火電廠SIS系統(tǒng)通信高可靠性優(yōu)化及預(yù)警技術(shù)研究

0引言

SIS,即廠級(jí)監(jiān)控信息系統(tǒng)(Supervisory Information System),其主要作用包括:處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、完成生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、故障診斷和分析、性能計(jì)算、分析和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷調(diào)度等。我國(guó)部分省份火電廠環(huán)保電價(jià)考核數(shù)據(jù)來源也依托于SIS系統(tǒng),一直以來,SIS系統(tǒng)都是火電廠生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)節(jié)中尤為重要的組成部分。電廠SIS系統(tǒng)鏈路存在單一化的弊端,易因某個(gè)中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題導(dǎo)致數(shù)據(jù)中斷,同時(shí)因傳輸鏈路冗長(zhǎng)不能及時(shí)定位問題所在,加大了故障處理難度,增加了故障處理時(shí)間,因此對(duì)整個(gè)SIS系統(tǒng)通信進(jìn)行優(yōu)化及預(yù)警很有必要。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

如圖1所示,火力發(fā)電廠的單一SIS系統(tǒng)接口^[1]一般包括OPC服務(wù)端、OPC客戶端、網(wǎng)閘、入庫系統(tǒng)、SIS數(shù)據(jù)庫等多個(gè)子系統(tǒng)。從廠內(nèi)工程師站接口機(jī)獲取數(shù)據(jù),再通過OPC服務(wù)端對(duì)外提供訪問接 口,由 OPC客戶端采集接收數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)通過網(wǎng)閘傳輸?shù)饺霂煜到y(tǒng),最后由入庫系統(tǒng)把數(shù)據(jù)寫入SIS數(shù)據(jù)庫,整個(gè)傳輸過程中還包括一些網(wǎng)絡(luò)通信及安全設(shè)備,如防火墻、交換機(jī)等。

該系統(tǒng)目前存在如下弊端:1)整個(gè)傳輸系統(tǒng)是串聯(lián)連接,任一子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備發(fā)生故障都會(huì)導(dǎo)致SIS數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)缺失。2)整個(gè)傳輸鏈路涉及設(shè)備多、位置分散、傳輸鏈路長(zhǎng),出現(xiàn)故障時(shí)定位困難。3)  整個(gè)傳輸鏈路缺少有效的監(jiān)控,不能及時(shí)定位、處理故障,影響SIS數(shù)據(jù)庫的各項(xiàng)應(yīng)用,易出現(xiàn)考核的狀況。4)對(duì)系統(tǒng)傳輸測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)缺少有效管理,易因單個(gè)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)異常導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生考核的狀況。5)單個(gè)設(shè)備運(yùn)行的關(guān)鍵程序缺少守護(hù),易因?yàn)槟硞€(gè)程序問題導(dǎo)致整個(gè)傳輸鏈路異常。

2SIS系統(tǒng)通信優(yōu)化及預(yù)警

2.1研究?jī)?nèi)容

1)雙鏈路部署優(yōu)化:設(shè)備間使用私有協(xié)議自動(dòng)協(xié)商數(shù)據(jù)采集、傳輸設(shè)備的主/備關(guān)系,出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)完成主/備切換,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)冗余化通道傳輸。

2)本地/鄰居狀態(tài)監(jiān)測(cè):設(shè)備對(duì)自身及相連鄰居設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并上傳管理端,以實(shí)現(xiàn)管理端對(duì)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、安全設(shè)備、交換機(jī)、服務(wù)器等獨(dú)立系統(tǒng)的健康狀況診斷。

3)實(shí)時(shí)拓?fù)錉顟B(tài)監(jiān)視:系統(tǒng)結(jié)合實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)拓?fù)鋱D,將接口實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)直觀地展現(xiàn)給運(yùn)維人員,同時(shí)也能快速定位到故障節(jié)點(diǎn)。拓?fù)鋱D通過網(wǎng)頁技術(shù),實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)頁方式的訪問,管理者可以隨時(shí)隨地掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài),不受時(shí)間、區(qū)域的限制。

4)故障診斷和通知:通過OPC客戶端、入庫系統(tǒng)獲取自身和鄰居設(shè)備狀態(tài)信息,系統(tǒng)自帶的故障診斷模型及時(shí)分析出故障位置,并提供相應(yīng)的處理建議,將故障信息推送給運(yùn)維人員,協(xié)助運(yùn)維人員快速鎖定故障,減少排故時(shí)間,提升部門間協(xié)助效率,確保數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性。

5)遠(yuǎn)程接口備份:將數(shù)據(jù)OPC客戶端、入庫系統(tǒng)的軟件及配置信息,通過傳遞功能層層傳遞到管理站。在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)能夠進(jìn)行下載,并快速恢復(fù)到備品備件中,提升了系統(tǒng)恢復(fù)的效率。

6)智能守護(hù):以服務(wù)方式運(yùn)行占用系統(tǒng)資源極少,對(duì)系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)的重要程序進(jìn)行守護(hù),使得系統(tǒng)在沒有人為干擾的大部分情況下,能自動(dòng)把系統(tǒng)由異常狀態(tài)恢復(fù)到正常狀態(tài),減輕運(yùn)維人員的工作量,同時(shí)還會(huì)記錄關(guān)鍵日志,使得開發(fā)人員對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有更具體的了解,方便后續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí),從根本上降低出現(xiàn)異常的概率。

7)模塊化部署:將一個(gè)個(gè)所要使用的功能分為一個(gè)個(gè)獨(dú)立的模塊,通信及預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際情況選擇最適合的模塊,通過模塊化部署優(yōu)化的通信及預(yù)警系統(tǒng),可以方便后續(xù)單個(gè)功能或模塊的升級(jí)及優(yōu)化,同時(shí)其架構(gòu)靈活,能夠完美適應(yīng)前后端的變化,提高系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.2整體架構(gòu)

為進(jìn)一步提高DCS系統(tǒng)至SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性,對(duì)SIS系統(tǒng)通信進(jìn)行優(yōu)化并研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄茴A(yù)警系統(tǒng),如圖2所示。

通過數(shù)據(jù)采集、隔離裝置、系統(tǒng)狀態(tài)自檢、服務(wù)器狀態(tài)檢測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)檢測(cè)、測(cè)點(diǎn)自動(dòng)同步、通道冗余熱備等功能,實(shí)現(xiàn)在MIS側(cè)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理^[2]、維護(hù)和狀態(tài)監(jiān)視的目的,以滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)運(yùn)行管理人員對(duì)數(shù)據(jù)采集接口的遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中管理、安全維護(hù)、狀態(tài)報(bào)警等日常管理和維護(hù)需要。

2.3通信可靠性優(yōu)化

使用雙鏈路部署重新定義設(shè)備主備關(guān)系,正常狀態(tài)主/備路相互獨(dú)立運(yùn)行,由入庫系統(tǒng)做出判斷,單路數(shù)據(jù)寫入SIS數(shù)據(jù)庫,當(dāng)SIS系統(tǒng)接口某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常時(shí),能實(shí)現(xiàn)主/備的自動(dòng)切換,同時(shí)設(shè)備對(duì)自身及相連鄰居設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),通過私有協(xié)議把監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控端,讓運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀況,降低數(shù)據(jù)缺失、中斷的風(fēng)險(xiǎn),設(shè)備也會(huì)對(duì)自己同級(jí)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析,同級(jí)設(shè)備出現(xiàn)故障,能快速替換其功能,保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

利用模塊化、C++、VB等技術(shù)重新優(yōu)化升級(jí)已有軟件,使之能夠適應(yīng)大多數(shù)操作系統(tǒng),也可以更靈活地去適應(yīng)前后端環(huán)境的變化,為后續(xù)的升級(jí)優(yōu)化預(yù)留了足夠的空間,提高了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)用性。

2.4 預(yù)警技術(shù)研究

監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)對(duì)外提供Web服務(wù)^[3],采用HTML 語言、Java Applets、腳本程序、CSS、DHTML、插件技術(shù)以及VRML技術(shù),將接口實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)直觀地展現(xiàn)給運(yùn)維人員。其優(yōu)勢(shì)在于Web標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)頁能在不同瀏覽器和設(shè)備上正常顯示,避免了因兼容性問題導(dǎo)致的頁面錯(cuò)亂、功能失效等問題,開發(fā)也可遵循統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行,減少了針對(duì)不同瀏覽器和設(shè)備的適配工作,遵循標(biāo)準(zhǔn)的代碼更易于維護(hù)和更新,有利于長(zhǎng)期發(fā)展。為提高發(fā)現(xiàn)問題、處理問題的速度,避免再次發(fā)生考核的狀況,智能預(yù)警系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有故障診斷模型能及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行分析,再通過公眾號(hào)把分析結(jié)果發(fā)送給運(yùn)維人員,減少了運(yùn)維人員定位問題的時(shí)間,降低了數(shù)據(jù)丟失或者缺失的風(fēng)險(xiǎn),充分體現(xiàn)了整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、實(shí)用性,大大提高了智能化水平。

2.5 系統(tǒng)特點(diǎn)

在保持原有功能的基礎(chǔ)上,利用Java、Web等先進(jìn)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,遵循實(shí)時(shí)性、安全性、可拓展性和靈活性、標(biāo)準(zhǔn)性、實(shí)用性等原則,大大提高了系統(tǒng)性能。1)實(shí)時(shí)性:系統(tǒng)拓?fù)鋱D實(shí)時(shí)展示整個(gè)通信、傳輸鏈路,實(shí)時(shí)快速處理整個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),出現(xiàn)故障時(shí)能在醒目的地方給出提示,同時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警,幫助用戶快速發(fā)現(xiàn)并找到問題所在。2)安全性:優(yōu)化后系統(tǒng)具有安全保密措施,能防止非法入侵及非法操作,使系統(tǒng)中的軟硬件、數(shù)據(jù)受到保護(hù),不會(huì)被惡意破壞、更改、泄露,系統(tǒng)可以連續(xù)安全地運(yùn)行,對(duì)于非法入侵及非法操作記錄關(guān)鍵日志,幫助運(yùn)維人員及時(shí)解決隱患。3)可拓展性和靈活性:預(yù)警系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu),能夠靈活方便地進(jìn)行修改及優(yōu)化,為滿足系統(tǒng)要求需要增加或修改資源的,可通過增加模塊或啟用新模塊的方式來實(shí)現(xiàn),對(duì)于系統(tǒng)資源拓展沒有局限性。4)標(biāo)準(zhǔn)性:優(yōu)化及預(yù)警涉及的技術(shù)符合國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn),方便后續(xù)優(yōu)化升級(jí),同時(shí)在高性價(jià)比的基礎(chǔ)上,盡可能采用先進(jìn)技術(shù),確保在未來十年內(nèi)使系統(tǒng)保持先進(jìn)。5)實(shí)用性:整個(gè)系統(tǒng)組網(wǎng)方式、功能配置靈活,可根據(jù)不同環(huán)境進(jìn)行調(diào)整,真正實(shí)現(xiàn)了從用戶角度出發(fā),利用現(xiàn)有環(huán)境降低系統(tǒng)成本,在使系統(tǒng)具有高性價(jià)比的同時(shí)滿足用戶實(shí)際需求。

3 結(jié)束語

綜上所述,通過對(duì)SIS系統(tǒng)通信的優(yōu)化及預(yù)警研究,可進(jìn)一步提高DCS系統(tǒng)至SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性,降低因參數(shù)傳輸中斷引起的指標(biāo)計(jì)算停滯及考核風(fēng)險(xiǎn),從而減少經(jīng)濟(jì)損失。優(yōu)化后,能通過Web訪問的方式對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理、維護(hù)和狀態(tài)監(jiān)視,對(duì)數(shù)據(jù)采集接口進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視、集中管理、安全維護(hù)、狀態(tài)報(bào)警等日常管理和維護(hù),改進(jìn)維護(hù)工作模式,提升維護(hù)工作的自動(dòng)化和智能化水平。

[參考文獻(xiàn)]

[1]薄文靜.淺談電廠SIS系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值[J].中國(guó)設(shè)備工程,2024(2):88-90.

[2]任國(guó)俊,張志學(xué),厲超,等.DCS與SIS一體化監(jiān)控后臺(tái) SCADA改造[J].電站系統(tǒng)工程,2024,40(1):48-50.

[3]郭琳,魏靜.發(fā)電廠信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的優(yōu)化配置[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2024,27(1):33-36.

2024年第21期5期