1、電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案與應(yīng)用研究樊少林 內(nèi)蒙古岱海發(fā)電有限責(zé)任公司摘要：簡述電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）發(fā)展的基本現(xiàn)狀，提出了電廠SIS總體設(shè)計(jì)方案，對SIS的系統(tǒng)功能、硬件構(gòu)成、軟件開發(fā)、功能實(shí)現(xiàn)以及系統(tǒng)安全等方面作了探討。并對SIS在工程應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件選型原則、接口實(shí)現(xiàn)方式與數(shù)據(jù)采集范圍等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析和總結(jié)。以便為我國新建電廠和老廠改造的SIS設(shè)計(jì)、選型、規(guī)劃提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。1概述隨著電力行業(yè)改革的深入和市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，為爭創(chuàng)一流、提高自身的競爭力，越來越多的電廠在規(guī)劃階段就將廠級信息監(jiān)控系統(tǒng)(SIS)納入到全廠的自動(dòng)化系統(tǒng)中，同時(shí)，已經(jīng)投入運(yùn)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(fā)電成本的潛力，也在積極上SIS項(xiàng)目。在2000年國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程第l2.10條“廠級監(jiān)控和管理信息系統(tǒng)”中明確規(guī)定，“當(dāng)電廠規(guī)劃容量為l200 MW及以上、單機(jī)容量為300 MW及以上時(shí)，可設(shè)置廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)。” SIS是電廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的一個(gè)嶄新領(lǐng)域。SIS之所以被作為一項(xiàng)重要的應(yīng)用項(xiàng)目提出來，除了需求的因素外，還在于它的技術(shù)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和電廠分散控制系統(tǒng)（DCS）應(yīng)用的日益成熟。從目前應(yīng)用情況看，國內(nèi)外均處于起步階段，國內(nèi)有能力開發(fā)這類軟件的單位較少，大多數(shù)處于開發(fā)研究和試驗(yàn)階段，真正成熟的、能應(yīng)

3、用于市場的產(chǎn)品很少，這與DCS推廣應(yīng)用階段時(shí)國內(nèi)沒有經(jīng)驗(yàn)、但國外早已有成熟應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的情況不同1。值得慶幸的是，目前國內(nèi)部分科研院所和高校對電力市場需求反應(yīng)很快，及時(shí)地投入SIS的開發(fā)研究和工程應(yīng)用，其中，熱工研究院為石咀山發(fā)電廠開發(fā)了SIS，華北電力大學(xué)為大唐盤山電廠開發(fā)的SIS也已研制成功。盡管從當(dāng)前情況看，幾套系統(tǒng)都還不太完善，但這仍會對我們的工程設(shè)計(jì)提供許多有益的借鑒。2SIS的設(shè)計(jì)方案21 SIS的架構(gòu)一般SIS由通信網(wǎng)絡(luò)、SIS接口機(jī)、SIS實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、SIS功能站和建立在數(shù)據(jù)服務(wù)器上的各種應(yīng)用軟件組成。如圖1所示為一種典型的電廠SIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。（1）通信網(wǎng)絡(luò)：該網(wǎng)絡(luò)采用了

4、分層分布式設(shè)計(jì)，整個(gè)SIS分為上下兩層，上層為SIS應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，掛接SIS層各應(yīng)用服務(wù)器。下層為SIS接口層網(wǎng)絡(luò)，采用獨(dú)立接口機(jī)連接各個(gè)獨(dú)立控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過分層式設(shè)計(jì)，一方面便于分散通訊負(fù)荷，最大限度地減少系統(tǒng)間的通訊連接，平衡服務(wù)器和不同客戶機(jī)之間的數(shù)據(jù)流量。提高各層通訊效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性；另一方面也可以通過數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行技術(shù)和通訊協(xié)議，上層技術(shù)選擇強(qiáng)調(diào)開放性，而下層則更強(qiáng)調(diào)與下層各控制網(wǎng)絡(luò)的互通性。實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器可以根據(jù)重要性考慮冗余配置。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上兩層獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)既可通過物理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，又可以通過VLAN(虛擬網(wǎng)絡(luò))實(shí)現(xiàn)2。當(dāng)然，結(jié)合具體電廠的工程實(shí)際，如果SIS層的應(yīng)用軟件不

5、多且數(shù)據(jù)通訊量不大，則可以考慮上下兩層合并成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。（2）SIS接口機(jī)：SIS作為廠級自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，其所需的所有生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)信息和參數(shù)均從下層控制網(wǎng)絡(luò)中以通訊方式獲取。接口機(jī)作為實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器與控制系統(tǒng)之間的橋梁具有十分重要的作用。采用分布式接口機(jī)方案后，一方面利用接口機(jī)的緩沖功能，防止數(shù)據(jù)服務(wù)器故障時(shí)丟失數(shù)據(jù)：另一方面單個(gè)接口機(jī)的故障不會影響到其它控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。更為重要的是，通過在接口機(jī)上進(jìn)行合理配置，可以保證下層控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性不受SIS層網(wǎng)絡(luò)干擾。 在SIS和電廠管理信息系統(tǒng)（MIS）的互連上，鑒于MIS和生產(chǎn)控制系統(tǒng)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(tǒng)與MIS耦合是不恰當(dāng)?shù)摹２捎弥苯釉趯?shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器與MIS關(guān)系數(shù)據(jù)服務(wù)器之間建立高速雙向連接，SIS和MIS分別采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，期間通過SIS和MIS各自的數(shù)據(jù)服務(wù)器之間互連和交換信息，這樣SIS網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用只需與實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器連接，而MIS的應(yīng)用只需與MIS關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通訊，二者可以實(shí)現(xiàn)有效隔離，相互影響很小。從而減少通訊的復(fù)雜性，提高了網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性、可靠性和快速性。圖1 電廠SIS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（3）SIS實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器：它是整個(gè)SIS的核心，它為全廠提供了一個(gè)高速度、大規(guī)模、超大容量的統(tǒng)一規(guī)范的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)庫以及應(yīng)用軟件開發(fā)平臺，能充分地保證系統(tǒng)的先進(jìn)性、開放

7、性、安全性、可擴(kuò)性和實(shí)用性。它用于保存所有生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和SIS對這些資料的計(jì)算、分析結(jié)果，使全廠的運(yùn)行管理和經(jīng)營管理建立在統(tǒng)一的過程資料基礎(chǔ)上。另外由于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)量大，精度要求高，并且?guī)в袝r(shí)標(biāo)，因此不適宜采用常規(guī)的關(guān)系性數(shù)據(jù)庫存儲。國內(nèi)外類似系統(tǒng)建設(shè)中一般都采用專用的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，如美國OSI Software公司的PI系統(tǒng)和美國Scientech公司的R*Timer系統(tǒng)，這些系統(tǒng)由于采用了有效的壓縮存儲技術(shù)，因此適合于大范圍、高密度的時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)在線存儲。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)服務(wù)器一般采用雙機(jī)熱備方式運(yùn)行。任一臺服務(wù)器發(fā)生故障，不會中斷整個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行。（4）SIS功能站：SIS功能

8、站是系統(tǒng)管理及人機(jī)交互界面的主要載體，它們作為SIS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的客戶機(jī)，從SIS數(shù)據(jù)庫中獲取過程信息進(jìn)行分析、計(jì)算和顯示，并將計(jì)算分析結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，供其它客戶機(jī)或系統(tǒng)調(diào)用。功能站包含以下類型（不限于此）：工程師工作站、負(fù)荷分配工作站、運(yùn)行員工作站、值長工作站。 22 SIS的應(yīng)用軟件在SIS建成后，由于建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺基礎(chǔ)上，各應(yīng)用軟件的開發(fā)變得相對簡單，不再重復(fù)與下層各控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口和自身的數(shù)據(jù)存儲備份，減少了許多維護(hù)管理費(fèi)用。目前，關(guān)于SIS尚可預(yù)期開展的各種應(yīng)用軟件很多。如圖2所示，主要包括有廠級性能計(jì)算軟件、故障診斷軟件、運(yùn)行指導(dǎo)軟件、設(shè)備壽命和狀態(tài)分析軟件、負(fù)荷優(yōu)化

9、分配以及系統(tǒng)維護(hù)軟件等。當(dāng)然SIS軟件功能模塊不只限于上述幾方面，它將根據(jù)全廠實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程綜合監(jiān)控和管理的需要以及開發(fā)應(yīng)用的實(shí)踐，不斷充實(shí)和完善，事實(shí)上，有些電廠開發(fā)的SIS已經(jīng)開創(chuàng)了一些新功能。如機(jī)組性能仿真、環(huán)保監(jiān)測、負(fù)荷預(yù)測等。 圖2 SIS軟件體系結(jié)構(gòu)關(guān)于SIS的軟件功能問題有下列幾點(diǎn)值得注意： （1）SIS功能大量用于對實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程的管理目的，只有少量用于監(jiān)控目的(例如負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)度)，與MIS和DCS的服務(wù)范疇不同，SIS屬于實(shí)時(shí)生產(chǎn)過程管理和監(jiān)控范疇1。（2）由于SIS提出時(shí)間不長，到目前為止，我們還沒有象DCS那樣標(biāo)準(zhǔn)的SIS的規(guī)范書，所以每個(gè)SIS項(xiàng)目所確定的功能也不盡相同。當(dāng)

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(nèi)容，管理職能部門應(yīng)盡早有明確的指導(dǎo)意見。因此當(dāng)前SIS功能宜分步實(shí)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(diǎn)，配置較豐富的功能，待總結(jié)經(jīng)驗(yàn)后再全面推廣。（3）SIS功能要根據(jù)具體電廠的情況具體確定，例如機(jī)組負(fù)荷優(yōu)化分配功能，它是指SIS能在全廠運(yùn)行總值長站上根據(jù)遠(yuǎn)方AGC指令和其它生產(chǎn)調(diào)度指令結(jié)合本廠主、輔系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行情況決定各臺機(jī)組的負(fù)荷分配。作為提高電廠經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配能夠?qū)崿F(xiàn)在SIS內(nèi)實(shí)現(xiàn)“調(diào)度到廠”的AGC方式。然而對于全廠只有2臺同類機(jī)組或幾臺機(jī)組分別接在不同電壓等級的出

11、線上，或者從系統(tǒng)考慮該廠機(jī)組采用“直調(diào)”方式時(shí)，是否要配置該功能就值得研究。（4）合理開發(fā)配套外圍軟件：為給核心軟件準(zhǔn)備數(shù)據(jù)和滿足電廠其它管理需求，還需配套開發(fā)其他必要的外圍軟件，使之與核心軟件系統(tǒng)無縫連接。進(jìn)一步完善全廠在生產(chǎn)運(yùn)行管理和設(shè)備管理等方面的功能。3 SIS關(guān)鍵技術(shù)31 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案由于將來SIS網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)設(shè)備生產(chǎn)設(shè)備信息將呈飛速增長態(tài)勢，因此將SIS網(wǎng)建成一個(gè)能夠以較經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)相對無瓶頸的網(wǎng)絡(luò)以滿足現(xiàn)在及未來發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就顯得非常重要。在FDDI、ATM和快速以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)之間綜合比較，F(xiàn)DDI技術(shù)雖有可靠性高、延遲性好等優(yōu)點(diǎn)，但存在著技術(shù)較復(fù)雜、維護(hù)困難、價(jià)格較高、升

12、級困難等缺點(diǎn)，尤其是FDDI網(wǎng)與其它網(wǎng)之間必須使用昂貴的路由器，會造成費(fèi)用劇增；ATM技術(shù)雖有技術(shù)先進(jìn)、用途廣、服務(wù)質(zhì)量高、發(fā)展前景好等優(yōu)點(diǎn)，但技術(shù)最復(fù)雜、價(jià)格最高、維護(hù)最困難、規(guī)范不統(tǒng)一等缺點(diǎn)，不適用于SIS網(wǎng)絡(luò)；基于交換式快速千兆以太網(wǎng)技術(shù)具有組網(wǎng)方式靈活簡易、維護(hù)方便、支持最廣、價(jià)格容易接受等優(yōu)點(diǎn)，且在千兆以太網(wǎng)上已經(jīng)真正實(shí)現(xiàn)了較高的服務(wù)質(zhì)量，因此在電廠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的選擇上推薦使用以千兆以太網(wǎng)第三層路由交換機(jī)為網(wǎng)絡(luò)核心的網(wǎng)絡(luò)方案，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以TCPIP協(xié)議為主，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠?yàn)楝F(xiàn)在和將來SIS的可靠使用和發(fā)展提供硬件保障。32 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件目前，市場上有多種工程類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，如國外的M

13、acro View、Infoplus2.1、PI、Uniformance、iHistorian、Industrial SQL Sever，國內(nèi)的NSIS、ConRTDB、Superlnfo、SLRS等。如同DCS一樣，每種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫都各有其特點(diǎn)，一般都能滿足不同電廠的實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)或監(jiān)控信息系統(tǒng)的要求。用戶應(yīng)根據(jù)自身需求，切合實(shí)際，選擇一套最佳性價(jià)比的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。一般在工程實(shí)施過程中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器在選型時(shí)應(yīng)著重考慮如下一些因素：（1）系統(tǒng)訪問結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器應(yīng)該基于開放的ClientServer結(jié)構(gòu)或者B/S結(jié)構(gòu)，并支持多服務(wù)器結(jié)構(gòu)。B/S結(jié)構(gòu)易于維護(hù)和部署，但是訪問效率和控制手段稍弱

14、。目前常見的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫一般都基于C/S結(jié)構(gòu)，但均支持二層B/S訪問方式。隨著IT技術(shù)的發(fā)展，未來的實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫的訪問結(jié)構(gòu)應(yīng)該轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)的三層B/S訪問方式。（2）接口技術(shù)實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫應(yīng)該具有廣泛成熟的接口解決技術(shù)，并且能實(shí)現(xiàn)各接口的故障隔離。接口技術(shù)可以基于專用的API技術(shù)，也可以基于目前新興的OPC(OLE Process Control,OLE過程控制)技術(shù)。除此之外，實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫還應(yīng)該具有與全廠MIS數(shù)據(jù)庫或者其它關(guān)鍵應(yīng)用的成熟接口技術(shù)，應(yīng)具有和與其聯(lián)網(wǎng)的資料源(程控系統(tǒng))進(jìn)行連通的能力，它們至少應(yīng)包括幾個(gè)著名的DCS系統(tǒng)(T-XP、OVATION、SYMPHONY、MA

15、X-DNA等系統(tǒng))和的我國電站常用PLC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫。同時(shí)為了防止?jié)撛诘臄?shù)據(jù)丟失，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)緩存能力，在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，采集的數(shù)據(jù)不能到達(dá)服務(wù)器時(shí)，接口軟件可以暫存數(shù)據(jù)，一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常，數(shù)據(jù)會自動(dòng)傳輸至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。接口軟件應(yīng)能支持冗余接口。（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)客戶端實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)一般基于Windows NT或者UNIX操作平臺，可以根據(jù)用戶喜好選擇。但從用戶使用方便的角度來看，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)全面支持微軟的體系結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)有一定爭議的話題，但文獻(xiàn)4認(rèn)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的客戶端軟件應(yīng)基于Windows開發(fā)，與微軟的操作系統(tǒng)兼容。至于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端軟件最好能同時(shí)具有Window

16、s和各種UNIX版本。（4）編碼規(guī)則由于全廠的所有信息資源(包括全廠的實(shí)時(shí)I0測點(diǎn)、所有廠級設(shè)備信息、電網(wǎng)有關(guān)信息等)都要由數(shù)據(jù)庫來處理，因此對所有信息編碼進(jìn)行統(tǒng)一處理，同時(shí)要考慮MIS和DCS的信息編碼的統(tǒng)一性和互換性，系統(tǒng)資料應(yīng)自動(dòng)同步。制定編碼規(guī)則時(shí)還應(yīng)考慮適應(yīng)選用的數(shù)據(jù)壓縮方式。33 接口實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集在SIS建設(shè)中，因?yàn)镾IS最終將與發(fā)電廠的所有控制系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接或數(shù)據(jù)通信，接口較多，其接口方式應(yīng)在安全可靠前提下，力求標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一，相應(yīng)的也要考慮控制系統(tǒng)側(cè)接口的標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)一。業(yè)主必須預(yù)先通過技術(shù)規(guī)范書在SIS實(shí)施廠商或者實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫供應(yīng)商和原控制廠商之間起著橋梁作用，以免出現(xiàn)脫節(jié)和

17、扯皮。接口機(jī)的軟硬件配置可以根據(jù)具體系統(tǒng)的需要進(jìn)行選擇，但是由于接口機(jī)一般放在控制室，因此選用普通的計(jì)算機(jī)即可，不必選用工控機(jī)。確定數(shù)據(jù)采集范圍一定要有前瞻性，不能僅僅考慮當(dāng)前的應(yīng)有和投資。因?yàn)镾IS建設(shè)一般是一個(gè)漸進(jìn)的過程，除非極不重要的數(shù)據(jù)，以及潛在投資增加不多的情況下，SIS建設(shè)應(yīng)該適當(dāng)強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)采集的全面性，這從長遠(yuǎn)角度來看是值得的。 4 結(jié)束語本文僅對SIS在工程設(shè)計(jì)和應(yīng)用中的幾個(gè)問題進(jìn)行了初步的探討，在有些問題上的觀點(diǎn)和建議還遠(yuǎn)沒有結(jié)論。但可以說，這些問題的解決將使SIS的工程應(yīng)用規(guī)范、健康地發(fā)展，也將使SIS的工程應(yīng)用從初級走向成熟取得突破性的進(jìn)展。參考文獻(xiàn)：1侯子良.再論火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)J.電力系統(tǒng)自動(dòng)化.2002,26(15)：1