萧山发电厂厂级监控信息系统(sIs)的设计和建设.doc

萧山发电厂厂级监控信息系统(sIs)的设计和建设发表时间:2006-10-25作者：浙江萧山发电厂摘要：徐辉引言 电力生产正从传统的安全生产向更加高效、经济、安全生产的方向发展。发电厂面临着提高实际生产效益，优化生产运行，增强竞争力这样非常紧迫的任务。为了实现这一目标，电力生产企业目前逐渐加大了对企业信息化建设方面的投资。比如逐步实施状态检修、性能计算、竞价上网等应用系统。无一例外，所有这些高级应用系统都离不开现场生产中的实时和历史数据，如果现场的这些生产基础数据越完整，越准确，越开放，实施这些电力高级应用系统成功的可能性就越大。 生产实时系统为解决这些问题一方面采集现场完整的实时数据，并高精度地长期保存，另外一方面生产实时系统为后续的高级应用和二次开发提供一个统一和开放的基础数据平台。实时系统在电厂的现场生产控制和生产优化运行之间起到了一个非常重要的桥梁作用。SIS系统的建立就是这种以计算机技术为代表的控制技术、网络通信技术等高速发展的必然产物，同时也响应了以信息化建设来提高电厂生产过程管理、决策水平的需求。一、功能要求 萧山发电厂厂级监控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。具有以下基本功能: (1)数据采集和存储功能。采集2台机组DCS、DEH、RTU系统、电气小网、脱硫系统、化水系统、输煤系统和灰控系统的模拟量、开关量等10000个数据点;数据采集和存储保持现场控制系统原有的时间间隔、精度;数据原型存储、数据源唯一。 (2)在线维护功能。在线修改控制流程图、报表、数据库、计算统计数学模型;运行参数限额的在线设置;系统提供远方在线维护功能。 (3)数据传送功能。提供通过因特网远程访问的功能。预留与其它企事业单位信息系统通信的功能;预留与各子系统通信的功能。 (4)系统显示功能。显示流程图、棒状图、参数表、趋势图、报警记录和报表;显示各经济技术指标计算量及统计量;系统管埋员在客户端监视PI数据库的整体运行情况，并监视Pl服务器和接口机之间是否正常通信;显示画面迸行移动、放大、缩小。 (5)打印功能。打印报表、趋势图、报警、运行台帐、统计指标。 (6)作图功能。作图软件支持不同画面之间切换的定义，并支持在线修改的功能。 (7)报表生成功能。利用软件的制表功能，迸行数据组合和计算生成报表，并将报表打印或通过WEB方式发布。 (8)查询功能。PI客户端设置查询条件进行查询(如范围、时间段等)。 (9)计算和统计功能。进行基本数据的计算(如:累加、平均、最大、最小值、加权平均、微分、积分等)，并根据用户提供的数学公式进行相应的计算;自动生成主设备和重要辅助设备的运行台帐(包括运行时间、启停次数、异常运行时间、启停状态等)，并对运行台帐项目内容进行注解。 (10)目标链接和嵌大功能。在其他应用程序中嵌入、链接生产实时系统，在生产实时系统中嵌入其它应用程序。 该系统要能处理实时数据，完成生产过程的监控和管理，故障诊断和分析，性能计算、经济负荷调度等。通过对底层数据的分析对生产参数进行优化改进生产操作指导，将分散的信息资源集成起来，尤其是将管理系统和控制系统的信息有机地结合起来，形成了真正的全厂实时生产信息系统集成。二、设计原则 SIS系统的设计主要包括两个方面:实时数据库的选择和对于安全的考虑。 (1)生产过程的实时数据与历史数据是整个SIS系统的核心和基础。实时数据库的性能与稳定性直接关系到整个SIS系统的运行效率和系统的稳定性。本套SIS系统采用工业上应用比较成熟的PI实时数据库系统，利用了PI实时数据库系统的强大的实时/历史数据处理能力、丰富的客户端软件及高效的API应用程序开发接口等组件进行了项目的实施。 PI数据库采用独创先进的数据压缩技术，有别于各种DCS、PLC系统，具有历史数据精确，有效利用存贮空间，保存数据量巨大等优点，是全厂级别的实时/历史数据库系统。 (2)根据国家经贸委第30号令发布的电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定的要求，对保障电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络的安全稳定运行做出了原则规定。电力二次系统安全防护体系分为4个安全工作区:实时控制区、非控制生产区、生产管理区和管理信息区。4个安全区的划分反映了各安全区中业务系统的不同重要性，确定了各安全区的安全等级，从而决定了各安全区的防护水平。实时控制区的安全等级最高。 安全区I是实时控制区，凡是具有实时控制功能的系统或其中的监控功能部分均应属于安全区I。实时控制系统是电力二次系统中安全等级最高的系统，也是二次系统安全防护的重点与核心。对萧山发电厂而言主要包括机组单元控制系统(DCS、DEH)、电气小网、MGC、RTU、三级网。安全区是非控制生产区。非控制生产系统的安全等级仅次于实时控制系统，它与电网控制有较直接的关系它主要包括发电市场技术支持系统、电能量采集系统、SIS系统。 因此，要求各个生产系统通过网关机、转发服务器等设备迸行网络域的分离，再通过防火墙才能连接到SIS系统的服务器。如此，在安全区内搭建好一套相对安全的实时数据库。根据国家经贸委第30号令的要求，在安全区内架设数据发送软件，单向的数据传输通过在安全区与安全区之间的物理隔离装置，实现在安全区IV的SlS副本服务器系统与安全区内的SIS系统数据的同步。在安全区IV的SIS副本服务器系统中实现更多、更丰富的应用。三、建设过程 按照功能要求和设计原则，SIS系统的建设分为3个阶段:3.1 实时运行监视 系统首先开发了以下接 (l)DCS系统与PI数据库系统接萧山发电厂2135MW机组采用新华公司的DCS系统，因此只需将专用接口软件安装在DCS系统的工程师站上即可得到DCS、DEH系统在网上广播的数据。接口软件接收到系统广播的数据，再利用PI系统提供的PI-API函数将这些数据写入实时数据库，实现DCS系统与PI系统接口。 (2)有OPC接口的辅助系统与PI数据库系统接口:辅助系统(水、灰、煤、脱硫系统)均提供OPC接口和OPCServer平台，因此利用PI系统提供的PI-OPCClient将这些数据写入实时数据库，实现辅助系统与PI系统接口。 (3)其它辅助系统与PI数据库系统接口:RTU系统、电气小网建设比较早，没有OPC接口，因此通过专用的通信规约，从这些辅助系统中取得数据，再通过PI系统提供的PI-API函数将这些数据写入实时数据库，实现这些系统与PI系统接口。 通过和各个控制系统的接口，再运用PI的客户端软件，在安全区中实时反映全厂当前的生产运行情况。生产实时运行监视部分按照系统划分为汽机系统、锅炉系统、公用系统、DEH系统、电气系统、辅机系统等，目前采集数据点共9825点。3.2 二次安全防护 在安全区中的SIS系统建设完成后，通过特别设计的PI To PI接口软件，能在应用网络安全隔离装置的条件下，安全、高效、可靠地实现安全区与安全区两个PI服务器间的实时数据传输。此接口遵循经贸委30号令设计，分为客户端、服务端及监视器程序三个部分，其中客户端安装在安全区，服务端安装在安全区，客户端到服务端数据单向流动，回送确认只有1个字节。目前该接口程序已在南瑞SySKeeper-2000隔离装置上正常运行一年多。 该接口在实施时具有以下特点: (1)采用Visual C+6.0开发，每秒传输5万数据点CPU平均占用率不超过10%。 (2)采用面向对象和最新的构件技术设计，接口程序分为主程序及多个接口动态库，后台服务与图形界面分离。 (3)接口客户端及服务端既可作为控制台程序启动，也可设为WindowsNT/2000后台服务(可随操作系统自动重起)，支持系统集群。 (4)监视器程序可远程查看接口的运行状态及实时数据，可下发接口重连、更新测点等控制命令，易于查看和维护。 (5)出现网络等故障时接口可自动重连，客户端及服务端启动顺序无关，可任意重起。 (6)灵活方便的配置选项，采用标准WindowS初始化ini文件，包括PI服务器IP、用户及口令、数据源、测点容量、采集周期、重连间隔、数据预处理、死区过滤、接口服务端IP及端口号等选项均可自由定制。 (7)数据缓存功能，当接口程序与PI服务器的连接出现网络故障时，可将实时数据保存到本地，当网络恢复时再送到PI服务器。 (8)接口程序可以安装在服务器上，也可以安装在工控机上。 (9)该接口软件采用安全的PI服务器中的数据库时钟，实时更新安全区TV的PT服务器时钟，保证数据同步。 如此，在安全区IV的中也能实现实时运行监视。3.3 传送和统计指导 SIS系统在实现实时运行监视的基础上，还能实现更多的指导作用: (1)运行操作指导模块的目的是为机组提供节能、降耗的途径。通过对机组运行状态的能损分析，找到导致机组能耗偏高的真正原因，指导运行操作，使机组在最优工况下运行，达到运行效率最高、能耗最低的运行状态。运行操作指导模块包括单元机组能损分析、节能诊断、设备性能分析和全厂负荷优化分配4部分(目前正在建设中)。 (2)SIS系统数据信息量大，数据种类繁多，系统运行时需要对各类数据进行管理，以保证系统计算结果的准确性。同时对数据进行分类统计，形成生产管理人员所熟悉的统计报表。包括数据管理、报表统计，如参照电厂运行经济报表及小指标竞赛报表格式和要求，生成多样化报表，并可将报表打印。 (3)SIS系统在MIS系统的应用:SlS系统中不仅包含全厂生产过程的实时数据，并且包含了经过计算处理的指标参数。作为MIS系统更高级应用的需要，SIS系统必须能够为MIS系统提供所需要的一次数据和计算结果。因此，利用PI数据库提供的PI-API函数和Oracle专用接口实现SIS系统PI数据库与MIS系统Oracle数据库之间的数据通