135MW电厂SIS平台改造实例分析
摘要 创新利用DIP接口通信技术，将135MW SIS系统各接口在PI实时数据库服务器上做汇聚。通过本次135MW SIS系统升级整合，实现了SIS实时数据资源共享，消除了信息孤岛，减少SIS系统的维护量，保证了服务器的稳定运行，提高了信息系统的使用效率，生产管理人员可以在办公电脑上就可以全面监视到全厂设备运行状态及参数，保证了机组的稳定经济安全运行，有效提高我厂生产现场设备管控水平。同时，为我们实现“智慧电厂”和“一键启停、无人值守、全员值班的信息化”建设目标打下坚实基础。
引言
随着大数据技术兴起，数据就是效益，数据就是价值的理念已深入人心。很多大集团公司不断深入抽取子分公司生产实时数据，建立大数据中心加工站已是趋势所向。同时，基层单位也越来越依赖生产实时数据展示，加工，应用成果，实现自身企业精益化管理。子分公司作为大数据基础层，核心网络设备，厂级生产实时监控系统（SIS）安全可靠稳定运行面临着前所未有的压力。杜威等分析了SIS（厂级监控信息系统）系统的可控指标，发现SIS系统可以给电力企业的科学管理提供依据。SIS对于提高电厂的信息化水平，全面监视设备运行等方面具有良好的效果。
神华阳光2×135MW机组旧SIS系统于2009年开始投运，采用eDNA实时数据库，接入了包括DCS系统、电量采集、NCS等控制系统。但经过多年运行，接口机、服务器硬件老化，设备运行存在安全隐患，同时由于控制系统多次升级改造，现有SIS系统的软件功能落后，测点及画面存在大量错误，不能与现场保持一致。2×660MW机组SIS系统属于基建遗留项目，于2015年正式开始部署实施，采用PI数据库。店塔电厂出现了两套SIS系统，两套独立的数据库，两套风格迥异的展现平台。
图1 店塔电厂（2×135MW-2×660MW）SIS系统网络拓扑图
本文针对神华阳光2×135MW机组旧SIS系统改造进行分析，详细分析了各个模块的功能，运行结果表明系统改造后有效实现了信息化的有机统一，实现了信息资源的共享，为实现“智慧电厂”提供了借鉴。
1 SIS改造内容
SIS主要构成：
基于二期2×660MW机组的SIS系统平台，对一期2×135MW机组的SIS系统进行改造，完成两套系统的集成与整合，系统结构如图1所示，主要包括：
（1）弃用原eDNA数据库，将其测点清单及历史数据迁移到PI数据库中，实现数据的统一存储。
（2）采用新的数据接口，将2×135MW机组的各数据源（包括DCS、DEH、NCS、电量采集、输煤、除灰、电除尘等）接入到PI系统中，实现数据的统一采集。
（3）使用2×660MW机组SIS系统的发布平台，重新制作实时画面、报表等页面，实现全厂数据的的统一发布。
（4）重新开发包括性能计算模块、耗差分析、生产统计报表、设备状态检测与综合分析等模块，并与SIS系统完成集成，实现全厂指标的统一管控。
经过整合与改造后店塔电厂SIS系统主要功能包括：
（1）数据采集处理及接口程序
建设覆盖全厂的生产实时数据平台，消除之前单纯依靠DCS分散控制，分散管理而导致的信息孤岛，可以对煤、水、炉、机、电、热、环各运行专业的数据进行在线查询与历史趋势分析。
（2）全厂实时信息监视
将现场生产情况搬到管理人员的办公桌前，厂级领导及各管理岗位可以第一时间了解到全厂（包括一期2×135、二期2×660）的机组生产情况。
（3）性能计算
在线进行机组性能指标计算（包括煤、水、热、电等指标的生产效率或损耗），为全厂生产经济调度提供全面完整的数据支持。
（4）耗差分析与管理
对机组关键性运行可控参数进行监督分析，根据这些参数的实际运行值和基准值（目标值）之间的偏差，计算出对机组效率的影响以及由此偏差所引起的运行损失。
（5）生产统计报表
完成生产数据的统计分析，提供一套完整的综合报表平台，对全厂生产实时数据进行处理、统计分析，形成机组或全厂的生产运行报表，包括日志台账、指标计算、统计及分析报表等，并能监视、查询和打印。
（6）设备状态监测与综合分析
系统通过实时测量全厂主机及主要辅机设备运行状态及参数形成数据库，为电厂检修和设备故障诊断提供依据。
2 改造项目分析
本改造的系统功能总的要求不得低于《火力发电厂厂级监控信息系统技术条件（DL/T924-2005）》标准。原2×135MW机组SIS使用的是eDNA实时数据库2009版，2×660MW已采用PI实时数据库，需将2×135MW机组SIS数据整合到PI数据库中，并进行2×135MW机组原有数据进行修复使用。在原有点表可以直接利用的基础上，核对生产现场DCS、辅网等系统，保证SIS画面和数据点表与生产现场完全一致。更换数据库应考虑SIS接口程序的变更及费用，目前店塔电厂2×135MW机组SIS系统在用的接口机有：DCS接口机，电量采集系统接口机，NCS系统接口机，并需新增除灰接口机、电除尘接口机、输煤接口机。
SIS系统主要功能模块包括：一期历史数据整合、实时数据采集处理模块、全厂生产信息监控模块、性能计算模块、经济指标分析模块、运行优化模块、设备状态监测与综合分析、机组热力试验、系统管理等。
2.1 一期历史数据整合
一期SIS系统采用eDNA数据库，存储的历史数据从2009年至今。需要将这些历史数据按目前测点规则，集成到二期PI数据库中，在PI数据库中可以查询一期SIS2009年至今的历史数据。保证一期SIS历史数据的完整性。
2.2 实时数据采集处理模块
实时数据采集模块实现各生产过程控制系统（包括DCS、DEH、NCS、电量采集系统、烟气环保监测系统、输煤、除灰、电除尘等）数据的可靠采集，并通过网闸实现控制系统与SIS系统的安全隔离。DIP与DCS系统之间OPC通信协议接口的开发；DIP与网控NCS系统之间CDT通信协议接口的开发；DIP与电能量之间东方102通信协议接口的开发；DIP与除尘系统之间OPC通信协议接口的开发；DIP与除灰系统之间SQL通信协议接口的开发；DIP与输煤系统之间昆腾施耐德PLC通信协议接口的开发；DIP与供热系统之间DIP通信协议接口的开发。
135MW SIS升级改造后SIS与MIS、SIS与集团公司精益化管理系统及其他应用系统的接口。保证SIS与MIS、SIS与集团公司精益化管理数据传输正常。
具体功能要求：
（1）实时数据从生产控制系统向SIS单向传送，数据采集不影响控制系统的运行。
（2）支持模拟量、开关量、累计量、脉冲量、字符量、逻辑中间点等数据采集。
（3）数据采集周期应不超过1秒，所采集的每个点的精度可按招标方的要求定义。
（4）接口程序能够提供对接口运行情况监测以及接口机与实时数据服务器之间通讯的调试工具。
（5）原则上每个接口的数据采集软件运行于一台独立的接口机，个别接口机出现故障不影响其它接口软件或整个系统的运行。
2.3 全厂生产信息监控模块
生产监控层作为全厂自动化监控系统的核心，其所需的所有实时信息和过程参数主要从下层控制网络中以通讯方式获取，少量特殊要求的信息采用硬接线方式，接口须是符合行业规范的标准接口。生产监控层采用至少1000Mbps的以太网作为信息传递和数据传输的媒体，接口设备与生产过程控制网络接口的通讯速率应与生产过程控制系统的通讯速率相匹配。并提供相应的网络设备、接口设备、服务器、计算机终端设备、系统软件和应用软件等，以构成完整统一的系统。系统的硬件应安全、可靠、先进。生产监控层应采用建模技术和免插件技术，应易于组态、易于使用、易于扩展、易于实施。生产监控层应采取安全措施防止各类计算机病毒的侵害、人为的破坏和数据库的数据丢失。
全厂生产信息监控模块包括以下几部分：
（1）全厂生产信息监控模块通过模拟图、趋势曲线、棒图、表格等形式实时显示全厂各机组、车间、系统、设备的运行状态参数。检索显示、打印存储在实时/历史数据库中的各发电机组、电气系统等系统的模拟量测点的历史曲线。并对历史数据进行有效地统计整理，形成全厂各类生产统计报表。
（2）报警。对DCS中设置的报警数据点以及其他系统中的重要数据点进行实时监视。利用不同的颜色实现报警功能，报警消除后，数据点显示恢复正常。
超限额运行时间统计：超限额运行时间统计功能可以查看任意区间内某项指标超过报警限值运行的时间累计情况，包括查询区间内各小时超过报警值上限、下限的时间以及时间的累计。
（3）历史数据查询。通过输入查询条件可以查询某段时间的历史数据。
（4）工况回放。在实时画面监控中，可以回放的任意历史工况数据，方便生产人员分析历史工况。通过将多个系统画面同步回放，便于用户分析分散在不同系统的关联生产过程数据。
2.4 厂级性能计算和分析功能
系统可以计算整个电厂的各种效率包括锅炉、汽轮机、煤电比及其辅助系统等；相关损耗包括煤、水、电、热耗等。这些计算结果应能保存到数据库。性能计算的算法应支持在线可视化编辑与调整，计算过程及计算结果可进行追溯，方便查找与发现计算过程中有问题的地方。
2.5 耗差分析与管理
（1）安全性指标在线监测与预警。在线监测影响机组安全性的关键性指标，能够计算出统计周期内设备安全参数的超限次数、超限记录、越限报警，并可以进行实时和历史数据分析。
（2）经济性指标在线监测。能够在线监测机炉主设备以及主要辅助设备、热力系统的性能指标。
（3）目标值数管理。SIS系统应具备完善的目标值管理功能，根据不同要求应提供多种目标值方式，如出厂设计目标值、热力试验目标值、经验目标值以及自动寻优目标值。
（4）自动寻优。对于自动寻优目标值要求能根据用户需要进行自定义确定工况的依据参数。
机组在进行大小修后，机组的各性能均会有一定的变化，SIS系统应对自动寻优目标值可修正。
图2 店塔发电公司4台机组生产主要参数展示效果图
（5）耗差分析。将主要可控参数的实时状态参数进行监视分析，与对应目标值比较，计算各项可控参数与目标值的偏差所引起的供电煤耗的变化，以突出改善机组性能的主要因素，为运行人员提供直观的运行指导。
2.6 设备状态监测与综合分析
系统通过测量和监视全厂主机及主要辅机设备运行状态及参数，并将其存入数据库，作为实现电厂状态检修功能和设备故障诊断的基础数据。
主要综合分析功能如下：
设备规格参数查询；设备启停明细记录与统计；设备重要参数实时/历史关联监视；设备重要参数越限记录与统计。
2.7 系统管理
系统设置灵活的权限管理和配置功能，可以根据厂内的实际管理需要，分别设定各个模块的用户访问权限，系统登录账号统一应用神华工号，提高系统的管理安全。
表1 系统改造主材料清单
3 系统应用所产生的效果
全厂SIS系统投入运行后，系统运行稳定，画面浏览顺畅。弃用原eDNA数据库，将其测点清单及历史数据迁移到PI数据库中，实现数据的统一存储。使用2×660MW机组SIS系统的发布平台，重新制作实时画面、报表等页面，实现全厂数据的的统一发布。将现场生产情况搬到管理人员的办公桌前，厂级领导及各管理岗位可以第一时间了解到全厂（包括2×135、2×660）的机组生产情况。
（1）SIS系统可在线对机组的运行参数进行监视并实施考核，减轻了运行指标的统计工作。通过有效利用SIS值际小指际竞赛系统，机组重要指标有了大幅度改善，指标在集团公司CFB 300MW以下机组排名中名列前茅，受到集团公司的嘉奖。以2017年9月店塔电厂5、6机组在集团公司CFB300MW以下机组指标排名为例，我厂获得第二名和第四名的好成绩。2018年在国神集团小指标竞赛中，店塔电厂四台机组共取得16次第一，合计奖励金额147万元，金额总数为集团第一，在集团公司年度小指标竞赛评比中，排名第二，奖励89.1万。
表2
（2）运行加强了对汽机真空的调整，真空明显提高、一系列相关参数的优化不仅降低了供电煤耗，而且产生的经济效益可达上百万元。
（3）由于SIS系统的应用，凝汽器端差明显下降，通过软件给出的耗差分析，及时确定凝汽器端差对煤耗的影响，运行各值加强了对凝汽器端差的关注调整力度。
（4）通过开展SIS节能值际竞赛，节能减排效益明显。2018年综合厂用电率：135MW机组8.86%，较2016年降低0.87%,660MW机组8.89%，较2016年降低0.2%。2018年供电煤耗：135MW机组359.5g/kW·h,660MW机组315.19g/kW·h。2018年环保指标：135MW机组二氧化硫平均排放浓度为150.33mg/m3，氮氧化171.5mg/Nm3，烟尘11.98mg/m3;660MW机组二氧化硫平均排放浓度为11.09mg/m3，氮氧化物30.78mg/m3，烟尘1.96mgm3。135MW机组满足国家标准环保要求，660MW机组实现超低排放。各排放指标较2015-2016年明显减少。随着时间积累，SIS系统的使用将会为我厂带来更大的经济效益和社会效益。
4 结束语
通过本次SIS系统升级整合，实现了信息共享，消除了信息孤岛，减少SIS系统的维护量，保证了服务器的稳定运行，提高了信息系统的使用效率，生产管理人员可以在办公电脑上就可以全面监视到全厂设备运行状态及参数，保证了机组的稳定经济安全运行，有效提高我厂生产现场设备管控水平。同时，为我们“智慧电厂”和“一键启停、无人值守、全员值班的信息化”建设目标打下坚实基础。
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