火電廠移動(dòng)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

王愛娟，王明春

（東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，南京210096）

隨著電力體制的深入改革以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化帶動(dòng)工業(yè)化發(fā)展已成為電力企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢(shì)。我國(guó)火電廠的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，機(jī)組級(jí)和車間級(jí)自動(dòng)化已經(jīng)普及，電廠的信息化建設(shè)不斷深入，包括單元機(jī)組DCS及輔助車間自動(dòng)化系統(tǒng)、廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）、管理信息系統(tǒng)（MIS）、決策支持系統(tǒng)（DSS）等，使得全廠信息能夠通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)共享，形成了自下而上的管理和控制一體化系統(tǒng)［1］。

目前，工業(yè)局域網(wǎng)在電廠中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，全場(chǎng)的信息可以通過局域網(wǎng)進(jìn)行查看，或者使用VPN通過因特網(wǎng)在異地進(jìn)行查看。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能移動(dòng)終端的發(fā)展，特別是移動(dòng)上網(wǎng)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)上網(wǎng)等功能的普及，使得移動(dòng)終端設(shè)備（智能手機(jī)、平板電腦等）在電力行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛［2］。移動(dòng)終端設(shè)備的功能越來越強(qiáng)大，甚至超過了一些PC機(jī)的處理能力，再加上移動(dòng)終端人性化的UI設(shè)計(jì)，給用戶帶來了方便、快捷的體驗(yàn)。

總之，這些先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為火電廠移動(dòng)信息系統(tǒng)（MSS）的開發(fā)和應(yīng)用提供了良好的環(huán)境和條件。筆者在火電廠現(xiàn)有的信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的火電廠MSS，在移動(dòng)終端上實(shí)現(xiàn)信息管理應(yīng)用的多元化，從而真正實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)的管控一體化目標(biāo)。

1 建設(shè)目標(biāo)

火電廠MSS的目標(biāo)是把廠內(nèi)實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀況同步到移動(dòng)終端，使得管理人員在離開現(xiàn)場(chǎng)或者離開計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的情況下，也能通過移動(dòng)終端隨時(shí)隨地獲取廠內(nèi)生產(chǎn)信息，并根據(jù)相關(guān)信息及時(shí)、準(zhǔn)確地作出指示和決策。

MSS是面向經(jīng)營(yíng)管理者的信息化管理軟件，是實(shí)現(xiàn)火電廠各個(gè)機(jī)組和全廠生產(chǎn)過程最優(yōu)控制和管理的系統(tǒng)。目前，在移動(dòng)終端上可實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）全廠各個(gè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和查詢。

（2）生產(chǎn)過程的在線檢測(cè)和故障診斷。

（3）對(duì)數(shù)據(jù)異常、越限和設(shè)備事件的報(bào)警。

（4）對(duì)電廠的發(fā)電量、燃料供應(yīng)量等重要數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

（5）遠(yuǎn)程接入辦公自動(dòng)化OA系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)流程分析

數(shù)據(jù)傳輸是火電廠MSS中的重要環(huán)節(jié)，主要的數(shù)據(jù)流程包括電廠內(nèi)部數(shù)據(jù)的采集和傳輸，以及移動(dòng)客戶端對(duì)數(shù)據(jù)的獲?。?］。為了實(shí)現(xiàn)以上的數(shù)據(jù)傳輸，首先MIS網(wǎng)絡(luò)是可以訪問因特網(wǎng)的，可以在MIS機(jī)房中設(shè)置一臺(tái)接口機(jī)，用于從MIS服務(wù)器獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)的發(fā)送；然后，在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）托管一臺(tái)服務(wù)器，用來完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至移動(dòng)客戶端；最后，在客戶端上安裝相應(yīng)的應(yīng)用程序，完成生產(chǎn)信息的查看。具體的數(shù)據(jù)流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程圖

2.1 電廠內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集和傳輸

SIS中的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以有效地傳輸?shù)組IS中，而MIS的安全性要求低于SIS，因此可以從MIS中獲取生產(chǎn)信息。MIS機(jī)房中接口機(jī)的數(shù)據(jù)采集接口與MIS中經(jīng)過專門隔離的映射服務(wù)器進(jìn)行通信，再通過Web服務(wù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至IDC中心服務(wù)器。在數(shù)據(jù)的上傳過程中，采用80端口和超文本傳送協(xié)議（HTTP）下的XML格式通信方式。該通信過程效率高且安全性高，確保了在數(shù)據(jù)安全的前提下進(jìn)行最高效的數(shù)據(jù)采集和傳輸。

2.2 移動(dòng)客戶端上數(shù)據(jù)的獲取

目前，主要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商均提供了無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，中國(guó)移動(dòng)提供了基于GPRS的CMNET接入點(diǎn)，中國(guó)聯(lián)通提供了基于CDMA和WLAN的網(wǎng)絡(luò)接入功能，還有第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3G）和第四代通信技術(shù)（4G）功能的應(yīng)用，當(dāng)手機(jī)開通以上業(yè)務(wù)之后，均可在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和設(shè)備支持范圍內(nèi)訪問因特網(wǎng)。在IDC服務(wù)器上部署了基于ASP.NET的動(dòng)態(tài)頁面，根據(jù)客戶端傳入的不同請(qǐng)求提供不同的數(shù)據(jù)，客戶端接收到數(shù)據(jù)后按照既定的協(xié)議進(jìn)行解析，從而獲取生產(chǎn)數(shù)據(jù)；同時(shí)，IDC服務(wù)器提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)獲取Web服務(wù)，也可供客戶端調(diào)用。當(dāng)可以與Wi-Fi相連時(shí)，可直接通過熱點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)。

3 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 物理架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

從物理架構(gòu)分析，MSS可分為三個(gè)部分：MIS機(jī)房中的接口機(jī)、IDC服務(wù)器、移動(dòng)客戶端。這三個(gè)部分緊密聯(lián)系、互相配合，共同完成信息系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)的物理架構(gòu)見圖2。從系統(tǒng)的架構(gòu)圖分析，由MIS機(jī)房的接口機(jī)采集將來自MIS的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并發(fā)送至IDC機(jī)房中的實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。該服務(wù)器相當(dāng)于數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，為保證數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性，將接收到的數(shù)據(jù)先放置在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，再根據(jù)客戶端的數(shù)據(jù)訪問請(qǐng)求，將所需的信息轉(zhuǎn)存至關(guān)系數(shù)據(jù)庫；移動(dòng)客戶端是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)監(jiān)控的最直接保證，是指安裝在手機(jī)上用于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息查看的應(yīng)用程序組，完成實(shí)時(shí)／歷史信息的查看、系統(tǒng)的故障分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、辦公管理等功能。

3.2 軟件架構(gòu)及軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件架構(gòu)自下而上，分別由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層組成［2］：

（1）基礎(chǔ)層包括硬件、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、安全設(shè)施、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)、軟件開發(fā)支持平臺(tái)等。

（2）數(shù)據(jù)層包括實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)、管理信息、辦公數(shù)據(jù)、趨勢(shì)信息以及其他數(shù)據(jù)等。

（3）支撐層是該系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，包括數(shù)據(jù)接口服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)連接、B／S或C／S移動(dòng)服務(wù)、Web Service服務(wù)、安全認(rèn)證服務(wù)等，為上層的應(yīng)用提供基礎(chǔ)支撐服務(wù)。

（4）應(yīng)用層為火電廠管理人員提供生產(chǎn)業(yè)務(wù)處理所需的功能，如生產(chǎn)過程監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢、趨勢(shì)曲線、生產(chǎn)情況、辦公自動(dòng)化等。

具體軟件架構(gòu)見圖3。

圖3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

3.2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)采用B／S與C／S的混合結(jié)構(gòu)模式，主要由MIS機(jī)房的數(shù)據(jù)接口程序、IDC中心的服務(wù)器軟件組、移動(dòng)客戶端軟件組成：

（1）MIS中的數(shù)據(jù)接口程序主要用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集并轉(zhuǎn)發(fā)至IDC服務(wù)器，主要功能包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊和數(shù)據(jù)點(diǎn)管理模塊。

（2）IDC服務(wù)器軟件組主要包括數(shù)據(jù)接收程序、數(shù)據(jù)發(fā)送程序、移動(dòng)客戶端制定與管理系統(tǒng)?；诎踩院头€(wěn)定性考慮，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送程序均采用基于互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)（IIS）的 Web服務(wù)方式，其中數(shù)據(jù)發(fā)送程序根據(jù)客戶端發(fā)送的不同指令來發(fā)出數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)內(nèi)容加密和壓縮，再基于HTTP或安全超文本傳輸協(xié)議（HTTPS）傳輸至客戶端。

（3）移動(dòng)客戶端軟件是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)信息化最直接的保證，是指安裝在終端用戶上的信息處理應(yīng)用程序組，包括網(wǎng)絡(luò)連接模塊、用戶登錄模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、圖像繪制模塊、信息檢索模塊、信息報(bào)警模塊等。

移動(dòng)終端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)訪問方式有兩種［2］：一是通過 Web Service，用于異步的數(shù)據(jù)同步，由移動(dòng)終端主動(dòng)向服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)請(qǐng)求，獲取數(shù)據(jù)；二是在移動(dòng)終端上安裝“數(shù)據(jù)推入監(jiān)視程序”，通過監(jiān)視終端接收到的短信或者WAP推入信息，識(shí)別特殊的短信頭標(biāo)示，觸發(fā)應(yīng)用。獲取報(bào)警信息以后，以報(bào)警鈴聲或者震動(dòng)的方式提醒。

4 功能設(shè)計(jì)

MSS綜合電廠各個(gè)機(jī)組的生產(chǎn)信息，通過顯示、分析和優(yōu)化，對(duì)各單元機(jī)組的運(yùn)行和設(shè)備維護(hù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和指導(dǎo)。MSS的功能主要分為以下幾個(gè)部分：

（1）生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控。全廠各生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)都能在MSS的移動(dòng)終端上進(jìn)行監(jiān)視和查詢。該系統(tǒng)配置了大容量的實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)庫，對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行綜合處理、顯示和存儲(chǔ)，生產(chǎn)管理者可以通過移動(dòng)終端隨時(shí)隨地獲取電廠內(nèi)部的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從而快速、準(zhǔn)確地掌握電廠生產(chǎn)過程運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)了電廠生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控。實(shí)時(shí)信息監(jiān)控見圖4。

（2）在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。收集有用的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如主蒸汽溫度、壓力、再熱汽溫、再熱器噴水量、過熱器噴水量、鍋爐排煙溫度、鍋爐給水溫度、廠用電量等，通過實(shí)際系統(tǒng)性能參數(shù)與參數(shù)設(shè)定值的比較，若超出正常范圍或者引起設(shè)備異常和損耗，及時(shí)發(fā)出報(bào)警并將異常數(shù)據(jù)傳遞給運(yùn)行管理人員，以提高電廠運(yùn)行的安全性。

（3）生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)。包括用于企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的重要數(shù)據(jù)，如按一定周期（日、月等）統(tǒng)計(jì)出的發(fā)電量、燃料供應(yīng)情況、生產(chǎn)狀況、安全狀況、設(shè)備利用率、煤耗、負(fù)荷率、用電率、經(jīng)濟(jì)效益等。

（4）設(shè)備缺陷管理。將當(dāng)班發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷及時(shí)錄入，以供隨時(shí)查看、調(diào)閱設(shè)備缺陷等級(jí)、消除情況，用來加強(qiáng)對(duì)缺陷的分析、申報(bào)、鑒定、消除、驗(yàn)收和考核等全過程監(jiān)管，保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（5）辦公管理。對(duì)火電廠可以增加的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)、財(cái)務(wù)成本、行政管理、質(zhì)量管理、工作計(jì)劃等進(jìn)行分類管理，按條件查詢、統(tǒng)計(jì)完成情況、打印相關(guān)報(bào)表，實(shí)現(xiàn)公文收發(fā)、存儲(chǔ)、查詢等自動(dòng)化。

圖4 實(shí)時(shí)信息監(jiān)控圖

由于MSS的推廣和應(yīng)用尚處于起步階段，MSS功能模塊的開發(fā)和應(yīng)用的技術(shù)還不夠成熟，因此，MSS的很多功能有待在實(shí)踐過程中不斷總結(jié)和完善。

5 安全性設(shè)計(jì)

MSS與電廠內(nèi)部的信息系統(tǒng)相互聯(lián)系并且錯(cuò)綜復(fù)雜，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)又是開放性的網(wǎng)絡(luò)，因此，電廠的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)安全問題非常突出。

系統(tǒng)采用內(nèi)外網(wǎng)物理隔離的方法，如IPSEC VPN、單向隔離網(wǎng)閘、權(quán)限設(shè)計(jì)、安全認(rèn)證等技術(shù)，保證電廠內(nèi)部和外部信息的安全、高效傳輸。

為了進(jìn)一步提高信息的安全性，在數(shù)據(jù)傳遞過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，并提供用戶的安全驗(yàn)證機(jī)制。整個(gè)系統(tǒng)采用專用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和專有的內(nèi)容描述協(xié)議，系統(tǒng)可根據(jù)協(xié)議對(duì)信息及其呈現(xiàn)方式進(jìn)行渲染，使信息的傳遞和解析過程更加可靠和可擴(kuò)展性［4］。

6 結(jié)語

借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和智能終端設(shè)備，將火電廠的生產(chǎn)信息系統(tǒng)終端拓展到移動(dòng)終端，形成火電廠新型MSS，能夠向生產(chǎn)管理者提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)、管理、辦公等多方面的信息。由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)速度快，電廠的管理經(jīng)營(yíng)者可以隨時(shí)隨地獲取電廠相關(guān)信息，并根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)和變化趨勢(shì)及時(shí)、有效地處理生產(chǎn)過程中的緊急問題，最大程度地減少經(jīng)濟(jì)損失，從而提高全廠自動(dòng)化水平和現(xiàn)代化管理水平。

［1］王志新.火電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009：46-48.

［2］徐創(chuàng)學(xué)，康愛軍.3G移動(dòng)技術(shù)在火電廠煤場(chǎng)智能管理中的應(yīng)用［J］.電力信息化，2011，9（11）：66-70.

［3］孫文靜，陸杰.火電廠生產(chǎn)信息移動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力信息化，2013，11（1）：82-86.

［4］陳昊，徐建.基于虛擬化技術(shù)的信息系統(tǒng)安全防護(hù)框架研究［J］.電力信息化，2011，9（6）：14-18.