安徽马鞍山万能达发电有限责任公司SIS的建设

1． 前言
　　随着我国电站自动化水平的不断提高，分散控制系统（DCS）已经得到了大规模的应用，我公司于2003年底进行了DCS改造，基于这种情况，我公司决定对原实时管理信息系统进行了改造，我公司的SIS采集了16000测点，其中模拟量5200点，数字量10800点，系统采集两台机组的DCS、RTU、化学、电量、输煤、出灰（准备接入）等数据。我公司的SIS是一套基于Internet/Intranet技术构架的工业自动化信息共享平台。该平台必须符合国家电力公司电力规划设计总院编制的《2000示范电厂仪表控制和系统（I&C）系统设计原则》《厂级监控信息系统（SIS）设计导则》（讨论稿）规范的SIS（Supervision Information System）实用系统。该系统可以实时地、准确地、开放地向高端应用系统提供现场数据，为管理者准确了解企业实时信息并做出准确及时的决策提供可靠的依据。采用信息共享平台将会有效地完成企业真正意义上的信息化改造，提高企业的管理水平和工作效率，大大提高企业的竞争能力。

　　公司SIS应该是具有多个功能模块的实用软件系统开发平台，即一种综合性的工厂自动化系统、信息系统数据共享和应用开发平台。它能够实现和各类自动化监控系统的互联以及数据管理，完全填补传感器到信息管理系统之间的"信息沟壑"，消除企业信息"孤岛"。它能够提供不仅可以连接电厂主控系统DCS，同时也可以整合电厂所有辅助系统标准化的软件解决方案。并在此基础上建立全厂中央实时及历史数据库，实现在线大容量数据管理、查询、浏览、分析；提供强大的二次开发接口，使得系统的应用可以不断发展。

　　同时，公司SIS的目标是实现一个统一的软件平台，通过该软件平台，将用户从复杂的底层技术中解放出来，他们只需要"组合"的技能，而不是复杂的"编程"技术，只需专注于他们已经熟悉的本行业的专业知识。也就是说，用户只需关心他所要的功能，并将此功能加入到这个平台之中，而不需要了解各种复杂的软件和计算机技术的许多问题。

2． 公司SIS解决的问题
　　自动化系统（DAS,DCS）在国内的很多领域已经得到了非常广泛的应用，产生了巨大的效益。随着网络技术的发展，用户在传统自动化的基础上需要更加高级的增值应用。如：经济效益分析、电力市场辅助决策系统等。传统结构的自动化系统较难于在其基础上进行二次开发。在对原来系统的安全性、数据一致性以及数据同步方面均存在不同的缺陷，在工厂环境中，传统的关系型数据库还不是十分理想。因为一个典型的工业环境拥有数以千万计的以不同的速率不断变化的模拟量和开关量，用传统数据库的话，几个月就需要存储几百个GB的数据，一个典型的商用系统无法处理工业应用所需要的如此大量的数据。而且，对传统数据库来说，工厂产生数据的速度远远超出它所能处理的能力。一个具有10000个变量的工厂，如果平均每2秒种变化一次的话，每秒钟就会产生5000个数据，要完整地记录历史数据，每秒钟就要有5000行数据插入到数据库中！这样，传统数据库的处理速度无法满足这样的要求。所以，安徽马鞍山万能达发电有限责任公司选择专业的实时数据库美国Wonderware的InSQL数据库。
　
采用软件：
InSQL Server 8.0

优点：
　　实现一个统一的软件平台，实时地、准确地、开放地向高端应用系统提供现场数据，为管理者准确了解企业实时信息并做出准确及时的决策提供可靠的依据。

　　在SIS中，应该做到以下几点:

提供一个连接生产和管理系统的通用接口，方便地连接全厂的各种生产自动化系统和有关的管理系统。
提供生产信息的一个共享和访问平台，帮助生产和管理人员全方位地获取工厂生产各个环节的实时/历史信息。
提供一个开发上层应用程序的统一数据平台，在统一的数据平台上开发应用程序，提高数据可信度，并可以在各个应用程序间共享结果数据。
提供工业智能的手段，帮助各层次的生产人员提高生产效率。
3． 系统主要性能说明
　　为了保证现场信息能够有效、及时、准确地进行管理，并为后续的增值应用提供有效的数据管理手段，在生产现场和办公室之间架起一座信息共享的桥梁。实现的应用系统从工厂底层，从现场操作员开始，以一个从下到上的层次结构为SIS提供所需的信息。真正做到了工厂信息的实时共享，构成了一个真正高效的生产系统。其主要性能为：

SIS应该是一个C/S和B/S混合结构，即同时能够满足网上浏览以及客户端系统维护功能。
SIS能够准确、及时和可靠地将现场数据导入实时数据库中，不得影响原来DCS系统的正常运行。
SIS具有服务器功能、客户端功能、WEB发布功能以及现场数据接口和用户二次开发数据接口功能。
SIS数据采集功能包括：可以采集现场所有变量（模拟量、数字、脉冲量等），并将采集的所有变量接入实时数据库中，数据采集和存储可以保持现场控制系统原有的时间间隔、精度且数据源唯一。
SIS在线维护功能：可以在线修改画面、报表、数据库、计算统计数学模型；运行参数限额的在线设置；可以提供系统远方在线维护功能。系统管理员可以在客户端监视SIS的整体运行情况，并可监视实时数据库服务器和接口机之间的通讯是否正常。
SIS数据传送功能：提供通过因特网远程访问的功能，预留与其它企事业单位信息系统通信的接口，预留与各子系统通信的接口。
SIS人机界面功能：显示流程图、曲线图、棒状图、参数表、趋势图和报表，显示各经济技术指标计算量及统计量，显示画面可进行移动、放大、缩小，显示画面能自动适应显示器的分辩率（如800＊600，1024＊768等）。
SIS二次开发和维护功能：允许在其它应用程序中嵌入、链接SIS，允许在SIS中嵌入其它应用程序。
SIS数据计算和统计功能：能进行基本的数据计算（如：累加、平均、最大、最小值、加权平均等）。并能根据买方提供的数学模型进行简单的机组运行、性能和经济指标的计算，自动生成主设备和重要辅助设备的运行台帐（包括运行时间、启停次数、异常运行时间、启停状态等），并可对运行台帐项目内容进行注解。
SIS报表生成功能：利用软件的制表功能，可以很方便的进行数据组合和计算生成报表，并可将转成Excel格式显示和打印，也可通过WEB方式发布。
SIS打印功能：打印流程图、报表、趋势图、台帐、统计指标等。
SIS图形编辑：作图软件支持添加、删除、修改画面，并能在不同的画面之间切换定义，并支持在线修改的功能。
SIS数据查询功能：SIS客户端可设置个性化查询条件进行查询（如范围时间段等）
SIS数据备份功能：在确保系统安全的同时，本系统可以提供很好的数据在线备份和恢复手段，实现实时数据库数据自动备份、修复和转储功能。
SIS中WEB数据发布功能：客户不仅仅可以通过客户端软件浏览现场信息，同时可以通过浏览器在任何一个地方实现现场数据的浏览和查询。
SIS客户端，具有下面功能
工况图要求：SIS应有图形用户界面接口，通过图形编辑器建立各类画面，包括：工况显示图、曲线图、趋势图、图素、值、棒图和其他动态图形。通过热键按钮切换画面或激活其他应用。画面支持ODBC、ActiveX、VBA等微软的技术。在画面上，可以使用和现场控制人员相同的流程画面，也可以自由组织画面。
数据连接：数据连接在实时数据库和常用的电子表格之间提供动态连接。通过数据连接和电子表格进行数据分析和生成报告。除读取原始数据外，通过数据连接还可读出由实时数据库处理过的（如平均、最大值、最小值、过滤数据等等）。
人工数据修改：该SIS应提供客户端软件允许通过熟悉的GUI界面，用手工输入数据的方式向实时数据库服务器发送数据，发送的数据包括时间、数据输入的上下限、每次输入数据允许的最大变化率、输入数据相关计算等。
WEB基本功能
图形切换功能：图形之间具有关联切换功能，快速定位功能，多窗口同时显示功能。
系统显示功能：显示流程图、曲线图、棒状图、参数表、趋势图和报表，显示生产综合技术、经济指标各计算量及统计量；
打印功能：打印报表、流程图、趋势图；
4． 主要采用的技术说明
　　为满足公司管理的需求，该SIS方案的主导思想为：采用以网关技术作为信息抽取手段，以Wonderware的InSQL数据库系统技术作为信息存贮和共享手段，以图形技术和WEB技术作为信息表现手段的工厂自动化信息共享平台方案。

5． 系统主要指标


6． SIS主要软件架构说明
　　该SIS是一套具有多个实用软件系统的开发平台，它可以实现数据从现场设备获取、存贮、查询、发布、分析等一系列功能。它必须使用实时数据库，采用美国Wonderware公司InSQL数据库系统。软件系统主要由下述功能组成：

IDAS数据采集（现场实时接口数据服务）

　　现场实时接口数据服务是直接面向设备的数据采集系统，它能够适应不同设备的不同通讯协议，准确、快速地将现场数据收集上来，同时使用统一的数据存取标准接口将数据写入InSQL数据库中。IDAS模块可以适应于不同的数据传输介质以及不同的数据通讯协议。IDAS模块能够顺利地实现和DCS系统（西屋、Foxboro、新华XDPS,PLC等）、变电站的监控系统（NCS）、RTU、化学采集、输煤程控等的通讯; IDAS具有历史数据缓存（Buffer）功能，即当其与数据库系统的连接中断后，可以将历史数据保存在其本地的硬盘中，当与数据库的连接恢复后，自动将缓存的数据写到数据库中，保证数据的完整性。IDAS模块的主要结构以及运行界面如下图示：

基于上述结构的数据采集和通讯采用IDAS for XDPS DCS软件系统实现DCS或其他辅助系统数据的采集和实时数据库的导入。

　　IDAS是一个可以处理多协议、多设备的现场设备数据输入/输出服务器软件。可以完成DCS、MODBUS、TCP/UDP、OPC等多种用户协议的翻译和数据截获。同时将所有截获到的数据采用统一的数据格式导入"IDAS模块内部高速数据软总线"中，通过IDAS模块主控模块，将数据写入InSQL数据库中。数据采集程序和DCS采用异步通讯模式，保证数据几乎没有时间延迟。

InSQL实时数据库

　　InSQL实时数据库是功能强大，性能卓越的实时关系型数据库开发外壳（Shell）。它解决了关系型数据库在存储和管理工厂环境下快速产生的大量的实时数据时遇到的问题。使得系统能够快速地存取现场实时数据同时能够保存大量的历史数据。InSQL实时数据库最大的特点是其具有广泛的适应性，通过采用现有的工业数据库产品内核，使得系统在实时数据存贮方面具有非常良好的表现。配合标准的SQL数据库查询语言，使数据库系统的二次开发的易用性得到了保证。

　　InSQL实时数据库的查询充分考虑到了系统用户的计算机专业水平和行业特点，采用了SQL外壳的解决方案，即在InSQL实时数据库之外，再加上一层客户化的数据查询分析处理器，使用客户的专业术语进行查询，而不是让用户使用他们所不熟悉的ADO等查询语言进行数据查询，这样更加易于数据库的使用和推广。

　　如：通过外壳程序，

　　可以让用户填表输入查询

#2主汽温度A 2004-4-1 2003-4-5 6000

表示查询#2机组A测主汽温度自"2004-4-1"到"2003-4-5"间隔为1分钟的查询结果。

客户应用软件开发工具包

　　系统应该提供了一个可供用户操作系统资源的应用软件开发工具包。为了解决系统的二次开发用户大部分为非计算机专业的人员。该工具包提供了包括数据查询、存贮、人机界面生成以及网页生成等一系列开发实用工具和基于组件的开发构件。使得系统的用户使用这些工具即可在无需编程的情况下，组态生成需要的应用子系统，也可使用任一种常用的高级编程语言（VB、VC、Delphi等）轻松开发出同一风格的客户端应用子系统。也可以将SIS系统的组件和Microsoft的办公自动化软件系统Office融合，形成完整的解决方案.

WebServer （Web应用服务器）

　　系统应该提供了一个可供用户操作系统资源的应用软件开发工具包。为了解决系统的二次开发用户大部分为非计算机专业的人员。该工具包提供了包括数据查询、存贮、人机界面生成以及网页生成等一系列开发实用工具和基于组件的开发构件。使得系统的用户使用这些工具即可在无需编程的情况下，组态生成需要的应用子系统，也可使用任一种常用的高级编程语言（VB、VC、Delphi等）轻松开发出同一风格的客户端应用子系统。也可以将SIS系统的组件和Microsoft的办公自动化软件系统Office融合，形成完整的解决方案.

用户实用程序集合

　　系统包含多种实用程序，通过这些程序，用户可以轻松地完成系统参数的描述以及组态信息的生成，从而达到生成实用系统的目的。

7． 实际使用介绍
　　2003年11月，安徽马鞍山万能达发电有限责任公司通过招标确定安徽瑞志信息技术有限公司为其SIS开发商并使用该公司独立开发的iSDP（internet/intranet Shared Data Platform）系统，iSDP是一套基于internet/intranet技术架构的工业自动化信息共享平台，被安徽省发展计划委员会高新技术产业化示范工程项目，它的核心数据库使用Wonderware的InSQL，接口使用Wonderware的IDAS模块，能够完全完成公司的应用目标。

　　公司SIS由前置网关计算机（或称接口机）、防火墙、网络交机、中心数据库服务器、网络操作系统服务器、web服务器、管理工程师操作员站和客户机系统构成。其中，每一个服务器的功能可以自由组合由一台或若干台计算机系统组成。

　　本系统从物理结构上分为生产现场部分、管理维护机房中心、客户端三部分。三部分之间通过计算机网络系统互连，传输介质为光缆或者双绞线。即生产数据通过SIS网接入中央数据库系统，然后通过iSDP提供的各类服务，将结果导入厂区MIS主干网络。

　　在生产现场中，使用两台现场接口计算机，内置双网卡，通过单向交换机，分别连接#1、#2DCS系统的接口机，由于采用了单向交换机制，就从物理上隔离了生产网络和管理网络。在现场接口计算机中，运行有IDAS for XDPS程序负责接收从DCS来的数据，由于数据是单向流动的，从软件上也杜绝了对DCS系统的干扰。

　　在管理维护机房中心的SIS服务器系统担负着实时和历史数据的存贮、查询。本服务器系统采用双网卡结构加装防火墙，从而使SIS网与MIS网隔离。

　　本系统SIS网络部分采用了百兆以太网的解决方案。即交换机和服务器之间通过百兆网络模块实现互连，同时为了保证网络系统的可靠性，服务器和交换机采用光纤百兆以太网模块连接，而SIS服务器同SIS网通过千兆以太网模块连接。

　　体系结构如下图示：

采用Wonderware Insql 8.0作为中央实时数据库系统的解决方案的软件系统结构如下图示：

其中，系统中央实时数据库系统采用美国Wanderware公司的InSql 8.0实时数据库系统，而采用iSDP的目的就是为了提高系统的性能价格比，并提供给用户符合中国用户操作和思维习惯的客户化产品。

　　本系统的软件设计所采用的主要技术为：

基于OPC的现场数据网关，由于本系统采用OPC技术，充分挖掘了硬件本身的通讯潜力。另外加上本系统的"均衡网络负荷"和"即时数据传输（JIT）"的特点，将数据瞬时导入中央实时数据库中,数据的高速传输得到保障。
数据缓存技术：可以使得系统在诸如服务器检修、网络断线等灾难性故障产生时，由现场的数据网关计算机完成现场数据的存贮。在系统恢复以后将数据和主服务器进行数据同步。避免数据丢失。
高速数据存贮技术：由于采用了专门优化设计的算法来采集和存储模拟量和开关量，在相同的硬件条件下，InSQL Server的性能超过所有的传统关系型数据库，使把高速产生的数据存储到关系型数据库成为可能。 InSQL Server可以直接存储来自于I/O Server的快速产生的数据，用I/O Server直接连接了大量的数据源.
节省存储空间技术即无损压缩技术：InSQL Server存储数据所需要的存储空间只是传统关系型数据库存储相同数据所需存储空间的零头。它真正所需要的磁盘空间取决于工厂的大小和状态以及需要保存历史数据的时间长度。采用的动态压缩算法是一个"零数据丢失"算法，保证了数据的高分辨率和高质量。
面向对象的人机界面编辑和存贮技术：iSDP_BluePrint人机界面编辑系统采用面向电力行业的设备的图形编辑方式，可以实现电力系统设备的简单拖拽式定义，面向对象的设计和描述方式使得客户在定义人机界面时如同亲自在安装设备。图形系统基于矢量存贮方式，可以实现无级缩放和漫游。本人机界面采用组件式的数据定义方式，可以完成各种模拟现场设备的动态图符的定义，如：棒图、仪表、趋势图等。同时所有动态点的历史和实时数据都将和中央实时数据库系统关联，在运行时显示现场设备的运行状况。
面向维护人员和使用人员的数据管理技术：由于本系统涉及的现场变量数以万计。完全按照市售的数据库直接输入将给系统的数据输入和维护造成极大的不便。因此，本系统采用的数据库维护工具是基于工业实时数据库管理系统（InSQL）的开放式完全图形视图工具，同现场测点定义数据库相连，为SIS系统的测点定义、维护提供一个方便高效的工具，管理数据模型是按两条主线抽象出来的统一管理模式，这两条主线一是：设备分层管理（系统——逻辑设备单元——线路——测点）；二是：采集装置分层管理（系统——采集装置——测点）。 按照这两条路线可以方便快速地定位到任一厂站的任一线路单元及其测点或者任一采集装置的任一采集测点，而且可以在树图上实现厂站、单元、测点的随意删除、修改。另外，厂站、测点的规模多少不受限制。如此管理，不仅仅可以便于从维护人员的角度进行数据的管理，同时也可以从操作人员的角度进行设备和测点的使用。
和OFFICE系统集成的数据查询技术：报表功能是一个组件，不仅仅可以单独使用，也可集成到画面、人机界面工具（iSDP_BluePrint）中使用，同时可以导出/导入Excel格式。不论是新手还是专家，使用iSDP_Report产生报表都非常方便。iSDP_Report具有表格计算功能。我们扩展了Excel功能，增加了通过向导和定制的Excel功能访问存储在InSQL Server中的数据的能力。对于各种生产和经营报表是非常理想。可以把报表保存为模板，帮助你产生自己标准的报表。产生的报表可以通过Web方便地分发和访问。
基于WEB的数据查询技术：iSDP_WebServer是运行在服务器端的Windows组件，它集成了ASP,ActiveX,XML等技术，采用基于HTTP的数据通讯方式进行信息的交互。使得客户端的用户通过浏览器（IE）就可以不用安装任何软件及可以浏览到系统提供的所有信息。真正做到了瘦客户机的运行模式。iSDP_WebServer是基于B/S和C/S构架的混合系统，系统的所有组态结果（人机界面、报表、趋势以及计算结果列表）在运行时都将和实时数据库系统InSQL通过C/S方式实现互连，然后通过HTTP协议相应客户的请求，将结果发送到客户端显示。为了在这样一个分布式计算机系统中实现上述的系统功能，我们采用了针对不同的需求采用不同的解决方案的办法：
针对实时信息的访问，采用直接的基于变化量的TCP通讯访问机制，即可以保证实时信息的及时响应，又可以避免对数据库的过于频繁的读写。
针对历史信息的数据库查询，采用基于ISAPI/NSAPI的网络服务模式，可以有效地避免由于系统处理多个用户并发访问系统而创建进程可能造成的系统堵塞，可以提高系统的工作效率，并且适用任何一种网络的接入方式，保证系统的数据安全到达。
针对大量的、突发的数据库访问，本系统采用了历史数据Cache管理模式，可以减少大量的，重复的数据库访问，降低数据库服务器的负荷，提高访问速度。
系统安全和数据安全技术：iSDP的安全特性可以分为物理安全、网络安全、操作系统安全和数据库安全几个部分，其中数据库安全又分系统管理级、系统应用工程师级及操作员级。iSDP有非常完善的安全机制。在系统管理级下，注册工程师（组）及操作员（组）帐号和口令，同时严格规定其各自权限。进入iSDP时，必须登记注册及校验口令。iSDP组态编程时，将内部参量按区划分，系统授权操作员按权限操作指定的区域，同时采用系统安全保护。iSDP的客户端用户必须是授权的客户，且必须输入用户名和密码才能进入，WEB必须是本公司的机器方可访问。iSDP的用户安全授权采用iSDP的客户管理插件进行，用户可以通过和系统开发人员自定义若干个安全级别，并通过程序给予确认。软件环境如下：

服务器端：

　　网络操作系统 （NOS）：Microsoft Windows 2000 Server 中文版
　　工业数据库管理系统（RT_DBMS） : Wonderware InSQL 8.0
　　Web服务器（Web Server） : Microsoft Internet Information Server 4.0

客户端：

　　操作系统：（OS）

　　　　Microsoft Windows 98 中文版 + IE （不可运行iSDP_SISClient）
　　　　Microsoft Windows ME 中文版 + IE （不可运行iSDP_SISClient）
　　　　Microsoft Windows2000 Professional 中文版
　　　　Microsoft Windows XP Professional 中文版

　　iSDP软件系统的主要功能模块如下图示：

整个工程5月1日开始试运行，7月1日正式运行，从运行情况来看，由于采用全部现场DCS图形，界面友好，安装方便，稳定性好，所以用户能快速使用本系统。

本文感谢：

滕佑来：安徽马鞍山万能达发电有限责任公司，安徽马鞍山电业路#1。

胡长舟：安徽马鞍山万能达发电有限责任公司，安徽马鞍山电业路#1。