火電廠SIS系統(tǒng)通信高可靠性優(yōu)化及預警技術研究

摘要：從火電廠SIS系統(tǒng)的基本作用和網(wǎng)絡結構出發(fā)，分析了其在電廠生產(chǎn)運行及數(shù)據(jù)通信中的重要地位，同時指出其目前存在的弊端，提出了高可靠性優(yōu)化方向和措施，并研究開發(fā)預警系統(tǒng)，以保障SIS系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，提升自動運維能力。

關鍵詞：SIS；生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)；預警

中圖分類號：TM621 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）20-0022-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.20.005

0 引言

SIS，即廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System），其主要作用包括：處理實時數(shù)據(jù)、完成生產(chǎn)過程的監(jiān)控和管理、故障診斷和分析、性能計算、分析和經(jīng)濟負荷調(diào)度等。我國部分省份火電廠環(huán)保電價考核數(shù)據(jù)來源也依托于SIS系統(tǒng)，一直以來，SIS系統(tǒng)都是火電廠生產(chǎn)運行環(huán)節(jié)中尤為重要的組成部分。電廠SIS系統(tǒng)鏈路存在單一化的弊端，易因某個中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題導致數(shù)據(jù)中斷，同時因傳輸鏈路冗長不能及時定位問題所在，加大了故障處理難度，增加了故障處理時間，因此對整個SIS系統(tǒng)通信進行優(yōu)化及預警很有必要。

1 系統(tǒng)現(xiàn)狀

如圖1所示，火力發(fā)電廠的單一SIS系統(tǒng)接口[1]一般包括OPC服務端、OPC客戶端、網(wǎng)閘、入庫系統(tǒng)、SIS數(shù)據(jù)庫等多個子系統(tǒng)。從廠內(nèi)工程師站接口機獲取數(shù)據(jù)，再通過OPC服務端對外提供訪問接口，由OPC客戶端采集接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過網(wǎng)閘傳輸?shù)饺霂煜到y(tǒng)，最后由入庫系統(tǒng)把數(shù)據(jù)寫入SIS數(shù)據(jù)庫，整個傳輸過程中還包括一些網(wǎng)絡通信及安全設備，如防火墻、交換機等。

該系統(tǒng)目前存在如下弊端：1）整個傳輸系統(tǒng)是串聯(lián)連接，任一子系統(tǒng)網(wǎng)絡或設備發(fā)生故障都會導致SIS數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)缺失。2）整個傳輸鏈路涉及設備多、位置分散、傳輸鏈路長，出現(xiàn)故障時定位困難。3）整個傳輸鏈路缺少有效的監(jiān)控，不能及時定位、處理故障，影響SIS數(shù)據(jù)庫的各項應用，易出現(xiàn)考核的狀況。4）對系統(tǒng)傳輸測點的狀態(tài)缺少有效管理，易因單個測點出現(xiàn)異常導致整個系統(tǒng)發(fā)生考核的狀況。5）單個設備運行的關鍵程序缺少守護，易因為某個程序問題導致整個傳輸鏈路異常。

2 SIS系統(tǒng)通信優(yōu)化及預警

2.1 研究內(nèi)容

1）雙鏈路部署優(yōu)化：設備間使用私有協(xié)議自動協(xié)商數(shù)據(jù)采集、傳輸設備的主/備關系，出現(xiàn)故障時自動完成主/備切換，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)冗余化通道傳輸。

2）本地/鄰居狀態(tài)監(jiān)測：設備對自身及相連鄰居設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，并上傳管理端，以實現(xiàn)管理端對數(shù)據(jù)網(wǎng)關、安全設備、交換機、服務器等獨立系統(tǒng)的健康狀況診斷。

3）實時拓撲狀態(tài)監(jiān)視：系統(tǒng)結合實時網(wǎng)絡狀態(tài)拓撲圖，將接口實時運行狀態(tài)直觀地展現(xiàn)給運維人員，同時也能快速定位到故障節(jié)點。拓撲圖通過網(wǎng)頁技術，實現(xiàn)基于網(wǎng)頁方式的訪問，管理者可以隨時隨地掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)，不受時間、區(qū)域的限制。

4）故障診斷和通知：通過OPC客戶端、入庫系統(tǒng)獲取自身和鄰居設備狀態(tài)信息，系統(tǒng)自帶的故障診斷模型及時分析出故障位置，并提供相應的處理建議，將故障信息推送給運維人員，協(xié)助運維人員快速鎖定故障，減少排故時間，提升部門間協(xié)助效率，確保數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性、實時性。

5）遠程接口備份：將數(shù)據(jù)OPC客戶端、入庫系統(tǒng)的軟件及配置信息，通過傳遞功能層層傳遞到管理站。在設備出現(xiàn)故障時能夠進行下載，并快速恢復到備品備件中，提升了系統(tǒng)恢復的效率。

6）智能守護：以服務方式運行占用系統(tǒng)資源極少，對系統(tǒng)內(nèi)關聯(lián)的重要程序進行守護，使得系統(tǒng)在沒有人為干擾的大部分情況下，能自動把系統(tǒng)由異常狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)，減輕運維人員的工作量，同時還會記錄關鍵日志，使得開發(fā)人員對整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定性有更具體的了解，方便后續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)化和升級，從根本上降低出現(xiàn)異常的概率。

7）模塊化部署：將一個個所要使用的功能分為一個個獨立的模塊，通信及預警系統(tǒng)根據(jù)實際情況選擇最適合的模塊，通過模塊化部署優(yōu)化的通信及預警系統(tǒng)，可以方便后續(xù)單個功能或模塊的升級及優(yōu)化，同時其架構靈活，能夠完美適應前后端的變化，提高系統(tǒng)的實用性。

2.2 整體架構

為進一步提高DCS系統(tǒng)至SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，對SIS系統(tǒng)通信進行優(yōu)化并研究數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹悄茴A警系統(tǒng)，如圖2所示。

通過數(shù)據(jù)采集、隔離裝置、系統(tǒng)狀態(tài)自檢、服務器狀態(tài)檢測、實時數(shù)據(jù)庫狀態(tài)檢測、測點自動同步、通道冗余熱備等功能，實現(xiàn)在MIS側對實時數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理[2]、維護和狀態(tài)監(jiān)視的目的，以滿足實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和SIS系統(tǒng)運行管理人員對數(shù)據(jù)采集接口的遠程監(jiān)視、集中管理、安全維護、狀態(tài)報警等日常管理和維護需要。

2.3 通信可靠性優(yōu)化

使用雙鏈路部署重新定義設備主備關系，正常狀態(tài)主/備路相互獨立運行，由入庫系統(tǒng)做出判斷，單路數(shù)據(jù)寫入SIS數(shù)據(jù)庫，當SIS系統(tǒng)接口某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常時，能實現(xiàn)主/備的自動切換，同時設備對自身及相連鄰居設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，通過私有協(xié)議把監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控端，讓運維人員實時掌握系統(tǒng)運行狀況，降低數(shù)據(jù)缺失、中斷的風險，設備也會對自己同級設備狀態(tài)進行分析，同級設備出現(xiàn)故障，能快速替換其功能，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

利用模塊化、C++、VB等技術重新優(yōu)化升級已有軟件，使之能夠適應大多數(shù)操作系統(tǒng)，也可以更靈活地去適應前后端環(huán)境的變化，為后續(xù)的升級優(yōu)化預留了足夠的空間，提高了整個系統(tǒng)的實用性。

2.4 預警技術研究

監(jiān)控預警系統(tǒng)對外提供Web服務[3]，采用HTML語言、Java Applets、腳本程序、CSS、DHTML、插件技術以及VRML技術，將接口實時運行狀態(tài)直觀地展現(xiàn)給運維人員。其優(yōu)勢在于Web標準網(wǎng)絡的網(wǎng)頁能在不同瀏覽器和設備上正常顯示，避免了因兼容性問題導致的頁面錯亂、功能失效等問題，開發(fā)也可遵循統(tǒng)一的規(guī)范進行，減少了針對不同瀏覽器和設備的適配工作，遵循標準的代碼更易于維護和更新，有利于長期發(fā)展。為提高發(fā)現(xiàn)問題、處理問題的速度，避免再次發(fā)生考核的狀況，智能預警系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有故障診斷模型能及時對異常情況進行分析，再通過公眾號把分析結果發(fā)送給運維人員，減少了運維人員定位問題的時間，降低了數(shù)據(jù)丟失或者缺失的風險，充分體現(xiàn)了整個預警系統(tǒng)的實時性、實用性，大大提高了智能化水平。

2.5 系統(tǒng)特點

在保持原有功能的基礎上，利用Java、Web等先進技術對現(xiàn)有系統(tǒng)進行優(yōu)化，遵循實時性、安全性、可拓展性和靈活性、標準性、實用性等原則，大大提高了系統(tǒng)性能。1）實時性：系統(tǒng)拓撲圖實時展示整個通信、傳輸鏈路，實時快速處理整個業(yè)務數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)，出現(xiàn)故障時能在醒目的地方給出提示，同時發(fā)出聲音報警，幫助用戶快速發(fā)現(xiàn)并找到問題所在。2）安全性：優(yōu)化后系統(tǒng)具有安全保密措施，能防止非法入侵及非法操作，使系統(tǒng)中的軟硬件、數(shù)據(jù)受到保護，不會被惡意破壞、更改、泄露，系統(tǒng)可以連續(xù)安全地運行，對于非法入侵及非法操作記錄關鍵日志，幫助運維人員及時解決隱患。3）可拓展性和靈活性：預警系統(tǒng)采用模塊化結構，能夠靈活方便地進行修改及優(yōu)化，為滿足系統(tǒng)要求需要增加或修改資源的，可通過增加模塊或啟用新模塊的方式來實現(xiàn)，對于系統(tǒng)資源拓展沒有局限性。4）標準性：優(yōu)化及預警涉及的技術符合國際通用標準，方便后續(xù)優(yōu)化升級，同時在高性價比的基礎上，盡可能采用先進技術，確保在未來十年內(nèi)使系統(tǒng)保持先進。5）實用性：整個系統(tǒng)組網(wǎng)方式、功能配置靈活，可根據(jù)不同環(huán)境進行調(diào)整，真正實現(xiàn)了從用戶角度出發(fā)，利用現(xiàn)有環(huán)境降低系統(tǒng)成本，在使系統(tǒng)具有高性價比的同時滿足用戶實際需求。

3 結束語

綜上所述，通過對SIS系統(tǒng)通信的優(yōu)化及預警研究，可進一步提高jdgRBoVh6DX5UVuYWJnSYg==DCS系統(tǒng)至SIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，降低因參數(shù)傳輸中斷引起的指標計算停滯及考核風險，從而減少經(jīng)濟損失。優(yōu)化后，能通過Web訪問的方式對實時數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理、維護和狀態(tài)監(jiān)視，對數(shù)據(jù)采集接口進行遠程監(jiān)視、集中管理、安全維護、狀態(tài)報警等日常管理和維護，改進維護工作模式，提升維護工作的自動化和智能化水平。

[參考文獻]

[1] 薄文靜.淺談電廠SIS系統(tǒng)應用價值[J].中國設備工程，2024（2）：88-90.

[2] 任國俊，張志學，厲超，等.DCS與SIS一體化監(jiān)控后臺SCADA改造[J].電站系統(tǒng)工程，2024，40（1）：48-50.

[3] 郭琳，魏靜.發(fā)電廠信息系統(tǒng)網(wǎng)絡設備的優(yōu)化配置[J].山東電力高等?？茖W校學報，2024，27（1）：33-36.

收稿日期：2024-06-13

作者簡介：方鑫（1982—），男，江蘇常州人，工程師，主要從事發(fā)電廠熱控設備的全壽命管理工作。