摘要：根據大型火電廠的信息特征，描述了其層次結構模型和功能組成，形成了大型火電廠CIPS集成框架模型。該模型以大型歷史／實時數據庫為集成切入點，以SIS系統為集成關鍵將各過程自動化系統與管理信息系統集成在一起。
　　
　　0CIMS模型理論的發展
　　
　　自1973年哈林頓博士提出計算機集成制造（CIM—Computer Intetgmted Manufaetur—ing）概念以來，專家們從不同的角度提出了數十種CIMS體系結構和建模方法，有面向CIMS生命周期的體系結構，有面向CIMS功能構成和控制結構的體系結構，也有面向CIMS集成平臺的體系結構，為企業信息化集成提供了理論依據和指導，促使大量的企業向更高層次的信息化集成邁出了一大步，取得了明顯的經濟效益。其中比較的參考模型有，歐共體ESPRIT計劃中的計算機集成制造開放體系結構（CIM—OSA）、法國波爾多大學GRAL／LAP實驗室提出的CIM—GRAI企業建模方法、德國Saarland大學A．W．Scheer教授提出的集成信息系統體系結構（ARIS）和美國普渡大學的Purdue企業參考體系結構（PERA）等。[1，2，3，4]。
　　
　　然而，以上CIM技術的研究和CIMS工程開發實施都是以離散制造業為對象進行的，CIMS的目標模型多集中在對CAX（CAD／CAPP?CAM／CAE）、PDM和MRPII等的集成，對流程企業中常見的DCS、PLC、APC等的集成模型的研究目前在學術界還是一個方興未艾的熱門課題。
　　
　　1流程企業CIPS模型理論的研究狀況
　　
　　流程企業與離散企業相比，兩者在財務、采購、銷售、資產和人力資源管理等方面基本相似，但在生產計劃、工程設計、調度管理、信息處理、安全可靠性、經營決策、理論研究以及人的作用方面卻存在著較大的差異，于是有專家提出，對于流程工業而言，CIMS應稱為計算機集成生產系統（CIPS—Computerh—tegratedProduct*tem）或者全廠綜合自動化系統。經過不懈的努力，學者們針對流程企業開展的理論模型研究已取得了一定的進展[5]，尤其是在國內也已經取得·了一些成果，如李從東等提出的流程工業企業集成化經營管理模式EIPM—ICM體系結構[6]，莫以為等提出的基于模型驅動的流程工業CIMS信息集成方法[7]等，對冶金、化工、煉油等流程企業具有一定的指導意義。
　　
　　2火力發電的信息特征
　　
　　目前，世界上大多數國家都實行由電力公司壟斷的電力供應制度，用戶在用電處取得電能并按統一價格支付電費。在此模式中，往往由一個單一的公司控制著從發電到送電的全過程，從而在總體上使發電企業游離于市場之外。電廠CIPS的研究也幾乎就是空白。微乎其微的對電力系統CIMS的研究也是以整個電力公司或*為對象，將發電、變電、輸電和供電作為一個整體進行集成研究。廠網分開，竟價上網勢在必行，電力系統的改革迫使電廠走向市場，同時也為電廠實施CIPS創造了條件。發電企業的生產特點是設備多而且長時間不間斷運行，不宜頻繁啟停；生產實時數據量大而且密集；運行環境較惡劣，大多數參數和變量不能直接測量，因此與制造業甚至一般流程企業相比，對測量技術、實時監控、故障預測和診斷、緊急情況處理、計算機網絡／數據庫的實時性和所需實時數據規模等方面提出更高的要求[8，9L實時數據庫系統在電廠尤其是大型火電廠中起著控制系統與管理系統的重要橋梁作用，是大型火電廠實施CIPS的基礎。
　　
　　電發企業的事故或停產常常會帶來巨大的經濟損失，而行之有效的運行優化手段又會帶來可觀的經濟效益，因此安全生產、節能降耗是贏得市場、獲得利潤的關鍵。設備診斷和壽命管理、機組性能和經濟分析是整個生產管理的核心。故而近幾年在國外已涌現出大量的實時優化系統，如對美國國內所有采用了各類優化軟件的300MW機組的統計資料看，優化運行使機組的熱耗率平均降低了約200Ki／KWh，單元機組可節省年費用約50萬美元。可觀的經濟效益驅使電廠逐漸形成了一個*的監控分析層面，該層面介于過程控制與經營管理之間，它既是電廠控制管理一體化層面，也在物理結構上將具有高精度高速度和高可靠性要求的DCS等控制系統與非實時的不影響安全生產的MIS隔離開來。該層面相當于目前國內重點研究的熱門課題——監控信息系統（SIS）[10，11]。
　　
　　由此可見，作為流程企業的特例，火力發電廠具有更復雜的特征和與其它流程企業明顯不同的特點。如何針對電廠的實際情況進行集成，建立適合大型火電廠的CIPS，無疑會給電廠帶來明顯的經濟效益。本文在充分研究CIMS理論和大型火電廠特殊背景的前提下，嘗試提出了大型火電廠CIPS集成框架模型，希望藉此對本領域的研究有所貢獻。
　　
　　3大型火電廠層次結構模型
　　
　　層次結構模型是對CIMS工程的一些結構化描述，是整個企業的CIMS的構造模塊和關系的結構化模型集合，設計和實現CIMS的基礎。大型火電廠CIPS是以過程控制和監控分析為主的工業綜合自動化系統，參照美國國家標準局的遞階控制結構和Pur-due參考模型，提出一種具有五個層次和兩個支持系統的CIPS層次結構模型。見圖1。五個層次模型及其主要功能為：
　　
　　現場控制層該層是電廠的基礎自動化系統，直接對電廠的生產過程進行檢測和控制，包括各種檢測儀表、執行單元等。
　　
　　功能群控層該層主要對各功能組級的工藝系統進行控制，如主廠房DCS內的燃燒控制系統、給水控制系統、蒸汽控制系統等等。
　　
　　機組控制層該層也是車間控制層，完成各單元機組和輔助公用系統車間的控制，如各單元機組DCS、各輔助公用系統PLC、SCADA等等。
　　
　　監控分析層該層為全廠實時監控信息層，*成廠的實時監控、負荷分配、經濟分析、運行優化等與實時過程相關的管理功能。
　　
　　管理決策層該層為全廠管理信息層，安成全成的商業運營管理、財務管理、資源管理等非實時性的事務管理和決策實時功能。
　　
　　4大型火電廠CIPS集成框架模型
　　
　　從以上層次結構模型來看，管理決策層的功能系統為管理信息系統MIS，監控分析層的功能系統為監控信息系統SIS，這兩層都為廠級系統，有時也可合為一個廠級自動化系統，而電廠龐大的過程自動化系統則由功能群控制層和機組控制層共同組成。發電廠的遞階控制視圖和系統功能視圖之間存在著相互對應的映射關系。根據層次結構模型進行各層次功能子系統的分析并建模，然后通過計算機網絡和大型歷史／實時數據庫系統實現集成，形成以大型歷史／實時數據庫系統為集成切入點的大型火電廠CIPS集成框架模型。見圖2。
　　
　　大型火電廠CIPS的過程自動化分系統包括電氣網控系統SCADA、各單元機組的DCS（包括數據采集系統DAS、模擬量調節系統MCS、順序控制系統SCS、爐膛安全保護系統I；'SSS）、汽機電液調節系統DEH、旁路控制系統BPCS、給水泵汽機控制系統MEH、汽機監測儀表系統TSI、危急跳閘系統ETS、自動調壓裝置AVR、自動同期裝置ASS、吹灰程控系統、空預器漏風控制系統、膠球清洗程控系統、汽機故障診斷系統TDM、爐管檢漏系統、煙氣連續監視系統CEMS以及脫硫DCS、火災水防報警系統、化學補給水程控系統、凝結水精處理程控系統、廢水處理程控系統、循環水泵房控制系統以及其它控制系統。以上所有系統的過程實時數據通過接口進入大型歷史／實時數據庫。
　　
　　以大型歷史／實時數據庫為基礎的SIS則是新興的管理控制一體化分系統，它在電廠CIPS集成中起著關鍵的作用。正如前文所述，從功能上講，它一方面采集DCS等控制系統的數據來實現電廠的運行優化、負荷調度分配、經濟性能分析、設備故障診斷、設備狀態維修以及設備壽命管理等等，一方面又可將數據傳給MIS中的商業、檔案、人事等管理系統，起到承上啟下的作用。從物理結構上講，它既是一個過渡層面，同時又起到隔離帶的作用。
　　
　　5結束語
　　
　　大型火電廠CIPS集成框架模型具有簡單明了、層次清晰、便于實施的顯著特點，既適合于指導新建電廠實施CIPS，也適合于指導改造電廠實施CIPS。盡管該模型以大型火電廠為研究對象，但對中小型火電廠也同樣適用。目前，全國幾個重點大型2000年燃煤示范電廠建設項目已獲準開展SIS系統的試點工作，以該集成框架模型為目標進行的全廠信息集成正在順利進行。以上幾個項目的示范成功，將具有劃時代的重要意義。相信在不久的將來，CIPS工程必會在占電力系統發電量70％以上的各火電廠開花結果。