摘要：工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的每個(gè)歷史階段必定有一種控制平臺相對應。當前，火電廠(chǎng)進(jìn)入智能化建設階段，霸占火電廠(chǎng)控制平臺近30年的DCS已經(jīng)顯示出力不從心的疲態(tài)。本文揭示一種全新的控制平臺——智能控制系統（Intelligent Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)ICS）正在悄悄孕育產(chǎn)生，并介紹它的基本特征。最后，筆者對ICS與SIS（Supervisory Information System）間的關(guān)系調整，以及平臺出現后的管理變革等問(wèn)題進(jìn)行初步探討。希望通過(guò)本文，開(kāi)放思路，引起討論，加快火電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：分散控制系統（DCS）；智能控制系統（ICS）；監管信息系統（SIS）；控制平臺；智能化

Abstract: The control platform shall be corresponded with each develop period in industry automation. Recently, the smart power plant has been developed while the 30-year-old DCS shows poor. The paper will announce that the intelligent control system (ICS) as the newest control platform has been come into the world quietly and we will show its basic feature too. Finally, the function configuration between ICS and SIS, as well as the management reform will also be discussed. The author hopes that open ideas and discussions be raised by the paper.

Key words: Distributed control system; Intelligent control system; Supervisory information system; Control platform; Intelligent

1　控制平臺的迭代是自動(dòng)化水平歷史發(fā)展階段的標志

20世紀七、八十年代，控制平臺開(kāi)始是單元組合儀表和傳統指示記錄儀表，后來(lái)為組件組裝儀表和計算機數據采集系統。眾所周知，由于當時(shí)控制平臺沒(méi)備的可靠性低、功能簡(jiǎn)單，決定了這個(gè)階段火電廠(chǎng)自動(dòng)化水平相對較低。

進(jìn)入20世紀八十年代末，開(kāi)始引進(jìn)DCS，從試點(diǎn)到推廣應用，一直到九十年代末我國自主開(kāi)發(fā)的DCS得到廣泛應用，我國火電廠(chǎng)自動(dòng)化進(jìn)入了一個(gè)以DCS為新的控制平臺的歷史階段。DCS設備可靠性高，模擬控制算法和程控保護邏輯算法較為完善，這標志著(zhù)火電廠(chǎng)進(jìn)入了一個(gè)較高自動(dòng)化水平的歷史時(shí)期。

歷史證明，火電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展的每個(gè)歷史階段，必定有一種相應的控制平臺，而控制平臺的進(jìn)步則是推動(dòng)火電廠(chǎng)自動(dòng)化向前發(fā)展的基本前提和標志。

2　火電廠(chǎng)智能化呼喚新的控制平臺——ICS

進(jìn)入21世紀后，火電廠(chǎng)逐步向數字化、信息化和智能化發(fā)展，傳統DCS控制平臺逐步顯示出力不從心的態(tài)勢，開(kāi)始把一部分應該由它完成而做不到的功能“推”給SIS去做，或者在DCS上外掛零散的異構控制平臺實(shí)現智能優(yōu)化控制系統等，采取一些臨時(shí)應對指施。此時(shí)，已有有識之士開(kāi)始探索在傳統DCS基礎上開(kāi)發(fā)適應新時(shí)代要求的更高級控制平臺問(wèn)題。這是一個(gè)漫長(cháng)的新理念萌芽和積累的過(guò)程，是一個(gè)更高級的新型控制平臺孕育產(chǎn)生的過(guò)程。

下面舉例談下這個(gè)過(guò)程中的某些事件。

（1）現場(chǎng)總線(xiàn)控制系統（Field Control System，簡(jiǎn)稱(chēng)FCS）推出21世紀初，隨著(zhù)數字技術(shù)發(fā)展和信息化需要，FCS推向市場(chǎng)。當時(shí)，國外有一些權威人士狂稱(chēng)DCS將被FCS取代而消亡。但事實(shí)證明，雖然FCS把DCS向前推進(jìn)了一大步，對電廠(chǎng)數字化產(chǎn)生深遠影響，但是，這一次還沒(méi)有能夠從根本上動(dòng)搖DCS功能的主導地位。

（2）廠(chǎng)級控制系統（Plant Control System簡(jiǎn)稱(chēng)PCS）概念提出不久，我國專(zhuān)家提出了廠(chǎng)級控制系統的概念，它跳出了控制平臺僅僅以單元機組為對象配置的模式。同時(shí)，也指出脫離DCS，另外建立一個(gè)專(zhuān)用廠(chǎng)級控制平臺帶來(lái)的諸多問(wèn)題，提出建立一個(gè)與單元機組控制一體化的廠(chǎng)級控制智能化和大數據控制平臺的思想。

（3）優(yōu)化控制系統需要控制平臺

DCS“一統天下”的幾十年中，由于DCS平臺的限制，以及DCS廠(chǎng)家投入力量的限制，各種先進(jìn)的智能控制技術(shù)發(fā)展非常緩慢。在這種形勢下，我國的科研院所開(kāi)始介入，開(kāi)發(fā)出形形色色優(yōu)化控制系統。但是，由于DCS不提供一體化優(yōu)化控制平臺，外掛優(yōu)化控制平臺就成為唯一選擇，這一定程度上降低了系統響應速度和可靠性。因此，當時(shí)我國專(zhuān)家建議DCS廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)一種包含智能算法群和智能引擎，并能確保第三方開(kāi)發(fā)的智能控制技術(shù)知識產(chǎn)權的通用優(yōu)化控制平臺。這是我國專(zhuān)家根據智能技術(shù)發(fā)展需要，首次提出新時(shí)期控制平臺應向開(kāi)放性發(fā)展的理念。

（4）智能計算和大數據挖掘技術(shù)融合向控制層延伸

智能計算和大數據分析首先開(kāi)始在SIS級監管層得到應用。隨著(zhù)信息技術(shù)發(fā)展，個(gè)別科研院所嘗試用DCS外掛平臺將智能分析和數據挖掘應用于實(shí)時(shí)控制系統。雖然規模小，不具有標準化和模塊化的水平，但卻起到了一定的啟示作用。當前技術(shù)發(fā)展已提供足夠條件改變原有DCS控制平臺中有限的歷史數據站、計算站，以及用組態(tài)傳統低級控制模塊和邏輯模塊組成控制系統的格局，而在新的控制平臺中配置大型實(shí)時(shí)/歷史數據庫，以及眾多可選智能算法群和智能計算引擎，開(kāi)發(fā)各種優(yōu)化控制系統，并為單元值班員提供更加智能化的故障報警（預警）及診斷分析等。

當前，經(jīng)過(guò)十幾年的探索，一個(gè)全新的控制平臺——智能控制系統輪廓已日漸清晰，它至少具有下列三個(gè)基本特點(diǎn)：

（1）智能。保留傳統控制系統功能組態(tài)技術(shù)，進(jìn)而融合智能計算引擎調度智能算法，以及大數據應用的智能控制和分析技術(shù)。

（2）開(kāi)放。從傳統功能模塊組態(tài)開(kāi)放，發(fā)展到包括高級智能應用在內的全面開(kāi)放。

（3）綜合。系統配置將具有很大的靈活性，可以綜合電廠(chǎng)各級監視和控制功能。不僅可以整合眾所周知的FCS，還可以整合廠(chǎng)級控制系統，而且為電廠(chǎng)合理規劃ICS和SIS配置提供條件。

值得慶幸的是，作為控制平臺開(kāi)發(fā)主力軍的個(gè)別廠(chǎng)家也已經(jīng)開(kāi)始投入資金和技術(shù)開(kāi)發(fā)出第一代ICS。例如，電廠(chǎng)企業(yè)龍頭之一的北京國電智深控制技術(shù)有限公司已推出首套ICS，并成功應用于國電內蒙古東勝熱電有限公司，達到了初期階段目標。這標志著(zhù)火電廠(chǎng)真正進(jìn)入了一個(gè)由DCS控制平臺跨入到ICS控制平臺的火電廠(chǎng)智能化時(shí)代。

3　ICS控制平臺出現后的管理變革

歷史證明，每一次控制平臺的發(fā)展，必將引起管理的變革，ICS控制平臺的出現也不例外。這是一個(gè)非常重要，需要著(zhù)力探討的課題，筆者在這里從兩方面具體談一下：

（1）可以最大限度調動(dòng)各方面智慧，合力發(fā)展電廠(chǎng)智能化

20世紀七、八十年代，控制平臺是單元組合儀表和傳統指示記錄儀表，或者組件組裝儀表和計算機數據采集系統，當時(shí)的分工是廠(chǎng)家提供硬件平臺，設計院負責控制算法和邏輯沒(méi)計，調試單位負責調試，各做一套，弊端十分明顯。

20世紀九十年代，火電廠(chǎng)進(jìn)入了DCS控制平臺的應用階段，這時(shí)期廠(chǎng)家不僅提供硬件平臺，而且負責模擬控制算法和程控保護邏輯設計、組態(tài)，以及現場(chǎng)調試投運，設計院僅負責一些輔助工作，而科研調試單位也從大量工程中退守到部分零星科技項目中，這大大削弱和浪費了工程建設中的有生技術(shù)力量。

電廠(chǎng)智能化建設需要把我國電廠(chǎng)自動(dòng)化各部門(mén)專(zhuān)家力量全面調動(dòng)和融合在一起，而一個(gè)開(kāi)放的ICS控制平臺為此創(chuàng )造了條件。供應商不僅可以提供平臺和工具，也可以根據自己的特長(cháng)和力量開(kāi)發(fā)各種智能控制系統。而我國數量龐大的科研院所也可借助開(kāi)放的ICS控制平臺開(kāi)發(fā)和提供有特色的智能化系統，其至作為通用產(chǎn)品嵌入每個(gè)工程和每次招標中。招標技術(shù)規范也將由單一化向個(gè)性化發(fā)展，這必將大大加快我國電廠(chǎng)智能化的進(jìn)程。

（2）ICS的出現，必將推動(dòng)控制平臺市場(chǎng)合理化

DCS發(fā)展初期，較高的市場(chǎng)定價(jià)推動(dòng)著(zhù)DCS技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，隨著(zhù)DCS技術(shù)發(fā)展放緩，價(jià)格不斷下降。反之，又導致DCS開(kāi)發(fā)投入的下降和技術(shù)停滯。

ICS的推出，由于質(zhì)的變化，控制平臺的價(jià)格必將上移，并趨向合理。而且，由于智能控制系統可以積木化地集成，價(jià)格將多元化。此外，科研院所在招標時(shí)也可以將其開(kāi)發(fā)的系統當做一個(gè)商品模塊納入同時(shí)招標。因此，可以預見(jiàn)，在不久的將來(lái)，隨著(zhù)ICS的推出必將深刻影響市場(chǎng)，促使控制平臺市場(chǎng)更趨合理化。反之，市場(chǎng)合理化也必將推動(dòng)ICS內涵的深化，扎扎實(shí)實(shí)推動(dòng)電廠(chǎng)智能化的快速發(fā)展。

4　智能控制系統（ICS）與監管信息系統（SIS）關(guān)系再探討

眾所周知，電廠(chǎng)是不間斷連續運行的流程工業(yè)，為了確保電廠(chǎng)（特別是單元機組）實(shí)時(shí)生產(chǎn)運行過(guò)程的高效安全，必須對實(shí)時(shí)生產(chǎn)運行過(guò)程建立一套完整的監視（Monitoring）、控制（Control）和監管（Suprevisory）系統。監視和控制（簡(jiǎn)稱(chēng)監控）對實(shí)時(shí)性要求非常高，屬于單元機組值班員責職范圍；而監管分析工作，雖然相對非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)性要求也比較高，但相對監控系統來(lái)說(shuō)可以略微低一些。單元值班員要關(guān)注，但更多是屬于運行專(zhuān)工和總工組織管理的范疇。

20世紀九十年代，當DCS監控系統發(fā)展鼎盛時(shí)期，作者明顯感到單元機組實(shí)時(shí)生產(chǎn)運行過(guò)程中一部分重要監控功能，例如高級故障預警（報警）和分析診斷等，由于當時(shí)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展水平的限制，為確?？煽啃远贒CS中是缺失的。正因為如此，筆者在當時(shí)1997年提出SIS概念時(shí)，以及隨后制訂的第一部SIS標準中把這些本應列入DCS中的這些功能上移到SIS中去了。

在高度發(fā)展的信息網(wǎng)絡(luò )技術(shù)背景下應運而生的ICS，完全可以實(shí)現比DCS更強大的功能，包括把上述高級功能放入其中而仍能確保其安全可靠性。但是，我們也仍然要防止把過(guò)多功能移到ICS中，畢竟ICS是屬于安全等級最高的控制區。筆者建議按下列原則在ICS和SIS間重新進(jìn)行功能分配：除了原先由DCS實(shí)現的控制和報警功能繼續放入ICS中外，對實(shí)時(shí)連續性要求非常高，屬于單元值班員和值長(cháng)需24小時(shí)連續及時(shí)處理的相關(guān)監視、控制和報警等功能，例如過(guò)去放在SIS中的機組優(yōu)化負荷調度、系統緊急故障預警和診斷，以及控制系統故障診斷等可以下移放入ICS中；而實(shí)時(shí)性要求相對低一些，主要由運行專(zhuān)家（電廠(chǎng)運行專(zhuān)工、總工，乃至集團和科研院所專(zhuān)家）組織指導值班員處理的問(wèn)題和相關(guān)信息則仍宜留在SIS中，以確保最高安全等級ICS的可靠性。當然，不排除單元值班員通過(guò)SIS終端及時(shí)得到此類(lèi)信息。

作者在此對ICS和SIS關(guān)系只是做了一些初步原則性的探討，需要組織力量逐一進(jìn)行分析，并對相關(guān)規程進(jìn)行修改和補充。

5　結束語(yǔ)

當前火電廠(chǎng)開(kāi)始進(jìn)入智能化時(shí)代，傳統DCS已步履緩慢，日顯力不從心?？刂破脚_的更新?lián)Q代即將提上日程，它將對技術(shù)、管理以及市場(chǎng)帶來(lái)革命性變革。同時(shí)控制平臺的換代將是一個(gè)十分復雜的過(guò)程，大量問(wèn)題需要重新探討。本文拋磚引玉，希望激起行業(yè)探索的高潮。

作者簡(jiǎn)介：

侯子良（1935-），男，上海人，教授級高級工程師，主要從事火電廠(chǎng)自動(dòng)化行業(yè)管理、標準化設計及技術(shù)研究。

摘自《自動(dòng)化博覽》2019年3月刊