耒阳电厂SIS系统（SIS：Supervisory Information System）是是一套以耒阳电厂生产过程中所涉及的各种控制、监测、计量、先进的实时数据库平台等系统为基础，集生产过程实时监测、优化控制及管理于一体的"管控一体化"系统。

大唐耒阳电厂二期装机规模为2*300MW机组，自动控制系统采用的是Foxboro I/A DCS;辅助控制系统包括除灰、输煤、化水等，辅控系统采用的是施耐德昆腾系列PLC;与SIS系统接口的还包括网控、MIS、电气等系统。

二台历史数据库服务器：Dell 4600，Intel Xeon 1.8G*2、1GB DDR、18G SCSI、1000M 网卡* 2

一台磁盘阵列：DELL PowerVault 224F、冗余控制器、14个热插拔的SCSI插槽、36G*4 SCSI

三台工作站：Dell ，P4 1.6G、512M RAM、40G、3Com 服务器网卡

八台接口机： P4 1.6G、512M RAM、40G、3Com 服务器网卡

二台中心交换机：3COM SUPERSTACK 3 SWITH 4300，48 10/100M RJ45、2 GBIC 1000M、冗余电源

操作系统：Windows 2000 Server

实时历史数据库软件：2套GE Fanuc的Historian Server 60000点、20用户

历史数据库软件冗余软件：Historian 专用冗余软件（亚太开发）

实时监视软件：GE Fanuc的iFIX iClient ReadOnly、20 User

OPC客户端软件：GE Fanuc OPC Client

DCS接口软件：Foxboro OPC Server

辅控接口软件：GE Fanuc MBE

网控接口软件：亚太专用网控驱动

MIS接口软件：亚太专用MIS接口程序

双机容错软件：DFT HA

耒阳电厂SIS网络为千兆冗余以太网，主干网的通讯介质和各下层控制系统到主干网的连接均采用专用千兆光缆，各功能站和网络的连接则采用超五类双绞线，与MIS之间通过硬件防火墙隔离；核心交换机为两台互为冗余的交换机。

SIS系统的数据库服务器采用双服务器加磁盘阵列实现数据库的群集。Historian实时历史数据库用于实时数据的采集、压缩、存储及发布；过程计算站负责处理逻辑和计算应用，如性能计算、负荷分配等； SIS系统为每个控制系统提供独立的接口工作站，它分别连接控制系统和SIS网，负责采集和转发生产实时数据；值长站专供值长查询生产情况，协助完成调度；网络维护站承担整个SIS系统的网络管理、配置管理、权限管理等工作；软件维护站供工程师做软件维护及二次开发所用。

耒阳电厂SIS系统采用星形以太网网络结构,整个网络实现了双网络冗余、双服务器冗余、双交换机冗余（如图1所示）。SIS网主要采用了分层分布式设计，整个SIS系统分为上下两层，下层为SIS接口层网络，采用独立接口机连接各个独立控制系统进行数据采集。上层为SIS应用层网络，连接SIS层历史服务器、计算站及各功能站。通过分布式设计，一方面便于分散通讯负荷，提高各层通讯效率和网络可靠性；另一方面也可以通过数据服务器进行技术和通讯协议，上层技术选择强调开放性。而且在技术实现上两层独立网络及SIS与MIS网既可通过物理网络实现，又可以通过VLAN(虚拟网络)实现。

每台接口机、功能站及服务器配置3块网卡，其中一块网卡与各控制网络连接，另外两块网卡分别与两台交换机连接，与控制网络连接的网卡IP地址网段需与各控制网络一致，接口机上另两块网卡绑定为一个IP地址。接口机、工作站上的两块绑定的网卡分别连接两台交换机，实现了网卡冗余的功能，大大降低了网络出现故障的可能；双服务器通过容错软件和磁盘阵列实现历史数据库操作系统的冗余，通过亚太自主开发的Historian冗余软件实现了两台服务器上Historian的冗余,当主服务器出现故障时，备用服务器通过容错软件自动接管IP和Historian服务，Historian通过冗余软件自动切换到备用服务器并对磁盘阵列读取和保存数据。整个SIS网络平台从硬件到软件为完全冗余的网络结构，系统的故障恢复时间非常快，而且接口机中的采集器对数据有自动缓冲功能，不影响SIS系统的正常工作。

 

 

       

图1 SIS系统网络结构

Ø        高带宽：服务器、工作站到核心交换机、上连MIS均采用千兆光纤，接口机和工作站采用百兆以太网，为采集底层控制网络数据提供了一个高效的网络平台。

Ø        高稳定性：SIS网络采用双网卡，双交换机冗余以及双服务器在线冗余大大提高了网络的稳定性，单台交换机和服务器出现故障并不影响SIS系统正常运行，也不会丢失数据。

Ø        高容错性：采用专业容错软件和磁盘阵列，保证历史数据服务系统的安全稳定运行。对于主备服务器的自动切换,则采用亚太公司自主开发的冗余软件实现了对Historian数据库的冗余。

Ø        完善的网络安全解决方案

v      SIS和MIS及其它系统采用专用接口机

v      SIS和MIS中间安装硬件防火墙

v      SIS接口机与MIS服务器直接连接

v      SIS系统只采集输入信号点，禁止输出

Ø        通过Client/Server 发布SIS应用程序界面

Ø        采用多级访问安全验证措施

为了满足SIS系统实时监视及应用计算的要求，完成不同系统及数据库之间的数据交互，SIS系统的数据库不仅需要保存海量的历史数据信息，同时必须满足生产现场对数据采集刷新速度的要求，而且也要保证实时及历史数据库与应用计算程序有良好的数据实时交互功能。因此，选用GE Fanuc公司针对工业生产实际应用而开发的iFix过程数据库和Historian历史数据库。另外，对于SIS系统计算中需要用到的一些静态数据点，采用了常见的Access数据库。

Historian是一个功能强大的厂级实时历史数据库平台。它高速地采集归档和发布全厂级海量过程时实数据。每个服务器均具有在不牺牲性能的前提下完成对100000个数据点的实时历史采集和回取的能力。

iFix和Historian数据库都是GE Fanuc公司的产品，两者互为开放，且有良好的兼容性。Historian数据库提供的采集器可以从不同的接口机和SIS机的iFix过程数据库里把所需要的数据（包括实时采集数据和计算数据）实时采集到Historian数据库集中存储。iFIX不仅可以用作SIS系统动态界面及报表的开发，而且可以通过iFIX SM2实现应用计算程序与过程数据库的高速数据交换，完成SIS系统的应用计算功能。

耒阳电厂SIS系统数据交换示意图如图2所示。

 

图2 SIS系统数据交换示意图

 

SIS系统客户端的各监视画面可以由iFIX进行组态，用户在授权下也可根据需要进行在线组态。在监视画面中的各类统计及历史数据则利用iFIX内置的VBA脚本语言调用Historian数据库的API函数实现数据的传输，实时数据则利用分布式原理直接从各接口机中的iFIX采集数据并显示。历史数据服务器实时数据来源于接口机，工作站及客户机终端从实时数据服务器（iFIX）读取生产实时数据，从历史数据服务器(Historian)读取历史数据并进行分析应用。监视画面中有来自于生产现场DCS系统、辅控系统、水网、灰网等控制系统中的现场数据，也有来自于SIS计算功能模块计算得出的二次参数，这些数据均被作为不同的标签点存放在Historian数据库中。

SIS中采用高性能的Historian实时历史数据库，保存现场采集的标签点数据以及SIS的一些运算数据，另外加一个ACCESS数据库用于保存一些少量的静态数据。SIS中有一些静态的数据如后台计算模型参数等由于数据量很少且更新次数不多所以采用一个ACCESS数据库存储，在SIS中通过ODBC调用。

这种体系结构充分利用了iFIX以及Historian的优点，使SIS系统的开发及维护大为简化，对维护人员不要求很高的计算机编程技术，也无需处理庞大的数据管理过程，更加将解决问题的方向面向应用计算等专业领域，使SIS系统具有丰富的应用功能。

各数据库之间的数据流程如图3所示。

 

图3 应用软件数据交换示意图

生产数据是现代制造业生产正常运转的根源。如果数据流能够很容易地从生产过程到达决策者的计算机上，就可以快速地作出更为灵活的商业决策。不论是电厂、市政废水处理厂或是全球性的制药公司，其成功的运行都必须依赖准确、及时的现场数据。

Historian是世界级、高性能的工厂智能化解决方案GE Fanuc Proficy家族产品中的成员，Historian可完全集成其他GE Fanuc Proficy家族成员如iFIX等，通过Historian，可开发智能化企业应用，改善并集成现场操作，优化供应链管理。

Historian代表了先进的新一代企业级大型历史数据采集技术。为企业级智能化应用提供基础，以下列出Historian的一些显著特性：

Ø        可从单一的人机界面系统扩充到企业级100,000点的数据采集系统。使得企业级的生产信息全部可视化，只需通过增加服务器，可将采集，监视的点增加到无限。

Ø        出色的企业级数据采集及检索功能，支持企业级智能化应用所需的信息。

Ø        可在世界任一地方，使用基于web的模块化管理。配置Historian的应用。

Ø        利用强有力的iFIX趋势图表和分析功能，并不断地改善企业的工作。

Ø        利用Historian独特的索引点技术，可实现基于非时间的标准条件(如产品订单号)在历史数据和检索信息内建立数据关联。

Ø        利用功能强大的微软Excel加载宏，定制，分析，开发Historian数据相关的报表和文档。

Ø        强大的数据缓冲功能和缓冲机制。

Ø        方便强大的二次开发接口和工具。

 

目前国内SIS系统中数据库主要采用的Historian、 PI等。利用Historian并结合iFIX不但可以在技术上满足SIS系统对实时性的要求，而且具有很强的实时数据处理压缩保存能力，同时Historian支持各类控制系统下的现场数据和硬件设备。SIS系统是一种实时性很高的强实时监视系统，Historian快速高效的数据处理、大量的数据点的存储以及高压缩格式的数据保存使得Historian数据库在SIS系统中发挥了重大作用。利用Historian数据库的开放性及分布式网络平台可以很快的进行SIS系统的升级和扩充，充分利用了软件复用的思想，可减少大量的开发和维护工作。

SIS前台界面采用iFIX组态软件开发，用户对SIS系统的界面操作都是通过与前台界面交互来完成的。

 

当用户启动系统时，系统将自动进入导航页面（图4），导航页面为电厂厂区平面图，当用户第一次进入系统时，将出现口令确认提示框，须输入正确的用户名和口令才可进入系统，在此处被授予相应权限的用户才能进入系统，访问子画面，有相应系统管理权限才可进行系统组态、系统配置、用户管理、退出系统操作。

可显示系统网络状态的网络结构图(图5)，可以察看整个系统的网络结构，也可很直观的看到当前网络的运行状态及服务器的授权点数、授权用户数、当前登陆用户，相关采集器的启停状况等系统信息。

在各流程图上直观的显示设备流程图、各设备的状态及各节点的数据（图6）。系统的各点的状态都可在这里进行监视，流程图将非常直观的显示各子系统的运行状况。

对电厂运行的安全性、经济性具有特殊意义的现场实时参数可以各种方式显示，对模拟量或开关量还可以曲线的形式动态的显示当前值在一段时期内的变化趋势，可直观的对数据点进行比较（图7）。

对实时及历史数据库中所记录的模拟量数据及开关量数据都可以曲线的形式显示出来，以供参考和分析（图8）。可通过选择定义一定时间段和下拉菜单选择不同的数据点，可在曲线图中以多种方式显示出在该时间段中该点的所有状态，曲线图可多级显示以供不同的曲线相互比较，数据点的历史时间可随意调节更改，在趋势图中可滑动游标以显示不同时刻该数据点的数据，通过移动时间光标可在每一支笔上出现一个工具条提示，用以显示数据值、时间、日期。趋势曲线可放大查看，支持毫秒级的趋势显示及在线打印。

历史数据查询为用户提供查询所记录的所有信息(图9)。可根据用户的需求对历史数据库中的所有数据进行查询，通过选择适当的数据点及给予其相关的查询条件，就可查询该数据点在某一段时期内的所有历史数据。系统还支持组合条件查询，即给予一个或多个查询条件，就可根据所给予的条件将所有符合条件的数据显示出来，如根据时间、分区、时间间隔等来查询各点的历史数据。

SIS计算分析模块作为SIS的核心部分在线后台运行，并在线将运算结果写入到实时数据库中以供前台界面调用，并保存到历史数据库。

SIS包括实时计算分析、实时监视与查询、厂级系统故障分析、系统维护等功能模块，SIS计算功能按耒阳电厂二期2*300MW机组容量设计。

现有机组控制系统中的性能计算,由于进入DCS的信息有限,无法针对全厂的性能计算和经济分析，而SIS系统可以从全厂各生产控制子系统得到丰富的过程数据,利用针对全厂热力系统的数学模型仿真,从整个电厂的角度进行在线性能计算和经济指标分析,以报表或图形的方式显示设备或系统的实际效率,并计算与设计值的偏差及其对机组热耗、煤耗的影响值。

SIS应用界面将分析计算模型运算的结果显示给用户为电厂机组安全和经济性运行提供分析依据和指导。

 

5.1负荷分配模块

SIS系统能在全厂负荷分配站上根据远方AGC指令和其他生产调度指令结合本厂主、辅系统和设备运行情况决定各台机组的经济负荷分配。SIS系统目前提供优良的信息处理软件和运行指导软件，以帮助总值长能够有效地利用大量的过程信息，迅速、准确地掌握全厂生产过程运行情况，正确下达指令。值长下达的每一条指令有记录，并进行打印。同时，SIS系统还提供用于调度端调全厂负荷时的经济负荷分配和调度方式，以实现各机组根据SIS的经济负荷分配结果进行闭环负荷调节的功能。

    负荷分配模块根据经济性和机组的安全性，完成对两台机组间的负荷分配。负荷分配模块首先根据两台机组的性能，分别得到两台机组的负荷-功率曲线。当得到中调分配的两台机组的负荷指令后，按最小煤耗量的方法，在两台机组之间分配负荷。在分配负荷的同时，由状态评价模块的评价结果，对两台机组的分配结果进行修正，最后，得到两台机组的应带负荷(如图12)。

SIS系统可实时在线显示机组点的值以及一些运算后的状态值，用户设定中调给定的机组的总负荷，初始条件用户可选择负荷分配的方式，有供电标准煤耗量最小分配方式、发电综合成本最低分配方式，选择试验工况/稳定运行工况或历史数据统计运行工况，还可设定机组煤耗—功率关系。用户在辅机限制里设定各机组负荷的上、下限，运行操作指导画面根据这些参数以及后台程序对机组运行状况分析的结果，分配各机组的预带负荷供用户做机组负荷分配时参考（如图13）。

计算内容包括四方面：单元机组煤耗－功率曲线的拟合、负荷优化分配计算、边界约束确定、辅助设备状态判断比较。通过单元机组的设计参数或优化运行试验的结果确定单元机组的锅炉效率、管道效率、汽轮发电机组效率、厂用电率，最后得出单元机组的综合供电标准煤耗量与电负荷－功率之间的关系，以此作为负荷分配的基础。单元机组负荷平衡限制、单元机组负荷允许运行范围限制确定。

 

 

负荷分配的过程中，首先通过统计数据或稳定的热力试验，得出单元机组的特性曲线，将其作为负荷分配的基础依据。其次在给定的边界约束条件下，利用动态规划方法对全厂的单元机组进行初次负荷分配。再次计算和判断比较设备的综合状态，运行人员通过参考设备的综合状态可以对单元机组的负荷分配结果进行二次调整，允许设备综合状态较好的机组带较多的负荷。(参考图15)

图15 负荷优化流程图

该模块主要完成厂级性能计算，在电厂的商业化运营中，为发电成本核算提供依据。该模块利用DCS系统的运行参数，在线计算整台机组的各种性能参数，得到机组在该运行状态下的各主要性能指标，主要包括高压缸效率、中压缸效率、低压缸效率、锅炉效率、发电煤耗、厂用电率、供电煤耗等。在SIS系统计算得到这些指标后，存入数据库，并可以打印或显示。

所有的计算均有数据校核，若计算所用的任何一点输入数据发现问题，界面将显示出错误的数据点（如图16）。同时，采用存储的某一常数来替代这一故障数据，可继续进行计算。

性能计算根据机组运行状况进行计算，可以得到对应工况下的目标运行参数，用此目标参数与实际运行参数进行对比，得到由于该运行参数与目标值之间的差别引起的煤耗偏差。根据此计算结果对运行人员进行操作指导。厂级性能计算结果能够用于经济指标分析、显示器画面显示、报表统计和并能根据需要进行打印记录等。

偏差分析是计算相关运行参数的实时值偏离目标值所造成的煤耗变化量（如图18）。因此，偏差分析的前提是确定运行参数的目标值，即详细设计中的运行参数分析模块。

 

       该模块对现场实时数据进行计算分析，来评价主要辅助设备的运行状态。评价的主要设备包括：高压加热器，低压加热器，送风机（如图19），引风机，一次风机，给水泵，循环水泵，凝结水泵，凝汽器，磨煤机等。

       设备状态监测的应用界面包括设备状态监测画面、高加界面、低加界面、循环水系统界面、磨煤机界面、水泵系统界面、风机系统界面。

 

 

机组运行操作指导模块是为运行人员在做一些大的操作时提供的操作指导，指导的内容主要来自电厂的相关运行规程。

机组运行操作指导模块的应用界面分成单元机组的性能分析、设备状态监测两部分。性能分析模块将参数按照不同的类型分成回热系统、运行参数、炉侧参数和真空/运行方式四类，对每类相应的参数列出其偏差值，并且通过按钮弹出新的窗体显示出相关的指导信息。

操作指导模块依据性能计算模块、状态评价模块和负荷分配模块的计算和分析结果将对运行方式的调整给出指导性建议，指导运行人员及时调整机组的性能参数和设备运行，使机组达到最佳运行状态。

操作指导模块的指导意见存储在SIS后台的数据库内，当用户查看指导信息时，系统根据机组的性能参数、运行状态和负荷分配结果读取数据库不同的内容。操作指导的信息对应于一定的运行状态是固定的，为了增强软件的可扩展性，用户可以根据现场情况的不同，在SIS系统后台维护界面中对指导信息进行修改。（如图22）

图22 机组运行指导

 

       全厂能量审计模块对全厂的能量消耗情况进行统计和对照分析，并以经济性报表的形式给出审计结果，为生产管理人员提供全厂能量消耗情况，同时也为各班组之间进行运行竞赛提供比较标准。本模块包括主机能量审计、公用系统能量审计及能损监督三个功能。

能量审计模块主要完成对各个班组之间的各种经济性指标的统计工作，以作为班组之间考察评比的标准。能量审计是对机组各重要的性能参数进行统计，求得各参数在一个班时间内的平均值。该模块在后台程序内实现，在程序内，对计算得到需要统计的参数的结果进行累计，每一个班，即六个小时，对该累计量求平均值。机组性能参数为缓变量，为了减小SIS机的负荷，在保证数据准确性的情况下，可以增大统计采样的时间。在此SIS系统中，统计采样设置为10秒，即每10秒记录下各性能参数的值，对此值进行平均。（如图23）