））））））火力發電廠廠級監控信息系統SIS北京華電天仁電力控制技術有限公司）））））））））目錄1SIS的基本概念.............................................................................................................................11.1SIS的產生背景..................................................................................................................11.2SIS定義..............................................................................................................................21.3SIS能為發電企業帶來什么..............................................................................................31.4SIS應用概況......................................................................................................................42SIS在火電廠自動化信息化系統中的位置.................................................................................53SIS主要功能.................................................................................................................................83.1生產過程信息采集、處理和監視..................................................................................93.2經濟指標、性能計算分析和操作指導......................................................................103.2.1機組級性能計算和分析.......................................................................................103.2.2廠級性能計算和分析.........................................................................................103.2.3機組經濟性指標分析.........................................................................................113.2.4運行優化曲線和設備操作指導.........................................................................113.3運行調度........................................................................................................................113.3.1機組級運行調度.................................................................................................113.3.2廠級運行調度.....................................................................................................113.3.3系統監控方式.....................................................................................................123.4優化運行控制................................................................................................................123.5設備狀態監測和故障診斷............................................................................................133.5.1設備狀態監測.....................................................................................................133.5.2機組運行故障診斷.............................................................................................133.5.3機組壽命管理.....................................................................................................133.5.4汽輪發電機組振動監測數據管理.....................................................................133.5.5金屬狀態檢測監督.............................................................................................133.6機組在線性能試驗........................................................................................................143.7其它功能..........................................................................................................................143.7.1發電廠遠程技術服務網絡的連接.....................................................................143.7.2機組仿真系統的連接.........................................................................................143.8應用功能集成原則........................................................................................................14）））火電廠廠級監控信息系統 SIS1SIS的基本概念1.1SIS的產生背景為了迎接新技術革命的挑戰，20世紀80年代以來，人們把推進企業的信息化和管理的現代化作為推進企業升級、增強其核心競爭力的重要手段。當前，我國電力工業正處于新的跨躍式發展時期，同時，也面臨著前所未有的挑戰，主要表現在：①電力體制改革使電力企業逐步走向市場化、國際化，電力企業必須面對市場化的競爭。②對電力生產供應的質量與安全性提出了更高的要求。特別是在電力供應相對短缺的形勢下，如何進一步降低設備故障率，減少非計劃停運，保證電能供應質量，對國計民生有著重要的意義。③我國作為一個資源相對匱乏的國家，實施可持續發展戰略是我國的必然選擇。與發達國家供電煤耗率相比（200MW以上機組320g/kW.h），我國供電煤耗有著很大差距（相差40g/kW.h以上）。因此，降低我國發電煤耗、減少污染排放、節源水資源，具有重要的意義。④長期以來電力企業形成的計劃經濟經營管理模式需要經歷不斷的改革與創新，包括引入先進的管理理念、管理模式和管理技術，并建立起與之相適應的管理隊伍。1996年，原電力工業部頒發的《電力工業信息化九五計劃與 2010年建設綱要》指出，電力工業信息化的指導思想是：⑴加速實現電力工業信息化，推動電力工業經濟增長由粗放型向集約形方向轉變。 ⑵以經濟效益為中心，運用現代化手段為電力工業從規劃、建設、生產、交換到消費等全過程的經營活動提供優質服務，為電力工業的科學決策提供服務。 ⑶以市場需求為導向，適應電力工業體制改革的需要，逐步為完善和發展中國電力市場經濟體制提供必要的技術基礎。《綱要》為我國電力工業的信息化進程指明了方向。從20世紀80年代開始，DCS的普及和MIS的廣泛應用，使發電企業的信息化水平大幅度提高，縮小了與世界先進國家之間在電力企業生產管理和運行水）））火電廠廠級監控信息系統 SIS平上的差距，也為進一步提升電力企業的信息化水平和實現現代化管理奠定了基礎。1997年，我國專家首先提出了火電廠廠級監控信息系統（ SIS）的概念和實現框架，明確工作的主要任務和目標。2000年，國家經貿委頒發的《火力發電廠設計技術規程》（DL5000－2000）規定：“當電廠規劃容量為1200MW及以上，單機容量為300MW及以上時，可設置廠級監控信息系統。”由此，在我國展開了SIS的研究開發和應用的局面。1.2SIS定義火力發電廠廠級監控信息系統（ SIS――SupervisoryInformationSystem）。火力發電廠廠級監控信息系統是為火電廠建立全廠生產過程實時和歷史數據平臺、為全廠生產過程提供綜合優化服務、 實現生產過程實時管理和監控的信息系統。SIS以現有DCS（集散控制系統）、PLC（可編程控制器）及其它數據采集控制裝置為基礎，以先進的計算機網絡及數據庫技術為平臺，以若干運行優化軟件為支撐，在全廠范圍內實現生產實時信息的共享，是生產管理與經營決策的基礎，是提高全廠生產安全經濟性的重要保證。SIS是電廠自動化、信息化系統中的新概念，仍處于發展過程中。因此，要給SIS下一個確切的、完整的定義是困難的。事實上，很多廠家生產的關于火電廠監控、優化、管理的軟件產品都具有SIS的特征，但從各自對應用的理解出發，給出了特點鮮明的軟件名稱與定義。一般來說，SIS具有以下基本特征：SIS是一個廠級監控系統SIS是生產過程優化系統SIS是生產管理系統SIS是一個信息系統企業信息化的關鍵是信息集成。信息集成的基本觀點一是強調一個企業的各個生產環節是不可分割的，需要作為一個整體來考慮；二是強調生產各個環節可以通過信息的采集、傳遞、處理加以控制與管理，也就是采用信息技術的觀點。）））火電廠廠級監控信息系統 SIS信息集成的核心問題是網絡、數據庫和軟件，其中軟件包括系統軟件和功能軟件。SIS的基本結構就是網絡＋數據庫＋軟件。如果進一步把電廠中的 DCS＋SISMIS視為一個系統，仍然是網絡＋數據庫＋軟件，是一個典型的信息集成系統。其中，網絡、數據庫、系統軟件是基礎，功能軟件是核心，是關鍵。1.3SIS能為發電企業帶來什么▓建立全廠統一的生產信息平臺發電廠中有多套自動化信息系統，由于各臺機組、各控制系統之間相對獨立，致使信息不能共享，機組與機組之間、一臺機組的各個輔助系統之間存在信息孤島。SIS為消除信息孤島問題提供了完善的解決方案。全廠各臺機組和各輔助車間的生產網絡通過網絡接口與監控信息系統相聯， 實現生產數據的完全監視與長期保存。生產和管理人員能夠及時獲取各個機組和子系統的運行參數， 監視設備的運行情況，提高電廠生產和管理的信息化水平。▓實現數據的深層次加工和提煉，使您快捷得到所關心的信息現代大型發電廠每時每刻都在產生大量的數據， 然而這些數據后面到底隱含著哪些有用的信息？SIS通過對設備（系統）原始數據的提煉、加工、處理，將其轉化為具有一定意義的信息，如：當前機組運行在什么狀態？還有多大的安全余量和經濟潛力？主要部件需要在什么時候維修或更換？當前運行成本是多少？同時，SIS還針對發電企業特點，設計了高效的信息發布系統，使使用者能夠在最短的時間內找到自己所關心的信息，且信息發布界面是可以按角色定制的。▓以提高運行經濟性為目的的優化操作指導系統目前我國發電機組生產運行水平還不高， 供電煤耗與世界先進水平還有較大）））火電廠廠級監控信息系統 SIS差距（200MW以上機組統計相差約60克標煤每千瓦時），節能潛力巨大。SIS通過機組及廠級性能計算與分析，實時找出引起當前煤耗偏高的原因，如運行參數調整問題，設備檢修問題，系統設計問題等，并將其劃分為運行可控、檢修可控和不可控損失，以便針對性的給出運行或檢修指導，從而大大提高機組運行經濟性。▓快速分析設備系統故障，及時給出設備風險評估和智能預警火電廠擁有數量眾多、類型復雜的主、輔設備。保證設備的安全穩定運行是生產管理人員最關心、花費時間和精力最多的問題，但也是故障最多、處理起來最困難的問題。SIS采用先進的數據融合技術實現設備系統故障的快速導出、故障分析與診斷、故障預測與預警：若發生故障時，能夠快速導出其故障首出，保護動作順序，相關參數越限狀態，實現對故障進行快速分析，縮短故障分析處理時間；綜合分析故障前后相關信息，結合設備（系統）模型及運行專家經驗，給出故障原因，指導故障維修；設備風險評估和智能預警對設備系統存在的風險和隱患及時提醒， 對設備發生的劣化性提前預警，有效防止設備損壞和突發事件的發生， 充分保障設備和機組的安全性。▓提高設備檢修水平，降低生產成本引入實時數據的設備動態管理先進技術， 突破傳統點檢定修的概念，實現真正意義上的設備狀態檢修，大大降低生產成本。1.4SIS應用概況SIS概念提出后，SIS伴隨著我國電力工業及電力自動化的發展逐漸進入了一個高速成長的階段。到目前為止，國內投入運行的 SIS項目已達10余個，在建SIS項目已達幾十個。新建機組幾乎全部設計了 SIS。SIS的開發、應用出現了欣欣向榮的局面，極大地促進了我國電站自動化、信息化建設。為使SIS在我國健康發展，國家發改委2003年873號文“關于下達2003年）））火電廠廠級監控信息系統 SIS行業標準補充計劃的通知”，確定由電力行業熱工自動化標準化技術委員會委托西安熱工研究院和華北電力大學編寫火電廠廠級監控信息系統技術條件。2004年6月21日，中國電機工程學會和國家電網公司科技信息部在天津市薊縣召開了我國第一個 SIS技術鑒定會，對由華北電力大學（北京華電天仁電力控制技術公司）和天津大唐盤山發電有限責任公司聯合研制開發的"火電廠廠級優化控制和管理系統（SIS）"進行了技術鑒定。中國電機工程學會理事長、原國家電力公司副總經理和熱工自動化領導小組組長陸延昌任主任委員。副主任委員由中國電力投資集團公司副總經理張曉魯、清華大學教授/院士倪維斗、國家電網公司劉建明主任、電力行業熱工自動化標委會主任委員侯子良教授組成。該系統通過了清華得實公司的安全評估，北京市電子產品質量檢測中心的軟件產品登記測試，公安部計算機信息系統安全產品質量監督檢驗中心對康派安全網通測試，以及鑒定委員會測試組的測試。該項目以高評價順利通過鑒定，標志著 SIS發展進入了一個新的里程碑。《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件》 (送審稿)審查會召開2004年7月7日，電力行業熱工自動化標委會在京組織會議對《火力發電廠廠級監控信息系統技術條件》送審稿和《火電廠廠級監控信息系統實時 /歷史數據庫系統基準測試規范》預審稿進行了審查。會議通過的《技術條件》和《測試規范》，明確了SIS的技術內涵與外延，不僅為SIS廠商指明了技術發展方向，也使用戶更為了解 SIS，為SIS更為有效的應用和規范 SIS市場打下了堅實的基礎。2SIS在火電廠自動化信息化系統中的位置電廠信息化層次結構可以簡單歸結為三層： PCS,SIS,MIS。PCS（ProcessControlSystem）為生產過程控制系統，處于信息化的底層，一方面完成生產過程的監視與控制， 另一方面還負責收集生產過程數據， 向上一級傳送。PCS層典型的裝置有DCS（DistributedControlSystem—分散控制系統）、PLC（ProgramableLogicController—可編程控制器）、NCS（NetworkControlSystem—網絡控制系統）等。）））火電廠廠級監控信息系統 SISSIS為監控信息系統，從 PCS接收信息，完成信息存儲、分析，生產監控和管理、運行優化等功能。SIS中的原始數據或運工人算結果可以直接在本層計燃設物程力財劃料備資項資務管管MIS理管終端上顯示，也可上傳到管管目源理理理理管管理MIS網絡顯示使用，或下傳到PCS中參與控關系數據庫系統制。MIS（Management生經優優狀InformationSystem）為管濟態產化運化其性檢過操行運它理、物資管理、財務管理、析斷視SIS理信息系統，包括人員管程計作調行測功算與監指度控能分診辦公自動化等，為企業的實時/歷史數據庫系統經營決策服務。MIS上的實時數據一般通過SIS獲取。PCS、SIS與MIS之間的簡單比較如下：SIS與DCS

生產PCS過程控制系統√設備對象區別――SIS：全廠；DCS：機組；√主要功能區別－－SIS：生產過程監控、優化、管理，不參與或少參與直接控制；DCS：生產過程控制、監視，并具有少量管理；√人員對象區別――SIS：生產、檢修相關人員； DCS：生產操作人員；√安全可靠性區別――SIS：低（或同等）；DCS：高。SIS與MIS√主要功能區別――SIS：生產過程監控、優化、管理；MIS：企業經營管理、辦公自動化；√人員對象區別――SIS：生產、檢修相關人員； MIS：全廠人員；√實時性要求區別――SIS：高；MIS：低；）））火電廠廠級監控信息系統 SIS√安全可靠性區別――SIS：高；MIS：低。SIS是建立在DCS網絡和MIS網絡之間的一個高速度、高可靠性、超大數據容量的網絡系統，該網絡運行針對全廠范圍的實時監控、優化控制和全廠負荷優化調度等軟件，實現在整個電廠范圍內充分發揮主輔機設備的潛力，達到使整個電廠工藝系統運行在最佳工況的目的。同時，在確保生產安全的要求下，將原本相互獨立的、在可靠性、安全性和實時性等方面存在著明顯差異的機組DCS和全廠MIS有機的連接在一起，在整個電廠范圍內實現生產信息和管理信息共享，有力地促進電力信息化建設。SIS在網絡設計和功能配置上各電廠一般根據自己的需要同時結合整個MIS網絡規劃進行設計。一種比較通用的SIS的網絡結構如下圖所示。該網絡結構圖主要采用了分層分布式設計，整個SIS系統分為上下兩層，下層為SIS接口層網絡，采用獨立接口機連接各個獨立控制系統進行數據采集。上層為SIS應用層網絡，掛接SIS層各應用服務器。通過分層式設計，一方面便于分散通訊負荷，提高各層通訊效率和網絡可靠性；另一方面也可以通過數據服務器進行技術和通訊協議，上層技術選擇強調開放性，根據目前網絡技術的發展，建議選擇交換式以太網技術實現，而下層則更強調與下層各控制網絡的互通性。實時/歷史數據服務器可以根據重要性考慮冗余配置。）））火電廠廠級監控信息系統 SIS3SIS主要功能SIS涵蓋內容較多，從最基本的信息采集與存儲功能到高級的運行優化、控制優化、管理優化功能，甚至復雜的競價上網決策支持功能。隨著對 SIS理解的深入，還會有更多先進、實用的功能添加進來。因此，要全面描述 SIS功能是不可能的。我們這里只是把 SIS目前的主要功能進行簡要說明。概況來說，SIS的應用功能可以簡單劃分為基本功能、 擴展功能與輔助功能，如圖所示。SIS功能基本功能擴展功能輔助功能生產過程信息采設備管理機組在線性能試驗集處理和監視預知性維修經濟指標性能計競價系統系統建模與仿真算分析和操作指導控制系統輔助設計運行調度系統管理與維護優化運行控制其它功能設備狀態監測和故障診斷在SIS系統的應用中應注意以下的一些問題：（1）SIS功能要根據具體電廠的情況，具體確定。例如，機組負荷優化分配功能，對于全廠只有兩臺同類機組，或幾臺機組分別接在不同電壓等級的出線上，或從系統考慮該廠機組采用“直調”方式時，是否要配置該功能，就值得研究。）））火電廠廠級監控信息系統 SIS（2）SIS功能宜分步實施。由于SIS提出時間不長，SIS功能軟件模塊的開發和應用經驗不足，技術不成熟，效果尚待評估，因此，當前不宜每個工程都將所有功能都一哄而上，以免造成投入運行后發現無效棄置不用，浪費工程費用。參考國內類似工程的經驗， SIS系統的建設應分為兩個 (或更多個)階段進行。第一階段：建立硬件網絡，建立網絡操作系統軟件平臺，建立實時數據庫系統，實現系統維護子系統全部功能及信息查詢系統部分功能。 第二階段：按計劃逐步增加成熟可靠的優秀應用軟件包， 逐步實現信息查詢系統全部功能、 生產優化管理系統功能及設備管理系統功能等。3.1 生產過程信息采集、處理和監視生產過程信息采集、處理和監視是SIS應用的基本功能，通過采集全廠各生產過程控制系統實時信息，對全廠生產數據進行綜合處理、統計分析，形成全廠生產報表和曲線，使用戶可以在各終端上對各生產流程進行統一的監視和查詢，實現生產數據信息的共享。可以對全廠生產狀況進行實時監視，通過生產模擬圖、趨勢圖、棒狀圖和參數分類表等多種監視方式實時顯示各單元機組及輔助車間的主要運行參數和設備狀態。能對全廠生產數據進行綜合處理、統計分析，形成全廠生產報表和曲線，并能監視、查詢和打印，實現運行統計與考核。實時信息可以C/S或B/S方式發布。“生產過程信息采集、處理和監視”應具有以下功能：（1）正確組態生產工藝流程的監視畫面，監視畫面能夠突出反映出各功能特點；正確顯示生產過程數據、設備狀態、報警狀態、經濟指標、運行指導等信息；能夠以趨勢圖、棒狀圖、相關參數組等多種形式進行畫面顯示；相關參數顯示畫面能夠顯示實時值，在定義時段內的最大值、最小值以及平均值；畫面布局合理美觀。（2）在操作指導的監視畫面上，應該同時顯示相關的實時工況和指導信息，指導信息必須直觀、清晰，對容易引起安全問題的操作指導信息應給出醒目的提示；在性能試驗的監視畫面上要組織好各項性能試驗項目的條件界面；給操作人員提供必要的在線幫助信息；必須對人工輸入內容的合法性進行判斷，并采取有效措施防止非正常輸入情況下的死機和程序失控現象。）））火電廠廠級監控信息系統 SIS（3）模擬圖及單畫面動態數據量能滿足監視要求，實時數據刷新周期不超過5秒，畫面刷新周期不超過5秒。畫面支持符合國標的漢字編碼。其色標必須符合生產工藝流程常規要求。（4）系統必須具有形成整個企業所需要的各類報表的能力，按照企業規劃生成企業所需要的各類報表，例如，時報表、值報表、日報表、月報表、年報表、小指標競賽報表等。具體的報表應按照實時性以及企業管理分工要求分別由DCS，SIS，MIS完成。能夠支持在線圖表軟件 MicrosoftExcel 等，以便實現報表的拓展功能。（5）系統必須具有報表打印輸出、畫面和趨勢曲線等顯示畫面硬拷貝功能。（6）用戶操作界面友好。3.2 經濟指標、性能計算分析和操作指導機組級性能計算和分析機組級性能計算和分析的項目主要包括：鍋爐效率、汽輪機熱耗率 、高壓缸效率、中壓缸效率、主汽壓力、主汽溫度、再熱汽溫度、再熱汽壓力、再熱器壓損、鍋爐排煙溫度、煙氣含氧量、飛灰含碳量、驅動給水泵汽輪機的用汽量、廠用電率、凝汽器真空、凝結水過冷度、最終給水溫度、各加熱器端差、過熱器減溫水流量、再熱器減溫水流量、燃料發熱量、輔汽用汽量、機組補水率、軸封漏汽量等。 廠級性能計算和分析廠級性能計算和分析的項目主要包括：全廠運行性能因子、全廠運行成本、全廠平均供電煤耗率、全廠平均發電煤耗率、全廠供電量、全廠發電量、全廠廠用電率、發電機電壓品質、全廠發電機氫壓、全廠燃料量、全廠燃油量、全廠補給水量、全廠汽水品質指標、全廠輔助用汽量、全廠設備可靠性指標等。）））火電廠廠級監控信息系統 SIS 機組經濟性指標分析機組經濟性指標分析項目包括可控耗差和不可控耗差。 可控耗差包括：主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、再熱汽溫度、鍋爐排煙溫度、煙氣含氧量、飛灰含碳量、驅動給水泵汽輪機用汽量、廠用電率、凝汽器真空、最終給水溫度、各加熱器端差、過熱器減溫水流量、再熱器減溫水流量。不可控耗差包括：再熱器壓損、燃料發熱量、高壓缸效率、中壓缸效率、輔汽用汽量、機組補水率、凝結水過冷度、軸封漏汽量。應將耗差量折合成運行費用損失， 同時根據分析評估結果，計算出每臺機組的運行成本。 運行優化曲線和設備操作指導本功能主要包括設備的操作指導和機組運行優化曲線。 設備的操作指導主要有高壓調門開度、送風機擋板開度、燃料風擋板開度、燃盡風擋板開度、磨煤機投運方式、循環水泵運行方式等；機組運行參數優化曲線有主汽壓力、 主汽溫度、再熱汽溫度、煙氣含氧量、凝汽器最佳真空等。3.3 運行調度 機組級運行調度（1）機組運行方式和停運建議。對提出建議的機組必須申述理由，指出機組的編號、機組的運行方式以及在該方式下機組運行的最短時間。（2）輔機調度功能。針對輔機目前的健康狀況，決定其出力大小或者運行方式。 廠級運行調度（1）全廠負荷調度應有實時負荷調度和時段負荷調度兩種方式，需具有三種運行模式：手動模式、自動發電控制（ AGC）模式和96/288點負荷曲線模式。（2）輔助車間的調度功能。主要包括機組起停、循環水、化學水、凝結水）））火電廠廠級監控信息系統 SIS及凝汽器清洗的調度等。 系統監控方式（1）開環指導方式。開環指導方式的調度控制指令，由總值長確認后方可用于控制系統。（2）閉環調節方式。對于具有閉環控制的系統，原則上必須使用硬接線的方式傳遞控制信息；如果使用通訊方式將控制信息傳送到下層控制系統時，要結合網絡結構，設計安全可靠的實施方案，確保下層控制系統的安全和控制信息傳遞的實時性；當SIS與MIS共用網絡時，不允許以通訊方式從SIS系統向下層控制系統傳遞控制信息。（3）當使用硬接線的方式傳遞控制信息時，其輸出卡件的抗干擾能力必須符合下列指標：共模電壓≥500V，繼電器輸出≥500V共模抑制比≥120dB，50Hz差模電壓≥60V差模抑制比60dB，50Hz3.4 優化運行控制（1）根據全廠主、輔機投入和運行狀況，按照各機組運行煤耗特性以及約束條件，以全廠最小供電成本為目標，進行最優化的負荷分配。（2）依據廠級和機組級性能計算和分析結果，以運行效率最高、煤耗率最低為目標，提出機組優化運行方式