DCS/SIS一体化系统中的高级应用软件

一、前言 随着分散控制系统（DCS）在电厂控制系统中的广泛应用和电力系统市场机制的逐步形成，一个以“经济运行”为目标的厂级监控信息系统[1]（SIS）的概念正在逐步为电厂、设计院、控制系统制造商所理解和接受。然而，由于SIS的概念是人为提出的，不象单元机组DCS系统那样具有清晰的边界，尤其是在高级应用软件方面。由于这种不确定性，实践中遇到了很多具体的问题。本文就此谈一些粗浅的看法。 二、SIS系统出现的必然性和必要性 现代大型电力企业无一例外的采用了“单元控制，全厂管理”的运营模式，生产过程控制和企业经营管理是其中的两个重要环节。就提高企业整体效益而论，两者相互渗透，密不可分，但就其信息的时效性而言，两者之间却存在着巨大的差别，无法利用现有的信息系统将其直接的联系起来。因此，希望在DCS系统和MIS系统之间增加一个信息系统，搭建起一座信息桥梁将单元生产信息和企业经营管理信息有机地连接起来，以进一步降低电厂的运行成本，提高整体效益。这就出现了SIS系统的概念。 在SIS概念出现之前，通常采用在DCS系统中增加设备管理模块或是在MIS系统中增加生产实时数据的方法进行厂级实时生产管理。实践证明，这两种解决方案都给电厂带来了新的问题。一方面，过多的在DCS系统中增加复杂的分析、优化和诊断功能，会使DCS的结构日趋复杂，不可避免的出现数据阻塞或软件“死机”事故，降低了生产过程控制的可靠性；另一方面，分析、优化和诊断功能需要大量的单元机组运行历史数据的支持，将海量秒级数据加入到“静态”的MIS数据库中，将使MIS数据库的结构复杂化，同时也大大的增加了整个MIS系统项目实施的困难。因此，在“静态”的全厂MIS系统和动态的单元机组DCS系统之间，增加一个兼顾“动态”的全厂实时生产信息和“静态”的单元机组运行历史信息、以全厂运行优化和运行管理优化为目标的独立的管控一体化系统是非常必要的，这个系统就是SIS系统。 三、实践SIS系统的困惑和DCS/SIS一体化系统的必要性 SIS系统首先应该具备全厂实时生产信息的显示和数据存储功能，这一点毫无疑义，各个方面都能接受，实施起来也没有太大的困难，其本质上是DCS系统的DAS功能和HIS功能在范围和程度上的扩充，这里不做详细论述。 比较有争议的是SIS系统的分析、优化和诊断功能。按照文献[2]的规划，将SIS系统的分析、优化和诊断功能又分为基本功能和扩展功能。基本功能有：厂级性能计算，机组性能计算，机组经济性指标分析，优化运行和操作指导，设备状态监测(不包括诊断)，机组在线性能试验等[3]。 姑且不论这种划分是否合适，单就基本功能而言就有很大的问题，首先碰到的就是SIS系统的基本功能和DCS系统的高级功能的矛盾，单元机组的在线性能计算和耗差分析到底是应该属于DCS系统还是应该属于SIS系统？长期以来，人们已经习惯于把单元机组的在线性能计算和耗差分析看成是DCS系统的DAS功能的一个子项，现在把他们划分到SIS系统，人们认识上的混乱是不可避免的。其次，分析、优化和诊断功能软件离不开DCS测点，而常规DCS测点布置常常不能满足分析、优化和诊断功能软件的要求，这一点要求在DCS项目实施时就应该把分析、优化和诊断功能软件的测点需求考虑进去。 第三，分析、优化和诊断功能软件（包括在线性能计算和耗差分析软件）多数都属于“专家级”软件，即软件本身很难给出确切的结论，只能提供给“专家”作进一步判断的依据，而最权威的软件利用“专家”往往是软件开发者本身，因此为了实现电厂的优化运行，以优化运行的闭环控制为目标的SIS系统是必然的要求。 综上所述，由于在DCS设计习惯和SIS技术条件中都包括了以“经济运行”为目标的高级应用软件的功能，这反映出在经济运行的过程中，不论是DCS系统还是SIS系统都应发挥作用，将它们分开是不十分妥当的，更准确的提法应该是DCS/SIS一体化系统，在这样的系统中，高级应用软件是连接DCS系统和SIS系统的功能纽带。 四、新华公司高级应用软件的实践 1. 新华公司火电厂性能分析系统XPAS-400[4] 新华公司火电厂性能分析系统XPAS-400，是新华公司在具有完全自主知识产权的核心系统软件平台技术 -400基础上开发的高级应用软件系统。与其他这类软件不同的是，XPAS-400应用了与新华公司DCS系统和新华公司SIS系统协调一致的软件平台技术，很好的解决了DCS系统和SIS系统在面向运行的功能软件配备方面的问题。由于XPAS-400是在XDPS-400软件平台技术的基础上开发的，电厂人员掌握起来非常方便。 XPAS-400系统中的功能软件包具有如下特点： ●完全利用单元机组DCS系统的测点进行性能分析计算； ●XDPS软件平台上开发，组态方式实现高级分析软件功能； ●各个功能分析计算软件包既相对独立又是一个统一的整体； ●完全可根据电厂的应用需求和SIS/DCS硬件平台的结构需要将功能软件包配置在DCS系统或SIS系统； 2. 300MW机组新华单纯DCS系统中高级应用软件方案 根据单元机组DCS系统规范书，DCS系统中的高级应用软件包括单元机组性能计算功能和耗差分析功能。在XDPS的新华单纯DCS系统中，采用在系统中的一个独立的性能计算站（PFS）实现此功能，如图1所示。高级应用软件采用以XDPS的虚拟DPU技术为基础的组态式性能分析软件，实时计算时属于DCS层网络，其上网点与一般DCS中的上网点组合成一个点目录文件，地位完全相同。 3. 邢台电厂新华DCS/SIS一体化系统中高级应用软件方案 邢台电厂SIS系统的高级应用软件包括各台机组（共六台200MW机组）的性能计算和耗差分析，以及在性能计算和耗差分析基础上的多机组负荷优化分配，由于六台机组的DCS都采用了新华公司的XDPS系统，因此最后形成的系统为新华DCS/SIS一体化系统。 在该系统中，采用2台厂级性能计算站实现高级应用软件的功能，如图2所示。高级应用软件采用以XDPS的虚拟DPU技术为基础的组态式性能分析软件，实时计算时属于SIS层网络，其上网点与SIS中的其他上网点组合成一个点目录文件。 4.DCS层和SIS层高级应用软件的讨论 ●新华公司以XDPS技术为基础的组态式高级应用软件实时计算时既可以属于DCS层网络也可以属于SIS层网络。 ●出于DCS系统安全性的考虑，DCS层的高级应用软件应采用成熟可靠的软件，目前情况下可只考虑性能计算和耗差分析软件，并尽可能在DCS系统建设过程中投入运行。 ●在DCS系统建设时就应该考虑高级应用软件的测点需求，典型的是与性能计算和耗差分析软件相关的测点应不少于性能试验要求的测点。 ●由于受到DCS系统建设周期的限制，DCS层的高级应用软件不可能太多的结合实际运行数据进行调整，这将使软件的计算准确性受到影响。若要使软件与实际运行数据吻合，应采用DCS/SIS一体化系统并将高级应用软件放在SIS层。 ●DCS层与SIS层高级应用软件的检验问题。由于DCS层与SIS层高级应用软件的层次不同，同一功能的检验标准也应体现出区别。典型的是DCS系统中的性能计算和耗差分析的结果判据可以是主设备的设计计算书，而SIS系统中的性能计算和耗差分析的结果判据应该根据实际机组的运行数据进行调整。电力行业热工自动化标准化技术委员会应尽快组织专家制定SIS系统高级应用软件的检验标准。 5.优化运行的闭环控制问题 为了实现电厂的优化运行，以优化运行的闭环控制为目标的DCS/SIS一体化系统是必需的，也是SIS系统的发展目标。文献[3]仅规定了实现闭环控制的硬件条件“SIS和DCS必须分别设置独立的网络，信息流应按单向设计，只允许从DCS向SIS发送数据。当工程中SIS配置的某些功能要求SIS向DCS发送控制指令或设定值指令时，应采用硬接线方式实现，并在SIS侧和DCS侧分别设置必要的数据正确性判别功能”，但这是远远不够的，大系统的闭环控制涉及到的问题比单纯的数据传输问题要复杂得多。从软件、系统调试和工程组织上实现这一目标都需要有一个过程，目前只宜在条件合适的电厂进行小范围试点以取得经验。 6.结论和展望 ●SIS系统的概念自从侯子良先生1998年提出以来，在业界引起了很大的反响，说明该概念具有很强的生命力和市场发展潜力。然而，由于SIS系统本身就是一个人为提出的概念，其边界将在很长一段时期内是模糊的。因此，各开发厂商的SIS将具有鲜明的开发厂商的特点。新华公司的以XDPS平台为基础的XSIS系统软件技术的独特性正是因为我们有XDPS软件平台和嵌入XDPS平台内部的组态式高级分析应用软件XPAS。 ●SIS系统的高级应用软件的内在需求要求DCS/SIS一体化系统。在这种DCS/SIS一体化系统中，高级应用软件是连接这两个层次系统的功能纽带。 ●在发展DCS/SIS一体化系统时，单纯DCS系统的高级功能仍然有其存在的必要和发展的余地。在DCS系统的高级应用功能和SIS系统的基本应用功能重合的部分，两者应该在软件分析深度上进行适当的划分和区别。 ●应尽快制定SIS系统高级应用软件的检验标准以指导这类软件的开发和应用，提高这类软件的可信度和可用性。 ●优化运行的闭环控制是SIS系统的发展目标，从软件、系统调试和工程组织上实现这一目标都需要有一个过程，目前只宜在条件合适的电厂进行小范围试点以取得经验。 信息来源于：东方自动化