（动力机械及工程专业论文）电站信息系统中的数据管理.pdf

摘要 题名：电站信息化系统中的数据管理 姓名：崔彦锋 导师：徐治皋( 教授) 学校：东南大学 正文： 数据是信息系统的灵魂，一个完整的信息系统必然是以数据为核心的，对于电站信息系统，数据 更是出发点和落脚点，信息系统总是围绕数据的采集、管理、计算、分析、共享、发布、展示等多个 环节进行的。对信息系统中的数据进行研究，在理顺系统流程、提高系统效率、降低系统成本等多个 方面具有重要的意义。 本文以厂级监控信息系统为依托，结合具体的工程项目需要，围绕电站生产数据进行了如下研究： 数据在信息系统中的有效利用离不开良好系统框架支持，本文将面向服务架构引入到电站信息系 统的设计中，提出了基于数据的电站企业服务总线架构，并给出了基于w e b 服务的思想方法，进一步 针对作为厂级监控信息系统核心的实时数据库的应用开发接口给出了一种典型的构造电站企业服务总 线的方法。 为进一步提高小型信息系统或部分厂级监控信息系统及其业务模块的数据管理和利用水平，本文 开发了性能良好、功能完备的轻型实时数据平台d e z ，论文总结了d e z 的组成和设计概要，给出了 t c p 上层网和远程处理两种解决平台数据通信的方法，并在全面分析抽象电站数据特点的基础上给出 了数据组织与内存化的方法，最后衙述了d e z 数据接口方面以及实际应用方面的问题。 在轻型实时数据平台的基础上，本文针对大型信息系统的数据管理核心实时数据库进行了深 入研究和开发，论文围绕作者开发的实时数据库模型e x a 展开，首先综述了实时数据库的相关问题， 给出了实时数据库本体体系结构和e x a 的具体组成，然后针对实时数据库研发过程中对包括进程问 通信、事务调度与并发控制、索引结构、数据压缩与存储等在内的若干关键问题进行了详细分析并给 出了e x a 的解决方法，最后分析了与实时数据库性能密切相关的若干效率问题。 论文尾后介绍并分析了作者开发的相关电站应用软件。主要有电站数据接口以及一体化采集模型、 基于x m l 和脚本运算的可组态二次计算系统、基于o f f i c e 的电站自动化报表系统、基于a j a x 的新 型w e b 生产流程流程画面组态系统等。 关键词：信息系统，数据，管理，服务，实时数据库 a b s t r a c t a b s t r a c t t i u e ：d a t am a n a g e m e n to f i n f o r m a t i o ns y s t e mi np o w e rp l a n t n a m e ：c u iy a n f e n g s u p e r v i s o r ：p r o f x uz h i g a o s c h o o l ：s o u t h e a s tu u i v e r s i t y t e x t ： u s u a l l ya ni n t e g r a t ei n f o r m a t i o ns y s t e mi sb a s e do nd a t aw h i c hi sk e r n e l e s p e c a l l yf o r p o w e rp l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，d a t ai st h es t a r ta n dt h ee n d i ti sf o c u s i n go nd a t ac o l l e c t i o n ， a d m i n i s t r a t i o n ，a n a l y s i s ，s h a r i n g , r e l e a s e , r e v e l a t i o na n ds oo n i n v e s t i g a t i o no f t h ed a t ah a sg r e a t i m p o r t a n c ei nf o l l o w i n gs y s t e mp r o c e s s ，i m p r o v i n gs y s t e me f f i c i e n c l o w e r i n gs y s t e mc o s ta n d s o m eo t h e ra s p e c t s t h ep a p e rr e l i e do ns u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m s u c ha s p e c t sa f e s t u d i e db ya n a l y s i so f t h ep r o d u c t i o nd a t a ： a f t e rt h ed i s c u s s i o no fc o m m o ns y s t e mf r a m ea n dl o o k i n gb a c kt ot h ed e v e l o p m e n to ft h e s y s t e ms h u c t e r e , t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r dt h ep o w e rp l a n ts e r v i c eh i g h w a ys t r u c t u r ew h i c hi s b a s e do nd a t a ，i ta l s og i v e sat y p i c a lm e t h o do f b u i l d i n gp o w e r p l a n ts e r v i c eh i g h w a y , t h em e t h o d i sa i m e da tr e a l - t i m ed a t a b a s ew h i c hi st h ec o r eo ft h ep o w e rp l a n ts u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o n s y s t e m i no r d e rt oi m p r o v et h ea d m i n i s t r a t i o na n du s i n gl e v e lo f t h ed a t ao f s m a l li n f o r m a t i o ns y s t e m o rs o m ep a r to f t h es u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e ma n di t sb u s i n e s sm o d u l e ，t h i st e x ts t u d i e ds m a l l d a t ap 】a f f o r m ，o nt h eb a s i so f d i s c u s s i o no f d a t ac o m m u n i c a t i o n ，o r g a n i z a t i o n ，i n t e r n a ls t o r a g ea n d d a t ai n t e r f a c e ，i ta l s og i v e st h ed e s i g n i n ga n db u r g e o n i n gp r o c e s s o nt h eb a s eo fs m a l lr e a l - t i m ed a t ap l a t f o r m ，t h i st e x ta l s oi n v e s t i g a t e di n t ot h er e a l - t i m e d a t a b a s ea n di t sd e v e l o p m e n t i tm a i n l yd i s c u s s e dt h es y s t e ms t r u c t u r eo fr e a l - t i m ed a t a b a s ea n d s o m eo t h e rk e yp r o b l e m s ，i n c l u d i n gc o m m u n i c a t i o nb e t w e e np r o c e s s e s ，a f f a i rs c h e d u l i n g ， c o n c u r r e n c yc o n t r o l ，i n d e xs t r u c t u r e ，d a t ac o m p r e s s i o n , d a t as t o r a g ea n ds oo n 啦st e x ta l s o d i s c u s s e ds e v e r a le f f i c i e n c yp r o b l e m sw h i c hi sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ep e r f o r m a n c eo f t h ed a t a b a s e f i n a l l yt h ea r t i c l ed i s c u s s e ds o m ep r o b l e m so ft h ed a t aa c q u i s i t i o na n di t sr e l e a s e t h e y i n c l u d e ds e v e r a la s p e a t s ，s u c ha st h ei n t e g r a t e da n a l y s i so f t h ed a t aw h i c hi sa e q u i s i t e di np o w e r p l a n t , i n t e g r a t i o na c q u i s i t i o nm o d u l e ，i n d i c a t i o nc a l c u l a t i o nb a s e de l lx m la n da u t o m a t i c o p e r a t i o nw h i c hi sc o n t i g u r a t e d , a u t o m a t i cs t a t e m e n t s ，n e wp i c t u r ec o n f i g u r a t i o ns y s t e ma n ds o k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o ns y s t e m ；d a t a ；m a n a g e m e n t ；s e r v i c e s ；r e a l - t i m ed a t a b a s e 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：雠日期：蛸 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括 刊登) 授权东南大学研究生院办理。 第一章绪论 1 1 课题背景与意义 第一章绪论 电力工业的基础是发电企业，面对发电企业转型过程中出现的竞争格局，稳发电、多发 电、少消耗已成为各发电企业急待解决的重大课题【l 】。电力信息化是这一课题中的一个重要 环节 2 1 。 电力信息化是电子信息技术在电力工业中应用的全过程的统称，是电力工业在电子信息 技术的驱动下由传统工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化工业转变的过程的主要推 动力。电力信息化在电站( 本文指火力发电厂，下同) 主要表现为电站信息化。电厂信息化 可以定义为：综合利用计算机技术、网络技术、软件技术等现代信息技术，融入先进的管理 思想和技术策略，建立贯通发电企业生产经营管理各环节的信息网络，对企业各环节产生的 信息数据进行采集、分析、处理、控制和反馈，并通过信息网络实现信息资源共享，实现电 厂生产经营管理的智能化和自动化，达到提高企业现代化管理水平，提高企业经济效益，提 高企业市场竞争能力的目标。 近几年来，电力行业体制改革使国内电力市场发生了巨大的变化，发电企业面临着更为 激烈的竞争，以提高发电企业生产效率为目标的生产信息化建设也不断开展起来。作为提高 企业竞争力的一个重要途径，生产信息化的核心目标是建立面向生产控制管理过程的信息化 系统，通过对全厂过程数据的采集汇总、分析挖掘和对系统资源整合，使企业管理系统能够 应对生产过程中的实时信息，产生合理的分析管理决策，保证人员和设备均处于最佳的运行 状态，从而不断地提高生产效率。 与之同时，计算机软硬件和网络技术也得到了长足发展。在数据存储方面，国外涌现了 几家专业的大型实肘数据库系统，如美国o s i 公司的p i ( p l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、i u t e l l u f i o n 的实时历史数据库i h i s t o r i a n 和w o n d e r w a r e 的涵盖整个工业软件平台的工厂实时数据库 i n d u s t r i a l s q ls e r v e r 等。在计算机技术和网络开发技术方面，相继出现了包括新型开发基 础n e t 框架、新型开发语言c # 、新型开发平台v i s u a ls t u d i o 等在内的一系列新的技术和工 具，这使得开发基于w e b 的浏览器服务器模式的电厂信息系统更加的快捷高效。在计算机 硬件方面，在作为信息系统承载物的服务器性能进一步提高的同时，诸如专用的冗余服务器 等新型硬件不断出现。在局域网技术方面，通过路由器和交换机等网络设备，结合先进的组 网技术。可以根据具体的需要搭建1 0 0 0 1 0 0 m b p s 高速厂内局域网，此外，还出现了专用于 电力行业信息系统的物理隔离装置，迸一步提高了信息系统的安全性。总之，这些先进的信 息科学技术都将为我国电站信息化系统发展应用和信息化程度的逐步提升提供良好的环境 和条件。 电站信息化是以数据为基础的，一个完整的信息系统必然是以数据为核心的，对于电站 东南大学硕士学位论文 信息系统，数据更是出发点和落脚点，信息系统总是围绕数据的采集、管理、分析、共享、 发布、展示等进行的，对信息系统中的数据进行研究，在理顺系统流程、提高系统效率、降 低系统成本等多个方面具有重要的意义，本文正是围绕电站信息系统( 以厂级监控信息系统 为主要对象) 中的数据( 尤其是生产数据) 展开，并进行研究和开发的。 1 2 电站信息系统与数据管理现状 1 2 1 电站信息系统概述 电站信息化由六大功能系统构成，分别是过程控制系统( d c s 为代表) 、厂级监控信息 系统( s i s ) 、仿真研究系统( s i m u ) 、管理信息系统( m i s ) 、视频监控和视频会议系统( v m s ) 、 决策支持系统( d s s ) 。广义控制系统是生产过程控制层，用于电厂生产过程的控制和调节。 底层是生产设各，由主、辅设备以及监控设备等组成，是电厂生产流程的基本单元。厂级监 控信息系统是为全厂实时生产过程综合优化服务的生产实时管理和监控的信息系统，一方 面，s i s 系统采集生产实时数据，实现性能计算与分析、故障诊断、负荷分配指导等功能； 另一方面，将机组状态信息和性能信息发送给上层的m i s 系统。s i s 系统处于具有高精度、 高速度、高可靠性要求的d c s 系统与实时性要求不高的m i s 系统之间，是电厂信息化架构 中的过渡系统。管理信息系统以安全、经济管理为重点，实现电厂包括基建期管理在内的全 生命周期管理，实现电厂生产、经营管理的全面信息化，并根据电厂内部、外部的信息，以 全厂为对象构建统一的查询体系，向用户提供一致的查询、分析服务，对电厂的生产，经营 目标和发展规划寻求整体最优，提出决策支持。视频监控和视频会议系统提供远程图像监视 和远程会议功能。该层涉及数据库管理技术、统计搜索技术、模拟模型技术、网络安全技术 等多方个面。硬件、网络及系统集成环境系统，以面向生产控制系统的实时数据库，以面向 生产管理系统的关系数据库，以面向数据主题的电厂数据仓库构成了电厂信息化的数据库支 持系统。通过千兆以太网为代表的先进组网技术，结合q o s 、系统- 网络终端三级安全策略、 目录管理统一认证等先进技术，构成了电厂信息化的计算机网络支持系统。电站信息化的总 体结构如图1 - 1 所示。 过程控制系统是电厂信息化的数据源，是电厂整个生产过程控制层自动化系统的总称， 用于各个生产过程的数据采集和控制。广义控制系统包括：单元机组d c s 、d e h 、e c s ， 化学水处理系统、输煤程控系统、除灰( 渣、尘) 程控系统、烟气脱硫控制系统等全部主机、 辅机，以及辅助车间控制的自动化系统。 厂级监控信息系统( s i s ) 是电厂信息化的重要组成部分，其基于生产过程信息实h 寸 历史数据库，结合现代信息技术和电厂生产的专业知识、经验，实现对生产过程的综合优化， 是以运行为主线的决簧支持系统。 s i s 以通讯方式采集电厂生产实时数据，这些数据来自生产过程的d c s 、p l c 等自动化 系统。s i s 对这些数据处理并按照需求与仿真系统、m i s 系统共享。 s i s 使用单向隔离方式和m i s 通讯，并在m i s 侧设立镜像服务器用于w e b 发布，通 2 第一章绪论 过局域网和i n t c r n e t 以b s 方式实现在m i s 侧的s i s 应用。s i s 还通过专门的a p i 为m i s 提 供数据存取服务。 s i s 应用包括数据采集与处理，运行工况监视与查询，运行统计与考核，性能计算与分 析，运行优化，负荷优化分配，控制系统优化，应力与寿命管理，设备可靠性管理，设备状 态监测，机组在线性能试验和系统管理。 图i - i 电站信息化结构模型 仿真研究系统采用先进的计算机仿真支撑技术，仿真建模技术、图形图像多媒体技术、 通讯技术，实现对机组运行控制环境( 控制室) 及运行动态过程的仿真，再现机组正常运行 和事故情况下的各种现象。 仿真研究系统用来培训机组运行人员、热工人员，并实现机组控制系统分析、运行分析、 事故再现及事故预想等研究功能。 仿真研究系统与电厂s i s 的连接，可以从s i s 获取机组运行实时数据，以修正仿真研究 系统的数学模型，使仿真过程与实际机组更加逼近，更加真实：同时，在仿真系统获得的各 种控制系统分析、运行分析、事故再现及事故预想等研究结果，可以通过s i s 送到厂级运行 控制中心，供运行调度决策使用。 工程视频监控系统分为在建项目视频监控系统和电厂视频监控系统两大部分。为实时了 解集团公司在建工程现场情况，实现集团公司对工程现场厂区、主要作业面的远程监控，建 设集团公司在建工程视频监控系统；同时随着基建期逐渐过渡到生产期，在基建项目视频监 控系统的基础上，建立电厂视频监控系统，实现电厂的安全生产、提高生产效率。在此基础 上也可建设集团公司电厂视频监控系统。 东南大学硕士学位论文 管理信息系统( m i s ) 建设的需求可描述为：利用计算机技术、网络技术、软件技术等 现代信息技术，融入先进的管理思想，实现电厂全生命周期的信息管理，为电厂的生产经营 管理者提供生产经营管理各环节真实、准确、及时的信息。 决策支持系统( d s s ) 是在管理信息系统( m i s ) 的基础上发展起来的，一般认为，决 策支持系统是能对决策提供支持的计算机系统，它充分利用计算机系统所具备的数据处理、 模型处理以及分析能力，针对决策问题，主要是半结构化或非结构化问题，强有力的人机交 互方式，帮助管理人员做出决策或改善决策制定的有效性。在上述定义下，决策支持系统具 有如下功能：1 ) 解决管理人员遇到的以半结构化或非结构化问题为主的决策问题；2 ) 把模 型或分析技术与数据存储和检索功能结合起来；3 ) 提供合适的人机交互方式( 对话方式) 供用户使用；4 ) 能适应环境和用户要求的变化。 1 2 2 厂级监控信息系统 厂级生产管理监控信息系统是为火电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实 时管理和监控的信息系统。s i s 目的在于提高全厂运行的经济性、提供完整的运行信息、为 经济运行提供操作指导。借助于技术经济指标、运行参数及其偏差的分析等，s i s 可协助运 行管理人员实施经济运行方式、优化全厂负荷在各个机组的分配、指导运行人员进行操作调 整，从而在保证负荷的饱满度的基础上，节能降耗，提高全厂的经济效益。厂级生产管理监 控信息系统在对全厂各个机组、输煤、除灰等公用系统生产工况的监视的基础上，形成不同 管理阶层、不同管理部门的知识库，以决策支持的方式，实现经济目标控制下全厂的协调生 产【。日。 s i s 以运行经济性为目标，借助于对全厂运行设备的技术经济指标分析提供全厂负荷调 度、运行操作指导信息，指导运行人员，使生产运行的经济效益有所保证，s i s 着重解决的 是生产运行相关联的经济性问题。即s i s 具有“全厂信息”和“经济性”两个重要特点。 s i s 是对生产运行过程的综合管理系统，是厂级运行的监控信息系统，s i s 摒弃传统的 专业壁垒，实现全面的、充分的信息共享，形成“全厂生产过程一体化”的概念，s i s 实时 信息可用于对电厂日常生产的各种实时信息进行综合管理，为实现安全、稳定、经济运行提 供完整、统一的决策支持信息。s i s 接受m i s 或d c s 、p l c 等通过网络提供的实时数据， 以统一的g p s 为标准时标，在线监测设备运行参数、运行状态，并通过相应的计算，形成 能表现发电过程的参数和指标，定期对计算结果进行存储，形成s i s 历史数据库，该数据库 可为运行操作、设备检修、电力市场经营提供必要的信息。 s i s 是贯穿厂级生产主线的决策知识支持体系，帮助运行人员判定设备的经济性，支持 运行人员优化调整运行参数。s i s 在一定意义上讲是d c s 功能的延伸与提高，是厂级“d c s ”。 与d c s 对安全目标的追求不同，s i s 的目标是通过对全厂负荷的优化、对运行的操作指导 使运行过程取得满意的经济效益，s i s 强化负荷管理、追求全厂经济性、强调运行的质量。 s i s 以全厂负荷经济管理为中心，依据机组、公用系统等状态，在对机组效率、设备出力及 能耗等优化管理的基础上，在满足电网负荷需求的条件下，优化全厂负荷在各单元机组之间 4 第一章绪论 的负荷分配p j 。 厂级实时监控信息系统对于电厂的安全稳定运行具有十分重要的意义，s i s 主要集中各 单元机组的参数及设备状态信息、从厂级管理的高度对各机组运行工况进行监视、分析和判 断，并做出决策，指挥机组运行。 厂级信息监控系统的建立，具有重要意义1 1 0 - 1 1 】： i 、火电厂s i s 软件全部以成本核算、经济管理为核心，将原来不可控或不清楚的能量 损失全部量化，进行分析、查找故障，并提出节能降耗的优化措施，强化运行和管理人员的 经济管理意识，促进观念转变。提高电厂的经济效益和现代化管理水平。 2 、s i s 提供了多种供生产管理人员分析、管理生产过程的手段和工具。可最大程度地 利用d c s 和m i s 的资源，使全厂计算机监控网络总体设计合理配置，避免重复设置，减少 工程量，节约投资。 3 、利用s i s 可使电厂的硬件接口、通讯协议规范化，有利于应用软件的开发和应用， 为各种电厂运行、管理优化软件包的应用提供运行平台。可把实时性不强的管理功能上移至 厂级，提高了d c s 的直接监控性，还可降低综合投资费用。同时还可支持远程通讯方式， 使远程设备故障诊断、机组性能分析及信息监控功能的实现成为可能。 4 、s i s 的建立解决了厂级生产、技术层的自动化问题，使火电厂形成完整的d c s 、s i s 、 m i s 三层有机联系的管控一体化系统。 1 2 3 厂级监控信息系统发展现状 信息化是当今全球的发展趋势，我国火电厂自动化的发展在走过分散控制系统时代和网 络化时代后，即将进入数字化和信息化时代。火电厂厂级监控信息系统s i s 作为在这一发展 历程中的一个重要环节从概念的提出到如今已有七个年头了。 截至2 0 0 6 年初，我国共计1 4 个公司承担了1 2 6 个电厂的s i s 项目的建设，其中单机容 量不低于3 0 0 m w 机组的s i s 共计8 8 套，占7 0 ，新建电厂的s i s 计9 6 套，占7 6 ，具有优 化功能的s i s 计9 6 套，占7 1 ，具有独立网络的s i s 计9 5 套，占7 5 5 ，由国内公司供货的 s i s 计有1 0 2 套，占8 1 5 ，这些数据有力的表明，我国的s i s 系统建设正在步入高潮【l ”。 侯子良教授在 2 0 0 0 年电厂仪表和控制( i c ) 系统设计原则中提出应进一步提高全厂 综合自动化水平，在大型火电厂配置厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，简 称为s i s ) 的新设计思路。经过一个短暂的酝酿期后，在2 0 0 0 年国家经贸委颁发的火力发 电厂设计技术规程( d e s 0 0 0 - - - 2 0 0 0 ) 第1 2 1 0 条“厂级监控和管理信息系统”中明确规定， 。当电厂规划容量为1 2 0 0 m w 及以上、单机容量为3 0 0 m w 及以上时，可设置厂级监控信 息系统。”目前，s i s 已在新建大型火电工程中普遍推广应用；同时，已经投入运行的一些 大型火电厂也纷纷在增配s i s 功能软件。2 0 0 5 年，火力发电厂厂级监控信息系统技术条件 ( d i i 9 2 4 - 2 0 0 5 ) 由国家发改委正式批准颁发。这标志着厂级监控信息已经从百家争鸣的 发展状态转入规范化建设阶段“2 】。 由于s i s 集计算机技术、信息技术、热能动力学、电气工程、控制理论、管理科学等多 5 东南大学硕士学位论文 个方面的知识为一体，具有技术密集、连接系统多、应用覆盖面广、安全与可靠性指标要求 高、投资大、建设周期较长等特点，它的建设具有相对高的难度和高风险，在规范化建设 s i s 过程中，两个问题受到越来越多的关注：一是s i s 的实用化问题，二是s i s 的投资与收 益问题。这两个问题深入探讨和解决的过程，也将是s i s 理念落到实处，s i s 真正发挥作用， 产生效益的过程，是一个s i s 不断做深做细的过程，也是s i s 的重要发展方向l l 】。 总的来说，s i s 正在以前所未有的速度蓬勃发展着，并逐步进入积极稳妥的推广应用阶 段，进入规范化标准化的建设阶段。 1 2 4 厂级监控信息系统中的数据管理现状 s i s 主要是围绕来自发电厂现场生产过程的实时数据进行工作的。因此从数据处理的角 度来看，简单地说，s i s 工作主要在以下几个方面【i l j ： 1 、整合生产过程数据，连接过程信息孤岛。 通过s i s 接口设备将电厂各台机组的d c s 、脱硫、输煤、化水、除灰、除渣、n c s 、 r t u 等控制系统的过程信息实时、高速、自动地采集到全厂统一的基于时间序列的实时，历 史数据库中，并将这些数据长期保存，进行数据积累。通过构建厂级的过程数据平台，将原 本来源分散独立、互不联系的过程数据以时间为序整合到统一的数据库中，为全厂提供访问 统一、自动连续、实时性强、海量存储的数据平台。 2 、发布数据，加强对机组运行全方位的监视。 通过标准统一的c s 或b s 客户端，不仅可以为在集控室的运行人员和值长们随时提供 机组全面的实时和历史的运行情况，而且还可以通过b s 的形式在企业内部网内发布，把在 线监督机组运行的人员范围从运行人员扩大到办公室的技术人员和公司管理层，使他们也能 及时和准确地掌握机组的运行情况，提出意见和建议，非常有利于机组的安全和经济运行。 3 、数据计算和分析，指导优化运行，促进节能降耗。 通过对统一的数据库中的实时数据进行各种在线计算，对长期保存的历史数据进行分析 和统计，其结果可以指导运行人员更有效地利用设备资源，提高机组和全厂的运行生产效率， 同时还能提高管理层的生产管理水平。 实h 蝴，史数据库软件是整个s i s 系统开发的基础，直接关系到整个s i s 系统能否高效、 大容量、稳定、安全地进行全厂实时数据的采集和处理以及历史数据的保存和利用。 s i s 系统必须采用实时数据库系统处理生产过程数据。这种基于时间顺序的实时数据库 系统专门针对实时数据的处理和历史数据的存储进行了优化设计，并采用特有的压缩专利技 术，在保证数据精度的同时，大大降低了数据的存储空间，提高了检索速度，同时，这种数 据库有丰富的外围设备接口，包括常用的d c s 和p l c ，并且支持o p c 、m o d b u s 、i c c p 等 标准通讯规约。在s i s 系统中根据一些特殊功能的需要，可以配置一个关系型数据库，用于 存储基于二元关系的数据，起到对实时数据库的一个有益的补充。 目前建设的s i s 系统中，一个非常重要的特点就是，作为s i s 数据核心、运行基础以及 投资最大部分的实时历史数据库，大都是由国外软件厂商提供的，截至2 0 0 6 年初，我国s i s 6 第一章绪论 建设中实时历史数据库型式如表1 - 1 所示【1 2 】 表1 - 1 实时历史数据库选型概况 数据库型式数据库厂商套数所占份额 p i 美国0 s i 公司 3 7 e d n a 美国i n s t e p 公司 1 5 p g i m a b b ( 中国) 公司 1 3 国7 7 8 0 s y n c b a s e英国欧陆公司 1 1 外 ( 9 8 套) i h i s t o r i a ag e ( 中国) 公司8 s q l 美国w o n d w a r e 公司 8 i a s q l美国w o n d w a r e 公司5 e d c 艾默生过程控制公司 1 o p e n p l a n t上海麦杰科技公司 1 4 2 2 2 0 国 x j i ) b 上海新华公司 7( 2 8 套) 内 i n o v a 山东鲁能软件公司 6 a g i l o r中科院软件所 1 由表1 - 1 可见，实时历史数据库多数是由国外软件供应商提供的，且这些软件多数并不 是专门为电站信息系统开发的，为改变这种状况，对厂级监控信息系统中的数据库及数据管 理进行深入研究，对于s i s 的完全国产化和长远发展是具有重要意义的。 1 3 本文主要内容 在对信息系统数据管理进行研究、开发以及实施过程中发现现有系统存在一些不尽如人 意的地方，主要有以下几个方面： ( 1 ) 数据采集 电站一般存在多种控制系统( 多台机组的d c s 系统、t d m 、脱硫、辅助网络等) ，如 何高效的将各下层控制系统数据( 现场数据) 采集入库，是所有上层信息系统需要考虑的第 一个问题，但目前各信息系统对这个问题的处理简单化，如采用定时触发机制，定时将批量 数据循环写入数据库；当异常发生( 如数据采集接口机与数据库服务器断开或数据服务器故 障等) 时，数据入库中断；各控制系统接口分散布置，各自为政，不能集中控制，或集中控 制水平偏低。采用定时机制发送数据，会将大量没有发生变化的数据推向服务器，造成网络 流量增大并增加服务器负担，且增加数据库中无效的数据点：未采用数据接口机本地缓冲机 制，则会造成数据丢失；接口的分散控制，不能有效、及时、便捷的发现数据接口的问题， 增大维护人员的工作量。这些均是电站信息系统数据采集中的重点问题。 ( 2 ) 数据管理 目前电站的信息系统一般采用关系数据库或实时历史数据库来进行数据存储，电站数据 7 东南大学硕士学位论文 的特点是时序性强、数据量大，这些特点决定在特定的系统( 如厂级监控信息系统和实时信 息系统) 中，需要采用实时历史数据库。但现在广泛采用的实时历史数据库( 如p i 、e d n a 、 h a s q l ) 等均是国外厂商开发的，丽且这些系统并非针对电站进行开发的，同时，由于采用 国外产品作为核心，使系统的不可控性增强，给系统的开发和实施造成困难。 ( 3 ) 数据发布 信息系统间的通信是不可避免的，一般通讯方式均选择通用协议( 如单向无连接网络协 议b d p ) 以及标准接口( 如o p c 工业标准) 等进行的，但随着w e b 开发技术的发展和b s 结构的广泛应用，越来越多的系统选择浏览器作为实现容器，这为数据的发布提出了新的命 题通过w e b 发布数据，而大多数数据库或数据类产品并未提供这个功能。 ( 4 ) 数据展示 许多信息系统是采用组态系统( 如i f i x ，i n t o u e h 、k i n g v i e w ) 等实现的，当系统仅有 少数客户端时，这是非常有效的实现方式，但当系统需要跨网络或客户端较多，需要通过 w e b 实现时则面临问题，一般的解决方案是采甩a e t i v e x 控件嵌入浏览器运行以解析组态好 的文件，但这种方法往往带来不易部署、不易升级等等司题。 本文正是针对上述问题，围绕电站信息系统( 以厂级监控信息系统为代表) 中的数据( 尤 其是生产数据) 展开，在基于数据的信息系统体系结构构建、实时历史数据库应用分析、实 时数据平台的构建、实时历史数据库的研发、数据采集与发布等多个方面进行了讨论，并结 合工程实践进行了考察与分析。本文各个章节的安排如下： 第一章绪论。 第二章在分析现有信息系统以及厂级监控信息系统建设现状的基础上，通过引入s o a 设计方法，对电站企业服务总线和基础数据服务进行了讨论，并进一步的分析了基于常见的 实时数据库的基础数据服务。 第三章研究电站信息系统轻型实时数据平台的构建，主要研究轻型实时数据平台的体系 结构和实现过程中的数据通信、数据组织、数据接口等关键技术。 第四章主要研究实时数据库的开发过程，分析了实时历史数据库的需求和组成结构，并 针对其中若干关键问题，如进程间通信、事务调度与并发控制、索引结构、数据压缩等进行 了研究。 第五章主要讨论数据的采集与发布，在数据采集方面，本章对数据采集接口系统进行了 研究，并给出了一体化分布式数据采集方案；在数据发布与展示方面，系统针对典型的两种 数据应用：数据报表与生产流程实时画面进行研究，给出了可图形组态的数据二次计算系统、 自动化报表系统和基于a j a x 的新型实时画面组态系统。 第六章结论与展望，总结全文，并指出今后的研究方向。 g 第一章绪论 参考文献 【l l 皋岚松，孔凡义火力发电厂厂级监控信息系统( s i s ) 建设纲要，2 0 0 5 s i s 年会 【2 】陆延昌，依靠科技进步提高火电厂自动化水平，中国电力，1 9 9 8 ，1 1 ( 3 】3 侯子良，关于厂级自动化概念的探讨，热工自动化信息，1 9 9 8 ( 1 ) f 4 1 侯子良，再论火电厂厂级监控信息系统，电力系统自动化，2 0 0 2 ( 1 5 ) 【5 】曹文亮等，电厂厂级信息监控系统现状及其发展前景，中国电力，2 0 0 2 ( 9 ) f 6 1 勾建兵侯予照，电厂s i s 建设探讨，热工自动化信息，2 0 0 1 1 【7 】裴俊峰，发电厂厂级实时监视信息系统( s l s ) 的探讨，华中电方，2 0 0 3 ( 5 ) 【8 1 8李蔚等，火电厂的s i s 建设及实时数据库平台的选择，浙江大学学报，2 0 0 3 ( s ) 【9 】李仁军等，电厂厂级监控系统( s i s ) 体系建立和实践，电力信息化，2 0 0 3 ( 6 ) 【l o 】江浩，电站运行优化决策支持系统的研究，东南大学博士论文，2 0 0 3 2 1 1 1 扬东，s i s 投资要点与效益，2 0 0 5 s i s 年会 【1 2 】崔志强，侯子良当前s i s 应用基本情况统计分析，2 0 0 5 s i s 年会 9 东南大学硕士学位论文 第二章基于数据的电站企业服务总线 数据是电站信息系统的主要处理对象，如何使数据能够更好的被处理利用是电站信息系 统在数据管理方面需要解决的第一个问题，这个问题的解决必须通过建立照好的系统框架来 进行。本章将针对电站信息系统的框架进行研究，在提出基于数据的电站企业服务总线的基 础上，进一步结合目前广泛使用的实时数据库进行扩展和深化。 2 1 电站企业服务总线 本节将在讨论典型的电站信息系统厂级监控信息系统一架构的基础上，提出依据 面向服务架构建立电站企业服务总线的思路，并重点阐述w e bs e r v i e t g 在其中的应用， 2 1 1 当前s i s 的系统架构与数据平台 信息系统架构分析必须从系统的定位出发，并依据系统功能进行展开。通过s i s 与d e s 及m i s 的对比，可以明确的了解s i s 的定位。d c s 重在控制，m i s 重在管理，s i s 则位于 二者之间，是一个以知识化、专业化为主线的信息系统或决策支持系统，是一个以生产监视、 分析、调度、指导、考核评价为主要内容的生产管理系统。因此在s i s 的架构设计中，关键 是看其主要内容、承担的任务和完成的功能。根据其实质性内容和发展定位来确定其架构。 如系统中有厂级负荷调度等自动控制功能，就要强化其安全性和可靠性，与控制系统靠近并 与m i s 更严格地隔离。如系统只是生产过程信息的收集、处理和综合应用，则应在与控制系 统严格隔离的同时与g l s 更紧密地结合，突出其开放性和易用性【l 】。图2 1 给出d c s 、s i s 、 m i s 的层次关系和功能侧重。 醒i s d c s 公文、人事、财务 捡修、经营等流程 管螽! 生产安对倍息及分 析系统 i 公文、人求、财务 l 检髂、经营铎流程 l 管理 l l l il l 实时信息粲成 l 生产过程优化 i 和管理 l； l 役磊；i 控 m i s s i s 圉2 - id c $ $ 1 s m i s 功能侧重对比 根据以上s i s 的定位分析以及第一章中描述的s i s 功能。可知，$ 1 s 的系统架构主要包 括两个方面的问题：网络部署与系统结构。 1 0 第二章基于数据的电站企业服务总线 s i s 的网络部署一般是围绕核心交换机进行的，其网络拓扑图有两种画法。分别如图2 - 2 和图2 - 3 所示【2 】。 圈2 - 2s i s 网络部署的总线画法 圈2 - 3s i s 舟络部署的中心商法 前面谈到，s i s 的个重要基础是实时数据库，s i s 的系统结构也是以数据为中心进行 部署的，一般而言，根据功能可以依据“采集管理应用”进行分层架构，如图2 4 ( 示 意图，仅部分功能) 所示嘲。 东南大学硕士学位论文 圈 m i s ( 管理信息系统) 可丁 信息监控生产优化远程技术设各检测过程性能计 分析调度服务故障诊断算 吣 ) 乏 ( 一c 实时数据库管理系统， o 丁丁彳丁t 丁t 丁 d c s p l cm i 其它现场数 l 集散控制系统可编程逻辑控制手工录入据源 圈2 - 4s i s 分层架构 将图2 - 4 的加以变形和细化，可以得到目前常见的以数据平台为基础的s i s 体系结构。 如图2 - 5 所示。 i 实时监控ll 性能计算l 网网 其它系统 m i s e r p l s i s 功能 斋曰日畸网 数据库 (1 j 垒0 - 器o 磨 麋b j 瑚杆台一辇h 到 弼一。 n 卜 图2 - 5s i s 分层架构的细化 j - _ j回圈 第二章基于数据的电站企业服务总线 2 1 2 面向服务架构 上一小节我们讨论的s i s 系统架构是从其定位和功能出发的，是设计人员对用户需求的 一种基本反应，这样的架构具有模块明确、结构清晰的优点，但它在可扩展性、可伸缩性、 可集成性等方面都存在问题。本小节中，将讨论面向服务架构在电力行业信息系统中的应用。 在讨论面向服务架构之前，首先回顾一下体系结构的发展里程f 4 】，整个里程如图2 - 6 所 示。 图2 - 6 软件体系结构发展 早期的软件产品大都是单层软件系统，从整体上看，软件没有层次，通常一个应用程序 包含了所有的应用逻辑，从后台的数据处理到前台对用户的响应，以及对处理结果的显示， 所以应用软件往往比较庞大。单层软件的优点在于：所有处理均在一个应用程序中完成，没 有经过中闻层次，程序运行效率比较高，对用户的响应也比较快。但是单层软件的缺点也很 明显：在开发阶段，软件开发人员之间的协作比较困难，在测试和维护阶段，对软件的局部 改动往往导致整个软件体系的修改，软件发布后，在系统升级和开发新版本时，往往需要全 面调整程序结构甚至废弃原来的大量代码，从而导致系统更新缓慢。 对于网络应用和分布式应用，单层结构显然不能满足要求。于是出现了客户朋务器访 问模式。即将应用程序分成两个部分，客户端部分和服务器端部分。在这种两层结构的应用 中，按照业务逻辑处理部分所处位置不同，分为两种情况。用户界面和业务逻辑都放在客户 端从而使应用的负担都是由客户端来承担，称为“胖客户”。与之对应的另一种情况是将业 务逻辑处理放在数据库服务器端，称为“瘦客户”。 在两层结构中，如果把业务逻辑处理放在客户层，则往往使客户层非常笨重，如果把业 务逻辑处理放在服务器层，则往往难以在数据库系统中实现复杂的应用逻辑。因此，将业务 逻辑处理作为单独一层，作为中间层，两层结构就自然演变为三层( 或多层) 结构，从而形 成真正的分布式应用系统。 在多层应用结构( 包括三层) 中，客户层( 也称为表现层) 只提供