火电厂SIS系统通信高可靠性优化及预警技术研究

0引言

SIS,即厂级监控信息系统(Supervisory Information System),其主要作用包括:处理实时数据、完成生产过程的监控和管理、故障诊断和分析、性能计算、分析和经济负荷调度等。我国部分省份火电厂环保电价考核数据来源也依托于SIS系统,一直以来,SIS系统都是火电厂生产运行环节中尤为重要的组成部分。电厂SIS系统链路存在单一化的弊端,易因某个中间环节出现问题导致数据中断,同时因传输链路冗长不能及时定位问题所在,加大了故障处理难度,增加了故障处理时间,因此对整个SIS系统通信进行优化及预警很有必要。

1 系统现状

如图1所示,火力发电厂的单一SIS系统接口^[1]一般包括OPC服务端、OPC客户端、网闸、入库系统、SIS数据库等多个子系统。从厂内工程师站接口机获取数据,再通过OPC服务端对外提供访问接 口,由 OPC客户端采集接收数据,数据通过网闸传输到入库系统,最后由入库系统把数据写入SIS数据库,整个传输过程中还包括一些网络通信及安全设备,如防火墙、交换机等。

该系统目前存在如下弊端:1)整个传输系统是串联连接,任一子系统网络或设备发生故障都会导致SIS数据库内数据缺失。2)整个传输链路涉及设备多、位置分散、传输链路长,出现故障时定位困难。3)  整个传输链路缺少有效的监控,不能及时定位、处理故障,影响SIS数据库的各项应用,易出现考核的状况。4)对系统传输测点的状态缺少有效管理,易因单个测点出现异常导致整个系统发生考核的状况。5)单个设备运行的关键程序缺少守护,易因为某个程序问题导致整个传输链路异常。

2SIS系统通信优化及预警

2.1研究内容

1)双链路部署优化:设备间使用私有协议自动协商数据采集、传输设备的主/备关系,出现故障时自动完成主/备切换,实现实时数据冗余化通道传输。

2)本地/邻居状态监测:设备对自身及相连邻居设备的运行状态进行实时监测,并上传管理端,以实现管理端对数据网关、安全设备、交换机、服务器等独立系统的健康状况诊断。

3)实时拓扑状态监视:系统结合实时网络状态拓扑图,将接口实时运行状态直观地展现给运维人员,同时也能快速定位到故障节点。拓扑图通过网页技术,实现基于网页方式的访问,管理者可以随时随地掌握系统运行状态,不受时间、区域的限制。

4)故障诊断和通知:通过OPC客户端、入库系统获取自身和邻居设备状态信息,系统自带的故障诊断模型及时分析出故障位置,并提供相应的处理建议,将故障信息推送给运维人员,协助运维人员快速锁定故障,减少排故时间,提升部门间协助效率,确保数据通信的稳定性、实时性。

5)远程接口备份:将数据OPC客户端、入库系统的软件及配置信息,通过传递功能层层传递到管理站。在设备出现故障时能够进行下载,并快速恢复到备品备件中,提升了系统恢复的效率。

6)智能守护:以服务方式运行占用系统资源极少,对系统内关联的重要程序进行守护,使得系统在没有人为干扰的大部分情况下,能自动把系统由异常状态恢复到正常状态,减轻运维人员的工作量,同时还会记录关键日志,使得开发人员对整个系统运行稳定性有更具体的了解,方便后续系统的优化和升级,从根本上降低出现异常的概率。

7)模块化部署:将一个个所要使用的功能分为一个个独立的模块,通信及预警系统根据实际情况选择最适合的模块,通过模块化部署优化的通信及预警系统,可以方便后续单个功能或模块的升级及优化,同时其架构灵活,能够完美适应前后端的变化,提高系统的实用性。

2.2整体架构

为进一步提高DCS系统至SIS系统数据传输的稳定性和可靠性,对SIS系统通信进行优化并研究数据传输的智能预警系统,如图2所示。

通过数据采集、隔离装置、系统状态自检、服务器状态检测、实时数据库状态检测、测点自动同步、通道冗余热备等功能,实现在MIS侧对实时数据采集传输系统进行统一管理^[2]、维护和状态监视的目的,以满足实时数据库系统和SIS系统运行管理人员对数据采集接口的远程监视、集中管理、安全维护、状态报警等日常管理和维护需要。

2.3通信可靠性优化

使用双链路部署重新定义设备主备关系,正常状态主/备路相互独立运行,由入库系统做出判断,单路数据写入SIS数据库,当SIS系统接口某个环节出现异常时,能实现主/备的自动切换,同时设备对自身及相连邻居设备的运行状态进行实时监测,通过私有协议把监测数据发送给监控端,让运维人员实时掌握系统运行状况,降低数据缺失、中断的风险,设备也会对自己同级设备状态进行分析,同级设备出现故障,能快速替换其功能,保证系统稳定运行。

利用模块化、C++、VB等技术重新优化升级已有软件,使之能够适应大多数操作系统,也可以更灵活地去适应前后端环境的变化,为后续的升级优化预留了足够的空间,提高了整个系统的实用性。

2.4 预警技术研究

监控预警系统对外提供Web服务^[3],采用HTML 语言、Java Applets、脚本程序、CSS、DHTML、插件技术以及VRML技术,将接口实时运行状态直观地展现给运维人员。其优势在于Web标准网络的网页能在不同浏览器和设备上正常显示,避免了因兼容性问题导致的页面错乱、功能失效等问题,开发也可遵循统一的规范进行,减少了针对不同浏览器和设备的适配工作,遵循标准的代码更易于维护和更新,有利于长期发展。为提高发现问题、处理问题的速度,避免再次发生考核的状况,智能预警系统根据现有故障诊断模型能及时对异常情况进行分析,再通过公众号把分析结果发送给运维人员,减少了运维人员定位问题的时间,降低了数据丢失或者缺失的风险,充分体现了整个预警系统的实时性、实用性,大大提高了智能化水平。

2.5 系统特点

在保持原有功能的基础上,利用Java、Web等先进技术对现有系统进行优化,遵循实时性、安全性、可拓展性和灵活性、标准性、实用性等原则,大大提高了系统性能。1)实时性:系统拓扑图实时展示整个通信、传输链路,实时快速处理整个业务数据、监控数据,出现故障时能在醒目的地方给出提示,同时发出声音报警,帮助用户快速发现并找到问题所在。2)安全性:优化后系统具有安全保密措施,能防止非法入侵及非法操作,使系统中的软硬件、数据受到保护,不会被恶意破坏、更改、泄露,系统可以连续安全地运行,对于非法入侵及非法操作记录关键日志,帮助运维人员及时解决隐患。3)可拓展性和灵活性:预警系统采用模块化结构,能够灵活方便地进行修改及优化,为满足系统要求需要增加或修改资源的,可通过增加模块或启用新模块的方式来实现,对于系统资源拓展没有局限性。4)标准性:优化及预警涉及的技术符合国际通用标准,方便后续优化升级,同时在高性价比的基础上,尽可能采用先进技术,确保在未来十年内使系统保持先进。5)实用性:整个系统组网方式、功能配置灵活,可根据不同环境进行调整,真正实现了从用户角度出发,利用现有环境降低系统成本,在使系统具有高性价比的同时满足用户实际需求。

3 结束语

综上所述,通过对SIS系统通信的优化及预警研究,可进一步提高DCS系统至SIS系统数据传输的稳定性和可靠性,降低因参数传输中断引起的指标计算停滞及考核风险,从而减少经济损失。优化后,能通过Web访问的方式对实时数据采集传输系统进行统一管理、维护和状态监视,对数据采集接口进行远程监视、集中管理、安全维护、状态报警等日常管理和维护,改进维护工作模式,提升维护工作的自动化和智能化水平。

[参考文献]

[1]薄文静.浅谈电厂SIS系统应用价值[J].中国设备工程,2024(2):88-90.

[2]任国俊,张志学,厉超,等.DCS与SIS一体化监控后台 SCADA改造[J].电站系统工程,2024,40(1):48-50.

[3]郭琳,魏静.发电厂信息系统网络设备的优化配置[J].山东电力高等专科学校学报,2024,27(1):33-36.

2024年第21期5期