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1、350MW 电厂厂级生产监控信息系统的实现发表时间:2006-4-20作者：孙裕 赵霞 叶敏摘要：引 言为了提高发电机组的经济效益，将控制发电机组 DCS 的有关信息引入到管理信息系统 MIS，使管理人员能实时掌握生产动态，优化生产过程，减少设备损耗，降低生产成本。但从使用情况看，效果不明显。主要原因是:锅炉汽机及其控制设备是一个连续运行的大系统，运行数据巨大，DCS 的信息传输是MIS 的瓶颈 ;DCS 或 MIS 的突发性传输负荷很容易造成 MIS 的崩溃。鉴于以上原因，提出了厂级监控信息系统 SIS 的设想。2000 年国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程(DL5000-2000)第
2、12.10 条明确规定: 当电厂规划容量为 1200MW 及以上、单机容量为 300MW 及以上时，可设置厂级监控信息系统。 因此，电力行业信息化建设的发展，为 SIS 提供了长期而广阔的市场前景。同时，厂级监控信息系统作为 21 世纪电厂自控系统规范中增加的新内容，老系统改造也都向此方向努力。本文从应用的角度，介绍了在350MW 电厂实现 SIS 的设计思想和有关方法。一、项目概述目前，电厂 350MW 发电机组已完成了控制系统的 DCS 改造，对于运行 20 余年的老机组，越来越关注机组的运行性能、经济性和寿命损耗。针对目前在实施的 SIS 项目，通过与西屋公司 OVATION 系统 OP
3、C 连接的 InSQL 数据库的通信接口和运行 HMWatch 软件，精确地实现机组系统运行分析和启停过程分析工作，为机组最佳运行提供良好的工具。依据实时过程信息对生产过程进行全面的分析，可以精确地、动态地反映出企业的运行状况，提高机组主机与辅机的效率，进而提高整套机组的效率，为企业赢得效益。机组启、停过程分析可保证其过程快速准确稳定，减少机组起、停的寿命损耗。运行过程报警信息中文化和智能化的实现，也将辅助运行操作人员对机组工况和故障状态进行准确快速判断，确保机组安全稳定运行。二、350MW 电厂 SIS 的方案设计SIS 系统网络架构如图 1 所示。 该示意图采取了分层分步式设计，整个 SI
4、S 系统分为上下两层，下层为接口层网络，上层为应用层网络，挂接 SIS 层各应用服务器。通过分层式设计，一方面便于分散通信负荷，提高各层通信效率和网络可靠性;另一方面可以通过数据服务器进行技术和通信协议，上层技术选择强调开放性。整个系统是由基于 TCP/IP 协议的以太网进行连接的。从实时数据库 InSQL 取数据在整个以太网进行广播，计算服务器可以计算一些公用数据并广播出去供上层站点使用。工程师站点可以对自己要监测的数据进行组态并图形化显示出来，也可以把数据库和计算服务器的数据直接图形化显示出来。另外它还具有生产过程画面组态、报警组态、数据库组态及其所有的功能模块。相比较工程师站，操作员站拥
5、有较少的权限，它也可以组态自己本机的逻辑算法，只不过不能放到计算服务器上，而只能在本机运算。另外，操作员站可以根据自己的需求组态自己的操作画面。当然性能计算模块、报警模块对它们也是没有限制的。计算服务器承担了大部分复杂的逻辑运算，对计算服务器组态由工程师站进行，在工程师站建立组态后分布到计算服务器上。多个工程师站可以分工，把各自组态后的逻辑算法分布到同一台计算服务器上。三、工程师站和操作员站的软件设计工业控制数据流程的通信接口，对于电厂应用和将来开发都将起到关键作用。OVATION 控制系统是较为可靠安全的控制系统，由于其开放式的设计思路给流程数据接口的开发打下良好的基础，不仅使实时数据得到有
6、效运用，还能给将来先进控制带来可能。本项目的目的之一是为保持数据和信息的安全性，将过程控制系统的二进制数据转换成为 XML 明码存在于高级应用中，实现信息系统的安全备份。本项目数据获取层的开发全部基于最新的 Microsoft XML Service 构架，以符合以主流标准 XML 和 NET 为基础的 MIS(microsoft industrial solution)构架整合电站业务需求和计算机信息技术，同时也跨越了生产信息系统应用的第二阶段。而以符合 XML 标准的 MOS(microsoft office system)和 NET 为基础的智能客户端构架恰恰可以整合火电厂业务需求和当今
7、计算机技术的双重优势，提供一种有效信息集成平台。通过基于 Office 智能客户端技术的生产信息集成平台，我们又称为 MIS(mi-Cmrosoft industrial solution)可以将各种数据源与 Mi-crosoft Visio2003、Word2003、Excel2003、InfoPath2003 的功能和其它基于 NET 的应用程序集成起来。这样，Office 智能客户端应用程序就成为整个生产信息系统开放的集成平台，而不只是文档数据的静态容器。Microsoft Ofiice2003 支持 XML，当用户在 OffiCe 文档内工作时，可以直接从数据库得到上下文相关的实时动态
8、数据和历史数据，还可以将 Web Service 公开的数据转换为工作流和操作指导、数据分析、协作、报告和显示。生产信息集成平台使许多问题迎刃而解。基于这种架构开发的智能客户端可以通过利用遍布企业 IT环境的通用软件体系结构，为电厂用户提供在强大且直观的客户端环境中访问信息和远程服务的能力，让用户能将精力集中在如何使自己的解决方案提供更多的商业价值上，而不是浪费时间在各种非定制平台的开发上。并且这也是一种可用来开发灵活的、面向用户的应用以及提高用户工作效率和满意度的最有效解决方案。因此，首次完全采用基于微软最新的 NET 架构和智能客户端技术开发的火电厂集成信息系统平台具有很好的开放性和易用性
9、，直接将生产过程和用户最为熟悉的 Office 桌面环境有机地结合到一起。和国内许多自行开发的类似功能软件相比，软件平台的可靠性也得到了充分的保证;目的之二是在此数据源和数据通信机制基础上的电厂应用开发。通用性能计算平台软件是火电厂实时信息系统的核心构件之一。本项目的核心内容是开发一套基于Microsoft Visio COM 组件的可组态、图形化的通用性能计算引擎和可视化界面，可以便捷地完成电厂性能的在线计算和分析。首先简要介绍一下 Visio COM 组件，我们以 Mi-crosoft Visual Basic，NET 为平台，创建加载项Microsopt Visual Studio.NE
10、T2003 Visio Add-in Wizard。COM 加载项是专门为扩展 Visio 及其他支持COM 加载项的产品的功能而编译的代码。COM 加载项通常是动态链接库(DLL) ，他们被专门注册，通过 Microsoft Visio 及其他 Microsopt Office 或 Office XP 应用程序来加载。在 Microsoft Visual Basic.NET中，如果您查看解决方案资源管理器(solution explorer) 的内容，则将注意到实际上创建了两个项目:包含该托管 COM 加载项功能的共享加载项项目，以及一个用于将该托管加载项重新分发到其他计算机的安装项目。因此
11、，SIS 系统就是基于 Microsft Visio 提供的 COM 接口迸行开发的，它的整体框图如图 2 所示。本项目在 Visio 的界面上增加 2 个工具条，即动态设置和图层设置。 动态设置工具条有连接、运行、停止、 恢复、 下装等如下按钮。 图层设置工具条有FG(前景层) 、BG( 背景层)、FG(逻辑层)、TG( 触摸层) 等按钮，并且还设置了一个运行菜单项。作为 Microsoft Office 系统的一部分，Visio 还可以实现和其他 Office 软件的整合。这就是说在 VisiO中可以嵌入 Excel 报表和图标、Word 文档和图像及其他 office 对象。监控软件提供
12、如下功能。 组态模块组态模块包括算法组态和生产画面组态。作为控件容器，Visio 中可以嵌入 Microsoft 所有窗体控件(例如 excel)，当然也可以嵌入我们自己开发的控件。因此组态画面所要求的基本图形和控件，Visio 都可以实现。我们要做的是对图形进行控制并且能响应控件的消息，从而使所完成的组态画面相当丰富和友善。图 3 就是已完成的组态画面。选择某个图形右击动画设置 按钮就出现可以配置图形动画的对话框，组态软件提供了丰富的动画属性，包括闪烁、颜色变化、形状变化、位置变化、文本输出。当然，还有各种动画的组合; 运行启停指导功能运行启停指导功能将着重于分析启动过程的操作步骤和条件，根
13、据运行操作卡和实时数据传输功能，对机组启停过程进行全过程指导。SIS 系统还将在机组标准启停曲线的基础上实时显示启停曲线，帮助运行人员分析全过程; 运行中文报警功能由于 350MW 发电机组改造后进入 DCS 的数据量越来越大，需要监视和操作的项目也越来越多，因此给运行人员造成很大压力。早期发现和判断被控对象的故障是保证机组安全经济运行的重要措施。为此开发了带统计和分析功能的智能型报警模块，以实现运行过程报警信息中文化和智能化，辅助运行操作人员对机组工况和故障状态进行准确快速判断; 实时分析及报表功能通过采集实时的生产数据并形成实时/历史数据库，在电厂各用户终端上实时显示运行参数和运行日报。根
14、据存入的参数及相应的计算公式，计算锅炉效率、汽机效率、机组效率以及锅炉汽温超温时段报告等，准点实时反应不同运行方式的影响、不同燃料或同一燃料不同量的影响，可监视整套机组和各部件的性能，给出电厂运行的完整状况，以解决机组报表不能及时反映运行工况的缺点。四、结束语可以说，SIS 实质上是一系列电厂生产过程优化和管理软件的组合。如果借鉴国外的做法，不追求完整的系统，而是根据电厂的需要采用已经取得成功经验、安全经济效益明显的优化和管理软件，并配置相应的计算机平台，可能更容易较快地取得经济效益。通过在某电厂 350MW 发电机组 SIS 中的应用，表明采用上述方案设计的 SIS 是可行的。其模块化的设计便于系统的升级和维护，OPC 通信规范增强了 SIS 各模块的兼容性，运用 Visio COM 组件为平台缩短了开发时间。SIS 的建立解决了厂级生产管理层的自动化问题，使电厂形成了厂级经营层(MIS)、生产管理层(SIS)和控制操作层(DCS)有机结合的自动化系统，实现了电力生产流程的自动化。
