摘 要：以新疆某火力發(fā)電廠的廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）設(shè)計(jì)為例，介紹了SIS系統(tǒng)的平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)選型及功能模塊的設(shè)計(jì)思路與特點(diǎn)，為類似工程的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供一個(gè)參考。

關(guān)鍵詞：廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)；電廠；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SIS）是主要為火電廠全廠生產(chǎn)過(guò)程綜合優(yōu)化服務(wù)的實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。它通過(guò)對(duì)全廠的生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、分析、統(tǒng)計(jì)和指標(biāo)計(jì)算等，為全廠監(jiān)控和管理提供服務(wù)。

監(jiān)控系統(tǒng)主要包含三大部分：過(guò)程數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)和基于數(shù)據(jù)庫(kù)的上層應(yīng)用功能。

作為分散控制系統(tǒng)DCS與管理信息系統(tǒng)MIS之間的橋梁，廠級(jí)信息監(jiān)控系統(tǒng)以提高發(fā)電企業(yè)整體效益為目的，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電廠范圍內(nèi)的信息集成與共享，對(duì)于生產(chǎn)安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行十分有利。

從控制層面講，SIS匯集了全廠設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)信息，有利于電廠管理層監(jiān)控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)對(duì)過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)信息的分析和判斷進(jìn)行決策，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行的指揮。

從管理層面看，SIS經(jīng)過(guò)性能指標(biāo)計(jì)算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等，能夠提供電站生產(chǎn)成本信息，輔助電站經(jīng)營(yíng)者改進(jìn)方案，提高生產(chǎn)和管理效率。

1 SIS系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 SIS硬件設(shè)計(jì)及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示進(jìn)行規(guī)劃，主要分為三層：最底層為數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，通過(guò)接口機(jī)與DCS、NCS、DEH等控制系統(tǒng)相連接，通過(guò)OPC等接口軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；中間層為SIS功能實(shí)現(xiàn)層，包括實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、核心交換機(jī)等；最上層為功能應(yīng)用層，連接各服務(wù)器和值長(zhǎng)站等客戶端。

SIS系統(tǒng)上層技術(shù)主要考慮功能的開放性，下層技術(shù)以有利于快速、大量的采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為原則，協(xié)調(diào)好與其他控制系統(tǒng)和設(shè)備的接口。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用主干網(wǎng)絡(luò)千兆，桌面網(wǎng)絡(luò)百兆，兩臺(tái)核心交換機(jī)做冗余配置，以確保核心網(wǎng)絡(luò)安全可靠。每臺(tái)接口機(jī)先連接隔離裝置，然后通過(guò)接入交換機(jī)上聯(lián)核心交換機(jī)。根據(jù)控制網(wǎng)絡(luò)的不同，安全等級(jí)可分為三類：底層控制系統(tǒng)為一類，SIS系統(tǒng)為二類，MIS系統(tǒng)為三類。

在SIS與DCS/PLC等控制網(wǎng)絡(luò)之間采用單向隔離網(wǎng)閘，信息流只允許單向向SIS發(fā)送數(shù)據(jù)，杜絕SIS向控制系統(tǒng)發(fā)送指令，保證黑客或病毒不能從SIS進(jìn)入DCS/PLC控制網(wǎng)絡(luò)。SIS和MIS也各自采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，兩者之間設(shè)立隔離裝置，只允許SIS向MIS發(fā)送數(shù)據(jù)，以保證網(wǎng)絡(luò)安全。

1.2 SIS軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

SIS系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示，分三層設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、應(yīng)用層和表示層。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層搭建全廠的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，完成數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能；應(yīng)用層集中處理RDS的應(yīng)用功能，完成各種邏輯處理和應(yīng)用研發(fā)；表示層是系統(tǒng)與用戶的交互界面，通過(guò)web網(wǎng)頁(yè)或?qū)Ｓ每蛻舳说葹橛脩籼峁┫到y(tǒng)的訪問(wèn)和各種操作。

為滿足客戶的不同要求，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)可以采用基于B/S與C/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)。顯示界面采用ASP.NET技術(shù)結(jié)合XML技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并可采用VB、JAVA、VC 、C#等多種編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)系統(tǒng)圖的顯示采用SVG技術(shù)實(shí)現(xiàn)，支持曲線組態(tài)，具有良好的擴(kuò)展性。

2 實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)

實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐和核心，為系統(tǒng)開發(fā)提供了信息平臺(tái)基礎(chǔ)，在發(fā)電行業(yè)特別是火電廠SIS系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其技術(shù)能夠高效的采集、分析、優(yōu)化存儲(chǔ)電廠海量的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并傳送至管理系統(tǒng)，有效的在生產(chǎn)控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)之間建立起溝通的橋梁，有助于實(shí)現(xiàn)廠級(jí)管控一體化。

合理的選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)不僅能夠更好的完成過(guò)程數(shù)據(jù)集成，還可以簡(jiǎn)化過(guò)程監(jiān)控層的應(yīng)用研發(fā)，SIS系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的性能要求可以結(jié)合以下幾點(diǎn)考慮：

1）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和效率：數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)容量要大于單元機(jī)組和輔助車間的所有控制點(diǎn)數(shù)；采用合理、先進(jìn)的壓縮技術(shù)，保證快速采集數(shù)據(jù)和精度。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)結(jié)構(gòu)：實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是全廠統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺(tái)，需具有開放性，支持分布式結(jié)構(gòu)。

3）接口技術(shù)：為保證系統(tǒng)能與外部進(jìn)行可靠的數(shù)據(jù)通信，提供多種靈活的手段，包括OPC、ActiveX、DDE、ODBC、RS-485、文件交換等。實(shí)現(xiàn)與DCS、DEH、PLC、MIS等控制系統(tǒng)或其他應(yīng)用的數(shù)據(jù)通訊。

4）數(shù)據(jù)緩沖和容錯(cuò)功能：為了防止采集的數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器或者網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，能夠?qū)?shù)據(jù)暫時(shí)保存在本地硬盤，當(dāng)服務(wù)器響應(yīng)后再將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)安全備份機(jī)制：數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)具有自我檢測(cè)、自動(dòng)備份和恢復(fù)的功能，保證數(shù)據(jù)丟失或者故障時(shí)能夠快速恢復(fù)。并配置自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，能自動(dòng)向數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)人員或者服務(wù)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警，并可進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)和管理。

6）應(yīng)用軟件是否成熟：數(shù)據(jù)庫(kù)現(xiàn)有的應(yīng)用軟件應(yīng)能夠滿足電廠的要求。

7）二次開發(fā)能力：SIS系統(tǒng)發(fā)展迅速歸功于其豐富的應(yīng)用軟件，應(yīng)充分考慮API或SDK等二次開發(fā)能力。

3 SIS系統(tǒng)功能應(yīng)用

3.1 生產(chǎn)過(guò)程信息采集、處理和監(jiān)視

數(shù)據(jù)采集軟件運(yùn)行于數(shù)據(jù)接口站上，接口站分別與底層各生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的可靠采集并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的隔離。

3.2 生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)視。

包括過(guò)程監(jiān)視、事件記錄、實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示、歷史趨勢(shì)顯示和數(shù)據(jù)查詢五個(gè)部分。通過(guò)餅圖、棒圖、趨勢(shì)曲線等圖形或者報(bào)表等形式顯示機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，能夠使電廠運(yùn)行和管理人員直觀的了解生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)及其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并對(duì)生產(chǎn)趨勢(shì)進(jìn)行分析，掌握過(guò)程狀態(tài)的變化情況。

3.3 實(shí)時(shí)性能計(jì)算、分析和操作指導(dǎo)

機(jī)組實(shí)時(shí)性能計(jì)算根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)過(guò)程參數(shù)、性能試驗(yàn)、計(jì)算公式或設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)等，實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)組的各項(xiàng)性能指標(biāo)，如機(jī)組汽耗率、發(fā)電煤耗、廠用電率、機(jī)組補(bǔ)水率等。根據(jù)計(jì)算結(jié)果與目標(biāo)值的對(duì)比，分析偏差產(chǎn)生的原因，并加以調(diào)節(jié)控制。

通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析和優(yōu)化，能夠確定能損的分布和大小，改進(jìn)機(jī)組熱耗，使機(jī)組運(yùn)行在最佳狀態(tài)，降低運(yùn)行成本。同時(shí)能夠幫助運(yùn)行和管理人員提高對(duì)機(jī)組設(shè)備的掌握能力，為機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及合理維修提供指導(dǎo)

3.4 耗差分析

耗差直接關(guān)系到機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，分為可控耗差和不可控耗差，它是在機(jī)組性能計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)組參數(shù)進(jìn)行分析，可控耗差包括：主汽溫度和壓力，廠用電率等；不可控耗差包括：高、中壓缸效率，凝結(jié)水過(guò)冷度等。可以通過(guò)參數(shù)表格、棒圖、餅圖等形式直觀的呈現(xiàn)耗差的大小和盈虧。

3.5 指標(biāo)考核與統(tǒng)計(jì)分析

SIS系統(tǒng)通過(guò)對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和人工輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與統(tǒng)計(jì)，能夠提供一套完整的運(yùn)行考核平臺(tái)，對(duì)車間、班組或個(gè)人進(jìn)行小指標(biāo)數(shù)據(jù)考核，能夠反映運(yùn)行人員的技術(shù)水平，激勵(lì)員工的能動(dòng)性，促進(jìn)交流共同提高。

此外，根據(jù)用戶的要求，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備壽命監(jiān)測(cè)、負(fù)荷優(yōu)化分配等各種功能。

4 結(jié)論

目前，在提高發(fā)電企業(yè)信息化水平、增強(qiáng)發(fā)電企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力等方面，廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)由于具備全廠過(guò)程數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)等多方面優(yōu)勢(shì)，正在被越來(lái)越多的發(fā)電企業(yè)所采用，逐步成為未來(lái)電廠信息系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，借助SIS系統(tǒng)所提供的信息化平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)范圍內(nèi)的管控一體化，提高效率及效益。

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作者簡(jiǎn)介：

桑士杰（1986-），男，碩士研究生，現(xiàn)從事電力行業(yè)熱控相關(guān)設(shè)計(jì)工作。