【创新故事】
◎本报记者 陆成宽
青藏高原，黄河上游海拔最高的水电站——国家能源集团青海玛尔挡水电站自全部投产发电以来，运营状态良好。在这背后，离不开全国产智能分散控制系统的全天候守护。
分散控制系统（以下简称“DCS”）被喻为电厂运行的“神经中枢”。它管理着数百个系统、近万个设备，能够对发电过程进行实时监测与运行控制，是电厂高效经济的重要保障。
“长期以来，DCS被国外垄断，直接威胁我国能源安全。”日前，国家能源集团所属国能智深控制技术有限公司（以下简称“国能智深”）首席科学家田雨聪告诉科技日报记者，“为将主动权攥在自己手中，我们的研发团队矢志攻关，历时30多年，成功研发出首套全国产智能分散控制系统。”
确保随时“上岗”
“发电机组需要24小时不间断运行，这对其控制系统要求极高。”国能智深硬件研发部副经理丁娟告诉记者，“我们必须设法让DCS极致‘靠谱’，才能保障电厂安全运行。”
要想DCS极致“靠谱”，首先要保证控制器实时“在线”、精准施控。丁娟解释：“控制器犹如控制系统的‘大脑’，负责接收并计算分析传感器采集的数据，然后向执行器发出指令，从而实现对整个系统的管理。”
这个“大脑”一旦失灵，所有控制功能都会失控，整个系统也将随之宕机。确保控制器“不掉链子”成为研发团队必须攻下的关卡。
“增加备用控制器，为系统设计冗余方案。”团队成员异口同声。但是被问到具体怎么设计时，大家又莫衷一是。
反复研讨后，难点被锁定在如何实现两个控制器的无缝切换上。“主备控制器切换，不是电路跳闸了再掰回去那么简单。”田雨聪介绍，“电厂的生产一刻不能停，备用控制器须具备随时‘上岗’工作的能力。”
说起来容易，做起来难。主控制器怎么判别自身故障，并第一时间让出控制权；两个控制器获取的监控数据怎样保证完全一致；备用控制器如何时刻做好“跑起来”的准备……为了解决这些问题，大家经常争得面红耳赤，在很长一段时间内没有进展。
一次头脑风暴中，有团队成员联想到汽车备胎，突发奇想——把备胎放下来与正常轮胎一起跑，一旦正常轮胎出问题，备胎不就能实时顶上了吗？
“顺着这个思路，我们提出了两个控制器同时工作的解决方案，让备用控制器正常接收传感器上传的数据，并进行计算分析，只是不发出任何指令。”丁娟说。
在此基础上，团队又设计出主备控制器实时交换数据的方案，以便第一时间判定主控制器是否正常工作，一旦出现异常即可实时切换，彻底解决了备份控制器“上岗”难问题。
“稳住”通信网络
解决了控制器问题，只是迈过了第一关。要实现DCS极致“靠谱”，还离不开系统各节点间数据的高效安全通信。
“这就犹如神经系统内电信号的传输，电信号的准确与否直接决定了人体运动是否到位。”国能智深软件研发部副主任工程师王春燕说，DCS的通信网络负责把系统内各个节点，比如工程师站、操作员站、控制器等连接起来。这个通信网络不仅仅是网络连接，它还承担着数据处理任务。
经过多年的摸索和积累，2006年，研发团队设计出通信网络新一代版本。这一版本应用了双网、多播组等技术，在实验室内反复测试，数据一切正常。
“就在大家欢欣鼓舞之时，一盆凉水却从天而降。”田雨聪至今记忆犹新，通信网络在电厂上线试运行后，出了问题——网络内的数据负荷过高，导致整个系统不稳定，偶尔还会宕机，跑不起来。
研发团队立即开展排查。为了尽快解决问题，大家吃住在现场。网络架构、软件代码、软件封装等，甚至每个分支、每行代码都做了一一筛查，但依然没有发现问题的症结。
“关键是，这种情况发生在发电机组即将投产的紧急时刻，当时团队成员非常焦虑、压力特别大。”王春燕说，“大家互相提醒一定要冷静，从源头出发，仔细分析可能导致数据堵塞的原因，认真比对试运行环境和前期实验室调试环境的区别。”
经过十多个昼夜的努力，他们发现，控制器之间互相发送运行状态数据，造成了网络流量暴增。
“为了让通信网络中的流量降下来，我们设计了扁平化的对等网络结构、柔性分域技术以及组播和发布订阅相结合的通信技术，开发出分布式监控系统。”王春燕告诉记者。
如今，DCS的通信网络经过多次迭代升级，运行越来越稳定可靠，安全性越来越高。
变得“聪明智能”
通信网络组建成功后，DCS就可以在发电机组上实际应用了。但此时系统只具备实时控制和基本计算判断功能，还不能进行更高级的数据分析。
如何让DCS变得更“聪明”，自主分析运行数据，进而作出优化决策？
“之前，国内没有智能DCS，我们没有可以参考的对象，只能从‘0’做起。”为此，国能智深智能技术部经理张东明等人调研了3个多月，走访了20多家发电厂，收集了100多条建议，才弄清了发电企业对智能DCS的功能需求。
经过一年的设计、调试，2018年2月，智能DCS初具雏形，正式进入仿真测试阶段。此时，研究人员都满怀信心。
然而，意外还是再次出现——仿真测试结果不尽如人意。运行大量仿真数据后，智能DCS偶尔会无缘无故地瘫痪、重启。
“最开始，我们不知道问题出在哪里，大家都很沮丧，感到很迷茫。”为了解决问题，张东明等人只能细化操作，一条一条地运行输入和输出的数据，并进行详尽记录和分析。
“经过数不清的对比验证，我们才发现数据处理模型中存在一些微小错误，直接导致系统瘫痪、重启。”张东明告诉记者，“这些问题‘藏得很深’，在大多数情况下不会显现，只有在输入特殊数据组合时才能触发。”
经过3个多月的“定位”、修改错误，系统最终通过了仿真测试。
2018年7月4日，我国首台套智能DCS在国家能源集团内蒙古东胜热电有限公司#1机组正式投运，各项功能达到预期目标。
截至目前，研发团队自主研发的控制系统已经大规模推广应用至300兆瓦、600兆瓦、1000兆瓦等各等级发电机组上，先后在火电、核电、水电、新能源、煤炭等各类工程中应用超过3500台套。
“党的二十届三中全会决定提出，‘统筹强化关键核心技术攻关’‘推动科技创新和产业创新融合发展’。这让大家倍添动力。”田雨聪说，“智能DCS的成功研制，不但打破了国外的技术垄断，还实现了在该领域的领跑。未来，我们将继续推进工业控制软件国产化、高端化，牢牢攥紧工业安全主动权！”
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