摘要：根据大型火电厂的信息特征，描述了其层次结构模型和功能组成，形成了大型火电厂CIPS集成框架模型。该模型以大型历史／实时数据库为集成切入点，以SIS系统为集成关键将各过程自动化系统与管理信息系统集成在一起。
0CIMS模型理论的发展
自1973年哈林顿博士提出计算机集成制造（CIM—Computer Intetgmted Manufaetur—ing）概念以来，专家们从不同的角度提出了数十种CIMS体系结构和建模方法，有面向CIMS生命周期的体系结构，有面向CIMS功能构成和控制结构的体系结构，也有面向CIMS集成平台的体系结构，为企业信息化集成提供了理论依据和指导，促使大量的企业向更高层次的信息化集成迈出了一大步，取得了明显的经济效益。其中比较的参考模型有，欧共体ESPRIT计划中的计算机集成制造开放体系结构（CIM—OSA）、法国波尔多大学GRAL／LAP实验室提出的CIM—GRAI企业建模方法、德国Saarland大学A．W．Scheer教授提出的集成信息系统体系结构（ARIS）和美国普渡大学的Purdue企业参考体系结构（PERA）等。[1，2，3，4]。
然而，以上CIM技术的研究和CIMS工程开发实施都是以离散制造业为对象进行的，CIMS的目标模型多集中在对CAX（CAD／CAPP?CAM／CAE）、PDM和MRPII等的集成，对流程企业中常见的DCS、PLC、APC等的集成模型的研究目前在学术界还是一个方兴未艾的热门课题。
1流程企业CIPS模型理论的研究状况
流程企业与离散企业相比，两者在财务、采购、销售、资产和人力资源管理等方面基本相似，但在生产计划、工程设计、调度管理、信息处理、安全可靠性、经营决策、理论研究以及人的作用方面却存在着较大的差异，于是有专家提出，对于流程工业而言，CIMS应称为计算机集成生产系统（CIPS—Computerh—tegratedProduct*tem）或者全厂综合自动化系统。经过不懈的努力，学者们针对流程企业开展的理论模型研究已取得了一定的进展[5]，尤其是在国内也已经取得·了一些成果，如李从东等提出的流程工业企业集成化经营管理模式EIPM—ICM体系结构[6]，莫以为等提出的基于模型驱动的流程工业CIMS信息集成方法[7]等，对冶金、化工、炼油等流程企业具有一定的指导意义。
2火力发电的信息特征
目前，世界上大多数国家都实行由电力公司垄断的电力供应制度，用户在用电处取得电能并按统一价格支付电费。在此模式中，往往由一个单一的公司控制着从发电到送电的全过程，从而在总体上使发电企业游离于市场之外。电厂CIPS的研究也几乎就是空白。微乎其微的对电力系统CIMS的研究也是以整个电力公司或*为对象，将发电、变电、输电和供电作为一个整体进行集成研究。厂网分开，竟价上网势在必行，电力系统的改革迫使电厂走向市场，同时也为电厂实施CIPS创造了条件。发电企业的生产特点是设备多而且长时间不间断运行，不宜频繁启停；生产实时数据量大而且密集；运行环境较恶劣，大多数参数和变量不能直接测量，因此与制造业甚至一般流程企业相比，对测量技术、实时监控、故障预测和诊断、紧急情况处理、计算机网络／数据库的实时性和所需实时数据规模等方面提出更高的要求[8，9L实时数据库系统在电厂尤其是大型火电厂中起着控制系统与管理系统的重要桥梁作用，是大型火电厂实施CIPS的基础。
电发企业的事故或停产常常会带来巨大的经济损失，而行之有效的运行优化手段又会带来可观的经济效益，因此安全生产、节能降耗是赢得市场、获得利润的关键。设备诊断和寿命管理、机组性能和经济分析是整个生产管理的核心。故而近几年在国外已涌现出大量的实时优化系统，如对美国国内所有采用了各类优化软件的300MW机组的统计资料看，优化运行使机组的热耗率平均降低了约200Ki／KWh，单元机组可节省年费用约50万美元。可观的经济效益驱使电厂逐渐形成了一个*的监控分析层面，该层面介于过程控制与经营管理之间，它既是电厂控制管理一体化层面，也在物理结构上将具有高精度高速度和高可靠性要求的DCS等控制系统与非实时的不影响安全生产的MIS隔离开来。该层面相当于目前国内重点研究的热门课题——监控信息系统（SIS）[10，11]。
由此可见，作为流程企业的特例，火力发电厂具有更复杂的特征和与其它流程企业明显不同的特点。如何针对电厂的实际情况进行集成，建立适合大型火电厂的CIPS，无疑会给电厂带来明显的经济效益。本文在充分研究CIMS理论和大型火电厂特殊背景的前提下，尝试提出了大型火电厂CIPS集成框架模型，希望藉此对本领域的研究有所贡献。
3大型火电厂层次结构模型
层次结构模型是对CIMS工程的一些结构化描述，是整个企业的CIMS的构造模块和关系的结构化模型集合，设计和实现CIMS的基础。大型火电厂CIPS是以过程控制和监控分析为主的工业综合自动化系统，参照美国国家标准局的递阶控制结构和Pur-due参考模型，提出一种具有五个层次和两个支持系统的CIPS层次结构模型。见图1。五个层次模型及其主要功能为：
现场控制层该层是电厂的基础自动化系统，直接对电厂的生产过程进行检测和控制，包括各种检测仪表、执行单元等。
功能群控层该层主要对各功能组级的工艺系统进行控制，如主厂房DCS内的燃烧控制系统、给水控制系统、蒸汽控制系统等等。
机组控制层该层也是车间控制层，完成各单元机组和辅助公用系统车间的控制，如各单元机组DCS、各辅助公用系统PLC、SCADA等等。
监控分析层该层为全厂实时监控信息层，*成厂的实时监控、负荷分配、经济分析、运行优化等与实时过程相关的管理功能。
管理决策层该层为全厂管理信息层，安成全成的商业运营管理、财务管理、资源管理等非实时性的事务管理和决策实时功能。
4大型火电厂CIPS集成框架模型
从以上层次结构模型来看，管理决策层的功能系统为管理信息系统MIS，监控分析层的功能系统为监控信息系统SIS，这两层都为厂级系统，有时也可合为一个厂级自动化系统，而电厂庞大的过程自动化系统则由功能群控制层和机组控制层共同组成。发电厂的递阶控制视图和系统功能视图之间存在着相互对应的映射关系。根据层次结构模型进行各层次功能子系统的分析并建模，然后通过计算机网络和大型历史／实时数据库系统实现集成，形成以大型历史／实时数据库系统为集成切入点的大型火电厂CIPS集成框架模型。见图2。
大型火电厂CIPS的过程自动化分系统包括电气网控系统SCADA、各单元机组的DCS（包括数据采集系统DAS、模拟量调节系统MCS、顺序控制系统SCS、炉膛安全保护系统I；'SSS）、汽机电液调节系统DEH、旁路控制系统BPCS、给水泵汽机控制系统MEH、汽机监测仪表系统TSI、危急跳闸系统ETS、自动调压装置AVR、自动同期装置ASS、吹灰程控系统、空预器漏风控制系统、胶球清洗程控系统、汽机故障诊断系统TDM、炉管检漏系统、烟气连续监视系统CEMS以及脱硫DCS、火灾水防报警系统、化学补给水程控系统、凝结水精处理程控系统、废水处理程控系统、循环水泵房控制系统以及其它控制系统。以上所有系统的过程实时数据通过接口进入大型历史／实时数据库。
以大型历史／实时数据库为基础的SIS则是新兴的管理控制一体化分系统，它在电厂CIPS集成中起着关键的作用。正如前文所述，从功能上讲，它一方面采集DCS等控制系统的数据来实现电厂的运行优化、负荷调度分配、经济性能分析、设备故障诊断、设备状态维修以及设备寿命管理等等，一方面又可将数据传给MIS中的商业、档案、人事等管理系统，起到承上启下的作用。从物理结构上讲，它既是一个过渡层面，同时又起到隔离带的作用。
5结束语
大型火电厂CIPS集成框架模型具有简单明了、层次清晰、便于实施的显著特点，既适合于指导新建电厂实施CIPS，也适合于指导改造电厂实施CIPS。尽管该模型以大型火电厂为研究对象，但对中小型火电厂也同样适用。目前，全国几个重点大型2000年燃煤示范电厂建设项目已获准开展SIS系统的试点工作，以该集成框架模型为目标进行的全厂信息集成正在顺利进行。以上几个项目的示范成功，将具有划时代的重要意义。相信在不久的将来，CIPS工程必会在占电力系统发电量70％以上的各火电厂开花结果。
