水电厂厂级实时信息系统的 实现方案与应用探讨 吴明元 ( 浙江省紧水滩水力发电厂，浙江丽水3 2 3 0 0 0 ) 摘要：简述水电厂厂级实时信息系统( s t s ) 发展的基本现状提出了S I S 总体设计方案，对S I S 的系统功能 硬件构成、软件开发、功能实现以及系统安全等方面作r 探讨，为紧水滩水力发电厂S I S 的实施打下了基础。 美键词：厂级实时信息系统；水电厂；实施方案 0 引言 随着科学技术的发展，自动化控制和信息技术 在电力系统的厂泛应用，紧水滩水力发电厂相继建 成了计算机监控、水情自动测报、机组状态监测和大 坝自动监测等实时系统，并保存了大量的数据，用于 监测、分析生产过程中存在的问题。目前，各实时系 统是互不相连的信息孤岛，各类生产数据分散在不 同的计算机系统中，不能统一地存储、调用和管理， 还没有建成一个全厂统一的能够把生产现场的数据 实时传送到管理层，并且长期保存便于调用，以实现 数据共享的生产过程数据平台。 同时电力体制改革的不断深化，加快了企业市 场化的步伐。为适应电力市场的竞争，企业的管理 人员岿须及时掌握真实、可靠的生产运行数据，通过 分析和比较，为企业市场竞争提供科学、准确的经济 指标。因此，电厂迫切需要建立一个在实时数据库 平台之上对生产过程进行分析和优化等数据挖掘的 厂级实时信息系统，为企业生产决策提供科学依据。 1S I S 实施的必要性和条件 厂级实时信息系统系统是一个以电厂的生产实 时数据为基础的信息系统，是一个承上启下、连接管 理信息系统( M I S ) 和计算机监控等实时系统的高可 靠性的实时通讯弼络。通过该系统的建设，可以实 现各个实时系统的互联，充分利用计算机监控等控 制系统，为各级管理层提供丰富的生产过程数据和 信息，又能在这些数据资源基础上开发和利用多种 高级应用软件。 通过开发不同的接口软件把沣算机监控系统、 水情自动测报系统、机组状态监测系统、大坝监测自 动化系统的数据统一集成到实时数据库平台之上， 该实时数据库平台可全面沟通电厂的管理信息系统 和各种控制监测系统，实现整个电厂范围内的信息 共享。厂级实时信息系统的建设及其应用将为电厂 的决策提供重要的、科学可靠的、量化的依据，以适 应电厂参与市场竞争的要求。 紧水滩水力发电厂已经具备了以下建设S I S 的 基础和条件： ( 1 ) 计算机技术的迅速发展和日益普及，网络 技术的发展和广泛应用为厂级实时信息系统系统建 设提供r 技术上的保证。 ( 2 ) 计算机监控、水情自动测报、机组状态监 测、大坝自动监测等系统的良好运行，管理信息系统 的建成都为厂级实时信息系统的建设提供了必要的 数据资源的保证。 虽然管理信息系统的应用为管理层采集、交换 和共享全厂的管理信息和数据提供了方便，提高了 办公效率，但获取生产过程实时信息的途径还有很 大的缺陷。如常规的关系型数据库( 如s Q I 。，O R A C L E 等数据系统) 不具有与各种控制系统的接口； 且不能满足数据量大。精度要求高等要求；M I S 和计 算机监控系统的直接耦合将降低机组监控的可靠 性，也无法保证信息传输的实时性能。因此，有必要 进行厂级实时信息系统的建设，以提高生产控制的 安全可靠性和信息的实时性。 2 S I S 的设计方案 2 1 S I S 的架构 一般S I S 由通信网络、S I S 接口机、S I S 实时历 史数据服务器、S I S 功能站和建立在数据服务器上 3 I l 的各种应用软件组成。 电厂的S I S 网络结构。 嗣1 水电厂S I S 网络结构 如图1 所示为紧水滩水力发据：另一方面单个接口机的故障不会影响到其它控 ( 1 ) 通信网络：该网络采用了分层分布式设计， 整个S I S 分为上下两层。上层为S I S 应用层网络， 挂接S I S 层各应用服务器。下层为S I S 接口层网 络，采用独立接 机连接各个独立控制系统进行数 据采集。通过分层式设计，一方面便于分散通讯负 荷，最大限度地减少系统间的通讯连接，平衡服务器 和不同客户机之间的数据流量，提高各层通讯效率 和网络可靠性；另一方面也可以通过数据服务器进 行技术和通讯协议，上层技术选择强调开放性，而下 层则更强调与下层各控制网络的互通性。实时历 史数据服务器可以根据重要性考虑冗余配置。在技 术实现上两层独立网络既可通过物理网络实现，又 可以通过V I A N ( 虚拟网络) 实现 2 。当然，结合 具体电厂的工程实际情况，如果S I S 层的应用软件 不多且数据通讯量不大，则可以考虑上下两层合并 成一个网络。 ( 2 ) S I S 接1 3 机：S I S 作为厂级自动化系统的核 心，其所需的所有生产过程实时信息和参数均从下 层控制网络中以通讯方式获取。接口机作为实时 历史数据服务器与控制系统之间的桥梁具有十分重 要的作用。采用分布式接口机方案后，方面利用 接口机的缓冲功能，防止数据服务器故障时丢失数 一3 】2 一 制系统的数据采集。更为重要的是，通过在接口机 上进行合理配置，可以保证下层控制网络的稳定性 和可靠性不受S I S 层网络干扰。 在S I S 和电厂管理信息系统的互连上，鉴于 N I S 和生产控制系统在可靠性、安全性等方面存在 显著差异，因此直接将各控制系统与M I S 耦合是不 恰当的。采用直接在实时历史数据服务器与M I S 关系数据服务器之间建立高速双向连接，S I S 和M I S 分别采用独立的网络，期间通过S I S 和M I S 各自的 数据服务器之间互连和交换信息，这样S I S 网络上 的应用只需与实时历史数据服务器连接，而M I S 的应用只需与M I S 关系数据库服务器通讯，二者可 以实现有效隔离，相互影响很小。从而减少通讯的 复杂性，提高了网络的独立性、可靠性和快速性。 ( 3 ) S I S 实时历史数据服务器：它是整个S I S 的核心，它为全厂提供了一个高速度、大规模、超大 容量的统一规范的实时和历史数据库以及应用软件 开发平台，能充分地保证系统的先进性、开放性、安 全性、可扩性和实用性。它用于保存所有生产过程 的实时数据和S I S 对这些资料的计算、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资料 基础上。另外由于生产过程数据量大，精度要求高， 并且带有时标，因此不适宜采用常规的关系性数据 库存储。国内外类似系统建设中一般都采用专用的 实时历史数据服务器，可以采用美国o s ! S o f t w a r e 公司的P I 系统，该系统由于采用了有效的压缩存储 技术，因此适合于大范围、高密度的时标数据在线存 储。实时数据库系统服务器一般采用双机热备方式 运行。任一台服务器发生故障，不会中断整个实时 系统的运行。 ( 4 ) S I S 功能站：S I S 功能站是系统管理及人机 交互界面的主要载体，它们作为S I S 数据库服务器 的客户机，从S I S 数据库中获取过程信息进行分析、 计算和显示，并将计算分析结果存人数据库，供其它 客户机或系统调用。功能站包含以下类型( 不限于 此) ：工程师工作站、负荷分配工作站、运行员工作 站、值长工作站。 2 2 S I S 应用软件 在S I S 建成后，由于建立在统一的数据库平台 基础上，各应用软件的开发变得相对简单，不再重复 与下层各控制系统之间的数据接口和自身的数据存 储备份，减少了许多维护管理费用。S I S 应用软件 的主要模块如下： ( 】) 生产过程监视系统( 流程图、监控画面) ： 为生产管理人员提供实时更新的数据信息。实时监 测以画面、曲线、棒图、趋势等形式，实时显示全厂发 电机组及其辅助系统的设备运行状态、运行参数、系 统图。生成各类生产报表，记录生产过程中的各种 数据和经济指标统计，按要求的格式和内容生成所 需要的报表，并能按不同要求进行查询和显示。通 过这些画面和报表，帮助生产管理人员形象、逼真、 直观地_ 解设备的运行工况及各测点间的相互关 系，帮助他们了解整个系统的运行情况。 ( 2 ) 自动利用率统计：通过对机组及各主要设 备的实时运行参数的采集和统计，为技术管理人员 提供机组及各主要设备实时投入自动的状况，在线 提供各个考核设备的自动投入统计，并可以动态生 成各类统计报表。 ( 3 ) 扁动指导模块：能将机组起停及负荷变化 时的主要参数清晰地显示在屏幕上，并根据运行规 程及运行经验，利用实测参数，对本次操作做出评价 及对下一步操作做出提示。同时，对不符合操作规 程的操作记录下来，供分析故障时参考。 ( 4 ) 状态分析模块：通过整点分析和趋势分析 及时发现各设备运行情况，保证各设备在正常范围 参数内运行，不断提高设备健康水平。 ( 5 ) 实时、历史数据处理模块：完整的系统必须 有对机组及各主要设备参数进行长期的监测和管 理。要求采用实时数据库系统，为机组及各主要设 备建立运行、故障档案，保存机组及各主要设备运行 的历史数据。并可通过检索机组及各主要设备历史 数据档案，进行分析、处理。历史数据主要包含：机 组及各主要设备历史报警档寨；机组及各主要设备 历史事故记录档案；机组及各主要设备运行状态历 史趋势档案，正常运行时，系统能自动为机组及各主 要设备建立运行档案、历史趋势等，按规定时间、格 式要求保存数据资料，根据需要可在阅2 4 小时、一 周、一个月、一个季度、一年的参数变化趋势，帮助运 行和设备管理人员了解设备的健康状况，以便合理 安排机组的设备检修及维护，为设备的状态检修提 供基础数据，提高机组及各主要设备的运行可用率。 ( 6 ) 性能计算和运行优化：提供在线性能计算 能力，计算全厂设备的各种效率、损耗以及性能参 数，并将计算出的数据生成运行效率衄线与经济效 率曲线进行比较，同时显示出任何偏差对发电总成 本的影响，并对系统的运行方式提出优化建议。 ( 7 ) 设备在线监视维护系统：帮助运行及设备 管理人员分析主、辅设备的故障原因、故障点并提供 排除故障的处理指导意见等。 3 S I S 关键技术 3 1 实时数据库软件的选择 实时数据库系统的主要功能之一就是通过计算 机监控系统将生产过程中大量实时数据采集并存储 起来，以满足全厂实时监控和在线性能计算分析等 的需要，实时数据库是实时监控信息系统的核心，是 保证电厂实时信息系统成功投运的关键，不仅应能 将全厂生产过程的实时数据采集上来，还要将它们 以其基本形式保存下来。作为管理信息系统的重要 信息源，通过管理信息系统对这些生产实时数据进 行二次处理和分析，如开发生产计划和维护管理以 及企业资源优化分配等应用功能。因此，实时数据 系统的数据库平台必须满足以下特点： ( 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I ；：1 i 同系统 及设备的成熟接口，支持各种标准的数据传输标准； ( 3 ) 强大的二次开发能力，如良好的开发接口 ( A P I ) 和数据库访问手段等； ( 4 ) 统一的操作平台； ( 5 ) 良好的数据缓冲功能，防止访问冲突而导 一3 13 致潜在的数据丢失； ( 6 ) 好的系统访问结构，方便各种应用，实现远 4 结语 。：。3群lUto 黧，苎婴乏省电力公司统一要中数焉溅嚣蒜鬻凳譬糍凳摹 求，选择P 1 作为实时数据库软件。 毒蕃理者菇筷磊萄聂买菜晶薇菇箱藉；：藉孬茹赢 3 2 接口实现与数据采集 监控系统、水情测报系统等实时数据经数据采集机 裟慧妻：盥罂终黛电厂箩嬖淼芸纂麓焉喾篡耋蓄黧柔蔷鍪 有控制系统进行网络连接或数据通信，接口较多，其 制和管瑚 。 一 接口方式应在安全可靠前提下，力求标准和统一，相 ”一“ 应的也要考虑控制系统侧接口的标准和统一。业主 参考文献： 必须预先通过技术规范书在S I S 实施厂商或者实 1 勾建兵侯子良电厂S I S 建设探讨 J