★杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司 李戎，李昱，賈曉科

 1　目標和概述 

基于CPS的工業(yè)邊緣智能控制方案從工業(yè)企業(yè)的大量生產(chǎn)控制數據中發(fā)覺(jué)價(jià)值，并有效服務(wù)于自身的業(yè)務(wù)，從生產(chǎn)控制系統提取數據進(jìn)行深度分析、計算、加工后反饋給控制系統和操作人員，讓傳統監盤(pán)走向智能 監盤(pán)、自動(dòng)化控制邁向智能化控制。

 算法是邊緣智能控制方案的核心，方案提供算法的 設計環(huán)境和運行環(huán)境，同時(shí)在內置自研算的基礎上提供標準開(kāi)放接口允許用戶(hù)或者第三方廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)新算法。運 行環(huán)境支持機理運算和AI運算，并疊加分布式優(yōu)化智能 調度技術(shù)，在提高運算質(zhì)量同時(shí)保障運行的穩定可靠和可擴展性。 

設計人員通過(guò)圖形化的組態(tài)設計環(huán)境，自由移動(dòng)、 擺放算法塊，按需組合算法塊之間的關(guān)系，整個(gè)操作過(guò) 程簡(jiǎn)單清晰，極大地降低了用戶(hù)使用門(mén)檻，縱使趨近于 零使用經(jīng)驗的人員也可以通過(guò)算法工具快速分析業(yè)務(wù)。 

“降低編排門(mén)檻、強化算法的智能性”，邊緣智能 控制方案通過(guò)先進(jìn)、多樣的手段發(fā)掘數據價(jià)值，為工業(yè) 控制場(chǎng)景提供全站式綜合解決方案，讓業(yè)務(wù)用戶(hù)不用關(guān) 注過(guò)程中涉及的計算機和控制系統復雜性，聚焦于工廠(chǎng) 業(yè)務(wù)發(fā)展。

 2　方案介紹 

 和利時(shí)基于CPS的工業(yè)邊緣智能控制方案，用于構 建智能、開(kāi)放、綜合的新一代大型火電智能化發(fā)電運行 管控系統，使電廠(chǎng)生產(chǎn)運行更高效、更靈活、更可靠。 方案融合專(zhuān)家經(jīng)驗、機理模型、先進(jìn)預測控制、深度神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、先進(jìn)傳感技術(shù)，對邊緣采集數據進(jìn)行采集、挖 掘和深度分析，提供機組在線(xiàn)深度優(yōu)化、智能運行監 控、設備故障預警與診斷等智能化應用，實(shí)現基于能效 的閉環(huán)控制、提升設備的可靠性與利用率、提升人員經(jīng) 驗與知識的可復用程度，從而最終實(shí)現電廠(chǎng)經(jīng)濟效益和 運行安全的全面提升。 

系統架構如圖1所示。

 圖1 系統架構圖 

系統主要特點(diǎn)： 

（1）該方案基于傳統集散控制系統功能之上，提 供虛擬化、分布式、彈性可伸縮的智能控制能力，以 “軟件定義控制”的方式滿(mǎn)足智能工廠(chǎng)各類(lèi)柔性、動(dòng) 態(tài)、分布式的高級控制及部署要求，形成流程行業(yè)生產(chǎn) 運營(yíng)的智能一體化方案。 

（2）方案提供了基于Web技術(shù)的符合用戶(hù)習慣的 類(lèi)IEC 61131-3低代碼組態(tài)調試工具，提供工業(yè)常用通 用算法及流程行業(yè)專(zhuān)業(yè)算法，如智能檢測、智能控制、 智能尋優(yōu)、智能監盤(pán)、智慧決策等；支持包括Matlab/ Simulink、C/C++、Python、Java等語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的模型 導入，方便用戶(hù)積累沉淀現有成熟工業(yè)機理、機器學(xué)習 模型及專(zhuān)家經(jīng)驗；工程師及用戶(hù)可針對現場(chǎng)實(shí)際情況靈 活配置、編排、調試已有行業(yè)機理及機器學(xué)習模型算法，加速應用落地及迭代升級。

 （3）方案支持主流工業(yè)協(xié)議接入、具備工業(yè)異構 數據融合能力，提供基于OPC UA開(kāi)放的信息模型組織 數據，配合低代碼人機界面工具，工程師及用戶(hù)快速實(shí) 現智能應用的數據集成及人機頁(yè)面搭建。 

（4）方案提供基于5G網(wǎng)絡(luò )的閉環(huán)控制功能，通過(guò) 5G+智能控制器+通用IO+智能現場(chǎng)儀表，實(shí)現高可靠、 安全的無(wú)線(xiàn)控制閉環(huán)，預期可以極大節省工廠(chǎng)工程實(shí) 施、維護與運維成本。 

（5）提供安全可信技術(shù)架構，基于工業(yè)生產(chǎn)與控 制的特點(diǎn)，防護措施覆蓋生產(chǎn)層到現場(chǎng)控制層，實(shí)現了 控制與安全的真正深度融合，確保在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構 下，企業(yè)生產(chǎn)的主動(dòng)信息安全防御能力。 目前，該方案已成功應用于百萬(wàn)機組火電、熱電等 多個(gè)智能化電廠(chǎng)項目，大幅提高生產(chǎn)運行過(guò)程智能化水 平，更好地幫助客戶(hù)實(shí)現節能增效、安全環(huán)保的生產(chǎn)目 標。 該方案中1號機組健康度總貌、耗差指標匯總分析 圖如圖2、圖3所示。

 圖2 機組健康度總貌 

圖3 機組耗差指標匯總分析

 3　代表性及推廣價(jià)值 

  3.1　突破的關(guān)鍵技術(shù) 

（1）基于數據驅動(dòng)和時(shí)間周期驅動(dòng)的混合異構模 型的集成和運行系統組織架構。 

（2）在復雜控制應用場(chǎng)景，將不同供應商、不同 功能及不同語(yǔ)言實(shí)現的算法模型統一運行，并在流程工 業(yè)邊緣側進(jìn)行部署，可以將不同語(yǔ)言及運行時(shí)環(huán)境之間 數據通信及算法配合，實(shí)現高級控制、優(yōu)化、軟測量、 仿真、評估的一體化方案。 

（3）實(shí)現對FMI2.0協(xié)議的支持。

   3.2　主要創(chuàng )新點(diǎn) 

（1）數據計算環(huán)境與自動(dòng)控制環(huán)境分立并行，隔 離了海量數據計算對自動(dòng)控制環(huán)境的影響，保障自動(dòng)控 制環(huán)境穩定可靠運行，也支持數據技術(shù)創(chuàng )新成果賦能自 動(dòng)控制。 

（2）通過(guò)自研的算法模型協(xié)議實(shí)現算法組態(tài)與編 排，統一規范算法塊之間的接口關(guān)系。 

（3）兼容FMI2.0協(xié)議，與FMU算法塊無(wú)縫對 接，支持諸如OpenModelica和Matlab等第三方工具 開(kāi)發(fā)功能庫。 

（4）設計態(tài)和運行態(tài)分離，保障了運行時(shí)環(huán)境和 設計時(shí)環(huán)境之間的獨立性、可移植性和可擴展性。 

（5）運行時(shí)環(huán)境支持多種觸發(fā)方式，既支持數據 驅動(dòng)也支持時(shí)間周期觸發(fā)以及混編的方式統一調度；主 運行時(shí)環(huán)境根據數據更新?tīng)顟B(tài)事件驅動(dòng)調用算法，也可 通過(guò)設置參數項動(dòng)態(tài)控制運行機制。 

（6）通過(guò)容器化的運行和管理，可以擴展運行時(shí) 環(huán)境，定制各種運行環(huán)境；在各個(gè)擴展運行環(huán)境出現異 常時(shí)，可設置對應處理措施，如重啟狀態(tài)機、初始化運 行時(shí)容器、重新加載初始化等措施。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》