中国电厂信息化独特模式及发展规划

摘要：本文介绍了国际上广泛流行的制造执行系统（Manufacturing Ex ecution System,简称MES）概念，以及流程企业信息化的MES+ERP模式，分析了它与我国电厂信息化过程中形成的独特的厂级监控信息系统（Supervisory Information System in Plant level,简称SIS）概念，以及电厂信息化的SIS+MIS模式的相同点和不同处，揭示了我国电厂信息化模式及SIS概念形成的国际意义。本文还简述了我国电厂信息化发展现状。本文可供各流程企业信息化工作参考。
关键词：制造执行系统  厂级监控信息系统 实时信息系统

1  MES概念

    1992年，美国先进制造研究机构（Advanced Manufacturing Research,简称AMR）在对流程企业做了大量调查研究基础上提出了企业的三层集成模型，即自下而上为控制层、执行层和计划层。每一层有对应的控制和/或管理系统及其相应的软件。对应控制层的DCS、SCADA已经得到了广泛应用，并取得了明显的安全经济效益。对应计划层的ERP在发达国家的许多企业中也逐步广泛应用。但是，由于当时对对应执行层的信息系统没有人关注，计划层ERP与控制层DCS互相隔裂运行，ERP没有生产实时信息的支持，以致企业信息化成效甚微。

    经过一段时期的反思，到九十年代后期，对应执行层的MES迅速发展起来，根据AMR研究，近期世界MES市场每年已突破10亿美元。

    什么叫做MES呢？AMR和MESA都给出了详细的定义，简言之，MES是位于上层计划管理系统与底层控制系统之间的面向车间生产过程的管理信息系统。

    目前国际上所有流程企业，以及中国石化、钢铁等行业大多应用MES+ERP模式来规划和发展企业信息系统。

2  SIS概念
    SIS概念是由我国行业专家于1997年在研究电厂企业特点和总结中国电厂信息化发展过程的经验和教训基础上提出的。

    早在1993年，我国唐山发电总厂就已经开发了一个类似于SIS的供值长用的厂级实时生产过程监视和管理系统。但是由于当时计算机技术水平的限制，以及人们主要视线集中解决DCS应用问题，这种需求没有引起注意。

    九十年代中期，中国不少电厂纷纷投入巨资建设MIS，与国外一样，由于多种原因，特别是因为MIS没有实时生产数据支持，也大多成效甚微。

    随着中国电厂机组（车间）级自动化任务的基本解决，电厂信息化任务摆到人们面前，迫切要求回答电厂厂级信息化的规划问题，正是在这种背景下，在中国，SIS概念应运而生，并形成了一条SIS+MIS的中国电厂信息化道路。

    什么叫做SIS呢？当时作者在提出概念后提议并随后列入电力行业标准中是这样定义的：“SIS主要是为火电厂建立全厂生产过程实时/历史数据库平台，为全厂实时生产过程综合优化服务的实时生产过程监控和管理的信息系统。”

3  SIS与MES概念比较

    SIS和MES概念有个共同点，那就是它们都是企业三层模型中介于控制层（DCS）和企业管理层（ERP、MIS）之间的信息系统，都是在总结ERP或MIS割裂控制层信息而失败的教训基础上提出的。

SIS和MES的差异在那儿呢？
1) SIS对象非常明确是指实时生产过程（运行），而在规划厂级信息化系统时将非实时生产过程（检修等）纳入MIS中；而MES对象泛指生产过程，包括实时和非实时生产过程。两者优化对象的差异如下表所示。

电厂信息化模式 实时生产过程
（运行） 非实时生产过程
（检修） 企业管理
中国 SIS MIS
外国 MES ERP

电厂信息
    化采用SIS+MIS模式，系统配置清晰，管理方便，易于保证信息系统安全，因为：

a) 更好满足实时生产过程实时性要求。SIS主要是处理实时生产过程的实时信息，监控和管理的时间性要求相对较高；而MIS包含大量非实时信息，尽管也包括SIS上传的实时信息，但总的来说，实时性要求相对较低。

    随着实时信息的增加、实时生产过程优化功能加强和运算工作量增加，SIS模式能更好满足实时性要求的优点将日益显现出来。

b）服务对象清晰。SIS服务于各级运行值班人员以及研究和管理生产运行过程的相关管理人员，而MIS主要服务于设备检修，计划、经营以及行政方面的人员，服务对象分工清晰，知识结构专一，便于管理。MES+ERP模式中，由于MES将运行和检修两个专业知识和机构混在一个系统中，给系统配置带来诸多不便。

c) 保障安全方便。SIS和MES直接与机组（车间）级控制系统联接，因此，它应具有比MIS和ERP更高的安全等级。此外，厂级实时生产过程的监控和管理本身也比非实时生产过程管理具有较高的安全等级。

    在SIS+MIS模式中，把安全等级相对较低的非实时生产管理纳入安全要求相似的MIS中，而SIS中集中配置安全等级较高的实时生产过程监控和管理，同时还减少了它面向服务的人员，安全等级配置合理，安全性更容易得到保证。

2) MES主要考虑离线管理，而SIS还考虑在线监视和管理，而且根据电厂独有特点，在纳入机组优化负荷分配后还将会出现全厂综合优化控制功能。

    目前，我国已经有一些电厂采用非直调方式（中调把全厂负荷发给电厂，电厂按优化分配算法把负荷分配给每台机组），取得了明显的经济效益，日益受到电网调度的支持和电厂的重视。如果SIS中的这一功能真正实现闭环，那么它的安全等级将会提升到与机组控制级相同的水平。MES概念中没有考虑到电厂这一特点，MES+ERP模式很难满足这种要求。

    综上分析，中国电厂信息化的SIS+MIS模式具有一定优越性和普遍意义，丰富了国际上电厂和类似于电厂的流程企业信息化的模式。

4  我国SIS发展现状

    目前，我国电厂信息化建设已有一批标准可供遵循，包括2004年颁发的专门用于SIS的标准“火力发电厂厂级监控信息系统(SIS)技术规程”，这为我国健康发展电厂信息化提供了保证。

    关于SIS项目，根据SIS研究会统计，我国十五期间已经有近200多个电厂建设SIS项目。它们的基本情况如下：

1）SIS网络
25%项目SIS和MIS是一个网络，中间仅采用防火墙类的逻辑隔离措施；75%项目SIS和MIS网络间还采用了网闸类物理隔离措施，而且限制信息只能从SIS向MIS传送，不允许反向传送，以确保SIS更高安全等级。

    至于SIS与DCS间的接口更是采取了严格的隔离措施，以确保机组控制级的更高安全等级。
可见中国在发展电厂信息化时非常重视信息安全配置的投入。

2）SIS的实时/历史数据库
大约78%由外国公司提供，如美国OSI公司的PI，Instep公司的eDNA等，大约22%由中国公司提供。数据库规模:

SIS数据库规模 套数 所占份额
≤20000点 50 39.7%
30000-40000点 25 19.8%
50000点 36 28.6%
≥60000点 15 11.9%

3）SIS优化软件

    由于外国公司介入较晚，目前约80%由中国SIS公司提供，只有20%由外国公司提供，主要是西门子公司和ABB公司等，目前外国公司已开始重视中国电厂优化软件市场，纷纷进入中国。

4）SIS评估

    由原电力部副部长陆延昌先生为首的专家小组于2004年和2005年分别对盘山电厂(2×600MW)和石嘴山电厂(4×300MW)的SIS项目进行了评估，充分肯定了SIS的巨大安全和经济效益，这个评估对我国电厂信息化向前发展产生了深远影响。
根据预测，今后五年内平均每年至少会有70-80个电厂要配置SIS项目，我国电厂信息化已进入建设高潮。