火力发电厂SIS系统的构建浅析

摘要：SIS系统：即厂级监控信息系统（Supervisory Information System）是介于分散控制系统（DCS）和管理信息系统（MIS）之间的“桥梁”。它的主要功能是对火电厂全厂实时生产工程进行综合优化服务，以及生产过程的实时管理和监控，本文分析了厂级信息系统建设中的注意事项，并对火电厂的应用前景作了展望。

关键词：火力发电厂，厂级监控信息系统（SIS），管理信息系统（MIS）

中图分类号： TM6 文献标识码： A

一、前言

长期以来，在计划经济模式下，我国热力发电厂始终把机组的安全稳定运行作为生产管理的重点，而忽视了提高机组运行经济性等方面的管理。随着电力工业的发展，我国的火电厂均采用了先进的分散控制系统DCS，机组自动控制水平已经达到或接近世界发达国家水平，但是与此同时，我国电厂的管理水平和经济运行指标与世界先进国家还存在着差距，随着我国电力行业体制改革，“厂网分开，竞价上网”作为电力行业的发展方向，使得各个发电集团均参与到市场竞争中来，一方面各发电企业都在通过加强设备管理，提高设备效率来实现企业效益，另一方面也通过信息技术来提升电厂运营水平，提高电厂的综合竞争力，近年来，随着信息化技术的迅猛发展，数字化管理理念应运而生，促进了企业信息化的发展，使信息化成为电厂新运营环境下的重要手段，因此，建设一个信息化电厂，成为电厂提高综合效益的必由之路。

许多电厂相继建设了管理信息系统MIS（Management Information System）为电厂的现代化管理和节能增效提供了良好基础，MIS主要服务于事务管理，数据通讯负荷一般具有大小不可预计和突发性的特点，对安全可靠性要求不是很高，而生产过程信息及通讯负荷具有相对连续稳定的特点，倘若由于MIS发出大量突发的数据要求，势必会对生产过程信息产生影响，所以从保障安全生产的角度出发就必须将分散控制系统DCS与管理信息系统MIS进行隔离，这就有必要在DCS和MIS之间建立一套面向电厂生产管理层的厂级监控信息系统（SIS）。可见，火电厂厂级实时监控系统（SIS）是厂级自动化信息系统的重要组成部分 ，是实现厂级管理信息系统（MIS）和机组实时控制系统之间的桥梁，是实现电厂MIS系统许多重要功能的基础。其目标建立一个覆盖全厂范围内生产的安全可靠、数字化的SIS传输网络系统，具有开放性的实时数据库，以实时数据库为核心，以电厂生产过程控制系统的实时信息为基础，配置厂级性能优化、全厂负荷调度指导等应用软件，组成现阶段实用的厂级实时监控系统（SIS）；并向电厂管理信息系统（MIS）提供过程数据和计算、分析结果，实现企业各类信息的集成和利用，动态地反映企业的生产经营状况，达到有效降低企业运行成本，提高电厂整体经济效益的目的。

二、厂级监控信息系统（SIS）设计原则

（1）高可用性和高可靠性原则

主机系统具有高可靠性支持，重要设备冗余配置

网络系统具有在线故障的备份支持

应用系统具有一定的故障恢复能力

（2）先进性和成熟性平衡原则：

强调技术/产品的成熟性,就意味着项目能够比较顺利的进行，但系统在未来可能显得“老化”注重技术/产品的先进性可以使系统具有优秀的性能支持一些先进的应用，但需在投资和技术上有较大的付出。通常系统稳定运行是首要的考虑因素，因此需要在系统关键及核心部分更偏重成熟性，同时在新的业务拓展方面引入代表技术发展方向的先进技术，以使系统的建设能跟上时代的步伐。

（3）开放性和扩展性原则

信息系统的设计和实施要按照一定的标准提供接口，以便建立与其他系统的信息共享及程序移植。

CPU的升级和扩展能力

数据库的扩展能力

存储容量的扩展能力

网络系统的高传输率和网点的扩展能力

应用系统具有良好的模块性，易于增加新功能及与其他系统集成

（4）易用性、易维护性和易管理性原则

系统的使用对象主要是非计算机专业的电厂内部管理人员，如何便于使用、管理和维护整个系统就显得非常重要，可以方便地对通信信息进行集中管理和监控，提供友好的易于使用的应用系统，可减少操作过程中的错误。

（5）实用性原则

系统的各项功能均应是结合电厂生产经营业务实际而设立，各项性能均满足使用要求，操作简便，输出规范，系统具有较高的性能价格比。

（6）安全性原则：

建设信息系统安全保障体系，从网络系统、通信线路、网络接口设备、服务器和信息资源的安全性等多方面考虑，减少和防范信息化所带来的风险，保障企业生产和信息数据的安全，且系统具备最大限度的容错冗余特性。

三、厂级监控信息系统（SIS）总体框架

（1）总要求

SIS系统采用独立的分层分布式网络结构方式。下层为接口层网络，设置多个接口机连接各个DCS和辅助车间控制系统等进行实时监控数据的采集，上层为应用层网络，挂接各种应用服务器，上下层之间设置实时/历史数据库，服务器应用层网络通过防火墙连接到厂级MIS骨干网上。

（2）硬件要求

1) SIS网络

SIS系统推荐采用开放的高速网络（如1000Mbps以太网）作为信息传递和数据传输的媒体，主干网的通讯介质宜采用光纤。

2) 接口机

接口机是SIS用于采集实时监控信息的前端设备，应根据电厂各实时控制系统的具体条件配置。

3) 实时信息数据库服务器

实时信息数据库服务器，应具有较大的存储容量和先进的数据压缩方式，能可靠地保存所有生产过程的实时数据和SIS系统对这些数据的计算，分析结果，使全厂的运行管理和经营管理建立在统一的过程数据基础上。

4) 存储器：在网络中建立一个独立的存储器共享池（磁盘阵列）。

5) 应用服务器：应用服务器应根据具体应用软件的实际采用予以配置。

6) 设备

a） 打印机

b）电源装置

7) 抗干扰

a) 系统抗干扰能力：

共模电压≥250V；共模抑制比≥120dB

差模电压≥60V； 差模抑制比≥60dB

b) 在距敞开柜门的SIS机柜1.2m以外发出的工作频率达400MHz～500MHz，功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统的正常工作。

8) 环境条件

a) 组装在机柜内的全部SIS硬件能在环境温度0～40℃，温度变化率≤5℃/h，相对湿度10～95％（不结露）的环境中连续运行。

b) SIS机柜的外壳防护等级室内应为IP52，室外应为IP56。

（3）软件要求

1) SIS系统软件采用模块化结构方式，应具有良好的兼容性，以便能分阶段实施。

2) 软件应具有足够的透明度和可开发性，支持标准的软件接口，并提供高级编程语言和软件开发工具，能使电厂人员根据生产实际需要对软件进行修改和二次开发。

3) 软件应具有良好的安全性，即能迅速、准确地进行在线分析、计算，为运行人员提供有效的操作指导，又能避免对运行人员产生干扰。

四、厂级监控信息系统（SIS）功能组成

本工程SIS设计应满足厂级自动化系统的目标，SIS采用双网结构，以实时数据库服务器及数据库管理和数据挖掘工具软件为核心，通过交换机/网络接口机与全厂主辅生产过程控制系统相联获取生产过程的实时信息，采用建立在应用服务器中的如“实时监视与查询系统”、“负荷分配调度系统”、“实时计算分析系统”、“主机和主要辅机故障诊断系统”、“设备寿命计算和状态分析系统”、“设备状态检测和计算分析系统”、“生产过程管理指导系统”和“电厂设备综合管理”等专业应用软件，完成SIS的各项应用，并通过系统服务器中的“系统和模型维护系统” 软件进行数据维护、模型维护和系统时标管理等。

1) 全厂生产过程实时数据监视与查询功能

2) 负荷分配调度功能

3) 厂级实时计算分析系统功能

4) 主机和主要辅机故障诊断功能

5) 设备寿命计算和状态分析功能

6) 设备状态检测和计算分析功能

7) 生产过程管理指导功能

8) 电厂设备综合管理功能

五、实时数据库的选型

实时数据库是实时监控信息系统的核心。实时监控信息系统的主要功能之一就是将相对专用的DCS、DEH、远动数据、关口电量、全厂电量、电缆故障监控系统及电器故障录波器的大量实时数据采集并存储起来，从而满足全厂实时监控和在线性能计算分析和耗差分析等计算的需要。因此，实时数据系统的数据库平台必须满足二点：

1、系统具有高度的性能稳定性，能满足海量资料的存储和检索的需要

2、系统具有高度的开放性，具备和不同系统及设备的成熟接口，支持各种标准的数据传输标准

因此，实时数据库是保证电厂SIS系统成功投运的关键，SIS作为大型火力发电厂生产过程的综合决策支持系统有着严格的实时性方面的要求,只有将数据库与实时系统二者的概念、技术、方法与机制“完善”地集成（Seamlessly Integrated）在一起的实时数据库系统，才能同时支持定时性和一致性要求。

六、结语

SIS系统对火电厂来说经过这些年的工程应用实践已渐为各方所接受，随着控制系统在电厂生产过程中的重要性越来越强，控制的含义不再是狭义的过程参数实时控制，而是有了更广泛的扩展，它包括机组运行优化控制、设备采购控制、成本控制及效益控制等多方位、多层次的控制。通过对控制系统功能的不断完善和优化，使电厂获得更高的效率、更多的信息、更合适的生产方式和更高的可用性，必将推动整个电厂达到真正意义上的节能降耗、提高效益，积极主动地迎接市场的挑战。SIS系统的实施应该从发电厂的基建期就开始考虑，以保证设备运行数据的连续性。宜采取“统一规划、分布实施”的策略，不要一开始就将摊子铺得太大，特别是新建电厂，因为新建电厂的重点工作在于基本建设，生产准备人员还没有完全到位，且生产准备人员首先要建立相应的设备台帐和熟悉设备操作规程，没有太多的精力关注于SIS建设。但为了在168期间能全面对机组的性能和状态进行评估，并以简洁的图形方式显示机组的性能，对机组的各项指标是否达到设计指标进行考核，以便在完成168后能充分评估机组的性能，并对存在的问题进行分析，最好保证SIS建设与168同步，完成基建调试阶段调试数据的采集、存储、分析、统计等基本功能。

参考文献：

[1] 发电厂管理信息系统设计导则，Q/DG1-F001-2006

[2] 牛玉广，火力发电厂厂级监控系统（SIS）安全指南

[3] 大中型火力发电厂设计规范 GB 50660-2011