（动力机械及工程专业论文）基于pi数据库的sis系统的研究.pdf

东南大学硕十学位论文 摘要 我国电力企业市场化的改革，“厂网分开、竞价h 网”的实施，要求各电厂必须把电力 生产的安全性和经济性并重，提高电厂的现代化管理水平，以适应电力市场发展的需要。为 此，厂级监控信息系统( s i s ) 应运而生。 论文完成了基于p i 数据库的s i s 系统的设计。阐述了s i s 的概念，根据实际项目，提 出了系统的总体方案，探讨了系统的主要功能，架构了系统的网络平台，介绍了p i 数据库 技术在s i s 中的应用。 论文开发了实时数据库平台，该平台是s i s 系统的数据基础。论文通过分析电厂具体测 点，经过取舍，首先在数据库中建立了相应的数据点。开发了p i 接口程序，实现对诸如机 组d c s 等电厂控制系统的数据采集。同时对重要参数进行二次处理，满足了电厂各职能部 门的信息需求。为了维护数据库安全，论文对客户端的访问请求作了3 个等级的权限设定， 同时制定了数据备份策略。 论文研究了汽机振动故障诊断系统，该系统是s i s 系统主要功能模块之一。论文应用专 家系统基本原理，提出了层次分类的故障模型思想。论文采用了广义模糊故障诊断知识表示 方法来描述振动故障知识，运用支持与否定规则表达征兆对故障诊断所起的作用。同时采用 广义模糊决策推理和证据综合评判方法实现故障诊断推理过程。论文运用v b 开发了知识库 管理系统和诊断推理系统。 最后，作者在回顾全文的同时，提出了论文进一步的研究方向。 关键词： 监控信息系统，数据库，故障诊断，专家系统，层次分类，s i s ，p i 查壹查堂堕主兰些丝壅 a b s t r a c t w i t ht h ei n n o v a t i o no fe l e c t r i cp o w e r , 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 m ( s i s ) i sd e s i g n e dt oi m p r o v et h em a n a g e m e n tl e v e lf o rt h ep l a n t se c o n o m ya sw e l la s s e c u f i t y t h ep a p e rg i v e se m p h a s i st ot w oa s p e c t so fs i s o n ei st h ed e v e l o p m e n tf o r r e a l - t i m ed a t a b a s es y s t e m , w h i c hi st h eb a s eo fs i s t h eo t h e ri st h er e s e a r c hf o rt h e f a u l td i a g n o s i ss y s t e mo fv i b r a t i o n ，w h i c hi so n eo ft h em a i nf u n c t i o n si ns i s b a s e do nt h ep r a c t i c a li t e r n s ，t h ep a p e rd e s c r i b e st h ec o n c e p t i o na n ds c h e m eo f s i s n l em a i nf u n c f i o n sa n dt h en e t w o r ka l t a n g e m e r i to fs i sa r ed e s i g n e d a n dp i d a t a b a s ei si n t r o d u c e dt ou s ei ns i s t h e n ，w i t ht h ec o m p l e m e n to fd a t ag a t h e r i n g ， d a t ap r o c e s s i n ga n ds y s t e mm a i n t a i n i n g ，t h er e a l t i m ed a t a b a s es y s t e mi s i m p l e m e n t e d t h ef a u l td i a g n o s i ss y s t e mo fv i b r a t i o ni sd e v e l o p e di n t h ep a p e l k n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o nm e t h o do fe x p e r ts y s t e m t h er u l e so fa f ! f i r m a t i o na n d d e n i a l h i e r a r c h vf a u l td i a g n o s i sm o d e l sa l eu s e dt oi m p l e m e n tt h ef a u l td i a g n o s i s i nt h ee n d ，t h ep a p e rg i v e st h ef o l l o w i n gs t e p si nr e s e a r c h k e yw o r d s ： f a u l td i a g n o s i s e x p e r ts y s t e ms 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 i s ) h i e r a r c h ym o d e l p i ( p l a n ti n f o r m a t i o n ) 东南大学硕士学位论文 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。 签名：e t 期 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。 签名导师签名日期： 东南大学硕士学位论文 1 1立题背景 第一章绪论 长期以来，我国热力发电厂始终把机组的安全稳定运行作为生产管理的重点，而忽视提 高机组运行经济性等方面的管理。随着电力工业的发展，2 0 世纪9 0 年代后新建电厂的机组 均采用了先进的分散控制系统( d c s ) ，许多老厂也进行了机组的d c s 改造，目前我国电厂 机组的自动控制水平已达到或接近世界发达国家水平，而电厂的管理水平和经济运行指标与 世界先进国家相比还存在明显差距。 近年来，许多电厂相继建设了管理信息系统( m 1 s ) ，为电厂的现代化管理与节能增效 提供了良好的基础。m 1 s 主要服务于事务管理，对象是办公自动化领域，以组织、交换和共 享管理信息和数据为目的，数据通信负荷一般具有大小不可预计和突发性的特点( 如上班高 峰) ，且其安全可靠性要求也并不高，而生产过程通信网络( 如d c s 网络) 则有很高的安全 可靠性要求，并且生产过程信息及通信负荷均具有相对连续稳定的特点，在这种情况下，倘 若由于m i s 大量突发的数据请求，对生产过程通信网络带来大量突发性传输负荷的影响， 从而也就无法有效保证生产过程信息的传输带宽。为此，从保障安全生产角度出发必须将 d c s 和m i s 进行隔离。 现在我国电厂基本实现了各单元发电机组的自动化控制，但一台机组的d c s 与另一台 机组的d c s 问彼此隔离，形成机组间的“控制( 信息) 孤岛”，使生产管理者不能实时、全 面、准确地掌握各机组的运行状况，更无法实现备单元机组间负荷的经济分配。理论上， d c s 间的互联是完全可进行的，但一般情况下电厂都有多台机组。将多台机组d c s 的操作 管理层网络连接在一起，就会导致多个d c s 通信系统的直接耦合，形成一个非常复杂的直接 耦合系统”。同时，为优化和管理的目的还要在该耦台系统中运行大量的应用软件，从而降 低了单元机组的监控可靠性和传输实时性。因此，实际电厂极少采用多台机组i ) c s 直接连接 而成的全厂操作管理层网络模式。 电力生产企业生产和管理一般分为3 个层次，即下层的控制操作层，面向运行操作员： 中间的生产管理层，面向生产和技术管理者；上层的经营管理层，面向行政和经营管理者。 目前，我国许多电厂均建立了面向运行操作者的d c s 和面向经营管理层的m i s ，恰恰缺少了 面向生产管理层的自动化网络，这是造成我国电力生产管理水平和运行经济性指标不高的重 要原因之一。1 。 因此，基于以上分析，非常有必要在d c s 和m i s 间建立一套面向电厂生产管理层的厂 级监控信息系统。在国家电力公司2 0 0 1 2 0 1 5 科技发展规划中已明确提出，将在我国大型 机组和老厂改造中建立厂级自动化系统，并将使其完善和推广应用。厂级监控信息系统( s i s ， 东南大学硕士学位论文 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宴 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厂级自动化系统。s i s 系统属 于，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0 s is o f v 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撵系统的s i s 系统，对于建立 面向市场经济的管控体化，加快火电厂信息化建设有重要意义。 本文所研究开发的实时数据库平台是s i s 系统的关键技术，汽机振动故障诊断系统是 s i s 系统的主要功能组成部分。 1 2s i s 系统国内外研究现状与发展 1 2 1s i s 概念 火电厂厂级监控信息系统是1 9 9 7 年提出的新事物嘲。概念提出以来。引起业内广泛的 关注，大家对s i s 的定位、发展方向甚至生存权等发生了争论” 。自侯子良先生在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的新设计思路以来，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 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。”s i s 的发展由此进入项目试点阶段，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 和功能。 目前，尽管对s i s 的争论还在继续，但大体上已经基本统一j 。 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“】。 其目的是为了提高机组运行的经济性和安全性提供在线分析和指导，为生产管理决策服务， 2 东南大学硕士学位论文 主要实现全厂生产过程监控、全厂负荷优化调度、厂级及机组级性能计算、经济指标分析及 诊断、优化运行操作指导、设备寿命管理、主机和辅机故障诊断等功能，同时，在电厂控制 层和管理层之间起到数据信息桥梁的作用。 厂级监控信息系统( s i s ) 与机组( 车间) 级监控系统( 例d c s ) 的区别在于：( 1 ) 服 务对象不同。s i s 主要为全厂综台优化服务，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，而 d c s 等则相反，主要是监控功能，但也同样包括少最管理信息。 j 级监控信息系统( s i s ) 与管理信息系统( m i s ) 也不同：( 1 ) 服务范踌不同。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。( 2 ) b 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( 如负荷实时调度) ， 就是生产过程的管理，也属于实时性管理；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。 1 2 2s i s 研究应用现状 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，国外虽没有s i s 系统的概念，但是s i s 系统的某些功能在2 0 世纪9 0 年代中、后期 已经开始在电厂单元机组级的二次开发中逐步应用( 而且大部分电厂都仅限于单元机组级) 。 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。 其中应用较多且功能较完善的有瑞士a b b 公司开发的一体化产品o p t i m a 】( 软件包、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。但由于它们中的大部分模块是 根据具体电厂的实际需求开发的，有的还在不断改进与发展，且整套软件价格昂贵，如 b e n t l y 公司的用于监视旋转机械工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 ) 的价格分别为1 万和4 万美元左右。故而在国外也是根据不同电厂的具体要求 灵活选用一个或几个模块”1 。另外，很多公司推出了s i s 相关的产品如实时数据库，有o s i 公司的p i ，w o n d e r a r e 公司的i n d u s t r i a ls q ls e r v e r ，h o n e y w e l l 公司的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。这些系统只是基础的数据平台 和应用平台，不包含上层的专业应用系统，在国内应用比较多”1 。 国内火电厂优化软件的开发和应用还处于初级阶段，目前有能力开发这类软件的单位不 少，有些己做了很多工作，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。 东南大学硕士学位沦文 1 2 3s i s 未来 厂级实时监控信息系统是近几年提出的新系统，符合我国发电企业的需求与规划，关于 厂级实时监控信息系统的技术条件标准，中国电力行业自动化标委会正在编写与制定中。 目前，科研院所、设计院、电厂以及d c s 系统供应商，都在该技术领域开展科研工作，具 体应用尚处于起步阶段。s i s 系统是属于科技含量高的高端软件产品，在国内又具有很大的 潜在巾场。无疑，在电力行业自动化标准化委员会、电力规划院、电力设计院的正确引导下 以及发电企业的配合下能够步入良性循环的话，s i s 系统在未来的5 年时间内将会得到快速 推广和应用阶段。同时高级功能应用软件的开发与系统完善，将会促进中国软件产业的高速 发展，甚至在电力行业s i s 系统领域有可能达到和超过世界先进水平。 1 3 本论文主要工作内容 本论文主要内容如下： ( 1 ) 厂级监控信息系统的总体设计。论文在遵循设计原则的基础下，根据电厂实际需 求，完成针对南京苏源有限公司一期2 x 1 3 5 m w 燃煤供热机组及二期2 x 3 0 0 m w 发电供热 机组研制的厂级监控信息系统。提出了总体方案，并就主要功能模块的设计进行了操讨，同 时给出了s i s 系统网络设置的基本架构。 ( 2 ) 实时数据库平台的开发。实时，历史数据库系统是s i s 系统的数据基础，本系统采 用o s i s o f t 公司开发的p i 数据库系统，它是一套应用于电厂的成熟的实时历史数据库系统。 系统完成对机组( d c s ) 的数据采集，在原始数据基础上，应用p i 模块p e 包和t o t a l i z e r 应用程序，实现数据的二次开发，以到达客户端数据显示的要求。最后作为服务器端数据管 理员，做了完善的设置来维护数据库系统数据的安全。 ( 3 ) 汽机振动故障诊断系统。汽机振动故障诊断系统是s i s 系统的主要功能模块之一。 该系统应用专家系统理论，采用广义模糊故障诊断知识表示，肯定与否定规则，提出了层次 分类故障诊断模型，故障诊断系统推理采用广义模糊决策推理和证据综合评判方法。最后运 用v b 对程序进行实现。 4 东南大学预士学位论文 第二章基于p i 实时数据库的s i s 系统设计 本系统是针对南京苏源熟电有限公司一期2 x 1 3 5 m w 燃煤供热机组及二期2 x 3 0 0 m w 发电供热机组研制的厂级监控信息系统，以下简称本系统或s i s 系统。 2 1s i s 系统的设计原则 依据国家电力公司电力规划设计总院编制的 ( 2 0 0 0 年示范电厂仪表和控制( i c ) 系统设 计原则、火力发电厂设计技术规程( d l5 0 0 0 - - 2 0 0 0 ) 及2 0 0 2 年审查的厂级监控信息 系统( s i s ) 设计导则( 讨论稿) 的精神，s l s 的建设原则应以电力市场为目标，利用先进的计算 机网络和通讯技术，突出信息的完整性、准确性和及时性，实现厂内的信息共享，建立电厂生 产决策体系，提供对电厂生产和资源优化的支持系统，最终形成以s i s 和d c s 为依托的全厂 自动化生产过程的一体化控制。 发电厂s i s 功能建设将遵循以下原则： ( 1 ) 以电力生产市场化运营为目的，视经营利润为最终目标，建立整体生产过程决策 信息系统，通过对厂级生产指标的监控，实现经济目标控制下的厂级“自动化”生产体系。 ( 2 ) 贯彻负荷中心意识，强调运行值长对运行生产的协调，在保证负荷的情况下通 过对设备技术经济指标的科学管理，尽可能降低发电成本，提高发电利润。 ( 3 ) 充分表示运行生产过程的能流，建立全面的经济性评估体系，为不同阶层的管理 者，提供相应的生产信息。 ( 4 ) s i s 强调标准与规范的约束，计算指标与方法严格遵循国标、行标，同时参照国 外先进国家的标准及计算方法。 2 2s i s 系统的总体方案 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( 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，为管理层的决策提供支持。( 如图2 1 ) 5 东南大学硕士学位论文 图2 1s i s 的总体结构 2 3s i s 系统的技术特点 ( 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 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，以及通过手工录入平台录入数据，从而真正实现全厂数据集成。 ( 2 ) 分布式统一数据平台。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对，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 、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 i 、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 东南大学硕士学位论文 ( 6 ) 应用集成平台。友好智能的人机界面， 其中监控平台包括客户机监控和网络( w e b ) 发布 两种模式。 方便管理和运行人员的客户端集成平台。 即c i s 模式和b s 模式( i n t e m e t i n t r a n e t ) ( 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 o 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 4s i s 系统的功能设计 s i s 系统近年来在国内外电力系统中得到了迅速发展，但就其实现功能而言，有些已经 成熟，有些有待进一步完善。从工程应用的角度出发，s s 系统的功能可以按“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。 2 4 1 全厂生产过程监控( 含生成实时生产数据报表) 形成一个全厂生产实时信息的数据平台，是s i s 系统的首要任务之一。系统应汇集炉 机电d c s 、辅助车间控制系统、电网调度等实时生产数据，定期按要求在p i 数据库中存储 归档。 p l 数据库和现场系统的通信连接有四种情况：通过p l 提供的标准定制接口连接，如# 1 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1 3 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。系统记录生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。 东南大学硕士学位论文 2 4 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，在此基础上结台其它统 计数据，进行设备故障诊断。 2 4 3 汽机振动监测与故障诊断系统 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。 8 东南大学硕士学位论文 2 4 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晶 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 4 5 设备寿命计算和状态分析 现代火力发电厂要求单元机组及其有关辅助设备和系统同时保持良好状态和连续运行， 任何一个部分出现故障都会引起供电质量的波动，甚至会损坏其它设备或引起非计划停机。 现存的计划大修、小修的预防性检修伴有投入大、停运时间长、维修费用昂贵和检修过剩( 检 修中6 0 以上的设备并不需要维修，若检修质量有问题，反而引起更多的缺陷，也不能保证 该修的就得到应有的维修) 。 为了达到设备安全经济运行，技术监督对检修更深层次的要求是“该修的必修好”、“不 该修的不修”，即进行“状态检修”。随着设备制造工艺、传感技术、软件和通讯技术的发 展，已使状态检修成为现实可行。状态检修的基础是以可靠性和预测性为中心的维修技术， 根据对潜伏性故障的在线监测和离线测量，结合巡视数据、历史及可靠性数据和人工智能等 技术，对设备状态评估。 根据工艺系统和设备本体热工测量参数的变化自动地对恶劣环境工况下工作的重要部 件或设备的寿命进行计算、分析和预测，包括过熟器、再热器、汽包、汽轮发电机组轴系、 叶片以及推力瓦的金属寿命等，并自动对主机和辅机设备等易磨损和泄漏件进行检测、判断 以及计算分析，以便运行和检修人员能及时对这些设备进行维护检修，保证其安全经济运行。 2 4 6 控制回路 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 9 东南大学硕士学位论文 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。 同前，以上功能中前三项功能较为成熟，后三项要进一步完善。 2 5s i s 系统的网络配置 2 5 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，要求在箍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 5 2s i s 网络拓扑 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 控制系统和其它控制系统，s i s 系统中的实时数据库服务器、过程 管理功能站，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 1 0 东南大学硕士学位论文 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，傲到网络交换机、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 6p i 数据库系统 南索热电厂s i s 系统网络拓挣豳 图2 2s i s 网络拓扑图 2 6 1s i s 对实时数据库的选择 一、s i s 对实时数据库的要求 实时历史数据库是全厂的统一数据平台，也是整个s i s 的核心。由于电厂的生产过程 数据量大，精度要求高，并且带有时间标签，因此采用具有实时数据处理功能的实时数据库 进行存储。实时数据库平台的恰当选择对于火电厂s i s 的建设显得尤为重要，统一的数据库 平台可以简化各个应用软件的开发实施，避免系统的数据过度冗余和不一致性，减轻数据维 护的工作量。因此，s i s 对选择实时数据库平台应有如下考虑【1 1 1 ： ( 1 ) 数据存储效率和照大采集标签点数 不同的系统采用不同的压缩技术，其存储效率也不相同。数据库的存储容量和存储效率 直接关系到采集数据的点数和采集精度。实时数据库的最大采集标签点数最好能支持 东南大学硕士学位论文 1 0 0 0 0 0 点，至少要大于全厂所有机组的控制测点总数，一般是测点总数的1 2 1 5 倍。 ( 2 ) 系统访问结构 实时，历史数据服务器应该基于开放的c i s 结构和b s 结构，服务器和客户机应该支持 分布式结构和多服务器结构。 ( 3 ) 二次开发能力、开放性 建设s i s 的最终目的是开发各种高级应用软件，用以指导和优化电厂管理，因此宴时 历史数据库的选择必须具有完善的二次开发手段，包括应用开发接t 2 ( a p i ) 和数据库访问手 段等。开放性体现在用户是否能通过多种途径方便、快捷地存取数据。 ( 4 ) 接口技术 实时历史数据库应该具有成熟的接口解决技术，例如与d c s 、p l c 、r t u 等是否有专 门的接口，另外是否具有与全厂m i s 数据库或者其他关键应用的成熟接口技术。 ( 5 ) 数据缓冲功能和容错功能 为了防止潜在的数据丢失，实时历史数据库应该具有数据缓冲功能和容错功能。当数 据服务器发生故障或网络出现故障时，接口机可以继续工作，把采集到的数据先保存到本地 硬盘上，同时接口机会不断地去测试数据服务器或网络。一旦数据服务器或网络恢复正常， 接口软件会把数据补回到数据服务器中，这样可以确保数据不丢失。 ( 6 ) 应用软件 基于实时数据库平台的现成应用软件( 包括服务器端模块和客户端模块) 是否成熟，是否 适合于电厂的实际情况，是否能够满足电厂对安全性和经济性的要求。 ( 7 ) 数据备份和安全机制 数据库是否提供了完善的数据各份及查询功能，是否方便系统管理员的使用。同时应该 可以实现自动备份和修复功能。数据库是否具备完备的安全机制，包括安全保密的程度( 账 户管理、用户权限、网络安垒控制、数据约束等) 。 ( 8 ) 可移植性和可扩展性 可移植性指垂直扩展和水平扩展能力。垂直扩展要求新平台能够支持低版本的平台，数 据库客户机，服务器机制支持集中式管理模式，保证用户以前的投资和系统；水平扩展要求满 足硬件上的扩展，支持从单c p u 模式转换成多c p u 并行机模式。 二、p i 实时数据库用作s i s 数据平台的优点 p i 实时数据库能够很好的满足s i s 对实时数据库的要求，具有先进的压缩算法、大容 量的采集标签点数、灵活的访问机制、良好的开放性、成熟的接口技术、稳定的数据缓冲及 容错能力、多种应用软件、完备的安全机制等。 ( 1 ) 压缩算法。p i 数据库采用了特有的旋转门压缩技术，大大提高了数据的压缩比， 对于一般的关系数据库如每5 秒存储一条记录，对1 0 0 0 0 点一年约要占1 6 0 0 g b 空间，而 p i 由于采用了高压缩比的存储技术仅需3 - - 4 g b 空间。p i 数据库的数据执行为1 5 m s ，即系 1 2 东南大学硕士学位论文 统在1 5 m s 内目前可处理完1 5 0 0 0 0 点经压缩的数据。 ( 2 ) 采集标签点数。p i 实时数据库存储最大标签点为5 万点，可扩至1 5 万点，所有 信息存储时间可达5 年。 ( 3 ) 访问机制。p i 实时数据库采用分布式结构，即服务器、接口机、客户机能支持分 布式结构，支持c l i e n t s e r v e r 结构，支持多服务器结构。p i 提供了基于b s 和c s 两种客户 访问模式。 ( 4 ) 开放性。p i 提供了多种工具( 如p r o c e s sb o o k 和d a t al i n k 等) 方便的查看数据 信息并进行二次开发。同时用户可以根据需求用第三方开发工具( 如m i c r o s o f tv i s u a lc + + 、 d e p h i 等) 开发应用软件。 ( 5 ) 应用软件和接口技术。p i 数据库提供多种成熟的应用软件根据需要选用，已经能 够满足一般用户的大多数需要。p i 提供了和大多数主流厂商产品的接口，如b m l e y 、a b b 、 s i e m e n s 、h o n e y w e l l 、f o x b o r o 等，还提供了通用接口，如o p c 、m o d b u s ，同时提供a p i s d k 供用户开发自己的接口。同时p i 还支持于关系型数据库的通讯。 ( 6 ) 缓冲及容错。p i 接口机有自诊断、缓存和自恢复的功能。当接口机与p i 服务器 之间的通讯中断或p i 服务器进行系统维护等原因不能接收数据时，接口机会自动缓存数据， 当通讯恢复时自动将缓存的数据发送至p i 服务器，保证数据的完整性。 ( 7 ) 数据备份及安全机制。p i 可以进行每天的系统健康检查，进行系统备份。每个点 都与一套许可设置相联，允许读、写和更改p i 的数据与点的设置。p i 系统安全等级分系统 管理级，系统应用工程师级，及操作员级。在系统管理级下，注册工程师( 组) 及操作员( 组) 帐号及口令，同时严格规定其各自权限。接口机只负责从p l c 中获取数据，不会对生产控 制系统发生干扰，具体的控制方案仍在控制系统中，系统的各种应用和客户端调用都到p i 服务器，不直接到d c s ，接口机和服务器对控制系统起到隔离作用。 ( 8 ) 可移植性和可扩展性。p i 服务器可运行在多种平台，p i 客户端可运行在多种平台， 支持多种网络协议，支持多种网络方案。p i 客户端、服务器、接口、应用程序都可以是不 同操作系统和硬件。同时p i 系统具有良好的可扩展性。可根据需要扩展客户端、数据采集 接口、数据容量等。数据容量可从5 千点扩展到1 万点、2 万点、5 万点，直至1 5 万点，如 果电厂新增其他装置或控制系统的话，可以增加新的接口，将这些新系统的数据统一由p i 服务器进行采集、存储和管理。客户端不需要重新设置，就可以浏览新增系统的信息。原有 的接口、数据和应用程序也不受任何影响。客户端的数量也可根据数量从1 个扩展到几百个。 所以，p i 实时数据库能够满足s i s 对数据平台的要求，并且从国内外p l 数据库应用的 特别是近几年在国内电力系统的应用情况来看，选择p i 实时数据库可以作为s i s 的数据平 台是理想的选择。 东南大学硕士学位论文 2 6 2p i 基本组成 p i 实时数据库系统是真正基于c l i e n t s e r v e r ( 客户端服务器) 构架的软件，它采用 了一种智能化的体系结构，由服务器、客户端和接i z i 三大部分组成。图2 3 显示了p i 系统 的完全配置。为使用户针对不同工业应用很容易配雹符台自己要求的p i 系统，p i 各组成部 分由模块化软件构成。 图2 3p i 服务器端程序、客户端程序和外部数据接口 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：( i ) 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；( 2 ) 客户端p ip r o c e s s b o o k 、p id a t a l i n k 、p i a c t i v e v i e w 的主要功能；( 3 ) 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。 一、p i 服务器软件 p i 服务器软件是由珂系统的基本包p i u d s 组成，主要包括以下些功能模块：核心 子系统( c o r es u b s y s t e m ) ，网络管理( p l n e tm a n a g e r ) ，应用程序( s e r v e ra p p s ) ，接口管理 ( i n t e r f a c e ) ，其它实用程序( u t i l i