基于B/S架構(gòu)的SIS系統(tǒng)設(shè)計及在燃機電廠中的應(yīng)用

蔣銀忠，張世軍

（1.江蘇省投資管理有限責(zé)任公司，江蘇南京210005；2.江蘇蘇美達(dá)集團公司，江蘇南京210018）

基于B/S架構(gòu)的SIS系統(tǒng)設(shè)計及在燃機電廠中的應(yīng)用

蔣銀忠1，張世軍2

（1.江蘇省投資管理有限責(zé)任公司，江蘇南京210005；2.江蘇蘇美達(dá)集團公司，江蘇南京210018）

介紹了廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）的概念和典型的瀏覽器/服務(wù)器（B/S）系統(tǒng)架構(gòu)，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集、通信接口、軟件應(yīng)用、安全防范等方面闡述了系統(tǒng)的設(shè)計理念，并給出了典型的B/S架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案應(yīng)用于燃機電廠中并取得了較好的使用效果。

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)；B/S架構(gòu)；燃機電廠

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）是第一個由我國專家根據(jù)計算機技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合電廠實時生產(chǎn)過程監(jiān)控和管理經(jīng)驗，自主提出的電廠信息化中比較重大的概念［1］。近年隨著電力行業(yè)“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”的實施，電力系統(tǒng)自動化程度不斷提高，電廠對分散控制系統(tǒng)及其自動化監(jiān)控系統(tǒng)所產(chǎn)生的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)有了更高的要求。SIS系統(tǒng)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，就是通過對生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析，提供實時監(jiān)控、經(jīng)濟性能分析等手段，為發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)活動提供指導(dǎo)依據(jù)，為降低發(fā)電成本提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，從而達(dá)到增強發(fā)電企業(yè)的整體效益和競爭力［2，3］?；跒g覽器/服務(wù)器（B/S）架構(gòu)的信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了客戶端零安裝、零維護，只要聯(lián)網(wǎng)就能訪問信息系統(tǒng)。在應(yīng)用了先進的計算機技術(shù)后，B/S架構(gòu)的信息系統(tǒng)還能大大增加交互性能，減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

1　基本概念

SIS系統(tǒng)是集生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集、生產(chǎn)過程實時監(jiān)測、生產(chǎn)過程優(yōu)化指導(dǎo)、科學(xué)管理為一體的廠級自動化信息系統(tǒng)，是處于火電廠集散控制系統(tǒng)以及相關(guān)輔助程控系統(tǒng)與全廠管理信息系統(tǒng)之間的一套實時廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)。典型的SIS系統(tǒng)位于分散控制系統(tǒng)（DCS）/輔助生產(chǎn)車間控制網(wǎng)絡(luò)（PLC）和生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（MIS）網(wǎng)絡(luò)之間，是相對獨立的、具有一定安全性要求的實時數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。

SIS系統(tǒng)以機組的數(shù)據(jù)采集存儲、性能計算、廠級經(jīng)濟性分析、廠級負(fù)荷分配以及機組的經(jīng)濟運行為主要目的。SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有實時性，其體現(xiàn)在SIS系統(tǒng)實時地采集和分析生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并及時通過各種手段將數(shù)據(jù)發(fā)布出來，供客戶端查閱或引用。SIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)具有存儲持續(xù)性。一般情況下，SIS系統(tǒng)的設(shè)計存儲容量為機組的一個大修周期，即至少是5 a，所存儲的數(shù)據(jù)包含機組所有的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)以及重要的中間點數(shù)據(jù)。海量的數(shù)據(jù)是各項分析的基礎(chǔ)。SIS系統(tǒng)提供多種功能模塊，分析機組的運行參數(shù)，通過系統(tǒng)強大的數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)優(yōu)化，對機組乃至全廠的運行狀況進行完整系統(tǒng)的分析，提供可供參考的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。

在信息系統(tǒng)的架構(gòu)中，通常采用客戶端/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)和B/S架構(gòu)2種方式。最先流行也是最容易實現(xiàn)的是C/S架構(gòu)，但隨著計算機的不斷進步，尤其是計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，采用B/S架構(gòu)的信息系統(tǒng)大量出現(xiàn)。B/S結(jié)構(gòu)解決了C/S需要在各個使用終端部署安裝軟件的弊端，以WEB的方式，向聯(lián)網(wǎng)計算機終端提供各類數(shù)據(jù)、監(jiān)控畫面和業(yè)務(wù)流程，終端用戶只要聯(lián)網(wǎng)，使用瀏覽器即可登錄信息系統(tǒng)。因此無論是系統(tǒng)部署還是系統(tǒng)維護，B/S架構(gòu)都是最適合使用的信息系統(tǒng)架構(gòu)。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶動了以工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的SIS系統(tǒng)的技術(shù)進步，同時也能做到與MIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的無縫連接，從而構(gòu)成一個完整的電廠自動化信息系統(tǒng)。

2　典型B/S架構(gòu)的SIS系統(tǒng)設(shè)計

2.1 SIS系統(tǒng)的總體設(shè)計

SIS系統(tǒng)單向接收生產(chǎn)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)，確保生產(chǎn)控制系統(tǒng)的絕對安全可靠；實現(xiàn)SIS系統(tǒng)能夠同MIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)互連和數(shù)據(jù)交換；SIS網(wǎng)絡(luò)和辦公網(wǎng)需進行橫向單向的硬件隔離機制，保證SIS內(nèi)網(wǎng)的絕對可靠安全；提供最大限度的容錯冗余特性和可擴充性；實時/歷史數(shù)據(jù)庫能快速、大容量保存生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。

2.2典型B/S架構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計

（1）配置1臺（或多臺）WEB服務(wù)器，提供WEB服務(wù)；

（2）配置1臺（或多臺）應(yīng)用服務(wù)器，提供SIS系統(tǒng)功能部署；

（3）有條件的情況下，配置歷史/實時數(shù)據(jù)庫的鏡像服務(wù)器，確保數(shù)據(jù)安全，穩(wěn)定；

（4）確保客戶端對WEB服務(wù)器訪問的網(wǎng)絡(luò)連接通暢，如果SIS系統(tǒng)與辦公網(wǎng)實施了單向隔離，WEB服務(wù)器需配置在辦公網(wǎng)側(cè)，同時需在辦公網(wǎng)側(cè)配置SIS的鏡像數(shù)據(jù)服務(wù)器，為WEB服務(wù)器提供數(shù)據(jù)。

依據(jù)以上原則，結(jié)合B/S架構(gòu)的基本特點，典型的SIS系統(tǒng)設(shè)計方案如圖1所示。

圖1　SIS系統(tǒng)方案示意圖

典型帶隔離的B/S架構(gòu)SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　帶隔離的B/S架構(gòu)SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

SIS網(wǎng)絡(luò)基于工業(yè)以太網(wǎng)，內(nèi)部通信協(xié)議采用局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)EEE802.x和網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)際通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP。SIS網(wǎng)絡(luò)一般以千兆交換機為核心，邏輯上分以下3層。

（1）底層為SIS接口層，這層主要功能是通過接口設(shè)備和通信協(xié)議，對電廠生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行采集，接口層與控制系統(tǒng)層之間一般采用單向隔離裝置，數(shù)據(jù)只能從生產(chǎn)控制網(wǎng)到SIS內(nèi)網(wǎng)進行單向傳輸。

（2）中間層主要包括SIS實時/歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、鏡像服務(wù)器、核心交換機等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。在配置有單向隔離的SIS網(wǎng)絡(luò)中，鏡像服務(wù)器部署在辦公網(wǎng)（III區(qū)），實時數(shù)據(jù)庫將采集到的所有實時數(shù)據(jù)單向傳輸鏡像數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，這種情況下WEB服務(wù)器也將部署在辦公網(wǎng)，如圖2所示。

（3）上層為SIS應(yīng)用層，包括SIS應(yīng)用服務(wù)器、SIS工程師站以及WEB服務(wù)器，有條件的還可以配置網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器，防病毒服務(wù)器等設(shè)備。

3　SIS功能模塊及應(yīng)用

結(jié)合目前火力發(fā)電廠的實際情況，SIS系統(tǒng)的主要上層應(yīng)用有：全廠生產(chǎn)流程監(jiān)視、全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲與查詢、機組及廠級性能計算和耗差分析、機組經(jīng)濟性指標(biāo)分析、過程信息統(tǒng)計和分析、小指標(biāo)計算與考核、運行優(yōu)化與操作指導(dǎo)等。

3.1全廠生產(chǎn)流程監(jiān)視

全廠生產(chǎn)流程監(jiān)控系統(tǒng)包括各機組的DCS、全廠各輔網(wǎng)控制系統(tǒng)、脫硫脫硝等實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，其生產(chǎn)流程都能通過辦公網(wǎng)在工作站和終端上通過瀏覽器進行監(jiān)視。生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以在畫面上實時監(jiān)視，也可通過報表系統(tǒng)進行實時比對與查詢。

3.2全廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲與查詢

該功能將以高精度采集所有來自外圍控制系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，通過科學(xué)的數(shù)據(jù)壓縮率將這些數(shù)據(jù)保存為歷史數(shù)據(jù)文檔，同時保證數(shù)據(jù)還原的精確性。在SIS系統(tǒng)中通過后臺計算模塊或計算服務(wù)對這些數(shù)據(jù)進行計算和分析，其所有結(jié)果也將和實時數(shù)據(jù)一起被保存。

機組級和廠級生產(chǎn)數(shù)據(jù)歷史趨勢、異常數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、考核指標(biāo)、性能指標(biāo)、優(yōu)化數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)等均可通過WEB客戶端或數(shù)據(jù)查詢工具查詢和回放。提供在線實時畫面展示，趨勢曲線以及各類數(shù)據(jù)報表，表現(xiàn)手段豐富。

3.3性能計算及耗差分析

（1）機組性能計算主要包括：汽機、鍋爐的輸入輸出效率、汽包節(jié)點溫度、廠用電率、循環(huán)效率、供電效率、發(fā)電效率、熱耗、熱耗率、內(nèi)效率、供電氣耗與發(fā)電氣耗、凝汽器端差等。

（2）廠級性能指標(biāo)計算主要包括：聯(lián)合循環(huán)機組的發(fā)電效率、廠用電率、熱耗率、汽耗率（折成標(biāo)煤）、壓氣機壓比、蒸燃功比等。

（3）耗差分析主要包括：汽機實際熱耗量、汽機有功功率應(yīng)達(dá)值、濕度偏離設(shè)計值對熱耗的影響、環(huán)境溫度偏離設(shè)計值對熱耗的影響、大氣壓力偏離設(shè)計值對熱耗的影響、入口壓力偏離設(shè)計值對功率的影響、汽輪機熱耗率的實際值及應(yīng)達(dá)值、排氣流量實際值和應(yīng)達(dá)值、入口壓降偏離給定值對排氣流量的影響、環(huán)境溫度及壓力偏離給定值對排氣流量、排氣溫度的影響等。

3.4經(jīng)濟指標(biāo)分析及小指標(biāo)考核

指標(biāo)分析主要包括鍋爐本體主要參數(shù)統(tǒng)計、爐內(nèi)加藥取樣、燃?xì)獬}、反滲透、預(yù)處理、鍋爐累計流量分析、鍋爐水泵軸承溫度統(tǒng)計、機組運行重要指標(biāo)統(tǒng)計與對比等。

小指標(biāo)計算與考核主要是通過對重要的運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與考核，激發(fā)員工的競爭意識從而提高機組的運行水平。在設(shè)計中需考慮啟停機期間對指標(biāo)值的影響。

4　SIS系統(tǒng)安全措施

SIS根據(jù)《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全防護規(guī)定》和GB/T 17859—1999確定安全等級并采取完備的安全策略，以確保SIS與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的運行安全。

4.1安全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在SIS網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)間通過單向物理隔離裝置、SIS網(wǎng)絡(luò)與辦公網(wǎng)間加裝物理隔離，這種3層單向數(shù)據(jù)傳輸方法最大程度確保了數(shù)據(jù)的安全性。

4.2網(wǎng)絡(luò)防病毒和防止非法入侵策略

網(wǎng)絡(luò)設(shè)置防病毒服務(wù)功能，并安裝防病毒軟件，系統(tǒng)管理人員定期用人工方式或自動升級防病毒軟件及病毒定義碼，定期對系統(tǒng)中的計算機設(shè)備進行全面的病毒掃描和殺毒，系統(tǒng)所用的磁盤使用前要用最新防病毒軟件進行掃描殺毒，禁用U盤接口，禁用光盤和U盤自動運行。

5　應(yīng)用

文中提出的基于B/S架構(gòu)的SIS系統(tǒng)已在江蘇國信淮安燃?xì)怆姀S完成實施并投入使用。該項目為2臺燃?xì)鈾C組，SIS系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)設(shè)計，數(shù)據(jù)庫使用的是美國Instep公司的eDNA實時數(shù)據(jù)庫。同時采用冗余網(wǎng)絡(luò)和容錯服務(wù)器解決方案。系統(tǒng)包括完備的實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)存儲、性能計算、耗差分析、生產(chǎn)經(jīng)濟性分析和優(yōu)化、主要主輔機設(shè)備狀態(tài)管理、生產(chǎn)指標(biāo)分析和對標(biāo)考核、在線生產(chǎn)過程監(jiān)視以及各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)報表等功能。

由于采用了B/S架構(gòu)設(shè)計，系統(tǒng)的使用和維護都極為方便，客戶端用戶隨時隨地只要聯(lián)網(wǎng)就能通過瀏覽器登錄SIS系統(tǒng)，進行相關(guān)操作，提高了工作效率。系統(tǒng)維護人員只需要維護SIS系統(tǒng)的WEB和應(yīng)用服務(wù)器就能保證SIS系統(tǒng)的更新和穩(wěn)定運行，大大減輕了信息技術(shù)部門的維護工作。

6　結(jié)束語

目前，SIS技術(shù)正逐步成熟，SIS的建設(shè)水平是一個電廠信息化水平的體現(xiàn)。從最終的使用效果來看，該項目SIS系統(tǒng)的設(shè)計和實施是成功的，自投運以來，軟/硬件系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)等工作正常，為電力生產(chǎn)優(yōu)化提供了大量的數(shù)據(jù)支持與指導(dǎo)意見，為公司運營節(jié)約了大量成本，提高了公司的信息化建設(shè)水平。

［1］黃孝彬，牛玉廣，曾德良，等.SIS規(guī)劃、建設(shè)、應(yīng)用中的關(guān)鍵點分析［J］.中國電力，2007，40（6）：74-77.

［2］張猛.電廠SIS監(jiān)控信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計［J］.機電工程，2009，26（9）：26-30.

［3］馮偉，高佳.國電太原熱電廠SIS系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用［J］.硅谷，2014（12）：78-79.

Design and Application of SIS Based on B/S Architecture in the Gas Turbine Power Station

JIANG Yinzhong1，ZHANG Shijun2
（1.Jiangsu Provincial Investment&Management Co.Ltd.，Nanjing 210005，China；2.SUMEC Group Corporation，Nanjing 210018，China）

This paper introduces the concept of the supervisory information system of power plant level（SIS）and the typical B/S system architecture.From the point of views of system structure，data acquisition，communication interface，software application，security and other aspects，the design method SIS is interpreted.In addition，a design scheme of the typical B/S system architecture is provided.The proposed scheme is validated by its applications in many thermal power plants.

SIS；B/S structure；Gas Turbine Power station

TM621

B

1009-0665（2015）01-0056-03

2014-07-25；

2014-09-19

蔣銀忠（1969），男，江蘇宜興人，工程師，從事熱能動力工程和熱工測控系統(tǒng)研究工作；

張世軍（1968），男，江蘇徐州人，工程師，從事生產(chǎn)過程自動化研究工作。