基于實時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)

基于實時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng) 第 頁 摘 要 21 世紀(jì)的工業(yè)控制系統(tǒng)將不僅僅實現(xiàn)控制功能，而必須考慮與設(shè)計、管理決策等系統(tǒng)的互聯(lián)。隨著過程控制、信息網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)等 技術(shù)的高速發(fā)展，類似于智能儀表、 諸多控制系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)在流程工業(yè)中得到了越來越廣泛的運(yùn)用。而這些系統(tǒng)均是針對于設(shè)備以及裝置進(jìn)行，并且每一個系統(tǒng)都只能夠管理以及采集相關(guān)的設(shè)備以及裝置在電廠實際生產(chǎn)運(yùn)行的過程中所產(chǎn)生的某些實時數(shù)據(jù)。建立 有力地支持廠級生產(chǎn)管理人員對全廠生產(chǎn)管理，提高運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性，實現(xiàn)信息的雙向共享和自動化系統(tǒng)的集成。技術(shù)和管理是互相影響與促進(jìn)的，入單元機(jī)組控制，引起了機(jī)組運(yùn)行體制的變化，可以預(yù)見，建立廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)， 也將促使電廠運(yùn)行監(jiān)控模式的變化。隨著電力體制改革的深入，市場化已經(jīng)成為電力運(yùn)營的必然趨勢。面對市場化改革，深化信息建設(shè)、優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行水平已成為電力企業(yè)提升自身競爭力的有效舉措之一。目前，多數(shù)電力企業(yè)自動化水平已經(jīng)有了長足的提高，但仍存在生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)分散、無法有效利用等問題。廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（是針對這些問題而提出的，旨在實現(xiàn)全廠過程數(shù)據(jù)集成，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)營。本文以某熱電廠監(jiān)控系統(tǒng)為例，簡述了廠級監(jiān)控系統(tǒng)， 同時介紹了基于 時數(shù)據(jù)庫， 通過自帶組態(tài)軟件繪制的生產(chǎn)畫面圖，實現(xiàn)了對現(xiàn)場生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控。 關(guān)鍵詞 ： 廠級監(jiān)控系統(tǒng)， 時數(shù)據(jù)庫， 第 頁 1st of be at to is to at to of of of of an to of of be of at is at to a on of to 第 V 頁 目 錄 摘 要 . . 一章 緒論 . 1 言 .內(nèi)外的研究動態(tài) .課題的研究意義 .究內(nèi)容及框架 .結(jié) .二章 電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)（ 紹 . 7 概述 . 間的關(guān)系 .功能特點 .發(fā)電廠行業(yè)中的作用 .小結(jié) .三章 基于 時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng) . 14 前言 .時數(shù)據(jù)庫的特點及其功能 .據(jù)管理 .選用 時數(shù)據(jù)庫的理由 .小結(jié) .四章 統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn) . 22 廠級監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則 .級監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊 .統(tǒng)的接口設(shè)計 .五章 某熱電廠的廠級監(jiān)控系統(tǒng)的建立 . 32 第 頁 建立某熱電廠 步驟 .形組態(tài) .據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出 .產(chǎn)過程監(jiān)視 .完成課題設(shè)計過程中遇到的問題 .六章 總結(jié) . 51 參考文獻(xiàn) . 52 致 謝 . 54 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文 . 54 第 1 頁 第一章 緒論 言 近些年來，伴隨著過程控制、信息網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)等技術(shù)的高速發(fā)展，類似于智能儀表、諸多控制系統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)在流程工業(yè)中得到了越來越廣泛的運(yùn)用。而這些系統(tǒng)均是針對于設(shè)備以及裝置進(jìn)行，并且每一個系統(tǒng)都只能夠管理以及采集相關(guān)的設(shè)備以及裝置在電廠實際生產(chǎn)運(yùn)行的過程中所產(chǎn)生的某些實時數(shù)據(jù)。另外，由于在生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)量比較大，而且會在的有效期次短，因此傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫相關(guān)技術(shù)和集散式的控制系統(tǒng)已經(jīng)無法完全解決這類問題。這是因為集散式的控制系統(tǒng)對于數(shù)據(jù)存儲的能力是十分有限的，而且在企業(yè)中所異構(gòu)的該系統(tǒng)也不能開展合理有效的信息數(shù)據(jù)共享過程，使得關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)處理的速度就十分低，那么關(guān)系數(shù)據(jù)模型就不能對生產(chǎn)的實際過程中數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)高效的系統(tǒng)存儲?；谶@種情況，人們就把數(shù)據(jù)庫技術(shù)和實時數(shù)據(jù)處理技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了目前運(yùn)用廣泛的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣就可以為企業(yè)的信息化處理提供完整且統(tǒng)一廠級、企業(yè)級的實時數(shù)據(jù)庫的服務(wù)平臺，讓工廠或是企業(yè)中的管理層、決策層可以對實際生產(chǎn)過程開展實時的動態(tài)分析和監(jiān)控，并且會隨時的掌握到工廠以及企業(yè)的運(yùn)行情況，進(jìn)而及時的發(fā)現(xiàn)存在問題并且加以處理，使得生產(chǎn)成本降低，同時產(chǎn)品質(zhì)量提高。目前的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是運(yùn)用世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的架構(gòu)與技術(shù)，其能夠穩(wěn)定、高效、安全地實現(xiàn)和工廠、企業(yè)現(xiàn)場中各個控制系統(tǒng)相關(guān)的接口，同時可以對采集獲取的實時數(shù)據(jù)給予高效的、全面的數(shù)據(jù)壓縮，以及長期的、有效的歷史存儲1。 火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) (集計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、熱能動力學(xué)、電氣工程、 控制理論、管理科學(xué)為一體的交叉學(xué)科，它是以電廠各機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為目標(biāo)的專用網(wǎng)絡(luò)，界于 間，下端采集各自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，上端通過網(wǎng)絡(luò)為熱電廠信息系統(tǒng)提供生產(chǎn)管理與決策所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是電廠信息整體化的橋梁。是一套以熱電廠生產(chǎn)過程中所涉及的各種控制、監(jiān)測、計量等系統(tǒng)為基礎(chǔ)，集實時數(shù)據(jù)采集、加工、 顯示、存儲為一體的完整的解決方案。其目的是為了更好地實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提升企業(yè)的整體效益和在未來競價上網(wǎng)中的競爭優(yōu)勢。廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（以下簡稱 以為發(fā)電企業(yè)管理決策層提供更真實、可靠的生產(chǎn)實時和歷史數(shù)據(jù)，為市場運(yùn)作下的發(fā)電企業(yè)提供科學(xué)、準(zhǔn)確的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)2。 管理的角度來看， 先為企業(yè)的安全穩(wěn)發(fā)、控制企業(yè)成本、 第 2 頁 要的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，同時又能高效、準(zhǔn)確地保存企業(yè)生產(chǎn)的大量珍貴的歷史數(shù)據(jù)。配合先進(jìn)、科學(xué)、有效數(shù)據(jù)發(fā)掘工具，精確、專業(yè)的計算分析模型， 保存和管理的歷史數(shù)據(jù)將會成為企業(yè)安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的寶貴資源3。 內(nèi)外的研究動態(tài) 外研究動態(tài) 電廠 統(tǒng)并不是一個全新的、孤立的系統(tǒng)，其產(chǎn)生與發(fā)展是電力生產(chǎn)領(lǐng)域和信息科學(xué)技術(shù)里面多種技術(shù)成果進(jìn)行緊密的結(jié)合、并且相互促進(jìn)而發(fā)展形成的結(jié)果，這也是電力市場經(jīng)濟(jì)深入發(fā)展的產(chǎn)物4。不過，在國外還沒有關(guān)于 確切概念，也沒有將電廠管理系統(tǒng)劃分為 然而， 早在上世紀(jì)九十年代的中后期， 世界上的知名 應(yīng)商為了使電廠大幅提高管理水平與經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)，便開發(fā)了一系列有關(guān)于 些功能的管理模塊軟件與性能優(yōu)化控制，同時取得了不錯的效果。國外更多的引入了人工智能以及專家系統(tǒng)等功能，使得 僅具有實時監(jiān)控的作用而且可以根據(jù)各類實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)競價上網(wǎng)、經(jīng)濟(jì)成本的計算分析、設(shè)備狀態(tài)檢修、 機(jī)組故障的壽命診斷、實時的安全性分析等相關(guān)功能5。 從上世紀(jì)的八十年代以來， 國際知名公司包括 司、 司、 用物理、美國電科院、 司、 司、 司等等都把推進(jìn)企業(yè)的信息化和管理的現(xiàn)代化作為推進(jìn)企業(yè)升級、增強(qiáng)其核心競爭力的重要手段，分別提出了一系列有一定影響的工廠信息集成及優(yōu)化控制與管理的解決方案6-10。 司推出了其優(yōu)化控制系統(tǒng) 司利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法優(yōu)化燃燒過程。美國電科院(究了對鍋爐控制的優(yōu)化。通用物理在其優(yōu)化運(yùn)行和狀態(tài)檢測系統(tǒng) 提供了對電廠各個部件的計算和分析。西門子公司的集成信息系統(tǒng) 許多不同的模塊組成，通過 理器進(jìn)行統(tǒng)一的管理和協(xié)調(diào)，以實現(xiàn)電廠信息的全面集成11-14。 內(nèi)研究動態(tài) 長期以來，在計劃經(jīng)濟(jì)模式下，我國熱電廠始終把機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行作為生產(chǎn)管理的重點，而忽視提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面的管理。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，九十年代后新建熱電廠的機(jī)組均采用了先進(jìn)的分散控制系統(tǒng)， (稱 許多老廠也進(jìn)行了機(jī)組的 造，目前，我國熱電廠機(jī)組的自動控制水平已經(jīng)達(dá)到或接近世界發(fā)達(dá)國家水平。然而，我國熱電廠的管理水平和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)與世界先進(jìn)國家還存在明顯的差距。值得指出的是，我國發(fā)展火電廠的廠級自動化系統(tǒng)的起步是比較晚的，在上世紀(jì)九十年代的中期之前，火電廠的自動化基本上無法為廠級實際生產(chǎn)過程中的管理現(xiàn)代化以及綜合自動化提供合理有效的自動化系統(tǒng)15-17。 第 3 頁 相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，到了上世紀(jì)的九十年代中期，以傳統(tǒng) 基礎(chǔ)的火電廠的自動化系統(tǒng)已經(jīng)逐步成熟。隨后，在上世紀(jì)九十年代的后期階段，火電廠有關(guān)于自動化設(shè)計新思路的運(yùn)用及提出。它提出了在廠級監(jiān)控管理系統(tǒng)中發(fā)展輔助系統(tǒng)或車間的網(wǎng)絡(luò)化，以及廠級 系統(tǒng)任務(wù)18， 這樣就使得火電廠從傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)的時代全面進(jìn)入了現(xiàn)代數(shù)字化的時代，并且逐步往電廠企業(yè)信息化的方向邁進(jìn)。 近年來，許多熱電廠相繼建設(shè)了管理信息系統(tǒng) (稱熱電廠的現(xiàn)代化管理與節(jié)能增效提供了良好的基礎(chǔ)。 要服務(wù)于事務(wù)管理，對象是辦公自動化領(lǐng)域，以組織、交換和共享管理信息和數(shù)據(jù)為目的，數(shù)據(jù)通訊負(fù)荷一般具有大小不可預(yù)計和突發(fā)性的特點 (如上班高峰 )，并且其安全可靠性要求也并不很高，而相對來說，生產(chǎn)過程通訊網(wǎng)絡(luò)如 絡(luò)則有很高的安全可靠性要求，并且生產(chǎn)過程信息及通訊負(fù)荷均具有相對連續(xù)穩(wěn)定的特點，在這種情況下，倘若由于 量的突發(fā)的數(shù)據(jù)請求，對生產(chǎn)過程通訊網(wǎng)絡(luò)帶來了大量突發(fā)性傳輸負(fù)荷的影響，從而無法有效地保證生產(chǎn)過程信息的傳輸帶寬19-23。為此，從保障安全生產(chǎn)的角度出發(fā)就必須將 行隔離。 現(xiàn)在我國熱電廠基本實現(xiàn)了各單無發(fā)電機(jī)組的自動化控制，但一臺機(jī)組的 另一臺機(jī)組的 間彼此隔離，形成機(jī)組間的“控制 (信息 )孤島” ，使得生產(chǎn)管理者不能實時、全面、準(zhǔn)確地掌握各機(jī)組的運(yùn)行狀況，更無法實現(xiàn)各單元機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。理論上， 間的互聯(lián)是完全可以進(jìn)行的。但是，一般情況下電廠都有多臺機(jī)組，將多臺機(jī)組 操作管理層網(wǎng)絡(luò)連接在一起，就會導(dǎo)致多個 訊系統(tǒng)的直接耦合，形成一個非常復(fù)雜的直接耦合系統(tǒng)。同時，為了優(yōu)化和管理的目的還要在該耦合系統(tǒng)中運(yùn)行大量的應(yīng)用軟件，從而降低了單元機(jī)組的監(jiān)控可靠性和傳輸實時性24-27。因此，實際熱電廠極少采用多臺機(jī)組 接連接而成的全廠操作管理層網(wǎng)絡(luò)模式。 電力生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)和管理一般分為三個層次， 即下層的控制操作層， 面向運(yùn)行操作者；中間的生產(chǎn)管理層，面向生產(chǎn)和技術(shù)管理者；上層的經(jīng)營管理層，面向行政和經(jīng)營管理者。目前，我國許多熱電廠均建立了面向運(yùn)行操作者的 面向經(jīng)營管理層的 恰缺少了面向生產(chǎn)管理層的自動化網(wǎng)絡(luò)，這是造成我國電力生產(chǎn)管理水平和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不高的重要原因之一28-31。 因此，基于以上分析，就非常有必要在 間建立一套面向熱電廠生產(chǎn)管理層的廠級監(jiān)控信息系統(tǒng) (形成廠級綜合自動化系統(tǒng) (包括 在國家電力公司 2001技發(fā)展規(guī)劃中也已經(jīng)明確提出，將在我國的大型機(jī)組和老廠改造上建立廠級自動化系統(tǒng)，并將使其完善和推廣應(yīng)用。同時隨著我國電力企業(yè)市場化的改革， “ 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 4 頁 分開、竟價上網(wǎng) ”的實施，要求各熱電廠必須把電力生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性并重，優(yōu)化生產(chǎn)過程，降低生產(chǎn)成本和設(shè)備損耗，提高熱電廠的現(xiàn)代化管理水平，以適應(yīng)電力市場發(fā)展的需要。 課題的研究意義 本課題基于實時數(shù)據(jù)庫，研究企業(yè)的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)以下目標(biāo)： (1)將原來不可控或不清楚的能量損失全部量化，并幫助進(jìn)行分析、查找故障，提出節(jié)能，降耗的優(yōu)化措施，強(qiáng)化運(yùn)行和管理人員的經(jīng)濟(jì)管理意識，可以促進(jìn)觀念的轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)代化管理水平。 (2)為生產(chǎn)管理人員提供分析、管理生產(chǎn)過 程的手段和工具?？梢宰畲蟪潭鹊乩?資源，使全廠計算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計，合理配置，避免重復(fù)設(shè)置，減少工程量，節(jié)約投資。 (3)解決了廠級生產(chǎn)，技術(shù)層的自動化問題，形成完整的廠級經(jīng)營層 (廠級生產(chǎn)技術(shù)層 (生產(chǎn)過程層 (層的有機(jī)聯(lián)系的綜合自動化系 統(tǒng)。實現(xiàn)了生產(chǎn)流程的完全自動化過程。 (4)為各種運(yùn)行、管理優(yōu)化軟件包的應(yīng)用提供運(yùn)行平臺。可以把實時性不強(qiáng)的管理功能上移至廠級，提高了 直接監(jiān)控性，還可以降低綜合投資費用。同時它還可以支持遠(yuǎn)程通信方式，使遠(yuǎn)程設(shè)備故障診斷、機(jī)組性能分析及信息監(jiān)控功能成為可能32-34。 因此，通過將各機(jī)組控制系統(tǒng)及相關(guān)輔助系統(tǒng) 和公用系統(tǒng)等聯(lián)成一體的通訊網(wǎng)絡(luò)，組成廠級管控一體化的實時監(jiān)控信息系統(tǒng)，同時在 基礎(chǔ)上建立以降低發(fā)電綜合運(yùn)營成本的企業(yè)經(jīng)營管理系統(tǒng)，可有效地提高機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，延長設(shè)備使用壽命，減少重特大事故的發(fā)生，以提高發(fā)電企業(yè)整體效益為目的，為管理層應(yīng)用提供可靠的實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，為電力市場運(yùn)作下的發(fā)電 企業(yè)提供更科學(xué)準(zhǔn)確的成本信息和報價信息，從管理角度幫助企業(yè)控制成本，使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層的經(jīng)營決策更具科學(xué)性。通過火電廠廠級監(jiān)控系統(tǒng)的實施，一方面實現(xiàn)了全廠生產(chǎn)過程控制網(wǎng)絡(luò)的互連，實現(xiàn)各類設(shè)備和過程信息的實時集中管理，有利于電廠運(yùn)行各值值長及各類管理人員及時了解全廠生產(chǎn)過程和機(jī)組的運(yùn)行工況，及時處理有關(guān)設(shè)備缺陷，努力減少機(jī)組不安全因素，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和管理水平；另一方面，通過基于數(shù)據(jù)挖掘和信息融合技術(shù)，研究開發(fā)的高級應(yīng)用軟件，智能化生成電力生產(chǎn)過程的專家知識，進(jìn)行實時成本分析，指導(dǎo)電廠機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行，對設(shè)備進(jìn)行檢修診斷及相應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備壽命進(jìn)行監(jiān)測管理，這對于減少機(jī)組的非停次數(shù)、保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益無疑是巨大的。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 5 頁 究內(nèi)容及框架 本文的主要內(nèi)容一共分為四個部分，第一個部分是對電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)，即對 統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容與特點進(jìn)行了介紹，通過分析 間的關(guān)系，來突出了電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)的功能及特性；第二個部分是對基于 時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，著重分析了 時數(shù)據(jù)庫的特點及其功能，還有其數(shù)據(jù)管理過程，并且闡述了選用 時數(shù)據(jù)庫的理由；第三個部分是通過對廠級監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、廠級監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊以及 統(tǒng)的接口設(shè)計這三個方面進(jìn)行研究，分析了 統(tǒng)的設(shè)計過程和實現(xiàn)依據(jù)；第四個部分是對某熱電廠的廠級監(jiān)控系統(tǒng)的建立過程進(jìn)行了實例研究， 依據(jù)建立某熱電廠 借助 產(chǎn)過程監(jiān)視來實現(xiàn)廠級監(jiān)控系統(tǒng)的建立過程。本文研究的技術(shù)框架如圖 圖 文研究的技術(shù)框架 .1 of 級監(jiān)控系統(tǒng)建立的背景及意義 廠級監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)容及特點介基于 時數(shù)據(jù)庫的生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng) 時數(shù)據(jù)庫概述 據(jù)管理 時數(shù)據(jù)庫優(yōu)勢統(tǒng)的設(shè)計原則和實現(xiàn)過程 某熱電廠的廠級監(jiān)控系統(tǒng)的建立過程 建立 統(tǒng)步驟 形組態(tài)與數(shù)據(jù) 產(chǎn)過程監(jiān)視結(jié)論 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 6 頁 結(jié) 21 世紀(jì)的工業(yè)控制系統(tǒng)將不僅僅實現(xiàn)控制功能，而必須考慮與設(shè)計、管理決策等系統(tǒng)的互聯(lián)。建立 有力地支持廠級生產(chǎn)管理人員對全廠生產(chǎn)管理，提高運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性， 實現(xiàn)信息的雙向共享和自動化系統(tǒng)的集成。 技術(shù)和管理是互相影響與促進(jìn)的， 起了機(jī)組運(yùn)行體制的變化，可以預(yù)見，建立廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)，也將促使電廠運(yùn)行監(jiān)控模式的變化。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 7 頁 第二章 電廠監(jiān)控信息系統(tǒng)（ 紹 概述 企業(yè)生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是指通過采集和處理全廠的生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，為廠級監(jiān)控和高級決策實現(xiàn)現(xiàn)代化提供服務(wù)的系統(tǒng)。目前， 在電廠普遍應(yīng)用的監(jiān)控信息系統(tǒng) (是其中的一類。按 功能可分為實時 /歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集前端和建立在數(shù)據(jù)服務(wù)器基礎(chǔ)上的各種高級應(yīng)用軟件35。 要目的是在熱電廠統(tǒng)和各種分散計算機(jī)控制系統(tǒng)之間架起一座聯(lián)系的橋梁，從而在整個熱電廠范圍內(nèi)實現(xiàn)信息共享，為企業(yè)的信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。由于 設(shè)在國內(nèi)處于起步階段，沒有太多的成熟經(jīng)驗可供選擇，因此各熱電廠可以根據(jù)自己的生產(chǎn)和管理需要， 同時結(jié)合原有的控制系統(tǒng)和 M 絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。一般熱電廠中的各個控制系統(tǒng)總是分散布置的，這時宜采用獨立接口機(jī)連接各個獨立控制系統(tǒng) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，即數(shù)據(jù)接口分布式采集數(shù)據(jù)，實時和歷史數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行集中管理，同時接口機(jī)在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器出現(xiàn)故障時可緩沖存儲實時數(shù)據(jù)，保證實時數(shù)據(jù)不丟失。工作站上單獨運(yùn)行單個高級應(yīng)用，每臺工作站獨立與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從數(shù)據(jù)庫中讀取運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，產(chǎn)生的計算結(jié)果又返回保存在數(shù)據(jù)庫中36。一旦工作站發(fā)生故障只影響本臺工作站的高級應(yīng)用，可確保其他高級應(yīng)用不受影響，提高了系統(tǒng)的可靠性 和管理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接常見的有兩種方案：一種是兩者共用一個網(wǎng)絡(luò)，中間用防火墻等安全措施進(jìn)行隔離， 這樣 的高級應(yīng)用可以方便地從 讀取管理信息數(shù)據(jù)， 但降低了網(wǎng)絡(luò)的安全性，一旦這個網(wǎng)絡(luò)癱瘓，將同時影響 套信息系統(tǒng)的運(yùn)行；另一種方案是 別采用獨立的網(wǎng)絡(luò)，實時 /歷史數(shù)據(jù)庫一方面采集生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)，為高級應(yīng)用提供運(yùn)行數(shù)據(jù)， 同時承擔(dān)與 換數(shù)據(jù)的任務(wù)，兩個系統(tǒng)只是通過各自的數(shù)據(jù)服務(wù)器之間互連和交換信息， 應(yīng)用只需與實時 /歷史數(shù)據(jù)庫通訊， 應(yīng)用只與 據(jù)服務(wù)器發(fā)生聯(lián)系，從而提高兩個網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性。從熱電廠的安全運(yùn)行角度出發(fā)，一般宜采用第二種方案37。 間的關(guān)系 目前國內(nèi)有一部分電廠采用如圖 2示的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 8 頁 圖 2熱電廠生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D -1 a 關(guān)系 過程自動化系統(tǒng)之間的關(guān)系分散過程控制 (重系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可靠性。其任務(wù)是使工藝過程在安全的前提下連續(xù)地生產(chǎn)，在這樣的目的的要求下，分散控制系統(tǒng)無論在控制器 I/0模件、人機(jī)接口等方面都直接面對工藝過程，完成從實際到實時數(shù)據(jù)之間的所有信息交換工作。廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)則是在實時過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，從中提煉出過程系統(tǒng)中更本質(zhì)、更深刻的信息。這些信息是我們在安全和穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高工藝過程的效率、發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中潛在的問題等方面所必不可少的38-40。具體存在的差異有 : (1)監(jiān)控范圍和層次不同 過程自動化系統(tǒng) (稱 括機(jī)組 各種 控系統(tǒng)、電氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)、 等。 照既定的工藝和安全參數(shù)，對機(jī)組進(jìn)行控制和調(diào)整，同時向 供機(jī)組運(yùn)行 供參數(shù)設(shè)定 (如機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值等 ) 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 9 頁 術(shù)信息。 (2)分析計算能力不同 大多數(shù) 有對象性能分析功能，如 般都提供了機(jī)組性能分析模塊，但數(shù)據(jù)分析技術(shù)的變化相對緩慢。 系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全是首要目標(biāo)，不會頻繁修改計算模塊，其分析模塊的開放性和技術(shù)水平是較低的；且因為其硬件配置較低，無法進(jìn)行較為復(fù)雜的分析計算。 性能分析采用獨立的應(yīng)用軟件模塊 ，可方便地投入和退出，更可方便地由用戶或第三方開發(fā)，其性能 分析手段更加靈活、實用和可靠； 采用目前較為先進(jìn)的服務(wù)器平臺，擁有強(qiáng)大的分析計算能力和海量的存儲能力，可進(jìn)行各種復(fù)雜程度的分析計算。 (3)數(shù)據(jù)庫容量和存儲能力不同 大多數(shù) 的歷史數(shù)據(jù)保存都存在很大的限制，一般只將主要參數(shù)數(shù)據(jù)保存幾個月，對分析金屬壽命等這樣的課題來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。 有容量很大的實時和歷史數(shù)據(jù)庫， 時獲取機(jī)組信息，并能保存達(dá) 10年以上。實時數(shù)據(jù)和連續(xù)保存若干年的歷史數(shù)據(jù)是企業(yè)的財富，是 行知識挖掘的源泉。 以使用這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)運(yùn)行方式分析、操作記錄分析、負(fù)荷分析、機(jī)組壽命分析等等功能。 (4)網(wǎng)絡(luò)容量不同 戶終端只有幾個操作員站和工程師站。而 用戶終端和與外界的關(guān)聯(lián)程度隨著廠級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的延伸和互連而大量增加。這樣的網(wǎng)絡(luò)特點對 服務(wù)器性能、網(wǎng)絡(luò)性能、應(yīng)用軟件性能以及可擴(kuò)展性、可靠性、安全性等方面提出了更高的要求。 (5)對實時性的要求不同 須實時地對機(jī)組工況進(jìn)行判斷分析、自動地發(fā)出指令 進(jìn)行調(diào)整，負(fù)責(zé)具體設(shè)備的控制。 立在廠級的高度，側(cè)重對過程的分析，這種分析帶有相當(dāng)大的“專家系統(tǒng) ”和“人工智能”色彩。一般而言， 相應(yīng)功能的應(yīng)用軟件模塊主要是提出建議的優(yōu)化控制策略， 其實時性要求相對較低。 (6)作用的對象及目的不同 目的是通過設(shè)備狀態(tài)的變化保證工業(yè)控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而 統(tǒng)的作用對象是專業(yè)管理人員，其目的是分析工業(yè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行工況，提供參考信息作為管理人員的輔助決策依據(jù)。 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 10 頁 關(guān)系 把 解為 一個重要生產(chǎn)過程管理功能模塊。網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)籌規(guī)劃，對 加安全策略。順應(yīng) 基本規(guī)律：互連互通、信息共享、數(shù)據(jù)唯一。 (l) 概念 理信息系統(tǒng) )，主要為全廠運(yùn)營、生產(chǎn)和行政的管理工作服務(wù)，完成設(shè)備和維 修管理、生產(chǎn)經(jīng)營管理 (包括電力市場報價子系統(tǒng) )、財務(wù)管理等功能。 括兩個層次的內(nèi)容，第一是數(shù)據(jù)傳遞、匯集的自動化。第二是以成本核算和資源集成為出發(fā)點，對管理數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、整理、發(fā)掘和分析。是企業(yè)實現(xiàn)利潤最大化的最佳決策管理平臺。 (2) 管理范圍和層次不同 一個準(zhǔn)實時的全廠實時生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。 向全廠運(yùn)營、生產(chǎn)和行政的管理，是企業(yè)管理的一個全局性系統(tǒng)。 (3)信息的來源和數(shù)據(jù)特點不同 實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，具有很高的時間密度，絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)具備沿時間軸等序產(chǎn)生的特性。最好用專用的實時數(shù)據(jù)庫來管理和存儲。 生產(chǎn)數(shù)據(jù)外，絕大部分來自管理過程，數(shù)量也很大，但時間密度遠(yuǎn)低于 實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)。適于用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理。 (4)對安全性的要求不同 全廠生產(chǎn)過程實時控制系統(tǒng)直接相連，對安全 性的要求是最高的。主要是防止非法操作和病毒破壞。 安全性的要求也是很高的，根據(jù)企業(yè)管理者的要求需制訂相應(yīng)的安全策略，但其失效不會引起運(yùn)行設(shè)備的異常行為，故而相對與 統(tǒng)來說較低。 (5)可采用相同的技術(shù)平臺 根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展水平， 可采用技術(shù)成熟、造價合理的以太網(wǎng)平臺41-43。 功能特點 電廠廠級監(jiān)控系統(tǒng)（ 過采集和處理電廠生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)廠內(nèi)各機(jī)組和全廠生產(chǎn)過程最優(yōu)控制及管理，它屬于廠級生產(chǎn)過程 自動化的范疇?；趯崟r數(shù)據(jù)庫平臺， 析和優(yōu)化，并通過得到的各性能參數(shù)優(yōu)化值對機(jī)組和設(shè)備提供在線運(yùn)行優(yōu)化指導(dǎo)，從而實現(xiàn)電廠各單元機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷配置。 體上可分為生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和通緝、 性能計算和經(jīng)濟(jì)性分析、 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 11 頁 和狀態(tài)維修、設(shè)備狀態(tài)故障分析以及廠級負(fù)荷優(yōu)化分配等 5 大功能部分。 能開發(fā)將是一個漸進(jìn)完善的過程，熱電廠根據(jù)自身情況和企業(yè)外部環(huán)境變化可引進(jìn)發(fā)電成本分析和競價上網(wǎng)等內(nèi)容。 (1)生產(chǎn)過程實時監(jiān)控和統(tǒng)計 基于電廠統(tǒng)一的實時 /歷史數(shù)據(jù)庫平臺，以畫圖、趨勢曲線、直方圖和表格等形式實時顯示電廠機(jī)組、輔控等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，為生產(chǎn)管理人員提供親切直觀的實時動態(tài)信息。同時，通過收集生產(chǎn)過程中的重要歷史數(shù)據(jù)，打印生成電廠各部門所需的生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等統(tǒng)計報表。 (2)性能計算和經(jīng)濟(jì)性分析 根據(jù)美國機(jī)械工程師協(xié)會（ 標(biāo)和行標(biāo)等電廠性能計算標(biāo)準(zhǔn)，實時計算單元機(jī)組各主輔設(shè)備的各項性能參數(shù)，其中包含關(guān)于鍋爐、汽輪機(jī)、凝汽器、磨煤機(jī)、空預(yù)器、省煤器、除氧器、電泵、 再熱器和過熱器等性能計算，并將計算得到的當(dāng)前各性能參數(shù)與設(shè)定值進(jìn)行比較，在經(jīng)濟(jì)性分析尋找機(jī)組供電煤耗達(dá)到最小的運(yùn)行基礎(chǔ)上，將偏差以百分比方式提供給現(xiàn)場工程師和運(yùn)行人員，以達(dá)到優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行、降低發(fā)電成本的目的。 (3)設(shè)備壽命監(jiān)測和狀態(tài)檢修 在生產(chǎn)過程中對各主輔設(shè)備的多種性能指標(biāo)進(jìn)行實時監(jiān)測和評估，并根據(jù)已知的數(shù)學(xué)模型計算當(dāng)前運(yùn)行狀況下的壽命損耗率，經(jīng)過分析和比較得出設(shè)備的預(yù)測和預(yù)防性維護(hù)方案，以達(dá)到維持設(shè)備運(yùn)行可靠和安全性，減少設(shè)備檢修次數(shù)、 縮短設(shè)備維護(hù)時間，延長設(shè)備使用年限的目的?；诳煽啃院皖A(yù)防性為中心的檢修技術(shù)，根據(jù)對潛伏性故障的在線監(jiān)測和離線測量等技術(shù)，綜合現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗對設(shè)備進(jìn)行檢修評估，減少不必要的檢修項目，從而達(dá)到節(jié)約檢修資金、提高電廠效益的目的。 (4)設(shè)備狀態(tài)故障分析 基于模糊推理機(jī)制的專家系統(tǒng)和具有自學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，故障分析子系統(tǒng)根據(jù)實時監(jiān)測信息可快速準(zhǔn)確地對設(shè)備的故障進(jìn)行預(yù)報、判斷和分析，并向運(yùn)行人員及時提供故障點及故障原因和故障排除處理方案。而且，隨著時間和經(jīng)驗的累積，故障分析子系統(tǒng)可大幅度提高故障診斷分析和處理方案的快速準(zhǔn)確性。 (5) 廠級負(fù)荷優(yōu)化分配 隨著“廠網(wǎng)分開，競價上網(wǎng)” 機(jī)制改革的日益深入，電力市場交易中心將會建立，傳統(tǒng)的計劃經(jīng)濟(jì)模式將改為電廠或機(jī)組的電量競價模式分配負(fù)荷， 調(diào)度中心則通過 “ 對整個電廠下達(dá)日負(fù)荷預(yù)測曲線，然后負(fù)荷優(yōu)化分配子系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法并考慮機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和各種邊界約束條件，計算得出電廠內(nèi)部單元機(jī)組的負(fù)荷分配曲線， 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 第 12 頁 指導(dǎo)電廠運(yùn)行人員優(yōu)化調(diào)度負(fù)荷，以獲得全廠最大的經(jīng)濟(jì)效益44-46。 發(fā)電廠行業(yè)中的作用 為發(fā)電企業(yè)信息化與自動化系統(tǒng)里面的 核心環(huán)節(jié)，在對企業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程提高的過程中起到了重要的作用，主要包括了清除數(shù)據(jù)的災(zāi)難、提供全面知識化平臺和管理控制一體化這幾個方面。 除數(shù)據(jù)的災(zāi)難 電力工業(yè)企業(yè)的自動化和信息化改造，大大提高了各類工作人員的數(shù)據(jù)獲取能力，但是海量數(shù)據(jù)得不到有效的處理，反而產(chǎn)生了很多負(fù)面效應(yīng)。操作人員面對大量的參數(shù)和報警信息，由于緊張、疲勞，往往導(dǎo)致誤操作 ;維護(hù)人員面對成 G 的歷史數(shù)據(jù)，無從下手，很難找出有用的信息，決策人員也無法看到企業(yè)信息化建設(shè)的實際效益。 515 要對大量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、過濾和組合，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信 J 自、 。通過對原始數(shù)據(jù)的處理，操作人員可以清楚地知道機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)生了什么異常情況，維護(hù)人員可以了解到生產(chǎn)過程的各項運(yùn)行指標(biāo)，決策人員可以得到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和決策依據(jù)。大量的數(shù)據(jù)不再因為無法處理而成災(zāi)，而是轉(zhuǎn)化為有用的信息，成為人類的寶貴財富。 供全面知識化平臺 在目前的階段，計算機(jī)是沒有智能的，因此，再完善的系統(tǒng)也只能是停留在數(shù)據(jù)和信息處理階段，不可能再上升到知識化水平。而在信息化推動工業(yè)化的過程中，數(shù)據(jù)和信息的知識化環(huán)節(jié)是最為關(guān)鍵的。由數(shù)據(jù)和信息得出的知識反過來對于信息的管理，是生產(chǎn)過程的自動化、信息化系統(tǒng)持續(xù)改進(jìn)的最強(qiáng)大動力。因此，我們在 515 中提供了數(shù)據(jù)和信息分析的人機(jī)交互平臺，將人類的智慧與計算機(jī)的信息處理能力結(jié)合起來，為信息向知識的進(jìn)行提供了可能。由數(shù)據(jù)處理