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厂级监控信息系统(SIS)2011年02月26日 北京同方电子科技有限公司原创厂商信息产品介绍北京同方电子科技有限公司（Beijing Tong Fang Electronic Science & Technology Co., Ltd.），简称“同方电子”，是国内高科技领域知名企业同方股份有限公司下属的核心企业之一。同方电子专注于中国电力行业，凭借多年在电网、发电两大专业基础业务上的积淀与感悟，为电力企业提供信息化技术、行业应用软件及整体解决方案。同方电子背靠清华大学相关院系，在整合了清华大学的科研与同方股份相关产业的基础上进行着技术创新。2003年，公司荣获由北京市工商行政管理局评选的首批北京市“守信企业”称号，这是对公司长久以来诚信经营的充分肯定和认可。2004年4月，公司通过ISO9001：2000质量管理体系认证；2004年9月，公司被北京市科学技术委员会认定为“双软企业”；2006年，同方电子已拥有仿真软件开发及培训、厂级监控信息系统（SIS）、IT硬件系统集成、电力企业资产管理系统（EAM）、电力企业应用集成与企业信息门户（EAI/EIP）等几大主营业务，公司在高端技术领域已拥有强而有力的竞争力。同方电子充分利用自身优势，汲取国内外先进技术和管理理念，同时与国际知名企业如 IBM、HP、BEA、ORACEL、OSI等开展了卓有成效的合作。在业界完成了诸多极具影响力的大型项目，通过多年的项目组织、开发、工程实施历练出一支极具专业水准的队伍。在多年来为电力行业提供信息化解决方案的基础上，同方电子基于“面向管理，辅助决策”的设计思想，以实现电厂“安全生产、经济运行”为基本出发点，全盘考虑，进行总体统一规划，根据企业发展需要分步实施，提出了电力行业信息化的“5S”解决方案，同方电子提供除DCS之外的所有系统方案与实施。1. 厂级监控信息系统(SIS)总体功能简介作为国内唯一提供发电企业仿真系统、SIS系统、MIS系统全套产品线的软件企业，北京同方电子科技有限公司汇集国内外众多专家、学者的科研成果，并以清华大学等国内著名院校和电力科研机构作为强大技术后盾，研制开发了具有自主知识产权的TEC-SIS系统。TEC-SIS系统是针对火电厂开发的具有自主知识产权的监控信息系统，是集实时/历史数据管理、过程监测、过程管理及优化控制为一体的厂级监控信息系统。该系统已通过“国家信息中心国家计委学术委员会软件评测研究中心”评测，计算机软件质量保证测试和计算机软件质量特性测试评价均为优。2. SIS业务目标TEC-SIS系统的核心目标是：“降低发电成本，提高整体效益”。TEC-SIS系统定位于：“电厂生产的专家级助手”。TEC-SIS系统的主要技术优势及特点包括： 熟悉电厂机、炉、电、控多专业的控制对象及过程，积累了电厂几乎所有系统和设备的过程数学模型。 熟悉国内、外大多数DCS系统，并与其进行过很好的技术协作。 以清华大学热能工程、电机工程等相关学科为依托，及时应用转化最新科研成果。 系统采用ASME、国标、行标等标准，借鉴吸收国际同类系统先进经验，性能达到国际先进水平。 拥有具有自主知识产权的分布式面向部件的支撑平台，计算引擎配置组态方便灵活，易于维护、扩展。 系统可应用于实时/历史数据库PI、eDnA、iHistorian等平台，也可应用于具有自主知识产权的DCOSE-PH实时/历史数据库平台。 与所有DCS、PLC、SCADA等系统方便互连，接口开放，支持OPC标准。 丰富的工程现场实施经验。基于虚拟DCS技术的控制系统画面翻译再现真实DCS系统主要包括分散处理单元（Distributed Processing Unit，即DPU）、各种数据采集板卡和端子、操作员站、工程师站、历史数据站以及操作盘台等部分构成；其中，DPU部分是DCS系统的核心，负责各种逻辑组态的运算。控制逻辑在工程师站上生成，并装载到DPU中运行，热控人员可以根据实际情况，对逻辑进行修改，重新装载到DPU中。操作员站和工程师站又可以合称为DCS的MMI（Man Machine Interface）部分，即人机接口，工程师站完成逻辑组态和监视功能，而操作员站完成设备控制和操作功能。虚拟DCS的特点，就是控制参数和算法完全来自于下载文件，使用与DCS相同的算法、模块、时间片、位号等，可以同步修改更新，软件功能逼真度很高。可以说，虚拟DCS能够真正有效、经济和广泛地应用于人员培训和在线检测诊断，满足火力发电等过程工业“数字化”的需求。虚拟DCS技术，是同方电子主营产品之一火电机组仿真机的核心技术之一。同方电子的TEC-SIS系统，正是使用了该套技术中的一部分功能操作员站的图形翻译，结合SIS系统各种实时/历史数据库的图形组态工具，实现了在SIS系统中直接翻译再现控制系统生产实时画面的功能，这在国内SIS厂家中尚属首创。通过该项技术，TEC-SIS系统可以对全厂生产状况进行实时监视，通过生产模拟图、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，并使系统的生产模拟图与各生产控制系统的监控画面一致（包括画面的颜色、字体、外观、所有过程量的嵌入位置，实时画面的各种参数等信息）。同时，由于使用软件翻译技术，大大降低了在控制系统画面再现过程中的时间周期，并且画面再现的正确率非常高。目前，TEC-SIS系统已经可以实现西屋WDPFII系统、爱默生Ovation系统、西门子ME和XP系统、ABB的Symphony系统、METSO的MaxDNA系统、HONEYWELL的TPS系统、新华XDPS系统、日立H5000M和H7000等系统的画面再现工作。GE MarkVI控制系统接口根据现场实际需求和对GE公司的Mark VI系统的深入研究和分析，结合我公司近30年的仿真系统开发经验，我们在北京太阳宫成功开发并实施了针对Mark VI控制系统的通讯专用接口。该接口软件不仅能有效的降低用户投资，而且减少了通讯接口软件的联调时间，并同时支持不同实时数据库的需求。TEC-SIS系统在同方电子发电企业信息化解决方案TEC-CIPS中所处的位置如图2所示。图2 TEC-SIS系统在TEC-CIPS中所处位置图3 TEC-SIS系统架构TEC-SIS系统总体上包括三大部分，如图3所示。实时数据采集为系统提供生产信息来源，是整个系统的基础；实时/历史数据库是系统的核心；建立在数据库基础上的功能软件则是系统成功推广应用的关键。1. TEC-SIS系统网络架构TEC-SIS系统网络架构采用分层分布式设计，如图4所示。图4 TEC-SIS系统网络架构下层为接口层网络，采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集。利用接口机缓存功能，防止数据库服务器故障时丢失数据，而且单个节点的故障不影响其它控制系统数据采集，起到故障隔离作用。不同的控制系统有不同的接口要求，分布式数据采集方案可根据上下需要灵活选择软硬件配置。上层为应用层网络，挂接各应用服务器和客户端。通过分层式设计，便于分散网络负荷，提高通讯效率和可靠性；也可以通过数据服务器进行技术和通讯协议。上层强调开放性，选择交换式以太网技术实现，而下层则更强调与底层各控制网络的互通性。 在SIS系统和MIS系统的互连上，采用防火墙策略，将SIS系统的应用层网络通过防火墙连接到MIS系统骨干网，在防火墙上设置各种安全策略。较好地满足了SIS系统应用层的安全性和可靠性，方便SIS系统的各种应用软件从MIS系统网上获取数据，同时也可以满足MIS系统网上用户访问实时数据的需要。2. TEC-SIS系统软件架构TEC-SIS系统软件架构自下向上由接口软件、数据库软件、计算引擎、功能模块和客户端软件组成，如图5所示。图5 TEC-SIS系统软件架构一、 实时/历史数据库是整个系统的核心，是电厂生产运行的“黑匣子”，其存储容量和存储效率直接关系到数据采集的范围和精度。由于电厂生产过程数据海量、无序、精度要求高、带有时标，常见的关系型数据库不能很好地满足要求，使用适用于流程行业的实时/历史数据库是常见的选择。国外已有几种这类成熟软件产品，国内一些公司也开发出了自己的类似软件产品。目前，TEC-SIS系统可以和多种国内常见数据库产品集成，如PI系统、eDNA。二、 各种功能软件运行效果的好坏很大程度上依赖于计算引擎高效有序的驱动管理。计算引擎能快速准确地检索实时/历史数据并对其进行有效性检查、准确性校验、单位转换等预处理，按照一定时间周期调度功能模块的装载、运行、暂停、卸载等，并将计算分析结果进行必要的数据处理并输出到实时/历史数据库。TEC-SIS系统计算引擎主要包括数值计算引擎、仿真建模引擎和专家系统推理引擎三部分。 TEC-SIS采用Microsoft Excel作为性能计算引擎，充分发挥了Excel强大的计算功能，具有配置灵活方便、方便直观、计算公式开放、易于配置和调试等优势。基于Visio的图形化建模系统主要用于为电厂各种热工过程系统进行集成化图形建模，通过建立设备和系统的高逼真度仿真模型来实现性能和特性分析。在建立高逼真度仿真模型的基础上，采用基于模糊推理机制的专家系统和具有自学习功能的神经网络技术原理，实现优化运行指导操作和设备故障诊断。图6 TEC-SIS系统计算引擎三、 位于计算引擎上层的是为了满足相应功能需求的监测统计、性能计算、耗差分析、状态监测、寿命管理、故障诊断、负荷分配等功能模块。 目前，TEC-SIS系统中已经开始应用一些人工智能技术，如专家系统、神经网络技术等，来完成一些深层次功能的研制开发，这样，SIS系统才能真正发挥其优化运行、节能降耗的作用。当前，TEC-SIS系统主要包括：生产过程信息监测和统计、性能计算和优化、经济性分析和优化、设备寿命监测和管理、设备状态监测和故障诊断、优化运行调度等六个功能子系统。图7