一、前 言
在"火电厂厂级监控信息系统研究会"成立之际,关于火电厂厂级监控信息系统各个方面的问题,有很多的论文和代表发言来阐述,本人结合会议交流的内容及在实际工程中遇到的问题,在此对该系统的有些问题发表个人的见解,供各位同行参考。
二、 概念探讨
在提到SIS这个缩写名词的时候,我的第一反应是"厂级监控信息系统",在"火电厂厂级监控信息系统研究会"开会时,我才发现,也许我的第一反应是不够准确的,因为论文集的题目及会议通知上,在"厂级监控信息系统"的前面,都有"火电厂"三个字。SIS究竟是"厂级监控信息系统"的缩写,还是"火电厂厂级监控信息系统"的缩写呢?本人认为,从广义来讲,SIS应该扩展成"厂级监控信息系统",因为在冶金、石化、水电、核电、风力发电、垃圾电站等含有多种控制系统的大型生产企业,都有这样共同的任务:即全厂信息共享,经济运行,提高企业整体效益,为企业的管理层和决策层提供真实可靠的运行数据和科学准确的经济指标,这些也正是SIS的内容及SIS的来历。SIS的概念提出,还没有几年,从现在来看,火电厂的厂级监控信息系统,还是非常有市场前景的,如果把SIS定义成广义的"厂级监控信息系统",将火电厂厂级监控信息系统作为SIS的一个分支,专门研究其特性,就会给其它的SIS分支提供技术空间,为中国乃至世界的大型的具有多种复杂控制系统的企业带来新的活力。建议侯子良先生能写文章,专门对这个概念进行扩展。就象DCS一样,DCS就是一个很广的概念,大家非常认同的一个事实是:在冶金、石化、水电、核电、风力发电、垃圾电站都有DCS系统。从这一点来看,SIS也应该加以扩展,泛指与DCS所在行业相同行业的"厂级监控信息系统"。在本文以下的行文中,本人只针对火电厂厂级监控系统发表看法,为简单起见,不在"SIS"前面加上火电厂三个字。
三、SIS系统架构定义
"SIS是介于DCS与MIS之间的一个计算机系统",这句话大家都会表示认同,这句话包含的含义,我理解有三层。第一层含义是:SIS是与DCS和MIS有一比的大型计算机系统,进一步讲,SIS与DCS,MIS应该有很多相似的内容,否则,也不会拿SIS同DCS,MIS相比。第二层含义是:SIS发挥的作用一定在DCS和MIS之间,在火电厂,DCS比MIS作用大,SIS的作用比DCS小,但比MIS大。第三层含义是:SIS的安全性介于DCS与MIS之间。回过来看看我们对于SIS问题的考虑,基本上也是从"SIS是介于DCS与MIS之间的一个计算机系统" 这句话展开,讨论也自然以DCS和MIS为标杆。例如,讨论SIS冗余数据库问题,之所以有这个问题,是因为DCS有很多冗余,最核心的控制器要冗余,自然要考虑SIS的核心"实时/历史数据库服务器"的冗余问题,考虑这个问题的度,或者标杆,就是DCS与MIS,SIS数据库的冗余不可能搞三冗余,如果这样就会比DCS的冗余要求相当,显然是不合适的(DCS中有三取二、三取中等);如果不考虑SIS数据库的冗余,或象MIS的数据库服务器那样考虑,也不合适,毕竟在数据量、运算速度及可靠性要求方面,SIS的数据库服务器要求比MIS高。因此,可以在参照DCS及MIS对可靠性的要求,来考虑SIS的数据库服务器的可靠性。其它很多的问题,只要拿DCS和MIS做标杆,都可以找到答案。这里,我想以DCS为标杆,谈谈SIS系统架构的定义。
大家都知道:DCS包括DAS,MCS,SCS,FSSS,DEH,ECS,MEH,BPS这样一些功能(如图1所示),最早的DCS雏形是DAS,它只监视,不控制。随后,开始做MCS,SCS,搞调节,搞顺控,摸索出经验后,又进一步搞FSSS,DEH,现在又搞电气纳入DCS的内容即ECS,在DCS发展过程中,更细的系统如MEH,BPS也得到应用。与此类似,本人提出:SIS应该划分为以下系统:BAS(基本应用系统Basic Application System),OCS(优化指导系统Optimization Coach System),DMS(设备维护系统Device Maintenance System),ERS(经济运行系统Economic Running System)。
BAS包括最基本的应用:如运行监视(WEB浏览)、曲线分析、报表打印、性能计算、厂级过程实时/历史库档案,其它需要生产数据的数据源,当然还包括实时/历史库本身的集成和应用,SIS网络等。BAS在SIS中的地位,就象DAS在DCS中的地位,功能最基本,是其它功能中,相对最易实现,最简单的功能。OCS包括:优化运行,操作指导,小指标竞赛。它在SIS中的地位,等同于SCS在DCS中的地位,OCS此时不仅需要我们看看数据,看看曲线,我们要依靠OCS来优化机组运行,指导机组运行,考核相应的人员、提高其操控机组运行的水平,从而提高机组的运行水平。DMS包括:设备故障诊断,状态检修,寿命分析,它在SIS中的地位就象MCS在DCS中地位,它需要对设备运行的状态、热力系统等具有深入的研究,才能提出相应的计算方法。ERS包括:竞价上网,负荷分配,厂级性能分析等,它从直接提高效益的角度来考虑SIS的功能,它在SIS中的重要性,好比DEH在DCS中的重要性,ERS需要准确的、全面的数据,需要多种计算策略才能做出来。还有很多厂家开发了一些其它的应用,我们在此也给出一个SIS名称,称为OAS(其它应用系统Other Application System),在这里我把它们比做DCS中的MEH,BPS,这些系统可以自成系统,也可以融在其它的系统当中。MIS之所以没有象DCS那样,得到很大的应用,形成非常混乱的局面,本人认为需求不统一,太复杂,没有人来统一标准是造成这一局面的原因。在SIS发展之初,需要做好SIS的规划,尤其是标准功能的规划,统一规划后就可以制订出统一的标准,就可以制定出统一的技术规范,从而,带动这个行业的发展。如果不统一功能,及做合理的功能划分,大家随心所欲,做个小功能就算SIS,将对SIS的发展十分不利,并很可以走入类似MIS领域的误区。在包括BAS这个功能,加上OCS、DMS、ERS三个功能中的任意一个功能后,就可以认为它是SIS系统。单纯的BAS功能也可以成为一个系统,它就叫BAS,不能叫SIS;就象你只做了一个DAS系统,它只能叫DAS系统,不能称为DCS,只有包括了MCS,SCS等功能中的一个,再加上DAS系统,才能勉强成为DCS系统。
四、SIS数据范围
SIS的数据范围,也就是SIS的适用的数据对象是什么?在很多的论文及讨论中,都提到了,比如,有人说:SIS要包括所有DCS所有的数据,有人说,SIS要包括DCS,煤,灰,水等辅机数据,这些说法都是不错的,它们都是SIS的数据范围。但作为一个新兴的行业,新的系统,我们有必要对数据范围进行明确的定义,否则,在这个问题上也容易导致混乱。本人在这里,提出SIS的数据范围的如下:"全厂所有的含有微机控制系统的系统过程数据"。具体讲,包括以下系统过程数据:DCS(包括公用DCS),输煤程控,化水程控,吹灰程控,除渣程控,RTU(远动),NCS(网控),脱硫DCS系统,暖通(HVAC)控制系统,热网控制系统等。既然是厂级监控信息系统,一定要体现"厂"的概念。现在的设计院在新建电厂的控制系统设计时,都会为控制系统提一个要求,那就是要留有同SIS系统通讯的接口。所以,有必要在制定SIS的技术条件或规范时,明确以上SIS数据范围。以上系统含有很多点,有很多是中间点,并不是真正的物理点,如果把他们都集成进来,那将太庞大,因此,本节中我提到"过程数据",就是通过I/O采集过来的物理点,才需要进入SIS。还有一点需要说明的是,为了做性能计算或其它的功能,可能需要一些在原计算机中没有的测点,那么,是不是说SIS系统还要加入硬件数据采集的功能呢?本人建议不要加入硬件数据采集功能,因为:完全可以在其它的计算机系统中,采用备用的通道加入一些硬件点,对于加入比较集中的较多的硬件点,可以采用单独的DAS系统或具有通讯功能的采集设备来处理,而不要纳入SIS的管理之中。SIS的概念是厂级监控"信息"系统,"信息"这个词应该能表明SIS数据来源的途径为通讯,而不是硬件采集。
五、SIS数据的编码
在第4节中,已经讲到了数据范围,如果机组较多,这些数据加起来会好几万点,这么多的数据放在一个实时/历史库中,如何来识别它。在现在的DCS系统中,几乎每个DCS工程商和电厂,都有自己习惯的测点命名方式,因为这些命名往往是建立在单个的控制系统之上,又主要用来控制特定的机组,所以,还暂时看不出多大的问题。一旦将几台机组的数据集成在一起,要识别是哪台机组、哪个设备、哪个测点,如果没有科学的编码体系,将会得十分混乱。当然,在一些DCS系统中,DCS系统提供商已经考虑用特定的前缀来代表某一台机组,以此也可以区分哪些数据属于哪台机组;但这也就是个别DCS厂商的做法。SIS系统包含有那么多的功能,SIS对设备本身的状态检修、寿命分析关系密切,应该使用统一的编码体系进行编码。比如:可以采用类似KKS编码体系的软测点编码方式来进行编码,定义电厂域,机组域,设备域,类别域,类型域,放在一起就是:电厂.设备.类别.类型,之所以考虑"电厂域",是因为当前,绝大多数电厂都属于五大电力公司的电厂,这些电厂数据有可能要集中到发电公司总部进行监管,"电厂域"用于区分不同电厂的数据。这里只是提出一家之言,希望SIS研究会能对此进行讨论,拿出统一的编码体系,这将会从编码层规范SIS系统。
六、SIS接口诸多问题
SIS要建立,就要从其它系统进行接口,接口涉及以下问题
(1)接口数量:
本人认为,每台DCS系统应该有一个独立的接口机,这是基于实时性及可靠性两方面的考虑。有些厂家的DCS系统,可以将不同机组DCS系统网络相连,理论上则可以通过一个接口将所有的DCS数据取出来,但其实时性要降低。因为基于例外报告方式的数据通讯有例外报告数量的限制,几台机组数据在一起,例外报告是单台机组例外报告之和,统一的接口机需要处理的时间就是单台接口机处理时间的几倍,实时性自然就比不上单台DCS接口机的接口实时性。输煤、化水、除灰除渣等辅控系统,现在都有联网的趋势,集中一个接口机来获得这些数据是一个不错的选择。因为这些系统不太大,连在一起点数也不多,不会影响实时性。太多的接口,会影响SIS的可靠性,多一个接口就多一个需要维护的环节,多一个故障点。其它计算机控制系统,我认为应该每个系统配一个接口。
(2)接口实时性
SIS系统数据的实时性,应该作为SIS技术条件的一项内容加以规定。实时/历史库的采集速率是1秒,还是1秒到5秒?还是1秒到10秒都可以?本人认为,很多的SIS应用,如果通过接口机能获得5秒以内的速率,是完全可用的。本人在工程中的体会是,真正能做到几台机组DCS数据,通过接口到SIS系统,获得1秒的存储速率,是比较困难的,要做很多的技术处理。
(3)接口的安全性
SIS底层连DCS,上面连MIS,其桥梁作用不言而喻。因此,建议在SIS规范中明确SIS接口的连接方式,以确保DCS的安全运行。比如,规定接口机同DCS有同样的安全性,则将防火墙防在接口机和SIS之间,如果认为接口机同SIS的安全性相同,则应将防火墙放在接口机和DCS之间。
(4)接口机的定义
在上面谈到很多"接口",建议在SIS中,将接口计算机定义为"网关机",其实质就是一个网关,"网关机"的概念含有网络安全的内容,它应该包括经过有关部门认证的防火墙。"接口机"的定义比较狭窄。
七、总结
应利用SIS研究会成立的机会,将SIS概念进行拓展。同时为规范SIS的行为,建议从SIS的数据对象,范围,编码,接口,架构等方面逐一进行规范,采用统一的、具有可持续发展潜力的方式,使SIS真正成为一个新兴的行业,使不同层次的SIS制造商,不同需求的最终用户都能找到自己的位置,都有自己的发展空间。