火电厂厂级监控信息系统（SIS）设计规范化研究

张冰 张华 董建康

摘 要：文章对目前火电厂SIS系统的应用现状进行了介绍，并对其设置前景及原因进行了详细的分析。在此基础上提出了火电厂SIS系统的总体设计方案，并通过应用实例，对SIS系统的设计原则及方法进行了深入研究，以进一步做到SIS系统设计的规范化。

关键词：SIS；实时；接口

中图分类号：TM621.6 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）20-0098-02

现代化火电厂的热工自动化系统的体系结构分为厂级和过程控制级，其中厂级实时监控信息系统（SIS）对全厂统一考虑，在中华人民共和国电力行业标准《火力发电厂设计技术规程》（DL 5000-2000）中明确规定“当电厂规划容量为1200 MW级以上，单机容量300 MW级以上时，可设置厂级监控信息系统。”，因此研究SIS设计规范化具有重要的意义。

1 SIS系统的应用前景

火力发电厂分散控制系统（DCS、PLC等）由于对数据难以进行长时间的保存，许多辅助决策性的问题因为收集不到全面完整的数据，而无法得以解决。因此，实现从分散控制系统获取生产实时数据进行存储加工，并对运行人员进行指导有了极为重要的意义。

SIS系统是以电厂的安全经济运行和提高全厂的整体效益为目的的，它以分散控制系统为基础，是火力发电厂实时控制系统（DCS、PLC等）到管理信息系统的桥梁，火力发电厂以DCS+SIS+MIS为基础，在全厂范围内实现信息共享和管控一体化。

2 SIS系统的目标和主要功能

2.1 建立电厂统一的生产信息平台，实现生产过程信息 的监测和统计

火力发电厂中各机组、各控制系统之间是相对独立的，如单元机组控制系统，辅助车间控制系统（水网、煤网、灰网），各专用系统（闭路电视系统，锅炉炉管泄露监视系统，设备振动分析系统）的网络结构是分开的，各个系统之间信息不能共享，导致在电厂内形成了信息孤岛。SIS系统为消除信息孤岛问题提供完善的解决方案。

它将建立基于工业标准的大容量、高速度企业生产实时信息网络和计算机系统平台，保证生产过程数据实时可靠地采集、传递、加工、利用和信息高度共享。

2.2 分析设备系统运行状态，给出设备风险评估和智能 预警

SIS系统实时的监视机组生产运行数据，并根据历史正常工况分析判断当前工况下设备是否正常，及时发现设备和工艺过程中的早期故障和潜在问题并制定合适的纠正措施。故障诊断系统能够及时发现问题，为重要设备的状态检修和重要工艺过程的优化提供有效支持。

2.3 信息分析与统计

提供完整的运行考核平台，对机组运行过程中的主要参数和指标进行计算、统计与考核，对壁温、主汽参数、再热参数、辅机运行避峰等参数进行监测管理，并将考核业绩分配到各个机组，以进一步提高电厂各项经济指标水平，充分调动各级人员的积极性，从而达到可靠、高效的目的。

3 SIS系统的典型设计方案

SIS系统构成包括：高级应用功能、数据采集接口、主要硬件设备、SIS系统网络、实时/历史数据库等。

SIS高级应用功能是数据的发布展现层，直接与用户交互。数据采集接口主要负责与DCS等控制系统的通讯，实现控制系统数据的采集与存储。主要硬件设备主要包括服务器、交换机、物理隔离设备、工控机等。SIS系统网络负责相关设备的网络通讯，保证系统的安全性和稳定性。实时/历史数据库是SIS系统的核心，负责测点数据、计算数据的存储、压缩，以及与高级应用功能的数据交互。

3.1 网络架构

SIS网络采用分层设计，整个SIS系统分为两层。下层为SIS接口层，采用分布式采集策略，通过专用的接口机与生产过程中的实时控制系统连接，采集生产过程中的实时数据。由于防火墙（单向隔离网闸）的设置，保证了数据的单向传输，并有效的防止了数据服务器故障时丢失数据。上层为SIS应用层网络，挂接SIS层各应用服务器。

通过SIS系统的分层设计，一方面分散了各层数据传输时的通讯负荷，提高各层通讯效率和网络可靠性；另一方面可以通过数据服务器进行技术和通讯协议选择。上层技术选择强调开放性，选择交换式以太网技术比较合适；下层则更强调与各控制网络的互通性。

SIS系统两台网络核心交换机可采用三层千兆交换机，两台网络二级交换机采用二层交换机，均实现热备冗余。并在核心交换机内部配置多个彼此独立的处理器和网络接口模块，电源、风扇均为冗余热备，任意一个功能部件出现故障时能自动切换到冗余部件，且不影响其它模块的工作，并能够实现热插拔更换。

3.2 应用/WEB/镜像服务器

应用服务器包括站用处理器、图形处理器及能容纳站用数据库、各种显示和组态程序、计算程序所需的主存贮器和外存设备以及人机接口设备等。该机器上一般部署用以性能计算的运算包，和对数据进行统计管理工作的统计计算包。它们从实时数据库中获取过程信息进行分析、计算和显示，并将计算分析结果存入实时数据库，供其它客户机或系统调用。

WEB服务器是SIS数据和软件应用发布的平台，在该服务器上部署安装关系型数据库MYSQL，存储SIS WEB系统的基础数据，用以发布软件功能模块和工业流程仿真图形，供客户机查看调用。

镜像服务器是用于连接生产与MIS的纽带，镜像服务器的数据由SIS内网中的实时服务器传送过来，镜像服务器工作的方式及存储的数据和实时服务器一模一样，故而叫做镜像服务器。这样做的目的完全是为了解决安全性和开放性的矛盾。一方面镜像服务器和实时服务器之间有单向物理隔离装置，数据不能回写，这就保证了SIS内网的安全性。另一方面镜像服务器本身处于MIS网络中，广大用户可以通过MIS网络方便的访问SIS的数据，从而又兼顾了访问数据的开放性。

3.3 过程实时信息数据库服务器配置

实时/历史数据库是SIS系统的基础和核心。作为面向生产过程的信息系统，数据服务是其一个非常重要的功能，它要求SIS不仅能将全厂生产过程的实时数据采集上来，还要将它们以其基本形式（控制系统采集的时间间隔、精度等）保存下来，并且满足不同的授权用户和应用程序为实现不同目的而进行的调用。 实时信息数据库服务器可采用两台服务器做双机冗余，单台设备故障的情况下，可以自动切换到热备的另一台设备。两台核心数据库服务器共享存储空间由磁盘阵列提供，并提供冗余的双电源。数据库服务器通过专用的连接线缆和磁盘阵列相连，阵列磁盘可采用RAID5存储解决方案。在磁盘阵列上安装SIS实时数据库，数据库点容量为5万点，在网络和设备支持的情况下，可扩充至50万点以上。全部历史数据可保证连续保存6年以上。

3.4 系统接口配置

与SIS联网的控制系统主要包括各机组分散控制系统（DCS）、远动系统（RTU）、电力网控系统（NCS）、辅助车间监控网络（DCS）、电气监控管理系统（ECMS）等全厂各生产环节的实时监控系统。数据接口站上直接运行专用的数据采集软件，每台接口站分别与各生产过程控制系统实现数据的实时采集，并实现控制系统与其它系统的隔离。采集全部生产过程控制系统的实时数据，手工输入数据、手持设备数据或者其它信息系统的数据，建立生产过程实时/历史数据库，形成全厂自动化系统及其计算机网络。

电厂控制系统安全稳定运行极为关键，作为服务生产的SIS系统一端联结的是安全性要求极高的DCS等实时控制系统网络，一端联结的是面向电厂全体员工开放MIS和公共信息网络，这就要求SIS系统在实现有效的信息传递的同时，必须保障控制系统网络和自身网络安全性。

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。接口的DCS/PLC等下层控制网络侧为I类信息安全区，SIS侧为II类安全区，MIS侧为III类安全区。在SIS与MIS之间，通过SIS核心网络和二级网络的单向隔离，保证SIS核心数据的安全，在SIS系统二级网络和MIS网络之间采用防火墙装置，保证SIS系统不遭受广域网的病毒攻击。

3.5 其他外围设备

3.5.1 GPS对时接口

SIS系统配置与GPS的对时功能，保证与全厂时间一致，通常情况下火电厂的GPS时钟系统只设置一套，SIS系统只需预留一个GPS及北斗对时接口，以此提供统一的时钟校准信号，GPS及北斗装置接口形式为RS485通讯口或硬件脉冲1PPM。

3.5.2 工作站

SIS系统通常配备必要的工作站来满足现场运行人员的操作需求。本工程设置3套工作站，分别用于应用系统维护管理、设备寿命管理、性能计算分析等，SIS工作站一般布置于专门的SIS网络机房内，如果现场布置位置紧凑也可布置在工程师站内。

3.5.3 电 源

SIS系统设置独立的电源柜，并接受两路电源。其中任一路电源故障都会引起报警，同时两路冗余电源实现自动切换。SIS系统电源柜的配置必须保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。

4 结 语

根据电厂的机组建设情况和信息化的建设要求，上文明确了 SIS系统的总体架构设计，并对该电厂的SIS核心硬件配置进行了描述。在相似机组配置的火电厂SIS系统设计过程中，SIS系统的具体的硬件配置可以根据实际情况进行选择，但SIS系统的架构具有可参考性。

参考文献：

[1] 王志新.火电厂监控信息系统SIS及应用[M].北京：中国电力出版社，

2009.

[2] 杭卫华.SIS系统在大唐洛阳热电厂的应用[J].电力信息化，2007，（5）.

[3] 陈柏军.厂级监控信息系统的设计与应用[J].电力信息化，2013，（2）.

[4] 许继钢.SIS的若干设计原则[J].中国电力，2006，（39）.