實時數據庫系統在電廠廠級生產管理監控信息系統中的應用

近幾年來，電力市場供應緊張，全國范圍內缺電、拉閘限電現象時有發生。究其原因，主要是電煤資源供不應求，煤價也不斷上漲，直接導致了發電成本增加。這樣，降低發電成本成為電廠的很大課題，為了降低成本，電廠需要采用更加先進的生產管理手段，才能通過優化生產、降低煤耗來提高生產效率。在這種情況下，電廠廠級監控信息系統SIS（Supervisory Information System）就被以比較快的速度地推廣開，成為提高電廠管理水平的一種有效途徑。

SIS及ESP-iSYS

SIS－電廠廠級生產管理監控信息系統是為了更好地實現發電企業安全、經濟運行，提升企業的整體效益和在未來競價上網中的競爭優勢而開發的一套以電廠生產過程中所涉及的各種控制、監測、計量等系統為基礎，集實時數據采集、加工、顯示、存儲為一體的完整的解決方案。SIS系統是建立在面向生產過程的、開放性的實時過程信息數據庫基礎上的信息系統，該系統將生產過程數以萬計的數據進行儲存和分析，為運行人員和生產管理者提供控制和決策的依據與指導。SIS首先為電力企業的安全穩定發電、控制企業成本、提高企業的生產力提供了真實而重要的現場實時數據，同時又能高效、準確地保存企業生產的大量珍貴的歷史數據。再配合ESP-iSYS基礎上科學、有效的數據發掘工具，精確、專業的計算分析模型，成為企業安全、經濟運行的有力保障?；鹆Πl電廠廠級監控信息系統（SIS）是于1997年底提出，2000年被納入《火力發電廠設計技術規程》。在此基礎上，于2004年形成了《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件》。
ESP-iSYS是中控軟件公司開發的一套實時數據庫系統軟件包，它是企業的實時信息中樞，能夠全面整合企業生產信息，能夠支撐整個企業的實時信息交互和各種智能的和自動化的事務執行。能夠為企業管理部門提供即時、可靠的實時信息和數據分析結果。ESP-iSYS集成整個企業的實時數據，確保企業中的各個角色及時獲得他們所需要的關鍵指標。企業的實時數據不再僅用來監控，而是通過ESP-iSYS的實時計算和實時數據分析功能，將實時數據轉換為對企業生產管理和決策至關重要的實時信息和即時統計分析數據，這些信息和數據使生產變得透明，幫助企業的決策者作出及時、準確的決策。ESP-iSYS，從各種數據源收集企業的原始生產數據，通過豐富的Web畫面和及時的Web報表將實時信息展現在您的面前，讓用戶瀏覽歷史和當前的工況和各種關鍵分析信息，滿足生產裝置、運行優化、企業管理各個層面的需求。ESP-iSYS還為SIS系統進行了特別設計，對SIS的功能實現提供了更加有力的支持。

構建基于ESP-iSYS的SIS

（1）實時、歷史數據平臺功能模塊的構建
ESP-iSYS有高效的核心組件ESP-iRTDB，它是ESP-iSYS實時數據庫的數據中樞和調度服務中心。它作為實時數據傳輸的高速總線，完成對實時數據的分配、壓縮存儲和處理。ESP-iSYS不僅能夠提供實時數據，還支持快速事務處理，能夠觸發虛擬機運行實時計算任務；觸發報警服務進行即時的報警檢測。ESP-iSYS還提供了加速實時信息訪問的高速緩存——內存歷史數據庫，從而為上層應用訪問近期實時數據信息提供了極高的交互速度。ESP-iSYS核心連接ESP-iHisServer，可高效地存儲磁盤歷史數據。適配現場不同通訊標準和協議的接口軟件集合，將采集的數據迅速投遞到ESP-iSYS核心，此種方式進一步提高了整體架構的穩定性。通過ESP-iSYS核心，分布在企業內的各種實時數據源被整合起來，形成了統一的通用的實時數據源，企業中各種應用系統可以基于統一的實時數據平臺和統一的接口存取整個企業的實時信息。

ESP-iSYS及SIS數據流示意圖

（2）全廠實時數據采集與處理功能模塊的構建
ESP-iSYS是一個全廠實時數據采集與處理的開發平臺，通過簡單的組態，就可以集成全廠實時數據。ESP-iSYS提供了對工業各種協議和標準普適性的接口方案，提供了從底層數據源到ESP-iSYS核心的高速雙向交互。ESP-iSYS支持超過300種接口解決方案，覆蓋絕大部分的分布式控制系統，從小型的數字儀表、PLC到大型的DCS和SCADA系統，均可以通過ESP-iSYS接口解決方案形成整個企業統一的數據源。ESP-iSYS為諸如化驗室管理系統等人工數據錄入也提供了專業的工具，保證嚴謹可靠的錄入流程。ESP-iSYS的接口解決方案甚至覆蓋了部分年代久遠的遺留系統，通過ESP-iSYS的接口方案合作伙伴，ESP-iSYS能為企業提供的接口解決方案得到了進一步的擴展。通過部署一套ESP-iSYS實時數據庫，即可構成全企業穩定運行的實時數據中樞。ESP-iSYS還提供了開放的接口開發包，使有程序開發能力的用戶能夠方便地擴展。

ESP-iSYS數據流向圖

（3）全廠生產過程實時監控功能模塊的構建
通過ESP-iSYS采集電廠各生產過程控制系統的生產數據，這些控制系統包括DCS系統、輸煤輔助系統、輔助公共控制系統、除灰輔助系統、電氣網絡監控系統(SCAD)、電網遠程發送單元(RTU)、電能計量系統、鍋爐檢漏控制系統、連續煙氣監測系統等的實時生產數據，對各生產流程進行統一的監視和查詢。對生產數據進行綜合處理以形成全廠生產報表。以滿足各相關管理部門快速、高效地對現場過程數據進行查詢和處理的要求。

ESP-iSYS流程圖

趨勢分析功能是實時數據庫的核心應用之一，在工業生產中，對于趨勢的長期分析、分組對比，是對過程生產狀況回溯、查找問題，挖掘生產潛力的有效手段。
ESP-iSYS除了基于B/S模式的趨勢分析功能，還有基于C/S模式的趨勢分析軟件－ESP-iTrend，它是海量的實時數據專業趨勢分析軟件，具有諸多趨勢分析的強大功能，對于位號分組、組量程調整、單趨勢線量程調整、趨勢顏色、背景、線型、連接方式等均可以通過簡單的操作按照用戶自己的需求進行組織。ESP-iTrend支持每屏數百萬條記錄的趨勢查看，可以橫、縱雙向放大，支持平滑滾動，方便工藝人員和技術工程師對生產過程趨勢進行分析及對事故原因進行分析。ESP-iTrend將實時趨勢、磁盤歷史趨勢和內存歷史趨勢統一起來，可以在三者之間切換，在實時趨勢狀態下，趨勢圖可以自動刷新。

ESP-iSYS趨勢圖

（4）過程信息統計分析功能模塊的構建
ESP-iSYS支持嵌入包括聚類分析等算法的數據挖掘模塊，對生成實時數據、歷史數據、重要性能指標、分析結果進行自動規類和多維度數家挖掘。對機組主要設備和控制系統狀態信息進行記錄、統計和報表制作。

ESP-iSYS報表圖

（5）機組性能計算功能的構建
ESP-iSYS內嵌了用于實時計算的虛擬機引擎，可以輕松添加虛擬的計算位號，支持位號讀、寫和定時的多種觸發機制。從而提供了強大的實時計算和實時信息處理的功能。ESP-iSYS提供了支持實時計算業務的函數庫，通過一行或數行的VB語法的腳本，就可以實現豐富的計算功能。
廠級性能計算將完成機組及其部件的各種效率和性能值的計算，并將這些值和各種中間計算值加以記錄和顯示。機組性能計算功能可以分為單機組性能的計算和全廠機組性能的計算。
具體計算公式要根據現場情況進行修正，一般車間技術員和對現場了解的工程師會比較清楚其計算方法。對于測點不夠的現場條件，要進行適當的改造，來滿足計算條件。
單機組性能計算包括：
鍋爐熱效率及熱損；
鍋爐燃料用量；
空氣預熱器效率；
汽輪機熱效率及汽耗率；
機組循環熱效率；
加熱器性能；
供電煤耗率；
發電煤耗率等。

全廠性能計算包括：
平均鍋爐熱效率及熱損；
全廠鍋爐燃料用量；
平均空氣預熱器效率；
平均汽輪機熱效率及汽耗率；
平均機組循環熱效率；
全廠加熱器性能；
全廠供電煤耗率；
全廠發電煤耗率等。

（6）能損分析功能模塊的構建
應用ESP-iSYS的實時計算功能和二次開發功能，可以定制出如下計算分析功能：
可控損失：主蒸汽溫度壓力、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、爐膛氧含量等。
不可控損失：環境溫度、預熱器漏風率、煤種變化、再熱損失等。
這些計算項目的具體計算公式也要根據現場情況進行調整和修正。
（7）運行優化與操作指導功能的構建
浙江中控軟件技術有限公司從1993年開始研究、開發和實施先進控制技術，并于1996年推出APC-Hiecon多變量預測控制軟件，成功應用于石化、煉油、化工等多個行業。是國內最優秀的運行優化與操作指導軟件。
（8）運行績效考核功能模塊的構建
應用ESP-iSYS的實時計算功能和二次開發功能，可以組態和定制出操作質量計算分析功能，對操作人員的操作進行動態跟蹤，對不合理的及超出標準的操作進行記錄，并形成報表，作為運行績效考核的依據。實際應用效果很好。
（9）設備狀態監測及管理功能模塊的構建
應用ESP-iSYS的ESP-SupPlant EM—設備狀態監測及管理軟件功能模塊的部分功能，并結合ESP-iSYS的二次開發功能及通用開發接口進行定制開發，采用振動頻率高速采集等專業傳感器及配套的硬件產品，能夠實現設備狀況在線監測系統實現設備狀態歷史、實時數據趨勢、震動分析、監測點故障預報、監測點故障分析、歷時數據對比等功能。在線監測系統主要由設備運行狀態總覽圖、監測點歷史趨勢顯示、震動數據分析（概率密度、功率譜、包絡譜、倒譜、自相關、互相關、細化譜、軸心軌跡、時頻域分析等）、監測點故障預報、監測點故障分析、歷史現狀數據對比，結果報告等功能群或子系統所組成。其設備管理子系統以設備的檔案管理和備品備件管理為基礎，建立標準化的設備基礎信息結構，包括設備基本設置管理、設備檔案管理、設備運行維修管理、設備臺帳管理，設備報表管理、設備備件管理等內容。
（10）設備壽命分析與管理功能模塊的構建
應用ESP-iSYS的實時計算功能和二次開發功能，可以組態和定制出設備壽命分析與管理功能模塊，對鍋爐、汽機重要部件關鍵參數進行在線計算，從而確定設備壽命損耗情況和老化狀態，可以使用戶及時調整檢修計劃，實現動態設備管理。
（11）實時信息網站功能模塊的構建
ESP-iSYS的ESP-iWeb功能模塊，可以使用戶自己配置、定制、修改網站界面，滿足企業動態管理的需求。

ESP-iWeb系統配置圖

（12）Web services訪問接口模塊的構建
ESP-iSYS實時數據庫內嵌了Web services接口模塊，這個模塊提供了Login、GetTaghandle、ReadDiskHisData、ReadMemHisData、ReadTag、ReadTagMemHisData、GetVirtualTagAttribute、SamplingDiskHisDataBatch、LogOut、SamplingDiskHisData、GetAllVirtualTag、GetRealTagAttribute、GetMemHisLen、GetMemFixHis、GetAllRealTag、WriteTag等常用接口。這些接口簡單、實用、功能強大、執行效率比較高。ESP-iSYS實時數據的Web Service接口還同時支持SSL加密，保證了在開放網絡環境下實時數據傳輸的安全性。

ESP-iSYS實時數據庫Web services接口訪問

ESP-iSYS對SIS二次開發的支持

ESP-iSYS提供了很多通用二次開發定制功能，這些功能是不需要修改代碼的，只需要進行相應的組態設置即可。下面分幾個方面總結一下。
（1）權限控制
ESP-iSYS有很完善的權限配置體系，可以設置用戶組的權限，這樣方便批量權限分配。還可以單獨配置某個用戶的權限，用戶的權限可以精確到點。

ESP-iSYS權限配置圖

（2）點組態
ESP-iSYS點組態分為在線和離線兩種方式，在線組態方式更加方便了用戶的組態修改工作。

ESP-iSYS點在線組態圖

（3）Web Server參數配置
Web Server配置可以在IE中通過ESP-iWebSetup進行設置。

Web Server參數配置圖

Web界面文本配置

Web界面配置圖

Web菜單及ESP-iWeb首頁位置修改，可以顯示、隱藏或者禁用菜單。還可以通過修改模塊菜單索引號，來配置各個模塊鏈接在Web首頁上的位置。

Web菜單配置圖

（4）報表組態
ESP-iSYS提供了基于EXCELL的報表組態插件，可以方便地組態實時數據報表。通過保存報表模板并上傳模板來實現報表生成。

報表組態圖

報表模板上傳圖

結束語

ESP-iSYS從產品的架構出發對SIS系統的實現提供了全方位的支持，應用ESP-iSYS可以很方便地構建出SIS系統。而SIS的系統功能、應用軟件適應的范圍和對現場設備的監控方式等都將隨著電力技術和IT技術的發展有所改變，ESP-iSYS的柔性架構可以使工程商根據企業的需要進行方便地修改和維護，提高了SIS系統的適應性和可維護性。在中國電力企業的市場化進程中，廠網分離、競價上網已是市場化的必然趨勢。面對企業經營環境的改變，電力企業都應該建立一套以ESP-iSYS為基礎的廠級監控信息系統，這將有助于提升電廠的科學管理水平，有助于提高企業的競爭能力，使企業更加具有發展的后勁。