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　　一、電廠信息化工程的主要思路
　　
　　電力工業(yè)是一個非常巨大的產(chǎn)業(yè)，在產(chǎn)業(yè)中占據(jù)重要的地位，是國民經(jīng)濟發(fā)展中極為重要的基礎支柱產(chǎn)業(yè)，是制造業(yè)的重要組成部分。其特點是以處理連續(xù)物料流、能量流為主。國外大公司及研究機構(gòu)已針對流程工業(yè)綜合自動化技術與系統(tǒng)提出了2個重要的概念：一是提出總體解決方案，二是發(fā)展工業(yè)信息技術（工業(yè)IT）。這對發(fā)展我國的綜合自動化技術及相應的軟硬件產(chǎn)業(yè)提供了很好的思路［1］。國內(nèi)也專門針對電廠的特點提出了廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）的概念，并迅速將其工程化，這對于實現(xiàn)電廠信息化水平，提高電力生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟性，是一件非常有意義的事情。
　　
　　作為典型的流程工業(yè)企業(yè)，電廠信息化工程的主要思路：在獲取生產(chǎn)流程所需全部信息的基礎上，將分散的控制系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)和管理決策系統(tǒng)有機地集成起來，綜合運用自動化技術、信息技術、計算機技術、生產(chǎn)加工技術和現(xiàn)代管理技術，從生產(chǎn)過程的全局出發(fā)，通過對生產(chǎn)活動所需的各種信息的集成，集控制、監(jiān)測、優(yōu)化、調(diào)度、管理、經(jīng)營和決策于一體，形成一個能適應各種生產(chǎn)環(huán)境和市場需求的、總體*的、高質(zhì)量、益、高柔性的現(xiàn)代化企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)，以達到提高企業(yè)經(jīng)濟效益，適應能力和競爭能力的目的。
　　
　　電廠在生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設備方面的柔性較小，因此，電廠信息化工程的柔性在過程控制層很難體現(xiàn)，主要靠過程優(yōu)化層的生產(chǎn)裝置操作優(yōu)化、生產(chǎn)調(diào)度層的物流和能量流在線調(diào)度優(yōu)化、企業(yè)管理層和經(jīng)營決策層的決策層的決策優(yōu)化以及建立通用模型來保證。這些優(yōu)化方法加上DCS、現(xiàn)場總線技術、分布式數(shù)據(jù)庫和客戶機/服務器網(wǎng)絡環(huán)境的應用，使電廠信息化工程的柔性大大增強。

　　
　　二、電廠實施信息化工程的技術特點與新華應用模塊的構(gòu)成
　　
　　2.1必須做到信息的集成與共享
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫和關系數(shù)據(jù)庫并舉，實現(xiàn)信息集成和共享。在信息化工程實施中，關鍵技術之一是信息集成。由于電廠生產(chǎn)對安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的追求致使大量的反映生產(chǎn)過程狀態(tài)的實時測量的數(shù)據(jù)需要處理、管理和有效地應用，而數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是信息集成的基礎。要對生產(chǎn)過程進行監(jiān)督控制，對生產(chǎn)狀態(tài)進行分析、評價，必須利用實時數(shù)據(jù)。因而電廠信息集成環(huán)境中需要同時設置關系數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，作為整個系統(tǒng)信息的集散中心。這兩種數(shù)據(jù)庫既可獨立操作，又可協(xié)同操作，及時并行或交叉地處理來自全廠的各種信息，真正做到信息集成與共享。
　　
　　2.2必須解決各種接口技術和安全技術
　　
　　"接口"保證系統(tǒng)作為一個有機的整體運行，"安全"則保證系統(tǒng)長期、穩(wěn)定地運行，這對于連續(xù)生產(chǎn)的電廠尤為重要。
　　
　　在接口技術方面，除一般的硬件與軟件接口外，特別要解決DCS與整體網(wǎng)絡的接口、零散點數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與整體網(wǎng)絡的接口、異種關系數(shù)據(jù)庫之間的接口、關系數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫之間的接口等關鍵技術。
　　
　　在安全技術方面，要特別重視計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性設計。
　　
　　2.3逐步實施運行操作優(yōu)化
　　
　　這是全局優(yōu)化的基礎，也是電廠信息化工程功能層次中承上啟下的紐帶。
　　
　　運行操作優(yōu)化是電廠適應市場原料和產(chǎn)品需求變化，隨時接受調(diào)度指令，調(diào)整主要生產(chǎn)設備的操作狀況，這是柔性生產(chǎn)的關鍵，也是取得效益的重要環(huán)節(jié)。其難點是建立過程穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型。
　　
　　由于工藝技術復雜，且建模涉及到工藝機理和信息處理技術，是跨學科的，因此建立工業(yè)實用的模型是很困難的。常用的建模方法有：機理法、統(tǒng)計法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡等方法。為適應運行操作優(yōu)化的需要，上出現(xiàn)了許多相應軟件公司和生產(chǎn)過程仿真軟件產(chǎn)品。過程優(yōu)化算是又一技術難點，必須根據(jù)不同裝置及不同生產(chǎn)過程去尋求合適的算法，在常規(guī)的各類規(guī)劃算法的基礎上引入啟發(fā)式規(guī)則，往往是解決計算量過大和加快收斂速度的有效途徑。
　　
　　2.4重視實施*控制
　　
　　由于電力生產(chǎn)過程的動態(tài)特性往往是非線性、大慣性和大滯后的，各個變量相互關聯(lián)，甚至是時變的，所以提高控制品質(zhì)并非易事。然而，如果沒有良好的控制品質(zhì)，運行過程操作優(yōu)化將是沒有意義的，*控制與操作優(yōu)化兩者是相輔相成的。因此，在電力生產(chǎn)中，*控制受到廣泛重視，國外已有許多成熟的商品化的*控制軟件，我國也開始引進并組織力量研究、開發(fā)和應用。
　　
　　2.5信息的高度集成
　　
　　由于信息的高度集成，有可能通過對大量生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)的處理，將其變成有用的信息，例如，用于設備及過程的故障診斷、生產(chǎn)過程的安全維護等方面，這也是電力生產(chǎn)信息化工程的特點。
　　
　　2.6新華應用模塊的構(gòu)成與實施
　　
　　新華控制技術集團有限公司一直致力于為電廠的自動化和信息化提供符合我國國情的總體解決方案，相繼開發(fā)和提供了DEH、DCS（XDPS400）、一體化DCS、XSIS（核心數(shù)據(jù)庫平臺為XRTDB）,同時提供了大量的應用軟件模塊。新華應用模塊有：廠級生產(chǎn)過程實時運行監(jiān)視軟件包（XSIS-RISS）、廠級負荷優(yōu)化分配軟件包（XSIS-LODS）、單元機組運行性能計算軟件包（XSIS-OPCS）、單元機組運行能損分析軟件包（XSIS-OPLAS）、單元機組爐管壽命評估軟件包（XSIS-BTLAS）、汽輪機振動采集、監(jiān)測與分析系統(tǒng)（XSIS-TCM）、汽輪機高中壓轉(zhuǎn)子溫度場計算與壽命評估軟件包（XSIS-SAILER）等等，如圖2所示。

　　
　　圖2XSIS系統(tǒng)功能軟件框圖
　　
　　但目前在SIS中建議分階段實施，*階段首先實現(xiàn)廠級生產(chǎn)過程實時運行監(jiān)視軟件包（XSIS-RISS）和單元機組運行性能計算軟件包（XSIS-OPCS）、單元機組運行能損分析軟件包（XSIS-OPLAS）等基礎應用。等到時機成熟后再考慮其它應用功能。
　　
　　三、電廠信息化與實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
　　
　　3.1實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是其數(shù)據(jù)和事務都具有時間屬性，或顯示的時間約束的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，事務處理的正確性不僅依賴于邏輯結(jié)果的正確性，而且依賴于邏輯結(jié)果產(chǎn)生的時間是否滿足相應的時間約束。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)對象都有一個有效時間間隔，表示它在這個時間段內(nèi)足夠真實地反映了物理環(huán)境的當前狀態(tài)。因此，任何與該數(shù)據(jù)對象有關的事務處理必須在有效的時間間隔內(nèi)完成。也就是說，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的事務處理時間具有可預測性。而流行的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)旨在維護*性數(shù)據(jù)，強調(diào)數(shù)據(jù)的完整性與一致性，未考慮與數(shù)據(jù)處理相關聯(lián)的時間限制。事實上，關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)面臨的zui大挑戰(zhàn)就是不可預測的事務執(zhí)行時間。
　　
　　*，由于技術發(fā)展的原因，企業(yè)生產(chǎn)過程監(jiān)控采用著來自眾多廠商的不同種類的監(jiān)控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都是面向裝置或設備的，每個系統(tǒng)只能采集或管理相應裝置或設備在運行過程中產(chǎn)生的部分實時數(shù)據(jù)。就企業(yè)整體而言，缺乏一個統(tǒng)一的、完整的、企業(yè)級實時數(shù)據(jù)管理平臺，以支持多裝置/設備協(xié)調(diào)優(yōu)化控制與生產(chǎn)管理實時決策優(yōu)化。由于生產(chǎn)過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有效期短，而且數(shù)據(jù)量大，傳統(tǒng)的集散式控制系統(tǒng)（DCS）和關系數(shù)據(jù)庫技術并不能完*問題。DCS數(shù)據(jù)存儲能力有限，同時企業(yè)中異構(gòu)的DCS無法進行有效的數(shù)據(jù)共享；而流行的關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理速度慢，關系數(shù)據(jù)模型無法對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行存儲。由此，人們將實時數(shù)據(jù)處理技術與數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合，開發(fā)出了實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，為企業(yè)信息化提供一個統(tǒng)一而完整的企業(yè)級實時數(shù)據(jù)庫運行平臺，使企業(yè)經(jīng)營管理決策層能夠?qū)ιa(chǎn)過程進行實時動態(tài)監(jiān)控與分析，隨時掌握企業(yè)運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理，從而降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在企業(yè)信息化中的地位，如圖3所示。

　　
　　實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可用于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動采集、存儲和監(jiān)視。大型實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以在線存儲每一個工藝過程點的多年數(shù)據(jù)。實際上，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對于企業(yè)來說就如同飛機上的"黑匣子"。另一方面，實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為zui終用戶提供了快捷、的企業(yè)實時信息。由于企業(yè)實時數(shù)據(jù)存放在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中。企業(yè)中的所有人，無論在什么地方都可看到和分析相同的信息，客戶端的應用程序使用戶很容易在企業(yè)級實施管理，諸如工藝改進、質(zhì)量控制、故障預防維護等。通過實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可集成控制系統(tǒng)（DCS、PLC）等、企業(yè)資源計劃系統(tǒng)（ERP）、模擬與優(yōu)化等應用，在業(yè)務管理與生產(chǎn)控制之間起到橋梁作用，實現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化管理。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在電廠信息化過程中有著廣闊的應用前景。
　　
　　3.2實時監(jiān)控軟件平臺
　　
　　實時監(jiān)控軟件平臺以實時數(shù)據(jù)庫為核心，為用戶提供實時監(jiān)控與管理的平臺。它支持基礎自動化系統(tǒng)中的*控制軟件與廠級監(jiān)控系統(tǒng)（SIS）中的過程優(yōu)化軟件之間的集成。其關鍵技術包括實時數(shù)據(jù)庫技術，可靠性、冗余容錯技術、數(shù)據(jù)獲取技術和人機界面技術等。實時監(jiān)控軟件平臺的功能主要包括：動態(tài)的過程流程數(shù)據(jù)顯示；實時趨勢顯示；歷史趨勢顯示；歷史趨勢查詢；報警信息、操作信息等事件報警、顯示與存儲；報警信息、操作信息等事件的歷史查詢；采用圖形組態(tài)或嵌入宏語言的方式，實現(xiàn)二次計算、控制及其他定制功能；集成的、彈性的報表制作、顯示、打印功能。
　　
　　3.3綜合集成軟件平臺
　　
　　綜合集成軟件平臺以企業(yè)信息的集成為基礎。它主要采用的技術包括系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理技術、計算機網(wǎng)絡技術和系統(tǒng)集成平臺技術。綜合集成軟件平臺必須解決數(shù)據(jù)倉庫、全廠信息模型和數(shù)據(jù)模型建立、數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)挖掘等關鍵技術。關系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與實時/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的相關補充為綜合集成軟件平臺提供強有力的靜態(tài)與動態(tài)數(shù)據(jù)與信息集成支撐，構(gòu)成綜合集成軟件平臺的基礎架構(gòu)。
　　
　　綜合集成軟件平臺的主要功能包括：（1）通過實時跟蹤控制生產(chǎn)計劃、原料供應、操作人員、過程信息和設備信息，使企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理人員對企業(yè)的生產(chǎn)條件有一個全面的了解。（2）收集并存儲生產(chǎn)過程歷史信息，并將這些數(shù)據(jù)以可追憶的形式提供給企業(yè)生產(chǎn)管理人員。（3）從全廠生產(chǎn)過程中的各個方面收集生產(chǎn)信息，并按照全廠信息模型組織這些數(shù)據(jù)，zui終提供給企業(yè)管理人員和其他軟件使用。（4）收集、存儲并分析能夠真正代表生產(chǎn)成本的數(shù)據(jù)，并提供給生產(chǎn)經(jīng)營管理人員和企業(yè)資源計劃管理軟件、供應鏈管理軟件使用。（5）收集、存儲將分析合格產(chǎn)品和不合格產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為持續(xù)的生產(chǎn)過程優(yōu)化、提高提供切實可行的現(xiàn)場數(shù)據(jù)依據(jù)。（6）集成所有生產(chǎn)過程有關的操作規(guī)程、技術文檔、設備文檔，并以方便的界面提供給企業(yè)管理和操作人員。（7）全面標準、開放的數(shù)據(jù)存儲和服務，使得企業(yè)資源計劃管理軟件和供應鏈管理軟件可以按自己的需要訪問、組織、使用系統(tǒng)中的所有數(shù)據(jù)。
　　
　　3.4實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫的關系
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫采集了海量的各種裝置的流量、液位、溫度、壓力等等數(shù)據(jù)，可以根據(jù)裝置主要進出口的流量數(shù)據(jù)計算主要產(chǎn)品產(chǎn)量和能耗，根據(jù)物位可換算出原料與產(chǎn)品的庫存，而各種溫度、壓力數(shù)據(jù)則直接反映了機組的運行狀況，這些都是計劃、調(diào)度、成本核算及決策關系數(shù)據(jù)庫*的生產(chǎn)一線數(shù)據(jù)，是實現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程管理的核心。
　　
　　關系數(shù)據(jù)庫儲存的計劃、成本、化驗等考核生產(chǎn)實績的指標，是實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)賴以即時調(diào)整生產(chǎn)指令、優(yōu)化操作的基準參數(shù)。
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫并行運行是電廠信息集成的重要特點。
　　
　　四、二次開發(fā)的關鍵
　　
　　4.1狀況良好的現(xiàn)場儀表、控制設備
　　
　　狀況良好的現(xiàn)場儀表、控制設備是將生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)實時采集上網(wǎng)的先決條件。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的正常運行受現(xiàn)場采集環(huán)境的影響，如DCS工作站故障、DCS軟件模塊缺損、巡檢儀系統(tǒng)間斷性發(fā)不出測量信號等，這些故障一般都由于電廠生產(chǎn)連續(xù)不可中斷的特點而難以及時修復，導致部分生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實時采集中斷。故基礎儀表、過程控制設備運行的穩(wěn)、準、靈是實時數(shù)據(jù)采集的先決條件。
　　
　　4.2全面采集與完整保存的過程數(shù)據(jù)
　　
　　全面采集與完整保存的過程數(shù)據(jù)是實時數(shù)據(jù)二次開發(fā)利用的基礎。物料平衡、流程模擬、*控制等應用很大程度上依賴大量過程實時、歷史信息進行計算，如裝置的流量等信息或無法采集上網(wǎng)、或精度不夠，使二次開發(fā)及推廣應用的效果受到影響。
　　
　　4.3實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫緊密配合
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫緊密配合是二次開發(fā)成功的關鍵。實時數(shù)據(jù)庫與關系數(shù)據(jù)庫的并行運行是電廠信息化工程的重要特點，雖然實時數(shù)據(jù)庫提供了大量生產(chǎn)過程信息，構(gòu)成了電廠管理信息的基礎，但在計劃、調(diào)度、決策中許多*的如市場、計劃等經(jīng)營決策和指令信息仍需由關系數(shù)據(jù)庫提供，兩者的集成才能為企業(yè)提供從設計、操作、管理全過程的信息支持。
　　
　　五、應用效果分析
　　
　　5.1監(jiān)控生產(chǎn)，實現(xiàn)全生產(chǎn)過程的全廠級實時管理
　　
　　實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立為各級管理部門提供的遠程實時生產(chǎn)過程信息，有效地幫助調(diào)度人員及時調(diào)整物流方向，減少非計劃停車，保持生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。
　　
　　5.2故障報警，及時定位事故發(fā)生的原因
　　
　　通過比較當前的和歷史趨勢數(shù)據(jù)，特別是結(jié)合裝置安全運行的多參數(shù)模型，可以及早報告事故隱患，并且通過對事故前后實時記錄的歷史數(shù)據(jù)的分析，可以定位事故發(fā)生產(chǎn)原因，以避免事故的再次發(fā)生。
　　
　　5.3加強操作考核，提高生產(chǎn)效率，降低能耗，動態(tài)監(jiān)控生產(chǎn)成本
　　
　　裝置的平穩(wěn)運行是各種動力和原料消耗的綜合結(jié)果，以同樣的能耗生產(chǎn)更多的高質(zhì)量的電能，在保證質(zhì)量的前提下，充分利用能耗市場供給成本的差異，及時調(diào)整操作方案，實現(xiàn)在生產(chǎn)過程中，而不明在生產(chǎn)完成后即有效控制生產(chǎn)的成本。
　　
　　5.4應用和集成平臺
　　
　　全廠全生產(chǎn)過程實時數(shù)據(jù)的歷史積累，是從中發(fā)現(xiàn)過程運行規(guī)律的數(shù)據(jù)基礎，而這些規(guī)律的集合則可構(gòu)成*控制和流程模擬的數(shù)學模型；同時，生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)也為*控制和在線流程模擬提供了數(shù)據(jù)運行環(huán)境；另外，實時記錄的物流信息也是各種物料平衡計算的依據(jù)，從而使生產(chǎn)更為合理的統(tǒng)計信息。
　　
　　六、SIS實施過程中存在的典型問題
　　
　　SIS系統(tǒng)實施是一個系統(tǒng)工程，存在著作為一個大系統(tǒng)的復雜性問題，在此不再一一陳述。而更愿意針對SIS系統(tǒng)實施，列出我們在具體的研究開發(fā)和工程實施過程中遇到的*問題。給予這些問題足夠的重視，或許對我國電廠信息化工程的順利展開和達到預期的目標有所幫助。
　　
　　（1）軟件產(chǎn)品的成長成熟是靠企業(yè)用出來的，而不是單純的技術開發(fā)和開發(fā)商自身的測試能夠解決的。
　　
　?。?）企業(yè)對應用國產(chǎn)軟件思想上存在障礙，如何鼓勵？
　　
　?。?）科技部門、管理部門由于不能干涉企業(yè)運營而在推廣方面存在顧慮，如何拓展新的工作思路和渠道？
　　
　?。?）SIS解決方案供應商與集成商的自我定位，不要盲目求大或誤導用戶，應引導用戶分階段逐步實施電廠信息化工程，使SIS市場規(guī)范化和良性運行，zui終為用戶帶來更多更實在的經(jīng)濟和社會效益。