引 言

      随着计算机技术和网络技术的迅速发展，信息传递的实时性和正确性有了很大的提高。现代企业的发展呈现出集团化、多元化的趋势，企业的生产、经营、管理分布越来越广，厂区跨越不同的地域，要想以现代化的模式有效地组织、管理生产经营，就需要及时共享企业内部大量的信息资源。电子信息技术（IT）的发展也极大地促进了工业自动化技术的发展，工业检测与数据通信、生产过程自动化以及人工智能技术得到广泛的应用，形成了综合自动化信息系统，从而进一步引发了传统产业的技术进步，大大提高了企业的竞争力[1]。

      传统意义上的电厂综合自动化系统主要是由电厂的厂级实时监控信息系统（SIS——supervisory information system）和其连接的下层现场设备如分散控制系统（DCS）、可编程序逻辑控制器（PLC）、智能仪表所构成，它对整个电厂的运行进行实时监控和在线管理，包括控制、信号、测量、保护、自动装置及传动等装置，利用计算机技术、现代通信技术，经过功能组合和优化设计，对电厂执行自动监视、测量控制和协调，是自动化和计算机、通信技术在电力领域的综合应用，对于电厂的安全稳定运行具有十分重要的意义。但是它存在与整个生产决策缺乏沟通和信息共享的重要缺陷。

      电厂管理信息系统（MIS）的出现正是为了解决生产与决策信息相融合的问题，它作为SIS和DCS的上层机制，以DCS为基础，以经济运行和提高发电企业整体效益为目的，采用*、适用、有效的专业计算方法，实现整个电厂范围内的信息共享及厂级生产过程的实时信息监控和调度。它为电厂管理层的决策提供真实有效、可靠的实时运行数据，为市场运作下的企业提供科学、准确的经济性指标。

      本文介绍了将MIS与SIS和DCS技术相融合，实现全厂信息集成与共享的电厂信息综合自动化系统（下文简称IT系统）的经验。

      一、IT系统的基本结构和体系

      20世纪80年代后期，随着计算机技术和网络技术的迅速发展，流程工业中通过多种技术的结合，使过程控制开始突破自动化孤岛模式，出现了集控制、优化、调度、管理和经营为一体的综合自动化新模式，ERP/MES/PCS的3层结构应运而生[2]。在3层结构中，人们希望从企业经营管理、生产管理和过程控制3个方面实现企业的综合自动化，即建立企业资源计划（ERP——enterprise resources planning）系统、制造执行系统（MES——manufacture execution system）和生产过程控制系统（PCS——process control system）。当企业经营管理决策层利用ERP确定企业产品策略并制定优化生产计划后，MES根据企业的设备、原材料等情况，由生产调度系统（PSS）编制生产调度指令，对各生产装置（或单元）进行优化计算，给出优化配方或生产方案（设定值），从而使控制域的DCS按照优化的配方或生产方案对底层工业生产过程进行实时操作与控制。

      IT系统的关键是集成[3]，在以MES为核心的集成系统中，进行更为细致的5层划分，具体分为决策层、管理层、执行层、过程控制层、支持层等5层，以及2个数据库系统（关系数据库系统和实时数据库系统）。其总体框架如图1所示。

      其中:决策层包括企业信息门户、经营辅助决策、关键业务指标和基础信息；管理层包括生产计划调度、车间管理、供应采购、销售管理、技术管理、质量管理、财务成本、计量信息、人力资源、设备管理、能源管理、安全环保；执行层包括实时数据监控、生产调度、流程模拟组、优化控制；过程控制层包括PLC控制、DCS控制、在线质量检测，数据采集，安全报警等；支持层包括信息技术基础环境（网络、计算机设备、系统软件、工具软件）。其中管理层从关系数据库中提取有用的信息来帮助决策，而执行层和过程控制层从实时数据库中提取实时生产过程中的各种信息来管理和监控生产的正常运行，当然两者之间的数据和信息也可以相互交换，协同工作。由以上的层次结构图可以看出，各层次的功能模块相互配合，通过接口紧密连接在一起，完成信息集成的功能。

      二、IT系统的实现实例

      目前，不少电厂已经配置了MIS和DCS等设备。IT系统的设计目的是以计算机、网络技术为基础，充分发挥各阶层管理人员的经验和创造能力，以人机讨论的方式实现企业信息资源的优化[4]，从运行、维护、经营3个方面为电力市场行为进行决策咨询，以实现电厂的信息综合自动化。IT系统从经济性分析、整体性调整等方面弥补了MIS和DCS的缺点，从结构上成为MIS和DCS沟通的桥梁，更好地利用了企业的信息，为生产决策提供了有利的依据。

      定洲某电厂600MW机组管控一体化系统的总体目标就是在高水平的机组级单元集控基础上，实现机组的经济化运行，并且逐步实现机组群级的经济优化调度和全厂级的经济优化管理[5]。系统结构如图2所示。      

      IT系统采用客户/服务器（C/S）架构，完成各种在线监测功能的IT系统控制站（如机组性能计算优化分析站、网络系统管理维护站等），同时可无缝地连接在下层控制网络和IT系统的冗余工业网络上。IT系统实时信息数据服务器提供信息的集中采集和系统维护。IT系统提供了保护用户信息安全的可靠防火墙，它丰富而灵活的客户端软件包使用户可以处理手中所有的、zui大数量的生产信息。这些客户端应用程序均是在用户熟悉的Windows和浏览器环境下运行的。

      按全厂网络统一布局的原则进行网络拓扑结构和设备标识的设计。基本设计原则为：①全厂各楼群间和信息主干系统间采用1000Mbit/s光纤以太网相连；②楼层间和各机组控制系统之间采用100Mbit/s光纤以太网相连；③主厂房各控制室间采用l0Mbit.s-1/100Mbit.s-1光纤以太网相连；④办公楼和主厂房房间内采用5类双绞线相连；⑤主干网采用进口交换机；⑥各系统出口间采用工作组交换机。

      全厂网络系统采用一体化布局的优点是：系统稳定可靠；网络性能有效保证；易于维护和检修；易于升级和扩展；便于应用功能扩充。

      IT系统采用多层C/S结构，zui大限度地减少系统间的通信转换。平衡服务器和不同客户机之间的数据流量。配置原则为:①IT系统接口站和DCS， PLC采用统一的OPC服务器形式相连；②实时数据处理采用高性能的冗余实时数据服务器；③完成实时任务的应用服务器采用工业以太网以及标准API接口和控制系统直接相连，新华公司采用负荷分配站直接挂接到DCS的控制网络上，同时作为控制系统的一个冗余站点；④通过DBC与MIS的关系数据库服务器接口；⑤管理层应用采用Web服务器方式连接（可选）；⑥所有的管理客户机通过全厂一体化网络连接到IT系统上。

      IT系统功能定位为厂级生产实时监控及管理信息系统，以发电负荷为中心，强调生产过程的经济性。IT系统信息来源可以取自MIS、DCS或PLC等系统。IT系统应具有监视与控制功能，并带有数据库、模型库，进行运行实时监视、运行操作指导、历史数据库管理。

      IT系统有4个主要功能部分:实时运行监视（OLS）、运行操作指导（OGI）、模型数据管理（MDM）和实时数据库管理系统（RDMS）。OLS提供全厂系统监视、设备状况评估、全厂能量审计，对应于DCS的DAS，具体实现:①全厂各热力系统实时信息显示；②生成各类所需的报表；③热力系统设备故障诊断、预期和缺陷管理。OGI是在对运行经济性的评估基础上，对由于运行参数偏差提出调整意见，包括负荷优化分配和运行优化指导，相当于DCS的MCS。MDM具有对历史数据库和计算模型的数据管理功能，提供历史数据查询，支持对计算模型参数的修改，与DCS的HSR功能相似。RDMS主要功能是将生产现场的实时信息进行存储和管理，为企业决策和生产调度提供依据，也可实现在线查询，为前3项功能提供有用、实时的信息和数据。

      三、关键技术

      3.1 实时数据库的使用

      由于目前我国的工业企业在实施生产过程控制和企业管理信息系统时是分块进行的，所以系统完成之后是彼此独立的两个孤岛，两者之间存在一个＂狭缝＂，而实时数据库是*两者之间＂狭缝＂的一个有效的平台工具。实时数据库是电厂厂级监控信息系统的核心[6]，与Sybase，Oracle等关系数据库不同，实时数据库以数据的原型长期在线存储生产数据，能满足快速和的数据采集、存储及显示的要求，其保存数据的时间精度可达微秒级。实时数据库为标准的C/S结构，具有良好的开放性和可扩展性，规模从1000点到几十万点，结构灵活、伸缩性大，支持多平台结构和多服务器结构。实时数据库与关系型数据库显著的不同之处在于:*的数据压缩技术能够使几十万点的生产数据以数据原有的时间和精度长时间在线存储（至少达到3年），从而大大降低了数据的存储空间；*的与数据源接口的功能（PI数据库有300多个接口功能），这些接口功能保证了实时数据库与大多数控制系统连接，满足了其广泛的应用要求。实时数据库实现是电厂 IT系统中*的组成部分，它为管理、决策、生产，优化等机构提供了有效、及时的数据和信息，是电厂实施自动化改造的一个非常重要的环节。

      3.2 系统硬件和软件的选取

      硬件部分主要是数据库服务器和网络设备的选取。数据服务器是IT系统的核心，本工程的服务器选用一套配置相同的HPLH600服务器双机热切换群集（Cluster）系统，并具有较大的存储容量和*的数据压缩方式，用于保存所有生产过程的实时数据和IT系统对这些数据的计算、分析结果，使全厂的运行管理和经营管理建立在统一的过程数据基础上。在网络设备方面主要是核心交换机的选择[7]，IT系统的网络核心为冗余配置的3Com公司的高性能Switch4007交换机，具有高度的稳定性和可扩充性。其1000Mbit/s通信端口可以与数据采集交换机、MIS进行高速的大流量数据传输。同时，Switch4007的高速背板带宽支持多个全双工的48 Gbit/s端口，可以实现各台机组DCS、水煤灰集中控制系统、远程终端单元（RTU）、MIS以及其他接口系统和服务器之间的高速并行通信。通过3Com公司1000Mbit/s工作组交换机，IT系统中各台功能站可以快速地访问实时数据库的信息。

      软件主要包括实时数据库中的软件和MIS中的软件。采用性能稳定、可靠的美国OSI公司的实时数据库PI作为定洲某电厂实时监控信息系统的核心数据库。OSI公司已在PI系统用户端花了大力气，使之*兼容Windows95/98的体系结构，其客户端产品已获得微软认证。另外，*的标准应用接口也是PI的一大优势。在MIS层中根据生产管理、维修管理及设备管理等的要求，我们选用IFS/APPLICATION（企业级资产管理和养护维修管理系统）和SAP软件两种方案作为实现全厂生产管理的应用软件。

      四、结 语

      IT系统在实施后运行稳定、性能良好，达到了预期的目的，得到了用户的肯定。但是由于PI系列软件购买价格较高，而且其中许多功能也并不需要，所以我们进行了实时数据库软件的开发和研究，目前所开发的XSIS系统已经能够取代PI完成日常的生产，且已在邢台电厂中投入运行，仅在应用接口上没有PI那么*。在硬件方面可以用PC和PC服务器来代替的数据库服务器，从而减少了接口程序的开发并降低了设备成本。