei有you常chang規gui後hou備bei監jian控kong製zhi設she備bei

，因yin此ci，對dui於yu大da部bu分fen重zhong要yao控kong製zhi器qi，隻zhi要yao其qi中zhong一yi對dui控kong製zhi器qi故gu障zhang
，可ke能neng就jiu要yao被bei迫po停ting機ji，而er過guo多duo的de控kong製zhi器qi實shi際ji上shang反fan而er增zeng加jia了le故gu障zhang停ting機ji的de概gai率lv；再(zai)次(ci)，目(mu)前(qian)控(kong)製(zhi)器(qi)容(rong)量(liang)和(he)速(su)度(du)均(jun)大(da)大(da)提(ti)高(gao)，多(duo)個(ge)相(xiang)互(hu)聯(lian)係(xi)密(mi)切(qie)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)集(ji)中(zhong)在(zai)一(yi)對(dui)控(kong)製(zhi)器(qi)中(zhong)，反(fan)而(er)因(yin)內(nei)部(bu)信(xin)息(xi)交(jiao)換(huan)方(fang)便(bian)而(er)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)。目(mu)前(qian)有(you)的(de)公(gong)司(si)推(tui)出(chu)的(de)DCS，CPU采用2×2冗餘(由於計算機技術發展，成本增加很小)，可靠性進一步提高。

　　綜上所述
，根據電廠特點，應當在提高每一組控製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製器；CPU采用2×2冗餘或三重冗餘；必要時甚至對部分I/O采取冗餘等。而在控製器容量和速度允許情況下
，可以合理地配置控製器(按工藝功能區配置；關係密切的控製係統納入同一控製器等)
，適當提高功能配置的集中度。

　　c.現場總線控製係統(FCS)若幹問題的思考

　　(1)“FCS將取代DCS
，DCS將消亡”的論點。DCS的本質是監控集中，控製分散
，故又稱集散控製係統(TDCS)，從來沒有人聲稱DCS的“監控集中”原則也過時了；相反，FCS係統開發商也企圖仿照DCS開(kai)發(fa)上(shang)層(ceng)監(jian)控(kong)網(wang)絡(luo)
，不(bu)同(tong)在(zai)於(yu)
，他(ta)們(men)開(kai)始(shi)時(shi)想(xiang)搞(gao)一(yi)個(ge)唯(wei)一(yi)的(de)國(guo)際(ji)標(biao)準(zhun)的(de)上(shang)層(ceng)通(tong)信(xin)網(wang)而(er)已(yi)，實(shi)施(shi)的(de)困(kun)難(nan)已(yi)迫(po)使(shi)他(ta)們(men)放(fang)棄(qi)這(zhe)種(zhong)想(xiang)法(fa)而(er)宣(xuan)布(bu)擬(ni)采(cai)用(yong)現(xian)存(cun)的(de)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)。因(yin)此(ci)，至(zhi)少(shao)從(cong)這(zhe)一(yi)點(dian)上(shang)說(shuo)，這(zhe)種(zhong)提(ti)法(fa)是(shi)很(hen)值(zhi)得(de)討(tao)論(lun)的(de)。

　　(2)DCS和FCS如何對待“控製分散”。有人說

，FCS將控製和處理功能徹底分散到智能現場儀表(智能變送器、智能執行機構
、智能開關櫃等)中，不再需要傳統的放在控製室中的控製器了
，這也是不全麵的。從火電廠單元機組用DCS的經驗看，在對待“控製分散”問題上必需因地製宜。

　　對於單元機組的大部分非常複雜的控製功能，“徹底分散”同由於故障點增多，反而會降低係統的可靠性(即使將來開發出冗餘的FF-HI或PROFIBUS-PA過程控製總線)，並使一個控製係統功能必須以很高的處理周期，頻繁在2層通信網絡內交換信息，因此

，至少在相當長時期內，技術上是不可行的。對於這部分係統的控製功能反而有趨向適度集中的趨勢。

　　控製和處理功能中的單個驅動器的邏輯控製功能正在靠近

，甚至嵌入驅動器中倒是一個非常明顯的發展趨勢，這本質實際上是將DCS的驅動邏輯模件放在現場驅動器附近，或者開發內嵌驅動邏輯功能的智能驅動器
，通過DCS的I/O總線或現場總線
，與控製室內控製器相連，從而大大減少電纜和提高可靠性。因此，這不是FCS的獨創。對於簡單的功能相對集中的控製係統，采用FCS的控製和處理功能徹底分散到現場智能儀表中，而後納入DCS的方案
，預計經過一段時間發展後，將會受到歡迎。

　　FCS的全數字化通信將引起真正的革命。傳統DCS的一個致命弱點是
，它可以控製和監視工藝過程
，對自身進行診斷
、維護和組態。但是，由於其I/O信號采用傳統的模擬量信號
，因此，它無法在DCS的工程師站上對現場儀表(變送器、執行機構等)進行遠方診斷、維護和組態。FCS的現場總線和全數字的現場總線智能化儀表熔入DCS後
，將徹底解決這個問題。DCS公司也意識到了這點，目前已有一些DCS可以在控製器下層的現場總線上連接現場總線智能化儀表

，實現全數字化通信。但是，在DCS工程師站上對現場儀表進行診斷、維護和組態的功能目前都隻處於開發階段。因此，不讚成FCS取代DCS的提法
，更確切的提法是

，未來現場總線智能化儀表和FCS概念將熔入DCS中，推動DCS功能進一步發展，使用戶的配置方式更加靈活。

　　1.2.3單元機組自動化係統進一步智能化

　　單元機組DCSdeyingyongshijizudejiankongmianmaofashenglezhidefeiyue，danshiyingdangshuo，tadejiankongshoufadaduohaishibijiaochuantongde，zhinenghuachengdubutaigao。dangqianqingkuangkaishiyoulebianhua。congguowaikan
，xuduozhinenghuadejianshihekongzhiruanjianyiriquchengshuheshangpinhua
，bingzaihuodianchangshijianzhongqudemingxiandexiaoyi，danyuanjizuzidonghuaxitongjinyibuzhinengdequshishifenmingxian。yinci，yingdangjingxinyanjiuheshejiDCS應用軟件，進一步提高顯示
、報警、事(shi)故(gu)記(ji)錄(lu)等(deng)功(gong)能(neng)的(de)智(zhi)能(neng)化(hua)程(cheng)度(du)，實(shi)現(xian)數(shu)據(ju)存(cun)檔(dang)和(he)檢(jian)索(suo)無(wu)紙(zhi)化(hua)。要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)模(mo)擬(ni)量(liang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)的(de)控(kong)製(zhi)範(fan)圍(wei)
，研(yan)究(jiu)實(shi)現(xian)根(gen)據(ju)機(ji)組(zu)負(fu)荷(he)自(zi)動(dong)啟(qi)停(ting)燃(ran)燒(shao)器(qi)(製粉係統)和機組自啟停功能
，使控製中心進一步智能化、自動化，使值班人員控製機組運行，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驗，安全、經濟效益明顯的優化控製軟件


、性能計算和分析軟件
、機組壽命管理軟件、故障診斷以及狀態維修軟件等，進一步提高機組運行的安全性和經濟效益
，以較少投入，最大限度地挖掘機組潛力。

　　1.3輔助車間高度集中控製

　　一個電廠有10幾個輔助車間，過去在每個車間都設一個控製室，采用PLC實現順序控製，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改革逐步到位
，許多企業已經意識到，1 ajiukeyijianshaojinqianwanyuandezhichu。muqianxinjiangongchengyixunsuxiangzhegefangxiangfazhan。duiyulaodianchang，tamenzaizidonghuagaizaoshi
，chushaoshudianchangwai
，muqiandaduohaizhizaitigaodanyuanjizuzidonghuashuipingshangxiagongfu，fuzhuchejianzidonghuagaizaohaimeiyoutidaoyishirichengshanglai
，zhezhuyaoshiyinweitajiangyinqigengdaguimodexiagangyali。xiangxinwoguodazhongxingguoyingqiyegaigejibenwanchengzhiri，bijiangshilaochangfuzhuchejianjinxingshangshuzidonghuagaizaozhishi。

　　輔助車間實現高度集中控製要抓好2件事：(1)提高可控性，並集中解決好某些特殊檢測問題，使設計的順序控製得以可靠運行
，實現在當地基本無人值班
；(2)配置好輔助車間的計算機監控網絡
，實現若幹輔助車間遠方集中監控。