135MW電廠SIS平臺改造實例分析
摘要 創新利用DIP接口通信技術，將135MW SIS系統各接口在PI實時數據庫服務器上做匯聚。通過本次135MW SIS系統升級整合，實現了SIS實時數據資源共享，消除了信息孤島，減少SIS系統的維護量，保證了服務器的穩定運行，提高了信息系統的使用效率，生產管理人員可以在辦公電腦上就可以全面監視到全廠設備運行狀態及參數，保證了機組的穩定經濟安全運行，有效提高我廠生產現場設備管控水平。同時，為我們實現“智慧電廠”和“一鍵啟停、無人值守、全員值班的信息化”建設目標打下堅實基礎。
引言
隨著大數據技術興起，數據就是效益，數據就是價值的理念已深入人心。很多大集團公司不斷深入抽取子分公司生產實時數據，建立大數據中心加工站已是趨勢所向。同時，基層單位也越來越依賴生產實時數據展示，加工，應用成果，實現自身企業精益化管理。子分公司作為大數據基礎層，核心網絡設備，廠級生產實時監控系統（SIS）安全可靠穩定運行面臨著前所未有的壓力。杜威等分析了SIS（廠級監控信息系統）系統的可控指標，發現SIS系統可以給電力企業的科學管理提供依據。SIS對于提高電廠的信息化水平，全面監視設備運行等方面具有良好的效果。
神華陽光2×135MW機組舊SIS系統于2009年開始投運，采用eDNA實時數據庫，接入了包括DCS系統、電量采集、NCS等控制系統。但經過多年運行，接口機、服務器硬件老化，設備運行存在安全隱患，同時由于控制系統多次升級改造，現有SIS系統的軟件功能落后，測點及畫面存在大量錯誤，不能與現場保持一致。2×660MW機組SIS系統屬于基建遺留項目，于2015年正式開始部署實施，采用PI數據庫。店塔電廠出現了兩套SIS系統，兩套獨立的數據庫，兩套風格迥異的展現平臺。
圖1 店塔電廠（2×135MW-2×660MW）SIS系統網絡拓撲圖
本文針對神華陽光2×135MW機組舊SIS系統改造進行分析，詳細分析了各個模塊的功能，運行結果表明系統改造后有效實現了信息化的有機統一，實現了信息資源的共享，為實現“智慧電廠”提供了借鑒。
1 SIS改造內容
SIS主要構成：
基于二期2×660MW機組的SIS系統平臺，對一期2×135MW機組的SIS系統進行改造，完成兩套系統的集成與整合，系統結構如圖1所示，主要包括：
（1）棄用原eDNA數據庫，將其測點清單及歷史數據遷移到PI數據庫中，實現數據的統一存儲。
（2）采用新的數據接口，將2×135MW機組的各數據源（包括DCS、DEH、NCS、電量采集、輸煤、除灰、電除塵等）接入到PI系統中，實現數據的統一采集。
（3）使用2×660MW機組SIS系統的發布平臺，重新制作實時畫面、報表等頁面，實現全廠數據的的統一發布。
（4）重新開發包括性能計算模塊、耗差分析、生產統計報表、設備狀態檢測與綜合分析等模塊，并與SIS系統完成集成，實現全廠指標的統一管控。
經過整合與改造后店塔電廠SIS系統主要功能包括：
（1）數據采集處理及接口程序
建設覆蓋全廠的生產實時數據平臺，消除之前單純依靠DCS分散控制，分散管理而導致的信息孤島，可以對煤、水、爐、機、電、熱、環各運行專業的數據進行在線查詢與歷史趨勢分析。
（2）全廠實時信息監視
將現場生產情況搬到管理人員的辦公桌前，廠級領導及各管理崗位可以第一時間了解到全廠（包括一期2×135、二期2×660）的機組生產情況。
（3）性能計算
在線進行機組性能指標計算（包括煤、水、熱、電等指標的生產效率或損耗），為全廠生產經濟調度提供全面完整的數據支持。
（4）耗差分析與管理
對機組關鍵性運行可控參數進行監督分析，根據這些參數的實際運行值和基準值（目標值）之間的偏差，計算出對機組效率的影響以及由此偏差所引起的運行損失。
（5）生產統計報表
完成生產數據的統計分析，提供一套完整的綜合報表平臺，對全廠生產實時數據進行處理、統計分析，形成機組或全廠的生產運行報表，包括日志臺賬、指標計算、統計及分析報表等，并能監視、查詢和打印。
（6）設備狀態監測與綜合分析
系統通過實時測量全廠主機及主要輔機設備運行狀態及參數形成數據庫，為電廠檢修和設備故障診斷提供依據。
2 改造項目分析
本改造的系統功能總的要求不得低于《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件（DL/T924-2005）》標準。原2×135MW機組SIS使用的是eDNA實時數據庫2009版，2×660MW已采用PI實時數據庫，需將2×135MW機組SIS數據整合到PI數據庫中，并進行2×135MW機組原有數據進行修復使用。在原有點表可以直接利用的基礎上，核對生產現場DCS、輔網等系統，保證SIS畫面和數據點表與生產現場完全一致。更換數據庫應考慮SIS接口程序的變更及費用，目前店塔電廠2×135MW機組SIS系統在用的接口機有：DCS接口機，電量采集系統接口機，NCS系統接口機，并需新增除灰接口機、電除塵接口機、輸煤接口機。
SIS系統主要功能模塊包括：一期歷史數據整合、實時數據采集處理模塊、全廠生產信息監控模塊、性能計算模塊、經濟指標分析模塊、運行優化模塊、設備狀態監測與綜合分析、機組熱力試驗、系統管理等。
2.1 一期歷史數據整合
一期SIS系統采用eDNA數據庫，存儲的歷史數據從2009年至今。需要將這些歷史數據按目前測點規則，集成到二期PI數據庫中，在PI數據庫中可以查詢一期SIS2009年至今的歷史數據。保證一期SIS歷史數據的完整性。
2.2 實時數據采集處理模塊
實時數據采集模塊實現各生產過程控制系統（包括DCS、DEH、NCS、電量采集系統、煙氣環保監測系統、輸煤、除灰、電除塵等）數據的可靠采集，并通過網閘實現控制系統與SIS系統的安全隔離。DIP與DCS系統之間OPC通信協議接口的開發；DIP與網控NCS系統之間CDT通信協議接口的開發；DIP與電能量之間東方102通信協議接口的開發；DIP與除塵系統之間OPC通信協議接口的開發；DIP與除灰系統之間SQL通信協議接口的開發；DIP與輸煤系統之間昆騰施耐德PLC通信協議接口的開發；DIP與供熱系統之間DIP通信協議接口的開發。
135MW SIS升級改造后SIS與MIS、SIS與集團公司精益化管理系統及其他應用系統的接口。保證SIS與MIS、SIS與集團公司精益化管理數據傳輸正常。
具體功能要求：
（1）實時數據從生產控制系統向SIS單向傳送，數據采集不影響控制系統的運行。
（2）支持模擬量、開關量、累計量、脈沖量、字符量、邏輯中間點等數據采集。
（3）數據采集周期應不超過1秒，所采集的每個點的精度可按招標方的要求定義。
（4）接口程序能夠提供對接口運行情況監測以及接口機與實時數據服務器之間通訊的調試工具。
（5）原則上每個接口的數據采集軟件運行于一臺獨立的接口機，個別接口機出現故障不影響其它接口軟件或整個系統的運行。
2.3 全廠生產信息監控模塊
生產監控層作為全廠自動化監控系統的核心，其所需的所有實時信息和過程參數主要從下層控制網絡中以通訊方式獲取，少量特殊要求的信息采用硬接線方式，接口須是符合行業規范的標準接口。生產監控層采用至少1000Mbps的以太網作為信息傳遞和數據傳輸的媒體，接口設備與生產過程控制網絡接口的通訊速率應與生產過程控制系統的通訊速率相匹配。并提供相應的網絡設備、接口設備、服務器、計算機終端設備、系統軟件和應用軟件等，以構成完整統一的系統。系統的硬件應安全、可靠、先進。生產監控層應采用建模技術和免插件技術，應易于組態、易于使用、易于擴展、易于實施。生產監控層應采取安全措施防止各類計算機病毒的侵害、人為的破壞和數據庫的數據丟失。
全廠生產信息監控模塊包括以下幾部分：
（1）全廠生產信息監控模塊通過模擬圖、趨勢曲線、棒圖、表格等形式實時顯示全廠各機組、車間、系統、設備的運行狀態參數。檢索顯示、打印存儲在實時/歷史數據庫中的各發電機組、電氣系統等系統的模擬量測點的歷史曲線。并對歷史數據進行有效地統計整理，形成全廠各類生產統計報表。
（2）報警。對DCS中設置的報警數據點以及其他系統中的重要數據點進行實時監視。利用不同的顏色實現報警功能，報警消除后，數據點顯示恢復正常。
超限額運行時間統計：超限額運行時間統計功能可以查看任意區間內某項指標超過報警限值運行的時間累計情況，包括查詢區間內各小時超過報警值上限、下限的時間以及時間的累計。
（3）歷史數據查詢。通過輸入查詢條件可以查詢某段時間的歷史數據。
（4）工況回放。在實時畫面監控中，可以回放的任意歷史工況數據，方便生產人員分析歷史工況。通過將多個系統畫面同步回放，便于用戶分析分散在不同系統的關聯生產過程數據。
2.4 廠級性能計算和分析功能
系統可以計算整個電廠的各種效率包括鍋爐、汽輪機、煤電比及其輔助系統等；相關損耗包括煤、水、電、熱耗等。這些計算結果應能保存到數據庫。性能計算的算法應支持在線可視化編輯與調整，計算過程及計算結果可進行追溯，方便查找與發現計算過程中有問題的地方。
2.5 耗差分析與管理
（1）安全性指標在線監測與預警。在線監測影響機組安全性的關鍵性指標，能夠計算出統計周期內設備安全參數的超限次數、超限記錄、越限報警，并可以進行實時和歷史數據分析。
（2）經濟性指標在線監測。能夠在線監測機爐主設備以及主要輔助設備、熱力系統的性能指標。
（3）目標值數管理。SIS系統應具備完善的目標值管理功能，根據不同要求應提供多種目標值方式，如出廠設計目標值、熱力試驗目標值、經驗目標值以及自動尋優目標值。
（4）自動尋優。對于自動尋優目標值要求能根據用戶需要進行自定義確定工況的依據參數。
機組在進行大小修后，機組的各性能均會有一定的變化，SIS系統應對自動尋優目標值可修正。
圖2 店塔發電公司4臺機組生產主要參數展示效果圖
（5）耗差分析。將主要可控參數的實時狀態參數進行監視分析，與對應目標值比較，計算各項可控參數與目標值的偏差所引起的供電煤耗的變化，以突出改善機組性能的主要因素，為運行人員提供直觀的運行指導。
2.6 設備狀態監測與綜合分析
系統通過測量和監視全廠主機及主要輔機設備運行狀態及參數，并將其存入數據庫，作為實現電廠狀態檢修功能和設備故障診斷的基礎數據。
主要綜合分析功能如下：
設備規格參數查詢；設備啟停明細記錄與統計；設備重要參數實時/歷史關聯監視；設備重要參數越限記錄與統計。
2.7 系統管理
系統設置靈活的權限管理和配置功能，可以根據廠內的實際管理需要，分別設定各個模塊的用戶訪問權限，系統登錄賬號統一應用神華工號，提高系統的管理安全。
表1 系統改造主材料清單
3 系統應用所產生的效果
全廠SIS系統投入運行后，系統運行穩定，畫面瀏覽順暢。棄用原eDNA數據庫，將其測點清單及歷史數據遷移到PI數據庫中，實現數據的統一存儲。使用2×660MW機組SIS系統的發布平臺，重新制作實時畫面、報表等頁面，實現全廠數據的的統一發布。將現場生產情況搬到管理人員的辦公桌前，廠級領導及各管理崗位可以第一時間了解到全廠（包括2×135、2×660）的機組生產情況。
（1）SIS系統可在線對機組的運行參數進行監視并實施考核，減輕了運行指標的統計工作。通過有效利用SIS值際小指際競賽系統，機組重要指標有了大幅度改善，指標在集團公司CFB 300MW以下機組排名中名列前茅，受到集團公司的嘉獎。以2017年9月店塔電廠5、6機組在集團公司CFB300MW以下機組指標排名為例，我廠獲得第二名和第四名的好成績。2018年在國神集團小指標競賽中，店塔電廠四臺機組共取得16次第一，合計獎勵金額147萬元，金額總數為集團第一，在集團公司年度小指標競賽評比中，排名第二，獎勵89.1萬。
表2
（2）運行加強了對汽機真空的調整，真空明顯提高、一系列相關參數的優化不僅降低了供電煤耗，而且產生的經濟效益可達上百萬元。
（3）由于SIS系統的應用，凝汽器端差明顯下降，通過軟件給出的耗差分析，及時確定凝汽器端差對煤耗的影響，運行各值加強了對凝汽器端差的關注調整力度。
（4）通過開展SIS節能值際競賽，節能減排效益明顯。2018年綜合廠用電率：135MW機組8.86%，較2016年降低0.87%,660MW機組8.89%，較2016年降低0.2%。2018年供電煤耗：135MW機組359.5g/kW·h,660MW機組315.19g/kW·h。2018年環保指標：135MW機組二氧化硫平均排放濃度為150.33mg/m3，氮氧化171.5mg/Nm3，煙塵11.98mg/m3;660MW機組二氧化硫平均排放濃度為11.09mg/m3，氮氧化物30.78mg/m3，煙塵1.96mgm3。135MW機組滿足國家標準環保要求，660MW機組實現超低排放。各排放指標較2015-2016年明顯減少。隨著時間積累，SIS系統的使用將會為我廠帶來更大的經濟效益和社會效益。
4 結束語
通過本次SIS系統升級整合，實現了信息共享，消除了信息孤島，減少SIS系統的維護量，保證了服務器的穩定運行，提高了信息系統的使用效率，生產管理人員可以在辦公電腦上就可以全面監視到全廠設備運行狀態及參數，保證了機組的穩定經濟安全運行，有效提高我廠生產現場設備管控水平。同時，為我們“智慧電廠”和“一鍵啟停、無人值守、全員值班的信息化”建設目標打下堅實基礎。
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