2 实时/历史数据库
实时/历史数据库是SIS的核心部件,是发电企业集团信息化的基础。是过程优化与生产管理决策的数据平台。平圩发电厂二期SIS实时/ 历史数据库采用美国Instep公司eDNA数据库。
为了保证实时/历史数据库长周期、安全、可靠的运行,我们在SIS中应用了RAID 磁盘技术和服务器集群技术。
2.1 eDNA概述
2.1.1 eDNA的特点:
Ø 无损压缩技术,数据存储效率高、恢复精度100%
采用专有压缩技术使存储效率非常高。 eDNA 保持了对信息的精确记录,同时又在存储时保持极高的压缩比,这在行业中是无与伦比的。
Ø 分布式结构,提供灵活的扩充能力和冗余性能
通过服务来实现数据的压缩存储及各种功能,服务为驻留在单台或多台服务器上的程序模块,每一个服务实现一个特定的功能。eDNA 在最初设计时就采用了分布式结构,可以方便地将历史数据及各种服务分别安装在不同的服务器及客户端上,简化了系统结构,实现了分布式计算,提高了系统的工作效率。
Ø 资源优化
以压缩数据方式进行传输减小了对网络带宽的要求,基于消息的协议允许上千用户的同时访问。eDNA 没有客户端用户数量限制,具有非常方便的扩容能力和使用经济性。
Ø 系统访问灵活
实时/历史数据服务器可以根据用户需求选择基于C/S(Client/Server)结构或者B/S(Browser/Server)结构,方便用户使用。
Ø 很强的二次开发能力
数据库具有完善的二次开发手段,包括应用开发接口(API)和数据库访问技术等。向下可以与各种DCS 及PLC 等互联,向上可以方便地实现数据库的存取操作。
Ø 用户授权优势
eDNA没有点数限制,没有客户端用户数量限制,具有非常方便的扩容能力和使用经济性。
2.1.2 eDNA的组成
eDNA由各种服务,客户端和应用工具组成,其中:
Ø eDNA 服务功能,
例如:实时服务从各种各样的数据源中采集汇总实时过程信息,使办公室计算机终端可以随时获得这些信息。历史服将这些数据在硬盘上长期保存起来,让人们可以在办公桌上随时查看这些历史数据。 BOSS服务提供对数据,对服务和对用户的强大管理功能。此外还有配置服务,计算服务,安全服务等。
Ø eDNA 客户端功能
提供直观易用的工具用于表现过程信息;提供 标准化的感观效果;使用方便,即便是非专业人士业也可以在很短的一两个小时内建立信息丰富的过程信息图表。
Ø eDNA 工具
将过程信息集成到标准的桌面应用工具中;强大的API函数提供了对获取数据的全面支持和应用的极大灵活性;Excel 加载宏和ODBC提供SQL查询接口
XML接口。
2.2 数据库点表
目前,平圩发电厂二期SIS系统的数据库点表如下。共计29117个,其中:AI点10227个,DI点18950个。数据库实时数据刷新周期不超过1秒。
|
类型 |
#3
DCS |
#4
DCS |
公用
DCS |
辅网 |
NCS |
RTU |
#3
其它 |
#4
其它 |
#3、#4
公用 |
|
AI |
4076 |
4076 |
345 |
1178 |
98 |
454 |
|
|
|
|
DI |
5007 |
5007 |
621 |
2505 |
228 |
220 |
2229 |
2229 |
904 |
2.3 RAID 技术
RAID:独立磁盘冗余阵列,是英文Redundant Array of Independent Disks的缩写,有时也简称磁盘阵列(Disk Array),1987年由美国柏克莱大学提出。简单的说,RAID是一种把多块独立的硬盘(物理硬盘)按不同的方式组合起来形成一个硬盘组(逻辑硬盘),从而提供比单个硬盘更高的存储性能和提供数据备份技术。RAID 的应用有多种类型,目前可以获得业界广泛认同的有4种,RAID 0、RAID 1、RAID 0+1和RAID 5。
依据不同RAID类型具有的特点,我们的SIS系统中2台实时/历史数据库服务器、所有接口机均由2块硬盘做Raid 1阵列,MIS WEB服务器由6块硬盘(73G)做Raid 5阵列。
RAID 1技术特点:RAID 1 - Disk Mirroring 又称镜像(如图3),即每个工作盘都有一个镜像盘,每次写数据时必须同时写入镜像盘,读数据时只从工作盘读出,一旦工作盘发生故障立即转入镜像盘,从镜像盘中读出数据,当更换故障盘后,数据可以重构,恢复工作盘正确数据,这种阵列的数据安全性很高, 但空间利用率不高,其有效容量减小到总容量一半以下,因此RAID1适用于对数据安全性要求苛刻的场合。
RAID 5技术特点:RAID 5 - Striping with floating parity drive(如图3),按某种规则把数据和奇偶校验信息均匀地分布在阵列所属的硬盘上,所以在每块硬盘上,既有数据信息也有校验信息。允许单个磁盘出错,当其中一块硬盘损坏,可以利用剩余磁盘中的数据计算出坏硬盘中的数据。当有N块阵列盘时,用户空间为N-1块盘容量。适用于对性能、安全均有一定要求的场所。
2.4 集群技术+磁盘阵列
集群技术是一组相互独立的计算机,利用高速通信网络组成一个单一的计算机系统,并以单一系统的模式加以管理。其出发点是提供高可靠性、可扩充性和抗灾难性。错误接管集群技术是将建立在同一个网络里的两台或多台服务器通过集群技术连接起来,集群节点中的每台服务器各自运行不同的应用,具有自己的广播地址,对前端用户提供服务,同时每台服务器又监测其他服务器的运行状态,为指定服务器提供热备份服务。
我厂SIS的实时/历史数据库服务器由两台高档PC服务器+外置磁盘阵列构成服务器错误接管集群,作为整个系统的数据库服务器(如图5)。数据库服务器的CPU平均负荷率≤40%。
说明:2台服务器作群集A、B,一台磁盘陈列做数据盘。服务器A、B的网卡1用心跳线连接起来;网卡2用网线接至核心交换机上;磁盘阵列用SCSI线一根与服务器A的RAID卡相连,另一根与服务器B的RAID卡相连。
双机与磁盘阵列柜互联结构可以有效的避免由于应用程序自身的缺陷导致系统全部停机的情况,同时由于所有的数据全部存贮在外置的磁盘阵列柜中,当工作机出现故障时,备份机接替工作机,从磁盘阵列中读取数据,切换时间30秒左右,这种操作也可以人为手动进行。
3 SIS应用
目前,我厂SIS系统的主要应用有:全厂生产流程监视、全厂生产数据存储、全厂生产数据趋势查询、机组级及厂级性能计算、机组经济性指标分析、过程信息统计和分析、机组优化运行及操作指导等。选其中几项介绍如下:
3.1 全厂生产流程监视
全厂各生产过程监控系统包括机组DCS、全厂辅网控制系统、NCS、脱硫、TDM等系统的实时生产数据,其生产流程都能通过SIS在工作站和终端上进行监视。
主要包括:全厂机组循环系统总图、全厂网控系统图、全厂用电系统图、辅助车间系统图(包括水、灰、煤系统等)、锅炉总图、汽轮机总图、发电机系统图、厂用电系统图、锅炉烟风系统、锅炉汽水系统、汽机汽水系统、主、再热蒸汽系统图、高压给水加热器系统、低压给水加热器系统及冷端系统等。
3.2 全厂生产数据存储
该功能将以高精度采集所有来自外围控制系统的实时数据,并通过很高的数据压缩率将这些数据保存为历史数据文档。同时在SIS系统中能对这些数据进行计算和分析,计算和分析的所有结果也将和实时数据一起被保存。
3.3 全厂生产数据趋势查询
该功能主要完成厂级和机组级生产实时数据趋势、异常数据、实时数据、考核指标、性能指标、优化数据和统计数据的查询和回放。
3.4 机组级及厂级性能计算
本功能包括厂级、机组级性能计算,其中性能计算的标准均遵守ASME(美国机械工程师学会) “电厂试验规定”的最新版本。
Ø 机组性能计算包括:
1) 电厂总体性能
主要包括:机组功率因素、机组负荷率、补给水率、机组效率、厂用电率、标准发电煤耗率、标准供电煤耗率。
2) 锅炉性能
排烟热损失(q2)、固体未完全燃烧热损失(q4)、锅炉散热损失(q5)、灰渣物理热损失(q6)及锅炉效率、过剩空气系数等。
3) 汽机性能
汽机高压缸效率、汽机中压缸效率,汽轮机热耗率、汽机抽汽计算(包括流量、压力、焓等)、加热器能量平衡计算,高压缸汽机质量平衡,中压缸汽机质量平衡等。
4) 凝汽器性能、清洁系数可以按照HEI标准计算
主要包括:凝汽器的热负荷、凝汽器的循环水流速、对数平均温差、实际的凝汽器传热系数、端差计算、凝汽器过冷度。
5) 给水加热器性能包括:
计算进入加热器的抽汽量、出口端差计算、疏水端差计算、给水温升计算。
6) 空预器性能包括:
空预器(A)的效率、空预器(B)的效率、空气温升、空气漏风率。
Ø 厂级性能计算
SIS系统是厂级实时生产过程监控信息系统,与其它系统的主要区别在于要求反应出全厂范围内的生产方面实时信息,提供给生产管理人员一个实时准确的生产信息以供快速决策和简洁数据参考,为此,在SIS系统中设置了厂级性能计算功能,它根据来自各机组性能计算的数据和经济性分析评估,进行全厂机组经济性指标的计算功能。
厂级经济性指标有:全厂运行性能系数、全厂运行成本、全厂平均供电煤耗率、全厂平均发电煤耗率、全厂供电量、全厂平均厂用电率、全厂发电量,全厂燃料量、全厂燃油量、全厂补水量等。
厂级性能计算方法:
1) 全厂运行性能系数
机组运行性能系数是指机组最佳运行煤耗率与实际运行煤耗率之比,该数值越接近1,表明机组运行水平越高;全厂运行性能系数为每台机组运行性能系数与负荷加权平均值。
2) 燃煤成本
3) 全厂平均供电煤耗率、全厂平均发电煤耗率
全厂平均供电煤耗率、全厂平均发电煤耗率的计算方法为各台机组供电煤耗率和发电煤耗率的负荷加权平均值
3.5 机组经济性指标分析
为了让运行人员和管理人员了解和知道当前机组运行设备的运行经济性和在操作上和设备上存在的问题和解决问题的方向,必须对机组经济性指标进行科学分析,才能清楚地知道在整个机组复杂系统中各项单个设备、运行参数的偏差而带来的能耗增加,才能做到解决问题“有的放矢”。
机组经济性指标分析来源于机组耗差分析,分为可控耗差和不可控耗差两部分:
可控耗差有:主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热器温度、排烟温度、烟气含氧量、飞灰含碳量、厂用电率、真空、最终给水温度、各加热器端差、小机用汽量、过热器减温水流量、再热器减温水流量;
不可控耗差有:再热器压损、燃料发热量、高压缸效率、中压缸效率、辅汽用汽量、机组补水率、凝结水过冷度、轴封漏汽量。
对耗差分析结果,有直观的棒图和饼图形式显示。例如,两图的设计界面如下:
a 耗差分析捧图:以耗差分析数据表格和直观的各系统耗差分布棒图两种形式显示。
上图以棒图的形式列出了影响机组经济性的主要参数的当前数值和目标数值,包括费用损失等。
上图列出了影响机组经济性的各系统主要耗差的分布图,并且可以查看每一系统参数的当前数值和目标数值,包括费用损失等。
4 SIS系统安全措施
SIS根据《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》和GB/T 17859-1999确定安全等级并采取相应的完备的安全策略,以保证SIS与生产过程控制系统的运行安全。
4.1 安全网络结构
在SIS网络与MIS网络之间安装硬件的网络单向传输装置(单向物理隔离装置)。该装置使SIS网络发送到MIS网络的数据在确保数据传输的正确性和要求的速率的前提下正常通过,而阻断从MIS网络发送到SIS网络的任何数据。SIS通过NCS与电力系统的能量管理系统(EMS) 进行信息交换,从EMS通过NCS,用硬接线方式接受总的负荷指令进行机组间负荷优化分配计算。
4.2 网络防病毒和防非法入侵策略
网络设置防病毒服务功能,并安装防病毒软件:Norton AntiVirus Corporate Edition 9,系统管理人员定期用人工的方式升级防病毒软件及病毒定义码,定期对系统中的计算机设备进行全面的病毒扫描和杀毒,系统所用的磁盘使用前要用最新防病毒软件进行扫描杀毒。
4.3 系统软件与应用软件的安全可靠性
SIS网络使用稳定、可靠、有正式授权的操作系统。应用软件经过严格的测试,并具有软件认证部门的测试报告。必须在保证机组安全的前提下设计、组态、开发系统功能。
4.4 安全管理和网络管理
SIS机房和系统管理功能站具有严格的专业管理制度,由专门的SIS管理员负责。管理人员接受网络安全、硬件更换、软件使用方法的全面培训。加强人员的出入和操作的管理和纪录,重要操作应有监护人,并详细记录操作内容及操作步骤。SIS服务器、功能站及客户机设置授权登录机制,并能自动记录登录信息及操作过程。
网络安全分析的主要功能包括:可疑登录用户分析、密码猜测监测、登录用户可疑操作分析等。
网络管理的主要功能包括接入管理、防病毒综合管理、性能参数实时监测、网络设备通信监控、服务器性能监控、网络设备管理、异常指标警告与故障预警、历史数据分析、日志与报表等。网络管理功能应能主动监视网络、自动收集网络关键信息、障碍报警处理,使用户能准确、快速查看网络运行中所发生的事件,从而能使用户迅速解决存在的问题。SIS数据备份具有专用介质,其数据导出到外部可移动磁盘上时,要使用新的空白磁盘。存储SIS数据的可移动磁盘不得兼作它用,以防止染毒。