火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)的設計與應用

摘 要：以新疆某火力發(fā)電廠的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS系統(tǒng)）設計為例，介紹了SIS系統(tǒng)的平臺架構設計、實時數(shù)據(jù)庫選型及功能模塊的設計思路與特點，為類似工程的設計應用提供一個參考。

關鍵詞：廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)；電廠；實時數(shù)據(jù)庫；設計與應用

電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（簡稱SIS）是主要為火電廠全廠生產過程綜合優(yōu)化服務的實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)。它通過對全廠的生產過程實時數(shù)據(jù)的采集、分析、統(tǒng)計和指標計算等，為全廠監(jiān)控和管理提供服務。

監(jiān)控系統(tǒng)主要包含三大部分：過程數(shù)據(jù)采集、實時/歷史數(shù)據(jù)庫和基于數(shù)據(jù)庫的上層應用功能。

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，實現(xiàn)整個電廠范圍內的信息集成與共享，對于生產安全經(jīng)濟地運行十分有利。

從控制層面講，SIS匯集了全廠設備的運行參數(shù)和狀態(tài)信息，有利于電廠管理層監(jiān)控機組的運行狀態(tài)，通過對過程參數(shù)實時信息的分析和判斷進行決策，實現(xiàn)對機組運行的指揮。

從管理層面看，SIS經(jīng)過性能指標計算和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等，能夠提供電站生產成本信息，輔助電站經(jīng)營者改進方案，提高生產和管理效率。

1 SIS系統(tǒng)架構設計

1.1 SIS硬件設計及網(wǎng)絡拓撲圖

SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲圖如圖1所示進行規(guī)劃，主要分為三層：最底層為數(shù)據(jù)訪問層，通過接口機與DCS、NCS、DEH等控制系統(tǒng)相連接，通過OPC等接口軟件進行數(shù)據(jù)采集；中間層為SIS功能實現(xiàn)層，包括實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務器、核心交換機等；最上層為功能應用層，連接各服務器和值長站等客戶端。

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

系統(tǒng)網(wǎng)絡設計采用主干網(wǎng)絡千兆，桌面網(wǎng)絡百兆，兩臺核心交換機做冗余配置，以確保核心網(wǎng)絡安全可靠。每臺接口機先連接隔離裝置，然后通過接入交換機上聯(lián)核心交換機。根據(jù)控制網(wǎng)絡的不同，安全等級可分為三類：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進入DCS/PLC控制網(wǎng)絡。SIS和MIS也各自采用獨立的網(wǎng)絡，兩者之間設立隔離裝置，只允許SIS向MIS發(fā)送數(shù)據(jù)，以保證網(wǎng)絡安全。

1.2 SIS軟件結構設計

SIS系統(tǒng)軟件結構如圖2所示，分三層設計：數(shù)據(jù)訪問層、應用層和表示層。數(shù)據(jù)訪問層搭建全廠的數(shù)據(jù)庫平臺，完成數(shù)據(jù)采集和存儲功能；應用層集中處理RDS的應用功能，完成各種邏輯處理和應用研發(fā)；表示層是系統(tǒng)與用戶的交互界面，通過web網(wǎng)頁或專用客戶端等為用戶提供系統(tǒng)的訪問和各種操作。

為滿足客戶的不同要求，系統(tǒng)軟件設計可以采用基于B/S與C/S相結合的體系結構。顯示界面采用ASP.NET技術結合XML技術實現(xiàn)，并可采用VB、JAVA、VC 、C#等多種編程語言實現(xiàn)。動態(tài)系統(tǒng)圖的顯示采用SVG技術實現(xiàn)，支持曲線組態(tài)，具有良好的擴展性。

2 實時/歷史數(shù)據(jù)庫

實時/歷史數(shù)據(jù)庫是監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵技術支撐和核心，為系統(tǒng)開發(fā)提供了信息平臺基礎，在發(fā)電行業(yè)特別是火電廠SIS系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。其技術能夠高效的采集、分析、優(yōu)化存儲電廠海量的實時生產數(shù)據(jù)，并傳送至管理系統(tǒng)，有效的在生產控制系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)之間建立起溝通的橋梁，有助于實現(xiàn)廠級管控一體化。

合理的選擇實時數(shù)據(jù)庫不僅能夠更好的完成過程數(shù)據(jù)集成，還可以簡化過程監(jiān)控層的應用研發(fā)，SIS系統(tǒng)對實時數(shù)據(jù)庫平臺的性能要求可以結合以下幾點考慮：

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

2）數(shù)據(jù)庫訪問結構：實時/歷史數(shù)據(jù)庫是全廠統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺，需具有開放性，支持分布式結構。

3）接口技術：為保證系統(tǒng)能與外部進行可靠的數(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。實現(xiàn)與DCS、DEH、PLC、MIS等控制系統(tǒng)或其他應用的數(shù)據(jù)通訊。

4）數(shù)據(jù)緩沖和容錯功能：為了防止采集的數(shù)據(jù)丟失，當數(shù)據(jù)庫服務器或者網(wǎng)絡發(fā)生故障時，能夠將數(shù)據(jù)暫時保存在本地硬盤，當服務器響應后再將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

5）數(shù)據(jù)庫安全備份機制：數(shù)據(jù)庫應具有自我檢測、自動備份和恢復的功能，保證數(shù)據(jù)丟失或者故障時能夠快速恢復。并配置自動報警系統(tǒng)，當出現(xiàn)故障時，能自動向數(shù)據(jù)庫維護人員或者服務網(wǎng)絡報警，并可進行遠程維護和管理。

6）應用軟件是否成熟：數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有的應用軟件應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用軟件，應充分考慮API或SDK等二次開發(fā)能力。

3 SIS系統(tǒng)功能應用

3.1 生產過程信息采集、處理和監(jiān)視

數(shù)據(jù)采集軟件運行于數(shù)據(jù)接口站上，接口站分別與底層各生產過程控制系統(tǒng)以及實時數(shù)據(jù)庫服務器聯(lián)結，實現(xiàn)生產過程數(shù)據(jù)的可靠采集并實現(xiàn)控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的隔離。

3.2 生產過程監(jiān)視。

包括過程監(jiān)視、事件記錄、實時趨勢顯示、歷史趨勢顯示和數(shù)據(jù)查詢五個部分。通過餅圖、棒圖、趨勢曲線等圖形或者報表等形式顯示機組設備的運行狀態(tài)，能夠使電廠運行和管理人員直觀的了解生產過程狀態(tài)及其他技術經(jīng)濟指標，并對生產趨勢進行分析，掌握過程狀態(tài)的變化情況。

3.3 實時性能計算、分析和操作指導

機組實時性能計算根據(jù)實時數(shù)據(jù)庫中的實時過程參數(shù)、性能試驗、計算公式或設計數(shù)據(jù)等，實時計算機組的各項性能指標，如機組汽耗率、發(fā)電煤耗、廠用電率、機組補水率等。根據(jù)計算結果與目標值的對比，分析偏差產生的原因，并加以調節(jié)控制。

通過經(jīng)濟性分析和優(yōu)化，能夠確定能損的分布和大小，改進機組熱耗，使機組運行在最佳狀態(tài)，降低運行成本。同時能夠幫助運行和管理人員提高對機組設備的掌握能力，為機組的經(jīng)濟運行及合理維修提供指導

3.4 耗差分析

耗差直接關系到機組的經(jīng)濟性指標，分為可控耗差和不可控耗差，它是在機組性能計算的基礎上對機組參數(shù)進行分析，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，凝結水過冷度等。可以通過參數(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 指標考核與統(tǒng)計分析

SIS系統(tǒng)通過對采集的實時數(shù)據(jù)和人工輸入的數(shù)據(jù)進行計算與統(tǒng)計，能夠提供一套完整的運行考核平臺，對車間、班組或個人進行小指標數(shù)據(jù)考核，能夠反映運行人員的技術水平，激勵員工的能動性，促進交流共同提高。

此外，根據(jù)用戶的要求，可以實現(xiàn)設備壽命監(jiān)測、負荷優(yōu)化分配等各種功能。

4 結論

目前，在提高發(fā)電企業(yè)信息化水平、增強發(fā)電企業(yè)競爭力等方面，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)由于具備全廠過程數(shù)據(jù)集成、優(yōu)化生產運營等多方面優(yōu)勢，正在被越來越多的發(fā)電企業(yè)所采用，逐步成為未來電廠信息系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，借助SIS系統(tǒng)所提供的信息化平臺，能夠實現(xiàn)企業(yè)范圍內的管控一體化，提高效率及效益。

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作者簡介：

桑士杰（1986-），男，碩士研究生，現(xiàn)從事電力行業(yè)熱控相關設計工作。