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中國電廠信息化獨(dú)特模式及發(fā)展

http://www.debgrams.com 2009-03-31 17:15 來源：中國自動化學(xué)會專家咨詢工作委員會

摘要：本文介紹了國際上廣泛流行的制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System,簡稱MES）概念，以及流程企業(yè)信息化的MES+ERP模式，分析了它與我國電廠信息化過程中形成的獨(dú)特的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System in Plant level,簡稱SIS）概念，以及電廠信息化的SIS+MIS模式的相同點(diǎn)和不同處，揭示了我國電廠信息化模式及SIS概念形成的國際意義。本文還簡述了我國電廠信息化發(fā)展現(xiàn)狀。本文可供各流程企業(yè)信息化工作參考。

關(guān)鍵詞：制造執(zhí)行系統(tǒng) 廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) 實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)

1 MES概念

1992年，美國先進(jìn)制造研究機(jī)構(gòu)（Advanced Manufacturing Research,簡稱AMR）在對流程企業(yè)做了大量調(diào)查研究基礎(chǔ)上提出了企業(yè)的三層集成模型，即自下而上為控制層、執(zhí)行層和計(jì)劃層。每一層有對應(yīng)的控制和/或管理系統(tǒng)及其相應(yīng)的軟件。對應(yīng)控制層的DCS、SCADA已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了明顯的安全經(jīng)濟(jì)效益。對應(yīng)計(jì)劃層的ERP在發(fā)達(dá)國家的許多企業(yè)中也逐步廣泛應(yīng)用。但是，由于當(dāng)時(shí)對對應(yīng)執(zhí)行層的信息系統(tǒng)沒有人關(guān)注，計(jì)劃層ERP與控制層DCS互相隔裂運(yùn)行，ERP沒有生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息的支持，以致企業(yè)信息化成效甚微。

經(jīng)過一段時(shí)期的反思，到九十年代后期，對應(yīng)執(zhí)行層的MES迅速發(fā)展起來，根據(jù)AMR研究，近期世界MES市場每年已突破10億美元。

什么叫做MES呢？AMR和MESA都給出了詳細(xì)的定義，簡言之，MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層控制系統(tǒng)之間的面向車間生產(chǎn)過程的管理信息系統(tǒng)。

目前國際上所有流程企業(yè)，以及中國石化、鋼鐵等行業(yè)大多應(yīng)用MES+ERP模式來規(guī)劃和發(fā)展企業(yè)信息系統(tǒng)。

2 SIS概念

SIS概念是由我國行業(yè)專家于1997年在研究電廠企業(yè)特點(diǎn)和總結(jié)中國電廠信息化發(fā)展過程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。

早在1993年，我國唐山發(fā)電總廠就已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)類似于SIS的供值長用的廠級實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程監(jiān)視和管理系統(tǒng)。但是由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平的限制，以及人們主要視線集中解決DCS應(yīng)用問題，這種需求沒有引起注意。

九十年代中期，中國不少電廠紛紛投入巨資建設(shè)MIS，與國外一樣，由于多種原因，特別是因?yàn)镸IS沒有實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)支持，也大多成效甚微。

隨著中國電廠機(jī)組（車間）級自動化任務(wù)的基本解決，電廠信息化任務(wù)擺到人們面前，迫切要求回答電廠廠級信息化的規(guī)劃問題，正是在這種背景下，在中國，SIS概念應(yīng)運(yùn)而生，并形成了一條SIS+MIS的中國電廠信息化道路。

什么叫做SIS呢？當(dāng)時(shí)作者在提出概念后提議并隨后列入電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中是這樣定義的：“SIS主要是為火電廠建立全廠生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫平臺，為全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理的信息系統(tǒng)?！?BR>

3 SIS與MES概念比較

SIS和MES概念有個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們都是企業(yè)三層模型中介于控制層（DCS）和企業(yè)管理層（ERP、MIS）之間的信息系統(tǒng)，都是在總結(jié)ERP或MIS割裂控制層信息而失敗的教訓(xùn)基礎(chǔ)上提出的。

SIS和MES的差異在那兒呢？

1) SIS對象非常明確是指實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程（運(yùn)行），而在規(guī)劃廠級信息化系統(tǒng)時(shí)將非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程（檢修等）納入MIS中；而MES對象泛指生產(chǎn)過程，包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程。兩者優(yōu)化對象的差異如下表所示。

電廠信息化模式	實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程（運(yùn)行）	非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程（檢修）	企業(yè)管理
中國	SIS	MIS
外國	MES		ERP

電廠信息
化采用SIS+MIS模式，系統(tǒng)配置清晰，管理方便，易于保證信息系統(tǒng)安全，因?yàn)椋?BR>

a) 更好滿足實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)性要求。SIS主要是處理實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)信息，監(jiān)控和管理的時(shí)間性要求相對較高；而MIS包含大量非實(shí)時(shí)信息，盡管也包括SIS上傳的實(shí)時(shí)信息，但總的來說，實(shí)時(shí)性要求相對較低。

隨著實(shí)時(shí)信息的增加、實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程優(yōu)化功能加強(qiáng)和運(yùn)算工作量增加，SIS模式能更好滿足實(shí)時(shí)性要求的優(yōu)點(diǎn)將日益顯現(xiàn)出來。

b）服務(wù)對象清晰。SIS服務(wù)于各級運(yùn)行值班人員以及研究和管理生產(chǎn)運(yùn)行過程的相關(guān)管理人員，而MIS主要服務(wù)于設(shè)備檢修，計(jì)劃、經(jīng)營以及行政方面的人員，服務(wù)對象分工清晰，知識結(jié)構(gòu)專一，便于管理。MES+ERP模式中，由于MES將運(yùn)行和檢修兩個(gè)專業(yè)知識和機(jī)構(gòu)混在一個(gè)系統(tǒng)中，給系統(tǒng)配置帶來諸多不便。

c) 保障安全方便。SIS和MES直接與機(jī)組（車間）級控制系統(tǒng)聯(lián)接，因此，它應(yīng)具有比MIS和ERP更高的安全等級。此外，廠級實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理本身也比非實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程管理具有較高的安全等級。

在SIS+MIS模式中，把安全等級相對較低的非實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理納入安全要求相似的MIS中，而SIS中集中配置安全等級較高的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理，同時(shí)還減少了它面向服務(wù)的人員，安全等級配置合理，安全性更容易得到保證。

2) MES主要考慮離線管理，而SIS還考慮在線監(jiān)視和管理，而且根據(jù)電廠獨(dú)有特點(diǎn)，在納入機(jī)組優(yōu)化負(fù)荷分配后還將會出現(xiàn)全廠綜合優(yōu)化控制功能。

目前，我國已經(jīng)有一些電廠采用非直調(diào)方式（中調(diào)把全廠負(fù)荷發(fā)給電廠，電廠按優(yōu)化分配算法把負(fù)荷分配給每臺機(jī)組），取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，日益受到電網(wǎng)調(diào)度的支持和電廠的重視。如果SIS中的這一功能真正實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，那么它的安全等級將會提升到與機(jī)組控制級相同的水平。MES概念中沒有考慮到電廠這一特點(diǎn)，MES+ERP模式很難滿足這種要求。

綜上分析，中國電廠信息化的SIS+MIS模式具有一定優(yōu)越性和普遍意義，豐富了國際上電廠和類似于電廠的流程企業(yè)信息化的模式。

4 我國SIS發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國電廠信息化建設(shè)已有一批標(biāo)準(zhǔn)可供遵循，包括2004年頒發(fā)的專門用于SIS的標(biāo)準(zhǔn)“火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)技術(shù)規(guī)程”，這為我國健康發(fā)展電廠信息化提供了保證。

關(guān)于SIS項(xiàng)目，根據(jù)SIS研究會統(tǒng)計(jì)，我國十五期間已經(jīng)有近200多個(gè)電廠建設(shè)SIS項(xiàng)目。它們的基本情況如下：

1）SIS網(wǎng)絡(luò)

25%項(xiàng)目SIS和MIS是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，中間僅采用防火墻類的邏輯隔離措施；75%項(xiàng)目SIS和MIS網(wǎng)絡(luò)間還采用了網(wǎng)閘類物理隔離措施，而且限制信息只能從SIS向MIS傳送，不允許反向傳送，以確保SIS更高安全等級。

至于SIS與DCS間的接口更是采取了嚴(yán)格的隔離措施，以確保機(jī)組控制級的更高安全等級。

可見中國在發(fā)展電廠信息化時(shí)非常重視信息安全配置的投入。

2）SIS的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫

大約78%由外國公司提供，如美國OSI公司的PI，Instep公司的eDNA等，大約22%由中國公司提供。數(shù)據(jù)庫規(guī)模:

SIS數(shù)據(jù)庫規(guī)模	套數(shù)	所占份額
≤20000點(diǎn)	50	39.7%
30000-40000點(diǎn)	25	19.8%
50000點(diǎn)	36	28.6%
≥60000點(diǎn)	15	11.9%

3）SIS優(yōu)化軟件

由于外國公司介入較晚，目前約80%由中國SIS公司提供，只有20%由外國公司提供，主要是西門子公司和ABB公司等，目前外國公司已開始重視中國電廠優(yōu)化軟件市場，紛紛進(jìn)入中國。

4）SIS評估

由原電力部副部長陸延昌先生為首的專家小組于2004年和2005年分別對盤山電廠(2×600MW)和石嘴山電廠(4×300MW)的SIS項(xiàng)目進(jìn)行了評估，充分肯定了SIS的巨大安全和經(jīng)濟(jì)效益，這個(gè)評估對我國電廠信息化向前發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

根據(jù)預(yù)測，今后五年內(nèi)平均每年至少會有70-80個(gè)電廠要配置SIS項(xiàng)目，我國電廠信息化已進(jìn)入建設(shè)高潮。

作者簡介：

侯子良（1935— ）男，上海人，教授級高級工程師。電力行業(yè)熱工自動化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會一、二屆主任委員，火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)研究會會長，過程自動化技術(shù)中心常務(wù)副主任，《東方自動化網(wǎng)》總裁。從事電廠自動化行業(yè)管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、咨詢及網(wǎng)站工作。

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