350MW電廠廠級(jí)生產(chǎn)監(jiān)控信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).doc

350MW電廠廠級(jí)生產(chǎn)監(jiān)控信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)發(fā)表時(shí)間:2006-4-20作者：孫裕 趙霞 葉敏摘要：引 言 為了提高發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，將控制發(fā)電機(jī)組DCS的有關(guān)信息引入到管理信息系統(tǒng)MIS，使管理人員能實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，減少設(shè)備損耗，降低生產(chǎn)成本。但從使用情況看，效果不明顯。主要原因是:鍋爐汽機(jī)及其控制設(shè)備是一個(gè)連續(xù)運(yùn)行的大系統(tǒng)，運(yùn)行數(shù)據(jù)巨大，DCS的信息傳輸是MIS的瓶頸;DCS或MIS的突發(fā)性傳輸負(fù)荷很容易造成MIS的崩潰。鑒于以上原因，提出了廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS的設(shè)想。 2000年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(DL5000-2000)第12.10條明確規(guī)定:當(dāng)電廠規(guī)劃容量為1200MW及以上、單機(jī)容量為300MW及以上時(shí)，可設(shè)置廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)。因此，電力行業(yè)信息化建設(shè)的發(fā)展，為SIS提供了長(zhǎng)期而廣闊的市場(chǎng)前景。同時(shí)，廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)作為21世紀(jì)電廠自控系統(tǒng)規(guī)范中增加的新內(nèi)容，老系統(tǒng)改造也都向此方向努力。本文從應(yīng)用的角度，介紹了在350MW電廠實(shí)現(xiàn)SIS的設(shè)計(jì)思想和有關(guān)方法。一、項(xiàng)目概述 目前，電廠350MW發(fā)電機(jī)組已完成了控制系統(tǒng)的DCS改造，對(duì)于運(yùn)行20余年的老機(jī)組，越來(lái)越關(guān)注機(jī)組的運(yùn)行性能、經(jīng)濟(jì)性和壽命損耗。針對(duì)目前在實(shí)施的SIS項(xiàng)目，通過(guò)與西屋公司OVATION系統(tǒng)OPC連接的InSQL數(shù)據(jù)庫(kù)的通信接口和運(yùn)行HMWatch軟件，精確地實(shí)現(xiàn)機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行分析和啟停過(guò)程分析工作，為機(jī)組最佳運(yùn)行提供良好的工具。 依據(jù)實(shí)時(shí)過(guò)程信息對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面的分析，可以精確地、動(dòng)態(tài)地反映出企業(yè)的運(yùn)行狀況，提高機(jī)組主機(jī)與輔機(jī)的效率，進(jìn)而提高整套機(jī)組的效率，為企業(yè)贏得效益。機(jī)組啟、停過(guò)程分析可保證其過(guò)程快速準(zhǔn)確穩(wěn)定，減少機(jī)組起、停的壽命損耗。運(yùn)行過(guò)程報(bào)警信息中文化和智能化的實(shí)現(xiàn)，也將輔助運(yùn)行操作人員對(duì)機(jī)組工況和故障狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確快速判斷，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。二、350MW電廠SIS的方案設(shè)計(jì) SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。 該示意圖采取了分層分步式設(shè)計(jì)，整個(gè)SIS系統(tǒng)分為上下兩層，下層為接口層網(wǎng)絡(luò)，上層為應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)，掛接SIS層各應(yīng)用服務(wù)器。通過(guò)分層式設(shè)計(jì)，一方面便于分散通信負(fù)荷，提高各層通信效率和網(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)和通信協(xié)議，上層技術(shù)選擇強(qiáng)調(diào)開(kāi)放性。 整個(gè)系統(tǒng)是由基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行連接的。從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)InSQL取數(shù)據(jù)在整個(gè)以太網(wǎng)進(jìn)行廣播，計(jì)算服務(wù)器可以計(jì)算一些公用數(shù)據(jù)并廣播出去供上層站點(diǎn)使用。工程師站點(diǎn)可以對(duì)自己要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行組態(tài)并圖形化顯示出來(lái)，也可以把數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算服務(wù)器的數(shù)據(jù)直接圖形化顯示出來(lái)。另外它還具有生產(chǎn)過(guò)程畫面組態(tài)、報(bào)警組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)及其所有的功能模塊。相比較工程師站，操作員站擁有較少的權(quán)限，它也可以組態(tài)自己本機(jī)的邏輯算法，只不過(guò)不能放到計(jì)算服務(wù)器上，而只能在本機(jī)運(yùn)算。另外，操作員站可以根據(jù)自己的需求組態(tài)自己的操作畫面。當(dāng)然性能計(jì)算模塊、報(bào)警模塊對(duì)它們也是沒(méi)有限制的。 計(jì)算服務(wù)器承擔(dān)了大部分復(fù)雜的邏輯運(yùn)算，對(duì)計(jì)算服務(wù)器組態(tài)由工程師站進(jìn)行，在工程師站建立組態(tài)后分布到計(jì)算服務(wù)器上。多個(gè)工程師站可以分工，把各自組態(tài)后的邏輯算法分布到同一臺(tái)計(jì)算服務(wù)器上。三、工程師站和操作員站的軟件設(shè)計(jì) 工業(yè)控制數(shù)據(jù)流程的通信接口，對(duì)于電廠應(yīng)用和將來(lái)開(kāi)發(fā)都將起到關(guān)鍵作用。OVATION控制系統(tǒng)是較為可靠安全的控制系統(tǒng)，由于其開(kāi)放式的設(shè)計(jì)思路給流程數(shù)據(jù)接口的開(kāi)發(fā)打下良好的基礎(chǔ)，不僅使實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)得到有效運(yùn)用，還能給將來(lái)先進(jìn)控制帶來(lái)可能。 本項(xiàng)目的目的之一是為保持?jǐn)?shù)據(jù)和信息的安全性，將過(guò)程控制系統(tǒng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為XML明碼存在于高級(jí)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)的安全備份。本項(xiàng)目數(shù)據(jù)獲取層的開(kāi)發(fā)全部基于最新的Microsoft XML Service構(gòu)架，以符合以主流標(biāo)準(zhǔn)XML和NET為基礎(chǔ)的MIS(microsoft industrial solution)構(gòu)架整合電站業(yè)務(wù)需求和計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，同時(shí)也跨越了生產(chǎn)信息系統(tǒng)應(yīng)用的第二階段。 而以符合XML標(biāo)準(zhǔn)的MOS(microsoft office system)和NET為基礎(chǔ)的智能客戶端構(gòu)架恰恰可以整合火電廠業(yè)務(wù)需求和當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的雙重優(yōu)勢(shì)，提供一種有效信息集成平臺(tái)。通過(guò)基于Office智能客戶端技術(shù)的生產(chǎn)信息集成平臺(tái)，我們又稱為MIS(mi-Cmrosoft industrial solution)可以將各種數(shù)據(jù)源與Mi-crosoft Visio2003、Word2003、Excel2003、InfoPath2003的功能和其它基于NET的應(yīng)用程序集成起來(lái)。這樣，Office智能客戶端應(yīng)用程序就成為整個(gè)生產(chǎn)信息系統(tǒng)開(kāi)放的集成平臺(tái)，而不只是文檔數(shù)據(jù)的靜態(tài)容器。Microsoft Ofiice2003支持XML，當(dāng)用戶在OffiCe文檔內(nèi)工作時(shí)，可以直接從數(shù)據(jù)庫(kù)得到上下文相關(guān)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，還可以將Web Service公開(kāi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為工作流和操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)分析、協(xié)作、報(bào)告和顯示。 生產(chǎn)信息集成平臺(tái)使許多問(wèn)題迎刃而解?；谶@種架構(gòu)開(kāi)發(fā)的智能客戶端可以通過(guò)利用遍布企業(yè)IT環(huán)境的通用軟件體系結(jié)構(gòu)，為電廠用戶提供在強(qiáng)大且直觀的客戶端環(huán)境中訪問(wèn)信息和遠(yuǎn)程服務(wù)的能力，讓用戶能將精力集中在如何使自己的解決方案提供更多的商業(yè)價(jià)值上，而不是浪費(fèi)時(shí)間在各種非定制平臺(tái)的開(kāi)發(fā)上。并且這也是一種可用來(lái)開(kāi)發(fā)靈活的、面向用戶的應(yīng)用以及提高用戶工作效率和滿意度的最有效解決方案。 因此，首次完全采用基于微軟最新的NET架構(gòu)和智能客戶端技術(shù)開(kāi)發(fā)的火電廠集成信息系統(tǒng)平臺(tái)具有很好的開(kāi)放性和易用性，直接將生產(chǎn)過(guò)程和用戶最為熟悉的Office桌面環(huán)境有機(jī)地結(jié)合到一起。和國(guó)內(nèi)許多自行開(kāi)發(fā)的類似功能軟件相比，軟件平臺(tái)的可靠性也得到了充分的保證; 目的之二是在此數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)通信機(jī)制基礎(chǔ)上的電廠應(yīng)用開(kāi)發(fā)。 通用性能計(jì)算平臺(tái)軟件是火電廠實(shí)時(shí)信息系統(tǒng)的核心構(gòu)件之一。本項(xiàng)目的核心內(nèi)容是開(kāi)發(fā)一套基于Microsoft Visio COM組件的可組態(tài)、圖形化的通用性能計(jì)算引擎和可視化界面，可以便捷地完成電廠性能的在線計(jì)算和分析。 首先簡(jiǎn)要介紹一下Visio COM組件，我們以Mi-crosoft Visual Basic，NET為平臺(tái)，創(chuàng)建加載項(xiàng)Microsopt Visual Studio.NET2003 Visio Add-in Wizard。COM加載項(xiàng)是專門為擴(kuò)展Visio及其他支持COM加載項(xiàng)的產(chǎn)品的功能而編譯的代碼。COM加載項(xiàng)通常是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)，他們被專門注冊(cè)，通過(guò)Microsoft Visio及其他Microsopt Office或Office XP應(yīng)用程序來(lái)加載。在Microsoft Visual Basic.NET中，如果您查看解決方案資源管理器(solution explorer)的內(nèi)容，則將注意到實(shí)際上創(chuàng)建了兩個(gè)項(xiàng)目:包含該托管COM加載項(xiàng)功能的共享加載項(xiàng)項(xiàng)目，以及一個(gè)用于將該托管加載項(xiàng)重新分發(fā)到其他計(jì)算機(jī)的安裝項(xiàng)目。 因此，SIS系統(tǒng)就是基于Microsft Visio提供的COM接口迸行開(kāi)發(fā)的，它的整體框圖如圖2所示。 本項(xiàng)目在Visio的界面上增加2個(gè)工具條，即動(dòng)態(tài)設(shè)置和圖層設(shè)置。動(dòng)態(tài)設(shè)置工具條有連接、運(yùn)行、停止、恢復(fù)、下裝等如下按鈕。圖層設(shè)置工具條有FG(前景層)、BG(背景層)、FG(邏輯層)、TG(觸摸層)等按鈕，并且還設(shè)置了一個(gè)運(yùn)行菜單項(xiàng)。 作為Microsoft Office系統(tǒng)的一部分，Visio還可以實(shí)現(xiàn)和其他Office軟件的整合。這就是說(shuō)在VisiO中可以嵌入Excel報(bào)表和圖標(biāo)、Word文檔和圖像及其他office對(duì)象。監(jiān)控軟件提供如下功能。 組態(tài)模塊 組態(tài)模塊包括算法組態(tài)和生產(chǎn)畫面組態(tài)。作為控件容器，Visio中可以嵌入Microsoft所有窗體控件(例如excel)，當(dāng)然也可以嵌入我們自己開(kāi)發(fā)的控件。因此組態(tài)畫面所要求的基本圖形和控件，Visio都可以實(shí)現(xiàn)。我們要做的是對(duì)圖形進(jìn)行控制并且能響應(yīng)控件的消息，從而使所完成的組態(tài)畫面相當(dāng)豐富和友善。圖3就是已完成的組態(tài)畫面。 選擇某個(gè)圖形右擊動(dòng)畫設(shè)置按鈕就出現(xiàn)可以配置圖形動(dòng)畫的對(duì)話框，組態(tài)軟件提供了豐富的動(dòng)畫屬性，包括閃爍、顏色變化、形狀變化、位置變化、文本輸出。當(dāng)然，還有各種動(dòng)畫的組合; 運(yùn)行啟停指導(dǎo)功能 運(yùn)行啟停指導(dǎo)功能將著重于分析啟動(dòng)過(guò)程的操作步驟和條件，根據(jù)運(yùn)行操作卡和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸功能，對(duì)機(jī)組啟停過(guò)程進(jìn)行全過(guò)程指導(dǎo)。SIS系統(tǒng)還將在機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)啟停曲線的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)顯示啟停曲線，幫助運(yùn)行人員分析全過(guò)程; 運(yùn)行中文報(bào)警功能 由于350MW發(fā)電機(jī)組改造后進(jìn)入DCS的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，需要監(jiān)視和操作的項(xiàng)目也越來(lái)越多，因此給運(yùn)行人員造成很大壓力。早期發(fā)現(xiàn)和判斷被控對(duì)象的故障是保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施。為此開(kāi)發(fā)了帶統(tǒng)計(jì)和分析功能的智能型報(bào)警模塊，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程報(bào)警信息中文化和智能化，輔助運(yùn)行操作人員對(duì)機(jī)組工況和故障狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確快速判斷; 實(shí)時(shí)分析及報(bào)表功能 通過(guò)采集實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并形成實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，在電廠各用戶終端上實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行日?qǐng)?bào)。根據(jù)存入的參數(shù)及相應(yīng)的計(jì)算公式，計(jì)算鍋爐效率、汽機(jī)效率、機(jī)組效率以及鍋爐汽溫超溫時(shí)段報(bào)告等，準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)時(shí)反應(yīng)不同運(yùn)行方式的影響、不同燃料或同一燃料不同量的影響，可監(jiān)視整套機(jī)組和各部件的性能，給出電廠運(yùn)行的完整狀況，以解決機(jī)組報(bào)表不能及時(shí)反映運(yùn)行工況的缺點(diǎn)。四、結(jié)束語(yǔ) 可以說(shuō)，SIS實(shí)質(zhì)上是一系列電廠生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化和管理軟件的組合。如果借鑒國(guó)外的做法，不追求完整的系統(tǒng)，而是根據(jù)電廠的需要采用已經(jīng)取得成功經(jīng)驗(yàn)、安全經(jīng)濟(jì)效益明顯的優(yōu)化和管理軟件，并配置相應(yīng)的計(jì)算機(jī)