厂级监控信息系统.docx

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厂级监控信息系统

厂级监控信息系统（SIS）在超临界火电机组的应用

摘要：

本文通过介绍厂级监控信息系统的系统配置和主要功能，结合国电荥阳煤电一体化有限公司的实际成功应用情况，比较系统的阐述了华电天仁公司的厂级监控信息系统在国电荥阳煤电一体化有限公司的应用情况和所存在的不足，对于今后的应用和推广该技术有一定的借鉴作用。

关键字：

厂级监控信息系统、600MW“W”火焰机组、应用

1引言

火力发电厂厂级监控信息系统（SIS,SupervisoryInformationSystemforplantlevel）,属于厂级生产过程自动化范畴，其主要目的是建设实现厂级管理信息系统（MIS）和机组实时控制系统即分散控制系统（DCS）、辅助车间控制系统（PLC）、电器网络监控系统和电能计量系统等之间的桥梁，在整个电厂范围内信息共享，真正做到管控一体化，为全厂实时生产过程综合优化服务，提高电厂整体效益。

目前，各火力发电厂SIS系统的设置还处于开发、应用、推广阶段，前一阶段SIS的规模、功能和技术条件还不统一，因此尚需要不断尝试、总结和提高。

2概述

国电荥阳煤电一体化有限公司一期工程使用的是2×600MW“W”火焰锅炉的超临界机组，厂级监控信息系统（SIS）采用的是北京华电天仁电力控制技术有限公司比较成熟的一套系统，提供采集所有控制系统的实时数据、建立长期存储实时历史数据库，并以此为基础，实现厂级生产过程监视和管理、厂级性能计算和分析等基本功能，以及主机和主要辅机故障诊断、报警、主要设备状态（泄漏、磨损等）检测和计算分析等可选功能，并向MIS提供过程数据和计算、分析结果，自动产生各类报表以满足电厂对于生产过程的管理要求，确保机组安全、高效运行。

3系统介绍与应用

3.1硬件配置

3.1.1网络配置

主干为冗余千兆工业以太网，1000Mbps连接到各服务器，1000Mbps连接到各控制系统和MIS。

网络结构参见图1

3.1.2交换机

配置冗余的工业级核心交换机。

核心交换机布置在集控楼中（13.7米层）。

核心交换设备应支持VLAN、组播控制和PortPriority（端口优先级）、端口MAC绑定（只允许联接绑定的主机）、基于IEEE802.1p的流量优先级设置，以最大程度地限制网络上的广播和组播信息，提高网络的可靠性和工作效率。

核心交换机备板上要留有适量备用插槽以便于系统扩展。

核心交换机采用加拿大罗杰康品牌。

配置4台罗杰康交换机作为SIS核心交换机，具体型号规格如下：

RSG2200-R-RM-HI-HI-FG02-CG01-CG01-CG01-1CG01：

2台。

RSG2100-R-RM-HI-HI-TX01-TX01-TX01-TX01-CG01-1CG01-TX01-TX01-TX01-TX01：

2台。

图1：

系统网络拓扑结构图

3.1.3接口设备

（1）SIS与下层控制网络（DCS、辅助系统、脱硫等）的配有数据接口设备，这些接口设备对于下层控制网络数据的读取有严格的授权并不对下层控制网络进行修改、组态或对工艺过程进行直接控制，不应影响下层生产控制网络的控制功能。

（2）所有的接口协议均为OPCV2.0或以上版本。

华电天仁负责接口的OPC及信息安全措施。

所有的OPC硬件应是通用的，基于RS232/485/TCP/IP网卡的商品化接口硬件；接口软件不是临时专为本项目开发的产品，而是商品化的、有完善的文档与技术支持的最新版本的软件。

（3）SIS与下层控制网络的接口均定义为单向的，任何情况下不会影响DCS/PLC等下层控制网络的安全性，且其可靠性在受控范围内。

（4）重要接口应采用冗余方式，具体根据工程要求决定。

（5）接口的控制系统如下：

1）#1机组DCS

2）#2机组DCS

3）机组公用DCS

4）辅助车间控制系统

5）NCS

6）TDM

7）锅炉炉管泄露检测系统

8）输煤程控系统等

（6）配置12台接口机（2台冗余）布置在现场电子设备间机柜内。

每台接口机均安装防病毒软件。

接口机采用研华工控机，每台接口机至少能缓存所接控制系统的至少48小时的实时数据。

接口机配置：

采用磁盘阵列，内存1GB以上，CPU为Woodcrest2.0GHz以上，硬盘容量73GB×2以上（RAID1），3块1000M网卡。

3.1.4服务器配置

SIS服务器：

SIS留与GPS的接口，SIS网上各服务器的时钟均以GPS时钟作为标准时钟。

生产实时系统配置一台硬件级容错数据库服务器，一台应用服务器，一台镜像服务器，一台Web发布服务器。

生产实时系统服务器采用机柜方式，一个机柜内公用一套液晶显示器及键盘鼠标，通过信号切换器切换。

服务器选用NEC。

1）数据库服务器

配置一台NECExpress5800/320Fb-LR容错服务器作为实时数据库服务器，外置磁盘阵列或设置存储局域网系统。

服务器：

处理器2颗Xeon5120双核1.6GHz

内存：

2GBRAM标准内存，可扩展至8GB

硬盘：

2块146GB（10KRPM,RAID1）SCSI

网卡：

冗余千兆以太网卡

2）应用服务器

配置一台NECExpress5800/320Fb-LR容错服务器，作为应用服务器。

服务器

处理器：

2颗Xeon5120双核1.6GHz

内存：

2GBRAM标准内存，可扩展至8GB

硬盘：

2块146GB（10KRPM,RAID1）SCSI

网卡：

冗余千兆以太网卡

3）镜像服务器

配置一台IBM3850服务器作为镜像服务器。

增加一台IBM3650服务器作为Web发布服务器。

机架式服务器：

CPU：

IntelXeonDP2.8G以上至少2颗、可扩展为4颗、高速缓存：

512KB、内存：

8GDDR333ECC、SCSI硬盘：

73.4G10000转2块、网卡：

千兆网卡2块、冗余电源、光驱。

3.1.5存储器

存储器载体为磁盘阵列：

选用光纤磁盘阵列IBMDS3400，配置4×300G的硬盘。

3.1.6功能站和客户机

配置一台值长站和一台工程师站：

值长站：

M57:

CPU:

Intel酷睿2双核E2180（2.0GHz）、内存：

2GDDR333、IDE硬盘1块：

160G7200转、网卡1块：

100M电口网卡、DVD光驱、显示器（与DCS一致）。

工程师站：

M57:

21″LCD、CPU:

Intel酷睿2双核E2180（2.0GHz）、内存：

2GDDR333、IDE硬盘1块：

160G7200转、网卡1块：

100M网卡、DVD光驱、显示器（与DCS一致）。

3.1.7外围设备

（1）打印机：

打印设备是A3幅面的黑白激光打印机，打印机内存至少应为16M，采用进口品牌产品。

打印机数量设置：

值长打印机2台（A3黑白激光打印机：

LJ5200），网络打印机4台（A3黑白激光打印机：

LJ5200n）。

（2）LCD、键盘和鼠标

3.1.8电源

SIS电源分配柜，放在集中控制机房内。

系统提供两路交流220V±10%，50HZ±1HZ单相电源。

SIS的核心设备（即除了终端计算机和分散在中心机房外的分交换机的所有设备）提供两路电源切换和UPS电源装置，以保证服务器的数据不因电源故障而造成丢失，两路电源切换时间应为毫秒级。

具备双电源模块的设备，单个模块就应能保证设备的功率需求。

对可接受双电源设备，一个电源接自UPS，另一个电源接切换后不经过UPS的电源。

对只接受单电源的设备，接UPS电源。

实际指标：

外部电源消失后UPS供电时间＞8小时

功率要有30％的余量

输入电压：

两回AC220V±10%

3.1.9抗干扰和环境适应能力

（1）系统能在电子噪声、射频干扰及振动都很大的现场环境中连续运行，且不降低系统的性能。

（2）系统设计采用各种抗噪声技术，包括光电隔离、高共模抑制比、合理的接地和屏蔽。

（3）在距电子设备1.2m以外发出的工作频率达470MHz、功率输出达5W的电磁干扰和射频干扰，应不影响系统正常工作。

（4）系统能在环境温度0～50℃，相对湿度10~95%（不结露）环境中连续运行。

3.1.10布置

SIS网络接口设备放在就地电子设备间；服务器等放置在行政办公楼信息中心机房；用户终端分别放置于各相关生产部门、机柜。

如下图：

图2：

机柜及内部配置

3.2软件功能及应用

3.2.1系统人机界面

图3：

人机界面

3.2.2性能计算

利用高效有序的数值计算引擎——Vestore计算平台，对面项具体设备、系统、机组搭建的性能数学模型模块进行在线计算，量化其各项性能参数，从而达到性能检测的目的。

包括以下系统的计算：

（1）全厂性能：

全厂负荷、全厂负荷率、厂用电量、综合厂用电率、全厂补水率、锅炉效率、汽耗率、热耗率、全厂发电煤耗、全厂供电煤耗等；如下图：

图4：

全厂性能指标

（2）机组性能：

机组负荷率、厂用电率、补水率、机组发电煤耗、机组供电煤耗、热耗量、汽耗量、热耗率、汽耗率、机组热效率等；如下图：

图4：

性能指标汇总

（3）锅炉系统：

反平衡锅炉热效率（GB）、GB各项损失、锅炉热负荷、主蒸汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、给水温度、送风温度、过量空气系数、排烟温度、锅炉氧量、锅炉排污率、过热器减温水温度、再热器减温水流量、再热压损等。

如图5：

图5：

锅炉指标

（4）汽机系统：

高压缸相对内效率、中压缸相对内效率、循环热效率、汽轮机主蒸汽流量、汽轮机主蒸汽压力、汽轮机主蒸汽温度、汽轮机再热蒸汽流量、汽轮机再热蒸汽压力、汽轮机再热蒸汽温度、汽轮机进汽流量等。

如图6：

图6：

汽轮机指标

（5）给水系统：

（高压加热器及除氧器指标）加人气上端差、加热器下端差、加热器进气流量、除氧器进汽流量、除氧器进水流量、加热器温升。

如图7：

图7：

给水系统

（6）凝结水系统：

加热器上端差、加热器下端差、加热器进汽流量、加热器温升。

如图8：

图8：

凝结水系统

（7）真空系统：

凝汽器端差、凝汽器水侧阻力、凝汽器真空、凝结水过冷却度、冷却水温升、冷却水流量。

布置类似图8.

（8）风烟系统：

空预器漏风率、空气侧流动阻力、烟气侧流动阻力、一次风温升、二次风温升。

如图9：

图9：

风烟系统指标

（9）厂用电系统：

包括引风机、一次风机、送风机、磨煤机、电动给水泵、炉水循环泵、凝结水泵的单耗、耗电率。

此指标以报表的形式下发。

3.2.3耗差分析

机组的耗差计算的目的在于降低机组运行可控损失，降低机组煤耗。

耗差分析是再机组在线性能计算的基础上，利用高效有序数值计算引擎——Vestore计算平台，通过对机组热耗、煤耗有直接关系的各项参数进行连续的监督、分析，将机组运行各个参数实际值与基准值进行比较，计算出因两者相差造成对热耗、煤耗的影响。

主要工作：

一是完成机组可控耗差参数和不可控耗差参数的基准值计算；二是采用等效焓降法和热偏差法分析这些参数偏离基准值进行对机组煤耗或者热耗的影响。

运行人员则根据分析结果及时地对工况进行调整，使机组运行的煤耗接近于最佳值。

包含功能如下：

一是完成机组可控耗差参数和不可控耗差参数的基准值计算；

二是采用等效焓降法和热偏差法分析这些参数偏离基准值运行对机组煤耗或热耗的影响。

分析指标包括：

负荷、主汽压力、主汽温度、在热蒸汽温度、再热器压损、高压缸效率、中压缸效率、低压加热器上下端差、高压加热器上下端差、凝汽器背压、凝结水过冷度、排烟温度、排烟氧量、给水温度、再热器减温水量、飞灰含碳量、补水率。

以上指标表现方式分为机组总耗差分析、#1机组耗差分析、#2机组耗差分析。

机组和总耗差布局相同。

图11：

全厂耗差分析

3.2.4生产报表

在国电荥阳煤电一体化有限公司的实际应用中，报表主要分为：

（1）机组报表：

各个机组的生产运行月报表、日报表；锅炉运行日报表、月报表；汽机运行日报表、月报表；电气运行日报表、月报表。

报表按照目前公司的四班三倒制度将一天的总运行情况分为三个时间段分别形成三个报表，以便月底年终发电运行部各个值进行考核。

日报表每日交接班之后以excel表格形式提供下载，月报表则次月月初提供下载。

并根据需要上传至分公司。

（2）综合报表：

#1、#2机组发变组月报表、ESS月报表。

次月第一天提供下载。

（3）考核报表：

#1、#2机组电量单耗统计报表（月报）、值际指标竞赛统计报表（日报）、主要经济指标统计报表（日报）。

图12：

#1机组运行指标月报表

4结束语

就厂级监控信息系统（sis）在我厂的应用情况来看，基本实现了SIS系统的一些功能：

一，采集下层所有机组级/车间级控制系统的生产实时数据，实现性能优化、负荷分配等功能；二，将机组状态信息和性能信息发送给上层的MIS。

SIS处于具有高精度、高速度、高可靠性要求的DCS与实时性要求不高的MIS之间，实现了我厂自动化、信息化架构中的过渡层面，起到隔离作用。

但是同时也应该指出的是：

由于现阶段我厂的SIS还属于基建期，部分功能如运行统计与考核、数据归类统计、参数劣化分析、数据回放等等都只是部分实现或者还未实现，这些都会在今后的工作中得以实现和完善。