发电厂监控系统的数据共享技术-文档资料

1、发电厂监控系统的数据共享技术1 引言随着发电厂规模日趋增大、 结构日趋复杂， 电力生产过程中 需要监视和控制的设备越来越多， 这就对发电厂监控系统自动化 程度的要求越来越高 周原冰 , 潘亚利 , 梁化忠 , 潘颢, 高山. 发电厂厂级监控信息系统的发展与应用 J. 山东电力技 术 ,2003,04:13-16. 。国内的大部分发电厂使用分散式监控系 统，分散监控系统正朝着综合自动化方向发展， 这就要求我们将 各个分散监控系统有效地结合成一个联系密切的整体， 使信息传 递更为快速，数据共享更加充分，全面、准确地获得电厂运行状 态和健康状况，并基于此实现控制、调度的最优化 钱可弭 . 新型发电厂

2、电气监控系统的架构与实现 J. 广东电 力 ,2005,03:21-25+42. 裴俊峰 . 发电厂厂级实时监控信息 系统(SIS)的探讨J. 华中电力，2003,05:68-70. 赵贺.电 力系统可视化相关问题及其在发电厂中应用的研究 D. 大连理 工大学 ,2009. 。2 发电厂监控系统如图 1 所示。目前发电厂的监控系统一般分为三个层次。 最 底层是面向运行操作者的控制操作层，又称为分散控制系统(distributed control systems ，简称 DCS);第二层是面向生产和技术管理者的生产管理层，又称为监视信息系统 (Supervisory In formation S

3、ystem, SIS;最顶层是面向行政和 经营管理者的经营管理层，即管理信息系统( Management In formation System , MIS)。DCS SIS、MIS 在功能上相互独 立，在信息上相互联系。图 1 三个层次发电厂监控系统DCS主要功能是对机组的实时监控，基于微处理器进行分散 控制和集中管理。DCS把控制功能分散到若干台过程控制站去执 行，并通过监控操作站进行集中监视操作， 分散控制和集中管理 依赖于连接各站的高速通信网络 吴秋芳, 王致杰 . 基于 DCS 控制的发电厂监控系统 J. 电气自动化 ,2008,05:38-40. 。生 产运行过程中的各种过程变量通

4、过DCS转化为监视的数据，而各种操作信息也通过 DCS的控制装置送到执行机构。相对于集中控 制，DCS的控制范围大大扩大，可靠性大大增加王慧敏,刘 沪平, 郭伟, 刘建民 . 发电厂监控和信息管理综合自动化技术探 讨J. 控制工程，2006,S1:84-87.。SIS是DCS的上一级监控自动化系统，建立在DCS的基础上， 从DCS获取实时监控信息，并结合历史过程信息进行分析和管 理。DCS与 SIS区别很大，DCS以电厂的机组为监控对象，定位 为机组过程控制， 主要目标为确保控制的准确性、 运行的稳定性 和安全性; SIS 主主要强调的是运行效率，以整个电厂为监控对 象，以经济性为其首要目标，

5、 为生产管理人员的数据分析和调度 决策提供支持，是全厂实时监控和生产指挥调度中心 杨剑.DCS控制系统及发展趋势J.贵州化工，2008,02:50-52.不同于DCS与 SIS, MIS以资源优化配置为中心、以成本精细控制为重点、 以经济效益提升为目。 作为对顶层的信息管理系 统，MIS主要指的是进行日常事物操作的系统 周余峰.发电 厂管理信息系统 (MIS) 的整合 J. 浙江电 力,2005,06:51-53+56. 。从 SIS 的数据库中获取现场过程数据， 使管理人员实时地了解和掌握机组的运行状态； 并在历史数据等 离线数据的基础之上， 通过运行、 调度的优化模型与故障诊断模 型，对机

6、组的经济、安全运行进行指导。DCS SIS、MIS共同构成了发电厂的监控信息系统，为电厂 的安全、稳定、经济运行。但是由于不同厂商产品兼容性差、不 同层次的监控系统数据格式不一致等问题，DCS SIS、MIS之间和同一层次监控系统的不同设备之间存在着信息共享的问题。(1) DCS数据共享问题。由于 DCS各自遵循内部封闭的通信协议，DCS的通信接口并没有统一的标准，不同厂商的DCS-般互不兼容， 存在相互配合的问题。 这给发电厂的监控系统的工 程调试、系统集成带来困难，甚至，导致机组间的DCS的 “信息孤岛”，造成不能全面、实时、准确地掌握机组的运行情况的问题。(2) MIS数据共享问题。由于

7、电力生产运行对安全性与稳 定性的要求比经济性高，发电厂对生产、运行、调度过程的自动 化比较重视， 而忽略了生产管理的信息化。 这造成生产监控自动 化的先进性与管理信息化的落后性并存的现象。 目前， 出于安全 性的考虑，电厂一般将DCS和MIS的监控网络分隔开来，而忽视 了两者之间的数据交换和信息共享。（2）数据格式不一致。部分有模糊性和二意性的数据难以融合到MIS中，为进一步建立实时数据库供信息共享和更深层次 的应用造成了障碍，不能充分利用到DCS和MIS的数据不能充分 地为 MIS 所用，不能为管理者的调度决策和数据挖掘提供支持。2 发电厂监控系统的信息融合为了达到监控数据一致化、 信息一体

8、化， 可以从联网模式、 数据库技术、数据接口技术、现场总线控制系统（ Fieldbus Control System ， FCS 等方面着手。2.1 发电厂监控系统的信息融合技术2.1.1 FCS 技术 楚彦君 , 郑茂, 李卫, 焦邵华 . 现场总线 应用于发电厂电气控制系统的研究 J. 热力发电 ,2009,10:81-84+88.电厂的通信网络的各层协议不对外公开，各厂家通信标准 不统一，用户只能借助专用接口和高层网络与管理信息网络进行 数据信息交换， 各厂家产品的控制模式互不兼容， 数据信息难以 相互传送与共享， 一旦选定产品后几乎不可能摆脱对该厂家的依 赖。FCS是从DCS和PLC发

9、展而来的，采用统一的协议标准，不 管设备是不是不同设计、 生产厂商的， 不管设备是不是同一层次的控制系统，只要采用相同的现场总线标准，例如广泛使用的PROFIBU总线标准，就可以实现网络互连和数据共享，所以具 有很好的开放性和共享性。 所以， 在同一个控制系统中可以采用 多个不同厂家的网络产品进行系统集成，实现不同设备的互识、 互操作。DCS在现场监控层采用电缆硬连接线、按测量回路和DCS空制器一一对应、DCS空制器和执行机构一一对应的关系将设备相 连接，只能通过单向的模拟信号传输数据。FCS打破了这一瓶颈， 具备了完全的数字通信能力， 现场的测量变送仪表之间及现场仪 表和过程级计算机之间可直

10、接传递数字信息。 由于在线缆上可以 传输多个数字量，打破了 DCS的“信息孤岛”。2.1.2 实时数据库技术SIS是建立在DCS和MIS之间的一个高实时性、高可靠性、 大容量的全厂生产过程信息和历史信息的网络系统。 SIS 在 DCS 和MIS之间起着信息的上传下达的作用， 使原来相互独立的、实 时性不同、开放性不同的DCS与 MIS有机地互联起来，在全厂范 围内实现生产信息和管理信息的共享。SIS和MIS是通过各自的数据库服务器相互联系， SIS系 统的过程信息数据库提供 MIS所需的生产过程数据和 MIS设备管 理和检修管理所需的设备状态判据。为了共享自于DCS SCADA等自动化系统的、

11、反映着现场设 备的特性和生产运行状况的信息， SIS 采用实时数据库来存放DCS等自动化系统采集的高密度的实时数据及历史数据。由于共 享数据量的庞大和数据的实时性要求高， SIS 的实时数据库不仅 要具有高速处理海量实时数据的能力， 而且具有较高的历史数据 压缩存储能力， 既能够将海量的历史数据以较高的压缩比和精度 进行存储， 减小数据占用空间， 同时又能够在需要数据时以极快 的速度进行数据提取，达到实时性要求。2.1.3 数据接口技术为了解决数据共享的问题， 一个很重要的思路是采用基于国 际工业标准和开放标准的数据接口技术， 主流的数据接口技术有 DD(E Dynamie Data Exeh

12、ange)、Soeket 和 OPC(OLEfor Process Control)技术，它们都是过程控制中的重要技术。DDE技术是基于Windows的消息传递的，在过程控制中得到了广泛的应用， 在但在发展中遇到了数据传输速度慢和可靠性差的问题， 而且没 有可靠的安全管理机制。 Socket 技术在工程控制中得到了一定 的应用，但是 Socket 编程实现难度大，需要开发者熟悉网络底 层工作机制，这造成了开发成本高、开发难度大、开发周期长的 问题，也限制了其应用的普及。DDE和Socket没有安全管理机制，而 OPC可以通过分布式 组件对象模型技术( Distributed Component Object Model ， DCOM保证其安全性，同时OPC技术实现了设备接口与现场硬件 设备和软件系统的无关性，可以实现与国内外主流 DCS系统的高 效连接、无缝连接，实现数据开放性和安全性的有机统一 彭 春华，林中达，余廷芳.com技术在发电厂sis系统中应用J.电 力自动化设备，2004,01:63-65.。另外，OPC技术的开发效率较 高，界面的编程、与数据库的集成、软件系统的整合难度较低。所以OPC技术有逐步取代过程控制中广泛使用的DDE和Socket位置的趋势。3 结论针对发电厂DCS SIS、MIS三层监控系统存在