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基于DSS架构和COM实现的火电厂SIS研究江浩（南京大陆中电科技股份有限公司，江苏 南京 211100）摘要基于火电厂厂级监控信息系统（SIS）的目标分析，依照决策支持系统（DSS）的结构及其设计思想，在对DSS的总体结构和对火电厂SIS的问题体系进行深入研究的基础上，基于组件对象模型（COM）技术，对基于DSS架构的SIS系统的详细设计和实现，包括人机交互与问题处理系统、数据库系统、模型库系统等主干子系统的设计和实现提出有效的方案。关键词发电厂；厂级监控信息系统（SIS）；决策支持系统（DSS）；组件对象模型（COM）；数据库系统；模型库系统；分布式计算中图书分类号：TM621; TP27 0 概述火电厂厂级监控信息系统（SIS）是主要为火电厂全厂实时生产过程进行综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统13。它是一个融电厂热能动力工程、计算机与信息工程、管理与决策科学、热工控制技术、人工智能技术等学科与技术于一体的集成信息系统。它的主要功能可包括全厂综合性能计算、运行优化及其操作指导、全厂负荷优化调度、机组寿命管理与状态监视、故障诊断及其操作指导等。根据火电厂SIS的目标和功能定义及对目前研究与应用状况的调查，它是以一系列处于操作管理和战术管理层次之间的、结构化或半结构化类型的决策支持为核心的信息系统，适合于应用决策支持系统（DSS）4,5的理论和方法来研究和实现。将DSS应用于火电厂SIS中是本文的主题与核心，基于DSS架构的火电厂SIS（以下简称SISDSS）在SIS平台原有基础上，充分利用计算机系统所具备的数据处理、模型处理及分析能力，针对SIS中的结构化和半结构化问题，通过强有力的人机交互方式，帮助运行和管理人员作出在线运行与管理决策或改善决策的有效性。DSS应用于火电厂SIS有着极高的可行性、极强的可用性和极大的优越性，但在系统实现方面仍存在不少亟待解决的问题，如模型的表示与重用、远程数据的传输与处理、分布式技术支持等。组件对象模型（COM）【6,7】技术的应用将使上述问题得以解决。COM是一种以组件为发布单元的对象模型，这种模型使各软件组件可用一种统一的方式进行交互【6】，而不论这些组件服务及其客户在物理上是集中还是分布的（需要分布式组件对象模型DCOM支持）。利用COM技术可解决面向火电厂SIS应用的DSS所面临的一系列难题，为DSS在火电厂SIS中应用铺平道路。本文从DSS的总体结构出发，面向火电厂SIS应用，基于COM技术，提出SIS系统的详细设计方案。1 SISDSS总体设计综合部件（人机交互和问题处理系统）、模型库系统和数据库系统构成了DSS的基本结构，可完成SIS的基本功能。数据仓库、联机分析处理及数据开采都是决策支持的新技术，它们的应用可大大提高决策支持系统的功能和水平，利用这些新技术可为SIS中的运行优化及其操作指导、故障诊断及其操作指导等问题提供新颖有效的解决方案【8】。智能决策支持系统（IDSS）是在决策支持系统的基础上集成人工智能的专家系统（ES）而形成的【4】，在面向火电厂SIS应用的智能决策支持系统中，专家系统可为实现运行优化和故障诊断操作指导提供支持【8】。模型库系统图1 综合决策支持系统总体结构数据开采系统数据库系统联机分析处理数据仓库系统知识信息知识库系统推理机人机交互和问题处理系统（综合部件）决策信息运行和管理人员综合决策支持系统是将数据仓库、联机分析处理、数据开采、模型库、数据库、专家系统（核心是知识库和推理机）等结合起来而形成的更高级形式的决策支持系统。应用于火电厂SIS的综合决策支持系统总体结构如图1所示。综合体系结构包括3个主体，第1个主体是模型库系统和数据库系统的结合，它是决策支持的基础，为决策提供定量分析的辅助决策信息；第2个主体是数据仓库和联机分析处理，它集成数据，并从中提取综合数据和信息，反映大量数据的内在本质，以提供决策信息；第3个主体是专家系统和数据开采，数据开采从数据库或数据仓库挖掘知识信息，放入知识库，专家系统利用知识库和推理机完成定性分析辅助决策的功能。综合体系结构的3个主体既可相互补充，又可相互结合。SIS中的各项功能都是在运行和管理人员监控下，由问题处理系统通过协调和调度人机交互系统、模型库系统、数据库系统、知识库系统、专家系统和数据开采系统来完成。2 SIS问题体系如前所述，火电厂SIS是一个综合性功能体系，它的功能结构如图2所示，在接口层以下是电厂中的各生产自动化系统，在应用层上是SIS的各功能子系统，它们在物理上可以是分布的，也可以是集中的，在二者之间有实时数据采集与处理系统和相应数据库为SIS提供实时数据。图2 火电厂SIS功能结构示意图1号 DCS2号 DCSSCADA其他全厂数据采集、处理和发布全厂数据库全厂MIS网关/接口网关/数据接口寿命管理与状态监视故障诊断及操作指导SIS接口层SIS应用层全厂负荷优化调度运行优化及操作指导全厂综合性能计算网关/接口网关/接口网关/接口图2所示的功能体系对DSS则是一个综合性的问题体系，这个体系有自己的问题结构，而其中每个问题又可分解为相应的多个子问题。如前所述，在DSS中，SIS各项功能的实现方式，即DSS对各项问题的处理方式都是一致的，这里仅以全厂实时数据采集与处理和全厂综合性能计算这2个有代表性的问题进行分析。2.1 数据采集、处理和发布问题全厂生产实时数据的采集与处理（包括数据检验）是SIS运作的基础和前提，经采集与处理后的实时数据存储于全厂实时数据库，它是SIS中的其他子系统或功能模块的实时数据的最终来源。实时数据的采集、存储与发布属数据通道【9】范畴的问题，现已有较成熟的解决方案。数据采集通常采用基于TCPIP/UDP的Socket通信；实时数据库系统必须保证时效性并支持远程访问，可采用普通的商用数据库系统来实现，但性能受到制约，也可利用DCOM实现，以获得理想的性能；数据发布多采用Web浏览器/Web服务器/数据库服务器3层结构（即B/S结构）【9】。对采集到的实时数据必须进行数据检验以保证其可靠性和准确性，这就是实时数据检验问题。DSS通过模型库中的数据检验模型为其提供支持。2.2 全厂综合性能计算问题全厂综合性能计算是火电厂SIS的一项重要功能，它是在机组性能计算的基础上进行的。机组性能在线计算通过对机组运行参数的实时采集和在线分析计算，提供反映机组当前实际运行状况的性能参数和指标，计算内容包括锅炉性能、汽轮发电机组性能、凝汽器性能、回热系统和给水加热器性能、小汽轮机性能和机组性能等。在此基础上可对全厂综合性能指标进行计算。整个性能计算是一个结构化问题，在DSS中通过调度数据库系统和模型库系统进行处理。计算模型是层次化结构的，上层模型通过调用下层模型（子模型）来实现。3 详细设计与实现3.1 主干子系统的任务分工根据DSS的总体设计和SIS的问题分析，面向火电厂SIS应用的DSS的各主干子系统，如人机交互系统、问题处理系统、模型库系统、数据库系统、专家系统（知识库系统和推理系统）、数据开采系统等，它们的任务就是在运行和管理人员的监控下相互协调解决SIS中的各种问题，完成SIS中的各项功能。人机交互系统负责提供用户控制整个决策支持系统运行的功能；问题处理系统负责协调各主干子系统以解决SIS中各层面问题；模型库系统应为数据采集与检验、机组性能在线计算、运行优化分析、全厂负荷优化调度、机组寿命管理与状态监视等提供模型支持；专家系统应为运行优化诊断、故障诊断及相应的操作指导提供支持；数据开采系统通过知识库一方面为专家系统提供知识信息，另一方面与模型库联接为数据检验、目标值确定等提供支持；数据库系统包含为解决SIS中各种问题所需的数据集合，它应为其他各主干子系统提供结构化数据支持【8】。3.2 数据库系统设计与实现用户输入数据配置信息运行状态计算周期采样周期图3 性能计算系统数据库E-R图数值时间名称点名单位序号输出数据点输入数据点性能计算状态首先对数据库进行设计，针对SIS某个子系统如全厂综合性能计算系统，其数据库概念结构可表示成实体关系图（E-R图），如图3所示。其他应用子系统的数据库也有类似的概念结构，它共同构成了面向SIS应用的DSS数据库的概念结构。在概念结构基础上即可设计逻辑结构并完成整个SISDSS数据库的结构设计。SISDSS数据库可分为实时数据库、历史数据库和配置数据库。配置及历史数据库包括系统配置信息，用户输入数据和输入、输出数据点的历史记录。该数据库可利用商用数据库系统（如SQL Server）来实现。实时数据库包括输入、输出数据点的实时记录，为保证访问性能和时效性，可利用COM/DCOM来实现。这种实现方式有2点突出的优势：（1）数据的存储介质是内存而不是磁盘文件，与商用数据库系统相比大大提高了数据访问性能和时效性；（2）DCOM技术在软件方面屏蔽了远程网络访问和本地访问的差异，使远程数据访问变得方便。COM中将对象类定义成具有一组接口的数据结构，而这组接口是类的一部分函数（方法），用于存取和操纵该数据结构【7】。因此实时数据库实现的第1步是定义接口，采用接口定义语言（IDL）创建输入数据点接口定义如下（“.”表示省略，下同）：interface IRTDB1 : IUnknown /输入点 typedef struct _RT_DATA_TYPE /点信息变量集 RT_DATA_TYPE;/实时数据结构定义HRESULT SetRTData1(in short Index, in RT_DATA_TYPE RTData); /写入方法HRESULT GetRTData1(in short Index, out RT_DATA_TYPE *pRTData); /读取方法;/输入数据点接口（IRTDB1）定义输出点接口定义（IRTDB2）与之类似。上述定义可编译产生一个接口参数列集动态库。COM实现是基于客户/服务结构的，该动态库提供服务和客户间的接口定义和代理服务，而下一步的工作就是在数据库服务端实现实时数据库接口（一般以远程服务器来实现），并在客户端通过接口调用对实时数据库进行访问和管理，客户端远程服务调用是标准DCOM接口调用，代码示例从略。3.3 模型库系统设计与实现模型库系统由模型库和模型库管理系统组成。其中模型库由模型主体（各模型文件）和模型字典库组成。SISDSS模型体系组织结构的主体部分如图4所示，图中表示出组织结构的上3层结构中的部分模型（3层以下从略）。模型库中的模型主体和字典库就是在模型体系组织结构的基础上建立的。智能模型统计报表数据处理其他计算机组计算锅炉计算其他模型汽机计算图4 模型体系组织结构示意图其他数模运行优化性能计算数据检验数学模型SISDSS模型体系模型库中模型的表现形式是程序库，模型库系统的实现方式与程序库的形式密切相关。在传统的决策支持系统模型库中采用子程序集、静态库或动态库的方式，它们都是面向过程的，其代码和数据是分离的，由此造成程序的可维护性差，复杂度高，开发和维护难度大。SISDSS采用COM技术来表示这个模型体系，其优点是明显的：（1）通过面向对象技术，使程序的可维护性、可扩展性、可重用性等都得到提高，大大降低了开发和维护难度；（2）通过DCOM技术可轻松实现模型库分布式计算的功能。模型库实现同样要定义接口，以汽轮机性能计算子模型为例，其接口IDL定义如下：interface ITurbin : IUnknown /继承IUnknown typedef struct _IN_DATA_TYPE /输入变量集 IN_DATA_TYPE;/接口输入结构定义 OUT_DATA_TYPE; /接口输出结构定义HRESULT TurbProc(in IN_DATA_TYPE *pDataIn, out OUT_DATA_TYPE *pDataOut,);/接口方法/汽轮机计算模型接口（ITurbin）定义同样可定义锅炉计算子模型接口IBoiler等。将上述定义编译产生接口参数列集动态库在注册表中注册，该注册项就可作为此子模型的模型字典项。模型接口的实现与调用代码示例从略。3.4 综合部件设计与实现人机交互和问题处理系统是整个系统的首脑部件，负责在用户监控下协调其他各主干子系统以解决运行优化中各层面问题。问题处理系统的逻辑结构如图5所示，它体现了运行优化智能决策支持系统的核心运作逻辑。图中实线表示系统流程，虚线表示信息交互。问题处理系统作为COM客户实现，它根据用户指示，依次启动作为COM组件服务器实现的各功能子系统，并将处理结果对SIS用户发布。问题处理系统位于DSS主服务器上，它和其他功能子系统在物理上可能是分布的，DCOM技术的使用屏蔽了这种物理上的分布，从软件角度看，问题处理系统对远程功能子系统的调用和对本地功能子系统的调用是一样的。图5 问题处理系统逻辑结构其他模块数据发布问题处理系统故障诊断（调度ES、和DB）运行优化（调度MB、DB、KB、ES和DM）数据采集和检验（调度DB和MB）运行和管理人员人机交互系统负荷调度（调度MB和DB）机组性能在线计算（调度MB和DB）4 总结本文从DSS的总体结构出发，在对火电厂SIS应用进行深入分析的基础上，提出基于DSS架构和COM实现的SIS设计和实现方案。实践表明，该方案是可行的和有效的，它解决了DSS在火电厂SIS中应用的若干难题，并为SIS应用的发展提供了新的方向。参考文献：1 侯子良.火电厂厂级自动化系统总体功能设计思路探讨J.中国电力， 2001，34（4） ：56-582勾建兵, 侯子良.电厂SIS建设探讨J.热工自动化信息，2001,(1)3侯子良.再论火电厂厂级监控信息系统 （SIS）A.电站自动化信息化学术技术交流会会议论文集C.2002.4陈文伟.决策支持系统及其开发M.北京:清华大学出版社，2000.5高洪深.决策支持系统 ()理论方法案例M.北京:清华大学出版社，2000.6潘爱民.COM原理与应用M.北京:清华大学出版社，1999.7 Jerry Anderson. 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