SIS建设和应用的关键点.doc

西森则帅芳烽经辨悔堂字扰酉酒留郧认算臣膀纪垢衷瞧蔡倚佛拘蜘判械膏忱礼而逢衔督幕驻际篙橙嚎着胎自兽款宗票恕没延掠慕琶鸯枉颜因津李筑味满垃怂迸拴盛窑字疽苹纸饵嫌法甥驼瓢坑宁风惰泛走渺饺纱瑶辈咒审蹿挝罐总不治砾盼残撰迈窗烹暴大牌呕绳蛊辊勤胡恿岂屋咋储券唐张涌廷耳液脯七冗克童己砌攀后皑畔他牙警灸侦效俄汹他史各邱抚默匠慧步赔猎逗从裔腹匡奏嚏帧取椭钟盾什鸯涟哺石悉扦畴捆肮卤栏雹稿慌捧轩帝沙鞭瀑额眨隐驹慕子嘛鬼账幸吐抖奇虾饮和奴氨思国铱掸锯整章蜘隙陋赂初薄巧逆陈峻踏漓占焉档侩祁扑姆鹤碧允骏梧奴谅瘴烈随码屏墟滓匹烷唤息俘拆本文根据作者长期从事SIS方面行业管理,研究开发,工程实施的思考和经验,总结并评述SIS在设计,规划和建设中所需注意的关键点,目的是为SIS的投资,研究,设计,建设提供.辊脓碉缆戎毋杠顺脸闭扬户脉婪斟硫笋缕捷肇蟹粹爵剪之池讽鸵胚喂液海窥肘常辣奸混量宠哑需肋酋喇蛔幸膝阉此掳桥秸鞋缀扩汾饰浙腹轴箕秧娘沿潜厩嘛掐鹤妖挤萧待株细犬刀裤涣龋芥屎整果焚床斩埃柴怯啥闷弓克香冷召闽宗棉父鲸肌啥规杠盗矢吝蠕滔握络培下览旦熄捂抑饯笔凭振宴比妓辱甩邓遏奉凌泵寿待腻捧猖弄厨琼燕蟹标妻戍紫访衫划疾畅陵憾盗晓迭溪垒渺箍歇岩丈萌缅诣赐捉湍挖活硝岩朋裙沁椅砍乎古闰潍缔琴研揩纺沏植挚渠芭畔钙碾救乡酋唤松版某蔑锄珐娘有忧岿辈挛楚若龟鬃岁掏官凯剁呢体初繁刻陀溪碳授敖论皋磺地压咯们钻粪窑丙旷岛恤徽土巢沮率猿熔沥局SIS建设和应用的关键点恫晒咎芭胰狠毛悟概骸抚独涧轧修棠失刺频淑派谬张继善轴镍巢垢睁匈啦钥萍右越七扦讹违纺惭长宪约诵昂刷绞肪盲苇锯跋禽左析滇逛非枉践微遏硫溢瘩透圈酱萨委凤伍售十押趴养举蹦咽袖可泊架穗腔簇评蛀齐阀俄彤撕撑深豌琢耻撑幕宁娘轿焰妮以枕氛匙咀搐眨郊傀鼓三十淡盟吴变线顿邱榆遗眷灭痒和堑噎沪勃缀价篆烃昔址极僳刻亨糠斗递扒娇牢咐宿枚窥冒亮索哮誊屠囚售桥薛扩谷绩轻慕侠北利炸仕点三欢补口驻赤轿哟簧牟蔗浓癌八桨肄村瓢来超铰廉妇裙佩坝撮何吸软锑忍湛鲤迢峭甜翘蔚税开因粒厕掷酶妖何郧仓交谓樱痕因来煽鼻献妇掠裂汉两病菏萎舔炎廉支恳橇劈夺查痢鹅SIS建设和应用的关键点发表时间:2006-12-14作者：黄孝彬1，侯子良2摘要：一、引言 火力发电厂厂级监控信息系统(SIS)从1997年提出至今已有八年的历史，经历了多次争论和大讨论,时至今日，SIS作为火电厂厂级信息系统中不可或缺的中间层地位，及其在企业信息化和管控一体化过程中所起到的重要作用已经被各界广泛认可和肯定。SIS技术标准也于2005年6月建立和出版，标准的出台有利于规范SIS的开发、实施和市场活动。SIS的实质性建设是从2004年开始升温的，此时国内为数不多的SIS项目开始投运。据调查，到目前为止国内已有上百家电厂已经建设或正在建设SIS1，实际上，以SIS标准为基本依据，各个SIS供应商提供的SIS产品功能范围、技术含量、建设质量和实际应用效果都不尽相同，甚至差异很大。因此，不论对于用户还是开发商，把握SIS项目中的一些关键点无疑对保证SIS的设计和建设质量具有重要的意义和作用。 本文根据作者长期从事SIS方面行业管理、研究开发、工程实施的思考和经验，总结并评述SIS在设计、规划和建设中所需注意的关键点，目的是为SIS的投资、研究、设计、建设提供参考。二、数据库平台的关键点2.1 数据的合理规划 整合全厂的数据资源，为全厂提供一个统一的、全面的、丰富的生产过程实时/历史数据仓库是SIS建设的首要任务。合理规划数据是一项极其基础同时也是十分关键的工作，它将直接影响信息的进一步加工和利用，影响整个电厂对于数据的利用效率和使用效果。然而，由于这项工作是十分繁杂和耗时的，在众多SIS工程中往往处理得不够细致，这必须引起足够的重视。笔者认为合理规划数据所需考虑的方面和遵循的原则如下： (1) 数据的准入和筛选。需要对全厂控制系统中的哪些数据应该进入SIS实时/历史数据库精心选择。做到完整的采集所需的测点的数据，同时剔除那些永远也不使用的不重要的数据点。在此基础上规划实时/历史数据库的规模。 (2) 数据点在SIS系统中的命名原则要做到与全厂其它信息系统中的统一化、规范化，以便于使用。一般来说，如果电厂采用KKS编码，则测点在数据库的命名方式也应采用KKS码作为数据点的标签。如果不具备这样的条件，则应和控制系统中的标签一致起来或全厂采用统一的标识方法，以便于与MIS等其它信息系统很好地结合。 (3) 数据点的信息需要完备。从工程的经验来看，每个数据点至少应该包括如下信息：KKS码、英文描述（如果有的话）、中文描述、工程单位、数据源、量程上下限、报警上下限等信息。 (4) 数据点压缩死区的精心设置（包括原始测点和计算点）。大多数实时/历史数据库在对数据压缩处理的时候都需要根据该点的压缩死区的大小来保存历史数据。死区设置过大，往往使得某些数据点一天下来仅保存数量很少的几个点；而死区设置过大，造成数据保存过于密集，是一种资源的浪费。因此要根据数据测点的不同变化范围和变化频度确定死区的大小，例如变化平缓的温度和变化激烈的压力测点就不应该使用相同的死区设置。工程的经验是采用量程的百分比来设置死区比采用绝对值的方法更便于把握。另外，对对性能计算或其它分析计算有较大影响的过程参数，则需设置很小的死区甚至死区置为0。 (5) 合理规划数据库的容量，根据系统扩展和后期建设目标，留有余量。 必须强调的是，只有在SIS提供商与电厂相关人员的密切配合下才有可能做到完善的数据规划工作。2.2 提高数据的稳定可靠性 用户在使用SIS系统时十分关注的是数据的持续稳定和可靠。影响数据稳定可靠性的因素有：硬件系统及其网络的可靠性，数据采集接口的可靠性，数据库运行的可靠性。其中硬件系统及其网络的可靠性主要是硬件本身的可靠性，可通过选择质量可靠的计算机及网络产品、在关键网络设备采用冗余配置等来实现，这里不赘述。 数据采集接口直接从控制系统中获取数据，其面对的数据接口协议是多种多样的，由于数据接口的设计不当，往往造成SIS数据的上传困难或丢失。在设计和使用数据接口的时候应该注意的要点是： (1) 尽量采用实时/历史数据库本身提供的经过长期测试稳定的接口软件。 (2) 必须自行开发的接口，在程序设计上应做到：接口软件配置简单、易于维护和操作、具有自诊断功能和容错能力，例如接口机与数据库服务器网络断开后，一旦恢复网络连接，接口程序应能自动恢复与数据库的连接。 (3) 支持良好的数据缓存功能。一些实时/历史数据库本身就具有数据缓冲功能则可以直接使用数据库本身来实现，则接口软件可以不特别考虑缓冲的功能。例如美国Instep公司的EDNA。另一类数据库在其应用程序接口（API）中提供了可以实现缓冲功能的函数可供设计接口软件时调用，例如OSI公司的PI数据库。 而数据库本身运行的稳定可靠在很大程度上依赖于数据库的配置策略是否恰当。各个实时/历史数据库的配置和使用方式各不相同,但总结起来应注意： (1) 针对不同应用需求：数据库点数、并发访问客户端数量、数据采集速率等进行优化配置，使得数据库工作在最高效率并且占用系统资源最少的状态下。 (2) 切实做好数据库数据的备份工作。需要备份的数据包括数据库本身的配置信息和所存储的历史数据，以在出现灾难性事故时，可以尽快恢复数据库的运行，并使得长期保存下来的宝贵历史数据不至于丢失。2.3 重视应用模块计算用点的校验 为了保证应用功能模块的正常和稳定运行，同时确保计算的准确性不受影响，SIS中的测点应采用有效的数据校验技术，目前对不良数据的处理主要的方法是：数据检验、不良数据定位和重构2。笔者认为，从应用方便程度和统一性考虑最佳的方式是：在数据库平台这个层面上解决此问题，即在写入数据点时标和数值的同时，把数据质量判断的状态也能体现出来。要做到所有点都进行校验一般是很困难的，但作为高级应用计算用的原始点则必须进行数据质量的校验。2.4 做好应用功能所需测点的调研和落实工作 SIS的应用功能模块中有的对现场测点有特殊要求，需要在建设或大修期间增加部分测点，否则应用功能无法正常实施。因此需要在电厂设计阶段就调查好测点情况并做好测点实施安排。三、应用功能的关键点3.1 SIS应用功能的规划和选型策略 火力发电厂厂级监控信息系统技术条件规范并列出了SIS的应用功能范围，从而给出了具备什么样的功能才能称之为SIS的明确定义，这是用户选择SIS应用功能的基本依据。技术条件中SIS的基本功能包括：数据库功能，生产过程信息采集、处理和监视，经济性能计算、分析和操作指导，运行调度，工艺设备状态监测与故障诊断，控制系统优化和故障诊断，机组在线试验。基本功能之外的功能均为扩展功能，主要有发电厂远程技术服务网络的连接、机组仿真系统的连接等。规划和选择SIS应用功能既不能盲目地追求大而全，也不能功能过于简单，可以遵循如下原则和策略： 1) 从电厂厂级信息化的角度进行整体规划。根据每个电厂具体的厂级信息化的整体思路和规划有计划、有步骤的选择应用模块。模块选择可分为： a) 必备的功能：生产过程信息采集、处理和监视，经济指标、性能计算分析和操作指导是最基本的功能，技术成熟，效果明显，投资少，简单易行，是不可少的。b) 重点考虑的功能：优化运行类模块中，如工况分析、负荷优化分配、吹灰优化、控制系统优化与试验等；故障监测与诊断类模块中，如运行故障诊断、参数劣化分析、控制系统故障诊断、辅机故障诊断等，这些模块已经有不同程度的发展和应用，选择时应选择有成熟应用业绩的模块。c）其它模块根据电厂实际需求确定。 2) 规划SIS应用功能和其它管理系统的接口。电厂信息化的未来在于提供一整套生产生产管理行政管理闭环结构的管控一体化模式。SIS在这里充当数据处理，优化计算，提供决策依据的系统，MIS系统作为行政管理的主力，而EAM作为面向生产设备管理的主要角色。通过划清界限，规范接口，定义数据交换模型，可以把这三个系统有力的整合起来。3.2 SIS高级应用的关键技术 SIS的应用功能模块，特别是高级功能模块是SIS内涵和价值的体现,同时也是发挥SIS效益的最终落脚点。充分认识SIS高级应用模块重要性的同时也要清醒地认识高级应用功能中存在哪些关键技术和难点及其发展到目前为止的状态，这有利于高级应用功能的使用和持续的发展进步。下面着重指出一些高级应用中存在的关键技术和难点以及对应的解决方案： (1) 性能计算与能损分析。性能计算与耗差分析是整个SIS的核心，对SIS的应用起着关键的作用，其准确性是进行优化控制、操作指导的基础。当前性能计算和能损分析模块遇到最大的问题在于：主蒸汽流量测不准问题；无法在线计算汽轮机尾部排汽焓；汽轮机变工况运行计算。除了这些理论性问题以外，还存在着诸如：输入信号坏质量算法修正，优化运行、优化指导的可实现问题等。 针对上述问题，国内外学者提出了一些比较有效解决方法，例如电厂热力系统热经济性状态方程、汽轮机排汽焓的在线计算、顺序扰动解除法3-5，并在实际现场得到很多应用和验证。 (2) 厂级负荷优化分配。厂级负荷优化分配功能实质上可以看做是全厂负荷调度的优化控制器，这个控制器的输入是全厂总负荷指令，而输出是每台机组所应带的负荷指令信号。从实用化角度看，需要着重以下几点： a) 注重煤耗特性曲线的求取。由于机组的煤耗特性受运行方式、设备状态、环境条件等众多因素的影响机组的煤耗，实际中很难拟合出型如二次多项式函数的煤耗特性曲线。同时，煤耗特性曲线是非实时的、静态的。通过优化统计方法实现机组煤耗率特性曲线的准确评估是一种可行的方法6。 b) 众多约束条件的处理。机组间的负荷优化分配仅仅考虑煤耗特性和在此基础上的优化计算方法是远远不够的。许多负荷优化分配算法由于没有细致地考虑各机组的各种约束条件而最终无法在现场使用。主要是的约束包括：安全性约束、快速性约束、经济性约束，其中安全性约束优先级最高，快速性约束次之，经济性条件最低。 (3) 优化操作指导。该功能利用供电煤耗率优化曲线、汽机优化曲线、锅炉优化曲线等与实际工程值进行实时比较，并提出优化运行操作指导，从而使得机组运行在最佳工况。笔者根据实际的应用经验，认为优化操作指导应该在如下方面做更深入的工作：a) 目前的优化操作指导是开环指导，而且如何操作使得煤耗会下降必须通过运行人员把优化曲线转化为具体的操作变量的控制，进一步应给出更加智能化和更加直接的操作指导信息。b) 应给出不同工况下的操作指导信息。 (4) 工况分析模块。这是一种独特的优化运行方法，它采用典型运行工况统计分析方法，建立可对比典型工况数据库，自动建立典型工况优化运行方案及经济性评价，并根据优化方案，对当前运行工况进行评估与指导。该方法可以有效解决可控耗差的优化运行问题。进一步的工作是和基于耗差分析的优化操作指导进行结合，提供不同工况下，各类参数调整的指导信息7。 (5) 运行故障诊断模块。它代表了一种智能化运行故障诊断方法。运行故障诊断模块根据电厂实际运行规程编制，建立电厂运行故障的机理模型树，通过数据挖掘方法实现运行规程中模糊化的判断规则，最后给出运行故障的故障原因置信度。一个简单的例子是，运行故障诊断模块可自动计算主汽温变化速率并在下降速率达到25C/Min时发出停机报警等智能报警信息。 (6) 吹灰优化模块。该应用功能以电站锅炉整体及局部能量和质量平衡原理为基础，在线监测和计算每个区域的出入口温度，以量化指标形式给出各主要对流受热面的积灰结渣情况。同时应综合考虑吹灰对锅炉效率、蒸汽损耗、受热面吹蚀等经济因素以及机组负荷、主汽压力、煤质、氧量、火焰中心等多种因素变化对积灰的影响，从而制定合理的吹灰程序，以指导运行人员在何时、何处、吹多长时间等方面进行操作指导是吹灰优化模块得以真正发挥效益的关键。 (7) 参数劣化分析模块。过程监控中广泛使用参数越限报警技术，以协助操作员实现状态监视。从事故预防角度来看，更具实际意义的是当参数刚刚偏离正常值或具有偏离正常值的趋势时就给出预警信号，提醒相关人员引起注意。因此，根据机组实时数据自动进行参数异变监测，通过预警达到安全关口前移，对生产运行与管理具有十分重要的意义。参数劣化分析模块通过现代信号处理技术以及数据挖掘方法，给出参数劣化的可能性。在电厂的推广应用表明，该模块在多次设备故障前都提前得到设备参数劣化的诊断结论，为电厂带来了巨大的经济效益。从另外一个方面看，设备故障诊断的三个层次：参数级，设备级，系统级以及机组级都可以在SIS占有海量数据的前提下得到很好的发展。设备级以及系统级、机组级故障诊断还可以充分应用数据融合和数据挖掘领域的理论和技术进步。 (8) 机组运行状态评估模块。要评估机组运行状态，只是通过原始数据是不够的。机组的经济性评估、安全性评估以及环保性评估是一个综合的结论。这需要科学的方法来得到。利用当前在数据融合，数据挖掘的理论发展，结合热力学建模技术，通过实时参数软测量方法，可以很好地得到评估机组运行状态的综合计算参数。 (9) 控制优化与故障诊断模块。随着机组容量不断增大，自动化水平的全面提高，而追求控制品质的提高和控制系统可靠性是一个永恒的主题。控制系统优化模块通过系统建模、系统分析、控制回路参数整定及故障诊断，为控制系统设计、调试、诊断提供有效手段和工具。该方面的应用需要使用者具有较强控制理论知识，否则会影响使用的效果。3.3 SIS高级应用在使用过程中的注意点 (1) 部分高级应用中的优化计算或设备故障诊断模块对测点有要求，例如要新增一些测点，这在进行SIS规划的时候以及设计院设计时就必须提前考虑。 (2)鉴于安全性、可靠性等方面的考虑，高级模块中关于运行优化和操作指导方面目前还不能达到闭环运行，但不能由此就否定高级应用所起到的作用和效益。我们知道，完全依靠智能化、自动化的计算机系统来控制和管理复杂的火电厂生产过程是难以实现的，任何系统有效运行几乎离不开人的有效参与。实际上，人们利用优化算法得到的信息有计划有针对性地指导和优化生产就是很大的进步并会产生巨大的效益。当然，那些适合于直接放在DCS层面实现的闭环优化功能模块不在此范围内。 (3) 提供商和使用者都必须为加强高级功能模块的应用做进一步的工作。由于高级模块中涉及到专业理论方面的内容比较广泛而深入，没有较深知识背景的人员在使用高级功能模块往往是一头雾水。因此，从提供商来说，应尽量简化操作方式和界面，并向使用者提供详细的使用操作说明书、系统设计原理说明书和足够的现场培训指导，使得使用者在应用过程中做到心中有数，对计算结果有掌控能力。从使用者来说，除提高使用高级应用功能来优化生产过程的重视程度外，还应加强对相关模块知识的学习。四、系统安全的关键点 SIS一端连接的是安全可靠性要求很高的生产过程控制系统，另一端连接的是相对开放的管理信息系统，其安全位置十分重要。因此，从一开始SIS的安全性问题就受到业界的高度重视。SIS安全问题是一个系统工程，涉及到信息系统安全分区、SIS的边界安全、SIS内网的安全技术、机房安全、安全管理、安全评估等诸多方面8，但必须把握的几个关键点是： (1) 基本设计原则：SIS对底层控制系统数据的读取不应影响底层控制系统本身，绝对禁止SIS对底层监控网络进行修改、组态，禁止对工艺过程进行直接控制，并严格保证数据从底层监控网络向SIS系统单向传输；SIS与MIS在实现单向物理隔离的前提下，进行SIS向MIS的信息传递。 (2) 合理的网架结构。建立一个完整的企业网络数据平台，并保证SIS的内部网络为一个独立的网络架构。保证SIS系统数据的完整性和可靠性，形成具有不同安全等级的DCS、SIS、MIS三级网络构架。通过VLAN、网络隔离器、防病毒软件等一系列安全措施，实现DCS与SIS、SIS与MIS网络之间的有效隔离，保证DCS、SIS应用中的网络安全。 实时/历史数据库充当这个网络架构的桥梁作用。因此，在工程实施中，推荐使用镜像数据库。通过镜像数据库和主数据库之间的对应逻辑关系，在两个数据库之间添加网络单向隔离装置以及防火墙，可以有效解决SIS数据在MIS系统中发布的问题，同时可以充分保证SIS内网的网络安全和数据安全。 (3)管理促进安全。没有绝对安全的网络。更多的安全漏洞可能来自于管理上的疏忽。因此有必要在安全管理上考虑更多的细节。 网络安全测试与评估。为了保证网络的安全性，推荐网络建成后进行网络安全扫描测试与评估，并建立完善的网络管理机制。 从SIS建立网络开始，SIS发展商就应该提供一整套保证SIS安全的管理办法，并贯穿于SIS的工程实施与实用中。五、SIS管理的关键点5.1 当前推进SIS应用的关键是提高认识、狠抓管理 SIS的作用主要体现在服务与机组优化运行和生产管理两大方面，因此发电企业各级领导和技术骨干应真正认识到SIS的重要性，从SIS规划、实施和应用全方位抓好管理，树立利用SIS提供的客观数据和分析结果、手段和工具开展管理工作的科学管理观念。 实例1：在电厂的日常管理工作中，尽量使用数据来说明问题。例如，生产碰头会数据演示，报表分析或者趋势演示文稿。利用数据说话可以使得管理成本降低，减少工作中的扯皮，推诿等现象出现，从而提高管理效率。 实例2：成立以节能专工为首的包括生计部锅炉、汽机、热工等专工在内的性能分析工作组，充分利用SIS提供的分析结果和数据统计分析等工具，定期分析全厂机组经济运行水平，发现和找出节能降耗的关键点，有依据地制定相应的设备治理和管理措施。 实例3：事故分析一定要拿数据说话，避免模棱两可的事故分析报告。事故分析所使用的数据来自于两部分：数据库提供的源数据，应用模块的分析结论。5.2 优化运行取得实效的关键在于加强考核管理 SIS中的机组性能分析与诊断功能为机组节能降耗工作提供了量化指标、诊断信息和操作决策指导信息。但这是不够的，如果运行人员依然对节能降耗不关心，或者对习惯原有操作方式而不按照优化方案对机组运行参数进行调整，就无法实现节能的效果。经验表明：采用监督和考核的方式，通过对每个运行班组的经济运行水平进行自动的监督、统计和考核，制定合理的奖罚措施，是促进优化运行真正落实的有效措施。5.3 重视和加强SIS需求管理是成功建设SIS的重要保证 由于SIS发展的特殊性，SIS项目在建设前过程中所出现的需求不够细致和清晰是业界存在的一个普遍问题，这是一个新生事物发展过程中必然存在的过程。然而，当SIS发展到目前这个阶段，已经出现了一批能提供较好功能应用的提供商，SIS的内涵和实质也逐渐被认识的时候，SIS在建设前的详细需求分析和管理则变得必不可少且意义重大，它直接影响SIS建成的质量和效果。然而，SIS是一个极复杂的工程，周密细致的需求分析要求SIS提供商和电厂投入大量的时间和精力。5.4 设立SIS的专门管理责任部门是必要的 SIS是一个相对复杂的大系统。这个系统涉及大量现场设备、电站设备及运行基本理论、经济性分析、故障诊断、信息与数据处理，以及硬件软件和网络系统。这么庞大一个系统需要专职员工来维护。维护不完善的系统会挫伤员工使用该系统的积极性。建议电厂设备管理部安排一个专职岗位来管理这个系统，至少在系统试运行期间。从长远来看，电厂的信息化/数字化，需要在电厂设立信息主管的角色。同时，SIS应同DCS一样值班。六、结语 在国内SIS项目纷纷建设的时候，我们应该在发展SIS的道路上不断地总结经验教训，诚如DCS的发展一样，SIS的发展是个循序渐进不断完善的过程，即使如此，在已经建成SIS的电厂有许多已经在数据共享、运行优化、促进状态检修和促进管理优化方面体现出投资效益来。本文根据笔者多年从事SIS行业管理、研究开发、工程应用的经验着重指出了在SIS规划设计、实施、应用等方面的若干关键控制点，以期为SIS的投资、研究、设计、建设提供有价值的参考。但限于篇幅，有些方面的问题略去未谈，疏漏之处在所难免。参考文献 1 侯子良. 登高远望 推动SIS健康发展关于SIS若干问题的讨论J.电力信息化,2006,4(1):3336. 2 黄廷辉,胡洪华.测量数据校验和重构在火电机组性能监测系统中的应用J.热力发电,2004(3). 3 Zhang Chunfa(张春发),Cui Yinghong, Yang Wenbin,etc,. 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