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2019年02月18日 10:26:57来源:控制网作者:自动化博览关键词:DCS智能控制
    工业自动化发展的每个历史阶段必定有一种控制平台相对应。当前,火电厂进入智能化建设阶段,霸占火电厂控制平台近30年的DCS已经显示出力不从心的疲态。本文揭示一种全新的控制平台——智能控制系统(IntelligentControlSystem,简称ICS)正在悄悄孕育产生,并介绍它的基本特征。最后,笔者对ICS与SIS(SupervisoryInformationSystem)间的关系调整,以及平台出现后的管理变革等问题进行初步探讨。希望通过本文,开放思路,引起讨论,加快火电厂自动化发展。

    1控制平台型式是自动化水平历史发展阶段的标志
    20世纪七、八十年代,控制平台开始是单元组合仪表和传统指示记录仪表,后来为组件组装仪表和计算机数椐釆集系统。众所周知,由于当时控制平台没备的可靠性低、功能简单,决定了这个阶段火电厂自动化水平相对较低。
    进入20世纪八十年代末,开始引进DCS,从试点到应用,一直到九十年代末我国自主开发的DCS得到广泛应用,我国火电厂自动化进入了一个以DCS为新的控制平台的历史阶段。DCS设备可靠性高,模拟控制算法和程控保护逻辑算法较为完善,这标志着火电厂进入了一个较高自动化水平的历史时期。
    历史证明,火电厂自动化发展的每个历史阶段,必定有一个相应的控制平台,而控制平台的进步则是推动火电厂自动化向前发展的基本前提和标志。
    2火电厂智能化呼唤新的控制平台——ICS
    进入21世纪后,火电厂逐步向数字化、信息化和智能化发展,传统DCS控制平台逐步显示出力不从心的态势,开始把一部分应该由它完成而做不到的功能推给SIS去做,或者在DCS上外挂零散的异构控制平台实现智能优化控制系统等,采取一些临时应对指施。此时,已有有识之士开始探索在传统DCS基础上开发适应新时代要求的更高级控制平台问题。这是一个漫长的新理念萌芽和积累的过程,是一个更高级的新型控制平台孕育产生的过程。
    下面举例谈下这个过程中的某些事件。
    (1)现场总线控制系统(FieldControlSystem,简称FCS)推出
    21世纪初,随着数字技术发展和信息化需要,FCS推向市场。当时,国外有一些权威人士狂称DCS将被FCS取代而消亡。但事实证明,虽然FCS把DCS向前推进了一大步,对电厂数字化产生深远影响,但是,这一次还没有能够从根本上动摇DCS功能的主导地位。
    (2)厂级控制系统(PlantControlSystem简称PCS)概念提出
    不久,我国专家提出了厂级控制系统,概念,它跳出了控制平台仅仅以单元机组为对象配置的模式。同时,也揭示了那种脱离DCS,另外建立一个专用厂级控制平台帶来的诸多问题,提出建立一个与单元机组控制一体化的厂级控制智能化和大数据控制平台的思想。
    (3)优化控制系统需要控制平台
    DCS“一统天下”的几十年中,由于DCS平台的限制,以及DCS厂家投入力量的限制,各种先进的智能控制技术发展非常缓慢。在这种形势下,我国的科研院所开始介入,开发出形形色色优化控制系统。但是,由于DCS不提供一体化优化控制平台,外挂优化控制平台就成为唯一选择,这一定程度上降低了系统响应速度和可靠性。因此,当时我国专家建议DCS厂家开发一个包含智能算法群和智能引擎,并能确保第三方开发的智能控制技术知识产权的通用优化控制平台。这是我国专家根据智能技术发展需要,首次提出新时期控制平台应向开放性发展的理念。
    (4)智能计算和大数据挖掘技术融合向控制层延伸
    智能计算和大数据分析首先开始在SIS级监管层得到应用。随着信息技术发展,个别科研院所尝试用DCS外挂平台将智能分析和数据挖掘应用于实时控制系统。虽然规模小,不具有标准化和模块化的水平,但却起到了一定的启示作用。当前技术发展已提供足够条件改变原有DCS控制平台中有限的历史数椐站、计算站,以及用组态传统低级控制模块和逻辑模块组成控制系统的格局,而在新的控制平台中配置大型实时/历史数椐库,以及众多可选智能算法群和智能计算引擎,开发各种优化控制系统,并为单元值班员提供更加智能化的故障报警(预警)及诊断分析等。
    当前,经过十几年的探索,一个全新的控制平台——智能控制系统轮廓已日渐清䀿,它至少具有下列三个基本特点:
    (1)智能
    保留传统控制系统功能组态技术,进而融合智能计算引擎调度智能算法,以及大数据应用的智能控制和分析技术。
    (2)开放
    从传统功能模块组态开放,发展到包括高级智能应用在内的全面开放。
    (3)综合
    系统配置将具有很大的灵活性,可以综合电厂各级监视和控制功能。不仅可以整合众所周知的FCS,还可以整合厂级控制系统,而且为电厂合理规划ICS和SIS配置提供条件。
    值得庆幸的是,作为控制平台开发主力军的个别厂家也已经开始投入资金和技术开发出第一代ICS。例如,电厂企业龙头之一的北京国电智深控制技术有限公司已推出首套ICS,并成功应用于国电内蒙古东胜热电有限公司,达到了初期阶段目标。这标志着火电厂真正进入了一个由DCS控制平台跨入到ICS控制平台的火电厂智能化时代。
    3ICS控制平台出现后的管理变革
    历史证明,每一次控制平台的发展,必将引起管理的变革,ICS控制平台出现也不例外。这是一个非常重要,需要着力探讨的课题,笔者在这里举一、二例具体谈一下:
    (1)可以最大限度调动各方面智慧,合力发展电厂智能化
    20世纪七、八十年控制平台是单元组合仪表和传统指示记录仪表,或者组件组装仪表和计算机数椐采集系统,当时的分工是厂家提供硬件平台,设计院负责控制算法和逻辑没计,调试单位负责调试,各搞一套,弊端十分明显。
    20世纪九十年代,火电厂进入了DCS控制平台的应用阶段,这时期厂家不仅提供硬件平台,而且负责模拟控制算法和程控保护逻辑设计、组态,以及现场调试投运,设计院仅负责一些辅助工作,而科研调试单位也从大量工程中退守到部分零星科技项目中,这大大削弱和浪费了工程建设中的有生技术力量。
    电厂智能化建设需要把我国电厂自动化各部门专家力量全面调动和融合在一起,而一个开放的ICS控制平台为此创造了条件。供应商不仅可以提供平台和工具,也可以根据自己的特长和力量开发各种智能控制系统。而我国数量庞大的科研院所也可借助开放的ICS控制平台开发和提供有特色的智能化系统,其至作为通用产品嵌入每个工程和每次招标中。招标技术规范也将由单一化向个性化发展,这必将大大加快我国电厂智能化的进程。
    (2)ICS的出现,必将推动控制平台市场合理化
    DCS发展初期,较高的市场定价推动着DCS技术的发展和进步,随着DCS技术发展放缓,价格不断下降。反之,又导致DCS开发投入的下降和技术停滞。
    ICS的推出,由于质的变化,控制平台的价格必将上移,并趋向合理。而且,由于智能控制系统可以积木化的集成,价格将多元化。此外,科研院所在招标时也可以将其开发的系统当做一个商品模块纳入同时招标。因此,可以预见,在不久的将来,随着ICS的推出必将深刻影响市场,促使控制平台市场更趋合理化。反之,市场合理化也必将推动ICS内涵的深化,扎扎实实的推动电厂智能化的快速发展。
    4智能控制系统(ICS)与监管信息系统(SIS)关系再探讨
    众所周知,电厂是不间断连续运行的流程工业,为了确保电厂(特别是单元机组)实时生产运行过程的高效安全,必须对实时生产运行过程建立一套完整的监视(Monitoring)、控制(Control)和监管(Suprevisory)系统。监视和控制(简称监控)对实时性要求非常高,属于单元机组值班员责职范围;而监管分析工作,虽然相对非实时生产过程来说,实时性要求也比较高,但相对监控系统来说可以略微低一些。单元值班员要关注,但更多是属于运行专工和总工组织管理的范畴。
    20世纪九十年代,当DCS监控系统发展鼎盛时期,笔者明显感到单元机组实时生产运行过程中一部分重要监控功能,例如高级故障予警(报警)和分析诊断等,由于当时计算机网络技术发展水平的限制,为确保可靠性而DCS中是缺失的。正因为如此,笔者在当时1997年提出SIS概念时,以及随后制订的第一部SIS标准中把这些本应列入DCS中的这些功能上移到SIS中去了。
    在高度发展的信息网络技术背景下应运而出的ICS,完全可以实现比DCS更强大的功能,包括把上述高级功能放入其中而仍能确保其安全可靠性。但是,我们也仍然要防止把过多功能移到ICS中,毕竟ICS是属于安全等级最高的控制区。笔者建议按下列原则在ICS和SIS间重新进行功能分配:除了原先由DCS实现的控制和报警功能继续放入ICS中外,对实时连续性要求非常高,属于单元值班员和值长需24小时连续及时处理的相关监视、控制和报警等功能,例如过去放在SIS中的机组优化负荷调度、系统紧急故障预警和诊断,以及控制系统故障诊断等可以下移放入ICS中;而实时性要求相对低一些,主要由运行专家(电厂运行专工、总工,乃至集团和科研院所专家)组织指导值班员处理的问题和相关信息则仍宜留在SIS中,以确保最高安全等级ICS的可靠性。当然,不排除单元值班员通过SIS终端及时得到此类信息。
    作者在此对ICS和SIS关系只是做了一些初步原则性的探讨,需要组织力量逐一进行分析,并对相关规程进行修改和補充。
    5结束语
    当前火电厂开始进入智能化时代,传统DCS已步履缓慢,日显力不从心。控制平台的更新换代即将提上日程,它将对技术、管理,以及市场带来革命性变革。同时控制平台的换代将是一个十分复杂的过程,大量问题需要重新探讨。本文抛砖引玉,希望激起行业探索的高潮。
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