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

350MW電廠廠級生產(chǎn)監(jiān)控信息系統(tǒng)的實現(xiàn)發(fā)表時間:2006-4-20作者：孫裕 趙霞 葉敏摘要：引 言 為了提高發(fā)電機組的經(jīng)濟效益，將控制發(fā)電機組DCS的有關信息引入到管理信息系統(tǒng)MIS，使管理人員能實時掌握生產(chǎn)動態(tài)，優(yōu)化生產(chǎn)過程，減少設備損耗，降低生產(chǎn)成本。但從使用情況看，效果不明顯。主要原因是:鍋爐汽機及其控制設備是一個連續(xù)運行的大系統(tǒng)，運行數(shù)據(jù)巨大，DCS的信息傳輸是MIS的瓶頸;DCS或MIS的突發(fā)性傳輸負荷很容易造成MIS的崩潰。鑒于以上原因，提出了廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS的設想。 2000年國家經(jīng)貿(mào)委頒發(fā)的火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程(DL5000-2000)第12.10條明確規(guī)定:當電廠規(guī)劃容量為1200MW及以上、單機容量為300MW及以上時，可設置廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)。因此，電力行業(yè)信息化建設的發(fā)展，為SIS提供了長期而廣闊的市場前景。同時，廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)作為21世紀電廠自控系統(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。本文從應用的角度，介紹了在350MW電廠實現(xiàn)SIS的設計思想和有關方法。一、項目概述 目前，電廠350MW發(fā)電機組已完成了控制系統(tǒng)的DCS改造，對于運行20余年的老機組，越來越關注機組的運行性能、經(jīng)濟性和壽命損耗。針對目前在實施的SIS項目，通過與西屋公司OVATION系統(tǒng)OPC連接的InSQL數(shù)據(jù)庫的通信接口和運行HMWatch軟件，精確地實現(xiàn)機組系統(tǒng)運行分析和啟停過程分析工作，為機組最佳運行提供良好的工具。 依據(jù)實時過程信息對生產(chǎn)過程進行全面的分析，可以精確地、動態(tài)地反映出企業(yè)的運行狀況，提高機組主機與輔機的效率，進而提高整套機組的效率，為企業(yè)贏得效益。機組啟、停過程分析可保證其過程快速準確穩(wěn)定，減少機組起、停的壽命損耗。運行過程報警信息中文化和智能化的實現(xiàn)，也將輔助運行操作人員對機組工況和故障狀態(tài)進行準確快速判斷，確保機組安全穩(wěn)定運行。二、350MW電廠SIS的方案設計 SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖1所示。 該示意圖采取了分層分步式設計，整個SIS系統(tǒng)分為上下兩層，下層為接口層網(wǎng)絡，上層為應用層網(wǎng)絡，掛接SIS層各應用服務器。通過分層式設計，一方面便于分散通信負荷，提高各層通信效率和網(wǎng)絡可靠性;另一方面可以通過數(shù)據(jù)服務器進行技術和通信協(xié)議，上層技術選擇強調(diào)開放性。 整個系統(tǒng)是由基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進行連接的。從實時數(shù)據(jù)庫InSQL取數(shù)據(jù)在整個以太網(wǎng)進行廣播，計算服務器可以計算一些公用數(shù)據(jù)并廣播出去供上層站點使用。工程師站點可以對自己要監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行組態(tài)并圖形化顯示出來，也可以把數(shù)據(jù)庫和計算服務器的數(shù)據(jù)直接圖形化顯示出來。另外它還具有生產(chǎn)過程畫面組態(tài)、報警組態(tài)、數(shù)據(jù)庫組態(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限，它也可以組態(tài)自己本機的邏輯算法，只不過不能放到計算服務器上，而只能在本機運算。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。當然性能計算模塊、報警模塊對它們也是沒有限制的。 計算服務器承擔了大部分復雜的邏輯運算，對計算服務器組態(tài)由工程師站進行，在工程師站建立組態(tài)后分布到計算服務器上。多個工程師站可以分工，把各自組態(tài)后的邏輯算法分布到同一臺計算服務器上。三、工程師站和操作員站的軟件設計 工業(yè)控制數(shù)據(jù)流程的通信接口，對于電廠應用和將來開發(fā)都將起到關鍵作用。OVATION控制系統(tǒng)是較為可靠安全的控制系統(tǒng)，由于其開放式的設計思路給流程數(shù)據(jù)接口的開發(fā)打下良好的基礎，不僅使實時數(shù)據(jù)得到有效運用，還能給將來先進控制帶來可能。 本項目的目的之一是為保持數(shù)據(jù)和信息的安全性，將過程控制系統(tǒng)的二進制數(shù)據(jù)轉換成為XML明碼存在于高級應用中，實現(xiàn)信息系統(tǒng)的安全備份。本項目數(shù)據(jù)獲取層的開發(fā)全部基于最新的Microsoft XML Service構架，以符合以主流標準XML和NET為基礎的MIS(microsoft industrial solution)構架整合電站業(yè)務需求和計算機信息技術，同時也跨越了生產(chǎn)信息系統(tǒng)應用的第二階段。 而以符合XML標準的MOS(microsoft office system)和NET為基礎的智能客戶端構架恰恰可以整合火電廠業(yè)務需求和當今計算機技術的雙重優(yōu)勢，提供一種有效信息集成平臺。通過基于Office智能客戶端技術的生產(chǎn)信息集成平臺，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的應用程序集成起來。這樣，Office智能客戶端應用程序就成為整個生產(chǎn)信息系統(tǒng)開放的集成平臺，而不只是文檔數(shù)據(jù)的靜態(tài)容器。Microsoft Ofiice2003支持XML，當用戶在OffiCe文檔內(nèi)工作時，可以直接從數(shù)據(jù)庫得到上下文相關的實時動態(tài)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，還可以將Web Service公開的數(shù)據(jù)轉換為工作流和操作指導、數(shù)據(jù)分析、協(xié)作、報告和顯示。 生產(chǎn)信息集成平臺使許多問題迎刃而解?；谶@種架構開發(fā)的智能客戶端可以通過利用遍布企業(yè)IT環(huán)境的通用軟件體系結構，為電廠用戶提供在強大且直觀的客戶端環(huán)境中訪問信息和遠程服務的能力，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)價值上，而不是浪費時間在各種非定制平臺的開發(fā)上。并且這也是一種可用來開發(fā)靈活的、面向用戶的應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架構和智能客戶端技術開發(fā)的火電廠集成信息系統(tǒng)平臺具有很好的開放性和易用性，直接將生產(chǎn)過程和用戶最為熟悉的Office桌面環(huán)境有機地結合到一起。和國內(nèi)許多自行開發(fā)的類似功能軟件相比，軟件平臺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)通信機制基礎上的電廠應用開發(fā)。 通用性能計算平臺軟件是火電廠實時信息系統(tǒng)的核心構件之一。本項目的核心內(nèi)容是開發(fā)一套基于Microsoft Visio COM組件的可組態(tài)、圖形化的通用性能計算引擎和可視化界面，可以便捷地完成電廠性能的在線計算和分析。 首先簡要介紹一下Visio COM組件，我們以Mi-crosoft Visual Basic，NET為平臺，創(chuàng)建加載項Microsopt Visual Studio.NET2003 Visio Add-in Wizard。COM加載項是專門為擴展Visio及其他支持COM加載項的產(chǎn)品的功能而編譯的代碼。COM加載項通常是動態(tài)鏈接庫(DLL)，他們被專門注冊，通過Microsoft Visio及其他Microsopt Office或Office XP應用程序來加載。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，則將注意到實際上創(chuàng)建了兩個項目:包含該托管COM加載項功能的共享加載項項目，以及一個用于將該托管加載項重新分發(fā)到其他計算機的安裝項目。 因此，SIS系統(tǒng)就是基于Microsft Visio提供的COM接口迸行開發(fā)的，它的整體框圖如圖2所示。 本項目在Visio的界面上增加2個工具條，即動態(tài)設置和圖層設置。動態(tài)設置工具條有連接、運行、停止、恢復、下裝等如下按鈕。圖層設置工具條有FG(前景層)、BG(背景層)、FG(邏輯層)、TG(觸摸層)等按鈕，并且還設置了一個運行菜單項。 作為Microsoft Office系統(tǒng)的一部分，Visio還可以實現(xiàn)和其他Office軟件的整合。這就是說在VisiO中可以嵌入Excel報表和圖標、Word文檔和圖像及其他office對象。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)，當然也可以嵌入我們自己開發(fā)的控件。因此組態(tài)畫面所要求的基本圖形和控件，Visio都可以實現(xiàn)。我們要做的是對圖形進行控制并且能響應控件的消息，從而使所完成的組態(tài)畫面相當豐富和友善。圖3就是已完成的組態(tài)畫面。 選擇某個圖形右擊動畫設置按鈕就出現(xiàn)可以配置圖形動畫的對話框，組態(tài)軟件提供了豐富的動畫屬性，包括閃爍、顏色變化、形狀變化、位置變化、文本輸出。當然，還有各種動畫的組合; 運行啟停指導功能 運行啟停指導功能將著重于分析啟動過程的操作步驟和條件，根據(jù)運行操作卡和實時數(shù)據(jù)傳輸功能，對機組啟停過程進行全過程指導。SIS系統(tǒng)還將在機組標準啟停曲線的基礎上實時顯示啟停曲線，幫助運行人員分析全過程; 運行中文報警功能 由于350MW發(fā)電機組改造后進入DCS的數(shù)據(jù)量越來越大，需要監(jiān)視和操作的項目也越來越多，因此給運行人員造成很大壓力。早期發(fā)現(xiàn)和判斷被控對象的故障是保證機組安全經(jīng)濟運行的重要措施。為此開發(fā)了帶統(tǒng)計和分析功能的智能型報警模塊，以實現(xiàn)運行過程報警信息中文化和智能化，輔助運行操作人員對機組工況和故障狀態(tài)進行準確快速判斷; 實時分析及報表功能 通過采集實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)并形成實時/歷史數(shù)據(jù)庫，在電廠各用戶終端上實時顯示運行參數(shù)和運行日報。根據(jù)存入的參數(shù)及相應的計算公式，計算鍋爐效率、汽機效率、機組效率以及鍋爐汽溫超溫時段報告等，準點實時反應不同運行方式的影響、不同燃料或同一燃料不同量的影響，可監(jiān)視整套機組和各部件的性能，給出電廠運行的完整狀況，以解決機組報表不能及時反映運行工況的缺點。四、結束語 可以說，SIS實質(zhì)上是一系列電廠生產(chǎn)過程優(yōu)化和管理軟件的組合。如果借鑒國外的做法，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、安全經(jīng)濟效益明顯的優(yōu)化和管理軟件，并配置相應的計算機