实时数据库系统在电厂厂级生产管理监控信息系统中的应用

近几年来，电力市场供应紧张，全国范围内缺电、拉闸限电现象时有发生。究其原因，主要是电煤资源供不应求，煤价也不断上涨，直接导致了发电成本增加。这样，降低发电成本成为电厂的很大课题，为了降低成本，电厂需要采用更加先进的生产管理手段，才能通过优化生产、降低煤耗来提高生产效率。在这种情况下，电厂厂级监控信息系统SIS（Supervisory Information System）就被以比较快的速度地推广开，成为提高电厂管理水平的一种有效途径。

SIS及ESP-iSYS

SIS－电厂厂级生产管理监控信息系统是为了更好地实现发电企业安全、经济运行，提升企业的整体效益和在未来竞价上网中的竞争优势而开发的一套以电厂生产过程中所涉及的各种控制、监测、计量等系统为基础，集实时数据采集、加工、显示、存储为一体的完整的解决方案。SIS系统是建立在面向生产过程的、开放性的实时过程信息数据库基础上的信息系统，该系统将生产过程数以万计的数据进行储存和分析，为运行人员和生产管理者提供控制和决策的依据与指导。SIS首先为电力企业的安全稳定发电、控制企业成本、提高企业的生产力提供了真实而重要的现场实时数据，同时又能高效、准确地保存企业生产的大量珍贵的历史数据。再配合ESP-iSYS基础上科学、有效的数据发掘工具，精确、专业的计算分析模型，成为企业安全、经济运行的有力保障。火力发电厂厂级监控信息系统（SIS）是于1997年底提出，2000年被纳入《火力发电厂设计技术规程》。在此基础上，于2004年形成了《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件》。
ESP-iSYS是中控软件公司开发的一套实时数据库系统软件包，它是企业的实时信息中枢，能够全面整合企业生产信息，能够支撑整个企业的实时信息交互和各种智能的和自动化的事务执行。能够为企业管理部门提供即时、可靠的实时信息和数据分析结果。ESP-iSYS集成整个企业的实时数据，确保企业中的各个角色及时获得他们所需要的关键指标。企业的实时数据不再仅用来监控，而是通过ESP-iSYS的实时计算和实时数据分析功能，将实时数据转换为对企业生产管理和决策至关重要的实时信息和即时统计分析数据，这些信息和数据使生产变得透明，帮助企业的决策者作出及时、准确的决策。ESP-iSYS，从各种数据源收集企业的原始生产数据，通过丰富的Web画面和及时的Web报表将实时信息展现在您的面前，让用户浏览历史和当前的工况和各种关键分析信息，满足生产装置、运行优化、企业管理各个层面的需求。ESP-iSYS还为SIS系统进行了特别设计，对SIS的功能实现提供了更加有力的支持。

构建基于ESP-iSYS的SIS

（1）实时、历史数据平台功能模块的构建
ESP-iSYS有高效的核心组件ESP-iRTDB，它是ESP-iSYS实时数据库的数据中枢和调度服务中心。它作为实时数据传输的高速总线，完成对实时数据的分配、压缩存储和处理。ESP-iSYS不仅能够提供实时数据，还支持快速事务处理，能够触发虚拟机运行实时计算任务；触发报警服务进行即时的报警检测。ESP-iSYS还提供了加速实时信息访问的高速缓存——内存历史数据库，从而为上层应用访问近期实时数据信息提供了极高的交互速度。ESP-iSYS核心连接ESP-iHisServer，可高效地存储磁盘历史数据。适配现场不同通讯标准和协议的接口软件集合，将采集的数据迅速投递到ESP-iSYS核心，此种方式进一步提高了整体架构的稳定性。通过ESP-iSYS核心，分布在企业内的各种实时数据源被整合起来，形成了统一的通用的实时数据源，企业中各种应用系统可以基于统一的实时数据平台和统一的接口存取整个企业的实时信息。

ESP-iSYS及SIS数据流示意图

（2）全厂实时数据采集与处理功能模块的构建
ESP-iSYS是一个全厂实时数据采集与处理的开发平台，通过简单的组态，就可以集成全厂实时数据。ESP-iSYS提供了对工业各种协议和标准普适性的接口方案，提供了从底层数据源到ESP-iSYS核心的高速双向交互。ESP-iSYS支持超过300种接口解决方案，覆盖绝大部分的分布式控制系统，从小型的数字仪表、PLC到大型的DCS和SCADA系统，均可以通过ESP-iSYS接口解决方案形成整个企业统一的数据源。ESP-iSYS为诸如化验室管理系统等人工数据录入也提供了专业的工具，保证严谨可靠的录入流程。ESP-iSYS的接口解决方案甚至覆盖了部分年代久远的遗留系统，通过ESP-iSYS的接口方案合作伙伴，ESP-iSYS能为企业提供的接口解决方案得到了进一步的扩展。通过部署一套ESP-iSYS实时数据库，即可构成全企业稳定运行的实时数据中枢。ESP-iSYS还提供了开放的接口开发包，使有程序开发能力的用户能够方便地扩展。

ESP-iSYS数据流向图

（3）全厂生产过程实时监控功能模块的构建
通过ESP-iSYS采集电厂各生产过程控制系统的生产数据，这些控制系统包括DCS系统、输煤辅助系统、辅助公共控制系统、除灰辅助系统、电气网络监控系统(SCAD)、电网远程发送单元(RTU)、电能计量系统、锅炉检漏控制系统、连续烟气监测系统等的实时生产数据，对各生产流程进行统一的监视和查询。对生产数据进行综合处理以形成全厂生产报表。以满足各相关管理部门快速、高效地对现场过程数据进行查询和处理的要求。

ESP-iSYS流程图

趋势分析功能是实时数据库的核心应用之一，在工业生产中，对于趋势的长期分析、分组对比，是对过程生产状况回溯、查找问题，挖掘生产潜力的有效手段。
ESP-iSYS除了基于B/S模式的趋势分析功能，还有基于C/S模式的趋势分析软件－ESP-iTrend，它是海量的实时数据专业趋势分析软件，具有诸多趋势分析的强大功能，对于位号分组、组量程调整、单趋势线量程调整、趋势颜色、背景、线型、连接方式等均可以通过简单的操作按照用户自己的需求进行组织。ESP-iTrend支持每屏数百万条记录的趋势查看，可以横、纵双向放大，支持平滑滚动，方便工艺人员和技术工程师对生产过程趋势进行分析及对事故原因进行分析。ESP-iTrend将实时趋势、磁盘历史趋势和内存历史趋势统一起来，可以在三者之间切换，在实时趋势状态下，趋势图可以自动刷新。

ESP-iSYS趋势图

（4）过程信息统计分析功能模块的构建
ESP-iSYS支持嵌入包括聚类分析等算法的数据挖掘模块，对生成实时数据、历史数据、重要性能指标、分析结果进行自动规类和多维度数家挖掘。对机组主要设备和控制系统状态信息进行记录、统计和报表制作。

ESP-iSYS报表图

（5）机组性能计算功能的构建
ESP-iSYS内嵌了用于实时计算的虚拟机引擎，可以轻松添加虚拟的计算位号，支持位号读、写和定时的多种触发机制。从而提供了强大的实时计算和实时信息处理的功能。ESP-iSYS提供了支持实时计算业务的函数库，通过一行或数行的VB语法的脚本，就可以实现丰富的计算功能。
厂级性能计算将完成机组及其部件的各种效率和性能值的计算，并将这些值和各种中间计算值加以记录和显示。机组性能计算功能可以分为单机组性能的计算和全厂机组性能的计算。
具体计算公式要根据现场情况进行修正，一般车间技术员和对现场了解的工程师会比较清楚其计算方法。对于测点不够的现场条件，要进行适当的改造，来满足计算条件。
单机组性能计算包括：
锅炉热效率及热损；
锅炉燃料用量；
空气预热器效率；
汽轮机热效率及汽耗率；
机组循环热效率；
加热器性能；
供电煤耗率；
发电煤耗率等。

全厂性能计算包括：
平均锅炉热效率及热损；
全厂锅炉燃料用量；
平均空气预热器效率；
平均汽轮机热效率及汽耗率；
平均机组循环热效率；
全厂加热器性能；
全厂供电煤耗率；
全厂发电煤耗率等。

（6）能损分析功能模块的构建
应用ESP-iSYS的实时计算功能和二次开发功能，可以定制出如下计算分析功能：
可控损失：主蒸汽温度压力、再热蒸汽温度、排烟温度、炉膛氧含量等。
不可控损失：环境温度、预热器漏风率、煤种变化、再热损失等。
这些计算项目的具体计算公式也要根据现场情况进行调整和修正。
（7）运行优化与操作指导功能的构建
浙江中控软件技术有限公司从1993年开始研究、开发和实施先进控制技术，并于1996年推出APC-Hiecon多变量预测控制软件，成功应用于石化、炼油、化工等多个行业。是国内最优秀的运行优化与操作指导软件。
（8）运行绩效考核功能模块的构建
应用ESP-iSYS的实时计算功能和二次开发功能，可以组态和定制出操作质量计算分析功能，对操作人员的操作进行动态跟踪，对不合理的及超出标准的操作进行记录，并形成报表，作为运行绩效考核的依据。实际应用效果很好。
（9）设备状态监测及管理功能模块的构建
应用ESP-iSYS的ESP-SupPlant EM—设备状态监测及管理软件功能模块的部分功能，并结合ESP-iSYS的二次开发功能及通用开发接口进行定制开发，采用振动频率高速采集等专业传感器及配套的硬件产品，能够实现设备状况在线监测系统实现设备状态历史、实时数据趋势、震动分析、监测点故障预报、监测点故障分析、历时数据对比等功能。在线监测系统主要由设备运行状态总览图、监测点历史趋势显示、震动数据分析（概率密度、功率谱、包络谱、倒谱、自相关、互相关、细化谱、轴心轨迹、时频域分析等）、监测点故障预报、监测点故障分析、历史现状数据对比，结果报告等功能群或子系统所组成。其设备管理子系统以设备的档案管理和备品备件管理为基础，建立标准化的设备基础信息结构，包括设备基本设置管理、设备档案管理、设备运行维修管理、设备台帐管理，设备报表管理、设备备件管理等内容。
（10）设备寿命分析与管理功能模块的构建
应用ESP-iSYS的实时计算功能和二次开发功能，可以组态和定制出设备寿命分析与管理功能模块，对锅炉、汽机重要部件关键参数进行在线计算，从而确定设备寿命损耗情况和老化状态，可以使用户及时调整检修计划，实现动态设备管理。
（11）实时信息网站功能模块的构建
ESP-iSYS的ESP-iWeb功能模块，可以使用户自己配置、定制、修改网站界面，满足企业动态管理的需求。

ESP-iWeb系统配置图

（12）Web services访问接口模块的构建
ESP-iSYS实时数据库内嵌了Web services接口模块，这个模块提供了Login、GetTaghandle、ReadDiskHisData、ReadMemHisData、ReadTag、ReadTagMemHisData、GetVirtualTagAttribute、SamplingDiskHisDataBatch、LogOut、SamplingDiskHisData、GetAllVirtualTag、GetRealTagAttribute、GetMemHisLen、GetMemFixHis、GetAllRealTag、WriteTag等常用接口。这些接口简单、实用、功能强大、执行效率比较高。ESP-iSYS实时数据的Web Service接口还同时支持SSL加密，保证了在开放网络环境下实时数据传输的安全性。

ESP-iSYS实时数据库Web services接口访问

ESP-iSYS对SIS二次开发的支持

ESP-iSYS提供了很多通用二次开发定制功能，这些功能是不需要修改代码的，只需要进行相应的组态设置即可。下面分几个方面总结一下。
（1）权限控制
ESP-iSYS有很完善的权限配置体系，可以设置用户组的权限，这样方便批量权限分配。还可以单独配置某个用户的权限，用户的权限可以精确到点。

ESP-iSYS权限配置图

（2）点组态
ESP-iSYS点组态分为在线和离线两种方式，在线组态方式更加方便了用户的组态修改工作。

ESP-iSYS点在线组态图

（3）Web Server参数配置
Web Server配置可以在IE中通过ESP-iWebSetup进行设置。

Web Server参数配置图

Web界面文本配置

Web界面配置图

Web菜单及ESP-iWeb首页位置修改，可以显示、隐藏或者禁用菜单。还可以通过修改模块菜单索引号，来配置各个模块链接在Web首页上的位置。

Web菜单配置图

（4）报表组态
ESP-iSYS提供了基于EXCELL的报表组态插件，可以方便地组态实时数据报表。通过保存报表模板并上传模板来实现报表生成。

报表组态图

报表模板上传图

结束语

ESP-iSYS从产品的架构出发对SIS系统的实现提供了全方位的支持，应用ESP-iSYS可以很方便地构建出SIS系统。而SIS的系统功能、应用软件适应的范围和对现场设备的监控方式等都将随着电力技术和IT技术的发展有所改变，ESP-iSYS的柔性架构可以使工程商根据企业的需要进行方便地修改和维护，提高了SIS系统的适应性和可维护性。在中国电力企业的市场化进程中，厂网分离、竞价上网已是市场化的必然趋势。面对企业经营环境的改变，电力企业都应该建立一套以ESP-iSYS为基础的厂级监控信息系统，这将有助于提升电厂的科学管理水平，有助于提高企业的竞争能力，使企业更加具有发展的后劲。