发电厂厂级监控信息系统.doc

硕士学位论文某某发电厂厂级监控信息系统SIS的规划设计与实施Planning, design and implementation of Zhangjiakou Power Plant Supervisory Information System (SIS)作者：*导师：*北京交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期：2012年12月16日 签字日期： 年 月 中图分类号：UDC：学校代码：10004密级：iv北京交通大学硕士学位论文某某发电厂厂级监控信息系统SIS的规划设计与实施Planning, design and implementation of Zhangjiakou Power Plant Supervisory Information System (SIS)作者姓名： * 学 号：1*导师姓名：* 职 称：* *工程领域：软件工程 学位级别：* 北京交通大学2012年12月致谢本论文的工作是在我的导师孔令波老师的悉心指导下完成的，孔令波老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来孔令波老师对我的关心和指导。孔令波老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向孔令波老师表示衷心的谢意。孔令波老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在撰写论文期间，同学们对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。北京交通大学专业硕士学位论文 中文摘要中文摘要随着电力行业的不断发展，电力行业使用信息技术已然具有多年的历史。在电力行业使用信息化过程，发展到如今出色的应用之一便是SIS。SIS在电力行业的应用相对广泛，发展前景巨大。张家口发电厂在基于自身条件下，迎合电力企业信息发展的需要，在全厂推动运行厂级监控信息系统（Supervisory Information System，简称SIS）。本论文作者参与了张家口发电厂SIS系统的设计与应用, 主要工作可概括如下:1.作者对张家口发电厂的控制系统的特点以及发电厂信息化使用现状进行了分析。2.对张家口电厂信息运行系统组成的基本原理进行组合分析，分步骤设计出更加合理的SIS系统。3.规划设计系统环境的实现，以及电厂SIS数据连接技术。建立全厂的实时和历史数据库，满足SIS应用开发和各相关部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求实现信息共享。使用的数据库软件是由美国OSIsoft软件公司开发的PI （Plant Information System）实时数据库。4.对张家口发电厂SIS系统的前景进行了部分的展望，做出了相应的总结。SIS系统在张家口发电厂的运行，将更加有利于生产过程中的控制、管理、考察，促进机组经济、安全、稳定运行。关键词：电厂生产信息化；机组DCS；SIS；PI北京交通大学专业硕士学位论文 ABSTRACTABSTRACTWith the continuous development of power industry，power industry uses IT already has years of history。In the power industry to use information technology，the development is now an excellent application is one of the SIS。SIS is a relatively wide range in the power industry，huge prospects for development。Zhangjiakou Power Plant based on its own conditions，to cater to the need for the development of the power of enterprise information in the whole plant to promote running the plant-level monitoring information system (Supervisory the Information the System, referred to as the SIS)。In this thesis，Zhangjiakou power plant design and application of the SIS system，the use of database software is developed by OSIsoft software PI (Plant Information System) real-time database。Of the characteristics of Zhangjiakou power plant control system and power plant of information technology analyzes the status。Establish real-time and historical database of the whole plant to meet the SIS application development and the relevant departments on-site process data quickly and efficiently to share information query and processing requirements。The realization of the planning and design environment，as well as plant SIS data connection。And Zhangjiakou Power Plant operating system components of the basic principles of portfolio analysis，step-by-step design of a more reasonable SIS system。And Zhangjiakou Power Plant SIS system prospects were part of the outlook made relative summary。Zhangjiakou power plants running，the SIS system will be more conducive to the production process control，management，inspection，and promote the unit of economic, safe and stable operation。Key Words：The production information of power plant; aircrewDCS; SIS; PI北京交通大学专业硕士学位论文 目录目录中文摘要iiiABSTRACTiv1 引言11.1 课题背景及意义11.2 同类产品研化现状22 相关信息系统及技术概述32.1 电力行业生产信息化介绍32.1.1 基本概念32.1.2 发展历程32.2 机组DCS系统简介42.2.1 DCS系统概述42.2.2 机组概况42.2.3锅炉和辅助设备42.2.4汽机和辅助设备52.2.5发电机72.2.6 控制系统72.3 SIS系统相关82.3.1 SIS的基本概念与说明82.3.2 监控信息系统(SIS)组成92.4 本章小结133 需求描述与分析143.1 基本构成状况143.2 系统结构状况143.3 张家口电厂SIS系统设计153.3.1 设计目标153.3.2 数据库设计163.3.3 软件体系结构设计163.3.4 网络及硬件平台设计163.3.5 数据采集接口设计173.4 本章小结184 网络总体设计与规划194.1 网络总体设计的基本原则194.2 网络总体设计204.3 网络需求分析214.4 配置原则224.5 网络设计原则234.6 网络结构244.7 本章小结255 应用总体设计与规划265.1 应用总体设计目标与要求265.2 数据库的设计概述275.2.1 SIS数据库功能要求275.2.2 数据压缩原理295.2.3 PI实时数据库系统325.3 应用功能设计335.3.1 厂级生产过程监视和管理345.3.2 基本功能345.3.3 生产流程监控355.4 张家口电厂的监控平台365.5 张家口电厂报表375.6 本章小结386 项目总结及新型应用396.1 项目应用价值分析396.2 新型SIS应用平台396.3 整体总结416.3.1个人总结416.3.2 张家口SIS系统总结416.3.3 未来展望426.4 本章小结42参考文献43独创性声明45学位论文数据集4646北京交通大学专业硕士学位论文 引言1 引言主要介绍电力行业信息化的基本概念，阐述了机组DCS与SIS的基本内容与方法，以及简单介绍了张家口发电厂机组现状、控制及信息系统的概况，为接下来的论文章节分析打下了基础。1.1 课题背景及意义近年来，作为国民经济的关键部门与基础产业，以“厂网分开、竞价上网”、“打破垄断、引入竞争”等一系列为关键内容，我国电力行业进行了非常大的改革，逐步建立起新的更有效的市场竞争机制。与此同时，煤炭资源日益消耗，我国电煤供不应求，以及在此基础上不断上涨的煤价，间接或直接导致了加大发电成本。在这些压力之下，我国电厂行业需要引进及采用，更加前沿的管理和生产手段，通过优化生产、降低生产成本等一系列手段才能提高生产效率。毋庸置疑，电力行业信息化成为促进电力行业完成飞跃式发展的一条高速路。电厂生产信息化大体上分两个方面，这两个方面分别是：一是面向机组级的生产过程监控；二是面向全厂生产过程乃至整个企业的监控和管理。以往，由于管理模式、投资及技术条件限制等因素的影响，我国电力企业一直偏重于机组DCS（Distributed Control System，简称DCS）等系统控制功能的应用，而对于全厂生产过程的实时监控及其优化指导方面重视不足，随着生产自动化水平的提高和我国电力改革和发展的需要，有些电厂虽然在DCS或MIS系统上增加了部分性能诊断、优化等功能，对提高机组运行经济性起到了一定的积极作用，并没有在整个机组或全厂范围内实现优化运行。因此，迫切希望在全厂范围内的实现整体优化运行，以提高全厂综合自动化水平并为MIS或相关系统提供经优化处理后的实时数据，进一步提高全厂营运效益。综上所述，由于在传统的单元机组控制系统或管理信息系统上单纯增加和扩大部分机组性能诊断和优化功能不能最大限度地提高全厂运行经济性，在这一背景下，火电厂厂级监控信息系统（SIS）便应运而生1，并将在今后会得到迅速的发展。从而由火电厂厂级监控信息系统（SIS）和MIS（Management Information System，简称MIS）系统构成一个完整的电厂厂级自动化信息系统。张家口发电厂顺应企业信息化建设的发展需求，结合本厂自身情况，在全厂范围内推动SIS（Supervisory Information System in plant level，厂级监控信息系统）。SIS系统属于企业生产过程自动化范畴。该系统是各种分散控制系统与MIS应用系统（如EAM、绩效考核等）之间的数据桥梁，为管理提供多层次的实时数据支持。张家口发电厂SIS系统以分散控制系统为基础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个电厂范围内信息共享和全厂生产过程的实时信息监控，提高了机组运行的可靠性。为企业管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据2，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。从管理角度来看，它为控制企业成本、提高生产力提供重要而真实的运行数据。同时，通过数据的分析和比较，能够提出科学的、合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。系统实现了全厂范围内的管控一体化，为实现全厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。1.2 同类产品研发现状国际国内电力科研部门在开展对锅炉控制的优化。实现技术包括燃料分配、优化整定、高级燃烧器控制技术及神经网络优化等方面的研究。信息化与自动化一方面改善了机组运行的灵活性，更加适应负荷摆动及燃料特性变化，同时还帮助有关人员更好地管理生产过程，并致力研究开发快速运行决策支持系统。 在优化运行和状态检测方面，目前开展了性能计算引擎、可控参数诊断模块、锅炉清洁度模块、凝汽器性能模块、给水加热器性能模块、汽轮机性能模块、风机性能模块、泵性能模块、空气预热器性能模块、设备性能诊断模块、运行工况预测模块、混煤模块、冷却塔性能模块、负荷分配模块等方面的研究。运行管理人员根据这些辅助信息来及时调整电厂的生产过程3。 ABB公司、Honeywell公司、Foxboro公司、HITACHI、西门子公司等都提出了工厂信息集成及优化控制与管理的解决方案。 在我国，有关发电厂优化控制与管理方面的研究也受到各方面的关注。在电力体制改革之后，为了提高整体竞争力，实现标准化管理，发电企业（集团）对优化控制与管理方面提出了更多新的需求。目前国内相关单位已开发研制出多个相关功能软件模块，并逐渐在生产控制与管理中发挥作用。SIS的基本功能是对火电厂全厂生产过程进行实时管理和监控4，并提供综合优化服务。经过几年的研究开发，已经取得了一定进展。目前各发电集团和研究单位都在积极探索，取得了宝贵的经验。北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述2 相关信息系统及技术概述本章对电力行业生产信息化进行了比较详细的描述，介绍了机组DCS系统的具体内容，描述了机组DCS系统的具体使用方法和它所具有的各种特点，以及SIS系统相关和数据库使用也进行了描述和讲解。2.1 电力行业生产信息化介绍2.1.1 基本概念电力工业信息化电力工业信息化即是将电子信息技术（如微电子技术、通信技术、计算机和网络技术，即IT技术）在电力工业规划设计、基建、发电、输变电、供电、用电以及在电力企业的生产、管理经营和对外服务的各个领域的应用全部的统称5。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、智能化、现代化工业转变的过程。信息化已经成为电力行业现代化进程的一个重要的不可缺少的组成部分。电力信息化正在对电力产业提供巨大的有力支撑，正与电力工业深度融合6。2.1.2 发展历程电力行业计算机应经历四个发展阶段：第一个阶段，60-80年代初期；第二个阶段，80年代中期到90年代初期；第三个阶段：90年代中期到2005年左右；第四个阶段：2006年到2020年左右。第一阶段：电力科技实验阶段从60年代到80年代初，电力计算机技术主要应用于电力实验数字计算、工程设计与计算、科研计算、发电厂设备自动监测、变电站所自动监测、情报科技的检索。第二阶段：专项计算机应用阶段从80年代中到90年代初，电力行业信息化建设进入有计划的发展时期，主要是开发建设电力生产和管理中的专项业务应用。第三阶段：网络化的应用阶段90年代中期到本世纪初，为电力系统信息化建设规模建设和广泛应用以及加速发展时期。这一时期以网络环境下建设与应用为主要特点。各电力企业信息技术的应用由操作层向管理层延伸，从单机、单项目向网络化、业务应用、综合服务应用发展7。第四阶段：企业级信息化阶段进入二十一世纪，2002年，电力行业进行了机构改革，两大电网和五大发电企业以及其他电力企业组成的行业格局，在新的行业格局下，电力企业实施了内部管理的改革，电力企业管理模式与经营模式的都发生了较大的变化，改革对信息化建设提出了新的要求。信息化与企业经营理念和管理模式结合更加紧密，与企业发展战略关系密切，电力行业信息信息化建设走向成熟8。2.2 机组DCS系统简介2.2.1 DCS系统概述DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统9，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。2.2.2 机组概况1988年8月，张家口发电厂建厂，通过一二期工程建设，共装备了8台国产300MW发电机组，形成的稳定生产能力为2400MW。它具备我国第一台全套国产300MW机组，这在我国历来的发电过程中，具有非常重大的意义。全厂最重要的任务是：通过双回500KV线路向北京供电，同时兼顾地方用电，对首都北京来说，这是及其重要电源点。张家口发电厂的燃煤机组工程大小为8300MW，分别由935t/h燃煤机组8台以及与之相对应的8台300MW汽轮发电机组及辅助系统组成。2.2.3 锅炉和辅助设备锅炉生产厂家：东方锅炉厂；型号：DG1025/18.2-4 型；特点：自然、循环、全悬吊、亚临界、中间再热、平衡通风、燃煤汽包炉；方式：制粉系统为中速磨冷一次风正压直吹式系统，采用四角切圆直流摆动式燃烧器10。在锅炉MCR工况下的额定参数如下表2-1所示：表2-1 锅炉MCR工况下的额定参数参型单位数据备注主蒸汽流量th935无主蒸汽压力MPa17.35无主蒸汽温度540无再热蒸汽流量th793无再热蒸汽压力MPa3.70/3.48（进口出口）再热蒸汽温度326/540（进口出口）给水温度270无每台锅炉配有下列主要辅助设备，如下表2-2所示：表2-2 锅炉主要辅助设备设备名生产厂家型号数目备注三分仓容克式东方锅炉厂LAP10320/383 型两台空预器动叶调节轴流式通风机上海鼓风机厂SAF-28-16-1 型两台吸风机动叶调节轴流式通风机上海鼓风机厂FAF-20-10.6-1 型两台送风机离心通风机上海鼓风机厂1788B/1124 型两台一次风机碗式中速磨煤机上海重型机械厂HP803 型六台磨煤机电子称重皮带式给煤机上海重型机械厂8244型六台给煤机2.2.4 汽机和辅助设备（1）汽轮机的基本参数汽轮机组的大小参数：300MW；模式：亚临界中间次再热二缸两排汽凝汽式机组，型号： 00-16.7/537/537-3 型（合缸），标准额定功率（ECR）的数值：300MW，限定最大功率（VWO）的数值：330MW，汽轮机限于最小稳定负荷的数值：30%MCR。通流级数限定：28 级；（其中分为：高压缸为：1 个调节级+9 个压力级，中压缸为：6 个压力级，低压缸为：26 个压力级。）末级叶片长度的数值：851mm。转子从汽轮机向发电机方向看为顺时针方向旋转，生产厂家提供的一些数据：发电机一阶临界转速为：1399r/min，高中压转子一阶临界转速为：1679r/min，低压转子一阶临界转速为：1753r/min，发电机二阶临界转速为：3406r/min。在汽机MCR工况下的额定参数为下表2-3所示：表2-3 MCR工况下的额定参数选项数据单位高压主汽门前蒸汽压力16.7MPa前蒸汽温度537中压联合汽门前蒸汽压力3.30MPa前蒸汽温度537（2）每台汽机匹配的主要辅助设备如下列列举所示：凝结水系统配有凝结水泵：两台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：9LDTN-2C 型。配有凝结水升压泵：两台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：NS300/200CJ型；备注：一台工作，一台备用。给水系统配有给水泵：三台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：50CHTA/6HP-4 型。且带有前置泵；型号：YNKn300/200-20YJ 型；给水泵的最小流量为145165m3/h（开阀流量180t/h，关闭流量240t/h）。其中一台用带有液力偶合器的电动机驱动即电泵在机组启停时使用，另两台用小汽机驱动做为正常运行泵，正常做备用泵。给水泵汽轮机为东方汽轮机厂生产的单缸、单轴、凝汽式汽轮机，型号为G3.6-0.78型。循环水系统配有两台60%的 160HB-A型立式斜流泵。凝气器为N-17660-3 型单背式、单壳体、对分双流程、表面式，循环水量为（单台）21420（ 5.95m3/s）、（双台）30600t/h（ 8.5m3/s），循环水温升为 10.32，最高工作温度80， 凝结水过冷度2，凝汽器传热端差为712（须2.8），凝汽器正常水位为500550mm。2.2.5 发电机发电机生产厂家：东方电机厂；型号：QFSN-300-2-20；冷却方式：运行水氢氢冷却方式，即定子绕组（包括定子线圈，定子引线、定子出线）为水内冷，转子绕组氢内冷：转子槽内部分采用气隙取气铣孔斜流式氢内冷，转子绕组端部采用纵横两路铣槽氢内冷，定子铁芯及结构部件为氢表面冷却。励磁系统采用方式：三机励磁方式；发电机制造公司：东方电机股份有限公司制造；采用系统：采用静态止励磁系统；发电机冷却方式：发电机冷却方式为水一氢一氢。设备主要参数为下表2-4所示：表2-4 设备主要参数物理选项数值单位备注额定的有功功率300MW无最大限定有功功率330MW无额定功率因数0.85空无额定电流10190A无额定电压20KV无2.2.6 控制系统控制系统包含三个部分，三部分分别为：DCS分散控制系统和脱硫、辅控网控制系统。单元机组全部实现计算机自动化监控。按机电炉统一的运行管理和单元集中控制，运行人员在集控室内通过操作员站实现机组启停控制、正常运行监视、参数调整以及机组运行异常工况的处理。分散控制系统DCS按照功能分散和物理分散的原则设计，8台机组的控制系统不尽相同，其中一号机组选用Honeywell公司的控制系统，二、三、四号机组采用的日立公司的HIACS系统，五、六、七、八号机组采用美国MCS 公司生产的Max1000+Plus 分散控制系统。各DCS系统采用高效率的控制网络、现场总线、工程师站、操作员站和控制软件等来完成机电炉及脱硫辅助生产过程的控制。DCS的功能包括数据采集处理监视系统（DAS），闭环控制系统（CCS），锅炉安全监察保护及燃烧器管理系统（FSSS），顺序控制系统（SCS），发电机变压器组及厂用电监控系统（EMCU），厂用电公用系统（EMCS）。一期脱硫、二期脱硫控制系统采用日立公司的HIACS系统。辅控网控制系统为双光纤千兆双环网结构，采用CSPA-2000F发电厂辅控DCS系统，包括CSC-800分布式控制硬件单元和CyberContr组态软件，采用了先进的冗余光纤环网技术作为CSPA-2000F主干网络，所有后台设备（操作员站、工程师站、系统服务器、网关）及各个辅控子系统均作为独立节点接入光纤环网；使用Windows XP操作系统作为主要系统平台。辅控网范围涵盖32个辅控子系统，在这32个子系统中，有11个子系统使用四方公司程控产品进行程控改造或新建，其余21个原有PLC程控子系统的控制设备接入到辅控网络中，实现对全部32个辅控子系统进行集中监控。2.3 SIS系统相关2.3.1 SIS的基本概念与说明SIS在国内被称为：厂级监控信息系统（Supervisory Infermation System），而在国外，SIS则被有些厂家则称为：生产管理辅助决策信息系统11。固然国内外对SIS的叫法有所不同，但它的属性和内容却是完全一样的。SIS是以对全厂各个机组、除灰、输煤等大部分公用系统生产工况的监督管理为基础，通过对设备的各项资料的完整记录(其中包括历史资料)，以达到分析各个设备及机组整体的运行状况和运行状态形成的厂级生产过程的实时监视与经济控制系统。它主要是为了达到经济目标控制下对全厂的协调生产状况与状态提供一定程度的决策支持，是一个融合了如：计算机信息技术、管理科学、决策科学、控制技术等学科与技术于一体的先进技术的集成系统。SIS是用计算机定义的方法和行业规定的方程对生产运行资料进行发掘、提炼、分析，透露出可以指导生产运行过程的科学结论12，能够更容易地观察实时数据、历史资料和在线分析结果，指导运行、检修，服务生产管理的各项工作，并向电厂管理信息系统（MIS）供应它要求的过程资料和计算结果以及分析结果。从这里可以说，将SIS定义为生产MIS或者生产辅助决策信息系统才能更好地显现出SIS的实质和内涵。总的说来，SIS系统一般具有以下几个常见的基本特征：SIS肯定是一厂级监控系统；SIS是企业生产过程的优化系统；SIS也是企业生产管理的应用系统；SIS同样是企业一个及其有效的信息系统；2.3.2 监控信息系统(SIS)组成电厂信息化层次结构从总体上来讲，可以简单归结为三层。这三层分别是：企业监控信息系统SIS，生产过程中的控制系统DCS以及企业管理信息系统MIS。下面从一些基本方面的比较来介绍它们之间的区别13。DCS、SIS与MIS功能之间的简单比较如下面所示：（1）SIS与DCS的区别设备对象之间的区别为：SIS：全厂，DCS：机组；主要功能之间的区别为：SIS：生产过程监控、优化、管理，不参与或少参与直接控制，DCS：生产过程控制、监视，并具有少量管理；人员对象之间的区别为：SIS：生产、检修相关人员，DCS：生产操作人员；安全可靠性之间的区别为：SIS：低(或同等)，DCS：高。（2）SIS与MIS的区别主要功能之间的区别为：SIS：生产过程监控、优化、管理，MIS：企业的经营管理以及办公自动化；人员对象之间的区别为：SIS：生产、检修相关人员，MIS：全厂人员；实时性要求之间的区别为：SIS：高，MIS：低；安全可靠性之间的区别为：SIS：高，MIS：低。监控信息系统（SIS）是建立在MIS网络和DCS网络之间的一个高可靠性、高速度以及超大数据容量的网络系统。而SIS网络系统运行的软件是针对全厂范围里面的实时监控以及优化控制和全厂范围的负荷优化调度等等，达到在全部电厂范围里面能够充分发挥出主辅机设备拥有的潜力，以求实现使全部电厂工艺系统能够运行在最完美工况的目的。与此同时，在担保生产安全的前提下，将以前相互独立的，然而在安全性、可靠性和实时性等各个方面存在着明显差异和不足的机组DCS和全厂MIS有机地连接到一起，使得在全部电厂范围里面达到生产信息和管理信息共享的目的，有效地加速电力行业的信息化建设。SIS在功能配置和网络设置上，每个不同的电厂通常是依照自己的需求，与此同时，联合全部MIS网络的整体规划进行设计。通常SIS的网络结构示意图如下图2-1所示：图2-1 SIS系统结构图这个网络结构示意图从根本上说来，最主要的是采用经典的分层的分布式设计结构。由图中可以看出，全部SIS网络系统分为了上下两个不同的两层。其中下层被称为SIS接口层网络，应用相互独立的接口机连接相对应的不同独立控制系统以进行数据的采集工作。而上层则被称作为SIS应用层网络，连接SIS层的相互独立各个应用服务器。正是通过这种分层式的设计，从一方面来讲：更加方便于分散通讯负荷，以用来提高不同层之间的通讯效率，从来实现网络的可靠性操作；而另外一个方面就是：通过不同数据服务器实现技术和通讯协议。总而言之，上层的技术要求选择强调的是开放性，按照当前网络技术的发展与进步，用交换式以太网技术来实现是非常好的一个选择。然而下层的要求则是，要更加地强调与各个不同的控制网络之间的互通性。实时/历史数据服务器就可以按照不同程度的要求来考虑冗余的配置。在企业信息化的过程中，其中最关键的部分是：信息集成。信息集成具有以下几个方面的基本观点：(1)着重强调一个企业的各个不同的生产环节是相互联系，并且不可分割的，需要作为一个整体来度量，而不是加以分开；(2)着重强调生产过程的各个不同环节，能够通过生产信息的采集、传递、处理以用来加以管理和控制，简而言之就是：应用信息技术的观点来处理问题。信息集成中最重要的问题是网络、数据库和软件。其中软件又囊括为：系统软件和功能软件。从以上就可以看出，一个SIS控制系统的基本构成就是：网络+数据库+软件。假如更深一步地把电厂中的DCS+SIS+MIS看作为一个完整的系统，那么它依旧是网络+数据库+软件，可以说是一个及其经典的信息集成系统。（其中：网络、数据库、系统软件这三样是系统的基础；而功能软件则是系统的核心和关键之处。）总的说来，SIS是发电企业实现机械自动化、企业信息化系统的重要的环节，故SIS在促进企业现代化前进的过程中起着及其重要的作用。那么它的重要作用主要表现在以下几个基本方面：（1）建立起全厂统一的生产信息平台一般发电厂中拥有很多套的自动化信息系统，在这些自动化系统中，由于不同的机组之间、不同的控制系统之间是彼此之间独立，导致的结果是信息不能够有效共享，不同机组与不同机组之间，或者相同的机组不同的辅助系统之间有一定意义上的信息孤岛。然而SIS系统为了消除不同机组或者不同辅助系统之间的信息孤岛问题，供应了一套比较系统化的解决方案。全厂不同机组以及不同辅助车间，它们的生产网络使用对应的网络接口与监控信息系统相互连接，以达到生产过程中的数据被完全监视和可以长期保存的目的。生产人员以及管理人员可以及时得到不同机组和机组子系统的运行参数，从而达到监视设备在运行期间不同的情况的目的，通过这种手来来提升整个电厂在生产和管理过程中的信息化层次。（2）实现更加深层次的对数据的提炼和加工情况，使您在所需的时候，能够更加快速地获取您所需要的信息。从目前的情况来看，当代的各个大型发电厂随时随地都存在大量的数据需要进行管理，但是在那些密密麻麻的数据后面，我们到底可以获取什么有用的信息呢？这才使我们最关心的问题。对于这个问题，SIS系统正是通过对设备(系统)生产的原始数据进行有效的提炼、加工、处理，之后可以将这些数据相应地化为拥有一些特定意义的信息。如下面几个方面的信息：现在电厂中的机组处于何种状态?到底还剩下怎么程度的经济潜力和安全余量？在系统运行过程中的那些重要部件距离维修和更换还有多长的时间？电厂目前的运行成本处于怎样的一个地步？除了这些类似的我们需要了解的问题外，同时，SIS系统还通过对发电企业特点的了解，进而设计出更加方便使用并且十分高效的信息发布的系统。这个更加高效的系统可以使使用者在最短的时间段里面能够发现自己所需要的信息，同时更有特色的一点就是：可以按角色定制信息发布界面。（3）优化操作指导系统：通过提高运行经济性为目的现阶段我国发电机组生产运行方面的水平还不是特别的高。其中较为突出的一点就是：与世界先进水平相比较，我国在供电煤耗方面还具有相当大的差距(200Mw以上机组统计相差约60克标煤每千瓦时)，从这里可以看出，我国在节能方面具有非常巨大的潜能。这里看来，SIS系统正是通过机组以及厂级性能的分析和计算，更加实时地寻找到导致当前煤耗可能偏高，是因为那些原因？比如：是不是设备检修方面的问题？是不是运行参数需要调整这方面的问题？是不是系统设计出现的问题？等等，SIS系统并且将这些问题划分为以下几个方面：检修可控、运行可控和不可控损失，通过这样的管理，更加有效，更加针对地给出关于运行和检修各方面的指导，然后进一步地提高机组运行经济性。（4）通过较快速度地分析设备系统产生故障的原因，比较及时地给出设备风险的评估以及发出关于智能的预警14。一般的火电厂因为具有数目庞大、类型相对较为复杂的主、辅运行设备。而在生产过程中，确保设备的安全性和稳定性，将是运行期间最重要的问题，同时也是相关生产和管理人员最关心以及花费相应时间和精力最多的问题，然而即使如此，它依然是故障最多并且处理起来最为困难的一个问题。SIS系统使用最前沿的数据融合技术完成尽快指出设备系统的故障、从而完成对故障相应分析与诊断、达到预测与预警的目的。如若系统发生一些故障时，倘若尽快指出其故障原因，实现保护动作的顺序排列，对与故障时相关的参数越限状态，以达到对故障能够尽快分析，减少故障分析过程中相应的所需时间。对故障前后的相关信息进行比较有效的综合分析，然后与设备（系统）的模型以及相关运行专家给出的建议相结合，然后指出故障可能的原因，根据指导进行对故障的维修。关于设备风险的评估以及智能预警，实现及时提醒设备系统可能固有的风险和隐患，同时可以提前预警设备发生的劣化性。从而达到有效防止设备损坏和突发事件发生的目的，着力对设备和机组的相关安全性进行保证。另外，在此基础上，检修水平也必须要进行提升，减少生产的成本，引进实时数据的设备动态管理先进技术，从而打破平常意义上的关于点检定修的说法，达到完全意义上的设备状态检修，从此达到极大减少生产成本的目的。2.4 本章小结本章主要介绍了电力行业信息化的基本概念，阐述了机组DCS与SIS的基本内容与方法，以及简单介绍了张家口发电厂机组现状、控制及信息系统的概况，为接下来的论文章节分析打下了基础。北京交通大学专业硕士学位论文 需求描述与分析3 需求描述与分析2006年底，张家口发电厂根据自身情况，决定建设全厂级的监控信息系统，并且以此为目的进行了需求、调研和分析。3.1 基本构成状况从建厂以来，发电厂领导非常重视对张家口发电厂的信息化建设。早在几年前，张家口发电厂就已经完成了MIS系统以及全厂局域网的网络。就在2006年的时候，张家口发电厂企业完成了建设覆盖了全厂各个不同的单位，拥有庞大数目为900多台的电脑客户端、服务器局域网络，从而完成本厂网络与Internet之间的链接。并且建设了应用服务器，此应用服务器分别以 IBM小型机服务器、外加网络存储为基础的数据库服务器、以及以 Pc 服务器为基础。做到了囊括协同办公(OA)、资产管理、生产统计、燃料管理以及发电厂的企业门户网站在内的数目众多的 MIS 应用系统，安装了例如经典的关系数据库 ORACLE 等。为电厂的企业信息网络提供平台，一个以千兆以太网为主干的高速信息交换平台。3.2 系统结构状况张家口发电厂SIS系统的设计与应用，使用的数据库软件是由美国OSIsoft软件公司开发的PI （Plant Information System）实时数据库；建立一套独立于原有管理信息网络的生产专用网络；通过此网络使用PI接口软件采集1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#机组DCS控制系统，一二期脱硫DCS系统，一二期辅控DCS系统，远动RTU、电量采集系统以及NCS系统的生产实时数据；对生产流程进行统一的监视和查询。建立全厂的实时和历史数据库，满足SIS应用开发和各相关部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求实现信息共享。3.3 张家口电厂SIS系统设计3.3.1 设计目标张家口电厂SIS系统设计的总体目标是：设计一套厂级监控信息系统，此系统符合张家口发电厂特点。并且要求系统技术具有以下特点：稳定、成熟、功能完善，还有一定冗余性。更加具体的要求如下面列举所示：（1）实时/历史数据库15的集成对象应该为：电厂在生产过程中的不同控制系统对应的实时数据，以完成企业在生产的过程中的实时/历史数据库，继而达到不同的系统和部门对数据库资源的共享，并且为这些实时数据，提供一个可以用来管理和应用的平台16。（2）作为重要的实时生产信息系统，此系统至少应具备：数据采集、数据应用、数据存储、数据库管理四个基本的组成部分（3）实时生产信息系统供应的数据采集能力为：分布式的连续数据采集能力，通过这项数据采集能力，做到对生产过程中数据采集实时性的保障。（4）系统并须与国内外相关方面的技术和行业所制定的标准相符合，符合系统的软、硬件平台同其他系统之间的相互连接的要求。（5）在事务处理方面，实时生产信息系统还应该满足一致性与完整性。（6）在安全方面，系统必须能够保证数据的安全。例如：有运用合适的加密措施来预防数据危险、还能给出数据备份的措施以保证数据的恢复，在用户身份方面还能提供身份认证、不同身份的级别及权限管理和相关操作以及审计等。（7）如第三条所示，因为系统采用了分布式的体系结构来组成，故这种结构应能对系统的开放性以及可扩展性进行保障。（8）实时生产信息系统还应该关注的方面，就是系统的易用性以及可维护性，从这个方面给系统提供关于运行状态的实时监控信息。（9）实时生产信息系统应保证生产过程数据的完整性，确保原始数据的准确性及一致性，为生产操作人员和管理人员提供实时/历史数据图文展示，为生产过程优化及辅助决策等管理方面的应用软件提供基础数据。（10）实时生产信息系统应该保证系统的高可用性以及高可靠性，应该做到对容错配置的支持。3.3.2 数据库设计在数据库设计这方面，由于传统意义上的ORACLE数据库这种关系数据库根本不能完成电厂项目大量实时以及高精度数据存储并处理的要求，从这个方面出发，我们并须采用更专业的实时数据库系统。在国内外，能够满足这种要求的实时数据库产品种类繁多，然后依照此系统关于需求方面的调研以及对SIS在电厂实施的相关经验，我们继而选取了在国际比较领先并且非常好用的 PI 实时数据库系统17。PI实时数据库系统能够在线存储并处理上万、十几万甚至几十万以及更多点的实时数据。PI实时数据库系统供应与之配套的接口软件和相关的绘图工具，通过这项配置就可以实现制作监控画面。PI 实时数据库系统能够极大地满足SIS系统在数据量大和实时性高以及安全可靠等等方面严格的要求。3.3.3 软件体系结构设计对于张家口发电厂的监控管理系统来说18，SIS软件是整个系统最主要的的核心部分，SIS软件包括以下几个方面：数据采集接口软件、客户端应用软件、支撑软件、数据库系统等。依照本次项目技术方面的特点，软件采用的是分层体系结构，从下往上看依次分开为四个层次，即：最下层的数据采集接口软件，其作用是连接不同的生产控制系统、再往上一层的PI 数据库相关软件、上面第二层包括信息发布等的支撑软件、第一层的客户端应用软件。整个分层的构造如下图 3-1 所示。3.3.4 网络及硬件平台设计张家口发电厂SIS系统主要由以下几个方面组成，它们分别是：实时数据库软件、PI 双机服务器、信息网络系统、隔离器、数据采集接口机、专业辅助应用软件等。其中实时数据传输过程需要传递的载体，即为网络系统，而作为系统存储和处理中心的则是实时数据库服务器和软件，作为SIS系统和不同的控制系统之间连接的信息桥梁则是数据采集接口机19。本系统的关键和核心则是不同的控制系统和SIS系统的接口软件。张家口发电厂SIS网络与硬件系统结构图如图 3-2。图 3-1 SIS分层体系结构图 3-2 张家口发电厂网络与硬件系统结构图3.3.5 数据采集接口设计对于PI数据库来说，它的基础和数据来源就是数据采集接口。在本次项目中，作为重要的数据采集程序，它在单独的接口机上进行运行。这种单独的接口机分别与以下各种系统相互连接：l RTU 系统；l 电气网控系统（NCS）系统；l 各生产控制系统包括 DCS；l 辅控控制系统；l 实时数据库服务器；l 脱硫控制系统；l 电量计费系统；通过与这些不同系统之间的相互联系，进而实现对生产过程中实时数据的稳定采集，并且同时实现不同的控制系统之间以及与其他系统之间的安全隔离。除了拥有向数据服务器发送数据这项最基本的功能外20，每个接口机，同时还具备存储数据以及按要求显示数据的功能。通过这项功能，可以是历