如何構(gòu)建基于ESP-iSYS的電廠廠級生產(chǎn)管理監(jiān)控信息系統(tǒng)

1 引言 近幾年來，電力市場供應(yīng)緊張，全國范圍內(nèi)缺電、拉閘限電現(xiàn)象時有發(fā)生。究其原因，主要是電煤資源供不應(yīng)求，煤價也不斷上漲，直接導致了發(fā)電成本增加。這樣，降低發(fā)電成本成為電廠的很大課題，為了降低成本，電廠需要采用更加先進的生產(chǎn)管理手段，才能通過優(yōu)化生產(chǎn)、降低煤耗來提高生產(chǎn)效率。在這種情況下，電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)SIS（Supervisory Information System）就被以比較快的速度地推廣開，成為提高電廠管理水平的一種有效途徑。 2 SIS及ESP-iSYS SIS－電廠廠級生產(chǎn)管理監(jiān)控信息系統(tǒng)是為了更好地實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)安全、經(jīng)濟運行，提升企業(yè)的整體效益和在未來競價上網(wǎng)中的競爭優(yōu)勢而開發(fā)的一套以電廠生產(chǎn)過程中所涉及的各種控制、監(jiān)測、計量等系統(tǒng)為基礎(chǔ)，集實時數(shù)據(jù)采集、加工、顯示、存儲為一體的完整的解決方案。SIS系統(tǒng)是建立在面向生產(chǎn)過程的、開放性的實時過程信息數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上的信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)將生產(chǎn)過程數(shù)以萬計的數(shù)據(jù)進行儲存和分析，為運行人員和生產(chǎn)管理者提供控制和決策的依據(jù)與指導。SIS首先為電力企業(yè)的安全穩(wěn)定發(fā)電、控制企業(yè)成本、提高企業(yè)的生產(chǎn)力提供了真實而重要的現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，同時又能高效、準確地保存企業(yè)生產(chǎn)的大量珍貴的歷史數(shù)據(jù)。再配合ESP-iSYS基礎(chǔ)上科學、有效的數(shù)據(jù)發(fā)掘工具，精確、專業(yè)的計算分析模型，成為企業(yè)安全、經(jīng)濟運行的有力保障?；鹆Πl(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）是于1997年底提出，2000年被納入《火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程》。在此基礎(chǔ)上，于2004年形成了《火力發(fā)電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)技術(shù)條件》。 ESP-iSYS是中控軟件公司開發(fā)的一套實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件包，它是企業(yè)的實時信息中樞，能夠全面整合企業(yè)生產(chǎn)信息，能夠支撐整個企業(yè)的實時信息交互和各種智能的和自動化的事務(wù)執(zhí)行。能夠為企業(yè)管理部門提供即時、可靠的實時信息和數(shù)據(jù)分析結(jié)果。ESP-iSYS集成整個企業(yè)的實時數(shù)據(jù)，確保企業(yè)中的各個角色及時獲得他們所需要的關(guān)鍵指標。企業(yè)的實時數(shù)據(jù)不再僅用來監(jiān)控，而是通過ESP-iSYS的實時計算和實時數(shù)據(jù)分析功能，將實時數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對企業(yè)生產(chǎn)管理和決策至關(guān)重要的實時信息和即時統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，這些信息和數(shù)據(jù)使生產(chǎn)變得透明，幫助企業(yè)的決策者作出及時、準確的決策。ESP-iSYS，從各種數(shù)據(jù)源收集企業(yè)的原始生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過豐富的Web畫面和及時的Web報表將實時信息展現(xiàn)在您的面前，讓用戶瀏覽歷史和當前的工況和各種關(guān)鍵分析信息，滿足生產(chǎn)裝置、運行優(yōu)化、企業(yè)管理各個層面的需求。ESP-iSYS還為SIS系統(tǒng)進行了特別設(shè)計，對SIS的功能實現(xiàn)提供了更加有力的支持。 3 構(gòu)建基于ESP-iSYS的SIS （1）實時、歷史數(shù)據(jù)平臺功能模塊的構(gòu)建 ESP-iSYS有高效的核心組件ESP-iRTDB，它是ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)中樞和調(diào)度服務(wù)中心。它作為實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咚倏偩€，完成對實時數(shù)據(jù)的分配、壓縮存儲和處理。ESP-iSYS不僅能夠提供實時數(shù)據(jù)，還支持快速事務(wù)處理，能夠觸發(fā)虛擬機運行實時計算任務(wù)；觸發(fā)報警服務(wù)進行即時的報警檢測。ESP-iSYS還提供了加速實時信息訪問的高速緩存——內(nèi)存歷史數(shù)據(jù)庫，從而為上層應(yīng)用訪問近期實時數(shù)據(jù)信息提供了極高的交互速度。ESP-iSYS核心連接ESP-iHisServer，可高效地存儲磁盤歷史數(shù)據(jù)。適配現(xiàn)場不同通訊標準和協(xié)議的接口軟件集合，將采集的數(shù)據(jù)迅速投遞到ESP-iSYS核心，此種方式進一步提高了整體架構(gòu)的穩(wěn)定性。通過ESP-iSYS核心，分布在企業(yè)內(nèi)的各種實時數(shù)據(jù)源被整合起來，形成了統(tǒng)一的通用的實時數(shù)據(jù)源，企業(yè)中各種應(yīng)用系統(tǒng)可以基于統(tǒng)一的實時數(shù)據(jù)平臺和統(tǒng)一的接口存取整個企業(yè)的實時信息。 ESP-iSYS及SIS數(shù)據(jù)流示意圖 （2）全廠實時數(shù)據(jù)采集與處理功能模塊的構(gòu)建 ESP-iSYS是一個全廠實時數(shù)據(jù)采集與處理的開發(fā)平臺，通過簡單的組態(tài)，就可以集成全廠實時數(shù)據(jù)。ESP-iSYS提供了對工業(yè)各種協(xié)議和標準普適性的接口方案，提供了從底層數(shù)據(jù)源到ESP-iSYS核心的高速雙向交互。ESP-iSYS支持超過300種接口解決方案，覆蓋絕大部分的分布式控制系統(tǒng)，從小型的數(shù)字儀表、PLC到大型的DCS和SCADA系統(tǒng)，均可以通過ESP-iSYS接口解決方案形成整個企業(yè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源。ESP-iSYS為諸如化驗室管理系統(tǒng)等人工數(shù)據(jù)錄入也提供了專業(yè)的工具，保證嚴謹可靠的錄入流程。ESP-iSYS的接口解決方案甚至覆蓋了部分年代久遠的遺留系統(tǒng)，通過ESP-iSYS的接口方案合作伙伴，ESP-iSYS能為企業(yè)提供的接口解決方案得到了進一步的擴展。通過部署一套ESP-iSYS實時數(shù)據(jù)庫，即可構(gòu)成全企業(yè)穩(wěn)定運行的實時數(shù)據(jù)中樞。ESP-iSYS還提供了開放的接口開發(fā)包，使有程序開發(fā)能力的用戶能夠方便地擴展。 ESP-iSYS數(shù)據(jù)流向圖 （3）全廠生產(chǎn)過程實時監(jiān)控功能模塊的構(gòu)建 通過ESP-iSYS采集電廠各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這些控制系統(tǒng)包括DCS系統(tǒng)、輸煤輔助系統(tǒng)、輔助公共控制系統(tǒng)、除灰輔助系統(tǒng)、電氣網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)(SCAD)、電網(wǎng)遠程發(fā)送單元(RTU)、電能計量系統(tǒng)、鍋爐檢漏控制系統(tǒng)、連續(xù)煙氣監(jiān)測系統(tǒng)等的實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對各生產(chǎn)流程進行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行綜合處理以形成全廠生產(chǎn)報表。以滿足各相關(guān)管理部門快速、高效地對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)進行查詢和處理的要求。 ESP-iSYS流程圖 趨勢分析功能是實時數(shù)據(jù)庫的核心應(yīng)用之一，在工業(yè)生產(chǎn)中，對于趨勢的長期分析、分組對比，是對過程生產(chǎn)狀況回溯、查找問題，挖掘生產(chǎn)潛力的有效手段。 ESP-iSYS除了基于B/S模式的趨勢分析功能，還有基于C/S模式的趨勢分析軟件－ESP-iTrend，它是海量的實時數(shù)據(jù)專業(yè)趨勢分析軟件，具有諸多趨勢分析的強大功能，對于位號分組、組量程調(diào)整、單趨勢線量程調(diào)整、趨勢顏色、背景、線型、連接方式等均可以通過簡單的操作按照用戶自己的需求進行組織。ESP-iTrend支持每屏數(shù)百萬條記錄的趨勢查看，可以橫、縱雙向放大，支持平滑滾動，方便工藝人員和技術(shù)工程師對生產(chǎn)過程趨勢進行分析及對事故原因進行分析。ESP-iTrend將實時趨勢、磁盤歷史趨勢和內(nèi)存歷史趨勢統(tǒng)一起來，可以在三者之間切換，在實時趨勢狀態(tài)下，趨勢圖可以自動刷新。 ESP-iSYS趨勢圖 （4）過程信息統(tǒng)計分析功能模塊的構(gòu)建 ESP-iSYS支持嵌入包括聚類分析等算法的數(shù)據(jù)挖掘模塊，對生成實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、重要性能指標、分析結(jié)果進行自動規(guī)類和多維度數(shù)家挖掘。對機組主要設(shè)備和控制系統(tǒng)狀態(tài)信息進行記錄、統(tǒng)計和報表制作。 ESP-iSYS報表圖 （5）機組性能計算功能的構(gòu)建 ESP-iSYS內(nèi)嵌了用于實時計算的虛擬機引擎，可以輕松添加虛擬的計算位號，支持位號讀、寫和定時的多種觸發(fā)機制。從而提供了強大的實時計算和實時信息處理的功能。ESP-iSYS提供了支持實時計算業(yè)務(wù)的函數(shù)庫，通過一行或數(shù)行的VB語法的腳本，就可以實現(xiàn)豐富的計算功能。 廠級性能計算將完成機組及其部件的各種效率和性能值的計算，并將這些值和各種中間計算值加以記錄和顯示。機組性能計算功能可以分為單機組性能的計算和全廠機組性能的計算。 具體計算公式要根據(jù)現(xiàn)場情況進行修正，一般車間技術(shù)員和對現(xiàn)場了解的工程師會比較清楚其計算方法。對于測點不夠的現(xiàn)場條件，要進行適當?shù)母脑?，來滿足計算條件。 單機組性能計算包括： 鍋爐熱效率及熱損 鍋爐燃料用量 空氣預(yù)熱器效率 汽輪機熱效率及汽耗率 機組循環(huán)熱效率 加熱器性能 供電煤耗率 發(fā)電煤耗率等  全廠性能計算包括：  平均鍋爐熱效率及熱損 全廠鍋爐燃料用量 平均空氣預(yù)熱器效率 平均汽輪機熱效率及汽耗率 平均機組循環(huán)熱效率 全廠加熱器性能 全廠供電煤耗率 全廠發(fā)電煤耗率等 （6）能損分析功能模塊的構(gòu)建 應(yīng)用ESP-iSYS 的實時計算功能和二次開發(fā)功能，可以定制出如下計算分析功能： 可控損失：主蒸汽溫度壓力、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、爐膛氧含量等。 不可控損失：環(huán)境溫度、預(yù)熱器漏風率、煤種變化、再熱損失等。 這些計算項目的具體計算公式也要根據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整和修正。 （7）運行優(yōu)化與操作指導功能的構(gòu)建 浙江中控軟件技術(shù)有限公司從1993年開始研究、開發(fā)和實施先進控制技術(shù)，并于1996年推出APC-Hiecon多變量預(yù)測控制軟件，成功應(yīng)用于石化、煉油、化工等多個行業(yè)。是國內(nèi)最優(yōu)秀的運行優(yōu)化與操作指導軟件。 （8）運行績效考核功能模塊的構(gòu)建 應(yīng)用ESP-iSYS 的實時計算功能和二次開發(fā)功能，可以組態(tài)和定制出操作質(zhì)量計算分析功能，對操作人員的操作進行動態(tài)跟蹤，對不合理的及超出標準的操作進行記錄，并形成報表，作為運行績效考核的依據(jù)。實際應(yīng)用效果很好。 （9）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及管理功能模塊的構(gòu)建 應(yīng)用ESP-iSYS 的ESP-SupPlant EM—設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及管理軟件功能模塊的部分功能，并結(jié)合ESP-iSYS 的二次開發(fā)功能及通用開發(fā)接口進行定制開發(fā)，采用振動頻率高速采集等專業(yè)傳感器及配套的硬件產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備狀況在線監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)歷史、實時數(shù)據(jù)趨勢、震動分析、監(jiān)測點故障預(yù)報、監(jiān)測點故障分析、歷時數(shù)據(jù)對比等功能。在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由設(shè)備運行狀態(tài)總覽圖、監(jiān)測點歷史趨勢顯示、震動數(shù)據(jù)分析（概率密度、功率譜、包絡(luò)譜、倒譜、自相關(guān)、互相關(guān)、細化譜、軸心軌跡、時頻域分析等）、監(jiān)測點故障預(yù)報、監(jiān)測點故障分析、歷史現(xiàn)狀數(shù)據(jù)對比，結(jié)果報告等功能群或子系統(tǒng)所組成。其設(shè)備管理子系統(tǒng)以設(shè)<