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现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 摘要 电力系统长期处于计划经济的管理模式之下，其管理带有浓重的行业垄断 色彩，所以，以前的管理比较注重于安全和质量，而相对忽略了成本和经济效益 的追求，致使电力系统的整体管理水平的发展相对滞后，尤其是信息化基础比较 薄弱。目前”厂网分开，竞价上网”已付诸实践，如何改善电力企业的管理，降低 成本，提高市场竞争能力，必然成为火力发电企业面临的关键问题。当前非常流 行的m r p 、e r p 、k r m 等大型企业管理系统，在国外的推广使用过程中发挥了 巨大的经济效益与促进作用，但在中国并没有达到国外应用的效果。 目前新建的火力发电厂，一般都采用3 0 0 m w 及以上的高温、高压机组，都 采用d c s 系统来进行控制，但如何处理企业的管理信息系统与d c s 之间的关系， 目前存在较多的争议。本文没有就e r p 、k r m 等管理软件的优点和在火力发电 企业推广的可行性进行研究，而是围绕某个火力发电厂展开信息化程度调研，针 对电力企业管理信息化现状进行了一些探讨，就如何实行企业信息化展开了论 述，同时还就d c s 、s i s 、m i s 等系统的相互关系进行了论述，主张三者并存的 模式，并就如何规划、设计s i s 、m i s 系统，对系统如何实施进行了展望，提出 了比较完整的理论方案，应该对兄弟企业的信息化有实际的参考价值。 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep o w e rs y s t e mi su n d e ral o n g t e r mm a n a g e m e n tm o d eo fp l a n n e de c o n o m y , w i t hi t s s t r o n gm a n a g e m e n to ft h ei n d u s t r i a lm o n o p o l i e sc o l o r s t h e r e f o r e ，t h e p r e v i o u sm a n a g e m e n tp a i dg r e a t e ra t t e n t i o nt os a f e t ya n dq u a l i t y t h ep u r s u i to fc o s t s a n de c o n o m i ce f f i c i e n c ya r er e l a t i v e l yn e g l e c t e d ，r e s u l t i n gi nd e v e l o p m e n to ft h e p o w e rs y s t e mo v e r a l lm a n a g e m e n tl e v e lh a sl a g g e db e h i n d ；e s p e c i a l l yt h ei n f o r m a t i o n b a s ew a sw e a k 。c u r r e n t l y “s e p a r a t i o no fg e n e r a t i o na n db i d d i n g h a sb e e np u ti n t o p r a c t i c e ，h o wt oi m p r o v et h em a n a g e m e n to fp o w e re n t e r p r i s e s ，r e d u c ec o s t sa n d i m p r o v ec o m p e t i t i v e n e s so nt h em a r k e tw i l li n e v i t a b l yb e c o m ek e yp r o b l e m st h a t t h e r m a lp o w e re n t e r p r i s e sa r ef a c i n gt o t h ec u r r e n tv e r yp o p u l a rm r pa n de r p , k r ma n do t h e rl a r g ee n t e r p r i s e sm a n a g e m e n ts y s t e m ，i nt h ep r o c e s so fp r o m o t i n g a n du s i n gi na b r o a dh a sp l a y e dah u g ee c o n o m i cb e n e f i t sa n dp r o m o t i n gr o l e ，b u ti n c h i n ai td i d n to b t a i ne f f e c t sa p p l i e di na b r o a d n o wt h en e wt h e r m a lp o w e rp l a n tg e n e r a l l yu s e s3 0 0m wa n da b o v e ， h i g h - t e m p e r a t u r e ，h i g h p r e s s u r eu n i t ，a n dd c ss y s t e ma r eu s e dt oc o n t r o l ，b u th o w t o d e a lw i t ht h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ne n t e r p r i s em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e ma n d d c s ，e x i s t i n gm o r ec o n t r o v e r s y t h i sp a p e rd o e sn o ts t u d yt h ea d v a n t a g e so fe r p , k r m m a n a g e m e n ts o f t w a r ea n df e a s i b i l i t yo fp r o m o t i n gi nt h e r m a lp o w e re n t e r p r i s e s ， b u ts t a r t e do ns t u d y i n gt h ed e g r e eo fi n f o r m a t i o na b o u ts o m et h e r m a lp o w e rp l a n t ， d i s c u s s i n gt h es t a t u so fp o w e re n t e r p r i s em a n a g e m e n t 穗f o r m a t i o n e x p a t i a t i n go n h o wt oc a r r yo u te n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n a l s oo nt h ed c s ，s i s ，m i ss y s t e m s ，s u c ha s t h em u t u a lr e l a t i o n sw e r ed i s c u s s e da n da d v o c a t e dt h ec o e x i s t e n c eo ft h et h r e em o d e l s ， a n do i lh o wt op l a n ，d e s i g ns i s ，m i s ，t h es y s t e mh o wt oi m p l e m e n t ，p u t t i n gf o r w a r da r e l a t i v e l yc o m p l e t et h e o r e t i c a lp r o g r a m 。t h e r e i sap r a c t i c a lr e f e r e n c ev a l u et o b r o t h e r s e n t e r p r i s e si n f o r m a t i o n 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论丈 第一章序言 电力行业是应用信息技术较早的行业之一，信息技术在电力工业 的应用起始于六十年代初。从应用的过程来看可分为三个阶段，6 0 - 一7 0 年代属于第一阶段，电力工业的信息技术应用从生产过程自动化起 步，首先应用在发电厂自动监n 监制和变电站自动监n 监控方面。 第二阶段是8 0 9 0 年代的专项业务应用阶段，即电网调度自动化、电 力负荷控制、计算机辅助设计、计算机仿真系统等应用开始深入广泛 开展，某些应用达到了较高的水平；管理信息系统则刚刚起步，并经 历了失败较多的痛苦过程。进入9 0 年代后进入了第三阶段，即信息 技术应用进一步发展到综合应用，由操作层向管理层延伸，实现管理 信息化，建立各级企业的管理信息系统；同时其他专项应用系统也进 步发展到更高的水平。科学研究试验则贯穿了信息技术应用的三个 阶段之中，并在每次大规模应用之前发挥了重大作用。每一阶段的典 型应用即构成了电力信息化重大工程。到目前为止，电力系统的规划 设计、基建、发电、输电、供电等各环节均有信息技术的应用。各级 电力企业在发电厂计算机控制、变电站自动化、电网调度自动化、电 力负荷管理、管理信息系统、计算机辅助设计、计算机仿真、科研试 验等领域有了一定的应用，在发电厂计算机控制、电网调度自动化方 面取得了较高的水平。 电力信息化是指电子信息技术在电力工业应用中全过程的统称， 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。电力信息化是国民经济信息化 的一个组成部分，电力信息化工程是被原电力工业部确定的电力工业 五项跨世纪的科技导向型工程之一。计算机信息网络是电力工业信息 化的基础。电力工业管理信息系统( m i s ) i 拘建设重点是信息资源的开 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 发，是电力工业信息化的核心。火力发电企业信息化包括生产过程自 动化和管理信息化。实现企业信息化第一步要实现企业生产过程自动 化，通过生产一线的计算机自动控制系统直接采集在线生产信息，比 如火力发电企业的控制系统等，该系统的建设一般在与电厂建设同时 得以同步建设，直接从建设资金中列支经费。生产过程自动化的实现 可以显著提高生产效率，减少生产失误，减少工作人员，提高生产质 量和数量，从而提高经济效益。第二步是实现企业管理信息化，该系 统一般在企业组建运行一段时间、生产过程自动化系统稳定运行、管 理体制基本稳定的情况下开始实施。管理信息化是企业管理机关内部 的信息系统，其信息直接由在线生产系统传输和基层单位报送，主要 内容应包括机关办公自动化、业务数据处理、共享信息查询、电子邮 件、i n t e m e t 使用等功能。企业信息化有利于实现经济方式从粗放型 向集约型转变，有利于建立资源优化配置的经济运行体制，有利于调 整产品结构、扩大作业空间、降低资源消耗、加速资金周转、引发人 员的行为变革和思想革命、开拓市场，提高经济效益。 1 1 火力发电企业信息化建设的必要性与重要性 电力体制改革推行至今，已经实现了厂网分开、重组发电和电网 企业，成立了两大电网公司、五大发电集团和若干地方发电集团，开 始推行竞价上网，初步建立了竞争、开放的区域电力市场，并开始尝 试实行新的电价机制。电力体制改革，导致发电企业所面临的生产经 营环境发生了根本的改变，由过去的计划环境为主，逐步变为竞争环 境。在计划环境下，发电企业按照上级下达的指令性计划组织生产， 不用考虑市场竞争，不用考虑竞争对手和客户资源。而在竞争环境下， 发电企业必须实现市场化的转变，不仅需要关注生产，而且需要关注 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 经营，关心竞争对手信息，开发客户资源，提高客户服务质量，增强 客户满意度，实现对企业内部资源和外部资源的整合。发电企业的上 网电价竞争，就是成本的竞争。企业要降低成本，必须强化管理，使 供电煤耗、油耗、单位运营费用得到有效控制，具备上网或合同订价 的基准条件。厂网分开后，加上外资和国内有实力的能源集团参与收 购和企业并购重组，在规模和集约化管理上形成了新的竞争压力；同 时环境保护和可持续发展对发电企业也提出了更高的要求。 因此火力发电企业信息系统重新规划改造，不但可以极大提升发 电企业信息化管理水平及科学决策水平，提前为电力市场的竞争做好 思想上、技术上、管理上的准备，为将来的电力市场化打下坚实的管 理基础，还可为发电集团的信息化建设提供有益的探索。 1 2 国内发电企业信息化发展的现状 研究表明，电力企业信息化总体上处于较高水平。由于电力生产 安全性与稳定性的要求，电力企业对生产、调度过程控制的自动化应 用一向比较重视，而对业务管理信息化的重视却相对不足。我国电力 企业信息化发展的特征如下： 1 、信息化基础设施相对完善 我国电力企业信息化起源于2 0 世纪6 0 年代，电力行业相比其他 行业的信息化进程较为领先。目前，电力系统的计算机装备水平已大 大提高，中小型机、微型计算机装备级别不断更新提高，路由器、交 换机等网络设备数量增加较快。 2 、电力生产过程自动化系统应用成熟 电厂自动化历来是电力企业信息化建设的重点，大部分火力发电 机组均配备了计算机监控系统。发电生产自动化监控系统的广泛应用 现代火力发电企业信息化探讨浙江太学硕士学位论文 大大提高了生产过程自动化水平。对于电网企业，提高电力调度自动 化水平、提蒿电网运行质量是信息化建设的重点方向。目前电力调度 崮动化的各种系统，如s c a d a 、a g c 、以及e m s 等系统己建成， 省电力调度机构全部建立了s c a d a 系统，电网的三级调度1 0 0 实 现了自动化。我国电厂、电力调度的自动化水平达到国际先进水平。 3 、管理信息系统的建设与应用逐渐推进 各发电集团公司也把企业信息化建设放到重要位置，重新规划企 业信息化发展蓝图，借助信息化改造和推动电力工业现代化。各公司 在“统一领导、统标准、统一规划、统管理、分步实施 方针指 导下，建立数字化办公环境、企业综合业务系统、办公自动化系统、 多媒体会议系统等，为公司业务管理和决策服务。 但是，总体来看，管理信息化滞后于生产自动化的发展进程。 4 、信息化机构建设尚需进一步健全 在我国电力企业中，信息部门曾一度未能受到应有的重视。长期 以来，信息部门在电力公司没有一个专门机构配置，没有规范的建制 和岗位，而是将信息部门附属在生技部下，或者作为企业的三产部门， 有的作为设在科技部下的一个科室，有的设在总经理工作部门下，还 有的仅设一含“信息化专职”人员。这是电力企业信息化建设方匾区 别于其他行业的一个特征。信息化作为一项系统工程，需要专门的机 构来推进和企业各个部门的配合。在当前企业信息化发展形势下，这 种状况势必不能适应信息化对入才、机构的要求。 5 、信息安全管理是电力企业信息化重点 电力信息网络已经深入到电力生产和管理的全过程，涉及到电力 生产的各个层面，电力生产与管理对其依赖性圈益增大。因此对于信 息系统的安全要求也更加提高，信息安全已纳入到企业安全生产管理 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 中。2 0 0 2 年国家电网公司规范了信息网络安全管理，并从安全政策 到安全技术措施等方面实施了电力安全计划的研究和试点。 6 、企业管理革新滞后于信息化发展进程 电力行业长期作为国家垄断行业存在与运营，作为国家的基础性 产业，电力企业曾一度在计划性指令下进行生产，以安全生产为中心。 在长期的计划经营模式下形成的电力企业条块分割、信息闭塞、 效率低下的管理体制已不能适应当前的要求。电力企业需要启动一轮 企业管理革新，从企业战略出发，实行业务调整、流程梳理与优化， 引入信息技术的支持。相对于信息技术的发展与应用，电力企业管理 革新处于落后状况，有的企业引入了先进的业务系统、管理系统，而 管理模式未能实施有效革新，最终导致了信息系统未能发挥预期的、 应有的作用。 1 3 信息化规划的技术路线及本文研究内容 信息系统生命周期一般要经过系统规划、系统分析、系统设计、 系统实施、系统运行等五个阶段。信息系统规划是信息系统生命周期 的第一个阶段，是系统的概念形成时期。这一阶段的主要目标，就是 根据组织的目标与战略，制定出信息系统建设的长期发展方案，对组 织中业务流程进行再造，确定组织信息化需求，构建信息系统的总体 架构。 本文按照信息系统功能规划、总体逻辑结构、运行环境规划这一 思路对现代火力发电企业的信息系统规划进行分析，首先讨论了规划 的必要性和意义，依据电厂规划目标，对信息系统总体结构进行了规 划，并对影响系统实施的因素与系统如何实施进行了展望。 现代火力发电企业信息化探讨浙江太学硕士学位论文 第二章火电厂信息化系统的总体结构 2 1信息化系统规划的指导思想、基本原则和总体目标 2 。1 1 指导思想 发电企业信息化建设的指导思想是：立足企业长远的发展战略目 标，引进国外先进的管理理念，依托先进的信息技术，基于数字化电 厂的概念和管理模型，注重信息和应甩的集成，坚持基建阶段与生 产系统同步设计、同步建设，实现与生产系统同步投产。 2 。1 2 基本原则 发电企业信息化建设的基本原则是：遵循“统一领导、统一规划、 统一标准”的原则，突出重点、分步实施，通过信息化建设促进企业 管理的重组和革新，促进企业各方面素质综合提高，充分发挥其综合 经济效益。 ( 1 ) 统一领导、统一规划、统一标准 信息化建设是一项系统工程，具有多层次、技术复杂的特点，具 有广泛性和综合性，必须在统一领导下进行建设。通过统一规划理顺 信息化建设中的各种关系，规范行为，合理布局，减少不必要的重复 建设，优化资源配置。采用统一、开放的标准，实现信息共享、应用 系统互联互通的霞的。 ( 2 ) 突出重点，分步实施 采用突出重点，分步实施的建设原则。坚持先进性、经济性、实 用性，有层次、有步骤地循序渐进，处理好各系统间的轻重缓急。 ( 3 ) 管理创新，流程优化 企业信息化不仅是管理手段的升级，更重要的是先进管理思想、 管理体制的引入和创新。充分运用现代信息技术，改造生产工艺，实 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 现生产过程自动化；改善企业经营管理，实现管理方式系统化；改进 信息系统，实现知识管理网络化；改变营销手段，实现商务运营电子 化。 2 1 3 总体目标 发电企业信息化的建设要围绕企业的战略目标展开，并以服务于 企业的战略目标为其基本的行为准则。 发电企业信息化建设的战略目标是：以先进思想为主导、以现代 信息技术手段为支撑，实现电厂内外部信息的全面集成，建设数字化 电厂。 发电企业信息化建设的近期目标是：采用现代化信息技术手段， 建成覆盖全厂的具有国内先进水平的高速、安全的计算机网络系统； 建成与一流火力发电企业相适应的先进实用的应用系统。 发电企业信息化建设具体内容如下： ( 1 ) 建设覆盖全厂范围的高速、安全的计算机网络系统，为全 厂各个部门和管理层提供网络支持；同时与集团公司的广域网连接， 形成信息传输、交换、处理、共享的支撑平台。 ( 2 ) 建设厂级监控信息系统( s i s ) 。 ( 3 ) 构建电厂m i s 系统的核心应用平台( f m i s 、e a m 、h r ) ， 开发和集成计划统计管理、燃料管理、运行管理、安全监察管理、生 产技术管理等子系统。管理企业人、财、物各方面的资源，实现资金 流、工作流、人流、物流、信息流的整合。通过集团公司信息网为集 团公司信息系统提供基础数据并共享集团公司信息系统的资源。 ( 4 ) 建设具有国内先进水平的办公自动化管理系统( 0 a ) 。 ( 5 ) 开发应用电力市场报价辅助分析系统，进行发电成本在线 核算、自动上网竞价的开发研究，在安全、可靠、经济运行的基础上， 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 争取经济效益的最大化。 ( 6 ) 建立生产实时数据系统，与厂级监控信息系统( s i s ) 的互 连，并对采集数据进行分析和处理，实现企业生产实时信息和经营管 理信息的集成和综合利用，动态地反映企业的生产经营状况口 ( 7 ) 建立信息化安全体系、信息化标准规范体系、信息化管理 保障体系，保证整个信息化的安全，使信息化建设顺利实施。减少和 防范信息化所带来的风险，逐步实现管理工作的科学化和规范化。 ( 8 ) 完成i n t r a n e t 建设和网上资源开发利用，建立以关键指标体 系查询为基础的综合信息查询系统。 2 。2 数字化电厂概念 数字化电厂概念，它包括厂级监控信息系统( 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 以下简称s i s ) 和管理信息系统( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m 以下简称m i s ) ：用流程工业的计算机集成制造系 统( c i m s ) 理论来设计数字化电厂的体系结构，在电厂先进控制系统 和安全高效的网络平台、数据库平台基础上，基于国际最新的管理理 论和信息技术研究成果，整合电厂管控一体化系统，用e r p 管理思 想和信息技术对电厂的经营和生产管理系统进行全面设计，使信息技 术与电力工业技术、现代管理技术有机融合，全面提升电厂的生产技 术和经营管理水平，增强电厂电力市场的竞争力。 九十年代以前，在我国，发电厂自动化仅停留在机组级和车间级， 基本上没有为厂级生产过程自动化和管理现代化提供皇动化信息系 统。九十年代中期，随着电厂现代化管理要求的尽益迫切，开始开发 应用m i s 系统。但是，早期m i s 建设一般都局限于常规的管理信息 系统和办公自动化系统建设，基本上很少有生产过程实时数据的接 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 入，m i s 系统建设与电厂各控制系统相互独立，缺乏信息共享应用需 求和手段，从而缺乏高级应用软件的基础。国家电力公司在开展的 2 0 0 0 年燃煤示范( 试点) 电厂研究课题及相关试点项冒建设中，己将电 厂厂级自动化系统作为工程设计的个重要方面。目前，在基建工程 中规划设计厂级监控信息和管理信息系统的要求，已正式纳入了国家 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。 相对而言，西方发达国家在电厂信息化方面比国内起步要早，取 得的效果也较明显，有以商业运营为中心开发的软件支持系统，有以 提高操作员运行效率为踺标的操作信息系统，有采用专家系统知识和 智能控制理论开发的信息管理系统，决策支持系统在电厂也有较好的 应用，但由于电厂生产流程系统非常复杂，实施信息化集成难度高， 尽管己开发的信息系统具有各自特点，但对全厂进行的一体化信息集 成却没有成熟的模式。这些最新成果已在国外一些现代化电厂进行了 实验和运行，在传统的d c s 与m i s 之间逐步形成一个重要的管理控 制一体化层面。该层面主要对全厂的实时过程进行优化管理。从功能 上讲，它一方面采集d c s 等控制系统的数据来实现电厂的运行优化、 负荷调度分配、经济性能分析、设备赦障诊断、设备状态维修以及设 备寿命管理等，另一方面又可将数据传给m i s 中的商业、档案、人 事等管理系统。从物理结构上讲，该层面处于具有高精度、高速度和 高可靠性要求的d c s 等控制系统与非实时的不影响安全生产的m i s 系统之间，它既是一个过渡层面，同时又起到隔离带的作用。该层面 相当予冒前国内重点研究的热门课题厂级监控信息系统( s i s ) 。 2 3 发电企业的工作流程 企业运行于流程中，从企业内部的工作流程到企业外部的市场交 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 易流程。 发电企业生产和经营管理有五个层次：设备运行层、过程控制层、 信息事务层、信息管理层、决策层。 ( 1 ) 设备运行层：是确保发电业务能够被有效地、有效率地执 行的过程，设备或装置的运行参数和状态，是实时数据的主要信息源。 ( 2 ) 过程控制层：采集设备运行层设备或装置的运行参数和状 态等实时数据，为运行管理提供指导。 ( 3 ) 信息事务层：是为实现企业目标、有效地利用资源的具体 过程，积累发电企业的各种业务处理和管理基础数据，是非实时数据 的主要信息源。 ( 4 ) 信息管理层：对采集的各种跨平台的基础数据重新组合和 加工，构成数据仓库，进行深层数据挖掘、多维数据分析。 ( 5 ) 决策层：确立企业的经营战略，即确定企业目标、方针， 制定战略规划、人力资源规划、财务管理计划等方面的政策和原则。 发电企业所有的生产和经营管理都是由各种流程组成的。我们可 以将发电企业的工作流程分为操作控制流程、过程控制流程、管理控 制流程、战略计划流程。也可以分为业务流程、管理流程、经营流程。 它们之间的关系是：经营流程决定业务流程的方向，管理流程是经营 流程和业务流程的支撑。企业工作流程是企业方法论的实践，流程的 质量取决于企业的知识、经验和所有资源配置的具体结果。企业价值、 目标决定工作流程的方向，企业资源( 组织资源和技术资源) 是工作 流程运行的支撑。 从发电企业业务活动的内容可以将业务流程分为生产工作流程、 设计开发流程、采购管理流程、质量管理流程、财务管理流程、储运 管理流程、市场营销流程等。业务流程还可以细分。企业业务流程是 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 有生命周期的，可以分为识别需求、设计流程、执行并优化流程、流 程重组四个阶段。 信息技术是企业工作流程的重要约束，信息技术支持的客户关系 管理、企业资源管理和供应链管理可以降低交易成本，使管理更加细 化，支持企业良好运营。信息是信息技术和信息系统的核心部分。信 息资源将人力资源、资金资源、物资资源联系起来，有助于企业资源 的整合，在资源配置中发挥重要作用。信息系统是以信息为基本元素 所构成的系统，能够极大的提高流程运行质量，提高企业经营管理水 平。 2 4 数字化电厂的信息系统 数字化电厂的信息系统主要包括分散控制系统( d c s ) 、厂级监 控信息系统( s i s ) 、管理信息系统( m i s ) 三大系统。三大系统各自 独立运行于支撑自身的网络系统，通过公用的统一数据平台实现三个 系统的无缝集成，从而达到全厂数据的共享。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 )分散控制系统( d c s ) 是属于生产过程控制系统范畴。 分散控制系统( d c s ) 完成对设备运行层实时数据的采集、转换 和存储，控制设备生产运行。是一个过程控制系统。数据发掘技术和 历史数据的保存都存在相当大的限制，运行人员通过d c s 实现对设 备的控制功能，它强调的是运行的准确，以稳定性和安全性为首要目 标。 ( 2 )厂级监控信息系统( s i s ) 是属于实时生产过程管理和 监控范畴。 现代火力发电企业信息化探讨 浙江大学硕士学位论文 现代大型火力发电厂各工艺系统的控制已普遍采用分散控制系 统d c s 和p l c 程控系统，大大提高了机组的自动化水平，但各控制系 统之间相互独立，信息不能共享。如何解决控制系统与管理系统之间 的“数字鸿沟”问题? 如何为管理系统提供大量的覆盖全厂的实时数 据和历史数据，以及在线计算和分析结果? 厂级监控信息系统即是为 解决这些问题而提出的。厂级监控信息系统在管控一体化中起着非常 重要的承上( m i s 系统) 启下( d c s 控制系统) 的作用。 厂级监控信息系统( s i s ) 从机组d c s 系统、辅助车间程控系统 ( p l c ) 等过程控制系统以及其它数据源中集成实时过程信息和历史 数据，构成生产实时数据库和历史数据库，为生产管理人员的分析和 决策提供支持。它强调的是运行的质量，以经济性为首要目标，强调 对决策者提供系统外部环境信息、内部综合信息、决策者个人经验和 判断等方面的支持。 ( 3 )管理信息系统( m i s ) 是属于厂级管理现代化范畴。 管理信息系统( m i s ) 的主要任务是信息处理，积累信息事务层 的非实时数据，包括电厂基建期m i s 的数据，对生产实时数据和信息 事务层的非实时数据进行综合加工，帮助企业优化资源配置。它强调 信息流程的整体性，其信息可为所有决策人员使用，而对中、高层决 策者所需的内外部信息和适应个人决策风格的经验和判断，则只提供 部分信息的支持，不可能达到使决策者操作得心应手的程度。 s i s 和m i s 的开发过程基本相同，都经过系统调查、可行性论证、 系统分析、系统设计、系统实施、系统评价等各阶段。但是，m i s 系 统的开发侧重于系统的稳定性，而s i s 系统更强调进化性开发，要求 开发周期短，重复进行，由此造成这两种开发不可能在一个系统内共 存。s i s 系统和m i s 系统是面向不同层次、。不同目标，具有不同功能 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 的两种系统，既有相互联系，又有重大区别。这两个系统应该并存， 相互不能代替，有些功能可以交叉。 s i s 与m i s 实时性要求不同。s i s 实时| 生强，m i s 实时性要求就 低一些，是属于“离线 分析和管理。 2 5 数字化电厂的建设 随着d c s 系统软硬件性能的不断提高，以及d c s 系统由控制系 统逐步向信息系统开放，建设厂级生产过程自动化和管理信息现代化 的数字化电厂已成为现实，并逐步在国内一些新建电厂工程中得以实 践。因此，发电企业在信息化建设中，需要综合考虑管理信息系统和 各生产控制系统的集成，重视整合企业软硬件资源，提供一个全厂范 围内从底层控制到分析优化、管理决策的综合应用平台，实现全厂范 围内的数字化。 数字化电厂的生产和经营管理形式主要贯穿一条以工作流为主 线的流程化管理一即物流、人流、资金流。在数字化电厂的工作流总 体设计时，工作流的最优化、工作流的数字化空间、工作流整体再创 造、工作流的战略重要性、工作流的虚拟化，都是我们必须思考的重 要问题。 要建立数字化电厂的管理模型，并针对企业总目标，找出相对重 要的业务流程，作为系统建设主线索进行。 建立管理模型的方法步骤：了解企业的概况、企业目标、组织机 构和一般业务流程，并从中归纳分析出相对科学的业务流程；搜集分 析企业的基本数据、参数、指标等，归纳总结出基础数据字典；对企 业的日常活动进行标准化、规范化、程序化分析。 2 6 数字化电厂信息系统总体构架 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 数字化电厂信息系统总体构架见图2 1 。 ( 1 )厂级监控信息系统主要由厂级监控网络以及网络上的 实时历史数据库服务器、过程管理功能站、客户机、应用软件等组 成。 ( 2 )管理信息系统总体构架由网络系统、主机系统、应用系 统组成。是实现发电企业战略目标的保障。 ( a )网络系统 网络系统是信息系统的基石。主要由局域网、网络设备、广域互 连v p n 、i n t e r n e t 技术组成。网络系统实现企业内部的互连，以及 提供远程连接的v p n 和i n t e r n e t 接入等。 ( b )主机系统 主机系统包括服务器等硬件设备和操作系统、数据库管理系统、 中间件、开发工具等。 ( c )应用系统 应用系统是发电企业信息化建设的核心，是实现企业的现代化管 理的保证。主要包括财务管理、人力资源管理、企业资产管理、安全 监察管理、建设项目管理、办公自动化管理、辅助决策分析等。 ( d )信息一体化平台 在系统平台和应用系统之间，建设信息一体化平台，连接异地异 构数据库，通过数据挖掘等手段，运用科学的模型和方法，构建发电 企业决策系统。 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 图2 1 数字化电厂信息系统总体框架示意图 1 5 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 第三章厂级监控信息系统 3 1 厂级监控信息系统概述 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 s i s ) ，是为火力发电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。是一个融计算机技术、信息技术、控制理论、 人工智能、管理科学、决策科学和组织理论等学科与技术于一体的技 术集成系统。 s i s 对生产管理过程遵循信息一决策一控制的模式，完成厂级生 产过程的监视与控制。依靠计算机网络系统采集全厂各个机组、输煤、 除灰、脱硫等公用系统生产运行实时数据，建立在开放性实时数据库 上，采用先进、有效的专业计算方法，对所采集的大量的、复杂的数 据进行计算、分析，产生综合技术经济指标；从而评价全厂运行生产 经济性、分析经济效益偏差点、产生对运行调整有指导意义的方案。 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，形成不同管理阶层、不同管理部门 的知识库，达到节能降耗、提高全厂的经济效益、使企业管理层的经 营决策更具科学性的目的。 s i s 系统属厂级生产过程自动化范畴，以分散控制系统d c s 为 基础，以安全经济运行和提高电厂整体效益为目的，是实现从d c s 系 统到管理信息系统m i s 的桥梁，从而在全厂范围内实现信息共享和 管控一体化。 s i s 系统在电厂自动化、信息化架构中所处位置如图3 1 如示。 一方面，s i s 系统采集下层所有机组级车间级控制系统的生产实时 数据，实现性能优化、故障诊断、负荷分配等功能；另一方面，将机 1 6 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 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，是电厂自动化、信息化架构中的过渡层面，起到隔离作用。 图3 1s i s 系统在电j 自动化、信息化架构中的位置 s i s 系统在电厂自动化、信息化架构中的位置简单从系统架构上 讲，s i s 系统主要由下层数据采集、实时历史数据库，以及基于数 据库之上的各种功能软件组成。对于s i s 系统应该包含的主要功能， 经过几年的探索与实践，各方面意见基本趋向一致：即包括生产过程 信息监测和统计、性能计算和监测、经济性分析和优化、设备状态监 测和故障诊断、设备寿命监测和管理、优化运行调度等。而且，s i s 系 统功能软件的研制开发是根据监控和管理的需要、开发应用的实践， 不断充实和完善的；电厂在产品选型时也须根据本厂实际情况确定所 需功能软件。 总之，随着测量技术与信息技术的不断发展，系统计算模型精确 度的不断提高，人工智能技术的不断应用，电力市场的不断完善，s i s 系统的功能也必将逐步成熟与完备，从而形成一个相对统一的模式， 以更好地服务于电厂信息化建设。 现代火力发电企业信息化探讨 浙江大学硕士学位论文 3 2 厂级监控信息系统主要功能 ( 1 ) s i s 采集所有控制系统的实时数据，建立实时历史数据库， 并以此为基础，实现厂级性能计算和分析、厂级生产过程监视和管 理、机组负荷优化分配等基本功能，以及主机和主要辅机故障诊断、 设备寿命计算和分析、主要设备状态( 泄漏、磨损等) 检测和计算分 析等功能。 ( 2 ) s i s 的设计应采用合适的网络配置和完善的自诊断功能， 使其具有高度的可靠性。不能因为s i s 故障或退出运行，使与其相 连的d c s 等实时生产控制系统的正常运行受到任何影响。不能因为 s i s 与实时生产控制系统以及与m i s 的通讯而影响d c s 等生产控制系 统的实时处理能力，或使d c s 等生产控制系统的通讯总线负荷率超 过2 0 。 ( 3 ) s i s 应采取物理安全措施、访问控制、身份认证、入侵检 测、积极防病毒和恢复与备份等手段作为网络安全的基本措施，防 止各类计算机病毒的侵害、人为的破坏和s i s 实时信息数据库的数 据丢失。特别要防止通过接口对d c s 、p l c 等控制系统的干扰与入侵。 ( 4 ) s i s 与下层控制网络( d c s 、辅控、n c s 等) 的数据接口设 备对于下层控制网络数据的读取应有严格的授权。s i s 不应对下层控 制网络进行修改、组态或对工艺过程进行直接控制，不应影响下层 生产控制网络的控制功能。 ( 5 ) 向电厂管理信息系统( m i s ) 提供过程数据和计算、分析结 果，自动产生各类报表以满足电厂对于生产过程的管理要求，确保 机组安全、高效运行。提供生产模拟图、趋势图、棒状图和参数分 类表等多种监视方式实时显示各单元机组及辅助车间的主要运行参 数和设备状态。以厂级性能计算及分析为依据，提供包括单元机组 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 能损分析、设备性能分析、全厂负荷优化分配等方面的运行操作指 巳l 1 于0 壤巷律 图3 2某电厂s i s 系统拓朴结构图 3 3实时数据库 实时数据库是s i s 的核心，是保证s i s 系统成功投运的关键，它 包括了一整套中间件产品。 实时数据库平台必须具有高度的性能稳定性，能满足海量资料的 存储和检索的需要；系统具有高度的开放性，具备和不同系统及设备 的成熟接口，支持各种标准的数据传输标准。 实时数据库服务器应具有足够的存储容量和先进的数据压缩方 式，应能保存所有生产过程的实时数据和s i s 对这些数据的计算、分 析结果。实时数据库服务器的配置应具有功能强大、可用性强、联网 性能好、伸缩性灵活、可靠性高等特点。 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 3 4厂级监控信息系统网络平台 厂级监控信息系统网络平台是s i s 与各类控制系统的通讯支撑 平台，是s i s 系统中最重要的组成部分，网络应具有极高的可靠性和 安全性。电厂s i s 网络平台的建设，可参照以下基本原则，按照全厂 计算机网络系统统一布局，进行网络拓扑结构和设备标识的设计( 如 图3 2 ) 。全厂网络系统采用一体化布局的优点是：系统稳定，网络性 能可靠，易于维护和应用功能扩充。厂级监控信息网络平台应具备如 下条件： ( 1 ) 采用开放式的体系结构，易于扩充。选用的通信协议和网络 设备要符合国际标准或工业标准，同时要保证网络的互联，为信息的 互通和应用的互操作创造有利的条件。 ( 2 ) 应采用当今国际上成熟、先进的技术，同时还应考虑到今后 的应用提升、远程连接、网络扩容和向新技术迁移的能力。 ( 3 ) 选择合适的网络体系结构和网络设备，满足较长时间的先进 性并达到最优性能价格比，应特别注意保护用户的投资。 ( 4 ) 应采用容错设计，满足控制系统的可靠性标准及要求，应充 分考虑s i s 的冗余( 包括设备和线路) ，网络的核心骨干层及数据采 集层做到网络设备和通讯链路的冗余备份；对于分布层做到上连端口 的冗余备份。 ( 5 ) 采用虚拟局域网( v l a n ) 技术、访问控制列表等技术。实 现部门之间、应用系统之间的登录访f , ：, l t n 数据通讯等进行逻辑隔离， 采用l p 子网路由网关技术实现各个子网或站点之间数据流向的控制， 实现s i s 网络内部数据通讯及访问的高安全性，不影响生产控制系统。 现代火力发电企业信息化探讨 浙江大学硕士学位论文 3 5 厂级监控信息系统应用功能模块 s i s 系统应用功能主要包括以下模块：厂级性能计算和经济分析 优化、负荷分配调度、主机和主要辅机故障诊断、设备寿命计算和状 态检修、实时监控和生产过程管理指导等。 ( 1 ) 厂级性能计算和经济分析优化：提供在线性能计算能力， 计算全厂的各种效率、损耗以及性能参数，并将计算出的数据生成运 行效率曲线与经济效率曲线进行比较，同时显示出任何偏差对发电总 成本的影响，并对系统的运行方式提出优化建议。 ( 2 ) 负荷分配调度：根据电网调度指令和其它生产调度指令并 结合本厂主、辅机系统和设备运行状态分析等自动进行对各台机组发 电负荷的分配。 ( 3 ) 主机和主要辅机故障诊断：帮助运行人员分析主、辅机的 故障原因、故障点并提供排除故障的处理指导意见。 ( 4 ) 设备寿命计算和状态检修：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和设备寿 命进行计算、分析和预测，并以此为依据制定设备的维护、检修计划。 ( 5 ) 实时监控和生产过程管理指导：采集全厂各生产过程控制 系统生产数据，进行综合处理、统计分析，形成全厂生产报表和曲线， 使用户可以在各终端上对各生产流程进行统一的监视和查询，实现生 产数据信息的共享。为管理决策提供依据。 现代火力发电企业信息化探讨浙江大学硕士学位论文 第四章管理信息系统网络系统建设 4 1 网络系统建设原则 网络系统是电厂实现信息化的关键基础设施，要确保网上应用的 可靠运行和信息的有效安全保护。 网络系统的设计遵循运行高可靠、流量分布合理、时延最小、处 理效率高、便于管理的原则，尽可能地符合网络使用部门的组织、管 理特点。从网络系统的整体性出发，选择先进、成熟的技术，既保持 网络结构的稳定，又易于今后的升级扩展，为信息应用系统提供灵活 使用、信息共享的坚实基础支撑平台。 ( 1 ) 先进性：优先采用世界先进成熟的网络技术和设备，能够承 载和交换各种类型信息。 ( 2 ) 实用性：以满足现有需求为出发点适度超前，应在要求与投 资问权衡，以获取较高的性能价格比。 ( 3 ) 安全性：网络系统应有统一的安全策略，应具备各种安全保 护手段和措施，重点保证整个系统的安全可控性；既有网络设备技术 上的安全管理、又有日常管理上的规范化措施、制度等。 ( 4 ) 可靠性：网络应有相应的容错能力，要有线路备份和网络设 备备份，网络核心设备应考虑热备份或冷备份及部分模块备用。 ( 5 ) 开放性：应遵循国际、国内及相关行业的技术标准，采用开 放技术、开放的体系结构、开放的组件、开放的用户接口，实现平台、 应用的互联互通和资源共享。 ( 6 ) 可扩展性：网络的结构和设备应有扩展的余地，能在规模和 性能两个方向上进行扩展，网络核心设备及二级设备不仅考虑目前数 据业务的应用需