（热能工程专业论文）厂级监控信息系统中pi数据库的研究和应用.pdf

东南火学砸卜学位论文 摘要 随着计算机技术和网络通信技术的快速发展，目前很多大中皑火电j 己采州分散控制系 统d c s 和辅助控制系统p l c 等，机组的白动化水平得到很大提高。但在各种摔制系统中包 含着大量的实日j 信息，各控制系统中聚集的数据不能艮久保存，这样就使得各控制系统之间、 控制系统币ij 级管理信息系统m i s 之间信息交换不能满足电j 生产运行的需要，无法在伞 厂范闱内安现信息共享，而厂级 忾摔信息系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称s i s ) 的山现就很好地解决了这难题。s i s 系统是主要为火电j 全j 实时生产过程综台优化服务 的生产过程实时管理和怖控的信息系统，它形成一个仝厂统一的实时牛产信息数据平台，j f ： 在此甲台上完成经济性、安全性等方面的生产优化。s i s 介于控制系统和管理信息系统之间， 是生产控制系统和管埋信息系统之间沟通的桥梁。 论文源于实际项日，阐述了s i s 系统的概念，按照s i s 的设计思想进行了总体功能设计 和结构规划，根据安全性和经济性的原则埘s i s 系统进行r l i 吏件平台和软件平台的刚骨，剥 选定的统一数据平台p i 实时数据库的结构和功能模块以及其数据服务器组成进行了介l ! 。 论文介绑了s i s 的核心p i 实时数据库平台的建立上作，包括p i 数据在双机集群上 的安装、对p l 数据序数据流程的了解、数据文档的创建、接口的配置、点的建立以及数据 库中绸和j = | j 户的建立等。 论文深入研究了p i 数据库的数据处理技术，介缁r 其数据处理的两个主要模块，即p e 表达式子系统和t o t a l i z e r 累训子系统，并币l j ) l j 它们完成了系统所需的各类二次计算以及电量 累计等计算。 在论文的最后介绍了p t 数据库系统的符理和维护丁作，土要包括p 1 数据库健康状志检 盘、p l 系统消息日志和记录文件的查看、p ) 数据库文档的查看和管理以及p l 数据库文档和 整个系统的备份及恢复等。 关键词：厂级监控信息系统、p i 数据库、p i p e 、p i t o t a l i z e r 、p 1 系统管理 东南大学硕士学位论文 a b s t r a c t w j t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , a l a r g en u m b e ro fp o w e rp l a n th a v e8 1 r e a d ya d c p t e dt h ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e md c sa n dt h e a s s i s t a n tc o n t r 0 1s y s t e ms u c ha sp l ca n ds oo n ，s ot h e i ra u t o m a t i z a t i o ni e v e ii m p r o v e d b u tt h e r e a r eal o to fr e a l - t i m ei n f o r m a t i o nj n c l u d e di na l lk i n d so fc o n t r 0 1s y s t e m a o dt h e s ec o n t r o ls y s t e m c a nn o ts a v et h e i rd a t af o ral o n gt i m e ，i nt h i sw a yt h e s ec o n t r o ls y s t e mb e c o m es e p a r a t e d ，s od o t h ec o n t r o ls y s t e ma n dt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h ei n f o m t a t i o nc a nn o tb es h a r e da l l o v e rt h ep l a n t s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ( s h o r t e n e df o r ms i s ) c a l ls o l v et h e s ep r o b l e m s e a s i l y t h i sp a p e rb a s e do np r a c t i c a lp r n j e c t ，e x p o u n d st h ed e f i n i t i o no fs i s ，a n dd e s i g n st h em a i n f u n c t i o na n ds t r u c t u r ef o rt h ep r o j e c t ，a n da l s oc o n f i g u r e st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ef l a t sf o rt h e s y s t e mb a s e do nt h ep r i n c i p l eo fs e c u d t ya n de c o n o m y w ec h o o s ep 1r e a l - t i m ed a t a b a s et ob et h e u n t i v ed a t af l a t ，a n di n t r o d u c ei t sc o n f i g u r a t i o na n df u n c f i o n a lm o d u l e nd e m i l t ob u i l dt h ep id a t a b a s ef l a tf o r l cs y s t e mi st h ec o r et e c h n o l o g y , i n c l u d i n gi n s t a l lp i d a t a b a s eo nt h ec l u s t e r , u n d e r s t a n dt h ed a t af l o wo f p ls y s t e m ，e s t a b l i s ht h ed a t aa r c h i v e ，c o n f i g u r e a l lo f t h ei n t e r f a c e s ，b u i l dt h ep o i n t sa n df o u n ds o m eg r o u pa n du s e rf o rt h i ss y s t e ma n ds oo n s t u d i n gt h ed a t ap r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo fp id a t a b a s ei sa n o t h e rt a s ko ft h i sp a p e r i t i n t r o d u c e st h et w od a t ap r o c e s s i n gm o d u l e s ( p ea n dt o t a l i z e r ) f i r s t l y , a n dt h e nu s et h e mf i n i s h t h ec a l c u l a f t o nt 1 1 a tn e e d e d t h el a s tp a r to ft h i sp a p e rm a i n l yi n t r o d u c e st h em a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c ef o rt h i sp i d a t a b a s e ，i n c l u d i n gp id a t a b s eh e a l t hc h e c ke x a m i n et h ep im e s s g el o g sm a dr e c o r df i l e s ，c h e c k t h ep ia r c h i v e s a n dt h ew h o l es y s t e m sb a c k u pa n dr e c o v e rw o r k k e y w o r d s ：s i s ，p id a t a b a s e ，p ip e ，p it o t a l i z e r , p is y s t e mm a n a g e m e n t l 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已在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名：蘸垄聋 日期：! ：i ：生 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沦文。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：眸导师签名：罐日期： 东南大学硕士学位论文 1 1 论文选题背景 第一章绪论 目前，国内大多数大中型电厂在机组( 车间) 级帧挖方面采用了先进的d c s 和p l c 控制 系统，在生产管理方面建立了管理信息系统m i s ，但是长期以来过程控制系统与管理信息系 统一直处于孤立运行状态，经营管理系统缺乏牛产实时数据支持，荐个控制系统互不联系形 成一个个自动化孤岛，缺乏信息传递和共享手段，湮没在各个控制系统中的大量信息没有得 到提炼和应用。 随着电力体制改革的深入和企业外部环境的变化，电厂的运营目标不再足单纯的维持机 组止常稳定运行，而耍在保证安全生产的基础上通过优化控制、管理，使设备潜能得到充分 发挥，使整个生产保持在最经济的运行状态。不少企业在机组经济性分析、故障诊断和电厂 集中生产管理方面做了一些工作，如尝试在d c s 巾加装机组性能计算和运行优化软件包， 在m i s 中加入实时数据嘲上查向系统等，但很多工作没有达到预期目标，实际效果并不理 想。经过多方面的分析和总结，人们逐渐认识到：除了其它技术和管理因素外，很重要的原 因是缺少一个统完善的厂级生产数据甲台，d c s 主要定位是机组过程控制，在d c s 上开 发上层应用的要求高、局限火、更改维护嘲难。而且可能影响控制的安全稳定性，不是一个 理想的选择。而m i s 主要针对办公、财务等静态结构型数据管理而设计，其中的关系数据 库无法满足实对过程数据管理的需要。凼此，必须建立一个专门面向生产管理层的中间层系 统，用一个企业级的实时数据平台集成全厂过程控制信息系统，并在此基础上开发建设各种 高级应用系统”j 。 1 9 9 7 年，电力规划设计总院首次明确地提出了厂级监控信息系统的概念，“发电厂厂级 监控信息系统是主要为发电厂生产过程优化服务的生产过程实时管理和监控信息系统”。之 后又有人提出了包括过程控制、厂级 | 控、管理决策三个层次的发电厂厂级自动化结构和计 算机集成生产系统( c i p s ) 模型。2 0 0 0 年厂级监控信息系统正式纳入了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 ) 中。该技术规程第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。”火力发电厂设计技术规程成为指导基建工程中规划设计厂级 监控信息和管理信息系统的纲领性文件，多数新扩建电厂已经将s i s 作为必备系统纳入基建 项目统一招标，同时，已经投入运行的一些大型火电j 也纷纷在增配s i s 的功能，s i s 的开 发和应用进入了一个快速发展阶段。 实时历史数据库是s i s 系统中最重要的基础运行平台，担负着数据采集、存储、转换 等重任，它一方面从各控制系统中获取实时数据，另一方面把采集到的实时数据经过加t 处 理后传送给m i s 网络。日前国内外电厂s i s 项目中大多采用美国o s l s o f i 软件公司丌发的 p 1 ( p l a n ti n f o r m a t i o n ) 实时数据库系统。p i 用于电厂数据的自动采集、存储和监视。作为 大型实时数据库和历史数据库，p i 可在线存储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，用户既可浏览屯厂当前的生产情况，也町回顾过去的生产情况，可以 说p i 完牟符合s i s 系统数据厍要求容量大、可靠性高和响廊速度快的要求。 p i 数据库系统是一系列厂级监控和分析软件模块组成，主要包括服务器、客户端和接 口三大组成部分。服务器端软件主要削丁通过接口程序来对现场数据进行采集、处理和存储， 为客户端应用软件提供需要的数据，它担负着建立s i s 系统统一数据平台的重任，同时它还 提供了一些数据处理模块米对采集的实时数据进行必要的计算处理。p i 数据库的管理和维 护刘于系统管理员来说是一项十分重要的t 作，合理地对p t 数据库进行管理和维护关系到 第一章绪论 整个系统的稳定运行。 1 2s i s 的研究应用现状 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 牟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j 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，使食业管 理层的经营决策更具科学性。 1 2 1s i s 的定义 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山，概念提出后即 在学界和行业内引起广泛深入的探讨。经过过去几年国内各电厂的实践，s i s 系统的定义终 于得以提出：火电厂厂级监控信息系统是土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【3 】。 1 2 2s i s 与d c s 和m i s 的区别 电力生产企业生产和管理一般分为3 个层次【4 】，即下层的控制操作层d c s 等，面向运 行操作者；中问的生产管理层，面向生产和技术管理者，这就是s i s 系统：上层的经营管理 层m i s ，而向行政和经营管理者。 厂级监控信息系统( s i s ) 与机组( 车间) 级监控系统( 例如单元机绢d c s ) 的区别在于【”： 首先，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( 下间) 级自动 化服务。请注意s i s 定义中增加“主要为”3 个字，意味着s i s 的发展有可能将机组( 车间) 级 的部分管理功能( 例如性能计算和分析) 放到s i s 这一层。 其次，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，只有少鼍用于监控 目的( 例如负荷实刚调度x 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) 。人们在命名时，常常以主要功能来确定，因此，厂级的称为监控信息系统， 机组( 车问) 级则称为监控系统。 厂级监控信息系统( s i s ) 与管理信息系统f m i s ) 也具是有区别的： 首先，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。 其次，实时性要求不同。s i s 实时性强，且不说全厂生产过程的综合监控需要连续进行f 例 如负荷实时调度) ，就是生产过科的管理，也属于实时性管理，许多问题也必须= ：班不间断地处 理( 例如设备状态监测和分析) ；相对而言，m i s 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。 再次，它们的数据库平台也有所不同，s i s 一般采用实时，历史数据库甲台，而月前国内 大多数实施的m i s 系统都采用了s q ls e r v e r 等关系型数据库。 1 2 3s i s 的核心实时数据库 s i s 是发电厂全厂的实时监控信息中，t l , ，因此必须建立统的数据平台来实现采集、处 理和存储现场数据并提供给客户端动态显示等功能。实时数据库是s i s 系统的核心和芙键支 撑技术“，s i s 正是以实时数据库为基础来建立其统r 的数据甲台的。 2 东南大学硕一：学位沦文 1 2 3 1 实时数据库概念 实时数据库系统足管理有时问限制的数据莉f 有时间限制的事务的数据库，整个系统的正 确性不仪依赖于逻辑结果，而且迩依赖十逻辑结果产生的时间，也就是说系统宁可接受在时 限内的满足一定精度范刷的数据，也不接受超过时限的绝对精确的数据。实刚数据库不是数 据库和实时系统的简单结合，它需要在数据模型、体系结构、事务处理模式、数据存储方式 等诸多方面重新进行研究和开发【7 j 。 实时数据库具有的特殊功能包括：数据库状态的最新性，即尽可能地保持数据库的状态 是不断变化的现实世界当前最真实状态的映像；数据值的时间。致性，即确保事务读取的数 据是时间一致的；事务处理的“识时”性，即确保事务的及时处理，使其定时限制尤其是执 行的截止期得以满足；实时数据库具有，苗效的实时压缩算法，用较小的存储空问就可存储大 鼍的数据。 实时数据库的数据分为两类：实时数据和非实时数据( 历史数据) 。实时数据包括从过 程控制系统中实时采集的数据、对实时数据进行各种实时计算直接产生的中问数据。历史数 据是指过时的数据。历史数据对系统应用人员有极其莺要的参考价值。它从实时数据库叶 得 到且与时间有关，反映了测点在某特定时刻的状态h j 。 1 2 3 2 实时数据库与关系数据库的不同之处 实时数据序跟传统的关系数据库相比存在以下不同之处”“。： 关系数据库是基于事务处理的、体现事务关系和逻辑的一种商用数据库。它是以维护数 据的绝对正确性、保证系统的低代价、捉供友好的用户接口为其设计目标的。这种数据库系 统对传统的商务和事务型席用是有效的、成功的。然而，它4 i 适合实日l 戍用，关键在于它不 考虑与数据及事务相联的定时限制，其系统的性能指标是吞吐量和平均响应时间，而不是 数据及事务相联的定时限制，凋度与处理决策根本不管各种实时特性。 实时数据库旨先是对事务定时限制的满足，其基本原则是：宁要部分满足一定精度要 求而及时的信息，也h i 要绝对精确但过时的信息。系统性能指标是满足定时限制的事务的比 率，它要求必须确保实时事务的截止期，必要时宁肯牺牲数据的精确性。同时，实时数据库 还具有内核小的特点，直接采用动态内存来管理当前数据，没有过多的开销，而且管理的数 据不多，历史数据则由文件系统来管理，响应速度快。因此，实时数据库与传统关系数据库 的根本区别就在于具有对数据与事务施加和处理定时限制的能力及高放的压缩算法，s i s 系 统的统一数据平台必须采用实时数据库来实现。 1 2 4 国内外s i s 的应用情况“” 在我围，火电厂厂级监控信息系统的发展仍然处于初级阶段。s i s 系统还没有清晰完整 的定义，还没有形成具体的技术规范，其系统功能、；i 【控方式、管理范围还需不断发展完善。国 家电力公司在开展的2 0 0 0 年燃煤示范( 试点) 屯厂研究课题及相关试点项目建设中，l 将 电厂厂级闩动化信息系统作为工群设计的一个重要方面，存人型电厂的基建过程中便建立起 全厂监控系统，为大型电厂的信息化发展创造了条件。 在s i s 系统软件开发方面，国内还处丁初级阶段，目前有能力开发这类软件的单位不少，有 些已做了很多t 作，但大多数处于开发研究和试验阶段，真正成熟的、能应用于市场的产品很少。 东南大学、华北电力大学等院校开发的电厂热力系统经济性分析在线监测预分析软件、锅炉吹灰 优化软件等已在几个电厂得到成功府用。北京同方电子科技有限公司北京市清华能源仿真公司， 于2 0 0 2 年初正式承接上海外高桥电厂_ 二期2 x 9 0 0 m w 厂级监控信息系统，自主产品t e c s i s 系 统在该项目中得到很好的完善与应用。2 0 0 2 年底，该项目顺利完成j 内测试验收，目前t f 处于实 施调试阶段。 第一章绪论 相比较而言，国外在这方面的研究比国内要早，取得的效果也比较明显。瑞士a b b 公司丌 发的一体化产品o p t i m a xn 4 t ：包，作为联系传统d c s 与m i s 的桥梁，r j j 适用于采川不同控制 系统设各的电。由于其建立在数据库之h 而数据库中的数据可取自各个控制系统，故而具有极 人的灵活性。不论是新建电厂还是对老厂进行改造，都能方便地予蚍实施。o p t i m a x 的树状体系 结构给各种软件功能模块的开发预留了广阔的空间。 f o x b o m 公司在不断改进其控制系统的同日f ，针对用户的信息需求，分别研究和开发了 二j 。集 成电子文件管理系统( f o x e d m c o i n ) 、动态维护管埋系统( f o x d m m ) 、智能神经元网络模拟分析 系统、远方遥控系统( f o x r e m o t e ) 、远方诊断系统( f o x w a t c h ) 、计算机辅助t 程软什( f o x c a e ) 等有效、实用的信息系统，以适应日益发展的现代化管理模式。 日本臼立公司在屯厂信息化方面做了有盏的探索成功开发了运行维护和管理信息系统 ( o m m s ) 以及电厂监控信息系统( s i s ) 。o m m s 包括设备信息管理系统、日常维护管理系统、工 作状态管理系统、周期检定与计划系统、过程管理系统、运行管理系统、预算管理系统等，是一 个适合电厂的管理系统。s i s 通过双向路由器将各台机组d c s 信息采集迸服务器，通过通信接口 站将燃料系统、除灰系统、化学系统、网控系统等辅助系统的信息采集进服务器，系统呵完成数 据采集功能、状态监视功能、生产报表生成功能、设备状态管理功能和| 生能计算功能等。s i s 与 m i s 之间留有接口。日立公司的o m m s 在国外已有应用经验，s i s 目前则止处丁开发试验阶段 尚未见到成熟的应用业绩方面的报道。但其整体方案的构思却非常符合电j 的实际需求。 另外德国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 及b e n t l y 公司的用于监视旋转机械- l 作状态的数据管理系统( d m 2 0 0 0 ) 和机械状态管理系统 ( m c m 2 0 0 0 ) 等都是成功投用的系统，他们的一体化管理思想都是佰得借鉴的。 1 3 本论文主要研究内容 本课题源于某火电厂的s i s 系统项目，根据该项目具体实施进程，本论文主要研究内容包 括： 1 ) 对s i s 系统进行功能设计和总体结构规划。对硬件平台包括s i s 嗍络、服务器取机 集群，磁盘阵列存储系统、光盘序数据备份系统、各功能站以及接口站进行设计；同时确立 建立统一实时数据平台的思想，对实时数据库进行选型，并对该项目中选择的p i 数据库进 行深入研究，对p i 数据库结构、功能模块以及p il i d s 服务器组成进行详细介绍。 2 ) 建立p i 实时数据库统一平台。主要包括p i 数据库在双机集群上的安装、对p i 数 据库数据流程的了解、文档的创建、接口的配置、p l 数据库点的建立以及数据库中组和用 户的建立等。对p i 数据库内含的各种子数据库系统特别是点数据库进行了分析和运用。 3 ) 对采集到的现场数据按要求进行数据处理。介绍p i 数据库提供的两个主要数据处 理工具，即p e 表达式子系统和t o t a l i z e r 累计子系统，并运用它们实现系统中所需的各类二 次计算以及报表所需峰平谷电量的累计计算。 4 ) p i 数据库系统管理维护。对该项目中的p i 数据库系统管理维护实施部分进行了训 论，主要包括p i 数据库的健康状态检查、p i 系统消息日志和记录义件的查看、p t 数据库文 档的查看和管理以及p i 数据库备份和恢复部分。 东南大学硕士学位论文 第二章厂级监控信息系统的设计 2 。1s i s 设计思想 大型火力发电厂生产环节除锅炉、汽轮机、发电机三大主机外，还包括除灰系统、化水 系统及输煤系统等辅助系统，包含大量实时数据。s i s 的目的是完成厂级生产过程的监视控 制与优化运行，在肘全厂各个机组、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，实现经济臼标控制下全厂的协 调生产。 s i s 对牛产管理过程遵循信息一决策一控制的模式，s i s 依靠计算机网络系统在统一的 时标下采集全厂生产运行实时数据，通过计算机对所采集的大量的、复杂的数据进行计算、 分析，产生综合的技术经济指标，最后以技术经济指标为基础，评价全j 运行生产经济性、 分析经济效摘偏差点、产生对运行调整有指导意义的方案。 s i s 目的在丁二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。 借助于技术绎济指标、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_ 牟= 厂的经济效益。 s i s 还借助全厂运行设备的技术经济指标提供全厂设备运j 亍分析、故障诊断指导信息， 以及设备寿命计算信息，指导生产管理人员进行设备管理维护工作，提高生产运行相关联的 安全性问题。 2 1 1 提供完整统一的数据服务 s i s 是对生产运行过程的综台管理系统，是厂级运行的监控信息系统，s i s 摒弃传统的 专业壁垒，实现全而的、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 信息可用丁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。 2 1 2 统一的实时运行信息 s i s 接受d e s 、p l c 等通过网络提供的实时数据，以统一的标准时标，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。 2 1 3 完整的经济技术指标 $ 3 s 以发电厂整体能量平衡计算、各个设备及系统性能分析、热力性能试验为基础，对 发电厂整体能量系统的经济性进行实时龄测，分析主要设备( 如锅炉、汽轮机、发电机及相 应辅机) 运行各项技术经济指标，最大陧度地考虑如灰、煤、水等公用系统，绘制仝，一能流 l 刳，全面、合理地分析全厂的经济性，形成涵盖厂级性能计算、主要设备运行状态监视、运 行经济性分析的知识库，该数据库支持全厂经济运行决策。 2 】4 评价设备运行经济性 通过对控制层所采集实时数据进行综合整理，为厂级生产过程的监控和管理提供技术支 持，s i s 实时监视发电厂的整体经济状态及各个设备的技术经济指标，并从综合指标出发分 第二章，级监控信息系统的设i 析各类参数的合理性、偏差因素、大小及其位置分析参数的变化趋势，评价运行的经济效 益。 2 1 5 生产设备的安全性评价 生产设备的安全运行是电厂生产的主要任务之一，s i s 系统通过分析计算存储了伞厂生 产设备必须的安伞运行信息，例如设备运行状态信息、设备寿命信息、设备故障信息等，为 全厂的安全运行提供了必要的保证。 2 1 6 进行全厂能量审计 考虑整个发电厂的出力，以发电的能耗及各种综合技术指标出发，尽日j 能完善地分析各 个系统及其参数的运行状况。汇总设备的备项技术指标并计算各类能耗，找出发电厂不合理 利用能量的原因、查出损火的部位所在，进行实时的“能量审计”、经济性故障诊断，考核 运行质量，以提高发电厂的运行管理水平，有效地节约能源，降低机组发电成本。 2 2s i s 功能设计m 2 5 s r s 系统近年来在国内外电力系统f 1 的到了迅速的发展，但就其实现功能而言，有些已 经成熟，有些还有待进步完善。本项目是针对某热电j _ 期2 x 1 3 5 m w 燃煤供热机组披二 划2 x 3 0 0 m w 发电供热机组研制的厂级监控信息系统( 以下简称奉系统或s i s 系统) ，本系 统从t 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，主要进行r 六个方面的功能设计， 其中前三项功能较为成熟，后三项需要进一步完善。 2 2 1 全厂生产过程监控( 含生成实时生产数据报表) 形成一个全j 。生产实时信息的数据平台，是s i s 系统的首要任务之一。本系统使得机、 炉、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实时数据库中 存储归档。对十实时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，并接要求实施刷新。 本系统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，以保证数摧 的可靠性，为系统进一步数据分析计算创造条件。同时还能记录牛产过程的主要数据参数， 以统计报表的形式向各职能部门提供所需的各种信息。 2 2 2 运行性能在线分析、诊断与优化 运行性能在线分析、诊断与优化系统包括性能分析模块、故障诊断模块和优化运行模块， 其中性能分析模块是由在线性能指标计算模块、运行能损实时分析模块、运行统计分析模块 等组成，实时提供机绍包括丰辅机设备的能量转换效率及性能指标的在线测算结果，为机组 的优化运行和考核评价提供定量依据。 2 2 3 汽机安全保护与振动监测及振动故障诊断系统 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、训。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圾时了解机组的运行状况，为事故 征兆的预诊断提供重要的数据资料，对已发生的故障进行快速的诊断分析，及时指出故障原冈 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 r 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 6 东南大学硕士学位埝文 常或故障趋势，较准确地估计机组继续运行的町靠时间，使机组使用寿命最睦利意外停机事故 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 2 4 动态成本分析和实时报价模块 动态成本分析和实时报价系统是s i s 的丰要功能之一。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术，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r 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、人力等同定成本及 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，对屯厂所 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 2 5 设各寿命计算和状态分析 系统可根据工艺系统和设各本体热工测量参数的变化自动地对一些恶劣环境i - 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，既可保证设各的安全运行，又可减少无谓的人小修，使电厂在保证安全运行的基 础上，获取最大的经济效益。 2 2 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i 歧置，通 过过程模型校验、同路仿真，提出同路优化方案，提高控制同路调节性能。 此功能根据火电机组被控过程的具体特点，通过深入开展多变量控制、预测控制及模 糊控制工程化研究，然后用于实际机组，解决部分常规控制无法解决的难题，以完成锅炉主 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鼍控制。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，有效地改善控制系统的品质。 2 3s i s 系统总体结构 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，它们都是建克在 分布式实时数据库平台之上的，应用实时数据来自生产现场d c s 、p l c 和其它j 二程控制系 统( e c s ) 。实时数据库通过各种数据采集接口通过高效和司。靠的手段从现场收集大量的实时 生产数摒，并保存起来，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 系统提供扦放的接u 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，为管理层的决策提供支持。整个s s 系统的总体机构如下图2 】所示： 第二章厂级监控信息系统的鞋刊 图2 1 ，s i s 系统总体结构图 2 3 1 本系统技术特点 本系统具有如下技术特点： 1 ) 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j 控制系统的实 时数据，还可以通过标准接口从m i 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j 二录入平台录入数据，从而真正实现全厂数据集成。 2 ) 分布式统一数据平台。奉系统采用实时数据库作为其数据平台，实时数据库保证了 数据时序的一致性，可以无缝集成电厂多数实时历史数据。 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 刘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 豹拓展功能。 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v i 形式( o p c 、d d e 、o d b c 、 a d o o l e d b 、x m l ) ，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 l 、 p c ii o 板卡，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 中监控下台包括客，、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 饥n t r a l l 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 大量的企业数摒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。 东南人学硕士学忙论文 2 3 2 本系统硬件平台配置 奉系统的硬件平台包括网络结构、服务器双机集群、磁盘时列存储系统、光盘阵数据备 份系统、功能站和接口站等，对它们进行合理的选择配置对于辂个系统的安牟稳定运行具有 重要的意义。 2 3 2 1 网络结构设计 2 7 3 0 1 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j 的每。台计算机节点都能按规划访问其应f l j 的信息资 源。 2 3 2 1 1 网络建设要求 电厂厂级监控信息系统计算机网络系统的建设席该满足以下几方面要求： 1 ) 高的主干网带宽，建成后的企业网土干将达到千兆。快速的桌面宽带，桌面宽带高 到1 0 0 m 。 2 ) s i s 网络系统廊具有完备的自诊断功能，设备硬件艘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。设缶( 包括计算机设备) 和线路的故障，切除、修改或恢复投运，均小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，服务器蛔卡，采集计算机网 卡采用冗余配置。 5 ) 支持虚拟网( v l a n ) 。 6 ) 网络流量_ | 牵制。 7 ) s i s 网络应具有极高的安全性。对| 】b 9 络的任意客户的登录访问，数据流向进行控制 及隔离。 2 3 21 2 网络拓扑结构 根据上述要求，s i s 网络系统在实现上必须做到网络交换机、计算机网卡、通讯线路等 全冗余连接，并完成自动切换，这样才能保证实时数据由于网络系统的任意设备或线路的故 障而不丢失。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 据传输网络系统，整个网络系统的拓扑结构如f 图2 - 2 所示： 第二章厂级监控信息系统的设i 陶2 ，2 ，本系统网络拓扑图 2 3 2 1 3 网络可靠性和安全性考虑 在网络系统的安全性及_ 口j 靠性方面，从以f 儿点对删络进行j ，优化： 采用了两台核心交换机，以g i g a e t h e m e t c h a n n e l 技术构成具有高度冗余结构的核心数 据交换平台，两台中心交换机之间互为备份，任何一台设备出现故障，都不会出现通讯中断， 以保证数据通讯及s i s 网络系统最大的可靠性。 采集子交换机采用了两台交换机，互为备份，它与核心交换机采用双路光纤全嘲结构互 连，任何一台设备出现故障，都会自动切换至备用设备及线路继续通讯，保证数据传输的不 中断。 网络连接的冗余设计可以保证在任意两台网络设备之间存在两条链路，当一条链路出现 故障的时候，另条链路仍然可以保证交换机之间的连接，为网络数据传输提供保证。 电源系统的冗余设计j j | j 可以保证核心交换机及服务器等设备同时由两路u p s 电源供 电，当一条供电线路出现故障或一台u p s 电源出现问题的时候仍然可以保证核心设备的供 电，由此保证网络的高度可靠性。 在安全性方面，为了保证只有合法的计算机可以在s i s 系统 = 访问及数据传输，在交换 机内配置访问控制列表，通过设置过滤器米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j 二接受或发送数据，而不在控制列表内的设各，则 拒绝进行数据通讯传输，并予以封锁，以保证s i s 内部网络的绝对安全。所有的交换机都设 置口令，只有合法的系统维护人员才能修改传输控制指令。 在整个通讯网络r ，各计算机服务器与功能站均运行t c p i p 协议，该协议具有错误检 测与重发功能，当数据通讯系统中出现差错时，目的站地t c p 1 p 协议根据数据包地序列号 和校验位可市即做出错误判定，同酬向源的站发送该数据包的序列号和重发指令，源的站根 据序列弓会再次发送该数据包。这个过程可自动重复多次，直到目的地站接受到正确的数据 包为i r 。如果经过多次( 可配置) 熏发无效后，m u 源的和目的站都出现错误日志并报警，同 时所在路径的变换机都会自动向网络管理系统发送错误信息，网管系统也会自动弹出错误信 息报警，由系统维护人员处理。 o 东南火学硕上学位论文 s i s 通讯介质采_ = i 光纤和双绞线两种方式数据在这两种介质上都是以数字信号方式进 行传输的。单模光玎可不加中继设备传输5 公里，而烈绞线础传输1 0 0 米。 为了保证s i s 系统与m i s 系统必要的数据通讯，采用防火墒隔离，通过设置不同层次 的授权传输权限，米确保s i s 内部数据与外部传输的安全性，即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。 2 3 2 2 服务器双机集群配置 根据系统要求，我们对实时数据库服务器采用，双机集群方案，即宴时数据库服务器采 用两台服务器，通过m s c s ( m i r c o s o f tc l u s t e rs e r v e r ) 提供的功能构成集群系统。 2 3 2 3 磁盘阵列存储系统 为保证厂级监控信息系统中实时数据库数据的安全性，同