硕士学位论文
某某发电厂厂级监控信息系统
SIS的规划设计与实施
Planning, design and implementation of Zhangjiakou Power Plant
Supervisory Information System (SIS)
作者：***
导师：***
北京交通大学
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签字日期：2012年12月16日 签字日期：
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中图分类号：XXXX UDC：XXXX
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北京交通大学
硕士学位论文
某某发电厂厂级监控信息系统
SIS的规划设计与实施
Planning, design and implementation of Zhangjiakou Power Plant
Supervisory Information System (SIS)
作者姓名： *** 学 号：1***
导师姓名：*** 职 称：* **
工程领域：软件工程 学位级别：***
北京交通大学 2012年12月
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致谢
本论文的工作是在我的导师孔令波老师的悉心指导下完成的，孔令波老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来孔令波老师对我的关心和指导。
孔令波老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向孔令波老师表示衷心的谢意。
孔令波老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。
在撰写论文期间，同学们对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。
另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。
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北京交通大学专业硕士学位论文 中文摘要
中文摘要
随着电力行业的不断发展，电力行业使用信息技术已然具有多年的历史。在电力行业使用信息化过程，发展到如今出色的应用之一便是SIS。SIS在电力行业的应用相对广泛，发展前景巨大。
张家口发电厂在基于自身条件下，迎合电力企业信息发展的需要，在全厂推动运行厂级监控信息系统（Supervisory Information System，简称SIS）。本论文作者参与了张家口发电厂SIS系统的设计与应用, 主要工作可概括如下:
1.作者对张家口发电厂的控制系统的特点以及发电厂信息化使用现状进行了分析。
2.对张家口电厂信息运行系统组成的基本原理进行组合分析，分步骤设计出更加合理的SIS系统。
3.规划设计系统环境的实现，以及电厂SIS数据连接技术。建立全厂的实时和历史数据库，满足SIS应用开发和各相关部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求实现信息共享。使用的数据库软件是由美国OSIsoft软件公司开发的PI （Plant Information System）实时数据库。
4.对张家口发电厂SIS系统的前景进行了部分的展望，做出了相应的总结。 SIS系统在张家口发电厂的运行，将更加有利于生产过程中的控制、管理、考察，促进机组经济、安全、稳定运行。
关键词：电厂生产信息化；机组DCS；SIS；PI
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北京交通大学专业硕士学位论文 ABSTRACT
ABSTRACT
With the continuous development of power industry，power industry uses IT already has years of history。In the power industry to use information technology，the development is now an excellent application is one of the SIS。SIS is a relatively wide range in the power industry，huge prospects for development。
Zhangjiakou Power Plant based on its own conditions，to cater to the need for the development of the power of enterprise information in the whole plant to promote running the plant-level monitoring information system (Supervisory the Information the System, referred to as the SIS)。In this thesis，Zhangjiakou power plant design and application of the SIS system，the use of database software is developed by OSIsoft software PI (Plant Information System) real-time database。Of the characteristics of Zhangjiakou power plant control system and power plant of information technology analyzes the status。
Establish real-time and historical database of the whole plant to meet the SIS application development and the relevant departments on-site process data quickly and efficiently to share information query and processing requirements。The realization of the planning and design environment，as well as plant SIS data connection。And Zhangjiakou Power Plant operating system components of the basic principles of portfolio analysis，step-by-step design of a more reasonable SIS system。
And Zhangjiakou Power Plant SIS system prospects were part of the outlook made relative summary。Zhangjiakou power plants running，the SIS system will be more conducive to the production process control，management，inspection，and promote the unit of economic, safe and stable operation。
Key Words：The production information of power plant; aircrewDCS; SIS; PI
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北京交通大学专业硕士学位论文 目录
目录
中文摘要 ......................................................................................................................... iii ABSTRACT ..................................................................................................................... iv 1 引言 ........................................................... 1 1.1 课题背景及意义 ................................................. 1 1.2 同类产品研化现状 ............................................... 2 2 相关信息系统及技术概述 ......................................... 3 2.1 电力行业生产信息化介绍 ......................................... 3 2.1.1 基本概念 ....................................................... 3 2.1.2 发展历程 ....................................................... 3 2.2 机组DCS系统简介 ............................................... 4 2.2.1 DCS系统概述 ................................................... 4 2.2.2 机组概况 ....................................................... 4 2.2.3锅炉和辅助设备 ................................................. 4 2.2.4汽机和辅助设备 ................................................. 5 2.2.5发电机 ......................................................... 7 2.2.6 控制系统 ....................................................... 7 2.3 SIS系统相关 ................................................... 8 2.3.1 SIS的基本概念与说明 ........................................... 8 2.3.2 监控信息系统(SIS)组成 .......................................... 9 2.4 本章小结 ...................................................... 13 3 需求描述与分析 ................................................. 14 3.1 基本构成状况 ................................................... 14 3.2 系统结构状况 ................................................... 14 3.3 张家口电厂SIS系统设计 ......................................... 15 3.3.1 设计目标 ...................................................... 15 3.3.2 数据库设计 .................................................... 16 3.3.3 软件体系结构设计 .............................................. 16 3.3.4 网络及硬件平台设计 ............................................ 16 3.3.5 数据采集接口设计 .............................................. 17 3.4 本章小结 ....................................................... 18
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北京交通大学专业硕士学位论文 目录
4 网络总体设计与规划 ............................................. 19 4.1 网络总体设计的基本原则 ......................................... 19 4.2 网络总体设计 ................................................... 20 4.3 网络需求分析 ................................................... 21 4.4 配置原则 ....................................................... 22 4.5 网络设计原则 ................................................... 23 4.6 网络结构 ....................................................... 24 4.7 本章小结 ....................................................... 25 5 应用总体设计与规划 ............................................. 26 5.1 应用总体设计目标与要求 ......................................... 26 5.2 数据库的设计概述 ............................................... 27 5.2.1 SIS数据库功能要求 ............................................ 27 5.2.2 数据压缩原理 .................................................. 29 5.2.3 PI实时数据库系统 ............................................. 32 5.3 应用功能设计 ................................................... 33 5.3.1 厂级生产过程监视和管理 ........................................ 34 5.3.2 基本功能 ...................................................... 34 5.3.3 生产流程监控 .................................................. 35 5.4 张家口电厂的监控平台 ........................................... 36 5.5 张家口电厂报表 ................................................. 37 5.6 本章小结 ....................................................... 38 6 项目总结及新型应用 ............................................. 39 6.1 项目应用价值分析 ............................................... 39 6.2 新型SIS应用平台 ................................................ 39 6.3 整体总结 ........................................................ 41 6.3.1个人总结 ...................................................... 41 6.3.2 张家口SIS系统总结 ............................................ 41 6.3.3 未来展望 ...................................................... 42 6.4 本章小结 ........................................................ 42 参考文献 ............................................................ 43 独创性声明 .................................................................................................................... 45 学位论文数据集 ............................................................................................................ 46
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北京交通大学专业硕士学位论文 引言
1 引言
主要介绍电力行业信息化的基本概念，阐述了机组DCS与SIS的基本内容与方法，以及简单介绍了张家口发电厂机组现状、控制及信息系统的概况，为接下来的论文章节分析打下了基础。
1.1 课题背景及意义
近年来，作为国民经济的关键部门与基础产业，以―厂网分开、竞价上网‖、―打破垄断、引入竞争‖等一系列为关键内容，我国电力行业进行了非常大的改革，逐步建立起新的更有效的市场竞争机制。与此同时，煤炭资源日益消耗，我国电煤供不应求，以及在此基础上不断上涨的煤价，间接或直接导致了加大发电成本。在这些压力之下，我国电厂行业需要引进及采用，更加前沿的管理和生产手段，通过优化生产、降低生产成本等一系列手段才能提高生产效率。毋庸置疑，电力行业信息化成为促进电力行业完成飞跃式发展的一条高速路。
电厂生产信息化大体上分两个方面，这两个方面分别是：一是面向机组级的生产过程监控；二是面向全厂生产过程乃至整个企业的监控和管理。以往，由于管理模式、投资及技术条件限制等因素的影响，我国电力企业一直偏重于机组DCS（Distributed Control System，简称DCS）等系统控制功能的应用，而对于全厂生产过程的实时监控及其优化指导方面重视不足，随着生产自动化水平的提高和我国电力改革和发展的需要，有些电厂虽然在DCS或MIS系统上增加了部分性能诊断、优化等功能，对提高机组运行经济性起到了一定的积极作用，并没有在整个机组或全厂范围内实现优化运行。因此，迫切希望在全厂范围内的实现整体优化运行，以提高全厂综合自动化水平并为MIS或相关系统提供经优化处理后的实时数据，进一步提高全厂营运效益。
综上所述，由于在传统的单元机组控制系统或管理信息系统上单纯增加和扩大部分机组性能诊断和优化功能不能最大限度地提高全厂运行经济性，在这一背景下，火电厂厂级监控信息系统（SIS）便应运而生[1]，并将在今后会得到迅速的发展。从而由火电厂厂级监控信息系统（SIS）和MIS（Management Information System，简称MIS）系统构成一个完整的电厂厂级自动化信息系统。
张家口发电厂顺应企业信息化建设的发展需求，结合本厂自身情况，在全厂范围内推动SIS（Supervisory Information System in plant level，厂级监控信息系统）。
SIS系统属于企业生产过程自动化范畴。该系统是各种分散控制系统与MIS
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北京交通大学专业硕士学位论文 引言
应用系统（如EAM、绩效考核等）之间的数据桥梁，为管理提供多层次的实时数据支持。张家口发电厂SIS系统以分散控制系统为基础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用先进、适用、有效的专业计算方法，实现整个电厂范围内信息共享和全厂生产过程的实时信息监控，提高了机组运行的可靠性。为企业管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据[2]，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。从管理角度来看，它为控制企业成本、提高生产力提供重要而真实的运行数据。同时，通过数据的分析和比较，能够提出科学的、合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。系统实现了全厂范围内的管控一体化，为实现全厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。
1.2 同类产品研发现状
国际国内电力科研部门在开展对锅炉控制的优化。实现技术包括燃料分配、优化整定、高级燃烧器控制技术及神经网络优化等方面的研究。信息化与自动化一方面改善了机组运行的灵活性，更加适应负荷摆动及燃料特性变化，同时还帮助有关人员更好地管理生产过程，并致力研究开发快速运行决策支持系统。 在优化运行和状态检测方面，目前开展了性能计算引擎、可控参数诊断模块、锅炉清洁度模块、凝汽器性能模块、给水加热器性能模块、汽轮机性能模块、风机性能模块、泵性能模块、空气预热器性能模块、设备性能诊断模块、运行工况预测模块、混煤模块、冷却塔性能模块、负荷分配模块等方面的研究。运行管理人员根据这些辅助信息来及时调整电厂的生产过程[3]。
ABB公司、Honeywell公司、Foxboro公司、HITACHI、西门子公司等都提出了工厂信息集成及优化控制与管理的解决方案。
在我国，有关发电厂优化控制与管理方面的研究也受到各方面的关注。在电力体制改革之后，为了提高整体竞争力，实现标准化管理，发电企业（集团）对优化控制与管理方面提出了更多新的需求。目前国内相关单位已开发研制出多个相关功能软件模块，并逐渐在生产控制与管理中发挥作用。
SIS的基本功能是对火电厂全厂生产过程进行实时管理和监控[4]，并提供综合优化服务。经过几年的研究开发，已经取得了一定进展。目前各发电集团和研究单位都在积极探索，取得了宝贵的经验。
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
2 相关信息系统及技术概述
本章对电力行业生产信息化进行了比较详细的描述，介绍了机组DCS系统的具体内容，描述了机组DCS系统的具体使用方法和它所具有的各种特点，以及SIS系统相关和数据库使用也进行了描述和讲解。
2.1 电力行业生产信息化介绍
2.1.1 基本概念
电力工业信息化
电力工业信息化即是将电子信息技术（如微电子技术、通信技术、计算机和网络技术，即IT技术）在电力工业规划设计、基建、发电、输变电、供电、用电以及在电力企业的生产、管理经营和对外服务的各个领域的应用全部的统称[5]。是电力工业在电子信息技术的驱动下由传统工业向高度集约化、智能化、现代化工业转变的过程。信息化已经成为电力行业现代化进程的一个重要的不可缺少的组成部分。电力信息化正在对电力产业提供巨大的有力支撑，正与电力工业深度融合[6]。
2.1.2 发展历程
电力行业计算机应经历四个发展阶段：第一个阶段，60-80年代初期；第二个阶段，80年代中期到90年代初期；第三个阶段：90年代中期到2005年左右；第四个阶段：2006年到2020年左右。
第一阶段：电力科技实验阶段
从60年代到80年代初，电力计算机技术主要应用于电力实验数字计算、工程设计与计算、科研计算、发电厂设备自动监测、变电站所自动监测、情报科技的检索。
第二阶段：专项计算机应用阶段
从80年代中到90年代初，电力行业信息化建设进入有计划的发展时期，主要是开发建设电力生产和管理中的专项业务应用。
第三阶段：网络化的应用阶段
90年代中期到本世纪初，为电力系统信息化建设规模建设和广泛应用以及加
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
速发展时期。这一时期以网络环境下建设与应用为主要特点。各电力企业信息技术的应用由操作层向管理层延伸，从单机、单项目向网络化、业务应用、综合服务应用发展[7]。
第四阶段：企业级信息化阶段
进入二十一世纪，2002年，电力行业进行了机构改革，两大电网和五大发电企业以及其他电力企业组成的行业格局，在新的行业格局下，电力企业实施了内部管理的改革，电力企业管理模式与经营模式的都发生了较大的变化，改革对信息化建设提出了新的要求。信息化与企业经营理念和管理模式结合更加紧密，与企业发展战略关系密切，电力行业信息信息化建设走向成熟[8]。
2.2 机组DCS系统简介
2.2.1 DCS系统概述
DCS，即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统[9]，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
2.2.2 机组概况
1988年8月，张家口发电厂建厂，通过一二期工程建设，共装备了8台国产300MW发电机组，形成的稳定生产能力为2400MW。它具备我国第一台全套国产300MW机组，这在我国历来的发电过程中，具有非常重大的意义。全厂最重要的任务是：通过双回500KV线路向北京供电，同时兼顾地方用电，对首都北京来说，这是及其重要电源点。
张家口发电厂的燃煤机组工程大小为8×300MW，分别由935t/h燃煤机组8台以及与之相对应的8台300MW汽轮发电机组及辅助系统组成。
2.2.3 锅炉和辅助设备
锅炉
生产厂家：东方锅炉厂；
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型号：DG1025/18.2-Ⅱ4 型；
特点：自然、循环、全悬吊、亚临界、中间再热、平衡通风、燃煤汽包炉； 方式：制粉系统为中速磨冷一次风正压直吹式系统，采用四角切圆直流摆动式燃烧器[10]。
在锅炉MCR工况下的额定参数如下表2-1所示：
表2-1 锅炉MCR工况下的额定参数
参型 主蒸汽流量 主蒸汽压力 主蒸汽温度 再热蒸汽流量 再热蒸汽压力 再热蒸汽温度 给水温度
单位 t／h MPa ℃ t／h MPa ℃ ℃
数据 935 17.35 540 793 3.70/3.48 326/540 270
备注 无 无 无 无 （进口／出口） （进口／出口）
无
每台锅炉配有下列主要辅助设备，如下表2-2所示：
表2-2 锅炉主要辅助设备
设备名 三分仓容克式 动叶调节轴流式通风机 动叶调节轴流式通风机 离心通风机 碗式中速磨煤
机
电子称重皮带式给煤机
生产厂家 东方锅炉厂 上海鼓风机厂 上海鼓风机厂 上海鼓风机厂 上海重型机械厂 上海重型机械厂
型号 LAP10320/383 型 SAF-28-16-1 型 FAF-20-10.6-1 型 1788B/1124 型 HP803 型 8244型
数目 两台 两台 两台 两台 六台 六台
备注 空预器 吸风机 送风机 一次风机 磨煤机 给煤机
2.2.4 汽机和辅助设备
（1）汽轮机的基本参数 汽轮机组的大小参数：300MW；
模式：亚临界中间次再热二缸两排汽凝汽式机组， 型号： 00-16.7/537/537-3 型（合缸），
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
标准额定功率（ECR）的数值：300MW， 限定最大功率（VWO）的数值：330MW， 汽轮机限于最小稳定负荷的数值：30%MCR。
通流级数限定：28 级；（其中分为：高压缸为：1 个调节级+9 个压力级，中压缸为：6 个压力级，低压缸为：2×6 个压力级。）
末级叶片长度的数值：851mm。
转子从汽轮机向发电机方向看为顺时针方向旋转， 生产厂家提供的一些数据：
发电机一阶临界转速为：1399r/min， 高中压转子一阶临界转速为：1679r/min， 低压转子一阶临界转速为：1753r/min， 发电机二阶临界转速为：3406r/min。
在汽机MCR工况下的额定参数为下表2-3所示：
表2-3 MCR工况下的额定参数
高压主汽门
前蒸汽温度 前蒸汽压力
中压联合汽门
前蒸汽温度
537
℃
537 3.30
℃ MPa
选项 前蒸汽压力
数据 16.7
单位 MPa
（2）每台汽机匹配的主要辅助设备如下列列举所示： 凝结水系统
配有凝结水泵：两台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：9LDTN-2C 型。配有凝结水升压泵：两台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：NS300/200CJ型；备注：一台工作，一台备用。
给水系统
配有给水泵：三台；生产厂家：沈阳水泵厂；型号：50CHTA/6HP-4 型。且带有前置泵；型号：YNKn300/200-20YJ 型；给水泵的最小流量为145～165m3/h（开阀流量180t/h，关闭流量240t/h）。其中一台用带有液力偶合器的电动机驱动即电泵在机组启停时使用，另两台用小汽机驱动做为正常运行泵，正常做备用泵。给水泵汽轮机为东方汽轮机厂生产的单缸、单轴、凝汽式汽轮机，型号为G3.6-0.78型。
循环水系统
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配有两台60%的 160HB-A型立式斜流泵。凝气器为N-17660-3 型单背式、单壳体、对分双流程、表面式，循环水量为（单台）21420（ 5.95m3/s）、（双台）30600t/h（ 8.5m3/s），循环水温升为 10.32℃，最高工作温度≤80℃， 凝结水过冷度≤2℃，凝汽器传热端差为7～12℃（须＞2.8℃），凝汽器正常水位为500～550mm。
2.2.5 发电机
发电机生产厂家：东方电机厂； 型号：QFSN-300-2-20；
冷却方式：运行水氢氢冷却方式，即定子绕组（包括定子线圈，定子引线、定子出线）为水内冷，转子绕组氢内冷：转子槽内部分采用气隙取气铣孔斜流式氢内冷，转子绕组端部采用纵横两路铣槽氢内冷，定子铁芯及结构部件为氢表面冷却。
励磁系统
采用方式：三机励磁方式；
发电机制造公司：东方电机股份有限公司制造； 采用系统：采用静态止励磁系统；
发电机冷却方式：发电机冷却方式为水一氢一氢。 设备主要参数为下表2-4所示：
表2-4 设备主要参数
物理选项 额定的有功功率 最大限定有功功率 额定功率因数 额定电流 额定电压
数值 300 330 0.85 10190 20
单位 MW MW 空 A KV
备注 无 无 无 无 无
2.2.6 控制系统
控制系统包含三个部分，三部分分别为：DCS分散控制系统和脱硫、辅控网控制系统。
单元机组全部实现计算机自动化监控。按机电炉统一的运行管理和单元集中
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控制，运行人员在集控室内通过操作员站实现机组启／停控制、正常运行监视、参数调整以及机组运行异常工况的处理。
分散控制系统DCS按照功能分散和物理分散的原则设计，8台机组的控制系统不尽相同，其中一号机组选用Honeywell公司的控制系统，二、三、四号机组采用的日立公司的HIACS系统，五、六、七、八号机组采用美国MCS 公司生产的Max1000+Plus 分散控制系统。
各DCS系统采用高效率的控制网络、现场总线、工程师站、操作员站和控制软件等来完成机电炉及脱硫辅助生产过程的控制。
DCS的功能包括数据采集处理监视系统（DAS），闭环控制系统（CCS），锅炉安全监察保护及燃烧器管理系统（FSSS），顺序控制系统（SCS），发电机变压器组及厂用电监控系统（EMCU），厂用电公用系统（EMCS）。
一期脱硫、二期脱硫控制系统采用日立公司的HIACS系统。
辅控网控制系统为双光纤千兆双环网结构，采用CSPA-2000F发电厂辅控DCS系统，包括CSC-800分布式控制硬件单元和CyberContr组态软件，采用了先进的冗余光纤环网技术作为CSPA-2000F主干网络，所有后台设备（操作员站、工程师站、系统服务器、网关）及各个辅控子系统均作为独立节点接入光纤环网；使用Windows XP操作系统作为主要系统平台。
辅控网范围涵盖32个辅控子系统，在这32个子系统中，有11个子系统使用四方公司程控产品进行程控改造或新建，其余21个原有PLC程控子系统的控制设备接入到辅控网络中，实现对全部32个辅控子系统进行集中监控。
2.3 SIS系统相关
2.3.1 SIS的基本概念与说明
SIS在国内被称为：厂级监控信息系统（Supervisory Infermation System），而在国外，SIS则被有些厂家则称为：生产管理辅助决策信息系统[11]。固然国内外对SIS的叫法有所不同，但它的属性和内容却是完全一样的。SIS是以对全厂各个机组、除灰、输煤等大部分公用系统生产工况的监督管理为基础，通过对设备的各项资料的完整记录(其中包括历史资料)，以达到分析各个设备及机组整体的运行状况和运行状态形成的厂级生产过程的实时监视与经济控制系统。它主要是为了达到经济目标控制下对全厂的协调生产状况与状态提供一定程度的决策支持，是一个融合了如：计算机信息技术、管理科学、决策科学、控制技术等学科与技术于一体的先进技术的集成系统。SIS是用计算机定义的方法和行业规定的方程对生产
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
运行资料进行发掘、提炼、分析，透露出可以指导生产运行过程的科学结论[12]，能够更容易地观察实时数据、历史资料和在线分析结果，指导运行、检修，服务生产管理的各项工作，并向电厂管理信息系统（MIS）供应它要求的过程资料和计算结果以及分析结果。从这里可以说，将SIS定义为生产MIS或者生产辅助决策信息系统才能更好地显现出SIS的实质和内涵。
总的说来，SIS系统一般具有以下几个常见的基本特征： SIS肯定是一厂级监控系统； SIS是企业生产过程的优化系统； SIS也是企业生产管理的应用系统； SIS同样是企业一个及其有效的信息系统；
2.3.2 监控信息系统(SIS)组成
电厂信息化层次结构从总体上来讲，可以简单归结为三层。这三层分别是：企业监控信息系统SIS，生产过程中的控制系统DCS以及企业管理信息系统MIS。下面从一些基本方面的比较来介绍它们之间的区别[13]。
DCS、SIS与MIS功能之间的简单比较如下面所示： （1）SIS与DCS的区别
设备对象之间的区别为：SIS：全厂，DCS：机组；
主要功能之间的区别为：SIS：生产过程监控、优化、管理，不参与或少参与直接控制，DCS：生产过程控制、监视，并具有少量管理；
人员对象之间的区别为：SIS：生产、检修相关人员，DCS：生产操作人员； 安全可靠性之间的区别为：SIS：低(或同等)，DCS：高。 （2）SIS与MIS的区别
主要功能之间的区别为：SIS：生产过程监控、优化、管理，MIS：企业的经营管理以及办公自动化；
人员对象之间的区别为：SIS：生产、检修相关人员，MIS：全厂人员； 实时性要求之间的区别为：SIS：高，MIS：低； 安全可靠性之间的区别为：SIS：高，MIS：低。
监控信息系统（SIS）是建立在MIS网络和DCS网络之间的一个高可靠性、高速度以及超大数据容量的网络系统。而SIS网络系统运行的软件是针对全厂范围里面的实时监控以及优化控制和全厂范围的负荷优化调度等等，达到在全部电厂范围里面能够充分发挥出主辅机设备拥有的潜力，以求实现使全部电厂工艺系统能够运行在最完美工况的目的。
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
与此同时，在担保生产安全的前提下，将以前相互独立的，然而在安全性、可靠性和实时性等各个方面存在着明显差异和不足的机组DCS和全厂MIS有机地连接到一起，使得在全部电厂范围里面达到生产信息和管理信息共享的目的，有效地加速电力行业的信息化建设。
SIS在功能配置和网络设置上，每个不同的电厂通常是依照自己的需求，与此同时，联合全部MIS网络的整体规划进行设计。
通常SIS的网络结构示意图如下图2-1所示：
图2-1 SIS系统结构图
这个网络结构示意图从根本上说来，最主要的是采用经典的分层的分布式设计结构。
由图中可以看出，全部SIS网络系统分为了上下两个不同的两层。
其中下层被称为SIS接口层网络，应用相互独立的接口机连接相对应的不同独立控制系统以进行数据的采集工作。而上层则被称作为SIS应用层网络，连接SIS层的相互独立各个应用服务器。
正是通过这种分层式的设计，从一方面来讲：更加方便于分散通讯负荷，以用来提高不同层之间的通讯效率，从来实现网络的可靠性操作；而另外一个方面就是：通过不同数据服务器实现技术和通讯协议。总而言之，上层的技术要求选择强调的是开放性，按照当前网络技术的发展与进步，用交换式以太网技术来实现是非常好的一个选择。然而下层的要求则是，要更加地强调与各个不同的控制网络之间的互通性。
实时/历史数据服务器就可以按照不同程度的要求来考虑冗余的配置。 在企业信息化的过程中，其中最关键的部分是：信息集成。 信息集成具有以下几个方面的基本观点：
(1)着重强调一个企业的各个不同的生产环节是相互联系，并且不可分割的，
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北京交通大学专业硕士学位论文 相关信息系统及技术概述
需要作为一个整体来度量，而不是加以分开；
(2)着重强调生产过程的各个不同环节，能够通过生产信息的采集、传递、处理以用来加以管理和控制，简而言之就是：应用信息技术的观点来处理问题。
信息集成中最重要的问题是网络、数据库和软件。其中软件又囊括为：系统软件和功能软件。
从以上就可以看出，一个SIS控制系统的基本构成就是：网络+数据库+软件。假如更深一步地把电厂中的DCS+SIS+MIS看作为一个完整的系统，那么它依旧是网络+数据库+软件，可以说是一个及其经典的信息集成系统。（其中：网络、数据库、系统软件这三样是系统的基础；而功能软件则是系统的核心和关键之处。）
总的说来，SIS是发电企业实现机械自动化、企业信息化系统的重要的环节，故SIS在促进企业现代化前进的过程中起着及其重要的作用。
那么它的重要作用主要表现在以下几个基本方面： （1）建立起全厂统一的生产信息平台
一般发电厂中拥有很多套的自动化信息系统，在这些自动化系统中，由于不同的机组之间、不同的控制系统之间是彼此之间独立，导致的结果是信息不能够有效共享，不同机组与不同机组之间，或者相同的机组不同的辅助系统之间有一定意义上的信息‗孤岛‘。
然而SIS系统为了消除不同机组或者不同辅助系统之间的信息孤岛问题，供应了一套比较系统化的解决方案。
全厂不同机组以及不同辅助车间，它们的生产网络使用对应的网络接口与监控信息系统相互连接，以达到生产过程中的数据被完全监视和可以长期保存的目的。生产人员以及管理人员可以及时得到不同机组和机组子系统的运行参数，从而达到监视设备在运行期间不同的情况的目的，通过这种手来来提升整个电厂在生产和管理过程中的信息化层次。
（2）实现更加深层次的对数据的提炼和加工情况，使您在所需的时候，能够更加快速地获取您所需要的信息。
从目前的情况来看，当代的各个大型发电厂随时随地都存在大量的数据需要进行管理，但是在那些密密麻麻的数据后面，我们到底可以获取什么有用的信息呢？这才使我们最关心的问题。
对于这个问题，SIS系统正是通过对设备(系统)生产的原始数据进行有效的提炼、加工、处理，之后可以将这些数据相应地化为拥有一些特定意义的信息。如下面几个方面的信息：
现在电厂中的机组处于何种状态?
到底还剩下怎么程度的经济潜力和安全余量？
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在系统运行过程中的那些重要部件距离维修和更换还有多长的时间？ 电厂目前的运行成本处于怎样的一个地步？
除了这些类似的我们需要了解的问题外，同时，SIS系统还通过对发电企业特点的了解，进而设计出更加方便使用并且十分高效的信息发布的系统。这个更加高效的系统可以使使用者在最短的时间段里面能够发现自己所需要的信息，同时更有特色的一点就是：可以按角色定制信息发布界面。
（3）优化操作指导系统：通过提高运行经济性为目的
现阶段我国发电机组生产运行方面的水平还不是特别的高。其中较为突出的一点就是：与世界先进水平相比较，我国在供电煤耗方面还具有相当大的差距(200Mw以上机组统计相差约60克标煤每千瓦时)，从这里可以看出，我国在节能方面具有非常巨大的潜能。
这里看来，SIS系统正是通过机组以及厂级性能的分析和计算，更加实时地寻找到导致当前煤耗可能偏高，是因为那些原因？比如：是不是设备检修方面的问题？是不是运行参数需要调整这方面的问题？是不是系统设计出现的问题？等等，SIS系统并且将这些问题划分为以下几个方面：检修可控、运行可控和不可控损失，通过这样的管理，更加有效，更加针对地给出关于运行和检修各方面的指导，然后进一步地提高机组运行经济性。
（4）通过较快速度地分析设备系统产生故障的原因，比较及时地给出设备风险的评估以及发出关于智能的预警[14]。
一般的火电厂因为具有数目庞大、类型相对较为复杂的主、辅运行设备。而在生产过程中，确保设备的安全性和稳定性，将是运行期间最重要的问题，同时也是相关生产和管理人员最关心以及花费相应时间和精力最多的问题，然而即使如此，它依然是故障最多并且处理起来最为困难的一个问题。
SIS系统使用最前沿的数据融合技术完成尽快指出设备系统的故障、从而完成对故障相应分析与诊断、达到预测与预警的目的。
如若系统发生一些故障时，倘若尽快指出其故障原因，实现保护动作的顺序排列，对与故障时相关的参数越限状态，以达到对故障能够尽快分析，减少故障分析过程中相应的所需时间。
对故障前后的相关信息进行比较有效的综合分析，然后与设备（系统）的模型以及相关运行专家给出的建议相结合，然后指出故障可能的原因，根据指导进行对故障的维修。
关于设备风险的评估以及智能预警，实现及时提醒设备系统可能固有的风险和隐患，同时可以提前预警设备发生的劣化性。从而达到有效防止设备损坏和突发事件发生的目的，着力对设备和机组的相关安全性进行保证。
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另外，在此基础上，检修水平也必须要进行提升，减少生产的成本，引进实时数据的设备动态管理先进技术，从而打破平常意义上的关于点检定修的说法，达到完全意义上的设备状态检修，从此达到极大减少生产成本的目的。
2.4 本章小结
本章主要介绍了电力行业信息化的基本概念，阐述了机组DCS与SIS的基本内容与方法，以及简单介绍了张家口发电厂机组现状、控制及信息系统的概况，为接下来的论文章节分析打下了基础。
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3 需求描述与分析
2006年底，张家口发电厂根据自身情况，决定建设全厂级的监控信息系统，并且以此为目的进行了需求、调研和分析。
3.1 基本构成状况
从建厂以来，发电厂领导非常重视对张家口发电厂的信息化建设。早在几年前，张家口发电厂就已经完成了MIS系统以及全厂局域网的网络。就在2006年的时候，张家口发电厂企业完成了建设覆盖了全厂各个不同的单位，拥有庞大数目为900多台的电脑客户端、服务器局域网络，从而完成本厂网络与Internet之间的链接。
并且建设了应用服务器，此应用服务器分别以 IBM小型机服务器、外加网络存储为基础的数据库服务器、以及以 Pc 服务器为基础。做到了囊括协同办公(OA)、资产管理、生产统计、燃料管理以及发电厂的企业门户网站在内的数目众多的 MIS 应用系统，安装了例如经典的关系数据库 ORACLE 等。为电厂的企业信息网络提供平台，一个以千兆以太网为主干的高速信息交换平台。
3.2 系统结构状况
张家口发电厂SIS系统的设计与应用，使用的数据库软件是由美国OSIsoft软件公司开发的PI （Plant Information System）实时数据库；建立一套独立于原有管理信息网络的生产专用网络；通过此网络使用PI接口软件采集1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#机组DCS控制系统，一二期脱硫DCS系统，一二期辅控DCS系统，远动RTU、电量采集系统以及NCS系统的生产实时数据；对生产流程进行统一的监视和查询。建立全厂的实时和历史数据库，满足SIS应用开发和各相关部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求实现信息共享。
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3.3 张家口电厂SIS系统设计
3.3.1 设计目标
张家口电厂SIS系统设计的总体目标是：设计一套厂级监控信息系统，此系统符合张家口发电厂特点。并且要求系统技术具有以下特点：稳定、成熟、功能完善，还有一定冗余性。
更加具体的要求如下面列举所示：
（1）实时/历史数据库[15]的集成对象应该为：电厂在生产过程中的不同控制系统对应的实时数据，以完成企业在生产的过程中的实时/历史数据库，继而达到不同的系统和部门对数据库资源的共享，并且为这些实时数据，提供一个可以用来管理和应用的平台[16]。
（2）作为重要的实时生产信息系统，此系统至少应具备：数据采集、数据应用、数据存储、数据库管理四个基本的组成部分
（3）实时生产信息系统供应的数据采集能力为：分布式的连续数据采集能力，通过这项数据采集能力，做到对生产过程中数据采集实时性的保障。
（4）系统并须与国内外相关方面的技术和行业所制定的标准相符合，符合系统的软、硬件平台同其他系统之间的相互连接的要求。
（5）在事务处理方面，实时生产信息系统还应该满足一致性与完整性。 （6）在安全方面，系统必须能够保证数据的安全。例如：有运用合适的加密措施来预防数据危险、还能给出数据备份的措施以保证数据的恢复，在用户身份方面还能提供身份认证、不同身份的级别及权限管理和相关操作以及审计等。
（7）如第三条所示，因为系统采用了分布式的体系结构来组成，故这种结构应能对系统的开放性以及可扩展性进行保障。
（8）实时生产信息系统还应该关注的方面，就是系统的易用性以及可维护性，从这个方面给系统提供关于运行状态的实时监控信息。
（9）实时生产信息系统应保证生产过程数据的完整性，确保原始数据的准确性及一致性，为生产操作人员和管理人员提供实时/历史数据图文展示，为生产过程优化及辅助决策等管理方面的应用软件提供基础数据。
（10）实时生产信息系统应该保证系统的高可用性以及高可靠性，应该做到对容错配置的支持。
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3.3.2 数据库设计
在数据库设计这方面，由于传统意义上的ORACLE数据库这种关系数据库根本不能完成电厂项目大量实时以及高精度数据存储并处理的要求，从这个方面出发，我们并须采用更专业的实时数据库系统。
在国内外，能够满足这种要求的实时数据库产品种类繁多，然后依照此系统关于需求方面的调研以及对SIS在电厂实施的相关经验，我们继而选取了在国际比较领先并且非常好用的 PI 实时数据库系统[17]。
PI实时数据库系统能够在线存储并处理上万、十几万甚至几十万以及更多点的实时数据。PI实时数据库系统供应与之配套的接口软件和相关的绘图工具，通过这项配置就可以实现制作监控画面。
PI 实时数据库系统能够极大地满足SIS系统在数据量大和实时性高以及安全可靠等等方面严格的要求。
3.3.3 软件体系结构设计
对于张家口发电厂的监控管理系统来说[18]，SIS软件是整个系统最主要的的核心部分，SIS软件包括以下几个方面：数据采集接口软件、客户端应用软件、支撑软件、数据库系统等。
依照本次项目技术方面的特点，软件采用的是分层体系结构，从下往上看依次分开为四个层次，即：最下层的数据采集接口软件，其作用是连接不同的生产控制系统、再往上一层的PI 数据库相关软件、上面第二层包括信息发布等的支撑软件、第一层的客户端应用软件。整个分层的构造如下图 3-1 所示。
3.3.4 网络及硬件平台设计
张家口发电厂SIS系统主要由以下几个方面组成，它们分别是：实时数据库软件、PI 双机服务器、信息网络系统、隔离器、数据采集接口机、专业辅助应用软件等。
其中实时数据传输过程需要传递的载体，即为网络系统，而作为系统存储和处理中心的则是实时数据库服务器和软件，作为SIS系统和不同的控制系统之间连接的信息桥梁则是数据采集接口机[19]。
本系统的关键和核心则是不同的控制系统和SIS系统的接口软件。 张家口发电厂SIS网络与硬件系统结构图如图 3-2。
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图 3-1 SIS分层体系结构
图 3-2 张家口发电厂网络与硬件系统结构图
3.3.5 数据采集接口设计
对于PI数据库来说，它的基础和数据来源就是数据采集接口。
在本次项目中，作为重要的数据采集程序，它在单独的接口机上进行运行。这种单独的接口机分别与以下各种系统相互连接：
RTU 系统；
电气网控系统（NCS）系统；
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各生产控制系统包括 DCS； 辅控控制系统； 实时数据库服务器； 脱硫控制系统； 电量计费系统；
通过与这些不同系统之间的相互联系，进而实现对生产过程中实时数据的稳定采集，并且同时实现不同的控制系统之间以及与其他系统之间的安全隔离。
除了拥有向数据服务器发送数据这项最基本的功能外[20]，每个接口机，同时还具备存储数据以及按要求显示数据的功能。通过这项功能，可以是历史数据的时间延长一周甚至更长，更加有效的提高了系统的功能。
按照系统所具有的不同情况，SIS系统应用了两种完全不同的关于数据采集的接口方式，既遵循原厂制定标准的OPC接口软件以及在PI-API基础上通过自主研发出来的接口软件。
而本次项目所做的系统既有第一种接口软件，又具备第二种自主开发的接口软件。而SIS系统与其他不同的控制系统之间的接口设计，其各个接口之间的连接方式如上图3-2所示。
3.4 本章小结
本章主要介绍了张家口电厂的信息化基本构成状况及系统构成状况，阐述了同类产品的研发现状，最后对张家口电厂SIS的设计与应用需求进行了简单分析。
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4 网络总体设计与规划
本章对总体设计的原则进行了概述，并且阐述了总结设计的要求以及对总体设计进行了详细的描述。通过网络需求的分析以及网路配置的原则的概述，为下文进行更详细的系统设计做出必要的准备。同时对网络结构也进行了描述，分析了系统的基本组成。
4.1 网络总体设计的基本原则
一般火电厂不同的控制系统之间彼此独立，使得不同的控制系统之间，彼此的数据无法满足实时相比的要求。针对这一特点，建立厂级监控系统。
厂级监控系统是基于信息集成为基础，并且将不同的控制系统之间的数据实时地综合到一切。
厂级监控系统[21]能够有效地实现不同控制系统间数据的交互与共享，并同时能够有效地保障DCS系统的安全，从而达到稳定通信的目的。此系统还能有效地为MIS系统提供有用信息，从而完成生产与管理的现代化、信息与资源能够共享的任务[22]。
为了满足张家口电厂的要求，提出了SIS系统的需求，本次项目就是针对张家口电厂设计了合理有效的SIS系统的方案和技术。总的说来，详细考虑下面几个不同的方面：
(1)采用的SIS系统架构的技术必须是与时俱进并且稳定成熟，当系统未来需要新增系统功能时，设计的系统必须能够满足这一扩展需求。
(2)遵循以下四个方面的基本指导的原则：统一领导、统一规划、分级管理、共同建设；
(3)以业务需求作为整个SIS系统的基础，并且有效地规划张家口电厂的系统建设，能够作到在生产运行过程中，更有效地做到经济、高效，并且让整个电厂系统的性能更加完善，并且做到价格比也能最优[23]。
(4)站在目前系统的应用需要的角度上，在设计数据库容量和网络容量的时候，要更加注重的两个方面则是系统的可扩展性和实用性。更加合理地考虑到张家口电厂目前的应用需求，同时也要充分照顾到未来应用扩展时的需要。
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4.2 网络总体设计
因为生产规模巨大外加装备相对分散以及繁多的数据量，处于对张家口发电厂维护与管理的目的，张家口电厂使用分布式构造结构来建立实时/历史数据库系统。分布式结构的原理即是采集数据的方式是利用数据接口分布式采集，集中对实时/历史数据进行管理。
在SIS系统核心机房的位置，安放两台实时数据库服务器，在此基础上再设置一台磁盘阵列。整个服务器系统的功能是：集中所有生产数据、利用网络连接接口机与控制系统。出于保障数据实时性的目的，生产数据上网点即是其最近的上网点。
以实时数据库的角度来说，对于数据点(TAG)的处理，可具有扩展其容量的方法。除此之外，还可以调节数据的调剂频率，以便对相异特征的数据使用相异的采集频率，可以得到最完美的数据量以及最合理使用系统的各种资源的目的。
能够在线的情况下完成实时/历史数据库系统对各项工位号的系统操作，比如：工位号的修改和删除以及增加等及其属性值的变化。各管理人员能够在数据库提供的服务上了解实时的生产情况和现场装置的运行。网络上连接的每一个工作人员使用的PC机都可以用B/S方式对存储在服务器中的生产数据进行浏览。
管理人员可以通过工作室的电脑实时了解与DCS系统同步的系统生产数据。作为一个可以扩展的数据库系统，以接口为中介，实时数据库系统在之后的新装置都能直接连接。
按照目前应用系统以及网络环境两者的基本情况，可以从逻辑上划分整个SIS系统，大致分为I、II、III、IV四个区域。每个不同区域只能上下层之间访问，并且访问方式唯一及具有标注确定的网络接口。I、II两区之间安置有正、反向安全隔离装备，对访问采取措施进行控制。I、II区之间与III、IV之间安置着国产的网络防火墙；并且具有检测系统检测网络入侵以保障安全，对SIS系统进行严密的控制和检测以及管理，不管是不同区域之间还是不同方向级别之间都要进行安全管理。
规划好所设定的安全区域，就能够重新部署目前的业务系统，将其依照安全技术的需求安置到对应的区域[24]。
整个张家口电厂监控系统的总体拓扑结构如下图4-1及图4-2所示：
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图4-1 张家口电厂SIS系统总体拓扑图
图4-2 张家口电厂SIS系统总体拓扑图
结合张家口电厂所配置的燃煤机组的系统基本特点，设计张家口电厂的SIS系统的应用功能[25]主要如下面几个方面：
(1) 管理与监视整个张家口电厂的生产过程：采集整个控制系统的生产数据，并对这些采集的数据进行相关的数学处理[26]。如：生出整个电厂的生产曲线或者报表。
(2)对设备如何操作的指导以及对优化曲线的运行。 (3)厂级/机组级不同情况的性能计算以及应用功能的分析
4.3 网络需求分析
作为张家口电厂的监控管理系统，SIS系统网络[27]必须能够在以下几个方面做到重点照顾和满足：
（1）能够确保庞大数量生产过程中的实时信息获得高速的传输和交换，做到及时地响应用户发出的不同应用的要求。为了满足这项功能，系统不可避免地要
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采纳高速通信网络技术。
（2）对于系统内的链路冗余设计以及系统内最重要的设备设计，它们必须保障系统持续并且不间断地给优化管理以及生产运行提供有效地服务。
（3）通过应用安全网通以及网关机外加最常用的防病毒软件等多种防护措施，再通过对SIS系统与控制系统网络和SIS系统与MIS系统及公众网络进行隔离，以达到保障SIS本身安全和现场控制系统安全的目的。
4.4 网络配置原则
(1)从一般SIS系统构建原则上来说，SIS系统必须为一个独立的网络系统。作为一个独立的网络系统，它的构造方法是：通过防火墙或者物理隔离设备继而连接到外部网络，再通过相应的接口设备连接下层的控制系统[28]。通过这个构造方法，达到SIS系统和下层系统都能够安全工作的目的，同时保证在数据共享的基础上使得整个系统都能够安全有序地运行。
(2)之于网络架构而言，它必须适应于发电厂规划的容量大小，继而能够保证系统的可靠使用和扩展。故其网络架构适宜应用EIEE802.x标准。网络架构过程所用的协议为互联网默认标准TCP/IP，通过网络协议TCP/IP减少相异网络可能带来的不便和其他更棘手的问题。
(3)对于网络主干通讯的负荷率而言，它的数值必须小于等于40%。同样，作为系统的数据库服务器外加系统的计算机功能站CPU，它们的平均负荷率数值也必须小于等于40%。
(4)系统数据库服务器与核心交换机之间的通讯速率数值必须≥1000MbpS；SIS系统与接口设备之间的通讯速率数值必须≥100Mbps；同时，计算机功能站与其他节点计算机终端之间的通讯速率数值必须≥100MbpS；下层控制可以根据具体情况而定[29]，但其中一个很重要的前提条件就是：下层控制网络接口通讯速率的数值不得小于下层控制网络的通讯速率。
(5)网络架构的设计方法是分布与集中相互结合。定位在主干网络的有：计算机功能站和核心交换机以及系统的数据库服务器，通过路由交换机制的方法交换其他计算机的数据。
(6)作为系统最重要的组成，核心交换机和数据库服务器以及主干网络这三者应用的是冗余配置，方便在系统发生故障时能够进行自动切换。
(7)作为采用了C/S或B/S的开放性体系架构，其中可以使用了多种协议。至于接口规范与数据访问都采用通用标准的构造，从而使系统具备了非常良好的可扩展性。
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(8)具备可以远程访问系统外加供应远程服务接口的能力。
(9)所有在系统内的各种设备必须具有同一的同步时钟，同时所有系统内的设备应该按设定标准定期的与同步时钟校对，当具备一定的条件时，该同步时钟还可以成为MIS系统以及下层控制系统两者的同步时间标准。
4.5 网络设计原则
通过仔细研读以上配置原则与需求，建立的管理和使用的SIS网络系统应嘎具备以下几个特点：安全、可靠、高性能、同时可扩展易扩充。总的说来，网络设计原则必须满足：
（1）安全性与可靠性
不论何种系统，其在整个建设过程中，系统的安全可靠性原则都是进行建设的基础。
尤其是SIS系统，其对于网络系统的安全可靠性的要求更高。要求SIS系统中的各级网络首先应该具备管理能力和网络监督的能力。一定程度地照顾到系统线路的冗余性以及系统中的关键设备，使其可以在生产过程中进行在线的修复、扩充或者更换的功能。还要保证整个系统和数据传输的正确性，以及建设适当的保护性设施用以防止异常情况。
保证安全作为最主要的第一原则。
由于SIS系统连接现场控制系统使用的接口设备，因此，更要保证SIS系统和控制网络的安全和可靠性，在SIS数据单向传输到系统得到保证的前提下，从而实现MIS系统与SIS系统进行相互连接和信息之间的共享。
按照系统的不同情况设置例如防病毒软件和安全网通等等措施来控制系统，以达到保证网络安全的运行，从而实现未经授权将被拒绝访问的功能。
（2）标准化与开放性
在整个系统的总体设计之中，采用的体系结构应是开放式结构，其目的是为了让网络的扩充更加容易，彼此之间相互独立的子系统组合调整也更加简易。
当需要对业务进行扩展时，可以不作任何修改或者仅仅是少量修改，系统就能够满足新业务的需求，进而做到更加有效地保障厂方投资的目的。
（3）先进性与实用性
由于目前各项网络技术的迅速发展，使得不断有新的设备涌现出来并且逐渐趋于成熟。在此基础上，构建的系统不但要满足最基本的实用性，其起点也应该要高。故在系统的构建过程中，尽可能地使用最前沿的网络技术和最先进的通信设施。为了使系统能够适应今后快速发展的需要，就要将计算机网络的技术水平
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从一开始就在一个较高的网络层次上进行定位。
构造系统的同时，在硬件的先进性以及网络架构方面也要进行非常详细的考虑。使用的硬件基本来自以例如DELL、CLSOC或者赫斯曼这种在业界有比较领先技术的厂家，更加完全地使张家口电厂的设备和技术得到高要求的保证。
然后在网络的设计之中，首先应该注重的是易用性、实用性、以及非常强大的技术支持。从这方面而言，最佳的选择无疑是业界公认的厂商及其所制造的产品，例如：Cisc 、DELL、赫斯曼、IBM等等。
（4）可扩充性及经济性
此网络系统的建设同样需要看重的一方面便是经济性，建立在完成最基本的系统目标的基础上，争取以最少资金的投入获取最大成果的收获[30]。同样，随着张家口电厂企业的发展，网络系统的建设也应该随之发展。
4.6 网络结构
接口机
采集数据的源头是DCS以及PLC中，根据系统设定的一定时间间隔，运用单向数据的传输模式将数据写入到数据库中。
接口机作为监控网络的接口和网关，同时也是生产控制网络的接口和网关。接口机的作用是数据传输以及隔离，另外能够实现的作用如：数据的压缩传送以及数据缓冲等等。
SIS数据库服务器
SIS数据库服务器的功能是运行数据库管理系统，利用压缩方式的技术，对机组的运行数据以及运算的结果进行长期的保存。同时配合着客户端、功能站以及与之相应的软件，对数据进行相关必要的操作，例如计算、检索、报表、分析等等[31]。
SIS网络
为了达到网络系统安全运行的目的，网络系统采用的方式为冗余方式。与接口机、监控系统服务器以及功能站等等的计算机网络进行相互连接，其中涵盖了通讯光缆（电缆）以及网络交换机等各种不同设备。
客户端
客户端的主要功能是以各种方式（例如列表、图形、打印等方式）将运算结果或者全厂各种实时/历史数据进行显示，同时具备最基本的数据检索的功能。
功能站
功能站主要由网络维护站以及计算站等。网络维护站的基本功能是病毒的检
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测以及网络的管理。而计算站的主要功能则是：将从SIS服务器得到数据，通过各种计算、诊断、分析等等辅助软件，从而把运算得到的结果回写到数据库之中，或者在客户端以各种方式显示出给客户。
实时/历史数据库系统
实时/历史数据库系统完成对数据进行压缩并且长期保存实时/历史数据的目的，有数据众多的连接控制系统的接口，具备的功能有数据点管理、信息发布、接口管理等等。
隔离装置
出于对监控系统以及控制系统(DCS、PLC等)的安全性[32]以及可靠性保护的原则，必须加装可靠的安全隔离的装置在监控以及管理网络两者之间，以便只同意监控网络向管理网络的方向传输必要的数据。
对于监控网络连接以及管理网络的方法，按照国家经贸委30号令的隔离要求，必须使用的安全隔离装置具有物理链路，做到十分完全地杜绝管理网以及互联网可能入侵的病毒，以及对系统的非法入侵可能对控制监控网络造成的严重侵害。
4.7 本章小结
本章对总体设计的原则进行了概述，并且阐述了总结设计的要求以及对总体设计进行了详细的描述。通过网络需求的分析以及网路配置的原则的概述，为下文进行更详细的系统设计作出必要的准备。同时对网络结构也进行了描述，分析了系统的基本组成。
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5 应用总体设计与规划
本章主要对系统的总体设计与规划进行描述与讲解，分析了数据库使用原理以及系统所采用的PI数据库及其构造方法，再者对系统所要完成的功能以及如何完成这些功能进行了详细说明。最后对监控平台的实现进行了重点的分析，以及将厂家监控平台以及报表系统作为实例进行说明。
5.1 应用总体设计目标与要求
张家口电厂SIS系统生产网络方案为（见张家口电厂SIS结构图）：信息中心机房设置一台服务器机柜，机柜里放置两台IBM X3650 PC服务器、一台磁盘柜构成的双机服务器(PI双机服务器)，一台用于RTU系统的PI接口机和一台华为3com S3026交换机，PI双机服务器和PI接口机连接到该交换机上。在四个单元及各单独系统电子间配置一台网络机柜，在该机柜内配置系统所需的PI接口机、物理隔离器、华为3com S2126二级交换机；各生产控制系统链接到PI接口机，PI接口机经过物理隔离器连接至二级交换机；其中＃2、#3和脱硫日立系统以及辅控系统是首先经物理隔离器到PI接口机，然后连接至二级交换机；华为3526交换机放置再张家口电厂生产楼实现汇聚功能，各二级交换机经光纤联入汇聚交换机，它与信息中心华为3com S3026通过光纤相连。
张家口发电厂SIS建设的一个重要方面就是建设SIS生产网络，我们在离生产现场较近的生产楼设置汇聚交换机华为华为3com S3526，各套系统先联入汇聚交换机，然后汇聚再联入SIS服务器，SIS服务器经防火墙联入MIS网络。因张家口发电厂面积大，需要联入SIS系统的生产系统较多，而各套生产系统的距离又很远，所以各套系统的联入需敷设光纤。其中1#和2#DCS（一单元）、3#和4#DCS（二单元）、5#和6#DCS(三单元)、7#和8#DCS（四单元）、一二期脱硫DCS系统、一二期辅控DCS系统、电量采集和NCS系统到汇聚交换机各一根光纤，汇聚交换机到SIS服务器现场需一根光纤，共需敷设8根光纤。
SIS系统另一个重要组成部分就是SIS实时数据库与现场生产系统之间的接口。张家口发电厂各套生产系统各不相同，联入SIS系统的接口难度也不同。其中#1机组DCS采用的是Honeywell公司的控制系统,该控制系统型号较老，本身没有考虑与外部系统的数据通讯需求，研究需在该控制系统GUS站上安装Honeywell的PHD系统，安装完毕后在PHD上进行配置，该配置较为复杂，但是不影响DCS系统的安全使用，同时在配置完成后在PI接口机上安装相应接口软件，实现#1机
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组与PI系统的数据通讯。
#2机组、#3机组、一期脱硫系统、二期脱硫系统采用的DCS控制系统是日立公司的HIACS系统,该类型控制系统已考虑DCS系统与外部系统的数据通讯需求。HIACS-5000M控制系统与外部系统数据通讯是通过工程师站往外广播数据来实现的。
4#机组DCS控制系统采用的是Siemens的Teleperm Me系统,这套机组控制系统都分别有一台浏览站安装了WIN IS软件,该软件可以通过DDE方式与PI系统进行数据通讯。
5#、6#、7#、8#机组采用的DCS控制系统是METSO公司的MAX1000+PLUS,这四套机组控制系统都分别有一台值长站。PI标准接口软件需要MAX1000+PLUS控制系统的动态库SBP.DLL来完成与控制系统的数据通信，这需要进一步研究。
RTU远动数据系统采用的是天津汉拓公司开发的电力监护神软件，电量采集系统采用的是北京煜邦电力技术有限公司开发的MPTMS2001电量计费系统，RTU远动数据以广播的方式发送到MIS网上，使用PI接口软件即可将远动数据传送到PI系统中。电量采集系统数据进入到该系统的ORACLE数据库中。通过接口机安装PI-ORACLE接口软件，可实现通讯。
NCS系统是南瑞公司开发的系统，该系统需要具备提供相应的通讯协议（104规约）进行接口程序的开发,这样根据通讯协议（104规约）开发的接口程序,可实现NCS系统与PI系统的数据通讯。
一期辅控、二期辅控系统采用的DCS控制系统是四方公司的系统，需采用ABB通讯规约进行对外通讯，可研究通过此规约的方式进行对外通讯。
张家口电厂这么多生产控制系统联入SIS系统，共需传输测点约10万，传输频率为每5秒一次；而厂内生产统计系统、绩效考核系统、烟气污染物排放系统、振动监测系统等众多MIS系统需要从SIS数据库读取数据满足应用；这都对SIS服务器的性能提出较高，SIS服务器的设计使用就成为我们研究的一个方面。
5.2 数据库的设计概述
5.2.1 SIS数据库功能要求
实时数据库系统是数据库系统的一种，它的主要功能是能够支持实时事务、实时任务调度以及实时并发控制。
由于在张家口电厂的生产过程中，将产生庞大的数据量，并且这些数据都带有独特的时标。针对这种数据情况，不能采用普遍而言的关系数据库来存储数据。
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解决这一类数据的存储管理问题，其中有一种比较理想的方案就是使用实时/历史数据库系统。
与系统下层数据采集的范围和精度有直接关系的便是实时/历史数据库对数据的存储容量以及存储的效率问题。在SIS系统中的实时/历史数据库，它所有具有的最主要的功能特点如下面列举所示：
(1)实时/历史数据库的集中对象则是企业整个生产过程中产生的数据，包括采集控制系统在全部生产过程的实时数据，人工手持设备的数据、人工手动输入的数据以及除此之外的系统产生的数据。通过集成这些数据，形成一个实时/历史数据库，该数据库标示信息完整的生产过程，并因此达到整个电厂范围内对实时/历史数据库资源共享的目的。
之于手持设备而言，例如不与其他系统或者计算机进行数据交互的专用手持设备，它的作用可以实现将数据直接汇入到实时/历史数据库服务器当中。
(2)系统必须用统一的GPS时钟来管理，通过统一的GPS时钟来保证分布数据源的数据时间戳的一致性原则。
(3)能够具备与DCS、TDM系统、辅控网以及电网调度系统进行数据通讯的功能，同时也应该具备查询的功能以及实时信息统计分析的功能，并且能够对实时画面进行需求的组态和编辑。
(4)对于数据库的标签，采用的编码方式为统一编码。
(5)能够在线对实时/历史数据库进行维护，其中囊括了之于浏览器的基础上对数据进行维护的管理方式。对于那些不能自动采集的数据，使用的方法是手动输入法。为了能够保障自动采集的数据的安全性原则，必须对数据进行权限管理的设置，使其不能进行如何修改。
(6)在设置关于数据标签的数据精度、采样频率以及安全等级这些不同的参数时，必须按照不同的要求对压缩数据的精度以及压缩比进行完全不同的设置。
(7)可以用SQL查询工具对服务器信息、二次计算的数据或者统计数据、以及数据标签的属性以及数据等等进行查询。
(8)一些对计算结果影响较大的过程参数，不论是实时或者历史数据，都不应该对数据进行压缩处理，以防止在计算结果时出现错误与误差，必须保证准确性和对实施指导的有效性。另外一些不应该进行压缩的数据例如：供电参数、供热参数等等。
通常的系统建设中，比较常见的实时/历史数据库系统有如下几种：PI，IndustrialSQLSerVer，EDNA，iHIStoran等等。
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5.2.2 数据压缩原理
作为一个SIS系统，大量的过程数据需要采集与存储[33]。其中典型实例如一个2X300MW的机组具有的标签数据点便达到了30000之多，并且这30000多的数据随时随地都在不断地变化[34]。即便是以秒级为间隔来保存这些数据，则随着时间的推移，采集的运行数据都是一个庞大到不可思议的数目，将占据及其庞大的数据存储空间，这样，就给长期保存数据以及对数据进行检索带来不便[35]。
下面举一个例子进行计算，对于一个应用，如果其有10000测点，并且将它的更新率设置为1秒，则：
每天的事件个数为：86400*10000=864000000； 如此计算每年需要保存的事件数目为：315000000000；
对于这么庞大的数据，传统的关系型数据库明显是不够用，这就诞生了新的数据库—实时/历史数据库。
实时/历史数据库对数据进行保存时都将采用最广泛的压缩算法。通过压缩采集的数据，就能将采集来的数据进行压缩，以便其减少到原始数据量的几十分之一甚至更少，对存储与检索效率进行了极大地提高。
如下图5-1所示
图5-1 数据压缩存储方法
压缩的原理定义如下：首先对送出后的最新事件进行判定，判定的原则则是规定的压缩条件，主要看这事件是不是归属于重要事件。如果不是重要事件，则直接将其去掉；如果是重要事件，就将其送入到数据库中进行存储。
同例外报告同一性质，压缩也可以说成是一个滤波器，但它们的不同之处在于：压缩条件决定的是被送入档案的应该是数据库中的哪一个事件，而例外条件则是决定送入数据库的是哪一事件。总的说来，两者的作用方式大致相同。
关于不同的数据的指标以及其所采取的压缩技术可以按如下进行分类：时间压缩、无损压缩、有损压缩、开关量压缩、模拟量压缩、压缩量估计等。
（1）频度压缩(Huffinan压缩)
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按照数据出现的频率来决定字符所需要的长度就是通常所说的频度压缩方法。
举一个例子：一个数据块如若包含1000个字符，采用的表示方法为ASCII码的表示方法。由于每个字符所需要的存储空间为1个字符，则此数据块符合常规[36]表示所需要的存储空间则为1000字节。
但如果知道字符在数据库中出现的频度，就可以按照这种频度来对表示字符位数进行调整。
1000字的数据块如下表所示进行压缩如下表5-1所示：
表5-1 压缩数据表
字符 ‗a‘ ‗b‘ ‗c‘
出现次数 950 21 29
表示 1 00 01
位数 1 2 2
那么保存大小相同的数据块所需要的存储空间为： 950*l+21*2+29*2=1050=132字节 （2）死区压缩
采集死区压缩是指在接口站端，采集器将所采集的的过程数据根据预定义的死区过滤后发送给数据库管理系统，如果该死区定义为0，则表示如果该标签的当前值与前一个值不同，则把当前值发送给数据库，如果完全一致的化，该值被过滤掉，因此死区为0时相当于无损压缩。
（3）矢量压缩
例如一组数据的存储问题如下表5-2所示：
表5-2 矢量压缩数据表
时间 29-jul-0310:01:00 29-jul-0310:02:00 29-jul-0310:03:00 29-jul-0310:04:00 29-jul-0310:05:00
数值 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0
常规存储 16字节 16字节 16字节 16字节 16字节
压缩存储 16字节 0字节 0字节 0字节 16字节
常规存储方法占用的空间大小为80字节，压缩存储占用的空间大小为32字节。
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在几何知识的基础上我们可以看出，所有这些事件都处于同一条直线上。根据这点性质，我们可以得出结论：只存储起始和结束两个事件就是效率最高的一种存储方法，因为所有事件都在同一条直线上，故不需要将所有事件都按照原则存储起来。按照存储首尾事件的方法，事实上根本不影响存储的准确性，一旦用户想检索任一事件，它必定处于这条直线上，那么就可以根据存储的数据值对直线进行插入操作。
建立在变化率基础上的矢量压缩原理如下图5-2所示。
图5-2 矢量压缩原理图
按照如图所示，根据数据库管理系统对采集器收集的数据进行判断，因为新采集的数据点C，其所在的点处于A、B连接而成的直线上，或者落在斜率变化允许的范围内，则A、C之间的B点不会被作为数据文件而被记录。
然而在采集E点处的数据的时候，由于DE直线的斜率已经超过了CD直线斜率变化所允许的范围，说明D点是一个拐点，则将D点作为数据文件而记录下来。按照这种原理的计算，接下来的G点也作为数据文件而被记录。图中的B、C、E、F、H、I这六个点都被作为可压缩的数据文件而没有进行处理，但是已然可以根据插值的算法将这些数据文件回取。
建立在变化率基础之上的矢量压缩方法中，用户可以根据不同的I/O点不同的情况，继而单独定义斜率的变化率。如果斜率的变化率定义为0%，就表示在记录数据的过程中，如果采集的数据文件一旦与原有斜率稍微不同，那么数据文件就会被记录下来，这种记录方法记录下来的数据称为无损存储。
建立在上述压缩原理基础之上的存储压缩方法常见的有如下两种：iHistoma
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的归档存储压缩方法以及PI的旋转门压缩方法技术。
如若一个记录的数据，它值的大小正好落在档案中数据连成的直线上，则旋转门压缩技术将把这个值去掉。作为快照分系统，每当它接受到一个新值的时候，若以往的记录的数据其中的任何一个数据都不处于压缩的范围内，那么前一数值将会被记录。正好可以用一个平行四边形阿里描述这一偏差范围[37]，宽长正好为两倍于规定的压缩偏差，而上与下两边分别为上一次和新的记录数据数值。
5.2.3 PI 实时数据库系统
在实时/历史数据库系统中，PI实时数据库[38]是其中比较典型的一种。它的主要构成是：主节点PI Universal Data Server、PINETMGR子系统和API节点以及PINET节点。其中各自的功能为：主节点用于存储数据，安装接口在上面实现数据的转换功能；子系统实现和管理不同子系统相互之间的交互；而子例程可通过API[39]连接PI Server中的数据；并且其具有排序和扫描这样的基本功能；PINET为PI主节点的备用节点，即使接口是从PI主节点上移除的，PINET也能接受。
PI实时数据库的主要功能模块如下： (1)系统服务器软件模块
快照子系统PISNAPSS：离每一个测点的最近的值； 基本子系统PIBASESS：PI的店数据库存储； 存档子系统PIARCHSS：系统全部测点的存档数据；
信息子系统PIMSGSS：在信息子系统失效的时候，PI就会将这个在NT的信息日记中写出。就能够在今后重新找回数据。
刷新管理子系统PIUPDMGR：它的作用是对单独一个客户的进程对当前数据请求进行追踪。如果请求实时数据的不止一个客户端，则要在同一时间内维持数目众多的队列，然后按照设定的优先算法对客户端进行逐一分配。
(2)客户端软件
PI-ProcessBook：作为PI系统中其中一个主要的客户端软件，程序使用最常规的图形用户界面，用户可根据自我需求，制作各种关于监控画面以及动态图形，动态图形如：趋势图、棒图等等。
PI-ActiveView：作为WEB客户端的应用软件。其最主要的作用可使用户是在浏览器中发布PI-ProcessBook生成的各类画面。
PI-DataLink：作为PI系统中客户端软件，它的主要性仅次于PI-ProcessBook。通过Excel的嵌入菜单，用户可以与PI系统数据实现交换功能，可以更加方便与快捷的使用PI系统的实时/历史数据，进而对电子表格进行填充并快速地生成分析
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报表。
在本次项目中的数据库功能配置
为构成使用并且先进的解决方案，在本次项目中，将选用的软件为WINDOWS服务器软件平台企业版PI最新版本、WEB发布组件PI-ActiveView以及如PI-PB等的客户端软件[40]。更加详细的配置方式如下图5-3所示。
图5-3 详细的配置方案
5.3 应用功能设计
开发和研究张家口电厂的SIS监控系统，就是综合了现阶段电力市场化的运行模式以及电厂在自动化运行过程中的需求。这不论是需要整合现阶段下层次的―自动化孤岛‖的情况，亦或者是填补―信息鸿沟‖（管理信息系统与过程控制系统之间），都具有极其重要的关键作用。
开发SIS监控系统是为了适应大多数电厂的生产方面的需求，若为了减少那些重复性的工作，其中比较实用的一种方法是研发可以重复开发的组态软件，这不论是推进电厂信息化的进程还是推进电厂的优化运行[41]，都具备极其重大不可代替的作用。
出于保证张家口电厂经济与安全运行的目的，整个系统软件包的开发研究应该包括：关于故障的诊断以及对设备状态的检测、系统生产过程中的统计以及信息检测、厂级运行时的优化调度、各种设备的性能计算以及性能优化、对设备的
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管理以及其寿命的检测、整个系统的经济性优化与分析这六个不同方面的功能子系统。
在开发与研究过程中，不同子系统可以独立进行开发，但相互独立的子系统应该可以进行实时的信息交互[42]。
综合上述要求，建立在张家口电厂SIS平台的实时/历史数据基础之上。开发与研究将会应用到优化算法，例如：遗传算法、神经网络以及人工智能。从而实现全厂机组负荷优化调度软件包和机组的故障诊断、性能分析软件包等。
出于保证电厂可靠和经济以及安全运行的目的，对节能降耗有极其重大的作用。与此同时，对电力市场―厂网分开、竞价上网‖的运行模式的发展与进步也有极其重大不可估量的作用。
5.3.1 厂级生产过程监视和管理
作为SIS系统应用之中最基本的功能，不论是生产过程中的信息采集或监视抑或处理，具体情况都是以整个电厂不同生产过程控制系统的实时数据采集为基础，继而对这些数据进行统计分析以及综合处理，得出关于生产过程的报表及曲线。使得用户不论处于哪一个终端之上，都能统一查询和监视整个生产流程，从而完成生产数据信息的共享的目的[43]。
实时监视整个电厂的生产状况，以多种监视方式例如趋势图、生产模拟图和参数分类表以及棒状图[44]等等，进而对机组及车间的设备状态和运行参数进行实时显示和管理。
可以统计分析以及综合处理整个电厂的生产过程数据。并且能够依照买方的需求，形成并且能够查询和监视以及打印整个电厂的生产报表和曲线。通过C/S或者B/S方式发布实时信息并且完成班组与班组小指标竞赛的目的。
5.3.2 基本功能
(1)达到监视需求的单一画面动态的数值以及模拟图形，图形画面可使用国标准的汉字编码方式。对于实时数值刷新要求，其周期不能超过5秒，而同等要求的画面刷新周期也是5秒。
(2)在张家口电厂生产过程和辅助公共控制系统，外加关于输煤辅助系统的控制网络。SCADA(电气网络监控系统)、RTU(发送单元)[45]以及电能计量系统等都将统一查询和监视不同生产流过程[46]。
(3)SIS系统能够根据企业需求形成不同报表，形成电厂所需要不同报表的依据
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是企业的具体规划情况。不同报表例如：(时、值、日、月、年、小指标竞赛)报表等等。
依照企业管理分工原则和实时性原则各自由MIS和SIS以及DCS来实现不同的报表要求。为了完成报表拓展目标，必须使报表能可以支持像MicrosoftExcel这样的图标软件。
(4)关于生产技艺过程监控画面的准确组态，得到的画面可以有效地反映不同功能的特点；并且能够准确显现生产过程中的各类指标以及信息；可以以各种不同的图形以及参数数组来实现画面的显示。关于用参数完成的画面显示，必须能够定义最值以及平均值等。
(5)整个系统还应该有其他各种功能，例如：显示画面的拷贝以及报表打印输出等。同样需要定义的是友好而直观的用户操作界面。
5.3.3 生产流程监控
为了满足生产管理和运行操作以及设备管理人员的相异需求，远程监视模块有多种显示的方式。这些方式既完善又灵活，能更好地监控生产过程，并且使管理人员更完美地决策管理以及调整操作[47]，指导其对系统与设备以及生产过程进行研究和分析。
生产流程监控包括的主要功能如下所示：
口显示数值的方式：实时更新画面数据还可以在此点不同的状态显示各异的颜色，标识正常和报警以及质量坏等情况。在画面上表示出来的变量，使用者能够非常简易地修改、删除以及添加等操作。还可以组态修改背景的颜色以及数值前景等等。
口浏览并且显示数据的方式：数值的浏览方式是建立在表格形式基础上的分类浏览方式。作为分类方式进行浏览，其基本的分类有以下几种常见方式，如正常点、报警点、故障点以及开关量点和模拟量点。同样也能够以关键字段进行检索操作，关键字段的分类方式有如下几种常见，如工程单位以及说明和标签等等。
口显示趋势的方式：不同参数在时间上的趋势与变化均可得到显示，并且可在线修改曲线的颜色与形状或者关于上下限在不同点上的显示以及不同趋势各有不同的长短时段[48]。并且可以将这些显示的趋势内容通过EXCEL电子表格得以保存起来。
口显示X-Y图的方式：通过绘制随意确定数值的X-Y图，以便帮助对阀门的特性进行分析。
口实时显示机组运行状态和相应数据：整个系统生产运行状态，每个在监控
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网络上的客户端都能够通过其得到了解。有多种显示方式。
口具有打印曲线、数据以及图形的功能。 口具有关于对设备现状以及过程数据的提示。
口当报警系统在生产过程响起时，能按照指定得到相应的弹出画面。 口为了更容易对机组过去生产状态的比较与分析，在客户端上将历史数值表以及发展趋势进行显示。
口显示棒图的方式：为了方便进行对比参数，即利用数值向颜色可组态棒图的转化。另外的显示方式的有饼图与仪表指针等。
口实时监控控制设备的现状以及PLC/DCS网络情况。
口可以同一时刻显示数个不同的画面，在系统中不限制画面数的存储。 口简易的图形组态属性：为了适应相异客户的需求，在客户端上使用者能够组态出趋势图画面以及全新的流程图。
口具有非常强劲的图形组态的库，极易放出不同内容以及美好界面的画面。历史趋势模块获取数据从数据库系统中，并且能够按照标签描述及号码来实现精确或模糊查询，达到更快速调用参数趋势图的功能[49]，更具有比如生成参数曲线和回放历史参数等多种有效功能，其中主要的功能如下所示：
口具有以毫秒级为单位的分辨率显示的效果。
口简易的显示选择性：显示曲线的颜色选择、历史时间段等等。 口用鼠标对曲线的任意显示区域可以进行简易地选择性缩放。 口具有能够比较两重坐标轴的功能以及绘制X-Y图形等等。
口能够依照要求在EXCEL中将数据输出，继后对数据实行各种数学计算。 口供应单一屏幕回放十六条历史趋势的功能。
5.4 张家口电厂的监控平台
张家口发电厂用户需求调研的控制系统监控画面包括全厂 1 至 8 台机组DCS 控制系统、脱硫和辅控控制系统、NCS 和电量计费系统系统等，要求的画面和现场控制系统的画面一致，并去除了操作控制按钮。监控画面包括各控制系统数据参数实时/历史画面查询、测点描述查询、各测点历史趋势图[50]等。
张家口发电厂监控平台的建设就是使用 PI-ProcessBook 制作与现场控制画面一致的监控画面，画面应齐全，测点对应准确。制作好的画面通过服务器WEB 调用 PI-ActiveView 进行发布，就实现了监控平台的制作。本系统是通过B/S 进行发布的。
在浏览器状态下的 SIS 监控平台——生产过程画面和生产管理画面如下图
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5-4所示。
图5-4 SIS监控平台画面显示
5.5 张家口电厂报表
由于张家口发电厂报表系统需求及其多，并且这些报表所面向的都是生产管理里人员。之前不存在报表系统时，出于对DCS等系统的安全性问题考虑，但生产管理人员需要调取报表时，都得要到现场拷贝所需要的报表，这极大地违反了实时性要求原则，同时由于控制系统提供形式太过简单的报表，往往无法达到本厂生产管理人员对报表的要求。
张家口电厂的SIS系统数据库供应了一个统一的数据平台，先将来源于不同控制系统的数据存储在服务器中，然后开发就能被正常使用。
张家口电厂主要使用Excel调用PI-DataLink函数进而实现报表系统，绘制图表的依据是相异的时间标签和数据测点号以及时间标签。实现报表系统的方法简单，只需要开发的Excel报表嵌入到IE中即可。
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如2号锅炉的报表图如下图5-5以及5-6所示：
图5-5 报表显示
图5-6 报表显示
5.6 本章小结
本章主要对系统的总体设计与规划进行描述与讲解，分析了数据库使用原理以及系统所采用的PI数据库及其构造方法，再者对系统所要完成的功能以及如何完成这些功能进行了详细说明。最后对监控平台的实现进行了重点的分析，以及将厂家监控平台以及报表系统作为实例进行说明。
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北京交通大学专业硕士学位论文 项目总结及新型应用
6 项目总结及新型应用
本章主要针对SIS在张家口发电厂的应用价值进行的必要的阐述与分析，并且对新型的SIS应用技术进行了必要的介绍。是对整体论文的一个必要性阐述和新型技术的展望。
6.1 项目应用价值分析
张家口发电厂SIS系统的设计实施，可提供分布式的连续数据采集能力，保证生产数据采集的实时性。其在事务处理方面可足完整性与一致性，保证系统的开放行、可扩展性。它采用双机互备服务器支持了容错配置，确保高可靠性和高可用性。并且注重系统的易维护性和易用性，能为生产操作人员和管理人员提供实时/历史数据图文展示[51]，为生产过程优化及辅助决策等管理方面的应用软件提供基础数据。
张家口发电厂SIS系统将以分散控制系统为基础，通过数据采集、数据存储、数据库管理、数据应用采用先进、适用、有效的专业计算方法，可实现整个电厂范围内信息共享。为电厂管理层的决策提供真实、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。同时又提高了机组运行的可靠性。因此，它是电厂生产的成本信息和报价信息的基础。从管理角度来看，它为控制企业成本、为提高生产力提供重要而真实的运行数据。同时，通过数据的分析和比较，能提出科学的、合理的决策方案，使企业管理层的经营决策更具科学性。它有望实现全厂范围内的管控一体化，为实现全厂整体效益的提高、信息技术的提升和稳定、经济运行的根本目的打下坚实基础。
6.2 新型SIS应用平台
真正实现节能降耗、控制电力生产成本是每个电力企业面临的严峻课题。随着新增机组及扩建项目浪潮逐步接近尾声, 国内众多发电企业已开始把管理重心移向内部挖潜、提高机组运行效率、降低生产成本、提高人员素质和企业核心竞争力方面。作为一种管理手段和解决方案, 厂级监控信息系统( Supervisory Information System, 以下简称SIS) 已在过去的几年中为众多电力企业的生产监控和管理发挥了重要作用。
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北京交通大学专业硕士学位论文 项目总结及新型应用
随着SIS应用的深入和基于SIS信息应用的不断拓展, 传统的SIS系统所提供的数据监视、性能分析等功能已经无法满足电力生产的需要, 发电厂正在面临着如何把信息资源共享及信息平台再次整合的挑战, 同时要求把电力生产中设备状态、检修、成本控制、工期安排、原材料保证等诸多方面纳入集中管理[52]。调查发现, 表面上看似SIS系统和发电厂ERP系统应用的拓展问题, 实际是因为传统的SIS解决方案不能做到软件随需而变的缺陷造成的。现有的SIS系统软件构架多是处于一种具有较强针对性的、面向生产过程信息的管理和查询, 并不能解决综合信息的整合。因此, 笔者针对这种现状, 结合发电厂数据深度挖掘和应用目的, 设计出一个基于发电厂设备对象模型的新型的SIS系统的构架———iEOS(internet/intranet Enterprise OperatingSystem), 为电力信息的综合管理和应用, 提出一种较为先进的解决方案。
作为新型的专门用于拓展电力企业信息综合处理及应用能力的SIS系统平台, 在设计iEOS构架时, 充分考虑到以下目标的实现。
( 1) 平台具有能够满足电力企业不断变化需求的全新构架。 ( 2) 能使SIS系统的数据和信息与其它应用软件无缝对接。
( 3) 更加面向专业人员使用、查询和服务, 降低对计算机编程的要求。 ( 4) 为电力企业SIS数据和信息的深度挖掘提供良好支持。 ( 5) 实现远程服务。
( 6) 终极设计目标是要提供给用户能够解决各类问题的、具有长生命周期的软件产品。
iEOS的先进性可归纳为以下几个方面。 ( 1) 采用全新的软件设计构架 ( 2) 采用基于发电厂对象结构树技术 ( 3) 采用数据快速传输技术
( 4) 呈现方式多样化, 支持跨平台技术 ( 5) 保证软件模块生命周期的长久 ( 6) 易于二次开发
由安徽瑞志信息技术有限公司开发的iEOS系统, 目前已成功应用于安徽马鞍山万能达发电厂一、二期工程及马钢热电厂等, 使这些企业的生产管理上了一个明显的台阶, 与其它传统SIS平台使用情况相比较, iEOS系统的上述特点十分显著, 可明显缩短SIS系统的实施周期, 系统更加简单, 方便管理和维护, 人机界面新颖易操作, 降低了使用人员掌握计算机技术的门槛, 同时也方便用户的二次开发, 获得了各发电厂的好评, 达到了创新系统的目标。
作为一种发电厂新型SIS系统的解决方案iEOS系统, 是对于传统SIS系统概念
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北京交通大学专业硕士学位论文 项目总结及新型应用
的扩展。iEOS采用面向发电厂设备的对象模型技术, 为构建数字化发电厂提供了一种切实可行的方法, 使得发电厂设备的各类信息通过对象模型树的方式进行存取, 实现了发电厂实时信息和管理信息的完全整合, 为电力生产提供了一种最新的、非常有效的支持手段。在今后的实践中, iEOS将把与发电厂的MIS、ERP等管理系统的跨平台共享作为新的研究方向, 并为发电厂在线仿真、故障诊断及趋势预报等更深入研究打下坚实的基础。
6.3 整体总结
6.3.1 个人总结
张家口SIS系统是整个团队历时数月，经过不断学习和摸索，经过不断努力和请教，经过不断记写和修改而完成的，虽然并不完善，但也承载了团队的心血和努力。在整个团队的开发研究过程中，使我学到了很多东西。
（1）学习方面：很多时候我们接触的东西不一定使我们曾经就学过并且完全熟悉的，也许恰好相反，非常陌生。这个时候就需要我们从不同的地方获取知识来了解我们即将用到的东西。现在科技这么发达，网络这么发达，很多不会的地方只要我们去搜索就一定能够弄懂，弄明白。
（2）细节方面：很多时候我们出现错误或者无法弥补的东西其决定权却在一件很小的事情之中。比如你没有备份而系统崩溃了，东西都丢了怎么办？这个时候就需要我们考虑全面，能够尽量的想到一些将来可能影响我们成败的东西。例外在开发过程中，有时候我们往往找不出错误，或许只是因为我们在语句中忘记了一个分号。
（3）不断请教：三人行则必有我师。但我们遇到解决不了的问题，我们一定要不断的请教，因为个人不会的就一定会有别人会。只有不断请教才能不断解决问题，并且不断进步。
（4）凡事不能拖：我们的事情我们一定要尽早解决，这样明天才不会有更多的问题堆积。
6.3.2 张家口SIS系统总结
本系统大致完成了最基本的需求与功能，并且有其本身特有的特点。系统是图形化界面，操作起来简单容易，不需要学习更多的知识与知道更多的其他内容。
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北京交通大学专业硕士学位论文 项目总结及新型应用
只需要点击就可以进行相应的操作。例外系统安全性较强，使用各种方法来满足系统的安全性的需要。通用性与实用性强，可以实用在目前各种火力发电厂个需求。
总得说来，张家口电厂的SIS系统是符合电厂需求而又安全可靠并且非常实用的一个系统。
6.3.3 未来展望
随着科技的发展，我相信电力系统会越来越多的使用到网络科技以及信息化。这不仅是电厂本身的需求，也是解决传统落后的管理方式以及节省电厂利益实现最大收益的最佳解决办法。
我们未来的展望是这个系统能够更多的解决各种各样的问题。不论是之前的DCS机组还是如今比较普遍的SIS系统抑或是新的SIS系统应用，其目的都是为了更好地为电厂服务，实现电厂更高效地管理模式以及更好的创利效应。
6.4 本章小结
本章主要针对SIS在张家口发电厂的应用价值进行的必要的阐述与分析，并且对新型的SIS应用技术进行了必要的简单介绍。是对整体论文的一个必要性阐述和新型技术的展望。
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北京交通大学专业硕士学位论文 参考文献
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北京交通大学专业硕士学位论文 独创性声明
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
学位论文作者签名：
签字日期：2012年12月16日
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北京交通大学专业硕士学位论文 学位论文数据集
学位论文数据集
表1.1： 数据集页
关键词* 电厂生产信息化；机级DCS； SIS；PI 学位授予单位名称* 北京交通大学 论文题名* 张家口发电厂厂级监控信息系统SIS的规划设计与实施 作者姓名* 培养单位名称* 北京交通大学 李建东 培养单位代码* 10004 学号* 培养单位地址 北京市海淀区西直门外上园村3号 工程领域* 软件工程 论文提交日期* 导师姓名* 评阅人 2012年12月 孔令波 答辩委员会主席* 吴中海 职称* 答辩委员会成员 田思源 程娜 讲师 研究方向* 软件工程 学制* 2年 学位授予年* 2013年 10135246 邮编 100044 学位授予单位代码* 学位类别* 10004 并列题名 工程 学位级别* 硕士 论文语种* 中文 密级* 公开 中图分类号* UDC 论文资助 电子版论文提交格式 文本（√） 图像（ ） 视频（ ）音频（ ） 多媒体（ ） 其他（ ） 推荐格式：application/msword；application/pdf 电子版论文出版（发布）者 论文总页数*
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