火电厂厂级监控信息系统的设计与应用

摘 要：以新疆某火力发电厂的厂级监控信息系统（SIS系统）设计为例，介绍了SIS系统的平台架构设计、实时数据库选型及功能模块的设计思路与特点，为类似工程的设计应用提供一个参考。

关键词：厂级监控信息系统；电厂；实时数据库；设计与应用

电厂厂级监控信息系统（简称SIS）是主要为火电厂全厂生产过程综合优化服务的实时管理和监控的信息系统。它通过对全厂的生产过程实时数据的采集、分析、统计和指标计算等，为全厂监控和管理提供服务。

监控系统主要包含三大部分：过程数据采集、实时/历史数据库和基于数据库的上层应用功能。

作为分散控制系统DCS与管理信息系统MIS之间的桥梁，厂级信息监控系统以提高发电企业整体效益为目的，实现整个电厂范围内的信息集成与共享，对于生产安全经济地运行十分有利。

从控制层面讲，SIS汇集了全厂设备的运行参数和状态信息，有利于电厂管理层监控机组的运行状态，通过对过程参数实时信息的分析和判断进行决策，实现对机组运行的指挥。

从管理层面看，SIS经过性能指标计算和数据统计分析等，能够提供电站生产成本信息，辅助电站经营者改进方案，提高生产和管理效率。

1 SIS系统架构设计

1.1 SIS硬件设计及网络拓扑图

SIS系统的网络拓扑图如图1所示进行规划，主要分为三层：最底层为数据访问层，通过接口机与DCS、NCS、DEH等控制系统相连接，通过OPC等接口软件进行数据采集；中间层为SIS功能实现层，包括实时/历史数据库服务器、核心交换机等；最上层为功能应用层，连接各服务器和值长站等客户端。

SIS系统上层技术主要考虑功能的开放性，下层技术以有利于快速、大量的采集实时数据为原则，协调好与其他控制系统和设备的接口。

系统网络设计采用主干网络千兆，桌面网络百兆，两台核心交换机做冗余配置，以确保核心网络安全可靠。每台接口机先连接隔离装置，然后通过接入交换机上联核心交换机。根据控制网络的不同，安全等级可分为三类：底层控制系統为一类，SIS系统为二类，MIS系统为三类。

在SIS与DCS/PLC等控制网络之间采用单向隔离网闸，信息流只允许单向向SIS发送数据，杜绝SIS向控制系统发送指令，保证黑客或病毒不能从SIS进入DCS/PLC控制网络。SIS和MIS也各自采用独立的网络，两者之间设立隔离装置，只允许SIS向MIS发送数据，以保证网络安全。

1.2 SIS软件结构设计

SIS系统软件结构如图2所示，分三层设计：数据访问层、应用层和表示层。数据访问层搭建全厂的数据库平台，完成数据采集和存储功能；应用层集中处理RDS的应用功能，完成各种逻辑处理和应用研发；表示层是系统与用户的交互界面，通过web网页或专用客户端等为用户提供系统的访问和各种操作。

为满足客户的不同要求，系统软件设计可以采用基于B/S与C/S相结合的体系结构。显示界面采用ASP.NET技术结合XML技术实现，并可采用VB、JAVA、VC 、C#等多种编程语言实现。动态系统图的显示采用SVG技术实现，支持曲线组态，具有良好的扩展性。

2 实时/历史数据库

实时/历史数据库是监控系统的关键技术支撑和核心，为系统开发提供了信息平台基础，在发电行业特别是火电厂SIS系统中得到了广泛的应用。其技术能够高效的采集、分析、优化存储电厂海量的实时生产数据，并传送至管理系统，有效的在生产控制系统与管理信息系统之间建立起沟通的桥梁，有助于实现厂级管控一体化。

合理的选择实时数据库不仅能够更好的完成过程数据集成，还可以简化过程监控层的应用研发，SIS系统对实时数据库平台的性能要求可以结合以下几点考虑：

1）数据存储容量和效率：数据库存储容量要大于单元机组和辅助车间的所有控制点数；采用合理、先进的压缩技术，保证快速采集数据和精度。

2）数据库访问结构：实时/历史数据库是全厂统一的数据平台，需具有开放性，支持分布式结构。

3）接口技术：为保证系统能与外部进行可靠的数据通信，提供多种灵活的手段，包括OPC、ActiveX、DDE、ODBC、RS-485、文件交换等。实现与DCS、DEH、PLC、MIS等控制系统或其他应用的数据通讯。

4）数据缓冲和容错功能：为了防止采集的数据丢失，当数据库服务器或者网络发生故障时，能够将数据暂时保存在本地硬盘，当服务器响应后再将数据存入数据库。

5）数据库安全备份机制：数据库应具有自我检测、自动备份和恢复的功能，保证数据丢失或者故障时能够快速恢复。并配置自动报警系统，当出现故障时，能自动向数据库维护人员或者服务网络报警，并可进行远程维护和管理。

6）应用软件是否成熟：数据库现有的应用软件应能够满足电厂的要求。

7）二次开发能力：SIS系统发展迅速归功于其丰富的应用软件，应充分考虑API或SDK等二次开发能力。

3 SIS系统功能应用

3.1 生产过程信息采集、处理和监视

数据采集软件运行于数据接口站上，接口站分别与底层各生产过程控制系统以及实时数据库服务器联结，实现生产过程数据的可靠采集并实现控制系统与其它系统的隔离。

3.2 生产过程监视。

包括过程监视、事件记录、实时趋势显示、历史趋势显示和数据查询五个部分。通过饼图、棒图、趋势曲线等图形或者报表等形式显示机组设备的运行状态，能够使电厂运行和管理人员直观的了解生产过程状态及其他技术经济指标，并对生产趋势进行分析，掌握过程状态的变化情况。

3.3 实时性能计算、分析和操作指导

机组实时性能计算根据实时数据库中的实时过程参数、性能试验、计算公式或设计数据等，实时计算机组的各项性能指标，如机组汽耗率、发电煤耗、厂用电率、机组补水率等。根据计算结果与目标值的对比，分析偏差产生的原因，并加以调节控制。

通过经济性分析和优化，能够确定能损的分布和大小，改进机组热耗，使机组运行在最佳状态，降低运行成本。同时能够帮助运行和管理人员提高对机组设备的掌握能力，为机组的经济运行及合理维修提供指导

3.4 耗差分析

耗差直接关系到机组的经济性指标，分为可控耗差和不可控耗差，它是在机组性能计算的基础上对机组参数进行分析，可控耗差包括：主汽温度和压力，厂用电率等；不可控耗差包括：高、中压缸效率，凝结水过冷度等。可以通过参数表格、棒图、饼图等形式直观的呈现耗差的大小和盈亏。

3.5 指标考核与统计分析

SIS系统通过对采集的实时数据和人工输入的数据进行计算与统计，能够提供一套完整的运行考核平台，对车间、班组或个人进行小指标数据考核，能够反映运行人员的技术水平，激励员工的能动性，促进交流共同提高。

此外，根据用户的要求，可以实现设备寿命监测、负荷优化分配等各种功能。

4 结论

目前，在提高发电企业信息化水平、增强发电企业竞争力等方面，厂级监控信息系统由于具备全厂过程数据集成、优化生产运营等多方面优势，正在被越来越多的发电企业所采用，逐步成为未来电厂信息系统的重要发展方向，借助SIS系统所提供的信息化平台，能够实现企业范围内的管控一体化，提高效率及效益。

参考文献：

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作者简介：

桑士杰（1986-），男，硕士研究生，现从事电力行业热控相关设计工作。