火電廠廠級監控信息系統（SIS）設計規范化研究

張冰 張華 董建康

摘 要：文章對目前火電廠SIS系統的應用現狀進行了介紹，并對其設置前景及原因進行了詳細的分析。在此基礎上提出了火電廠SIS系統的總體設計方案，并通過應用實例，對SIS系統的設計原則及方法進行了深入研究，以進一步做到SIS系統設計的規范化。

關鍵詞：SIS；實時；接口

中圖分類號：TM621.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）20-0098-02

現代化火電廠的熱工自動化系統的體系結構分為廠級和過程控制級，其中廠級實時監控信息系統（SIS）對全廠統一考慮，在中華人民共和國電力行業標準《火力發電廠設計技術規程》（DL 5000-2000）中明確規定“當電廠規劃容量為1200 MW級以上，單機容量300 MW級以上時，可設置廠級監控信息系統。”，因此研究SIS設計規范化具有重要的意義。

1 SIS系統的應用前景

火力發電廠分散控制系統（DCS、PLC等）由于對數據難以進行長時間的保存，許多輔助決策性的問題因為收集不到全面完整的數據，而無法得以解決。因此，實現從分散控制系統獲取生產實時數據進行存儲加工，并對運行人員進行指導有了極為重要的意義。

SIS系統是以電廠的安全經濟運行和提高全廠的整體效益為目的的，它以分散控制系統為基礎，是火力發電廠實時控制系統（DCS、PLC等）到管理信息系統的橋梁，火力發電廠以DCS+SIS+MIS為基礎，在全廠范圍內實現信息共享和管控一體化。

2 SIS系統的目標和主要功能

2.1 建立電廠統一的生產信息平臺，實現生產過程信息 的監測和統計

火力發電廠中各機組、各控制系統之間是相對獨立的，如單元機組控制系統，輔助車間控制系統（水網、煤網、灰網），各專用系統（閉路電視系統，鍋爐爐管泄露監視系統，設備振動分析系統）的網絡結構是分開的，各個系統之間信息不能共享，導致在電廠內形成了信息孤島。SIS系統為消除信息孤島問題提供完善的解決方案。

它將建立基于工業標準的大容量、高速度企業生產實時信息網絡和計算機系統平臺，保證生產過程數據實時可靠地采集、傳遞、加工、利用和信息高度共享。

2.2 分析設備系統運行狀態，給出設備風險評估和智能 預警

SIS系統實時的監視機組生產運行數據，并根據歷史正常工況分析判斷當前工況下設備是否正常，及時發現設備和工藝過程中的早期故障和潛在問題并制定合適的糾正措施。故障診斷系統能夠及時發現問題，為重要設備的狀態檢修和重要工藝過程的優化提供有效支持。

2.3 信息分析與統計

提供完整的運行考核平臺，對機組運行過程中的主要參數和指標進行計算、統計與考核，對壁溫、主汽參數、再熱參數、輔機運行避峰等參數進行監測管理，并將考核業績分配到各個機組，以進一步提高電廠各項經濟指標水平，充分調動各級人員的積極性，從而達到可靠、高效的目的。

3 SIS系統的典型設計方案

SIS系統構成包括：高級應用功能、數據采集接口、主要硬件設備、SIS系統網絡、實時/歷史數據庫等。

SIS高級應用功能是數據的發布展現層，直接與用戶交互。數據采集接口主要負責與DCS等控制系統的通訊，實現控制系統數據的采集與存儲。主要硬件設備主要包括服務器、交換機、物理隔離設備、工控機等。SIS系統網絡負責相關設備的網絡通訊，保證系統的安全性和穩定性。實時/歷史數據庫是SIS系統的核心，負責測點數據、計算數據的存儲、壓縮，以及與高級應用功能的數據交互。

3.1 網絡架構

SIS網絡采用分層設計，整個SIS系統分為兩層。下層為SIS接口層，采用分布式采集策略，通過專用的接口機與生產過程中的實時控制系統連接，采集生產過程中的實時數據。由于防火墻（單向隔離網閘）的設置，保證了數據的單向傳輸，并有效的防止了數據服務器故障時丟失數據。上層為SIS應用層網絡，掛接SIS層各應用服務器。

通過SIS系統的分層設計，一方面分散了各層數據傳輸時的通訊負荷，提高各層通訊效率和網絡可靠性；另一方面可以通過數據服務器進行技術和通訊協議選擇。上層技術選擇強調開放性，選擇交換式以太網技術比較合適；下層則更強調與各控制網絡的互通性。

SIS系統兩臺網絡核心交換機可采用三層千兆交換機，兩臺網絡二級交換機采用二層交換機，均實現熱備冗余。并在核心交換機內部配置多個彼此獨立的處理器和網絡接口模塊，電源、風扇均為冗余熱備，任意一個功能部件出現故障時能自動切換到冗余部件，且不影響其它模塊的工作，并能夠實現熱插拔更換。

3.2 應用/WEB/鏡像服務器

應用服務器包括站用處理器、圖形處理器及能容納站用數據庫、各種顯示和組態程序、計算程序所需的主存貯器和外存設備以及人機接口設備等。該機器上一般部署用以性能計算的運算包，和對數據進行統計管理工作的統計計算包。它們從實時數據庫中獲取過程信息進行分析、計算和顯示，并將計算分析結果存入實時數據庫，供其它客戶機或系統調用。

WEB服務器是SIS數據和軟件應用發布的平臺，在該服務器上部署安裝關系型數據庫MYSQL，存儲SIS WEB系統的基礎數據，用以發布軟件功能模塊和工業流程仿真圖形，供客戶機查看調用。

鏡像服務器是用于連接生產與MIS的紐帶，鏡像服務器的數據由SIS內網中的實時服務器傳送過來，鏡像服務器工作的方式及存儲的數據和實時服務器一模一樣，故而叫做鏡像服務器。這樣做的目的完全是為了解決安全性和開放性的矛盾。一方面鏡像服務器和實時服務器之間有單向物理隔離裝置，數據不能回寫，這就保證了SIS內網的安全性。另一方面鏡像服務器本身處于MIS網絡中，廣大用戶可以通過MIS網絡方便的訪問SIS的數據，從而又兼顧了訪問數據的開放性。

3.3 過程實時信息數據庫服務器配置

實時/歷史數據庫是SIS系統的基礎和核心。作為面向生產過程的信息系統，數據服務是其一個非常重要的功能，它要求SIS不僅能將全廠生產過程的實時數據采集上來，還要將它們以其基本形式（控制系統采集的時間間隔、精度等）保存下來，并且滿足不同的授權用戶和應用程序為實現不同目的而進行的調用。 實時信息數據庫服務器可采用兩臺服務器做雙機冗余，單臺設備故障的情況下，可以自動切換到熱備的另一臺設備。兩臺核心數據庫服務器共享存儲空間由磁盤陣列提供，并提供冗余的雙電源。數據庫服務器通過專用的連接線纜和磁盤陣列相連，陣列磁盤可采用RAID5存儲解決方案。在磁盤陣列上安裝SIS實時數據庫，數據庫點容量為5萬點，在網絡和設備支持的情況下，可擴充至50萬點以上。全部歷史數據可保證連續保存6年以上。

3.4 系統接口配置

與SIS聯網的控制系統主要包括各機組分散控制系統（DCS）、遠動系統（RTU）、電力網控系統（NCS）、輔助車間監控網絡（DCS）、電氣監控管理系統（ECMS）等全廠各生產環節的實時監控系統。數據接口站上直接運行專用的數據采集軟件，每臺接口站分別與各生產過程控制系統實現數據的實時采集，并實現控制系統與其它系統的隔離。采集全部生產過程控制系統的實時數據，手工輸入數據、手持設備數據或者其它信息系統的數據，建立生產過程實時/歷史數據庫，形成全廠自動化系統及其計算機網絡。

電廠控制系統安全穩定運行極為關鍵，作為服務生產的SIS系統一端聯結的是安全性要求極高的DCS等實時控制系統網絡，一端聯結的是面向電廠全體員工開放MIS和公共信息網絡，這就要求SIS系統在實現有效的信息傳遞的同時，必須保障控制系統網絡和自身網絡安全性。

SIS與下層控制網絡的接口均定義為單向的，任何情況下不會影響DCS/PLC等下層控制網絡的安全性，且其可靠性在受控范圍內。接口的DCS/PLC等下層控制網絡側為I類信息安全區，SIS側為II類安全區，MIS側為III類安全區。在SIS與MIS之間，通過SIS核心網絡和二級網絡的單向隔離，保證SIS核心數據的安全，在SIS系統二級網絡和MIS網絡之間采用防火墻裝置，保證SIS系統不遭受廣域網的病毒攻擊。

3.5 其他外圍設備

3.5.1 GPS對時接口

SIS系統配置與GPS的對時功能，保證與全廠時間一致，通常情況下火電廠的GPS時鐘系統只設置一套，SIS系統只需預留一個GPS及北斗對時接口，以此提供統一的時鐘校準信號，GPS及北斗裝置接口形式為RS485通訊口或硬件脈沖1PPM。

3.5.2 工作站

SIS系統通常配備必要的工作站來滿足現場運行人員的操作需求。本工程設置3套工作站，分別用于應用系統維護管理、設備壽命管理、性能計算分析等，SIS工作站一般布置于專門的SIS網絡機房內，如果現場布置位置緊湊也可布置在工程師站內。

3.5.3 電 源

SIS系統設置獨立的電源柜，并接受兩路電源。其中任一路電源故障都會引起報警，同時兩路冗余電源實現自動切換。SIS系統電源柜的配置必須保證任何一路電源的故障均不會導致系統的任一部分失電。

4 結 語

根據電廠的機組建設情況和信息化的建設要求，上文明確了 SIS系統的總體架構設計，并對該電廠的SIS核心硬件配置進行了描述。在相似機組配置的火電廠SIS系統設計過程中，SIS系統的具體的硬件配置可以根據實際情況進行選擇，但SIS系統的架構具有可參考性。

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