【導讀：過去10年，電廠控制系統先從以集散控制系統（DCS）為中心的專有軟件平臺逐漸向使用工業標準軟硬件的開放式系統發展，然后再向具有無限連通性并能與眾多不同制造商生產的現場儀表進行互通的全集成電廠自動化系統發展。那么，再下一步的發展又會是什么呢？】

圖1  控制室處于不斷改進中，大型鍋爐燃氣輪機盤和儀器、帶狀圖標記錄儀板已經移走，決策由大多不在現場的專家團隊做出。當前，包括門戶網站在內的自動化系統，可以讓全世界的人實時獲得信息

　　當前，電廠控制室已逐漸建成類似辦公室的環境，大型鍋爐蒸汽輪機發電機（BTG）盤和裝有指示器和帶狀圖標記錄儀的豎直板已經被移走，可供電廠操作人員單獨訪問終端控制元件的眾多手動/自動控制站也不見了。

　　新技術的應用已經大大改變了控制室的功能。現在，監控室已經不再是一個用于操作人員進行操控的地方，而只是那些將電廠資產價值最大化作為共同目標的綜合專家服務團隊眾多門戶站點之一。（見圖l）

　　過去10年，自動化平臺已從主要的專有軟件和硬件設計發展成可最大化利用工業標準軟件及硬件的系統，微軟的入侵已經瓦解了大多數集散控制系統平臺。另外，包括控制器和I/O模塊在內的硬件已經變得越來越小，但其計算能力卻呈現幾何級增長。

　　自動化系統也快速發展成為商品。為達到高標準的可靠性，發電公司并沒有放松對包括元件與模塊在內的堅固設計要求。標準電廠自動化系統安裝了堅固的I/O模塊，來滿足絕緣、抗浪涌能力和環境規格的嚴格標準。遠端外置I/O模塊在很多電廠設備中的應用仍然很廣，當然將來也會一直陪伴我們。

　　

　　圖2  合并數據視圖。系統門戶網站使各地的專家可以查看組織內部的運營及財政數據，從而做出更好的決策和快速的響應，并提高管理水平。高級資產管理軟件打包方案聯合現場總線技術，使計算機系統可以對工廠操作過程和設備進行前所未有的監督

　　現貨硬件解決方案使硬件價格更低，如I/O模塊，甚至控制器等元件。研究表明，系統出貨硬件價值持續下跌，而軟件應用價值不斷上升。但這項技術的存在，并不一定意味著這一技術適合任何價格。

　　同時，一些不同的計算機總線結構已經得到了發展，與其他情況相比較，非單一結構更受歡迎。快速交換式以太網、基金會現場總線、過程現場總線、異步串行接口（ASI）、設備網（DeviceNet）和其他類型，已經獲得了供應商和用戶的廣泛接受。但是，多數自動化系統供應商把自己與那些針對一個行業的應用服務供應商區分開來。現在，供應商提供的產品和服務是否具備提高有效性、效率和控制排放的能力是電力行業重要的要求，將來其重要性還會不斷提高。

　　比起便宜的計算機和高級軟件應用程序，自動化系統的宗旨必須是優化電廠資產的經濟性。放寬管制需要更強的優化運行意識，而最大化可用性及提高效率和安全是自動化系統至關重要的任務。此外，監控、報告和控制排放已經得到了發展。在某些情況下，要達到最高企業級別，很大程度上是因為細致的監管審查。總之，當前的運營環境比以往任何時候都要復雜，我們也只是僅僅利用了自動化系統能力的表層而已。

　　用戶界面模式的發展歷程

　　20世紀70年代出現的首個直接數字控制系統，提供了模擬傳統BTG盤的圖形化界面。該系統顯示效率低下，因為一次只能看到部分進程。雖然顯示可以來回切換，但是通過可用的低分辨率監視器只能顯示很少的變化量。這一問題被稱為“匙孔效應”，操作人員只能隨時看到電廠少量的變化量，但不能對電廠有一個整體的感觀。

　　20世紀80年代，第一臺DCS提供了更大的可視范圍，并考慮了操作人員的工作。該DCS的歷史信息和趨勢顯示了過程動態，高分辨率屏幕和窗口可以顯示更多變量。

　　20世紀90年代中期，多數控制系統中包含了支持性知識和操作指南信息，系統的操作和更新已經融入到過程控制系統和工程工具中。通常，操作人員通過鎖定一個過程對象進行相關的設計和指南檢索。這一支持為操作人員提供了基礎知識和幫助，但不能替操作人員做出決定。

　　

　　圖3  無線工程站可以獲得現場設備系統的信息，接收其他地方的信息并允許技術人員對配置進行即時更改

　　20世紀80年代推廣的智能專家系統，如神經式網絡、模糊邏輯和基于其他知識開發的系統已經用于優化特殊功能，如排放、單位熱率和鍋爐爐邊清洗，但絕大多數都沒有用于支持操作人員決策。

　　從控制到監督

　　當前，操作團隊似乎與控制過程分離了，這使得自動化系統在進行控制及為工廠運營相關各方提供及時信息時受到更多的壓力，但可以使個人能夠與遠距離獲得工廠實時信息的專家進行互動。

　　將來，控制系統將不再控制過程，而是進行監督。操作、維修和管理這樣的工廠職能將與工廠整個職能范圍緊密融合，數據將無所不在。系統將接受最新的信息和通信技術（ICT），同時同種溝通渠道（一些傳統和個人的，如即時信息）將被合并，靈活、可控的界面將成為系統的核心。另外，操作員界面將發展成為人機界面，能夠讓工廠內外所有相關方進行合作。而這一功能，外加資產績效解決方案，可以使所有相關方參與工廠運營和優化。

　　這一發展已經前進了一步。新的“網絡支持合作小組”信息是從私人電腦活動中收集的，可以即刻通知到工廠。而專家虛擬網路計劃將圍繞生產活動進行開發，并將得到未來自動化系統的支持。

　　計算機支持的協同工作

　　對機構內部知識管理與合作領域過程控制系統的重要貢獻，源自于對計算機支持協同工作（CSCW）和信息系統領域的研究。這項研究提出的關鍵任務，是設計專門關于社會組織的用戶工作實踐系統。

　　20世紀90年代，CSCW建議通過計算機文件信息儲存功能推進數據和項目的留存。信息技術應該通過可實時輕松獲得知識并與具備合適知識的個體聯系來支持有組織的記憶，而比較熟悉的工廠數據歷史和電子記事本就是從這項研究中發展而來。

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　　當今ICT提供了另外一個新的操作概念：合作管理。這一概念推動了廠內外專家團體的形成，他們都可實時看到工廠操作員可以看見的信息，或通過對歷史信息的檢索進行最佳的決策。

　　

　　圖4  自動化系統必須有利于預見并據情況而定的合作維修管理。其他合作業務系統具備互通性，同時必須保證信息的安全性

　　ICT的下一步升級，是將與環境、提高工作效率和附加智能的交流聯合起來，如基于系統的工具必須可以自動整合重要過程變量，以及以人為本和過程導向（活動和預警）相關活動的歷史趨勢。然后，從每日記錄中獲得信息來增強數據。最終的結果是從不同信息源獲得知識，提高工廠的資產價值。（圖2）

　　控制各地的各種信息

　　自動化系統正處于轉型階段。自動化系統現在受“網路支持”并快速成為通訊渠道，為那些需要在決策過程中提供意見的人士提供實時信息。

　　網絡化功能現在必不可少，公共事業公司和其他發電公司正面臨著一個新的運營環境，他們需要不斷考慮如何將所需發電資產與環境限制、供水、將來的碳排放成本等外部因素影響的需求進行匹配。

　　大型發電廠通常由生產和維修人員進行監督和控制。他們將流程控制系統作為工具，讓過程功能具有自動性，同時為短期、長期決策人員收集提供信息（見圖3）。在這里，交換意見、獲得專門技能是不必可少的。在這些情況下，機構最好是作為“社區”去解決短期問題和開發優化性能的進化程序。由此看來，控制系統的作用是自動化、通告、聯網和儲存信息。

　　將來，發電公司可以通過自動化系統“門戶網站”跨越內部卓越中心，從機構外部搜集專業知識來優化運營。為承擔共同的目標，專家團隊中的每個成員均具備不同的專業知識，可以隨時隨地被邀請提供建議。

　　優化資產的支持性應用程序

　　在自動化系統控制中心，發電公司及世界各地的專家和自動化供應商通過工具和高級應用程序將信息和實時數據通過門戶網站接入自動化系統，然后接入整個公司業務系統（見圖4），擁有共同目標的專家社區可以進行聯合。此外，還可以通過門戶網站提供增效產品和服務來增加效率和最小化停機時間。很明顯，我們需要完美的信息安全、通知管理、信息發布和信息整合工具。

　　自動化系統必須包含能夠進行遠程主動維修、監視、收集來自系統網路數據和向合適的可以進行分析的卓越中心發送通知的工具。來自任何工廠的設備，如泵、風扇、閥門、變送器、電動機、換熱器、鍋爐和渦輪機的信息必須可以實時搜集。并且，質量和成本數據都可以供世界各地的專家進行細查（圖5）。

　　之后，自動化系統將變成一個可操作和接入來自“社區”的不同應用程序平臺。它變成了一個越來越不像控制系統，但越來越像可監控的優化和控制接收方。

　　圖5  數據和信息會被傳送到世界各地的自動化供應商卓越中心和業主專家團。增強工廠資產回收率，要求專業知識不在工廠限定范圍之內

　　在一些情況下，自動化系統能夠變成發電公司內部應用專家或其他“社區”內咨詢師的基本系統供應商或平臺。這意味著自動化系統平臺需要成為像Linux一樣的可供所有人使用、完善和整合的“開放系統”。

　　將來，自動化系統將整合并使用關注產量和利用率最大化的產品和服務。計算機將放置在電廠中，但專門技能和軟件可存在任何地方。所有的計算機都可以通過門戶網站與外界連接，并通過整體而不是零碎地優化工廠所有過程來降低運營成本。系統將避免通過使用狀況為基礎的監測和協作網絡專家的單位行程，這可以更廣泛地接觸能夠提供設計和運營數據的專家。

　　總之，自動化系統的未來將通過協調具備高級開放信息技術工具和硬件的專業知識社區，進一步完善工廠的可靠性。

　　社區的運行

　　通過因特網推動的社區模式現在正被很多行業采用。或許，最為成功的因特網社區范例是Linux運行系統。

　　Linux是一種運行系統，起初是芬蘭Helsinki大學名為Linus Torvalds的年輕學生作為愛好創建的，并于1994年發布l.0版本Linux Kernel。所有Linux系統的核心kernel是根據GNU通用公共許可協議開發并發布的，它的源代碼免費提供給任何人。數以百計的公司、機構和同等數量的個人，都在Linux kerne操作系統基礎上發布了他們自己版本的系統。

　　當計算機社區把Linux據為所有，它已經成為由共享信息的社區人員開發的世界級操作系統。通過萬維網（除去被防火墻阻擋或設定安全防護的網站）,除去地理位置和時間等因素，用戶可以獲得所有數據。

　　同樣，通過最新的自動化系統，電廠員工可以進入他們的社區，在社區中記錄所有事件并討論問題。他們通過互動和合作獲得答案，新想法也將通過社區向各界公布。發電領域完善的社區聚集了包括操作人員、維修工人、管理人員和工程顧問，他們為目標品質、最大化生產、最少程度環境影響和最低成本這一共同目標而工作。此外，一些發電公司已經建成了卓越中心來支持多樣化的工廠，且專業知識可以通過自動化系統已建立的通信渠道獲得。