馮偉+高佳

摘要以國電太原熱電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)建為例，闡述了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、PI實時數(shù)據(jù)庫平臺、接口問題、安全機制以及系統(tǒng)功能模塊等SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為其他火電廠管控一體化的設(shè)計和實現(xiàn)提供了參考。

關(guān)鍵詞電廠；實時監(jiān)控信息系統(tǒng)；PI實時數(shù)據(jù)庫；安全機制；接口

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0078-02

1概述

電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)，即SIS系統(tǒng)（Supervisory Information System）屬于企業(yè)生產(chǎn)過程自動化范疇，是介于機、電、爐、控制等底層系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)之間的管理控制層，以DCS分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以提高電廠經(jīng)濟(jì)運行和經(jīng)濟(jì)效益為目的，采用專業(yè)計算方法，實現(xiàn)廠級生產(chǎn)過程的實時信息監(jiān)控和調(diào)度，它最重要的意義在于可以提高電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益。

國電太原熱電廠為了進(jìn)一步提高管理水平，推進(jìn)機組安全經(jīng)濟(jì)運行，規(guī)劃實施了SIS系統(tǒng)項目，對企業(yè)運營的4臺300 MW亞臨界機組生產(chǎn)過程進(jìn)行實時/歷史數(shù)據(jù)管理、過程監(jiān)測、過程管理及優(yōu)化控制。下面將對國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)的各項關(guān)鍵技術(shù)逐一闡述。

2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

電廠SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用千兆以太技術(shù)的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（如圖：SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖）。網(wǎng)絡(luò)中心交換機采用兩臺Cisco4506互為熱備，交換機之間采用TRUNCK技術(shù)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備均配有兩塊1000M網(wǎng)卡，以達(dá)到節(jié)點設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)端口冗余。

SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接通過配備的網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器實現(xiàn)。作為SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的隔離系統(tǒng)，用于保護(hù)MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法訪問SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全隔離的目的。

在MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一側(cè)掛接一臺SIS系統(tǒng)的WEB服務(wù)器，在其上實現(xiàn)SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫鏡像，MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的站點以及與MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通的遠(yuǎn)程站點可以通過WEB上的SIS系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)頁來查詢SIS系統(tǒng)信息。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

采用網(wǎng)絡(luò)虛擬設(shè)計方案，通過采用三層交換技術(shù)，將接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理維護(hù)站等分別劃分虛擬網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)必要的隔離和更好的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點配置高檔企業(yè)級服務(wù)器，主要節(jié)點包括生產(chǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及SAN系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、SIS網(wǎng)絡(luò)管理和病毒服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)站、值長站、接口服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)打印設(shè)備和備份磁帶機等輔助設(shè)備。

3實時數(shù)據(jù)庫PI

實時監(jiān)控信息系統(tǒng)作為面向生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)，要建立在具有開放性的實時數(shù)據(jù)庫之上，作為實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過與主機DCS、脫硫DCS和其他輔助控制系統(tǒng)通信采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，從而完成全廠實時數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)存儲、廠級生產(chǎn)過程監(jiān)控、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)調(diào)度、廠級性能分析和運行優(yōu)化、故障輔助分析診斷等功能，并向MIS系統(tǒng)提供過程數(shù)據(jù)和計算、分析結(jié)果，同時保留遠(yuǎn)程診斷接口。

國電太原熱電廠擁有4臺300 MW發(fā)電機組，其中一臺300 MW機組的DCS系統(tǒng)大概有6000個I/O點。再加上化學(xué)水處理系統(tǒng)、灰控、燃料控制等控制系統(tǒng)，大概要有40000點的容量。隨著機組數(shù)字化不斷發(fā)展，基于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的智能儀表將逐漸替代現(xiàn)在的測量儀表，系統(tǒng)容量還將翻番。SIS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)通常要求至少保留一個大修的周期。因此，國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)選擇美國OSI軟件公司開發(fā)的PI（Plant Information）實時數(shù)據(jù)庫作為火電廠數(shù)據(jù)自動采集、存儲和監(jiān)視的平臺，將全廠生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)采集并以其基本形式保存下來。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)加工、歸類和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的在線監(jiān)視查詢、異常處理、設(shè)備維護(hù)、負(fù)荷優(yōu)化分配和經(jīng)濟(jì)分析等應(yīng)用功能，對各全廠機組運行工況進(jìn)行監(jiān)視、分析和判斷并做出決策。同時，OSI公司還提供了多達(dá)300多種不同系統(tǒng)的控制接口，PI數(shù)據(jù)庫還支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊數(shù)據(jù)接口，例如OPC、Modbus等。

4接口問題

1）與各控制系統(tǒng)的接口。

通過OPC協(xié)議與DCS側(cè)接口進(jìn)行物理通信，PI數(shù)據(jù)庫一般通過在接口機上調(diào)用PI-API函數(shù)與控制系統(tǒng)的接口進(jìn)行通信。

2）與MIS系統(tǒng)的接口。

由于SIS系統(tǒng)屬于廠級生產(chǎn)過程自動化范疇，實時性要求較高，無法與其他安全等級較低的系統(tǒng)直接相連，而MIS系統(tǒng)屬于管理信息系統(tǒng)范疇，實時性要求低于SIS系統(tǒng)，因此通過網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器將SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)安全隔離，SIS系統(tǒng)應(yīng)用只與PI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，MIS系統(tǒng)應(yīng)用只與MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3）與客戶端的接口。

PI數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)，可采集任意數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)，與用戶的接口有：API、ActiveX和ODBC等?？梢圆捎肞I-ODBC-PC使用SQL語音來訪問實時數(shù)據(jù)，也可以使用JAVA，VC++等編程語言調(diào)用API訪問實時/歷史數(shù)據(jù)。

5安全機制

1）為了避免SIS網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器受病毒感染，布置了高性能的趨勢防病毒軟件用于實時屏蔽各種病毒攻擊，以及定期全面檢測及手工病毒庫升級等輔助病毒預(yù)治方案。

2）在防入侵方面采用網(wǎng)絡(luò)單向隔離產(chǎn)品，從物理層面上只允許SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向外網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，完全杜絕外網(wǎng)向SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，從而最大限度保證了SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的隔離要求。

3）在網(wǎng)絡(luò)管理上，使用Cisco網(wǎng)管軟件，用于完成監(jiān)控整體網(wǎng)絡(luò)的運營狀況，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障并分析故障原因，根據(jù)不同的錯誤情況實施不同的解決方案。

6系統(tǒng)功能

電廠各個生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備發(fā)生異?，F(xiàn)象或故障的概率較高。SIS系統(tǒng)的引入，有效提高了機組的安全、穩(wěn)定和可靠運行。以下對幾個重要的功能模塊進(jìn)行闡述。

1）生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊。通過運行在接口站上的數(shù)據(jù)采集軟件對各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括主機DCS、脫硫DCS、爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的可靠采集并且通過二次隔離裝置實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等其它系統(tǒng)的隔離。

2）實時信息監(jiān)控與生產(chǎn)過程管理指導(dǎo)模塊可以實現(xiàn)對全廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括機組DCS系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)等輔助和公用系統(tǒng)的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程的統(tǒng)一監(jiān)視和查詢，高級權(quán)限用戶還可以了解到過程數(shù)據(jù)的實時分析結(jié)果和相應(yīng)改進(jìn)措施，從而準(zhǔn)確掌握機組的運行狀況和全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

3）廠級性能計算及經(jīng)濟(jì)分析。通過從各個生產(chǎn)控制子系統(tǒng)取得大量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，對全廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，分析計算和優(yōu)化所有運行機組在線性能和指標(biāo)，以曲線、棒圖或數(shù)據(jù)表格的形式顯示系統(tǒng)及設(shè)備的實際運行效率，最后得出與設(shè)計值的差值和對機組熱耗、煤耗的影響值。

4）負(fù)荷最優(yōu)分配模塊。通過接受電網(wǎng)調(diào)度中心對全廠下達(dá)的日負(fù)荷指標(biāo)，在線訪問實時/歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)合全廠各運行機組主、輔機系統(tǒng)和設(shè)備的運行情況、性能和效率，充分考慮機組的安全穩(wěn)定運行因素，自動制定各臺機組的合理負(fù)荷分配，使全廠負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配實現(xiàn)AGC方式。

國電太原熱電廠根據(jù)自身需求，以全廠實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)為指導(dǎo)，構(gòu)建了有自己特色的電廠SIS系統(tǒng)。系統(tǒng)自運行以來，在指導(dǎo)生產(chǎn)操作、診斷處理故障、優(yōu)化機組運行、生產(chǎn)管理信息化等方面發(fā)揮了重要的作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]侯子良.再論火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（15）：1-3.

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摘要以國電太原熱電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)建為例，闡述了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、PI實時數(shù)據(jù)庫平臺、接口問題、安全機制以及系統(tǒng)功能模塊等SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為其他火電廠管控一體化的設(shè)計和實現(xiàn)提供了參考。

關(guān)鍵詞電廠；實時監(jiān)控信息系統(tǒng)；PI實時數(shù)據(jù)庫；安全機制；接口

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0078-02

1概述

電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)，即SIS系統(tǒng)（Supervisory Information System）屬于企業(yè)生產(chǎn)過程自動化范疇，是介于機、電、爐、控制等底層系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)之間的管理控制層，以DCS分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以提高電廠經(jīng)濟(jì)運行和經(jīng)濟(jì)效益為目的，采用專業(yè)計算方法，實現(xiàn)廠級生產(chǎn)過程的實時信息監(jiān)控和調(diào)度，它最重要的意義在于可以提高電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益。

國電太原熱電廠為了進(jìn)一步提高管理水平，推進(jìn)機組安全經(jīng)濟(jì)運行，規(guī)劃實施了SIS系統(tǒng)項目，對企業(yè)運營的4臺300 MW亞臨界機組生產(chǎn)過程進(jìn)行實時/歷史數(shù)據(jù)管理、過程監(jiān)測、過程管理及優(yōu)化控制。下面將對國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)的各項關(guān)鍵技術(shù)逐一闡述。

2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

電廠SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用千兆以太技術(shù)的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（如圖：SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖）。網(wǎng)絡(luò)中心交換機采用兩臺Cisco4506互為熱備，交換機之間采用TRUNCK技術(shù)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備均配有兩塊1000M網(wǎng)卡，以達(dá)到節(jié)點設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)端口冗余。

SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接通過配備的網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器實現(xiàn)。作為SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的隔離系統(tǒng)，用于保護(hù)MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法訪問SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全隔離的目的。

在MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一側(cè)掛接一臺SIS系統(tǒng)的WEB服務(wù)器，在其上實現(xiàn)SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫鏡像，MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的站點以及與MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通的遠(yuǎn)程站點可以通過WEB上的SIS系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)頁來查詢SIS系統(tǒng)信息。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

采用網(wǎng)絡(luò)虛擬設(shè)計方案，通過采用三層交換技術(shù)，將接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理維護(hù)站等分別劃分虛擬網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)必要的隔離和更好的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點配置高檔企業(yè)級服務(wù)器，主要節(jié)點包括生產(chǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及SAN系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、SIS網(wǎng)絡(luò)管理和病毒服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)站、值長站、接口服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)打印設(shè)備和備份磁帶機等輔助設(shè)備。

3實時數(shù)據(jù)庫PI

實時監(jiān)控信息系統(tǒng)作為面向生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)，要建立在具有開放性的實時數(shù)據(jù)庫之上，作為實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過與主機DCS、脫硫DCS和其他輔助控制系統(tǒng)通信采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，從而完成全廠實時數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)存儲、廠級生產(chǎn)過程監(jiān)控、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)調(diào)度、廠級性能分析和運行優(yōu)化、故障輔助分析診斷等功能，并向MIS系統(tǒng)提供過程數(shù)據(jù)和計算、分析結(jié)果，同時保留遠(yuǎn)程診斷接口。

國電太原熱電廠擁有4臺300 MW發(fā)電機組，其中一臺300 MW機組的DCS系統(tǒng)大概有6000個I/O點。再加上化學(xué)水處理系統(tǒng)、灰控、燃料控制等控制系統(tǒng)，大概要有40000點的容量。隨著機組數(shù)字化不斷發(fā)展，基于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的智能儀表將逐漸替代現(xiàn)在的測量儀表，系統(tǒng)容量還將翻番。SIS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)通常要求至少保留一個大修的周期。因此，國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)選擇美國OSI軟件公司開發(fā)的PI（Plant Information）實時數(shù)據(jù)庫作為火電廠數(shù)據(jù)自動采集、存儲和監(jiān)視的平臺，將全廠生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)采集并以其基本形式保存下來。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)加工、歸類和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的在線監(jiān)視查詢、異常處理、設(shè)備維護(hù)、負(fù)荷優(yōu)化分配和經(jīng)濟(jì)分析等應(yīng)用功能，對各全廠機組運行工況進(jìn)行監(jiān)視、分析和判斷并做出決策。同時，OSI公司還提供了多達(dá)300多種不同系統(tǒng)的控制接口，PI數(shù)據(jù)庫還支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊數(shù)據(jù)接口，例如OPC、Modbus等。

4接口問題

1）與各控制系統(tǒng)的接口。

通過OPC協(xié)議與DCS側(cè)接口進(jìn)行物理通信，PI數(shù)據(jù)庫一般通過在接口機上調(diào)用PI-API函數(shù)與控制系統(tǒng)的接口進(jìn)行通信。

2）與MIS系統(tǒng)的接口。

由于SIS系統(tǒng)屬于廠級生產(chǎn)過程自動化范疇，實時性要求較高，無法與其他安全等級較低的系統(tǒng)直接相連，而MIS系統(tǒng)屬于管理信息系統(tǒng)范疇，實時性要求低于SIS系統(tǒng)，因此通過網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器將SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)安全隔離，SIS系統(tǒng)應(yīng)用只與PI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，MIS系統(tǒng)應(yīng)用只與MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3）與客戶端的接口。

PI數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)，可采集任意數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)，與用戶的接口有：API、ActiveX和ODBC等?？梢圆捎肞I-ODBC-PC使用SQL語音來訪問實時數(shù)據(jù)，也可以使用JAVA，VC++等編程語言調(diào)用API訪問實時/歷史數(shù)據(jù)。

5安全機制

1）為了避免SIS網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器受病毒感染，布置了高性能的趨勢防病毒軟件用于實時屏蔽各種病毒攻擊，以及定期全面檢測及手工病毒庫升級等輔助病毒預(yù)治方案。

2）在防入侵方面采用網(wǎng)絡(luò)單向隔離產(chǎn)品，從物理層面上只允許SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向外網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，完全杜絕外網(wǎng)向SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，從而最大限度保證了SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的隔離要求。

3）在網(wǎng)絡(luò)管理上，使用Cisco網(wǎng)管軟件，用于完成監(jiān)控整體網(wǎng)絡(luò)的運營狀況，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障并分析故障原因，根據(jù)不同的錯誤情況實施不同的解決方案。

6系統(tǒng)功能

電廠各個生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備發(fā)生異常現(xiàn)象或故障的概率較高。SIS系統(tǒng)的引入，有效提高了機組的安全、穩(wěn)定和可靠運行。以下對幾個重要的功能模塊進(jìn)行闡述。

1）生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊。通過運行在接口站上的數(shù)據(jù)采集軟件對各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括主機DCS、脫硫DCS、爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的可靠采集并且通過二次隔離裝置實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等其它系統(tǒng)的隔離。

2）實時信息監(jiān)控與生產(chǎn)過程管理指導(dǎo)模塊可以實現(xiàn)對全廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括機組DCS系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)等輔助和公用系統(tǒng)的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程的統(tǒng)一監(jiān)視和查詢，高級權(quán)限用戶還可以了解到過程數(shù)據(jù)的實時分析結(jié)果和相應(yīng)改進(jìn)措施，從而準(zhǔn)確掌握機組的運行狀況和全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

3）廠級性能計算及經(jīng)濟(jì)分析。通過從各個生產(chǎn)控制子系統(tǒng)取得大量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，對全廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，分析計算和優(yōu)化所有運行機組在線性能和指標(biāo)，以曲線、棒圖或數(shù)據(jù)表格的形式顯示系統(tǒng)及設(shè)備的實際運行效率，最后得出與設(shè)計值的差值和對機組熱耗、煤耗的影響值。

4）負(fù)荷最優(yōu)分配模塊。通過接受電網(wǎng)調(diào)度中心對全廠下達(dá)的日負(fù)荷指標(biāo)，在線訪問實時/歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)合全廠各運行機組主、輔機系統(tǒng)和設(shè)備的運行情況、性能和效率，充分考慮機組的安全穩(wěn)定運行因素，自動制定各臺機組的合理負(fù)荷分配，使全廠負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配實現(xiàn)AGC方式。

國電太原熱電廠根據(jù)自身需求，以全廠實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)為指導(dǎo)，構(gòu)建了有自己特色的電廠SIS系統(tǒng)。系統(tǒng)自運行以來，在指導(dǎo)生產(chǎn)操作、診斷處理故障、優(yōu)化機組運行、生產(chǎn)管理信息化等方面發(fā)揮了重要的作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1]侯子良.再論火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）[J].電力系統(tǒng)自動化，2002，26（15）：1-3.

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摘要以國電太原熱電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)構(gòu)建為例，闡述了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、PI實時數(shù)據(jù)庫平臺、接口問題、安全機制以及系統(tǒng)功能模塊等SIS系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，為其他火電廠管控一體化的設(shè)計和實現(xiàn)提供了參考。

關(guān)鍵詞電廠；實時監(jiān)控信息系統(tǒng)；PI實時數(shù)據(jù)庫；安全機制；接口

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）12-0078-02

1概述

電廠廠級實時監(jiān)控信息系統(tǒng)，即SIS系統(tǒng)（Supervisory Information System）屬于企業(yè)生產(chǎn)過程自動化范疇，是介于機、電、爐、控制等底層系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)之間的管理控制層，以DCS分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以提高電廠經(jīng)濟(jì)運行和經(jīng)濟(jì)效益為目的，采用專業(yè)計算方法，實現(xiàn)廠級生產(chǎn)過程的實時信息監(jiān)控和調(diào)度，它最重要的意義在于可以提高電廠的整體經(jīng)濟(jì)效益。

國電太原熱電廠為了進(jìn)一步提高管理水平，推進(jìn)機組安全經(jīng)濟(jì)運行，規(guī)劃實施了SIS系統(tǒng)項目，對企業(yè)運營的4臺300 MW亞臨界機組生產(chǎn)過程進(jìn)行實時/歷史數(shù)據(jù)管理、過程監(jiān)測、過程管理及優(yōu)化控制。下面將對國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)的各項關(guān)鍵技術(shù)逐一闡述。

2網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案

電廠SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用千兆以太技術(shù)的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（如圖：SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖）。網(wǎng)絡(luò)中心交換機采用兩臺Cisco4506互為熱備，交換機之間采用TRUNCK技術(shù)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備均配有兩塊1000M網(wǎng)卡，以達(dá)到節(jié)點設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)端口冗余。

SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接通過配備的網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器實現(xiàn)。作為SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)的隔離系統(tǒng)，用于保護(hù)MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法訪問SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全隔離的目的。

在MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一側(cè)掛接一臺SIS系統(tǒng)的WEB服務(wù)器，在其上實現(xiàn)SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫鏡像，MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的站點以及與MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連通的遠(yuǎn)程站點可以通過WEB上的SIS系統(tǒng)應(yīng)用網(wǎng)頁來查詢SIS系統(tǒng)信息。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

采用網(wǎng)絡(luò)虛擬設(shè)計方案，通過采用三層交換技術(shù)，將接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、管理維護(hù)站等分別劃分虛擬網(wǎng)絡(luò)，以便實現(xiàn)必要的隔離和更好的利用網(wǎng)絡(luò)帶寬。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要節(jié)點配置高檔企業(yè)級服務(wù)器，主要節(jié)點包括生產(chǎn)實時/歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及SAN系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器、SIS網(wǎng)絡(luò)管理和病毒服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)站、值長站、接口服務(wù)器以及網(wǎng)絡(luò)打印設(shè)備和備份磁帶機等輔助設(shè)備。

3實時數(shù)據(jù)庫PI

實時監(jiān)控信息系統(tǒng)作為面向生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)，要建立在具有開放性的實時數(shù)據(jù)庫之上，作為實時監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過與主機DCS、脫硫DCS和其他輔助控制系統(tǒng)通信采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，從而完成全廠實時數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)存儲、廠級生產(chǎn)過程監(jiān)控、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)調(diào)度、廠級性能分析和運行優(yōu)化、故障輔助分析診斷等功能，并向MIS系統(tǒng)提供過程數(shù)據(jù)和計算、分析結(jié)果，同時保留遠(yuǎn)程診斷接口。

國電太原熱電廠擁有4臺300 MW發(fā)電機組，其中一臺300 MW機組的DCS系統(tǒng)大概有6000個I/O點。再加上化學(xué)水處理系統(tǒng)、灰控、燃料控制等控制系統(tǒng)，大概要有40000點的容量。隨著機組數(shù)字化不斷發(fā)展，基于現(xiàn)場總線控制技術(shù)的智能儀表將逐漸替代現(xiàn)在的測量儀表，系統(tǒng)容量還將翻番。SIS系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)通常要求至少保留一個大修的周期。因此，國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)選擇美國OSI軟件公司開發(fā)的PI（Plant Information）實時數(shù)據(jù)庫作為火電廠數(shù)據(jù)自動采集、存儲和監(jiān)視的平臺，將全廠生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)采集并以其基本形式保存下來。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)加工、歸類和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的在線監(jiān)視查詢、異常處理、設(shè)備維護(hù)、負(fù)荷優(yōu)化分配和經(jīng)濟(jì)分析等應(yīng)用功能，對各全廠機組運行工況進(jìn)行監(jiān)視、分析和判斷并做出決策。同時，OSI公司還提供了多達(dá)300多種不同系統(tǒng)的控制接口，PI數(shù)據(jù)庫還支持各種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通訊數(shù)據(jù)接口，例如OPC、Modbus等。

4接口問題

1）與各控制系統(tǒng)的接口。

通過OPC協(xié)議與DCS側(cè)接口進(jìn)行物理通信，PI數(shù)據(jù)庫一般通過在接口機上調(diào)用PI-API函數(shù)與控制系統(tǒng)的接口進(jìn)行通信。

2）與MIS系統(tǒng)的接口。

由于SIS系統(tǒng)屬于廠級生產(chǎn)過程自動化范疇，實時性要求較高，無法與其他安全等級較低的系統(tǒng)直接相連，而MIS系統(tǒng)屬于管理信息系統(tǒng)范疇，實時性要求低于SIS系統(tǒng)，因此通過網(wǎng)絡(luò)單向隔離裝置和路由器將SIS系統(tǒng)與MIS系統(tǒng)安全隔離，SIS系統(tǒng)應(yīng)用只與PI數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，MIS系統(tǒng)應(yīng)用只與MIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

3）與客戶端的接口。

PI數(shù)據(jù)庫采用分布式結(jié)構(gòu)，可采集任意數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)據(jù)，與用戶的接口有：API、ActiveX和ODBC等。可以采用PI-ODBC-PC使用SQL語音來訪問實時數(shù)據(jù)，也可以使用JAVA，VC++等編程語言調(diào)用API訪問實時/歷史數(shù)據(jù)。

5安全機制

1）為了避免SIS網(wǎng)內(nèi)服務(wù)器受病毒感染，布置了高性能的趨勢防病毒軟件用于實時屏蔽各種病毒攻擊，以及定期全面檢測及手工病毒庫升級等輔助病毒預(yù)治方案。

2）在防入侵方面采用網(wǎng)絡(luò)單向隔離產(chǎn)品，從物理層面上只允許SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向外網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，完全杜絕外網(wǎng)向SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，從而最大限度保證了SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的隔離要求。

3）在網(wǎng)絡(luò)管理上，使用Cisco網(wǎng)管軟件，用于完成監(jiān)控整體網(wǎng)絡(luò)的運營狀況，及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)的故障并分析故障原因，根據(jù)不同的錯誤情況實施不同的解決方案。

6系統(tǒng)功能

電廠各個生產(chǎn)系統(tǒng)環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備發(fā)生異常現(xiàn)象或故障的概率較高。SIS系統(tǒng)的引入，有效提高了機組的安全、穩(wěn)定和可靠運行。以下對幾個重要的功能模塊進(jìn)行闡述。

1）生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)采集與處理模塊。通過運行在接口站上的數(shù)據(jù)采集軟件對各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括主機DCS、脫硫DCS、爐管泄漏監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行實時數(shù)據(jù)的可靠采集并且通過二次隔離裝置實現(xiàn)與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等其它系統(tǒng)的隔離。

2）實時信息監(jiān)控與生產(chǎn)過程管理指導(dǎo)模塊可以實現(xiàn)對全廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括機組DCS系統(tǒng)、化學(xué)水處理系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)等輔助和公用系統(tǒng)的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)流程的統(tǒng)一監(jiān)視和查詢，高級權(quán)限用戶還可以了解到過程數(shù)據(jù)的實時分析結(jié)果和相應(yīng)改進(jìn)措施，從而準(zhǔn)確掌握機組的運行狀況和全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)狀況。

3）廠級性能計算及經(jīng)濟(jì)分析。通過從各個生產(chǎn)控制子系統(tǒng)取得大量生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，對全廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)仿真，分析計算和優(yōu)化所有運行機組在線性能和指標(biāo)，以曲線、棒圖或數(shù)據(jù)表格的形式顯示系統(tǒng)及設(shè)備的實際運行效率，最后得出與設(shè)計值的差值和對機組熱耗、煤耗的影響值。

4）負(fù)荷最優(yōu)分配模塊。通過接受電網(wǎng)調(diào)度中心對全廠下達(dá)的日負(fù)荷指標(biāo)，在線訪問實時/歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)合全廠各運行機組主、輔機系統(tǒng)和設(shè)備的運行情況、性能和效率，充分考慮機組的安全穩(wěn)定運行因素，自動制定各臺機組的合理負(fù)荷分配，使全廠負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配實現(xiàn)AGC方式。

國電太原熱電廠根據(jù)自身需求，以全廠實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務(wù)為指導(dǎo)，構(gòu)建了有自己特色的電廠SIS系統(tǒng)。系統(tǒng)自運行以來，在指導(dǎo)生產(chǎn)操作、診斷處理故障、優(yōu)化機組運行、生產(chǎn)管理信息化等方面發(fā)揮了重要的作用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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