戴建軍，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

淺談設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖及應(yīng)用

戴建軍，龔劍超

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

根據(jù)生產(chǎn)管理系統(tǒng)信息化的設(shè)備樹，提出一種采用拓樸圖表示設(shè)備樹系統(tǒng)內(nèi)各要素間關(guān)系的方法。由此方法可建立一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖。系統(tǒng)關(guān)系圖可以較直觀地表示設(shè)備樹系統(tǒng)內(nèi)各要素的關(guān)系。建立完善的設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖，根據(jù)系統(tǒng)功能理清各系統(tǒng)之間及內(nèi)部關(guān)系，有利于促進(jìn)運(yùn)維工作的系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化；有利于建立關(guān)鍵點(diǎn)安全措施庫和系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控庫；或通過軟件可以重點(diǎn)突出某特定范圍設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)各功能完成的過程及關(guān)鍵點(diǎn)。

設(shè)備樹；系統(tǒng)關(guān)系圖；系統(tǒng)化

0 前言

電力系統(tǒng)是一個(gè)由相互作用和相互依賴的大量電氣及相關(guān)設(shè)備結(jié)合成的發(fā)電、變電、輸電、配電和用電相結(jié)合的電網(wǎng)有機(jī)整體。發(fā)電廠作為發(fā)電功能的實(shí)現(xiàn)單元，是由發(fā)電設(shè)備按特定關(guān)系和要求結(jié)合而成的電力系統(tǒng)子系統(tǒng)。根據(jù)一般系統(tǒng)論，發(fā)電廠系統(tǒng)也具有整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性和統(tǒng)一性的特征。本文僅討論發(fā)電廠系統(tǒng)設(shè)備信息化管理的設(shè)備樹的系統(tǒng)特性。

1 發(fā)電廠系統(tǒng)設(shè)備樹的系統(tǒng)關(guān)系描述需求

隨著設(shè)備信息化管理的發(fā)展，設(shè)備樹信息的日益完善，發(fā)電廠系統(tǒng)的構(gòu)成要素的統(tǒng)計(jì)情況基本能達(dá)到全面性的要求，并以設(shè)備樹的形式表現(xiàn)出來。

由此，對發(fā)電廠系統(tǒng)構(gòu)成要素的關(guān)系的分析的需求逐漸突顯出來。

而發(fā)電廠系統(tǒng)構(gòu)成的設(shè)備具有封閉、穩(wěn)定的特征，且設(shè)備功能具有明確的相互關(guān)系，這就意味著設(shè)備的功能相對明確、無歧義。

這就使我們對發(fā)電廠設(shè)備關(guān)系的描述中采用功能為線索的方式具有一定基礎(chǔ)。

因此，通過對設(shè)備樹各要素的關(guān)系的分析，當(dāng)我們把設(shè)備樹各要素的功能用特定關(guān)系線聯(lián)結(jié)起來時(shí)，我們可以得到一個(gè)系統(tǒng)關(guān)系圖。發(fā)電廠系統(tǒng)設(shè)備樹的系統(tǒng)關(guān)系圖是表示發(fā)電廠系統(tǒng)各要素關(guān)系的拓樸圖。

2 設(shè)備樹的系統(tǒng)化特性

2.1.體性

系統(tǒng)中各要素的特定組合或結(jié)構(gòu)關(guān)系也是系統(tǒng)組成的要求之一，僅表示系統(tǒng)各要素并不能完全表示全系統(tǒng)。生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備樹由發(fā)電廠的各個(gè)生產(chǎn)相關(guān)的系統(tǒng)組合而成，各系統(tǒng)執(zhí)行電力生產(chǎn)相關(guān)的某個(gè)或某幾個(gè)方面，其綜合功能完成了發(fā)電廠生產(chǎn)檢修運(yùn)行整體功能，因此這個(gè)設(shè)備樹具有整體性，即對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有明確的要求。

2.2.聯(lián)性

關(guān)聯(lián)性是指系統(tǒng)與其子系統(tǒng)之間、系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)與環(huán)境之間的相互作用、相互依存和相互關(guān)系。由于電力系統(tǒng)設(shè)備及環(huán)境的相對封閉的特點(diǎn)，系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性主要表現(xiàn)在系統(tǒng)與其子系統(tǒng)之間和系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，這類關(guān)系反應(yīng)了系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，而系統(tǒng)與環(huán)境之間的關(guān)系則主要反應(yīng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3.次性

一個(gè)系統(tǒng)總是由若干子系統(tǒng)組成的，該系統(tǒng)本身又可看作是更大的系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，這就構(gòu)成了系統(tǒng)的層次性。生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備樹的層次性體現(xiàn)在發(fā)電廠的各子系統(tǒng)均具有一定同型性，或者具有相似的表現(xiàn)、或者具有近似的原理、或者具有相近的目標(biāo)功能解釋，可向上歸斂收束到相對集中的大系統(tǒng)中，并共同完成電力生產(chǎn)的總體目標(biāo)。如監(jiān)控系統(tǒng)及其子系統(tǒng)在表現(xiàn)形式上同樣具有輸入/輸出系統(tǒng)、邏輯處理系統(tǒng)、人機(jī)交互界面等組織結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的系統(tǒng)化特性

系統(tǒng)關(guān)系圖就是把標(biāo)注要素系統(tǒng)功能的要素框分層分布在系統(tǒng)框圖中，并由特定關(guān)系連接線連接系統(tǒng)各要素系統(tǒng)功能，以描述系統(tǒng)關(guān)系的拓樸圖。

3.1.統(tǒng)關(guān)系圖的整體性

設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的整體性表現(xiàn)在相關(guān)功能的承續(xù)特性和組織結(jié)構(gòu)的完整性和同型性。在實(shí)際設(shè)備上，反應(yīng)于設(shè)備系統(tǒng)為明確功能目標(biāo)實(shí)現(xiàn)而組織的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制判斷和系統(tǒng)控制執(zhí)行功能模塊，對于自動(dòng)化設(shè)備還應(yīng)包括反饋機(jī)制。對應(yīng)于發(fā)電的總體功能，發(fā)電設(shè)備組合十分嚴(yán)密，尤其是一次主系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)，各組成部分息息相關(guān)，在特定運(yùn)行條件下，設(shè)備只能作為一個(gè)整體來看。這部分系統(tǒng)構(gòu)成，在系統(tǒng)關(guān)系圖中以特定層次給以表示，這里命名為主系統(tǒng)運(yùn)行層。即系統(tǒng)關(guān)系圖中的主系統(tǒng)運(yùn)行層其實(shí)是一組不宜分割的設(shè)備的集合，是一個(gè)完整功能實(shí)現(xiàn)的整體。

3.2.統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)聯(lián)性

設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)聯(lián)性表現(xiàn)在相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系均由關(guān)系連接線表示，同時(shí)由關(guān)系連接線表示出兩者間關(guān)系的性質(zhì)、方向。設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)系連接線在實(shí)際設(shè)備上對應(yīng)于設(shè)備間的電纜、光纜和各類油、水、氣管路。關(guān)系連接線初步可分為信息傳導(dǎo)、使能和執(zhí)行兩類。兩類關(guān)系連接線均帶有方向，如信息傳導(dǎo)從信息發(fā)送端指向信息接收端，部分信息傳導(dǎo)為互相收發(fā)信息的，也可以畫作雙向箭頭表示。

3.3.統(tǒng)關(guān)系圖的層次性

對應(yīng)于運(yùn)行維護(hù)工作實(shí)踐，設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖按人工的干預(yù)程度，可分別分層：

（1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

1）主系統(tǒng)運(yùn)行層：發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)不可進(jìn)行操作、維護(hù)的電氣主設(shè)備構(gòu)成主系統(tǒng)運(yùn)行層。主系統(tǒng)運(yùn)行層的設(shè)備在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)主要關(guān)注設(shè)備的整體性，屬于運(yùn)行維護(hù)的黑箱部分，不是系統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)注重點(diǎn)，因此，設(shè)備主體可根據(jù)主設(shè)備構(gòu)成進(jìn)行大范圍的合并。主系統(tǒng)運(yùn)行層是設(shè)備樹系統(tǒng)控制的信息采集源頭，是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的信息采集層，同時(shí)也反饋系統(tǒng)控制指令執(zhí)行的結(jié)果。主系統(tǒng)運(yùn)行層是自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控元件和測量元件的集合體。

2）自動(dòng)控制系統(tǒng)層：發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)可通過自動(dòng)控制元件間接進(jìn)行操作、維護(hù)的電氣控制回路設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)層。自動(dòng)控制系統(tǒng)層的設(shè)備在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)主要關(guān)注設(shè)備的測量和控制功能實(shí)現(xiàn)，屬于間接運(yùn)行維護(hù)設(shè)備，是系統(tǒng)關(guān)系圖功能實(shí)現(xiàn)的核心，設(shè)備關(guān)系連接十分細(xì)致。自動(dòng)控制系統(tǒng)層是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的控制層。自動(dòng)控制系統(tǒng)層是自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制元件和測量元件的集合體。

3）手動(dòng)控制系統(tǒng)層：發(fā)電設(shè)備運(yùn)行時(shí)可直接進(jìn)行操作、維護(hù)的回路和元件構(gòu)成手動(dòng)控制系統(tǒng)層。手動(dòng)控制系統(tǒng)層的設(shè)備在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)可直接人工干預(yù)，是實(shí)際控制指令的執(zhí)行層。一般情況下，可以認(rèn)為手動(dòng)控制系統(tǒng)層是在系統(tǒng)高度自動(dòng)化的同時(shí)，仍需保留的手動(dòng)控制回路和人為干預(yù)系統(tǒng)的其他手段。手動(dòng)控制系統(tǒng)層是自動(dòng)控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件和測量元件的集合體。

（2）設(shè)備檢修狀態(tài)

由于設(shè)備處于檢修狀態(tài)時(shí)，不存在主系統(tǒng)運(yùn)行層這種不宜分割的設(shè)備集群，系統(tǒng)的功能線索也不能直接套用，因此，設(shè)備檢修狀態(tài)時(shí)僅對各子系統(tǒng)檢驗(yàn)或試驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行分析。這部分內(nèi)容不在本文中詳細(xì)討論。

1）主系統(tǒng)運(yùn)行層：設(shè)備檢修狀態(tài)時(shí)各子系統(tǒng)檢驗(yàn)或試驗(yàn)的主體系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成主系統(tǒng)運(yùn)行層。

2）自動(dòng)控制系統(tǒng)層：設(shè)備檢修狀態(tài)時(shí)各子系統(tǒng)檢驗(yàn)或試驗(yàn)的自動(dòng)控制功能設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)層。

3）手動(dòng)控制系統(tǒng)層：設(shè)備檢修狀態(tài)時(shí)各子系統(tǒng)檢驗(yàn)或試驗(yàn)的實(shí)際控制指令的執(zhí)行設(shè)備構(gòu)成手動(dòng)控制系統(tǒng)層。

（3）通過上述討論可知：設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖分為三層，既對應(yīng)了人工干預(yù)程度，又分別對應(yīng)系統(tǒng)主體的信息采集功能、控制功能和反饋執(zhí)行功能等。電力系統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在大量相似的同型系統(tǒng)。

4 設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的繪制

4.1.統(tǒng)關(guān)系圖的層次及設(shè)備框圖的要求

首先，設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的繪制需要確定設(shè)備的層次位置及設(shè)備所具有的功能。設(shè)備層次根據(jù)設(shè)備受人工干預(yù)程度確定，在一定程度上反應(yīng)了運(yùn)行維護(hù)在各層的工作側(cè)重點(diǎn)。

（1）對于主系統(tǒng)運(yùn)行層：由于本層強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)的整體性，對系統(tǒng)功能的信息采集有較詳細(xì)的要求，而對設(shè)備物理組成的細(xì)節(jié)不太關(guān)注，因此，在設(shè)備框圖中應(yīng)盡可能合并相關(guān)設(shè)備范圍，并且對信息采集的功能應(yīng)盡量分類標(biāo)明。

（2）對于自動(dòng)控制系統(tǒng)層：由于本層是系統(tǒng)控制功能的核心，對于系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)性的表現(xiàn)最為直觀，相關(guān)設(shè)備之間的關(guān)系也最復(fù)雜，因此，應(yīng)盡可能分解相關(guān)設(shè)備組成和功能，從而明確系統(tǒng)控制功能的核心元件。對于自動(dòng)控制系統(tǒng)層的核心控制功能，應(yīng)以特定方式歸納標(biāo)示，如采用紅色框表示。

（3）對于手動(dòng)控制系統(tǒng)層：由于本層是控制指令的執(zhí)行層，分解本層的關(guān)系可以細(xì)化控制指令執(zhí)行過程，對事故處理和故障消缺具有積極意義，因此，應(yīng)盡可能分解設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)的過程。

（4）由于分層的原因，大量設(shè)備屏柜在不同層同時(shí)存在，應(yīng)縱向?qū)R排列，明確為統(tǒng)一的主體，必要時(shí)以虛線框標(biāo)示。

4.2.統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)系連接線的要求

其次，設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的繪制需要確定各設(shè)備間的關(guān)系，并以適當(dāng)?shù)年P(guān)系連接線表示出來。由于系統(tǒng)關(guān)系統(tǒng)圖的關(guān)系連接線在實(shí)際設(shè)備上對應(yīng)于設(shè)備間的電纜、光纜和各類油、水、氣管路，在實(shí)際關(guān)系連接線確認(rèn)時(shí)，也應(yīng)同時(shí)確認(rèn)所對應(yīng)的物理連接及相應(yīng)控制措施要點(diǎn)。

（1）對于主系統(tǒng)運(yùn)行層：本層的主要關(guān)系為信息采集和控制指令執(zhí)行，與本層相連的關(guān)系連接線主要表現(xiàn)：一是指向自動(dòng)控制系統(tǒng)層的信息傳導(dǎo)關(guān)系，即CT、PT、溫度、壓力等測量采樣的傳感器連接線纜和管路；二是執(zhí)行元件影響主系統(tǒng)的最終連接關(guān)系，即開關(guān)、閘刀、導(dǎo)葉、球閥等。

（2）對于自動(dòng)控制系統(tǒng)層：由于本層是系統(tǒng)控制功能的核心，關(guān)系連接線形式也最復(fù)雜多變，在有條件的情況下，一是應(yīng)盡可能地分解設(shè)備關(guān)系的性質(zhì)分類，對狀態(tài)采集信息傳輸，經(jīng)變換的信息數(shù)據(jù)傳輸，控制指令傳輸，電源連接等各類性質(zhì)的關(guān)系分別設(shè)定不同形式（如線型）的關(guān)系連接線，二是應(yīng)盡可能地分解設(shè)備關(guān)系的功能分類，對調(diào)速功能，電壓調(diào)節(jié)功能等各類功能的關(guān)系分別采用有別于性質(zhì)的不同形式（如顏色）的關(guān)系連接線。

（3）對于手動(dòng)控制系統(tǒng)層：由于本層是控制指令的執(zhí)行層，凡指向本層的系統(tǒng)連接線，包括自動(dòng)控制系統(tǒng)層指向本層和本層之間的系統(tǒng)關(guān)系均為使能和執(zhí)行關(guān)系。

4.3.統(tǒng)關(guān)系圖的圖例

以下圖1為發(fā)電廠系統(tǒng)關(guān)系圖的監(jiān)控系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)關(guān)系的部分簡化示例。

圖1.控系統(tǒng)與保護(hù)系統(tǒng)關(guān)系的部分簡化示例

5 設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的應(yīng)用

設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖的建立，可以對設(shè)備樹系統(tǒng)化提供一個(gè)全面系統(tǒng)的分析平臺(tái)，對提高設(shè)備信息化管理具有積極意義。

（1）可以根據(jù)系統(tǒng)功能理清各系統(tǒng)之間及內(nèi)部關(guān)系，促進(jìn)運(yùn)維工作的系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。

系統(tǒng)關(guān)系的本質(zhì)聯(lián)系是反應(yīng)在系統(tǒng)功能上的，但設(shè)備運(yùn)維的實(shí)踐是對應(yīng)于實(shí)際物理設(shè)備主體的，因此框圖化的物理設(shè)備主體和設(shè)備框內(nèi)功能子框的組織形式是一種有效的設(shè)備關(guān)系表示形式，一方面可以明確全系統(tǒng)的功能連接關(guān)系，另一方面也把相應(yīng)設(shè)備屏柜框住的功能及相關(guān)聯(lián)系突顯出來。通過系統(tǒng)關(guān)系圖的分析，讓運(yùn)維工作人員直觀了解此設(shè)備是做什么用的，能影響哪些設(shè)備，能被哪些設(shè)備影響。系統(tǒng)關(guān)系圖對設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)化的基礎(chǔ)工作有良好的促進(jìn)作用。

一個(gè)完整全面的系統(tǒng)關(guān)系圖，是一個(gè)相對穩(wěn)定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在主設(shè)備或相關(guān)控制設(shè)備更換、改造的情況下，系統(tǒng)關(guān)系也基本不會(huì)發(fā)生大的變化，基本上只是命名、編號(hào)的變動(dòng)，只有極少數(shù)涉及原理的改動(dòng)，才會(huì)影響到系統(tǒng)關(guān)系圖。因此，在針對系統(tǒng)關(guān)系圖建立的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)過程，在相當(dāng)程度上具有普遍意義，對設(shè)備運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)化作用較大。

（2）可以由系統(tǒng)關(guān)系圖列出系統(tǒng)分界點(diǎn)及相關(guān)隔離措施，建立關(guān)鍵點(diǎn)安全措施庫和系統(tǒng)危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控庫。

系統(tǒng)關(guān)系圖理清了系統(tǒng)的各種聯(lián)系，同時(shí)也就能較快地把各種連接關(guān)系的主次及相關(guān)控制措施整理出來。并且由此整理的安全措施具有全面、主次分明以及可以分級(jí)控制的特點(diǎn)，在某一功能系列上，不僅可以列出全部的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，可以分出影響到系統(tǒng)主體的主要功能的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，還可以由某一特定功能，追朔到上級(jí)甚至更上級(jí)的控制關(guān)系部分，引入多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)控制的機(jī)制。

在加強(qiáng)系統(tǒng)與環(huán)境關(guān)系的分析，以及加強(qiáng)檢修狀態(tài)下的系統(tǒng)關(guān)系的分析的情況下，系統(tǒng)關(guān)系圖也可以用在危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控上，而且由此建立的危險(xiǎn)點(diǎn)預(yù)控庫也比較容易做得全面。

（3）通過軟件可以重點(diǎn)突出系統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)注部分。

由于全面的系統(tǒng)關(guān)系圖是一個(gè)龐大復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)關(guān)系圖難以在少量圖紙上主次分明、各種形式關(guān)系分類明確，關(guān)系連接線的起止和相關(guān)控制措施要點(diǎn)詳細(xì)明確地表現(xiàn)出來，因此，系統(tǒng)關(guān)系圖宜采用子系統(tǒng)分解后分別建立子系統(tǒng)關(guān)系圖，層層組織合并，最終統(tǒng)一組合分析的方式構(gòu)建。由此建立的系統(tǒng)關(guān)系圖，也難以直接讀大圖的方式解讀，而是需要通過軟件，選定關(guān)注范圍，對所關(guān)注的范圍臨時(shí)分解出需要的系統(tǒng)關(guān)系圖子圖，以重點(diǎn)突出系統(tǒng)關(guān)系圖的關(guān)注部分，屏蔽無關(guān)信息。

采用這種方式解讀的系統(tǒng)關(guān)系圖在使用和本圖維護(hù)更新上更加便利，也更容易與生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接。

6 小結(jié)

設(shè)備樹系統(tǒng)是發(fā)電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)的重要組成部分，一個(gè)有效的設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖能大大提高設(shè)備樹在生產(chǎn)管理實(shí)踐中的利用率，加強(qiáng)生產(chǎn)管理過程中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控和設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施。設(shè)備樹系統(tǒng)關(guān)系圖，是具有一個(gè)核心和幾條主干的多層復(fù)合網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是一個(gè)設(shè)備網(wǎng)系統(tǒng)，能相對全面地反應(yīng)發(fā)電廠系統(tǒng)的功能及實(shí)現(xiàn)過程。因此，深入研究發(fā)電廠設(shè)備系統(tǒng)關(guān)系圖，具有重要意義。

[1]錢學(xué)森.論系統(tǒng)工程（新世紀(jì)版）[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2007.

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TP393

B

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10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.028

2017-06-19

戴建軍（1970-），男，高級(jí)工程師，從事電氣二次管理工作。