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★杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司 李戎，李昱，賈曉科

 1　目標(biāo)和概述 

基于CPS的工業(yè)邊緣智能控制方案從工業(yè)企業(yè)的大量生產(chǎn)控制數(shù)據(jù)中發(fā)覺價(jià)值，并有效服務(wù)于自身的業(yè)務(wù)，從生產(chǎn)控制系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析、計(jì)算、加工后反饋給控制系統(tǒng)和操作人員，讓傳統(tǒng)監(jiān)盤走向智能 監(jiān)盤、自動(dòng)化控制邁向智能化控制。

 算法是邊緣智能控制方案的核心，方案提供算法的 設(shè)計(jì)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)在內(nèi)置自研算的基礎(chǔ)上提供標(biāo)準(zhǔn)開放接口允許用戶或者第三方廠商開發(fā)新算法。運(yùn) 行環(huán)境支持機(jī)理運(yùn)算和AI運(yùn)算，并疊加分布式優(yōu)化智能 調(diào)度技術(shù)，在提高運(yùn)算質(zhì)量同時(shí)保障運(yùn)行的穩(wěn)定可靠和可擴(kuò)展性。 

設(shè)計(jì)人員通過(guò)圖形化的組態(tài)設(shè)計(jì)環(huán)境，自由移動(dòng)、 擺放算法塊，按需組合算法塊之間的關(guān)系，整個(gè)操作過(guò) 程簡(jiǎn)單清晰，極大地降低了用戶使用門檻，縱使趨近于 零使用經(jīng)驗(yàn)的人員也可以通過(guò)算法工具快速分析業(yè)務(wù)。 

“降低編排門檻、強(qiáng)化算法的智能性”，邊緣智能 控制方案通過(guò)先進(jìn)、多樣的手段發(fā)掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為工業(yè) 控制場(chǎng)景提供全站式綜合解決方案，讓業(yè)務(wù)用戶不用關(guān) 注過(guò)程中涉及的計(jì)算機(jī)和控制系統(tǒng)復(fù)雜性，聚焦于工廠 業(yè)務(wù)發(fā)展。

 2　方案介紹 

 和利時(shí)基于CPS的工業(yè)邊緣智能控制方案，用于構(gòu) 建智能、開放、綜合的新一代大型火電智能化發(fā)電運(yùn)行 管控系統(tǒng)，使電廠生產(chǎn)運(yùn)行更高效、更靈活、更可靠。 方案融合專家經(jīng)驗(yàn)、機(jī)理模型、先進(jìn)預(yù)測(cè)控制、深度神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、先進(jìn)傳感技術(shù)，對(duì)邊緣采集數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、挖 掘和深度分析，提供機(jī)組在線深度優(yōu)化、智能運(yùn)行監(jiān) 控、設(shè)備故障預(yù)警與診斷等智能化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)基于能效 的閉環(huán)控制、提升設(shè)備的可靠性與利用率、提升人員經(jīng) 驗(yàn)與知識(shí)的可復(fù)用程度，從而最終實(shí)現(xiàn)電廠經(jīng)濟(jì)效益和 運(yùn)行安全的全面提升。 

系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

 圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖 

系統(tǒng)主要特點(diǎn)： 

（1）該方案基于傳統(tǒng)集散控制系統(tǒng)功能之上，提 供虛擬化、分布式、彈性可伸縮的智能控制能力，以 “軟件定義控制”的方式滿足智能工廠各類柔性、動(dòng) 態(tài)、分布式的高級(jí)控制及部署要求，形成流程行業(yè)生產(chǎn) 運(yùn)營(yíng)的智能一體化方案。 

（2）方案提供了基于Web技術(shù)的符合用戶習(xí)慣的 類IEC 61131-3低代碼組態(tài)調(diào)試工具，提供工業(yè)常用通 用算法及流程行業(yè)專業(yè)算法，如智能檢測(cè)、智能控制、 智能尋優(yōu)、智能監(jiān)盤、智慧決策等；支持包括Matlab/ Simulink、C/C++、Python、Java等語(yǔ)言開發(fā)的模型 導(dǎo)入，方便用戶積累沉淀現(xiàn)有成熟工業(yè)機(jī)理、機(jī)器學(xué)習(xí) 模型及專家經(jīng)驗(yàn)；工程師及用戶可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈 活配置、編排、調(diào)試已有行業(yè)機(jī)理及機(jī)器學(xué)習(xí)模型算法，加速應(yīng)用落地及迭代升級(jí)。

 （3）方案支持主流工業(yè)協(xié)議接入、具備工業(yè)異構(gòu) 數(shù)據(jù)融合能力，提供基于OPC UA開放的信息模型組織 數(shù)據(jù)，配合低代碼人機(jī)界面工具，工程師及用戶快速實(shí) 現(xiàn)智能應(yīng)用的數(shù)據(jù)集成及人機(jī)頁(yè)面搭建。 

（4）方案提供基于5G網(wǎng)絡(luò)的閉環(huán)控制功能，通過(guò) 5G+智能控制器+通用IO+智能現(xiàn)場(chǎng)儀表，實(shí)現(xiàn)高可靠、 安全的無(wú)線控制閉環(huán)，預(yù)期可以極大節(jié)省工廠工程實(shí) 施、維護(hù)與運(yùn)維成本。 

（5）提供安全可信技術(shù)架構(gòu)，基于工業(yè)生產(chǎn)與控 制的特點(diǎn)，防護(hù)措施覆蓋生產(chǎn)層到現(xiàn)場(chǎng)控制層，實(shí)現(xiàn)了 控制與安全的真正深度融合，確保在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu) 下，企業(yè)生產(chǎn)的主動(dòng)信息安全防御能力。 目前，該方案已成功應(yīng)用于百萬(wàn)機(jī)組火電、熱電等 多個(gè)智能化電廠項(xiàng)目，大幅提高生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程智能化水 平，更好地幫助客戶實(shí)現(xiàn)節(jié)能增效、安全環(huán)保的生產(chǎn)目 標(biāo)。 該方案中1號(hào)機(jī)組健康度總貌、耗差指標(biāo)匯總分析 圖如圖2、圖3所示。

 圖2 機(jī)組健康度總貌 

圖3 機(jī)組耗差指標(biāo)匯總分析

 3　代表性及推廣價(jià)值 

  3.1　突破的關(guān)鍵技術(shù) 

（1）基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和時(shí)間周期驅(qū)動(dòng)的混合異構(gòu)模 型的集成和運(yùn)行系統(tǒng)組織架構(gòu)。 

（2）在復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)景，將不同供應(yīng)商、不同 功能及不同語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的算法模型統(tǒng)一運(yùn)行，并在流程工 業(yè)邊緣側(cè)進(jìn)行部署，可以將不同語(yǔ)言及運(yùn)行時(shí)環(huán)境之間 數(shù)據(jù)通信及算法配合，實(shí)現(xiàn)高級(jí)控制、優(yōu)化、軟測(cè)量、 仿真、評(píng)估的一體化方案。 

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)FMI2.0協(xié)議的支持。

   3.2　主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn) 

（1）數(shù)據(jù)計(jì)算環(huán)境與自動(dòng)控制環(huán)境分立并行，隔 離了海量數(shù)據(jù)計(jì)算對(duì)自動(dòng)控制環(huán)境的影響，保障自動(dòng)控 制環(huán)境穩(wěn)定可靠運(yùn)行，也支持?jǐn)?shù)據(jù)技術(shù)創(chuàng)新成果賦能自 動(dòng)控制。 

（2）通過(guò)自研的算法模型協(xié)議實(shí)現(xiàn)算法組態(tài)與編 排，統(tǒng)一規(guī)范算法塊之間的接口關(guān)系。 

（3）兼容FMI2.0協(xié)議，與FMU算法塊無(wú)縫對(duì) 接，支持諸如OpenModelica和Matlab等第三方工具 開發(fā)功能庫(kù)。 

（4）設(shè)計(jì)態(tài)和運(yùn)行態(tài)分離，保障了運(yùn)行時(shí)環(huán)境和 設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)境之間的獨(dú)立性、可移植性和可擴(kuò)展性。 

（5）運(yùn)行時(shí)環(huán)境支持多種觸發(fā)方式，既支持?jǐn)?shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng)也支持時(shí)間周期觸發(fā)以及混編的方式統(tǒng)一調(diào)度；主 運(yùn)行時(shí)環(huán)境根據(jù)數(shù)據(jù)更新狀態(tài)事件驅(qū)動(dòng)調(diào)用算法，也可 通過(guò)設(shè)置參數(shù)項(xiàng)動(dòng)態(tài)控制運(yùn)行機(jī)制。 

（6）通過(guò)容器化的運(yùn)行和管理，可以擴(kuò)展運(yùn)行時(shí) 環(huán)境，定制各種運(yùn)行環(huán)境；在各個(gè)擴(kuò)展運(yùn)行環(huán)境出現(xiàn)異 常時(shí)，可設(shè)置對(duì)應(yīng)處理措施，如重啟狀態(tài)機(jī)、初始化運(yùn) 行時(shí)容器、重新加載初始化等措施。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計(jì)算2023專輯》