智能电厂实时生产过程监控和监管综合体系研究

摘要：本文主要对智能电厂实时生产过程监控和监管的架构，以及技术的架构进行宏观综合研究。首先指出传统电厂受技术限制导致的实时生产过管理体系的弊端，隨后分析了随着电厂智能化发展必然要求监控方式发生变革，以及变革的方向，并预示实时生产过程的监管架构将从无到有诞生，及其监管架构组织方式。最后，作者提出了电厂智能化技术架构----监控系统和监管系统间优化功能配置的原则。

（来源：微信公众号“CAA发电自动化”  作者：中国自动化学会发电自动化专委会 侯子良）

关键词：实时生产过程，监控，监管，管理架构，技术架构，综合研究

1传统电厂实时生产过程管理体系

众所周知，电厂实时生产过程的管理方式一定会和当时的技术发展水平（管理工具）相适应。传统电厂实时生产过程管理分为两级，如表1所示：

电厂实时生产过程的基础是单元级，它由运行值班员，凭借DCS之类工具，採用昼夜值班，強实时在线监视和控制实时生产过程。此外，电厂专工、总工、生产厂长、集团（区域）及外部专家等一大批高级人员，由于没有现代化工具，无法及时得到实时信息，而仅依靠非常迟后的运行报表日记、口头报告，下现场考察，或者发生重大事故时紧急召唤到现场等手段得到一点信息，组织力量研究解决或指导运行操作。也就是说，他们采用的是与检修、经营和人事等非实时生产过程相同的非实时“管理”方式。效率低下，非常无奈，使一大批高级人员（人是最话跃的生产力）长期来未能充分发挥作用。

2电厂智能化呼唤监控方式变革，孕育监管架构诞生

2.1监控方式（控制方式）变革

众所周知，实时生产过程及其监控技术的每一次重大进步，必定会推动旧的控制方式变革，产生新的控制方式。尽管每次变革阻力重重，但变革步伐总是不仃滞的向前推进。上世纪后五十年，随着技术进步，我国电厂实时生产过程控制方式，经历了不间断的一次又一次变革的四个发展阶段：

1949 – 1957年 母管制和机械电气仪表/采取机炉分散控制方式；

1958 - 1988年 单元制和电子仪表、自动装置/试点向单元集中控制方式冲击（辽宁、高井、军粮城电厂）；

1989 - 1997年 DCS广泛应用/单元集中控制方式推广和成熟;

1998 – 2000年 信息网络技术进步，全厂控制网络初步形成/全厂辅助车间高度集中控制成为标准。

进入二十一世纪初近二十年来，电厂实时生产过程监控和监管技术经历了醖酿、徘徊到大发展，进入了建设智能化电厂的时期：智能控制系（Intelligent Control System， 简称ICS）正开始取代在我国电厂应用了近三十年的分散控制系统（DCS），厂级控制系统（Plant Control System，简称PCS）正在逐步推广应用；厂级监管信息系统（Supervisory Information System，简称SIS）提出、推广，并遂步进入多级和智能化的大发展时期等。所有这一切技术进步，正在催生更适合当前电厂实时生产过程管理需要的新一代控制方式。作者认为，当前已具备条件，积极稳妥的逐步向“单元值班员辅助下全厂统一值班”，实现从单元集中控制向全厂集中控制方式的过渡。特别是对于新建电厂，应从基建开始就按“全厂一控”方式规划，以便为这次控制方式变革创造良好条件。

2.2监管架构诞生和组织

1）多级监管架构的诞生

2014年作者曾指出（文献一），隨着SIS的发展，发电企业实时生产过程管理体系中一种新的架构----监管架构将诞生，将根据各发电集团的特点，逐步形成厂级监管（监控）中心、集团（区域）监管中心，以及相关科研院所和锅炉、汽机、发电机厂技术支持中心等多级多层次互補的监管架构。近年来这个过程有加速趋势，这必将大大提高发电企业实时生产过程的监管水平，同时又反过来促进监管系统智能化的发展。当前摆在我们面前的又一紧迫任务是迅速组织力量研讨多级监管架构的合理组织，尽量少走弯路。

2）多级监管架构中的人员定位

多级监管架构中有两类人员，一类是具有热工自动化和／或计算机信息技术的专业人员，他们是现代化监管工具（监管系统）开发和维护的支撑人员；另一类是熟悉实时生产过程，借助监管工具监管实时生产过程的人员。众所周知，监管工具（监管系统）愈先进和智能，提供的信息愈及时可信，无疑将给实时生产过程监管人员的监管工作有力的支撑。但是，我们应当认识到，当前，监管系统可以提供的智能化信息还十分有限，大量信息还需要监管专家“人脑”去挖掘和分析研究，如果让这些信息躺在那儿不去充分利用，监管系统作用仍然不能充分发挥（这正是长期来“SIS无用论”的依据）；此外，当前智能化决策的准确性和可靠性尚有待提高，至于日后转化为闭环自动化系统更需要一段相当长的时间过程。因此，人工智能技术加工后给出的指导信息仍然需要监管专家用“人脑”确认，研究对策，并组织解决。因此，必须清醒认识，监管系统的出现和智能化，只是为监管专家提供了一种较高级的现代化工具，在相当长的历史时期中监管专家们仍然是监管实时生产过程的主角。所以我们必须尽快化大力气组织起这支队伍，并把他们推上实时生产过程监管架构中主角位置，研究他们的工作方式和组织，最大限度发挥他们的作用。

3）监管人员的监管方式探讨

监管系统出现已二十多年，介于强实时要求的监控方式和非实时要求的管理方式间的准实时监管方式至今仍迟迟没有形成。一段时间来，主要由信息技术人员为主体管理，根椐要求定期汇总报表向领导反映实时生产过程的静态信息，而负有实时生产过程的管理专家们依然沿用传统的管理方式。对于监管系统提供的大量信息，除了少数专家主动抽时间去潜心研究，并发现一些问题外，大多仍然是抽空看看，或是基层反映问题才去观察研究，基本上没有明确的责职和制度。

隨着智能化诊断和预警等技术应用，个别企业开创了应用现代化手段，按预先制定的组织架构，及时把信息通报相关责任人员组织研究处理，这是一个值得肯定和推广的好创举。但是，这仍然没有完全摆脱依赖监管系统发出予警后再组织研究的框架。

作者认为（文献二），监管层（监管中心）的监管方式应彻底摆脱“检查、报告制”方式，实施每天定时的“高级值班制”方式，即由精通实时生产过程的高级管理和技术专家值班监管，並以他们为核心，凭借现代信息网络作为支撑，组成一个实时生产过程分级管理体系。这种新型管理体系的优点是：

a)强化了高级运行监管专家和数据结合。凭借丰富的数据（包括智能加工后的数据）主动及时发现和研究生产过程潜在的、正在发生的或者已经发生的问题，定期组织专家组进行研究，或者根据确立的责职分工，借助信息网络手段采取向有关部门报告、直接指挥事件处理，发布运行指导意见，并最终汇总事件处理报告等，将高级集中监管值班和分布召唤研究处理相结合。

b)形成监管系统技术发展的火车头。由于这批高级监管专家与监管系统的长期密切结合，深知实时生产过程监管系统发展需求，他们与监管系统专家相结合，必将为监管系统的高速发展注入强大的动力，需知这正是一段时间来这方面的种失导致监管系统发展缓慢的又一重要原因。

3电厂智能化技术架构体系研究

----监控系统和监管系统间优化功能配置

1997年SIS概念提出时，由于计算机信息技术相对比较落后，为了确保安全等级高的DCS可靠性，希望控制通讯负荷率要尽可能低，数据标签量不要太多，复杂运算要少。因此，在制定第一部SIS标准时，大家一致认为，应把机组性能计算（原先在DCS中）和分析、运行优化和操作指导、设备状态监测和故障诊断等功能统统上移到厂级、甚至集团级SIS中。当今，随着计算机技术进步和大数据等技术发展，ICS的出现，高级智能化功能在监控系统和监管系统间，甚至在监管系统各级间如何配置，上移还是下移出现了分歧。因此，探讨电厂智能化技术的架构----监控系统和监管系统间高级智能化功能如何合理规划和配置成为当前智能化电厂建设迫切需要探讨的又一重要课题。

作者认为，确定高级智能化功能（模块）配置规划时，首先要考虑监控级和监控级对其特性的要求，如表2所示：

考虑了表2所列各种特性因素后，我们会发现绝大部份智能模块不应简单的把它完全纳入某一级系统中（表3），而应根据每类智能模块中的功能细分，根椐其特性的当前发展状况，分别列入到各级系统中。例如，对于安全等级要求高、响应速度要求快，或者经历实践考验可以闭环的优化指导功能，自然应当放到单元或厂级控制系统中去。反之，则宜上移至厂级或集团（区域）监管系统中去，以充分利用大数据资源，取得更准确的优化分析指导，并节省开发成本。

4结束语

电力企业实时生产过程监控和监管综合体系研究是智能化电厂建设宏观规划的首要任务。本文探讨了电厂智能化监控方式变革的方向，以及行将诞生的监管架构的模型，并对电厂智能化技术架构---监管系统和监管系统间优化功能配置原则进行了讨论。这是一个大课题，作者希望抛砖引玉，引起关注，组织研讨，並不断在实践中完善，以便平稳快速的完成这一次电厂智能化架构变革，为智能化技术本身发展创造条件！

【参考文献】

1.侯子良积极推动火电厂控制方式的第二次变革2014,01

2.侯子良电厂监管信息系统发展困境和曙光2019,05