浅谈电厂SIS设计与实施
2006/11/23 9:20:00
一、 概述 随着电力改革的深化,电力企业,尤其是电厂,为了保持长足的竞争力,迫切需要从优化生产和企业管理两个方面着手,提高生产效率和设备可用率,优化资源配置,最大程度地降低发电成本。无疑,"以信息化推进企业现代化"将是实现这一目标的有效手段之一。 我国电力学者在研究与综合国内电厂信息化现状的基础上,提出建设厂级监控信息系统(SIS:Supervisory Information System),旨在全面集成生产流程数据,实现优化生产运营的目的[ , ]。但SIS系统目前属于起步阶段,尚未形成统一的、成熟的SIS系统设计理论与实施方法。本文在SIS实施经验的基础上,立足于电厂整体信息系统角度,从硬件逻辑结构、软件系统设计和产品选型等多个方面对SIS系统的设计与实施提出建议。 二、电厂SIS定义和特点 SIS是"主要为全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统"[ ]。它面向生产过程,处理全厂的实时数据,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,同时也是整个企业信息系统的一个组成部分。 与电厂现有的管理信息系统(MIS)相比,SIS有显著不同: ●SIS处理生产过程数据。这些数据多数属于时间序列,往往是"短暂"的,即有一定的有效时间,过时则有新的数据产生。因此,SIS的数据量要远大于一般MIS的数据量。 ●某些SIS应用有着很强的时效性,要求在规定的时刻或者一定的时间间隔内必须处理完毕,否则当前的计算结果或者指导将失去意义。 ●SIS应用更多地侧重于数据分析,没有MIS应用中严格而清晰的"管理流程";SIS应用每一次执行往往需要成组的历史数据,而MIS应用一般只需要少量的当前数据。 因此,SIS的数据库不仅要支持大量数据的共享,维护其数据的一致性和完整性,还需要高效的处理机制来支持大量历史数据存储与检索。传统的关系数据模型难于直接适应这种综合应用需求,所以SIS可采用一种混合存储模式,即:利用实时/历史数据库来存储生产过程数据,利用一个小规模的关系数据库存储SIS的其它配置信息(也可考虑利用MIS的关系数据库存储SIS配置信息,但从安全和性能角度考虑,推荐采用独立的关系数据库)。 从企业信息系统全局看,SIS侧重于生产过程的监控和综合优化,MIS则主要负责电厂的综合管理应用。但SIS和MIS之间不是孤立的,而是互为补充,相辅相成,协同完成各种应用。因此,在SIS设计中,必须立足于全厂进行考虑,人为地割裂MIS和SIS,只能导致消除小的"信息孤岛"(DCS、PLC等数据孤岛)的同时,形成更大的"信息孤岛"(SIS和MIS两大孤岛)。 三、建设原则 SIS建设应当遵循以下原则: ●整体规划:SIS系统是电厂信息系统的一部分,在设计与实施时,必须立足全局进行综合考虑与规划,尽最大可能避免出现"信息孤岛"或者"蜘蛛网"*。 ●分步实施:根据整体规划,将SIS系统建设划分为多个阶段,分步实施,分步使用,同时利用已有应用系统的经验完善后续应用系统的设计。 ●先进性与经济性兼顾:设计与实施SIS系统时,应当在经济适用的基础上充分考虑技术的先进性与前瞻性,为系统扩展提供一定的空间。 ●安全可靠:安全性涵盖硬件设备容错能力、数据资源访问策略、用户验证机制和系统备份策略等多个方面。SIS系统的安全性要求高于一般的信息系统,设计时必须按照监控系统的标准来考虑安全性[3]。 ●符合通行标准:应用系统设计与实施必须符合国际标准、国家标准和行业标准等。 ●充分考虑开放性和可扩展性:必须考虑硬件设备的可扩展性和软件模块的灵活性与开放性,以适应系统将来可能的发展。 图1 电厂信息系统的一般逻辑图 四、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两个部分。MIS部分包括MIS网络、MIS数据库、各种应用服务器、Web服务器和所有的客户端,并且通过防火墙和路由器与Internet或者发电集团广域网相连,以支持远程数据访问。SIS部分包括SIS网络、存储生产过程数据的实时/历史数据库、存储配置信息的关系数据库、接口站、SIS应用服务器、SIS管理站、值长站等。 ●接口站负责采集所有生产过程数据(DCS系统、输煤系统、电气系统、除灰系统等),进行必要处理后,将其送入实时/历史数据库。通常,接口站安装双网卡分别连接控制系统和SIS,相当于SIS和控制系统之间的网关。 ●SIS应用服务器承担各种应用计算(如:机组性能计算)或者业务逻辑处理等功能。 ●SIS管理站负责整个SIS系统的维护管理。 ● 值长站是直接与SIS网络连接的客户端,为值长提供全部的SIS应用功能。 ●从安全角度考虑,SIS网络与MIS网络之间通过防火墙进行连接;其次,普通客户端不直接与SIS网络相连,而是通过MIS网络来访问SIS数据。 在SIS硬件逻辑设计方面,还应注意: ●在资金允许条件下,可将SIS网络设计为双网,并配置为容错或者负载均衡方式运行,提高SIS网络的安全可靠性。 ●SIS网络中,划分必要的虚网(VLAN),屏蔽不必要的网络广播包,保证生产数据消息包的有效网络带宽。 ●SIS网络主干,建议采用主流的千兆网技术,为将来规模的扩展提供足够空间。 ●SIS网络设备的配置,应当遵循"满足功能的最小配置"原则,不设置任何与SIS网络通讯关系不大的多余命令。尤其防火墙,尽可能只开放HTTP协议端口和少数必要的TCP/IP通讯端口。在可能和需要的情况下,设置网络QoS(Quality of Service,服务质量)等级,优先满足SIS核心应用的网络通讯带宽。 ●SIS数据库服务器尽量配置为群集或者容错方式,以提高SIS数据库的可用率。条件允许时,配置应用服务器组为网络负载均衡和组件负载均衡系统。 ● 利用时间同步服务统一SIS所有硬件设备的时间。条件允许时,利用GPS对时设备校正SIS和所有生产控制系统的时间。 ●为SIS数据库服务器和应用服务器配置数据备份设备。可能情况下,实现异地备份,增强SIS的容灾能力。 五、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:由某个单服务器承担数据管理和数据服务任务。其优点是配置方便、价格低;缺点是可靠性低、可扩展性差。 ● 多服务器标准群集:一般采用两个或多个服务器加磁盘阵列柜的方式,可靠性很高。群集操作系统可选Windows 2000 Advance Server或者支持群集的UNIX系统。群集的工作方式可以是热备方式或者负载均衡。热备方式下,同一时刻只有一台服务器在有效工作,易于配置和管理;负载均衡方式下,多台服务器协同承担系统负载,能够有效利用服务器资源,但配置与管理较难。 ●多服务器软群集:在两台或多台服务器上采用专用软件模拟实现标准群集的效果。这种方式节省了磁盘阵列柜,成本低于标准群集,可靠性也略低于标准群集。 ●容错服务器:容错服务器的可靠性高于标准群集,它几乎没有停机,不存在群集系统中的故障切换。容错服务器成本略高于标准群集。 具体选型时,还要综合考虑具体应用软件类型、应用系统的安全可靠性要求、投资等多种因素。无论选择哪种类型,都应当配置较大的内存和一块或多块千兆网卡,因为服务器的主要工作类型是输入输出密集型。 六、实时/历史数据库*产品选型 SIS数据库的商业产品较多,选型时应当考虑:数据库的易维护和易管理性、开放性与可扩展性、客户端软件功能的全面性、Web支持程度、二次开发的难易程度、数据类型的支持程度、时间与多时区支持程度、对分布式应用的支持程度、安全性控制能力、容错能力、是否支持汉字、软件厂家的技术支持能力、经济实用等因素,并结合电厂具体情况选择合适的产品。国内外的典型产品有(以下介绍均摘自相关公司网站或产品介绍资料): ● PI(Process Information):美国OSI公司的产品,市场占有率较高,已在国内多家电厂和冶金企业实施。"螺旋门"是PI的专利数据压缩技术,其数学机理是采用多个折线来拟合近似原始的连续曲线。PI包括服务器端软件和客户端应用软件两大类。常用的客户应用软件是PI-ProcessBook、PI-DataLink和PI-ActiveView。PI具有非常丰富的数据接口,能提供绝大多数知名控制系统的商用接口软件。公司网址:http://www.osisoft.com。 ●InfoPlus.21:美国Aspen Technology公司产品,多用于石化、制药等行业。InfoPlus.21是一款性能优异的实时数据库系统,高度模块化,开放性与可扩展性好;与Aspen的其它产品集成,易于实现先进控制与优化、过程建模、故障检测、批过程分析等高级应用。常用的工具软件有:流程和趋势显示软件Aspen Process Explore、网页发布软件Web.21、流程事件管理与显示软件Event.21等。公司网址:http://www.aspentech.com。 ●eDNA:美国Instep公司产品,在美国和加拿大的一些电站使用,在国内电厂有应用案例。eDNA由一组服务性质模块和应用性质模块所组成,可以实现分布式部署与应用,可扩展性非常好,能够有效地节省和保护用户投资。eDNA采用无损压缩技术对生产数据进行保存,能够同时实现数据的高压缩比和高精度。常用的客户端应用模块有:eDNA-View、eDNA-Trend和eDNA-Web。公司网址:http://www.instepsoftware.com。 ●iHistorian:美国GE Fanuc公司产品,在国内多家电厂和冶金企业使用。iHistorian只是存储过程数据的服务器软件,具体应用中还需要网页浏览服务软件infoAgent、流程分析软件iDownTime或者iFix软件相互配合使用。iHistorian具备良好的容错和分布式部署能力,可扩展性强;所有管理、配置与应用都在浏览器中完成,安全性、易维护性和易用性很高。公司网址:http://www.intellution.com。 ●IndustrialSQL:美国Wo
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