（热能工程专业论文）基于pi数据库的sis系统的生产信息数据集成及监控平台的设计.pdf

东南大学硕士学位论文 摘要 本文着重研究基于p i 实时数据库的s i s 系统的生产信息数据集成及监控平台的设计。 生产信息数据集成是使用p i 数据库作为全厂统一数据平台，全面集成生产信息。监控平台 的设计利用p i 数据库提供的二次开发工具，实现生产信息画面、生产管理信息画面等的发 布，包括c i s 模式和b s 模式两种访问模式。 论文首先阐述了s i s 的概念及研究应用情况，介绍p i 数据库技术及其在s i s 中的应用。 论文以机组d c s 、负荷调度指令、手工输入三个方面的信息集成为例，说明以p i 实时数 据库为平台，运用p i s e m a p i 接口、串口通讯、c + + 程序设计等方面技术，实现生产信息 数据集成的各种模式和方法。论文还介绍了p i p r o c e s s b o o k 、p i a c t i v e v i e w 等工具应用， 并研究了a c t i v e x 控件、v b a 编程、a s p 网页开发、i i s 网站建设等方面的技术在监控平 台的设计过程中的应用。 在论文的最后，作者对论文进行了总结，并提出了若干重要的改进意见。 关键词： 监控信息数据库数据平台监控平台s i sp id c si n f i 9 0w e b 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yr e s e a r c h e so np r o d u c i n gi n f o r m a t i o nd a t ai n t e g r a t i o na n ds u p e r v i s o r y p l a t f o r md e s i g no fs i sw h oi sb a s e do fp ir e a l t i m ed a t a b a s e t h ep r o d u c i n gi n f o r m a t i o nd a t a i n t e g r a t i o nu s e so fp i d a t a b a s ea sp l a n tu n i v e r s a ld a t ap l a t f o r ma n di n t e g r a t e sp r o d u c i n g i n f o r m a t i o nd a t ac o m p l e t e l y u p e r v i s o r yp l a t f o r md e s i g nu s e ss e c o n d a r yd e v e l o p e r su t i l i t i e s p r o v i d e db yp it op r o m u l g a t et h eg r a p h i c s e sc o n t a i n i n gp r o d u c i n gi n f o r m a t i o na n dm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n ，i n c l u d i n gt w oa c c e s s i n gm o d e sw h i c ha r ec sm o d ea n db sm o d e f i r s t l y , t h ep a p e re x p o u n d st h ei d e ao fs i sa n di t sr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nc o n d i t i o n s t h i s p a p e ri n t r o d u c e sp id a t a b a s ea n di t sa p p l i c a t i o ni ns i s t h ep a p e ri n t r o d u c e sd a t ai n t e g r a t i o no f u n i td c s ，l o a dd i r e c t i n gs t a t e m e n ta n dm a n u a li n p u ta se x a m p l e s t h ep a p e rt h e ne x p l a i n sm o d e s a n dm e a n so fr e a l i z i n gp r o d u c i n gi n f o r m a t i o nd a t ai n t e g r a t i o no np id a t a b a s ep l a t f o r m ，u s i n g p i s e m a p ii n t e r f a c e ，s e r i a lp o r tc o m m u n i c a t i o n ，c + + p r o g r a md e s i g na n ds oo n t h ep a p e ra l s o i n t r o d u c e st h eu t i l i t i e so fp i p r o c e s s b o o ka n dp i - a c t i v e v i e w t h ep a p e rs t u d i e st h ea p p l i c a t i o no f a c t i v e xc o n t r o l ，v b ap r o g r a m m i n g ，a s pp a g ed e s i g n , i i sw e bs i t eb u i l d i n gi nt h ef i e l do f s u p e r v i s o r yp l a t f o r md e s i g n f i n a l l y , t h ea u t h o rm a k e sas u m m a r i z a t i o n a n dt h i sp a p e rp u t sf o r w a r ds o m ei m p o r t a n ti d e a a b o u ti m p r o v i n gd e s i g n k e yw o r d s ： s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o n s i sp i d a t a b a s e d c s d a t ap l a t f o r m n f i 一9 0 s u p e r v i s o r yp l a t f o r m w e b -r-r-linn卜o-i_p h k c o i - 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 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生虢丝日期：必 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。 研究生签名 日期： 东南大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 论文选题背景 随着近几年我国电力体制改革的深入，厂网分开、竞价上网已经成为必然的趋势，电 力市场的出现，使电力调度、运行方式、决策管理、计划和财务各部门围绕火电厂最大效 益目标而工作，这就要求火电厂必须对各种企业资源建立完善的管理网络，使各个方面资 源得到充分调配、平衡和控制，最大限度地发挥它们地能力，实现企业生产资源与其它资 源的管理一体化，实现生产现场的在线管理，降低成本。另一方面，新技术不断涌现，如 现场总线技术、信息技术、网络通讯技术，使得全厂的信息和资源都能够共享。在这两方 面因素推动下，加快火电厂信息化建设，高度重视企业现有的软硬件资源的整合，在整个 电厂范围内实现信息共享，推动火电厂管控一体化的发展已经成为工厂自动化和管理现代 化的必然趋势。 厂级监控信息系统( s i s ，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 ) 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，它与m i s 系统有机组合形成完整 的全厂信息系统。s i s 系统属于厂级生产过程自动化范畴，是实现电厂管理信息系统与各 种分散控制系统之间数据交换的桥梁。s i s 系统以分散控制系统为基础，建立在开放性实 时数据库上，以安全经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的 数学模型，实现整个电厂范围内信息共享，厂级生产过程的实时信息监控和调度，为电厂 管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据。同时、通过比较和分析，能提出科学的、 合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。 p i 实时数据库系统( p l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是由美国o s is o f t w a r e 公司开发的 基于c s 、b s 结构的商品化软件应用平台，是工厂底层控制网络与上层管理信息系统连接 的桥梁。p i 用于工厂数据的自动采集、存贮和监控。作为大型实时数据库和历史数据库， p i 可在线存贮每个工艺过程点的多年数据。它提供了清晰、精确的操作情况画面，用户既 可浏览工厂当前的生产情况，也可回顾过去的生产情况。同时能实现在i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下进行信息发布。 由此，建立以p i 实时数据库系统作为统一数据平台为支撑系统的s i s 系统，对于建立 面向市场经济的管控一体化，加快火电厂信息化建设有重要意义。 本文所研究的生产信息数据集成和监控平台正是基于p i 实时数据库的s i s 系统的重要 组成部分。 1 2 s i s 的研究应用现状及未来 1 2 1s i s 概念的形成 s i s 的概念在国内最初于1 9 9 7 年由电力规划设计总院侯子良先生提出，概念提出后即 第一章绪论 在学界和行业内引起广泛深入的探讨，也出现不小的争论。至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 l 5 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。”n 1 s i s 的发展由此进入项目试点阶段。目前，s i s 已在新建大型火电 工程中试点应用。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 和功能。 对于s i s 的确切定义、功能及其在电厂自动化信息化体系中的地位，目前仍在积极探 讨细化中，但对于s i s 的总体原则在业界已经有了基本的共识。 1 2 2 s i s 的定义与功能 什么是厂级监控信息系统( s i s ) ? 侯子良先生对其定义为：火电厂厂级监控信息系统 是主要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。 根据s i s 的概念，s i s 可以包括很多功能，例如：生产过程信息监视、统计和分析功能； 全厂调度和机组负荷优化分配功能；厂级及机组级性能计算和分析功能；设备状态检测以 及故障诊断和维修指导功能；动态成本分析及实时报价功能；机组寿命管理功能；远程监 视及技术服务功能等。 1 2 2 1s i s 与机组级监控系统( 如d c s ) 的区别： ( 1 ) 服务对象不同。s i s 主要为全厂综合优化服务，而d c s 等是为机组( 车间) 级自动化服务。 ( 2 ) 主要功能不同。s i s 功能大量用于对实时生产过程的管理目的，只有少量用于 监控目的( 例如负荷实时调度) ，而d c s 等则相反，主要是监控功能，但也同样包括少量 管理信息( 例如历史数据存档等) 。 1 2 2 2s i s 与管理信息系统( m i s ) 的区别： ( 1 ) 服务范畴不同。s i s 属于实时生产过程管理和监控范畴，而m i s 属于企业管理 现代化的范畴。 表1 1s i s 与d c s 、m i s 的技术对比 对比内容d c ss i sm i s 面向对象 特性 物理位置 操作员 实时性 集控室、电子间、 就地i o 柜 总值长、总工等 准实时 值长室、管理楼 总工、厂级管理人员、 投资方等 非实时 管理楼、厂外 + s i s 到d c s 的数据仅限负荷调度指令 ( 2 ) 实时性要求不同。s i s 实时j 陛强，且不说全厂生产过程的综合监控需要连续进 行( 例如负荷实时调度) ，就是生产过程的管理，也属于实时性管理，许多问题也必须三班 2 东南大学硕士学位论文 不问断地处理( 例如设备状态监测和分析) ；而m i s 的实时性要求就低一些，属于离线分 析和管理，一般也无需三班制值班。 s i s 与d c s 、m i s 的技术对比见表1 1 2 1 。 。 s i s 与d c s 、m i s 的层次关系见图1 1 。 图1 1s i s 与d c s 、m i s 的层次关系 1 2 3s i s 的研究及应用现状 1 2 3 1 国内外与s i s 相关的研究 在软件方面，从目前情况看，为提高电厂的整体管理水平和运行效率，增强电厂的市 场竞争力，国外一些著名的生产厂商纷纷在实时控制的基础上不断向管理层面发展而进行 了开发研究，开发了类似于s i s 的一些软件包。这些软件在国外已有较多的应用业绩，且 取得了良好效果。目前与s i s 相对应的成熟产品列举如下【3 1 1 ”。 ( 1 ) 实时数据库：o s l 公司的p i ，w o n d e r w a r e 公司的i n d u s t r i a ls q l s e r v e r ，h o n e y w e l l 冻死的u n i f o r m a n c e ，a s p e n 公司的i n f o p l u s ，s c i e n t e c h 公司的r - t i m e r 系统等。 ( 2 ) 控制管理的综合系统：a b b 公司的一体化产品o p t i m a x 系统，s i e m e n s 公司的 s i e n e r g y 系统，h o n e y w e l l 公司的全厂自动化系统t p s ，f o x b o r o 公司的将过程控制和 全厂管理相结合的信息管理系统i as e r i e s 等。 ( 3 ) 能量管理软件：s i e m e n s 公司的s r 2 ，a b b 公司的e m s ，b a i l e y 公司的c o n o p t 等。 ( 4 ) 设备及系统性能优化软件：b a i l e y 公司的c o n v a l i ，a b b 公司o p t i m a x - m o d l ， 第一章绪论 s i e m e n s 公司的s r 4 ，a l s t o m 公司的v e g a 等。 ( 5 ) 过程信息统计和分析软件：b a i l e y 公司的c o n c a l 、c o n d a s 、c o n m e a 等。 ( 6 ) 设备故障诊断和分析软件：f i s h e r - r o s e m o u n t 公司的a m s ，f o x b o r o 公司的 a e m ，a l s t o m 公司的电站性能输出和计算模块及汽轮机故障分析模块等。 国内尽管s i s 概念提出时间不长，但在技术研究和产品开发方面已取得了不少成果， 相继推出了一些比较成熟的实时数据库、机组性能优化分析、故障诊断与状态检修系统等 产品，很多已经成功应用于工程实践中。 新华控制工程有限公司的实时监控信息系统x s i s 4 0 0 即包含了s i s 概念中包含的大部 分功能1 5 j ：厂级生产过程实时运行监视( k i s s ) ：单元机组运行性能计算( o p c s ) ；单元机 组运行能损分折( o p l a s ) ；单元机组运行故障诊断( o d m s ) ；厂级负荷优化分配( l o d s ) ： 单元机组炉管寿命评估( b t l a s ) ；汽轮机振动采集、监视和分析( t c m ) ；汽轮机高中压 转子温度场计算和寿命评估( s a i l e r ) 。 1 2 3 2 s i s 在国内电厂的应用 s i s 的发展，比历史上任一项自动化技术( 包括d c s ) 在火电厂的应用发展如此迅速， 实际上试点工程还没有投产，就已在新建单机容量3 0 0 m w 机组的电厂中推广应用，甚至 在少部分老厂中也在逐步规划实施。 目前，s i s 在国内的应用一般包括两种情况，即采用全盘引进的系统和采用结合国情 的系统1 6 j 。 采用全盘引进系统这种形式的主要代表电厂是国华准格尔电厂。该厂容量为2 x 3 3 0 m w ，建设期全盘引进s i e m e n s 公司提供的一体化解决方案s i e n e r g ys y s t e m 。目前，投 入了s i s 的部分功能，由于是全盘引进系统，与国内在管理思维方面存在差异，尚未表现 出应有的成绩，还需进一步完善。 采用结合国情系统的形式在实际过程中又可以分为结合国情利用国外成型的功能模块 成套构成s i s 系统与从国情出发独立开发自己的s i s 两种情况。其中前一种的代表电厂有 上海吴泾第二发电厂( 2 x 6 0 0 m w ) 和浙江长兴发电厂( 2 x 3 0 0 m w ) ，他们采用a b b 的 企业i t 解决方案o p t i m a x 并结合电厂的情况，规划数据库容量和应用软件的内容，实现 了基本功能。后一种的代表电厂有宁夏石嘴山电厂( 4 3 0 0 m w ) 和湖南株洲电厂( 2 3 0 0 m w ) ，其中石嘴山电厂采用由西安热工研究院依据电厂的情况开发的t p r i - - s i s 系统， 实现了全厂实时监控、耗差分析等基本功能。株洲电厂采用由新华控制工程公司的s i s 系 统，实现了全厂实时监控、耗差分析等基本功能，在经济负荷分配方面做了进一步的工作。 关于s i s 在国内目前应用的评价，侯子良接受媒体专访时表示“目前投运的s i s 还不 多，大部分还处于在建阶段，已投运的s i s ，应用功能也不完善，因此，至今还没有见到 系统对比测试分析报告。但是仅据有的厂反映，s i s 已经对电厂安全经济发挥重要作用， 他们经常聚在会议室里根据s i s 提供的大量数据分析机组的状况：值班人员根据s i s 提供 4 东南大学硕士学位论文 的经济操作指导，不断修正自己的操作；此外，还根据s i s 提供的输出与反馈偏差提示及 时发现了故障等等，因此，s i s 已深受电厂的好评。”【7 】 同时由于s i s 如此迅速的推广应用，使经验少、技术不大成熟成为非常突出的问题。 相信随着行业标准火力发电厂厂级监控信息系统技术条件等规程的出台，s i s 的发展 将更加规范、有序、成熟。 1 2 4 从s i s 走向电厂数字化、信息化 有专家指出2 0 0 0 年前后十年火电厂自动化已经或将经历四个时代：分散控制系统时 代、网络化时代、数字化时代和信息化时代【引。 所谓火电厂信息化，就是：火电厂生产过程监控和企业管理的所有必要信息均应无重 复的得以采集和通过数字网络共享：经过自动处理，使信息尽可能浓缩和智能化；信息的 采集、处理和反馈应最大限度实现自动化，减少繁重的人工信息采集、录入、处理和反馈 处理的工作量，提高安全性和劳动生产率。由此，信息化的定义可以简述为：信息网络化、 信息智能化和信息自动化【引。 通过厂级监控信息系统( s i s ) 和管理信息系统( n t i s ) 的广泛应用，厂级和机组( 车 间) 级可全部数字化，并形成一个信息共享的数字化网络。在厂级、机组( 车间) 级实现 数字化( 网络化) 基础上，进而实现现场设备级数字化，即全面推广应用现场总线系统， 最终实现电厂信息化。 s i s 吹响了火电厂信息化的号角。 1 3 本论文主要研究内容 本论文主要研究内容如下： ( 1 ) 生产信息数据集成。生产信息数据集成是使用p i 数据库作为全厂统一数据集成 平台，全面集成生产信息，包括机组分散控制系统( d c s ) 、各辅助车间程控系统( p c s ) 、 现场的控制器( p l c ) 、各种需要人工设定的数据、负荷调度指令等。并以以机组d c s 、负 荷调度指令、手工输入三个方面的信息集成为例，说明以p i 实时数据库为平台，运用 p i - s e m a p i 接口、串口通讯、c + + 程序设计等方面技术，实现生产信息数据集成的各种模 式和方法， ( 2 ) 监控平台的设计。利用p i 数据库提供的二次开发工具，实现生产信息画面( d c s 监控画面、主要辅助车间监控画面) 、生产管理信息画面等的发布，包括客户机监控和网络 ( i m e r n e t i n t r a n e t ) 发布，即c s 模式和b s 模式两种模式。文中介绍了p i p r o c e s s b o o k 、 p i - a c t i v e v i e w 等工具应用，并研究了a c t i v e x 控件、v b a 编程、a s p 网页开发、i i s 网站 建设等方面的技术在监控平台的设计过程中的应用。 5 东南大学硕士学位硷文 第二章基于p i 数据库的厂级监控信息系统 2 1 项目背景介绍 本系统是针对南京苏源热电有限公司( 咀下简称苏源热屯) 一期2 x 1 3 5 m w 燃煤供热 机组及二期2 x 3 d o m w 发电供热机组研制的厂级监控信息系统，以下简称本系统或s i s 系 统。 本系统的应用包括实时监控、厂级负荷分配、实时性能计算、运行分析优化指导、主 辅机状态检测、设备寿命计算和状态分析、系统故障诊断和其它优化软件等，他们均建立 在分布式实时数据库p i 平台之上，应用数据来自生产现场d c s 、p l c 和其它工程控制系 统r p c s ) 。实时数据库通过各种数据采集接口通过高效和可靠的手段从现场收集大量的实时 生产数据，并保存起米，同时其又可以通过通用接口从管理系统中获得管理数据以指导生 产管理，另一方面，s i s 系统提供开放的接口为m i s 系统提供实时，历史数据和s i s 系统计 算，分析后的数据，为管理层的决荒提供支持。( 如图2 1 ) 图2 1s i s 的总体结构 2 2 本系统的主要技术特点 ( i ) 全厂生产信息数据集成。s i s 系统的实时数据库系统不但集成了全厂控制系统的 实时数据还可以通过标准接口从m 1 s 系统获取必要的管理和决策信息，通过二次开发的 软件自动获取负荷调度指令，以及通过手工录入平台录入数据，从而真正实现全厂数据集 成。 6 第二章基于p i 数据库的厂级监控信息系统 ( 2 ) 分布式统一数据平台。本系统采用美国o s i 公司的p i 实时数据库。p i 数据库是 性能卓越、运行可靠的分布式实时历史数据库平台，该平台可以无缝集成多数实时历史 数据。 ( 3 ) 高扩展性的架构。基于平台产品和专业化应用构建的高扩展性s i s 系统。 ( 4 ) 基于行业的应用。s i s 系统的应用功能以生产现场实用性为原则，其实现的功能 应对生产现场具有实际指导意义。从目前国内外s i s 系统情况看，s i s 功能分为两部分： 其一为成熟的应用功能；其二为有待完善的功能，因而本系统的功能分两完成，首先实现 s i s 的成熟功能，今后完成s i s 的拓展功能。 ( 5 ) 与第三方系统的无缝集成。由于提供了符合国际标准的接口形式( o p c 、d d e 、 o d b c 、a d o o l e d b 、儿) ，以及丰富的i o 控制驱动( 支持各种d c s 、p l c 系统，支 持s c s i 、p c ii o 坂卡，支持m o d b u s 、p r o f i b u s 、h a r t 、l o n w o r k s 、c a n b u s 、f f 等总线协 议) ，很容易与其它控制系统、监控软件、s c a d a 系统、s i s 系统、m i s e r p 系统无缝集 成。 ( 6 ) 应用集成平台。友好智能的人机界面，方便管理和运行人员的客户端集成平台。 其中监控平台包括客户机监控和网络( w e b ) 发布，即c s 模式和b s 模式( i n t e m e t i n t r a n e t ) 两种模式。 ( 7 ) 高效的数据检索能力。采用高效的数据检索算法，辅以事件、标签功能，使用户 在大量的企业数据中快速的查询到需要的数据。 ( 8 ) 生产数据的实时性、历史性。达到毫秒级的采集速率，真正体现数据的实时性； 高效的压缩和恢复技术体系了数据海量存储和历史数据的真实性。 ( 9 ) 完全分布式容错硬件平台。支持网络、i 0 设备、节点、数据库全面冗余，数据 自动恢复。在软件上采用缓冲存储、自动连接、在线备份技术确保数据的连续性。 2 3 本系统的功能设计 s i s 系统今年来在国内外电力系统中的到了迅速的发展，但就其实现功能而言，有些 已经成熟，有些还有待进一步完善。本系统从工程实用的角度出发，s i s 系统的功能按“总 体设计统一规划、具体实施分步实现”的原则设计，根据生产现场的实际情况，首先实现 应用成熟、现场能实际见效的功能；对于尚待完善的功能目前留用实施的接口，待成熟后 分步完成。 本系统完成的功能分述如下： 2 3 1 全厂生产过程监控功能( 含生成实时生产数据报表) s i s 系统的首要任务之一是形成一个全厂生产实时信息的数据平台。本功能汇集了炉 机电d c s 、辅助车间控制系统、电网调度等的实时生产数据，定期按要求在p i 数据库中 存储归档。 p i 数据库和现场系统的通信连接有四种情况：通过p i 提供的标准定制接口连接，如 7 东南大学硕士学位论文 # l 机一# 4 机d c s 系统( i n f i 9 0 系统) ：通过p i 提供的统一开放接口连接，如m o d i c o n 、 a b 、s i e m e n s 等p l c 系统，可以用开放接口o p c 、m o d b u s + 等连接：对于没有提供标 准开放接口的系统( 非标准接口) ，可以用p i 数据库提供的应用开发编程工具a p i 或s d k 编程，再由接口计算机传送连接；对于某些提供网络连接的接口可以直接用统一的网络协 议互联。 对于p i 数据库中的数据全厂的客户均可以对其进行实时浏览，系统提供模拟图、曲线 趋势、参数图、表格等界面，并按要求实施刷新。并能以统计报表的形式向各职能部门提 供所需的各种信息。 本功能对生产现场的实时信息根据生产工况特性，进行必要的数据处理，以保证数据 的可靠性，为系统进一步数据分析计算创造条件。 2 3 2 运行性能在线分析、诊断与优化功能 运行性能在线分析、诊断与优化功能包括数据管理、运行性能在线分析、优化运行、 负荷经济分配、设备诊断等功能模块。 ( 1 ) 数据管理：数据采集模块从各实时和非实时数据源采集数据，进行必要的相关予 处理，对从实时数据模块得到的原始数据执行单测点数字滤波、相关联测点数据校正等工 作，然后，结合在线能量平衡进行数据协调，进一步的计算分析提供更完整、更高质量的 运行数据。管理和维护机组的实时运行数据和运行特性等。实现数据的集中和统一管理。 接受各数据采集模块提供的运行数据及计算分析模块的计算结果；向上一级各计算分析模 块提供实时和历史运行数据及运行特性等。 ( 2 ) 运行性能在线分析：从数据协调和校正模块得到实时运行数据、从数据管理模块 取得运行特性等数据后，先计算当前机组运行的各项性能指标，对运行设备进行经济性综 合评价。 ( 3 ) 优化运行：对全厂运行工况进行作能损分析、经济性评估，分析其原因，进行操 作指导，使机组在最优工况下运行，运行效率最高，煤耗最低。 ( 4 ) 负荷经济分配：提供用于调度端调全厂负荷时的经济负荷分配和调度方式，以实 现各机组根据s i s 的经济负荷分配结果进行负荷调节使全厂机组以最佳的方式运行。 ( 5 ) 设备诊断：应能实时监测电厂运行设备的运行状态信息，在此基础上结合其它统 计数据，进行设备故障诊断。 2 3 3 汽机安全保护与振动监测及振动故障诊断功能 本功能是有一个已开发成熟的软件系统( t s i & t d m ) 实现。系统包括数据采集与监测、 振动分析、数据库管理和故障诊断等软件包。 t s i & t d m ( 汽机安全保护与振动监测及振动故障诊断系统) 是集成了传感器技术、信 号处理、计算机应用、专家系统、神经网络等技术的高科技产品，它为机组建立起了一套 严密的振动监控保护体系。系统通过连续在线监测机组运行的重要状态参数，及时了解机 8 第二章基于p i 数据库的厂级监控信息系统 组的运行状况，为事故征兆的预诊断提供重要的数据资料，对己发生的故障进行快速的诊 断分析，及时指出故障原因，提醒运行人员采取必要的措施，为机组的安全运行提供可靠 的保障。此外该系统还为企业建立科学的预测维修机制提供了技术基础：即通过系统的严 密监测和诊断分析，判断机组有无异常或故障趋势，较准确地估计机组继续运行的可靠时 间，使机组使用寿命最长和意外停机事故最小，避免过剩维修，既保证了机组的安全运行， 又能获得巨大的经济效益。 2 3 4 动态成本分析和实时报价功能 动态成本分析和实时报价系统是s i s 的主要功能之一。动态成本分析和实时报价系统 使电厂从传统的煤耗控制转到发电成本控制上来，从常规的电力经营成本核算转移到电力 产品的商业化运作，使电厂电力市场的建立与完善过程中走在前面。在报价系统中建立优 化运行基础上的实时可变成本，建立电厂的的检修成本、设备折旧、财务费用、人力等固 定成本及经营性成本模型( 包括煤场损耗) ，以便及时核算实时发电成本。在报价系统中及 时反映国家的电力政策与市场规则，形成电厂的的报价策略。同时该软件包建立电力市场 的风险分析与辅助决策模块，在已有的信息与市场规则基础上，分析市场运作的趋势与规 律，对电厂所在的地区和电力市场进行市场情况预测与报价风险分析。 2 3 5 设备寿命计算和状态分析 系统可根据工艺系统和设备本体热工测量参数的变化自动地对一些恶劣环境下工作的 重要部件或设备的寿命( 如过热器、再热器、汽包等的金属寿命；汽轮发电机组轴系、叶 片以及推力瓦的金属寿命等) 进行计算、分析和故障预测，并以此为依据来制定设备的维 护、检修计划，既可保证设备的安全运行，又可减少无谓的大小修，使电厂在保证安全运 行的基础上，获取最大的经济效益。 2 3 6 控制回路优化 依据对运行参数历史数据的系统辩识，自动调整控制回路的模型结构和参数设置，通 过过程模型校验、回路仿真，提出回路优化方案，提高控制回路调节性能。 近年来根据火电机组被控过程的具体特点，深入开展了多变量控制、预测控制及模糊 控制工程化研究，并用于实际机组，解决了部分常规控制无法解决的难题，先后完成了锅 炉主蒸汽压力的优化控制、发电自动控制系统( a g c ) 及一次调频控制系统、过热蒸汽及再 热蒸汽温度的内模控制、大型锅炉均衡燃烧模糊控制、除氧器和加热器水位多变量控制。 给粉机和凝结水泵变频控制和汽轮机停机强迫冷却控制等，有效地改善了控制系统的品质。 目前，以上功能中前三项功能较为成熟，后三项要进一步完善。 2 4 本系统的网络平台 2 4 1s i s 对网络的要求 为满足s i s 系统内部数据交换，s i s 系统与过程控制系统、m i s 系统信息共享，需要 建立一套先进的计算机网络系统，使电厂的每一台计算机节点都能按规划访问其应用的信 9 东南大学硕士学位论文 息资源。电厂厂级监控信息系统计算机网络系统的建设应该满足以下几方面要求： ( 1 ) 更高的主干网带宽。建成后的企业主干网将达到千兆。快速的桌面宽带，桌面宽 带高到1 0 0 m 。 ( 2 ) s i s 网络系统应具有完备的自诊断功能，设备硬件故障应在网络管理计算机上报 警。 ( 3 ) s i s 网络系统应具有高度的可靠性、高速性，对网络上任一设备( 包括计算机设 备) 和线路的故障，切除、修改或恢复投运，均不影响其它设备的正常运行，并保证实时 数据的不丢失。 ( 4 ) 网络主干及采集层交换机采用全冗余配置；通讯线路，服务器网卡，采集计算机 网卡采用冗余配置。 ( 5 ) s i s 网络应具有极高的安全性。对网络的任意客户的登录访问，数据流向进行控 制及隔离。 ( 6 ) 服务器可利用s a n 光纤存储网络提高性能和数据的可靠性。 ( 7 ) s i s 网络结构应具有先进性，开放性，网络结构应具有可扩展性，网络容量满足 工程机组容量设计，并留有余量。 为了实现这些目标，要求在整体设计中选择产品的技术一致性、拓扑结构的合理性、 各种网络设备的互联性，今后发展的扩充性，并且需要便于管理和维护。 2 4 2 本系统的网络平台实现 s i s 网络连接电厂的d c s 控制系统和其它的控制系统，s i s 系统中的实时数据库服务 器、功能站、值长站、系统维护站，以及办公大楼内的客户终端，形成一个统一的数据传 图2 2南京苏源热电有限公司s i s 网络拓扑图 l o 第二章基于p i 数据库的厂级监控信息系统 输网络系统，整个网络系统的拓扑结构如图2 2 所示： 为了确保s i s 网络的安全性，通过设置不同层次的授权传输权限，来确保s i s 内部数 据与外部传输的安全性。在交换机内配置访问控制列表，通过设置过滤器来保证只有经过 授权认证的值长站，功能站，服务器系统及客户终端等才能在s i s 内部网络上接受或发送 数据，而不在控制列表内的设备，则拒绝进行数据通讯传输，并予以封锁。既保证了内部 数据的完整性和安全性，也保证避免受到外部不确定因素的攻击。 同时，做到网络交换机、计算机网卡、通讯线路等全冗余连接，并完成自动切换， 保证实时数据不会由于网络系统的任意设备或线路的故障而丢失。 2 5p i 实时数据库 p i 实时数据库系统( p l a n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是由美国o s is o f t w a r e 公司开发的基 于c s 、b s 结构的商品化软件应用平台t 9 l ，是工厂底层控制网络与上层管理信息系统连接 的桥梁，p i 在工厂信息集成中扮演着特殊和重要的角色。p i 实时数据库系统适用于电力、 石油、化工、冶金、造纸、制药、水处理、食品饮料、通讯等各种生产流程企业的生产过 程优化。 2 5 1p i 数据库的结构 p i 数据库由服务器、客户和接口三大部分组成。为使得用户针对不同工业应用很容 易配置符合自己要求的p i 系统，p i 各组成部分由模块化组件软件构成，如图2 3 所示。 数 据 分 析 w e b 浏览 _ 曩模b 务壶麒用 壤驽繁# - v - 篇墼 d c s 髟一廖| c 芒j 图2 3p i 系统的基本结构图 东南大学硕士学位论文 p i 基本配置是所有p i 应用系统的基础，是其最小的子集，任何一个p i 系统都应该包 含基本配置内容。p i 系统的基本配置包括：服务器p i u d s ( u n i v e r s a ld a t as e r v e r ) 的主要功 能：客户端p i - p r o c e s s b o o k 、p i - d a t a l i n k 、p i a c t i v e v i e w 的主要功能；可供选择的接口软 件。 p i 扩展配置是在p i 基本配置的基础上，根据实际应用需要，增加相应的功能组件。 ( 1 ) p i 服务器 p i 服务器软件是由p i 系统的基本模块p i u d s 组成，包括：核心子系统( c o r e s u b s y s t e m ) 、网络管理( p in e tm a n a g e r ) 、服务应用( p is e r v e ra p p s ) 、配置与管理应用 ( c o n f i g u r a t i o na n da d m i n i s t r a t i v eu t i l i t i e s ) 、接口( i n t e r f a c e ) 、p i a p i 和p i s d k 。 ( 2 ) p i 客户软件模块 p i 客户可分为c s 客户和b s 是客户。在p i 基本配置中c s 客户主要包括p b ( p r o c e s s b o o k ) 和d a t al i n k 软件包；对b s 客户主要由a c t i v e v i e w 软件组成。 p b 是一个图形用户界面接口，用户可建立各类画面，包括：趋势图、图素、值、棒 图和其他动态图形。p r o c e s sb o o k 目的是让每个用户在自己的桌面以一本书的方式建立起 自己的生产运行和管理画面。p r o c e s sb o o k 支持o d b c 、a c t i v e x 、v b a 等微软最新的技术。 d a t a l i n k 在p i 系统和常用的微软的电子表格( e x c e l ) 之间提供生产数据的动态连接。 它是在电子表格端通过在菜单条和对话框上使用“加入”功能实现的。用户能很方便、快 捷的用p i 系统的实时和历史数据填充电子表格，每用户都可用p i d a t a l i n k 和电子表格做 数据分析和生成报表。 a c t i v ev i e w 提供以w e b 方式浏览全厂的生产实时数据，作为一个a c t i v e x 控件，将 工厂实时数据与t c p i p 网络紧密的结合起来，实现了在i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下进行信息发 布、趋势分析等多项功能。 ( 3 ) p i 接口软件 o s i s o f i 软件公司作为独立的第三方软件供应商，目前可以提供多达3 0 0 多种和不同 控制系统的接口，包括所有主流d c s 厂家、不同p l c 厂家、不同p c s 厂家不同时期产品 的标准接口。此外，p i 系统还提供支持工业标准的数据通讯接口，如o p c 、m o d b u s 等等。 对于非标准的工业控制系统，p i 数据库提供了使用的软件开发工具a p i ，用户可以 自行编制接口软件，以各种数据交换的协议从控制系统读写实时数据，在p i 侧通过p i a p i 节点将获取的实时数据送入p i 数据库。 2 5 2p i 数据库的数据压缩存档机制 实时数据库系统的特点是对事务或数据施加了定时限制，实时数据的正确性不仅依赖 于逻辑结果( 数据的内部一致性) ，而且依赖于逻辑结果的产生时间和导出结果所使用数据 的时间一致性，其选取数据的基本原则是宁要部分正确的及时数据也不要绝对准确的过时 数据。基于这样的原则，o s i 软件公司开发了独特的s w i n g i n gd o o r ( 旋转门) 数据压缩技 1 2 第二章基于p i 数据库的厂级监控信息系统 术应用于p i 中，为p i 数据库系统高效存储大量的实时数据提供了技术保证【l 们。 2 5 2 1 p i 系统的数据流程 来自d c s 等数据源的数据先要经过p i - n e t 或a p i 节点中的接口程序进行例外测试 ( e x c e p t i o nt e s t ) ，只有当数据变化程度超出各节点预先设定好的例外偏差时，该数据才会 认为是值得收集的而被传送。有些数据可能还要经过一个优先排序过滤器进行过滤筛选。 这样既能大大减少实时数据传输时的网络流量，又可减轻系统处理数据的负担。 然后数据会流向两个方向，其一是作为最新数据以快照( s n a p s h o t ) 形式保存在主存 中，以便用户能够快捷地访问和处理近期的数据。数据的另一个流向是存储归档( a r c h i v e ) ， 在归档之前数据必须经过压缩( c o m p r e s s i o n ) ，有时还要作归整( s c a l i n g ) 处理。 【数据来源( d c s 等) 例外测试 l 数据快照 l 压缩检测 i 时间队列 l 归整处理 l 存档缓存 i 在线归档 图2 4p i 系统的数据流程 数 据 流 程 2 5 2 2 旋转门压缩技术 p i 数据库系统采用了十分独特的旋转门专利压缩技术，大大提高了数据压缩比，能够 有效的节省数据存贮空间。数据进入归档前经过如下的压缩过程： 从第一个归档数据点开始，以它到当前数据点之间的连线为中轴，过这两点作一个宽 度为2 倍压缩精度的平行四边形。随着当前数据点的不断更新继续以同样方法画出新的平 行四边形并继续扩展。当产生的平行四边形不能容纳上个存档点到当前点之间的所有数据 点时，则让当前这点通过本段压缩，将上个数据点归档保存，其他的点不存档。以刚才保 存的新归档数据点为起点继续重复以上的过程，平行四边形总能从一个归档点延展到下一 个归档点。随着以上过程的不断进行，最后被归档保存的仅是图中打圈的那些点，这样就 达到了高效压缩的目的。如图2 5 所示。 东南大学硕士学位论文 砸酾鞠睡啦馥毒蛐筏骐鳍酾瓴峨摹酶镞酶鳓碱谲j 嘲醉酸酶：| l 蛾赫解：桶沲| a i i 酶 图2 5p i 数据库的旋转门压缩技术 2 5 2 3 系统压缩数据的调用恢复 p i 系统归档的数据都是压缩数据，数据的时间间隔不是均匀的。对归档数据进行调用 恢复分两种情况： ( 1 ) 调用压缩数据：这种情况下指定时间范围