电厂厂级监控信息系统的实现方案与应用研究.doc

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1、电厂厂级监控信息系统的实现方案与应用研究樊少林 内蒙古岱海发电有限责任公司摘要：简述电厂厂级监控信息系统（SIS）发展的基本现状，提出了电厂SIS总体设计方案，对SIS的系统功能、硬件构成、软件开发、功能实现以及系统安全等方面作了探讨。并对SIS在工程应用中的网络架构方案、实时数据库软件选型原则、接口实现方式与数据采集范围等关键技术进行了分析和总结。以便为我国新建电厂和老厂改造的SIS设计、选型、规划提供一定的参考经验。1概述随着电力行业改革的深入和市场经济的发展，为争创一流、提高自身的竞争力，越来越多的电厂在规划阶段就将厂级信息监控系统(SIS)纳入到全厂的自动化系统中，同时，已经投入运行的

2、一些大型火电厂也纷纷在增配SIS和功能,而很多老厂为挖掘降低发电成本的潜力，也在积极上SIS项目。在2000年国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程第l2.10条“厂级监控和管理信息系统”中明确规定，“当电厂规划容量为l200 MW及以上、单机容量为300 MW及以上时，可设置厂级监控信息系统。” SIS是电厂自动化系统中的一个崭新领域。SIS之所以被作为一项重要的应用项目提出来，除了需求的因素外，还在于它的技术基础计算机技术的发展和电厂分散控制系统（DCS）应用的日益成熟。从目前应用情况看，国内外均处于起步阶段，国内有能力开发这类软件的单位较少，大多数处于开发研究和试验阶段，真正成熟的、能应

3、用于市场的产品很少，这与DCS推广应用阶段时国内没有经验、但国外早已有成熟应用经验的情况不同1。值得庆幸的是，目前国内部分科研院所和高校对电力市场需求反应很快，及时地投入SIS的开发研究和工程应用，其中，热工研究院为石咀山发电厂开发了SIS，华北电力大学为大唐盘山电厂开发的SIS也已研制成功。尽管从当前情况看，几套系统都还不太完善，但这仍会对我们的工程设计提供许多有益的借鉴。2SIS的设计方案21 SIS的架构一般SIS由通信网络、SIS接口机、SIS实时/历史数据服务器、SIS功能站和建立在数据服务器上的各种应用软件组成。如图1所示为一种典型的电厂SIS网络结构。（1）通信网络：该网络采用了

4、分层分布式设计，整个SIS分为上下两层，上层为SIS应用层网络，挂接SIS层各应用服务器。下层为SIS接口层网络，采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集。通过分层式设计，一方面便于分散通讯负荷，最大限度地减少系统间的通讯连接，平衡服务器和不同客户机之间的数据流量。提高各层通讯效率和网络可靠性；另一方面也可以通过数据服务器进行技术和通讯协议，上层技术选择强调开放性，而下层则更强调与下层各控制网络的互通性。实时/历史数据服务器可以根据重要性考虑冗余配置。在技术实现上两层独立网络既可通过物理网络实现，又可以通过VLAN(虚拟网络)实现2。当然，结合具体电厂的工程实际，如果SIS层的应用软件不

5、多且数据通讯量不大，则可以考虑上下两层合并成一个网络。（2）SIS接口机：SIS作为厂级自动化系统的核心，其所需的所有生产过程实时信息和参数均从下层控制网络中以通讯方式获取。接口机作为实时/历史数据服务器与控制系统之间的桥梁具有十分重要的作用。采用分布式接口机方案后，一方面利用接口机的缓冲功能，防止数据服务器故障时丢失数据：另一方面单个接口机的故障不会影响到其它控制系统的数据采集。更为重要的是，通过在接口机上进行合理配置，可以保证下层控制网络的稳定性和可靠性不受SIS层网络干扰。 在SIS和电厂管理信息系统（MIS）的互连上，鉴于MIS和生产控制系统在可靠性、安全性等方面存在显著差异，因此直接

6、将各控制系统与MIS耦合是不恰当的。采用直接在实时/历史数据服务器与MIS关系数据服务器之间建立高速双向连接，SIS和MIS分别采用独立的网络，期间通过SIS和MIS各自的数据服务器之间互连和交换信息，这样SIS网络上的应用只需与实时/历史数据服务器连接，而MIS的应用只需与MIS关系数据库服务器通讯，二者可以实现有效隔离，相互影响很小。从而减少通讯的复杂性，提高了网络的独立性、可靠性和快速性。图1 电厂SIS网络结构（3）SIS实时/历史数据服务器：它是整个SIS的核心，它为全厂提供了一个高速度、大规模、超大容量的统一规范的实时和历史数据库以及应用软件开发平台，能充分地保证系统的先进性、开放

7、性、安全性、可扩性和实用性。它用于保存所有生产过程的实时数据和SIS对这些资料的计算、分析结果，使全厂的运行管理和经营管理建立在统一的过程资料基础上。另外由于生产过程数据量大，精度要求高，并且带有时标，因此不适宜采用常规的关系性数据库存储。国内外类似系统建设中一般都采用专用的实时/历史数据服务器，如美国OSI Software公司的PI系统和美国Scientech公司的R*Timer系统，这些系统由于采用了有效的压缩存储技术，因此适合于大范围、高密度的时标数据在线存储。实时数据库系统服务器一般采用双机热备方式运行。任一台服务器发生故障，不会中断整个实时系统的运行。（4）SIS功能站：SIS功能

8、站是系统管理及人机交互界面的主要载体，它们作为SIS数据库服务器的客户机，从SIS数据库中获取过程信息进行分析、计算和显示，并将计算分析结果存入数据库，供其它客户机或系统调用。功能站包含以下类型（不限于此）：工程师工作站、负荷分配工作站、运行员工作站、值长工作站。 22 SIS的应用软件在SIS建成后，由于建立在统一的数据库平台基础上，各应用软件的开发变得相对简单，不再重复与下层各控制系统之间的数据接口和自身的数据存储备份，减少了许多维护管理费用。目前，关于SIS尚可预期开展的各种应用软件很多。如图2所示，主要包括有厂级性能计算软件、故障诊断软件、运行指导软件、设备寿命和状态分析软件、负荷优化

9、分配以及系统维护软件等。当然SIS软件功能模块不只限于上述几方面，它将根据全厂实时生产过程综合监控和管理的需要以及开发应用的实践，不断充实和完善，事实上，有些电厂开发的SIS已经开创了一些新功能。如机组性能仿真、环保监测、负荷预测等。 图2 SIS软件体系结构关于SIS的软件功能问题有下列几点值得注意： （1）SIS功能大量用于对实时生产过程的管理目的，只有少量用于监控目的(例如负荷实时调度)，与MIS和DCS的服务范畴不同，SIS属于实时生产过程管理和监控范畴1。（2）由于SIS提出时间不长，到目前为止，我们还没有象DCS那样标准的SIS的规范书，所以每个SIS项目所确定的功能也不尽相同。当

10、然，这些功能能否作为SIS的基本功能或SIS的基本功能到底包括哪些内容，管理职能部门应尽早有明确的指导意见。因此当前SIS功能宜分步实施。各大电力投资公司宜在自己管辖的众多电厂中，选择少量电厂做SIS试点，配置较丰富的功能，待总结经验后再全面推广。（3）SIS功能要根据具体电厂的情况具体确定，例如机组负荷优化分配功能，它是指SIS能在全厂运行总值长站上根据远方AGC指令和其它生产调度指令结合本厂主、辅系统和设备运行情况决定各台机组的负荷分配。作为提高电厂经济效益的重要手段，负荷经济分配能够实现在SIS内实现“调度到厂”的AGC方式。然而对于全厂只有2台同类机组或几台机组分别接在不同电压等级的出

11、线上，或者从系统考虑该厂机组采用“直调”方式时，是否要配置该功能就值得研究。（4）合理开发配套外围软件：为给核心软件准备数据和满足电厂其它管理需求，还需配套开发其他必要的外围软件，使之与核心软件系统无缝连接。进一步完善全厂在生产运行管理和设备管理等方面的功能。3 SIS关键技术31 网络架构方案由于将来SIS网络中的实时设备生产设备信息将呈飞速增长态势，因此将SIS网建成一个能够以较经济的方式实现相对无瓶颈的网络以满足现在及未来发展的网络结构就显得非常重要。在FDDI、ATM和快速以太网千兆以太网之间综合比较，FDDI技术虽有可靠性高、延迟性好等优点，但存在着技术较复杂、维护困难、价格较高、升

12、级困难等缺点，尤其是FDDI网与其它网之间必须使用昂贵的路由器，会造成费用剧增；ATM技术虽有技术先进、用途广、服务质量高、发展前景好等优点，但技术最复杂、价格最高、维护最困难、规范不统一等缺点，不适用于SIS网络；基于交换式快速千兆以太网技术具有组网方式灵活简易、维护方便、支持最广、价格容易接受等优点，且在千兆以太网上已经真正实现了较高的服务质量，因此在电厂的网络架构的选择上推荐使用以千兆以太网第三层路由交换机为网络核心的网络方案，网络协议以TCPIP协议为主，该网络架构能够为现在和将来SIS的可靠使用和发展提供硬件保障。32 实时数据库软件目前，市场上有多种工程类实时数据库产品，如国外的M

13、acro View、Infoplus2.1、PI、Uniformance、iHistorian、Industrial SQL Sever，国内的NSIS、ConRTDB、Superlnfo、SLRS等。如同DCS一样，每种实时数据库都各有其特点，一般都能满足不同电厂的实时信息系统或监控信息系统的要求。用户应根据自身需求，切合实际，选择一套最佳性价比的实时数据库。一般在工程实施过程中，实时数据服务器在选型时应着重考虑如下一些因素：（1）系统访问结构实时/历史数据服务器应该基于开放的ClientServer结构或者B/S结构，并支持多服务器结构。B/S结构易于维护和部署，但是访问效率和控制手段稍弱

14、。目前常见的实时/历史数据库一般都基于C/S结构，但均支持二层B/S访问方式。随着IT技术的发展，未来的实时/历史数据库的访问结构应该转向标准的三层B/S访问方式。（2）接口技术实时/历史数据库应该具有广泛成熟的接口解决技术，并且能实现各接口的故障隔离。接口技术可以基于专用的API技术，也可以基于目前新兴的OPC(OLE Process Control,OLE过程控制)技术。除此之外，实时/历史数据库还应该具有与全厂MIS数据库或者其它关键应用的成熟接口技术，应具有和与其联网的资料源(程控系统)进行连通的能力，它们至少应包括几个著名的DCS系统(T-XP、OVATION、SYMPHONY、MA

15、X-DNA等系统)和的我国电站常用PLC系统的数据库。同时为了防止潜在的数据丢失，实时数据库系统应具有数据缓存能力，在网络出现故障，采集的数据不能到达服务器时，接口软件可以暂存数据，一旦网络恢复正常，数据会自动传输至数据库服务器。接口软件应能支持冗余接口。（3）实时数据库系统客户端实时/历史数据一般基于Windows NT或者UNIX操作平台，可以根据用户喜好选择。但从用户使用方便的角度来看，实时数据库系统应全面支持微软的体系结构，这是一个有一定争议的话题，但文献4认为实时数据库系统的客户端软件应基于Windows开发，与微软的操作系统兼容。至于实时数据库服务器端软件最好能同时具有Window

16、s和各种UNIX版本。（4）编码规则由于全厂的所有信息资源(包括全厂的实时I0测点、所有厂级设备信息、电网有关信息等)都要由数据库来处理，因此对所有信息编码进行统一处理，同时要考虑MIS和DCS的信息编码的统一性和互换性，系统资料应自动同步。制定编码规则时还应考虑适应选用的数据压缩方式。33 接口实现与数据采集在SIS建设中，因为SIS最终将与发电厂的所有控制系统进行网络连接或数据通信，接口较多，其接口方式应在安全可靠前提下，力求标准和统一，相应的也要考虑控制系统侧接口的标准和统一。业主必须预先通过技术规范书在SIS实施厂商或者实时/历史数据库供应商和原控制厂商之间起着桥梁作用，以免出现脱节和

17、扯皮。接口机的软硬件配置可以根据具体系统的需要进行选择，但是由于接口机一般放在控制室，因此选用普通的计算机即可，不必选用工控机。确定数据采集范围一定要有前瞻性，不能仅仅考虑当前的应有和投资。因为SIS建设一般是一个渐进的过程，除非极不重要的数据，以及潜在投资增加不多的情况下，SIS建设应该适当强调数据采集的全面性，这从长远角度来看是值得的。 4 结束语本文仅对SIS在工程设计和应用中的几个问题进行了初步的探讨，在有些问题上的观点和建议还远没有结论。但可以说，这些问题的解决将使SIS的工程应用规范、健康地发展，也将使SIS的工程应用从初级走向成熟取得突破性的进展。参考文献：1侯子良.再论火电厂厂

18、级监控信息系统J.电力系统自动化.2002,26(15)：13.1勾建兵,侯子良.电厂SIS建设探讨J.热工自动化信息，2002（1）：15.2曹文亮,高建强,王兵树等.电厂厂级监控信息系统(SIS)的现状及发展前景J.中国电力.2002(9):3杜永春,程光坤,沈炳华等.火电厂实时数据库监控信息系统的应用J.华东电力.2002(12):3740.作者简介：樊少林，男，1970年生。1992年太原理工大学计算机专业毕业，工程师。10多年来一直从事发电企业MIS系统设计研究工作。工作单位：内蒙古岱海发电有限责任公司电子信箱：fanshl或 fsl3138邮政编码：013700通信地址：内蒙古凉城县岱海发电有限责任公司电 话：0474-8715166或13848432680