1、電廠廠級監控信息系統的實現方案與應用研究樊少林 內蒙古岱海發電有限責任公司摘要：簡述電廠廠級監控信息系統（SIS）發展的基本現狀，提出了電廠SIS總體設計方案，對SIS的系統功能、硬件構成、軟件開發、功能實現以及系統安全等方面作了探討。并對SIS在工程應用中的網絡架構方案、實時數據庫軟件選型原則、接口實現方式與數據采集范圍等關鍵技術進行了分析和總結。以便為我國新建電廠和老廠改造的SIS設計、選型、規劃提供一定的參考經驗。1概述隨著電力行業改革的深入和市場經濟的發展，為爭創一流、提高自身的競爭力，越來越多的電廠在規劃階段就將廠級信息監控系統(SIS)納入到全廠的自動化系統中，同時，已經投入運行的

2、一些大型火電廠也紛紛在增配SIS和功能,而很多老廠為挖掘降低發電成本的潛力，也在積極上SIS項目。在2000年國家經貿委頒發的火力發電廠設計技術規程第l2.10條“廠級監控和管理信息系統”中明確規定，“當電廠規劃容量為l200 MW及以上、單機容量為300 MW及以上時，可設置廠級監控信息系統。” SIS是電廠自動化系統中的一個嶄新領域。SIS之所以被作為一項重要的應用項目提出來，除了需求的因素外，還在于它的技術基礎計算機技術的發展和電廠分散控制系統（DCS）應用的日益成熟。從目前應用情況看，國內外均處于起步階段，國內有能力開發這類軟件的單位較少，大多數處于開發研究和試驗階段，真正成熟的、能應

3、用于市場的產品很少，這與DCS推廣應用階段時國內沒有經驗、但國外早已有成熟應用經驗的情況不同1。值得慶幸的是，目前國內部分科研院所和高校對電力市場需求反應很快，及時地投入SIS的開發研究和工程應用，其中，熱工研究院為石咀山發電廠開發了SIS，華北電力大學為大唐盤山電廠開發的SIS也已研制成功。盡管從當前情況看，幾套系統都還不太完善，但這仍會對我們的工程設計提供許多有益的借鑒。2SIS的設計方案21 SIS的架構一般SIS由通信網絡、SIS接口機、SIS實時/歷史數據服務器、SIS功能站和建立在數據服務器上的各種應用軟件組成。如圖1所示為一種典型的電廠SIS網絡結構。（1）通信網絡：該網絡采用了

4、分層分布式設計，整個SIS分為上下兩層，上層為SIS應用層網絡，掛接SIS層各應用服務器。下層為SIS接口層網絡，采用獨立接口機連接各個獨立控制系統進行數據采集。通過分層式設計，一方面便于分散通訊負荷，最大限度地減少系統間的通訊連接，平衡服務器和不同客戶機之間的數據流量。提高各層通訊效率和網絡可靠性；另一方面也可以通過數據服務器進行技術和通訊協議，上層技術選擇強調開放性，而下層則更強調與下層各控制網絡的互通性。實時/歷史數據服務器可以根據重要性考慮冗余配置。在技術實現上兩層獨立網絡既可通過物理網絡實現，又可以通過VLAN(虛擬網絡)實現2。當然，結合具體電廠的工程實際，如果SIS層的應用軟件不

5、多且數據通訊量不大，則可以考慮上下兩層合并成一個網絡。（2）SIS接口機：SIS作為廠級自動化系統的核心，其所需的所有生產過程實時信息和參數均從下層控制網絡中以通訊方式獲取。接口機作為實時/歷史數據服務器與控制系統之間的橋梁具有十分重要的作用。采用分布式接口機方案后，一方面利用接口機的緩沖功能，防止數據服務器故障時丟失數據：另一方面單個接口機的故障不會影響到其它控制系統的數據采集。更為重要的是，通過在接口機上進行合理配置，可以保證下層控制網絡的穩定性和可靠性不受SIS層網絡干擾。 在SIS和電廠管理信息系統（MIS）的互連上，鑒于MIS和生產控制系統在可靠性、安全性等方面存在顯著差異，因此直接

6、將各控制系統與MIS耦合是不恰當的。采用直接在實時/歷史數據服務器與MIS關系數據服務器之間建立高速雙向連接，SIS和MIS分別采用獨立的網絡，期間通過SIS和MIS各自的數據服務器之間互連和交換信息，這樣SIS網絡上的應用只需與實時/歷史數據服務器連接，而MIS的應用只需與MIS關系數據庫服務器通訊，二者可以實現有效隔離，相互影響很小。從而減少通訊的復雜性，提高了網絡的獨立性、可靠性和快速性。圖1 電廠SIS網絡結構（3）SIS實時/歷史數據服務器：它是整個SIS的核心，它為全廠提供了一個高速度、大規模、超大容量的統一規范的實時和歷史數據庫以及應用軟件開發平臺，能充分地保證系統的先進性、開放

7、性、安全性、可擴性和實用性。它用于保存所有生產過程的實時數據和SIS對這些資料的計算、分析結果，使全廠的運行管理和經營管理建立在統一的過程資料基礎上。另外由于生產過程數據量大，精度要求高，并且帶有時標，因此不適宜采用常規的關系性數據庫存儲。國內外類似系統建設中一般都采用專用的實時/歷史數據服務器，如美國OSI Software公司的PI系統和美國Scientech公司的R*Timer系統，這些系統由于采用了有效的壓縮存儲技術，因此適合于大范圍、高密度的時標數據在線存儲。實時數據庫系統服務器一般采用雙機熱備方式運行。任一臺服務器發生故障，不會中斷整個實時系統的運行。（4）SIS功能站：SIS功能

8、站是系統管理及人機交互界面的主要載體，它們作為SIS數據庫服務器的客戶機，從SIS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數據庫，供其它客戶機或系統調用。功能站包含以下類型（不限于此）：工程師工作站、負荷分配工作站、運行員工作站、值長工作站。 22 SIS的應用軟件在SIS建成后，由于建立在統一的數據庫平臺基礎上，各應用軟件的開發變得相對簡單，不再重復與下層各控制系統之間的數據接口和自身的數據存儲備份，減少了許多維護管理費用。目前，關于SIS尚可預期開展的各種應用軟件很多。如圖2所示，主要包括有廠級性能計算軟件、故障診斷軟件、運行指導軟件、設備壽命和狀態分析軟件、負荷優化

9、分配以及系統維護軟件等。當然SIS軟件功能模塊不只限于上述幾方面，它將根據全廠實時生產過程綜合監控和管理的需要以及開發應用的實踐，不斷充實和完善，事實上，有些電廠開發的SIS已經開創了一些新功能。如機組性能仿真、環保監測、負荷預測等。 圖2 SIS軟件體系結構關于SIS的軟件功能問題有下列幾點值得注意： （1）SIS功能大量用于對實時生產過程的管理目的，只有少量用于監控目的(例如負荷實時調度)，與MIS和DCS的服務范疇不同，SIS屬于實時生產過程管理和監控范疇1。（2）由于SIS提出時間不長，到目前為止，我們還沒有象DCS那樣標準的SIS的規范書，所以每個SIS項目所確定的功能也不盡相同。當

10、然，這些功能能否作為SIS的基本功能或SIS的基本功能到底包括哪些內容，管理職能部門應盡早有明確的指導意見。因此當前SIS功能宜分步實施。各大電力投資公司宜在自己管轄的眾多電廠中，選擇少量電廠做SIS試點，配置較豐富的功能，待總結經驗后再全面推廣。（3）SIS功能要根據具體電廠的情況具體確定，例如機組負荷優化分配功能，它是指SIS能在全廠運行總值長站上根據遠方AGC指令和其它生產調度指令結合本廠主、輔系統和設備運行情況決定各臺機組的負荷分配。作為提高電廠經濟效益的重要手段，負荷經濟分配能夠實現在SIS內實現“調度到廠”的AGC方式。然而對于全廠只有2臺同類機組或幾臺機組分別接在不同電壓等級的出

11、線上，或者從系統考慮該廠機組采用“直調”方式時，是否要配置該功能就值得研究。（4）合理開發配套外圍軟件：為給核心軟件準備數據和滿足電廠其它管理需求，還需配套開發其他必要的外圍軟件，使之與核心軟件系統無縫連接。進一步完善全廠在生產運行管理和設備管理等方面的功能。3 SIS關鍵技術31 網絡架構方案由于將來SIS網絡中的實時設備生產設備信息將呈飛速增長態勢，因此將SIS網建成一個能夠以較經濟的方式實現相對無瓶頸的網絡以滿足現在及未來發展的網絡結構就顯得非常重要。在FDDI、ATM和快速以太網千兆以太網之間綜合比較，FDDI技術雖有可靠性高、延遲性好等優點，但存在著技術較復雜、維護困難、價格較高、升

12、級困難等缺點，尤其是FDDI網與其它網之間必須使用昂貴的路由器，會造成費用劇增；ATM技術雖有技術先進、用途廣、服務質量高、發展前景好等優點，但技術最復雜、價格最高、維護最困難、規范不統一等缺點，不適用于SIS網絡；基于交換式快速千兆以太網技術具有組網方式靈活簡易、維護方便、支持最廣、價格容易接受等優點，且在千兆以太網上已經真正實現了較高的服務質量，因此在電廠的網絡架構的選擇上推薦使用以千兆以太網第三層路由交換機為網絡核心的網絡方案，網絡協議以TCPIP協議為主，該網絡架構能夠為現在和將來SIS的可靠使用和發展提供硬件保障。32 實時數據庫軟件目前，市場上有多種工程類實時數據庫產品，如國外的M

13、acro View、Infoplus2.1、PI、Uniformance、iHistorian、Industrial SQL Sever，國內的NSIS、ConRTDB、Superlnfo、SLRS等。如同DCS一樣，每種實時數據庫都各有其特點，一般都能滿足不同電廠的實時信息系統或監控信息系統的要求。用戶應根據自身需求，切合實際，選擇一套最佳性價比的實時數據庫。一般在工程實施過程中，實時數據服務器在選型時應著重考慮如下一些因素：（1）系統訪問結構實時/歷史數據服務器應該基于開放的ClientServer結構或者B/S結構，并支持多服務器結構。B/S結構易于維護和部署，但是訪問效率和控制手段稍弱

14、。目前常見的實時/歷史數據庫一般都基于C/S結構，但均支持二層B/S訪問方式。隨著IT技術的發展，未來的實時/歷史數據庫的訪問結構應該轉向標準的三層B/S訪問方式。（2）接口技術實時/歷史數據庫應該具有廣泛成熟的接口解決技術，并且能實現各接口的故障隔離。接口技術可以基于專用的API技術，也可以基于目前新興的OPC(OLE Process Control,OLE過程控制)技術。除此之外，實時/歷史數據庫還應該具有與全廠MIS數據庫或者其它關鍵應用的成熟接口技術，應具有和與其聯網的資料源(程控系統)進行連通的能力，它們至少應包括幾個著名的DCS系統(T-XP、OVATION、SYMPHONY、MA

15、X-DNA等系統)和的我國電站常用PLC系統的數據庫。同時為了防止潛在的數據丟失，實時數據庫系統應具有數據緩存能力，在網絡出現故障，采集的數據不能到達服務器時，接口軟件可以暫存數據，一旦網絡恢復正常，數據會自動傳輸至數據庫服務器。接口軟件應能支持冗余接口。（3）實時數據庫系統客戶端實時/歷史數據一般基于Windows NT或者UNIX操作平臺，可以根據用戶喜好選擇。但從用戶使用方便的角度來看，實時數據庫系統應全面支持微軟的體系結構，這是一個有一定爭議的話題，但文獻4認為實時數據庫系統的客戶端軟件應基于Windows開發，與微軟的操作系統兼容。至于實時數據庫服務器端軟件最好能同時具有Window

16、s和各種UNIX版本。（4）編碼規則由于全廠的所有信息資源(包括全廠的實時I0測點、所有廠級設備信息、電網有關信息等)都要由數據庫來處理，因此對所有信息編碼進行統一處理，同時要考慮MIS和DCS的信息編碼的統一性和互換性，系統資料應自動同步。制定編碼規則時還應考慮適應選用的數據壓縮方式。33 接口實現與數據采集在SIS建設中，因為SIS最終將與發電廠的所有控制系統進行網絡連接或數據通信，接口較多，其接口方式應在安全可靠前提下，力求標準和統一，相應的也要考慮控制系統側接口的標準和統一。業主必須預先通過技術規范書在SIS實施廠商或者實時/歷史數據庫供應商和原控制廠商之間起著橋梁作用，以免出現脫節和

17、扯皮。接口機的軟硬件配置可以根據具體系統的需要進行選擇，但是由于接口機一般放在控制室，因此選用普通的計算機即可，不必選用工控機。確定數據采集范圍一定要有前瞻性，不能僅僅考慮當前的應有和投資。因為SIS建設一般是一個漸進的過程，除非極不重要的數據，以及潛在投資增加不多的情況下，SIS建設應該適當強調數據采集的全面性，這從長遠角度來看是值得的。 4 結束語本文僅對SIS在工程設計和應用中的幾個問題進行了初步的探討，在有些問題上的觀點和建議還遠沒有結論。但可以說，這些問題的解決將使SIS的工程應用規范、健康地發展，也將使SIS的工程應用從初級走向成熟取得突破性的進展。參考文獻：1侯子良.再論火電廠廠級監控信息系統J.電力系統自動化.2002,26(15)：13.1勾建兵,侯子良.電廠SIS建設探討J.熱工自動化信息，2002（1）：