火电厂移动信息系统的设计与研究

王爱娟，王明春

（东南大学 能源与环境学院，南京210096）

随着电力体制的深入改革以及现代科学技术的发展，信息化带动工业化发展已成为电力企业创新发展的必然趋势。我国火电厂的建设已经进入信息化时代，机组级和车间级自动化已经普及，电厂的信息化建设不断深入，包括单元机组DCS及辅助车间自动化系统、厂级监控信息系统（SIS）、管理信息系统（MIS）、决策支持系统（DSS）等，使得全厂信息能够通过计算机网络共享，形成了自下而上的管理和控制一体化系统［1］。

目前，工业局域网在电厂中已经得到了广泛的应用，全场的信息可以通过局域网进行查看，或者使用VPN通过因特网在异地进行查看。随着移动互联网技术和智能移动终端的发展，特别是移动上网、数据业务上网等功能的普及，使得移动终端设备（智能手机、平板电脑等）在电力行业的应用越来越广泛［2］。移动终端设备的功能越来越强大，甚至超过了一些PC机的处理能力，再加上移动终端人性化的UI设计，给用户带来了方便、快捷的体验。

总之，这些先进的科学技术的发展为火电厂移动信息系统（MSS）的开发和应用提供了良好的环境和条件。笔者在火电厂现有的信息化系统的基础上，提出了基于移动互联网的火电厂MSS，在移动终端上实现信息管理应用的多元化，从而真正实现发电企业的管控一体化目标。

1 建设目标

火电厂MSS的目标是把厂内实时生产状况同步到移动终端，使得管理人员在离开现场或者离开计算机网络的情况下，也能通过移动终端随时随地获取厂内生产信息，并根据相关信息及时、准确地作出指示和决策。

MSS是面向经营管理者的信息化管理软件，是实现火电厂各个机组和全厂生产过程最优控制和管理的系统。目前，在移动终端上可实现以下功能：

（1）全厂各个生产实时数据的远程监控和查询。

（2）生产过程的在线检测和故障诊断。

（3）对数据异常、越限和设备事件的报警。

（4）对电厂的发电量、燃料供应量等重要数据进行统计。

（5）远程接入办公自动化OA系统。

2 数据流程分析

数据传输是火电厂MSS中的重要环节，主要的数据流程包括电厂内部数据的采集和传输，以及移动客户端对数据的获取［3］。为了实现以上的数据传输，首先MIS网络是可以访问因特网的，可以在MIS机房中设置一台接口机，用于从MIS服务器获取生产数据，并完成数据的发送；然后，在互联网数据中心（IDC）托管一台服务器，用来完成生产数据的处理和存储，并将数据发送至移动客户端；最后，在客户端上安装相应的应用程序，完成生产信息的查看。具体的数据流程见图1。

图1 系统的数据流程图

2.1 电厂内部的数据采集和传输

SIS中的生产数据可以有效地传输到MIS中，而MIS的安全性要求低于SIS，因此可以从MIS中获取生产信息。MIS机房中接口机的数据采集接口与MIS中经过专门隔离的映射服务器进行通信，再通过Web服务将数据发送至IDC中心服务器。在数据的上传过程中，采用80端口和超文本传送协议（HTTP）下的XML格式通信方式。该通信过程效率高且安全性高，确保了在数据安全的前提下进行最高效的数据采集和传输。

2.2 移动客户端上数据的获取

目前，主要网络运营商均提供了无线数据传输业务，中国移动提供了基于GPRS的CMNET接入点，中国联通提供了基于CDMA和WLAN的网络接入功能，还有第三代移动通信技术（3G）和第四代通信技术（4G）功能的应用，当手机开通以上业务之后，均可在网络协议和设备支持范围内访问因特网。在IDC服务器上部署了基于ASP.NET的动态页面，根据客户端传入的不同请求提供不同的数据，客户端接收到数据后按照既定的协议进行解析，从而获取生产数据；同时，IDC服务器提供标准数据获取Web服务，也可供客户端调用。当可以与Wi-Fi相连时，可直接通过热点联网获取数据。

3 总体架构设计

3.1 物理架构设计

图2 系统总体结构图

从物理架构分析，MSS可分为三个部分：MIS机房中的接口机、IDC服务器、移动客户端。这三个部分紧密联系、互相配合，共同完成信息系统的远程监控。系统的物理架构见图2。从系统的架构图分析，由MIS机房的接口机采集将来自MIS的生产数据，并发送至IDC机房中的实时／历史数据库服务器。该服务器相当于数据的中转站，为保证数据实时性，将接收到的数据先放置在实时数据库中，再根据客户端的数据访问请求，将所需的信息转存至关系数据库；移动客户端是该系统实现移动监控的最直接保证，是指安装在手机上用于实现生产信息查看的应用程序组，完成实时／历史信息的查看、系统的故障分析、状态监测、办公管理等功能。

3.2 软件架构及软件系统设计

3.2.1 软件架构设计

系统软件架构自下而上，分别由基础层、数据层、支撑层、应用层组成［2］：

（1）基础层包括硬件、移动网络、安全设施、操作系统、数据库平台、软件开发支持平台等。

（2）数据层包括实时生产数据、管理信息、办公数据、趋势信息以及其他数据等。

（3）支撑层是该系统的运行平台，包括数据接口服务、网络连接、B／S或C／S移动服务、Web Service服务、安全认证服务等，为上层的应用提供基础支撑服务。

（4）应用层为火电厂管理人员提供生产业务处理所需的功能，如生产过程监控、数据查询、趋势曲线、生产情况、办公自动化等。

具体软件架构见图3。

图3 系统软件架构图

3.2.2 软件系统设计

软件系统采用B／S与C／S的混合结构模式，主要由MIS机房的数据接口程序、IDC中心的服务器软件组、移动客户端软件组成：

（1）MIS中的数据接口程序主要用于生产数据的采集并转发至IDC服务器，主要功能包括数据采集模块、数据发送模块和数据点管理模块。

（2）IDC服务器软件组主要包括数据接收程序、数据发送程序、移动客户端制定与管理系统。基于安全性和稳定性考虑，生产数据的接收和发送程序均采用基于互联网信息服务（IIS）的 Web服务方式，其中数据发送程序根据客户端发送的不同指令来发出数据，并将数据内容加密和压缩，再基于HTTP或安全超文本传输协议（HTTPS）传输至客户端。

（3）移动客户端软件是系统实现移动信息化最直接的保证，是指安装在终端用户上的信息处理应用程序组，包括网络连接模块、用户登录模块、数据收发模块、图像绘制模块、信息检索模块、信息报警模块等。

移动终端与服务器之间的数据访问方式有两种［2］：一是通过 Web Service，用于异步的数据同步，由移动终端主动向服务器发出数据请求，获取数据；二是在移动终端上安装“数据推入监视程序”，通过监视终端接收到的短信或者WAP推入信息，识别特殊的短信头标示，触发应用。获取报警信息以后，以报警铃声或者震动的方式提醒。

4 功能设计

MSS综合电厂各个机组的生产信息，通过显示、分析和优化，对各单元机组的运行和设备维护进行远程监控和指导。MSS的功能主要分为以下几个部分：

（1）生产过程远程监控。全厂各生产过程的实时生产数据都能在MSS的移动终端上进行监视和查询。该系统配置了大容量的实时／历史数据库，对生产信息进行综合处理、显示和存储，生产管理者可以通过移动终端随时随地获取电厂内部的生产数据，从而快速、准确地掌握电厂生产过程运行情况，实现了电厂生产过程的远程监控。实时信息监控见图4。

（2）在线监测和故障诊断。收集有用的实时运行数据，如主蒸汽温度、压力、再热汽温、再热器喷水量、过热器喷水量、锅炉排烟温度、锅炉给水温度、厂用电量等，通过实际系统性能参数与参数设定值的比较，若超出正常范围或者引起设备异常和损耗，及时发出报警并将异常数据传递给运行管理人员，以提高电厂运行的安全性。

（3）生产统计。包括用于企业生产和经营的重要数据，如按一定周期（日、月等）统计出的发电量、燃料供应情况、生产状况、安全状况、设备利用率、煤耗、负荷率、用电率、经济效益等。

（4）设备缺陷管理。将当班发现的设备缺陷及时录入，以供随时查看、调阅设备缺陷等级、消除情况，用来加强对缺陷的分析、申报、鉴定、消除、验收和考核等全过程监管，保证设备安全经济运行。

（5）办公管理。对火电厂可以增加的生产技术指标、财务成本、行政管理、质量管理、工作计划等进行分类管理，按条件查询、统计完成情况、打印相关报表，实现公文收发、存储、查询等自动化。

图4 实时信息监控图

由于MSS的推广和应用尚处于起步阶段，MSS功能模块的开发和应用的技术还不够成熟，因此，MSS的很多功能有待在实践过程中不断总结和完善。

5 安全性设计

MSS与电厂内部的信息系统相互联系并且错综复杂，移动互联网又是开放性的网络，因此，电厂的网络和数据安全问题非常突出。

系统采用内外网物理隔离的方法，如IPSEC VPN、单向隔离网闸、权限设计、安全认证等技术，保证电厂内部和外部信息的安全、高效传输。

为了进一步提高信息的安全性，在数据传递过程中的每个环节进行数据加密，并提供用户的安全验证机制。整个系统采用专用的网络协议和专有的内容描述协议，系统可根据协议对信息及其呈现方式进行渲染，使信息的传递和解析过程更加可靠和可扩展性［4］。

6 结语

借助移动互联网和智能终端设备，将火电厂的生产信息系统终端拓展到移动终端，形成火电厂新型MSS，能够向生产管理者提供实时生产、管理、办公等多方面的信息。由于移动互联网的覆盖面广、网络速度快，电厂的管理经营者可以随时随地获取电厂相关信息，并根据相关数据和变化趋势及时、有效地处理生产过程中的紧急问题，最大程度地减少经济损失，从而提高全厂自动化水平和现代化管理水平。

［1］王志新.火电厂监控信息系统SIS及应用［M］.北京：中国电力出版社，2009：46-48.

［2］徐创学，康爱军.3G移动技术在火电厂煤场智能管理中的应用［J］.电力信息化，2011，9（11）：66-70.

［3］孙文静，陆杰.火电厂生产信息移动监控系统设计［J］.电力信息化，2013，11（1）：82-86.

［4］陈昊，徐建.基于虚拟化技术的信息系统安全防护框架研究［J］.电力信息化，2011，9（6）：14-18.