火電廠廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）設(shè)計(jì)規(guī)范化研究

張冰 張華 董建康

摘 要：文章對(duì)目前火電廠SIS系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，并對(duì)其設(shè)置前景及原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析。在此基礎(chǔ)上提出了火電廠SIS系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并通過(guò)應(yīng)用實(shí)例，對(duì)SIS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則及方法進(jìn)行了深入研究，以進(jìn)一步做到SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的規(guī)范化。

關(guān)鍵詞：SIS；實(shí)時(shí)；接口

中圖分類號(hào)：TM621.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）20-0098-02

現(xiàn)代化火電廠的熱工自動(dòng)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為廠級(jí)和過(guò)程控制級(jí)，其中廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）對(duì)全廠統(tǒng)一考慮，在中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL 5000-2000）中明確規(guī)定“當(dāng)電廠規(guī)劃容量為1200 MW級(jí)以上，單機(jī)容量300 MW級(jí)以上時(shí)，可設(shè)置廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)?！?，因此研究SIS設(shè)計(jì)規(guī)范化具有重要的意義。

1 SIS系統(tǒng)的應(yīng)用前景

火力發(fā)電廠分散控制系統(tǒng)（DCS、PLC等）由于對(duì)數(shù)據(jù)難以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保存，許多輔助決策性的問(wèn)題因?yàn)槭占坏饺嫱暾臄?shù)據(jù)，而無(wú)法得以解決。因此，實(shí)現(xiàn)從分散控制系統(tǒng)獲取生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)加工，并對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行指導(dǎo)有了極為重要的意義。

SIS系統(tǒng)是以電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高全廠的整體效益為目的的，它以分散控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，是火力發(fā)電廠實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（DCS、PLC等）到管理信息系統(tǒng)的橋梁，火力發(fā)電廠以DCS+SIS+MIS為基礎(chǔ)，在全廠范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息共享和管控一體化。

2 SIS系統(tǒng)的目標(biāo)和主要功能

2.1 建立電廠統(tǒng)一的生產(chǎn)信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程信息 的監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)

火力發(fā)電廠中各機(jī)組、各控制系統(tǒng)之間是相對(duì)獨(dú)立的，如單元機(jī)組控制系統(tǒng)，輔助車間控制系統(tǒng)（水網(wǎng)、煤網(wǎng)、灰網(wǎng)），各專用系統(tǒng)（閉路電視系統(tǒng)，鍋爐爐管泄露監(jiān)視系統(tǒng)，設(shè)備振動(dòng)分析系統(tǒng)）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是分開的，各個(gè)系統(tǒng)之間信息不能共享，導(dǎo)致在電廠內(nèi)形成了信息孤島。SIS系統(tǒng)為消除信息孤島問(wèn)題提供完善的解決方案。

它將建立基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的大容量、高速度企業(yè)生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，保證生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠地采集、傳遞、加工、利用和信息高度共享。

2.2 分析設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，給出設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和智能 預(yù)警

SIS系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)視機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并根據(jù)歷史正常工況分析判斷當(dāng)前工況下設(shè)備是否正常，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備和工藝過(guò)程中的早期故障和潛在問(wèn)題并制定合適的糾正措施。故障診斷系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，為重要設(shè)備的狀態(tài)檢修和重要工藝過(guò)程的優(yōu)化提供有效支持。

2.3 信息分析與統(tǒng)計(jì)

提供完整的運(yùn)行考核平臺(tái)，對(duì)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中的主要參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算、統(tǒng)計(jì)與考核，對(duì)壁溫、主汽參數(shù)、再熱參數(shù)、輔機(jī)運(yùn)行避峰等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)管理，并將考核業(yè)績(jī)分配到各個(gè)機(jī)組，以進(jìn)一步提高電廠各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)水平，充分調(diào)動(dòng)各級(jí)人員的積極性，從而達(dá)到可靠、高效的目的。

3 SIS系統(tǒng)的典型設(shè)計(jì)方案

SIS系統(tǒng)構(gòu)成包括：高級(jí)應(yīng)用功能、數(shù)據(jù)采集接口、主要硬件設(shè)備、SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等。

SIS高級(jí)應(yīng)用功能是數(shù)據(jù)的發(fā)布展現(xiàn)層，直接與用戶交互。數(shù)據(jù)采集接口主要負(fù)責(zé)與DCS等控制系統(tǒng)的通訊，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)。主要硬件設(shè)備主要包括服務(wù)器、交換機(jī)、物理隔離設(shè)備、工控機(jī)等。SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)相關(guān)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是SIS系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、壓縮，以及與高級(jí)應(yīng)用功能的數(shù)據(jù)交互。

3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SIS網(wǎng)絡(luò)采用分層設(shè)計(jì)，整個(gè)SIS系統(tǒng)分為兩層。下層為SIS接口層，采用分布式采集策略，通過(guò)專用的接口機(jī)與生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)連接，采集生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。由于防火墻（單向隔離網(wǎng)閘）的設(shè)置，保證了數(shù)據(jù)的單向傳輸，并有效的防止了數(shù)據(jù)服務(wù)器故障時(shí)丟失數(shù)據(jù)。上層為SIS應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，掛接SIS層各應(yīng)用服務(wù)器。

通過(guò)SIS系統(tǒng)的分層設(shè)計(jì)，一方面分散了各層數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的通訊負(fù)荷，提高各層通訊效率和網(wǎng)絡(luò)可靠性；另一方面可以通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器進(jìn)行技術(shù)和通訊協(xié)議選擇。上層技術(shù)選擇強(qiáng)調(diào)開放性，選擇交換式以太網(wǎng)技術(shù)比較合適；下層則更強(qiáng)調(diào)與各控制網(wǎng)絡(luò)的互通性。

SIS系統(tǒng)兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)核心交換機(jī)可采用三層千兆交換機(jī)，兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)二級(jí)交換機(jī)采用二層交換機(jī)，均實(shí)現(xiàn)熱備冗余。并在核心交換機(jī)內(nèi)部配置多個(gè)彼此獨(dú)立的處理器和網(wǎng)絡(luò)接口模塊，電源、風(fēng)扇均為冗余熱備，任意一個(gè)功能部件出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)切換到冗余部件，且不影響其它模塊的工作，并能夠?qū)崿F(xiàn)熱插拔更換。

3.2 應(yīng)用/WEB/鏡像服務(wù)器

應(yīng)用服務(wù)器包括站用處理器、圖形處理器及能容納站用數(shù)據(jù)庫(kù)、各種顯示和組態(tài)程序、計(jì)算程序所需的主存貯器和外存設(shè)備以及人機(jī)接口設(shè)備等。該機(jī)器上一般部署用以性能計(jì)算的運(yùn)算包，和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)管理工作的統(tǒng)計(jì)計(jì)算包。它們從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取過(guò)程信息進(jìn)行分析、計(jì)算和顯示，并將計(jì)算分析結(jié)果存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，供其它客戶機(jī)或系統(tǒng)調(diào)用。

WEB服務(wù)器是SIS數(shù)據(jù)和軟件應(yīng)用發(fā)布的平臺(tái)，在該服務(wù)器上部署安裝關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MYSQL，存儲(chǔ)SIS WEB系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用以發(fā)布軟件功能模塊和工業(yè)流程仿真圖形，供客戶機(jī)查看調(diào)用。

鏡像服務(wù)器是用于連接生產(chǎn)與MIS的紐帶，鏡像服務(wù)器的數(shù)據(jù)由SIS內(nèi)網(wǎng)中的實(shí)時(shí)服務(wù)器傳送過(guò)來(lái)，鏡像服務(wù)器工作的方式及存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)服務(wù)器一模一樣，故而叫做鏡像服務(wù)器。這樣做的目的完全是為了解決安全性和開放性的矛盾。一方面鏡像服務(wù)器和實(shí)時(shí)服務(wù)器之間有單向物理隔離裝置，數(shù)據(jù)不能回寫，這就保證了SIS內(nèi)網(wǎng)的安全性。另一方面鏡像服務(wù)器本身處于MIS網(wǎng)絡(luò)中，廣大用戶可以通過(guò)MIS網(wǎng)絡(luò)方便的訪問(wèn)SIS的數(shù)據(jù)，從而又兼顧了訪問(wèn)數(shù)據(jù)的開放性。

3.3 過(guò)程實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器配置

實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)是SIS系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。作為面向生產(chǎn)過(guò)程的信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)服務(wù)是其一個(gè)非常重要的功能，它要求SIS不僅能將全廠生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集上來(lái)，還要將它們以其基本形式（控制系統(tǒng)采集的時(shí)間間隔、精度等）保存下來(lái)，并且滿足不同的授權(quán)用戶和應(yīng)用程序?yàn)閷?shí)現(xiàn)不同目的而進(jìn)行的調(diào)用。 實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器可采用兩臺(tái)服務(wù)器做雙機(jī)冗余，單臺(tái)設(shè)備故障的情況下，可以自動(dòng)切換到熱備的另一臺(tái)設(shè)備。兩臺(tái)核心數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器共享存儲(chǔ)空間由磁盤陣列提供，并提供冗余的雙電源。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通過(guò)專用的連接線纜和磁盤陣列相連，陣列磁盤可采用RAID5存儲(chǔ)解決方案。在磁盤陣列上安裝SIS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)點(diǎn)容量為5萬(wàn)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備支持的情況下，可擴(kuò)充至50萬(wàn)點(diǎn)以上。全部歷史數(shù)據(jù)可保證連續(xù)保存6年以上。

3.4 系統(tǒng)接口配置

與SIS聯(lián)網(wǎng)的控制系統(tǒng)主要包括各機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（RTU）、電力網(wǎng)控系統(tǒng)（NCS）、輔助車間監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)（DCS）、電氣監(jiān)控管理系統(tǒng)（ECMS）等全廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。數(shù)據(jù)接口站上直接運(yùn)行專用的數(shù)據(jù)采集軟件，每臺(tái)接口站分別與各生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，并實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與其它系統(tǒng)的隔離。采集全部生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，手工輸入數(shù)據(jù)、手持設(shè)備數(shù)據(jù)或者其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，建立生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，形成全廠自動(dòng)化系統(tǒng)及其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

電廠控制系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行極為關(guān)鍵，作為服務(wù)生產(chǎn)的SIS系統(tǒng)一端聯(lián)結(jié)的是安全性要求極高的DCS等實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，一端聯(lián)結(jié)的是面向電廠全體員工開放MIS和公共信息網(wǎng)絡(luò)，這就要求SIS系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)有效的信息傳遞的同時(shí)，必須保障控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和自身網(wǎng)絡(luò)安全性。

SIS與下層控制網(wǎng)絡(luò)的接口均定義為單向的，任何情況下不會(huì)影響DCS/PLC等下層控制網(wǎng)絡(luò)的安全性，且其可靠性在受控范圍內(nèi)。接口的DCS/PLC等下層控制網(wǎng)絡(luò)側(cè)為I類信息安全區(qū)，SIS側(cè)為II類安全區(qū)，MIS側(cè)為III類安全區(qū)。在SIS與MIS之間，通過(guò)SIS核心網(wǎng)絡(luò)和二級(jí)網(wǎng)絡(luò)的單向隔離，保證SIS核心數(shù)據(jù)的安全，在SIS系統(tǒng)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)和MIS網(wǎng)絡(luò)之間采用防火墻裝置，保證SIS系統(tǒng)不遭受廣域網(wǎng)的病毒攻擊。

3.5 其他外圍設(shè)備

3.5.1 GPS對(duì)時(shí)接口

SIS系統(tǒng)配置與GPS的對(duì)時(shí)功能，保證與全廠時(shí)間一致，通常情況下火電廠的GPS時(shí)鐘系統(tǒng)只設(shè)置一套，SIS系統(tǒng)只需預(yù)留一個(gè)GPS及北斗對(duì)時(shí)接口，以此提供統(tǒng)一的時(shí)鐘校準(zhǔn)信號(hào)，GPS及北斗裝置接口形式為RS485通訊口或硬件脈沖1PPM。

3.5.2 工作站

SIS系統(tǒng)通常配備必要的工作站來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員的操作需求。本工程設(shè)置3套工作站，分別用于應(yīng)用系統(tǒng)維護(hù)管理、設(shè)備壽命管理、性能計(jì)算分析等，SIS工作站一般布置于專門的SIS網(wǎng)絡(luò)機(jī)房?jī)?nèi)，如果現(xiàn)場(chǎng)布置位置緊湊也可布置在工程師站內(nèi)。

3.5.3 電 源

SIS系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的電源柜，并接受兩路電源。其中任一路電源故障都會(huì)引起報(bào)警，同時(shí)兩路冗余電源實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。SIS系統(tǒng)電源柜的配置必須保證任何一路電源的故障均不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的任一部分失電。

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)電廠的機(jī)組建設(shè)情況和信息化的建設(shè)要求，上文明確了 SIS系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)該電廠的SIS核心硬件配置進(jìn)行了描述。在相似機(jī)組配置的火電廠SIS系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，SIS系統(tǒng)的具體的硬件配置可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，但SIS系統(tǒng)的架構(gòu)具有可參考性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王志新.火電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，

2009.

[2] 杭衛(wèi)華.SIS系統(tǒng)在大唐洛陽(yáng)熱電廠的應(yīng)用[J].電力信息化，2007，（5）.

[3] 陳柏軍.廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力信息化，2013，（2）.

[4] 許繼鋼.SIS的若干設(shè)計(jì)原則[J].中國(guó)電力，2006，（39）.