【导读：过去10年，电厂控制系统先从以集散控制系统（DCS）为中心的专有软件平台逐渐向使用工业标准软硬件的开放式系统发展，然后再向具有无限连通性并能与众多不同制造商生产的现场仪表进行互通的全集成电厂自动化系统发展。那么，再下一步的发展又会是什么呢？】

图1  控制室处于不断改进中，大型锅炉燃气轮机盘和仪器、带状图标记录仪板已经移走，决策由大多不在现场的专家团队做出。当前，包括门户网站在内的自动化系统，可以让全世界的人实时获得信息

　　当前，电厂控制室已逐渐建成类似办公室的环境，大型锅炉蒸汽轮机发电机（BTG）盘和装有指示器和带状图标记录仪的竖直板已经被移走，可供电厂操作人员单独访问终端控制元件的众多手动/自动控制站也不见了。

　　新技术的应用已经大大改变了控制室的功能。现在，监控室已经不再是一个用于操作人员进行操控的地方，而只是那些将电厂资产价值最大化作为共同目标的综合专家服务团队众多门户站点之一。（见图l）

　　过去10年，自动化平台已从主要的专有软件和硬件设计发展成可最大化利用工业标准软件及硬件的系统，微软的入侵已经瓦解了大多数集散控制系统平台。另外，包括控制器和I/O模块在内的硬件已经变得越来越小，但其计算能力却呈现几何级增长。

　　自动化系统也快速发展成为商品。为达到高标准的可靠性，发电公司并没有放松对包括元件与模块在内的坚固设计要求。标准电厂自动化系统安装了坚固的I/O模块，来满足绝缘、抗浪涌能力和环境规格的严格标准。远端外置I/O模块在很多电厂设备中的应用仍然很广，当然将来也会一直陪伴我们。

　　图2  合并数据视图。系统门户网站使各地的专家可以查看组织内部的运营及财政数据，从而做出更好的决策和快速的响应，并提高管理水平。高级资产管理软件打包方案联合现场总线技术，使计算机系统可以对工厂操作过程和设备进行前所未有的监督

　　现货硬件解决方案使硬件价格更低，如I/O模块，甚至控制器等元件。研究表明，系统出货硬件价值持续下跌，而软件应用价值不断上升。但这项技术的存在，并不一定意味着这一技术适合任何价格。

　　同时，一些不同的计算机总线结构已经得到了发展，与其他情况相比较，非单一结构更受欢迎。快速交换式以太网、基金会现场总线、过程现场总线、异步串行接口（ASI）、设备网（DeviceNet）和其他类型，已经获得了供应商和用户的广泛接受。但是，多数自动化系统供应商把自己与那些针对一个行业的应用服务供应商区分开来。现在，供应商提供的产品和服务是否具备提高有效性、效率和控制排放的能力是电力行业重要的要求，将来其重要性还会不断提高。

　　比起便宜的计算机和高级软件应用程序，自动化系统的宗旨必须是优化电厂资产的经济性。放宽管制需要更强的优化运行意识，而最大化可用性及提高效率和安全是自动化系统至关重要的任务。此外，监控、报告和控制排放已经得到了发展。在某些情况下，要达到最高企业级别，很大程度上是因为细致的监管审查。总之，当前的运营环境比以往任何时候都要复杂，我们也只是仅仅利用了自动化系统能力的表层而已。

　　用户界面模式的发展历程

　　20世纪70年代出现的首个直接数字控制系统，提供了模拟传统BTG盘的图形化界面。该系统显示效率低下，因为一次只能看到部分进程。虽然显示可以来回切换，但是通过可用的低分辨率监视器只能显示很少的变化量。这一问题被称为“匙孔效应”，操作人员只能随时看到电厂少量的变化量，但不能对电厂有一个整体的感观。

　　20世纪80年代，第一台DCS提供了更大的可视范围，并考虑了操作人员的工作。该DCS的历史信息和趋势显示了过程动态，高分辨率屏幕和窗口可以显示更多变量。

　　20世纪90年代中期，多数控制系统中包含了支持性知识和操作指南信息，系统的操作和更新已经融入到过程控制系统和工程工具中。通常，操作人员通过锁定一个过程对象进行相关的设计和指南检索。这一支持为操作人员提供了基础知识和帮助，但不能替操作人员做出决定。

　　图3  无线工程站可以获得现场设备系统的信息，接收其他地方的信息并允许技术人员对配置进行即时更改

　　20世纪80年代推广的智能专家系统，如神经式网络、模糊逻辑和基于其他知识开发的系统已经用于优化特殊功能，如排放、单位热率和锅炉炉边清洗，但绝大多数都没有用于支持操作人员决策。

　　从控制到监督

　　当前，操作团队似乎与控制过程分离了，这使得自动化系统在进行控制及为工厂运营相关各方提供及时信息时受到更多的压力，但可以使个人能够与远距离获得工厂实时信息的专家进行互动。

　　将来，控制系统将不再控制过程，而是进行监督。操作、维修和管理这样的工厂职能将与工厂整个职能范围紧密融合，数据将无所不在。系统将接受最新的信息和通信技术（ICT），同时同种沟通渠道（一些传统和个人的，如即时信息）将被合并，灵活、可控的界面将成为系统的核心。另外，操作员界面将发展成为人机界面，能够让工厂内外所有相关方进行合作。而这一功能，外加资产绩效解决方案，可以使所有相关方参与工厂运营和优化。

　　这一发展已经前进了一步。新的“网络支持合作小组”信息是从私人电脑活动中收集的，可以即刻通知到工厂。而专家虚拟网路计划将围绕生产活动进行开发，并将得到未来自动化系统的支持。

　　计算机支持的协同工作

　　对机构内部知识管理与合作领域过程控制系统的重要贡献，源自于对计算机支持协同工作（CSCW）和信息系统领域的研究。这项研究提出的关键任务，是设计专门关于社会组织的用户工作实践系统。

　　20世纪90年代，CSCW建议通过计算机文件信息储存功能推进数据和项目的留存。信息技术应该通过可实时轻松获得知识并与具备合适知识的个体联系来支持有组织的记忆，而比较熟悉的工厂数据历史和电子记事本就是从这项研究中发展而来。

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　　当今ICT提供了另外一个新的操作概念：合作管理。这一概念推动了厂内外专家团体的形成，他们都可实时看到工厂操作员可以看见的信息，或通过对历史信息的检索进行最佳的决策。

　　图4  自动化系统必须有利于预见并据情况而定的合作维修管理。其他合作业务系统具备互通性，同时必须保证信息的安全性

　　ICT的下一步升级，是将与环境、提高工作效率和附加智能的交流联合起来，如基于系统的工具必须可以自动整合重要过程变量，以及以人为本和过程导向（活动和预警）相关活动的历史趋势。然后，从每日记录中获得信息来增强数据。最终的结果是从不同信息源获得知识，提高工厂的资产价值。（图2）

　　控制各地的各种信息

　　自动化系统正处于转型阶段。自动化系统现在受“网路支持”并快速成为通讯渠道，为那些需要在决策过程中提供意见的人士提供实时信息。

　　网络化功能现在必不可少，公共事业公司和其他发电公司正面临着一个新的运营环境，他们需要不断考虑如何将所需发电资产与环境限制、供水、将来的碳排放成本等外部因素影响的需求进行匹配。

　　大型发电厂通常由生产和维修人员进行监督和控制。他们将流程控制系统作为工具，让过程功能具有自动性，同时为短期、长期决策人员收集提供信息（见图3）。在这里，交换意见、获得专门技能是不必可少的。在这些情况下，机构最好是作为“社区”去解决短期问题和开发优化性能的进化程序。由此看来，控制系统的作用是自动化、通告、联网和储存信息。

　　将来，发电公司可以通过自动化系统“门户网站”跨越内部卓越中心，从机构外部搜集专业知识来优化运营。为承担共同的目标，专家团队中的每个成员均具备不同的专业知识，可以随时随地被邀请提供建议。

　　优化资产的支持性应用程序

　　在自动化系统控制中心，发电公司及世界各地的专家和自动化供应商通过工具和高级应用程序将信息和实时数据通过门户网站接入自动化系统，然后接入整个公司业务系统（见图4），拥有共同目标的专家社区可以进行联合。此外，还可以通过门户网站提供增效产品和服务来增加效率和最小化停机时间。很明显，我们需要完美的信息安全、通知管理、信息发布和信息整合工具。

　　自动化系统必须包含能够进行远程主动维修、监视、收集来自系统网路数据和向合适的可以进行分析的卓越中心发送通知的工具。来自任何工厂的设备，如泵、风扇、阀门、变送器、电动机、换热器、锅炉和涡轮机的信息必须可以实时搜集。并且，质量和成本数据都可以供世界各地的专家进行细查（图5）。

　　之后，自动化系统将变成一个可操作和接入来自“社区”的不同应用程序平台。它变成了一个越来越不像控制系统，但越来越像可监控的优化和控制接收方。

　　图5  数据和信息会被传送到世界各地的自动化供应商卓越中心和业主专家团。增强工厂资产回收率，要求专业知识不在工厂限定范围之内

　　在一些情况下，自动化系统能够变成发电公司内部应用专家或其他“社区”内咨询师的基本系统供应商或平台。这意味着自动化系统平台需要成为像Linux一样的可供所有人使用、完善和整合的“开放系统”。

　　将来，自动化系统将整合并使用关注产量和利用率最大化的产品和服务。计算机将放置在电厂中，但专门技能和软件可存在任何地方。所有的计算机都可以通过门户网站与外界连接，并通过整体而不是零碎地优化工厂所有过程来降低运营成本。系统将避免通过使用状况为基础的监测和协作网络专家的单位行程，这可以更广泛地接触能够提供设计和运营数据的专家。

　　总之，自动化系统的未来将通过协调具备高级开放信息技术工具和硬件的专业知识社区，进一步完善工厂的可靠性。

　　社区的运行

　　通过因特网推动的社区模式现在正被很多行业采用。或许，最为成功的因特网社区范例是Linux运行系统。

　　Linux是一种运行系统，起初是芬兰Helsinki大学名为Linus Torvalds的年轻学生作为爱好创建的，并于1994年发布l.0版本Linux Kernel。所有Linux系统的核心kernel是根据GNU通用公共许可协议开发并发布的，它的源代码免费提供给任何人。数以百计的公司、机构和同等数量的个人，都在Linux kerne操作系统基础上发布了他们自己版本的系统。

　　当计算机社区把Linux据为所有，它已经成为由共享信息的社区人员开发的世界级操作系统。通过万维网（除去被防火墙阻挡或设定安全防护的网站）,除去地理位置和时间等因素，用户可以获得所有数据。

　　同样，通过最新的自动化系统，电厂员工可以进入他们的社区，在社区中记录所有事件并讨论问题。他们通过互动和合作获得答案，新想法也将通过社区向各界公布。发电领域完善的社区聚集了包括操作人员、维修工人、管理人员和工程顾问，他们为目标品质、最大化生产、最少程度环境影响和最低成本这一共同目标而工作。此外，一些发电公司已经建成了卓越中心来支持多样化的工厂，且专业知识可以通过自动化系统已建立的通信渠道获得。