谈火力发电厂厂级自动化与实时数据库
王淼婺（浙江省电力试验研究所，浙江杭州310014）
摘要：叙述了我国火力发电厂自动化发展的基本现状和实现厂级自动化所需进行的工作，强调了实时／历史数据库的建立是该项工作的基础。提出了适合火电厂应用的实时／历史数据库的基本要求和特点。
关键词：火电厂；厂级自动化；实时；数据库
　　DCS已经实现了单元机组的自动化，AGC又使电网负荷远方调度成为现实。随着计算机网络技术的发展和发电厂科学管理的需要，实现发电厂的厂级自动化即管理控制的一体化已经成为十分迫切的任务，对此，国内外已进行了大量的研究和实践，国外各大公司如：ABB、Siemens、Honeywell、Foxboro、日立等都有不同深度的产品，国内目前提出的监控信息系统（SIS）也提出了实现厂级自动化信息系统的基本构想。
　　按照目前的管理模式和电力市场发展的要求，从我国的国情出发，火力发电厂厂级自动化最迫切的应包含三大任务：
（1）全厂负荷的经济调度及运行优化。
（2）设备状态监测、故障诊断及检修管理。
（3）计算发电成本，提供合理报价的系统。
　　为了完成上述三大任务，发电厂应根据自身的情况不断的开发和提出一些应用任务，科研机构也应从我国的实际出发对管控一体化的模型和体系结构进行研究，这实际上是一个不断丰富和扩展的渐进过程，特别需要融合电厂运行的丰富经验和历史资料，不可能设想买来一个现成的系统就能满足电厂的实际需要和全部要求，重要的是建立一个合理的信息网络和灵活、实用的为决策服务的数据仓库（在实时／历史数据库基础上建立的）以满足不断开发的需要。
1厂级实时监控信息系统
　　目前我国发电厂自动化发展的基本现状是，中大型机组已基本上采用DCS控制或正在进行DCS改造，辅助系统控制基本上采用PLC控制，目前正在进行集控化改造，电气部分控制纳入DCS的范围和方式正在探讨和逐步实施中，但管理所需要的一些设备状态和运行状态的信息尚未进行全面和系统的设计和收集，另外也存在着各种形形式式的独立控制系统，如：DEH、MEH、旁路控制、自动同步、自动电压调整、自动励磁等。此外，MIS系统长期缺乏一个统一的规范，各发电厂都是根据自己的需要陆续开发，开发人员的组成和设备与DCS都有很大的差异，早期采用的DCS还不具有开放性，它们之间的通讯还必须通过专门的设计人员设计专门的通讯接口来进行。针对上述情况，要综合利用上述数据必须在这些系统之间设置，转换通讯规约满足通讯要求的各种接口。
　　我国发电厂自动化发展的另一个基本状态是，对于完成厂级自动化的三大任务正处于探讨和摸索阶段，目前主要的问题是缺少一个可进行系统和全面分析的统一的数据库，缺乏分析所必须的原始数据的积累。对于最终应用所需的模型的理解也在不断的探索和加深中，因此也无法确定最终应用所需要数据的采集数量和范围。因此，应用层的开发不可能一次完成，即使引用国外有经验厂家的产品，也因国情及管理模式的不同需要有个适用和修改的过程。
　　由于上述两种基本情况，确定了我国实现厂级自动化的厂级实时监督信息系统的基本形式（如图1所示）。对于这3个层面的基础要求如下。
1．1DCS及现场设备
　　应提供现场生产的基本控制和管理信息并进行数据的规整，以利于快捷的通讯。
1．2实时／历史数据库
（1）应具备与多种现场设备的接口技术。
　　（2）能快速和同步的接受现场的全部数据，具有存储大量实时和历史数据的能力及必要的压缩和还原技术。
　　（3）能方便的组态进行二次运算，提供必要的数据处理工具，并能方便的组态，显示和监视各种需要的信息。
　　（4）提供厂级自动化各应用单元统一的数据平台。
　　（5）数据安全和防攻击技术。
1．3厂级自动化应用层
　　它应由实现管理控制一体化的高级应用软件组成，例如：
（1）过程信息管理模块。
（2）性能计算模块。
（3）电厂负荷优化调度软件模块。
（4）锅炉清洁模块。
（5）汽机寿命管理模块。
（6）锅炉寿命管理模块。
（7）辅机帮助管理模块。
（8）诊断功能系统。
（9）电厂设备测试模块。
（10）数据调整模块。
（11）优化控制模块。
（12）维修、备件管理模块。
（13）文档、工程管理、环保管理模块。
　（14）经营计划管理、技术经济分析、报价支持高层软件模块。
　　厂级自动化的高级应用软件的开发，首先必须提供一个可供其分析和监视的数据库，需要积累全厂生产管理和设备运行的实际信息，观察其变化和发展趋势，以使开发的软件更具可用性，因此必须为其提供一个强大的实用的实时／历史数据库，该数据库的建立应是当前厂级自动化开发和实现的最具现实意义的基础工作。
2实时／历史数据库
　　由于管理和生产的需要，目前绝大多数电厂都记录了大量数据，但这些数据往往分散在不同的计算机或控制系统上，不能统一的存储或调用，各个控制系统是互不连通的信息孤岛，许多问题因无法集中到足够的数据进行综合分析而难以得到合理快捷的解决办法，特别是管理与控制信息，从体系的开发到数据处理的思路常常有很大的差异，不能为各种应用的方方面提供一个统一的数据平台，难以实现管理、控制的一体化，不能将管理的效益真正从实际生产中充分的发挥出来。
　　此外，设备的状态诊断及管理、经济分析、运行优化和许多未来的开发应用都需要充分的运行和历史数据为依据，问题是目前要确定未来那些数据是必须的，以防止所需信息的丢失是非常困难的，保存所有的数据则是最理想的方法。
2．1实时／历史数据库的技术特点
　　为了满足上述要求，应建立一个实时／历史数据库，并具有下列特点：
　　（1）为生产和管理获取所有的相关信息，可以生成过去和现在的所有操作情况画面，以足够的信息供用户以不同的视角在统一的数据库访问相同的信息，获得不同的应用。
　　（2）在线存储多年的工艺数据，即以用户或应用的要求包括秒级的数据存储历史数据，以利于工艺和设备的运行状况分析。
　　（3）以数据的原型存贮，即数据的采集与存贮保持原有的时间间隔、精度而不必考虑将来如何用，但这需要占用大量的磁盘空间，采用先进的压缩技术和保持应有精度的还原技术是可取的。
　　（4）数据只存贮一次，以数据的基本形式存贮，并可对数据进行任何格式的计算和归纳处理。支持过程优化、先进控制、专家系统和其它复杂计算功能，以满足不同用户或应用程序的要求。
　　（5）数据库是一个全厂范围内的统一数据平台，是用来在不同厂商的产品间传送信息。因此，必须具有开放性，例如采用分布结构的计算机环境，Client／server结构，可在多种系统配置下运行，在客户端产品底层采用Windows技术和Win－dows化的界面，有丰富的商业化数据处理工具，对不同的DCS、PLC、工控机等厂商产品有丰富的接口经验。
　　（6）数据采集和存储的可靠性。采用分布式结构进行数据采集和存储，接口能支持网络节点之间的容错技术，当发生故障时仍可继续采集网络节点式接口设备的数据，采用分布式数据存贮数据暂时保存在该节点上，保证数据在节点上层故障时数据不丢失。
　　由于实时／历史数据库采集的数据量大，精度要求高，并且带有时标，因此不宜采用常规的关系数据库存储，需要专用的实时／历史数据库。
2．2PI实时／历史数据库
20世纪80年代初期，由美国OSISoftware公司开始开发的PI（PlantInformationSystem）系统是一套基于Client／sorver结构的商品化软件应用平台，它是时间序列的数据库，最适合处理过程数据。PI服务器支持微软公司的开放数据库连接标准（ODBC），并形成PI－ProcessBook模块，这一特征允许用户从PI系统这一端去观察与ODBC兼容的任意一个数据库中心数据，使得PI数据在应用和用户感受方面就像是PI数据存贮在关系数据库的表中一样，用这种方式可以非常方便地与关系数据库进行交互。PI服务器端还应用了该公司总裁个人专利技术：旋转门压缩技术，数据通过独到的二级过滤进行压缩，12000点的数据存储一年时间，仅需4G的硬盘，并在几秒钟内取到自己所需要的历史数据，采用分布式的数据采集结构和容错技术保证数据采集的可靠性，PI系统具有丰富的服务器端和客户端模块化软件以利于应用和开发。该系统在我省嘉兴电厂获得了应用。
　　实时／历史数据库集成了全厂的过程信息，作为工厂底层控制网络与上层管理信息网络连接的桥梁，弥补了工厂信息流通的断层，是实现管控一体化的前提条件，也是火力发电厂自动化向更高层次发展必须先期切切实实做好的一项工作。