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谈谈电厂SIS设计与实施

更新:2017-03-11

摘要:SIS是电厂信息系统的重要成长标的目的。本文从信息系统角度分析了SIS的特点,提出了SIS的硬件系统结构,并提出采用面向服务架构来设计与实现SIS运用系统,以保证SIS的高扩大性、开放性和灵活性。同时,本文对硬件装备和软件产物的选型提出了一定的建议。1、 概述  随着电力改造的深化,电力企,尤其是电厂,为了连结长足的竞争力,迫切需要从化生产和企治理两个方面着手,提高生产效率和装备可用率,化资本设置装备摆设,年夜水平地下降发电成本。无疑,以信息化推动企现代化将是实现这一方针的有用手段。  我国电力学者在研究与综合国内电厂信息化现状的根蒂根基上,提出建设厂级监控信息系统(SIS:SupervisoryInformationSystem),旨在周全集成生产流程数据,实现化生产运营的目的[,]。但SIS系统今朝属于起步阶段,还没有形成统一的、成熟的SIS系统设计理论与实施方式。本文在SIS实施经验的根蒂根基上,安身于电厂整体信息系统角度,从硬件逻辑结构、软件系统设计和产物选型等多个方面临SIS系统的设计与实施提出建议。2、电厂SIS界说和特点  SIS是主要为全厂实时生产进程综合化服务的生产进程实时治理和监控的信息系统[]。它面向生产进程,处置全厂的实时数据,是厂内单元机组DCS和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统,同时也是整个企信息系统的一个组成部门。  与电厂现有的治理信息系统(MIS)相比,SIS有显著分歧:  ●SIS处置生产进程数据。这些数据大都属于时间序列,往往是短暂的,即有一定的有用时间,过时则有新的数据发生。是以,SIS的数据要远年夜于一般MIS的数据。  ●某些SIS运用有着很强的时效性,要求在划定的时刻或一定的时间距离内必需处置终了,否则当前的计较成效或指导将失往意义。  ●SIS运用更多地偏重于数据分析,没有MIS运用中严酷而清晰的治理流程;SIS运用每次执行往往需要成组的历史数据,而MIS运用一般只需要少许确当前数据。  是以,SIS的数据库不仅要支持年夜数据的同享,维护其数据的一致性和完整性,还需要高效的处置机制来支持年夜历史数据存储与检索。传统的关系数据模子难于直接顺应这类综合运用需求,所以SIS可采用一种夹杂存储模式,即:哄骗实时/历史数据库来存储生产进程数据,哄骗一个小规模的关系数据库存储SIS的其它设置装备摆设信息(也可斟酌哄骗MIS的关系数据库存储SIS设置装备摆设信息,但从平安和性能角度斟酌,推荐采用自力的关系数据库)。  从企信息系统全局看,SIS偏重于生产进程的监控和综合化,MIS则主要负责电厂的综合治理运用。但SIS和MIS之间不是孤立的,而是互为弥补,相辅相成,协同完成各类运用。是以,在SIS设计中,必需安身于全厂进行斟酌,工钱地割裂MIS和SIS,只能致使消除小的信息孤岛(DCS、PLC等数据孤岛)的同时,形成更年夜的信息孤岛(SIS和MIS两年夜孤岛)。3、建设原则  SIS建设应当遵循以下原则:  ●整体计划:SIS系统是电厂信息系统的一部门,在设计与实施时,必需安身全局进行综合斟酌与计划,尽年夜可能避免泛起信息孤岛或蜘蛛网×。  ●分步实施:凭据整体计划,将SIS系统建设划分为多个阶段,分步实施,分步使用,同时哄骗已有运用系统的经验完善后续运用系统的设计。  ●进步前辈性与经济性兼顾:设计与实施SIS系统时,应当在经济适用的根蒂根基上充实斟酌技术的进步前辈性与前瞻性,为系统扩大提供一定的空间。  ●平安靠得住:平安性涵盖硬件装备容错能力、数据资本会见策略、用户验证机制和系统备份策略等多个方面。SIS系统的平安性要求高于一般的信息系统,设计时必需依照监控系统的尺度来斟酌平安性[3]。  ●合适通行尺度:运用系统设计与实施必需合适尺度、国家尺度和行尺度等。  ●充实斟酌开放性和可扩大性:必需斟酌硬件装备的可扩大性和软件模块的灵活性与开放性,以顺应系统未来可能的成长。图1电厂信息系统的一般逻辑图4、硬件逻辑结构  图1为电厂信息系统的一般逻辑结构,以SIS防火墙为界分为SIS和MIS两个部门。MIS部门包括MIS网络、MIS数据库、各类运用服务器、Web服务器和所有的客户端,而且经由过程防火墙和路由器与Internet或发电团体广域网相连,以支持远程数据会见。SIS部门包括SIS网络、存储生产进程数据的实时/历史数据库、存储设置装备摆设信息的关系数据库、接口站、SIS运用服务器、SIS治理站、值长站等。  ●接口站负责收集所有生产进程数据(DCS系统、输煤系统、电气系统、除灰系统等),进行需要处置后,将其送进实时/历史数据库。凡是,接口站安装双网卡划分毗连控制系统和SIS,相当于SIS和控制系统之间的网关。  ●SIS运用服务器承当各类运用计较(如:机组性能计较)或营逻辑处置等功能。  ●SIS治理站负责整个SIS系统的维护治理。  ● 值长站是直接与SIS网络毗连的客户端,为值长提供全数的SIS运用功能。  ●从平安角度斟酌,SIS网络与MIS网络之间经由过程防火墙进行毗连;其次,普通客户端不直接与SIS网络相连,而是经由过程MIS网络来会见SIS数据。  在SIS硬件逻辑设计方面,还应注重:  ●在资金答理条件下,可将SIS网络设计为双网,并设置装备摆设为容错或负载平衡方式运行,提高SIS网络的平安靠得住性。  ●SIS网络中,划分需要的虚网(VLAN),屏障没必要要的网络广播包,保证生产数据消息包的有用网络带宽。  ●SIS网络主干,建议采用主流的千兆网技术,为未来规模的扩大提供足够空间。  ●SIS网络装备的设置装备摆设,应当遵循知足功能的小设置装备摆设原则,不设置任何与SIS网络通讯关系不年夜的过剩饬令。尤其防火墙,尽只开放HTTP协议端口和少数需要的TCP/IP通讯端口。在可能和需要的情况下,设置网络QoS(QualityofService,服务)品级,先知足SIS焦点运用的网络通讯带宽。  ●SIS数据库服务器尽设置装备摆设为群集或容错方式,以提高SIS数据库的可用率。条件答理时,设置装备摆设运用服务器组为网络负载平衡和组件负载平衡系统。  ●哄骗时间同步服务统一SIS所有硬件装备的时间。条件答理时,哄骗GPS对时装备校正SIS和所有生产控制系统的时间。  ●为SIS数据库服务器和运用服务器设置装备摆设数据备份装备。可能情况下,实现异地备份,增强SIS的容灾能力。5、数据库服务器选型  一般而言,数据库服务器的选择有四种:  ●单服务器:由某个单服务器承当数据治理和数据服务使命。其点是设置装备摆设利便、价格低;错误谬误是靠得住性低、可扩大性差。  ●多服务器尺度群集:一般采用两个或多个服务器加磁盘阵列柜的方式,靠得住性很高。群集操作系统可选Windows2000AdvanceServer或支持群集的UNIX系统。群集的工作方式可所以热备方式或负载平衡。热备方式下,统一时刻只有一台服务器在有用工作,易于设置装备摆设和治理;负载平衡方式下,多台服务器协同承当系统负载,能够有用哄骗服务器资本,但设置装备摆设与治理较难。  ●多服务器软群集:在两台或多台服务器上采用用软件模拟实现尺度群集的效果。这类方式节省了磁盘阵列柜,成本低于尺度群集,靠得住性也略低于尺度群集。  ●容错服务器:容错服务器的靠得住性高于尺度群集,它几近没有停机,不存在群集系统中的故障切换。容错服务器成本略高于尺度群集。  具体选型时,还要综合斟酌具体运用软件类型、运用系统的平安靠得住性要求、投资等多种身分。不管选择哪种类型,都应当设置装备摆设较年夜的内存和一块或多块千兆网卡,由于服务器的主要工作类型是输进输出密集型。6、实时/历史数据库×产物选型  SIS数据库的商产物较多,选型时应当斟酌:数据库的易维护和易治理性、开放性与可扩大性、客户端软件功能的周全性、Web支持水平、二次开发的难易水平、数据类型的支持水平、时间与多时区支持水平、对散布式运用的支持水平、平安性控制能力、容错能力、是否支持汉字、软件厂家的技术支持能力、经济实用等身分,并连系电厂具体情况选择合适的产物。国内外的典型产物有(以下介绍均摘自相关公司网站或产物介绍资料):  ●PI(ProcessInformation):美国OSI公司的产物,市场据有率较高,已在国内多家电厂和冶金企实施。螺旋门是PI的利数据压缩技术,其数学机理是采用多个折线来拟合近似原始的接连曲线。PI包括服务器端软件和客户端运用软件两年夜类。经常使用的客户运用软件是PI-ProcessBook、PI-DataLink和PI-ActiveView。PI具有很是丰硕的数据接口,能提供尽年夜大都知名控制系统的商用接口软件。  ●InfoPlus.21:美国AspenTechnology公司产物,多用于石化、制药等行。InfoPlus.21是一款性能良的实时数据库系统,高度模块化,开放性与可扩大性好;与Aspen的其它产物集成,易于实现进步前辈控制与化、进程建模、故障检测、批进程分析等运用。经常使用的工具软件有:流程和趋向显示软件AspenProcessExplore、网页发布软件Web.21、流程事务治理与显示软件Event.21等。●eDNA:美国Instep公司产物,在美国和加拿年夜的一些电站使用,在国内电厂有运用案例。eDNA由一组服务性模块和运用性模块所组成,可以实现散布式部署与运用,可扩大性很是好,能够有用地节省和庇护用户投资。eDNA采用无损压缩技术对生产数据进行保留,能够同时实现数据的高压缩比和高精度。经常使用的客户端运用模块有:eDNA-View、eDNA-Trend和eDNA-Web。  ●iHistorian:美国GEFanuc公司产物,在国内多家电厂和冶金企使用。iHistorian只是存储进程数据的服务器软件,具体运用中还需要网页阅读服务软件infoAgent、流程分析软件iDownTime或iFix软件相互配合使用。iHistorian具有秀的容错和散布式部署能力,可扩大性强;所有治理、设置装备摆设与运用都在阅读器中完成,平安性、易维护性和易用性很高。  ●IndustrialSQL:美国Wonderware公司产物,在国内电厂有使用案例。IndustrialSQL是一款以商用关系数据库为根蒂根基的实时/历史数据库,其内核是微软的SQLServer,具有秀的平安性、易用性和容错性,可扩大能力强。客户端运用软件有:报表与分析软件包ActiveFactory、装备性能实时分析与化软件包DTAnalyst、阅读器会见工具SuiteVoyager等。  ●RSBizWare:美国Rockwell公司产物。RSBizWare由一组软件模块组成,支持多层、散布式部署,可扩大性强。其实时/历史数据库以SQLServer或Oracle为根蒂根基,使用RSBizWare的时间序列压缩算法将原始进程数据转换为一种预界说压缩花式后存储。经常使用的客户端软件有RSBizWareProductionClient、RSBizWareReport等。RSBizWare支持阅读器直接会见流程图、趋向曲线与报表等。  ●openPlant:上海麦杰公司的具有自立常识产权产物,在国内多家电厂和冶金企运用。openPlant是一款基于J2EE架构的软件包,支持散布式运用,可扩大性、平安性和易治理性很强。openPlant采用时空二维压缩算法处置进程数据,具有高压缩效率与数据精度。openPlant全数采用阅读器进行设置装备摆设治理与会见,实现了客户真个零安装。经常使用的运用模块:@Process、@Detail和@Trend。  ●RealTERM:南京明维公司的具有自立常识产权产物,在国内多家电厂运用。RealTERM是基于Windows平台的32位运用软件包,内部采用ActiveX软件总线毗连,外部接口遵照OPC尺度,具有尺度的模块化结构,易于维护和扩大。客户端采用三层系统结构和Exe/Web双平台运行方式,用户无需下载任何插件或软件即可以使用阅读器会见实时数据与历史数据。  7、运用系统设计  从功能角度分析,SIS偏重于生产进程的监控和综合化,常见运用功能包括:生产进程信息监视和统计分析、厂级及机组级性能计较分析和操作指导、全厂调剂和机组负荷化分配、装备状态监测诊断和检修指导、机组寿命治理、远程监视及技术服务功能等。  显然,某些SIS运用系统不仅依靠于SIS自己的数据,还需要MIS中的相关数据。一样,某些MIS运用系统(如:计划统计系统、运行值班日志等)的正常运行也需要SIS的数据支持。本文摒弃建立SIS和MIS用数据接口的思绪,而采用基于WebServices的面向服务架构(Service-orientedArchitecture)来设计与实现SIS运用系统。面向服务架构是散布式计较的概念,即:将网络上的软件资本看做服务,每种运用都依靠于一个或多个服务的协同工作而完成[]。基于WebServices的面向服务架构则意味着支持运用的大都服务都是WebServices实体。WebServices界说为以Internet尺度协议(HTTP和SOAP协议)会见的、以XML为信息载体的、能够完成特定功能的可编程实体[],其年夜的点是基于尺度通讯协议和松散耦合。尺度通讯协议保证了服务的开放性和分歧厂商产物的互操作性;而松散耦合则意味着服务自身的改动将很少影响其它的服务。是以,基于WebServices的面向服务架构的SIS运用系统,具有很是强的散布式部署能力、开放性、互操作性、扩大性和灵活性。响应地,采用这类架构能够简化系统的开发与部署,下降系统开发和集成成本,庇护用户原有投资。  整个SIS运用系统采用多层结构设计,由数据存取层、营逻辑层、浮现层组成,各层之间哄骗Internet尺度协议进行交互,如图2所示。图2SIS运用系统逻辑架构  数据存取层由一组WebServices组成,每一个WebServices都以数据对象形式封装SIS数据库或MIS数据库的一种数据操作功能。凭据具体实时/历史数据库产物类型,数据存取层采用用API函数或尺度的ADO/ODBC会见生产进程数据;而对于MIS的关系数据库,则一般采用ADO,甚至XML查询文本进行存取。数据存取层屏障了SIS数据库和MIS数据库具体结构信息,为营逻辑提供一致透明的数据会见,使营逻辑没必要斟酌数据的具体来历。一旦数据库的结构发生变化,只需调整数据存取层的相关服务即可。这类设计的另外一个益处是使得SIS运用系统能够自力于具体的SIS数据库,增强了运用系统的可移植性。  营逻辑层是SIS运用系统的焦点,所有的运用功能都在这里实现。依照运行方式的分歧,SIS运用系统的营逻辑可分为自动式的后台自治服务和被动式的响应请求服务。后台自治服务指能够依照用户设定的时间条件或事务条件,自动执行并完成一定功能的编程实体;它适合于承当SIS运用中具有明确计较处置划定规矩、计较较年夜或较少需要用户交互的运用,如:机组性能计较模块、装备状态监测模块等。响应请求服务则是凭据暗示层的消息请求来完成的指定使命,主要实现用户交互功能,如:综合查询、检修指导等。具体运用中,这两种服务划分承当分歧的脚色,协同完成指定的功能。  浮现层是用户与SIS运用系统交互的窗口,仅承当界面显示、简单的数据验证功能,不触及任何处置逻辑。它以网页或客户窗体的形式接收用户的运用请求,并对请求信息进行简单的验证后,送进营逻辑层进行处置;处置完成后,浮现层将逻辑层返回的处置成效展现给用户。此外,在平安控制方面,建议设计公共平安组件来治理和控制SIS运用系统的权限。这样,既增强了代码的可重用性,提高了开发效率,又便于统一计划和治理会见策略,避免平安破绽的泛起。8、结语  SIS系统是电厂信息系统成长的标的目的。在具体实施前,必需周全考查电厂信息系统的现状和需求,提出SIS的实现方案。其次,SIS系统触及范围很广,必需清醒地熟悉到SIS建设不成能一挥而就,而是一个相对持久的、不竭丰硕与完善的进程。后,在实施进程中,应实时收集用户反馈,调整和开发用户需要的功能,保证SIS建设的投资回报率。