文章作者：科遠(yuǎn)股份/軟件事業(yè)部/吳生輝
基于syncbase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的塔山sis項(xiàng)目在2011年3月25日通過了中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)的技術(shù)評(píng)審，且被評(píng)審委員會(huì)一致認(rèn)為在性能和指標(biāo)上達(dá)到了國(guó)內(nèi)水平，滿足大型發(fā)電廠的需求。本文將主要對(duì)塔山sis項(xiàng)目中的創(chuàng)新和特色功能進(jìn)行詳細(xì)說明。
1、項(xiàng)目概況
塔山發(fā)電工程是國(guó)家實(shí)施“西電東送”的重點(diǎn)工程，規(guī)劃裝機(jī)容量為4×600mw，本期建設(shè)規(guī)模為2×600mw亞臨界、燃煤、空冷機(jī)組，配套建設(shè)煙氣除塵、脫硫設(shè)施。同煤大唐塔山發(fā)電有限責(zé)任公司為提高公司整體運(yùn)作效率，明確各部門的規(guī)范協(xié)作職能，保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，經(jīng)詳細(xì)討論和認(rèn)真比較后決定選用南京科遠(yuǎn)公司的sis系統(tǒng)并合作共同實(shí)施。
1.1 接入的過程控制系統(tǒng)
塔山sis接入的過程控制系統(tǒng)為：#1機(jī)組dcs、#2機(jī)組dcs、全廠輔助車間控制系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)、網(wǎng)控系統(tǒng)、廠用電監(jiān)視系統(tǒng)等。各接入系統(tǒng)詳情如下表所示，總的通訊點(diǎn)數(shù)規(guī)劃為35000點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際點(diǎn)數(shù)32000點(diǎn)左右。
表1 塔山sis接入的過程控制系統(tǒng)
序號(hào)
名稱
供應(yīng)商
接入方式
接口類型
通訊點(diǎn)數(shù)
1
#1機(jī)組(600mw )dcs
上海西屋
光纖
遠(yuǎn)程opc
10000
2
#2機(jī)組(600mw )dcs
上海西屋
光纖
遠(yuǎn)程opc
10000
3
全廠輔助車間控制系統(tǒng)
南京科遠(yuǎn)
光纖
fix32
8000
4
脫硫系統(tǒng)
上海西屋
光纖
遠(yuǎn)程opc
2700
5
網(wǎng)控系統(tǒng)（ncs）
國(guó)電南自
光纖
遠(yuǎn)程opc
1500
6
廠用電監(jiān)控系統(tǒng)（ecs）
東大能發(fā)
光纖
104規(guī)約
2500
1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
塔山sis核心網(wǎng)絡(luò)為星型結(jié)構(gòu)，有利于接入系統(tǒng)的擴(kuò)展，同時(shí)為了保證各個(gè)系統(tǒng)接入的安全性，各系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)不進(jìn)行交匯，每個(gè)系統(tǒng)利用獨(dú)立光纖通道直接與sis側(cè)的系統(tǒng)接口機(jī)相連。此外，塔山sis系統(tǒng)與各過程控制系統(tǒng)之間、mis系統(tǒng)之間均采用單向隔離網(wǎng)閘，來保證各個(gè)層次系統(tǒng)的安全性，符合國(guó)家對(duì)電力二次系統(tǒng)的安全防護(hù)規(guī)定。
圖1 塔山sis網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
1.3 系統(tǒng)功能
塔山sis系統(tǒng)功能如下圖所示，包含了數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、sis基本功能、sis高級(jí)功能及b/s架構(gòu)的人機(jī)界面。
圖2 塔山sis系統(tǒng)功能
2、系統(tǒng)的創(chuàng)新與特色功能 與其他廠家實(shí)施的sis系統(tǒng)相比，塔山sis系統(tǒng)包含了許多創(chuàng)新與特色功能，下面從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)syncbase和sis應(yīng)用功能兩個(gè)方面進(jìn)行說明。
2.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)syncbase的創(chuàng)新
科遠(yuǎn)自主研發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)syncbase經(jīng)過多年的完善和改進(jìn)，已滿足大型發(fā)電企業(yè)的需要，目前主要性能指標(biāo)如下：
1) 數(shù)據(jù)刷新周期：＜1秒，最小是200毫秒，滿足sis的秒級(jí)應(yīng)用；
2) 數(shù)據(jù)采集速率：>20萬(wàn)點(diǎn)/秒，理論上超過100萬(wàn)點(diǎn)/秒，而大型火電企業(yè)總的測(cè)點(diǎn)數(shù)在10萬(wàn)點(diǎn)左右；
3) 數(shù)據(jù)安全：支持冗余部署和歷史數(shù)據(jù)的自動(dòng)備份；
4) 吞吐量：歷史查詢>20萬(wàn)記錄/秒，數(shù)據(jù)存檔>100萬(wàn)記錄/秒；
5) 壓縮方式：采用時(shí)間和空間二維壓縮機(jī)制，壓縮方法包括：死區(qū)壓縮、旋轉(zhuǎn)門壓縮、霍夫曼壓縮等；
6) 存儲(chǔ)性能：對(duì)于1萬(wàn)測(cè)點(diǎn)，每秒采集1次，采用無(wú)損壓縮（即只采用空間維度的壓縮），每年占用的磁盤空間在15g左右。若開啟死區(qū)壓縮算法和旋轉(zhuǎn)門壓縮算法，則磁盤占用空間小于10g。對(duì)于目前以tg計(jì)算的磁盤容量，可保存5~10年的在線歷史數(shù)據(jù)。
除了在性能指標(biāo)上達(dá)到國(guó)內(nèi)水平外，syncbase與國(guó)內(nèi)外其他實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相比，還有一系列的創(chuàng)新。
2.1.1 數(shù)據(jù)分類進(jìn)行磁盤保存或者內(nèi)存暫存
目前國(guó)內(nèi)許多sis項(xiàng)目都是不加選擇的將所有測(cè)點(diǎn)的歷史數(shù)據(jù)都保存下來。這樣做，雖然滿足了人們求大求全的心理，但存在一些缺點(diǎn)：
1)因?yàn)辄c(diǎn)數(shù)多，為了限制歷史數(shù)據(jù)庫(kù)占用的磁盤空間，不得不降低測(cè)點(diǎn)的保存密度；
2)突發(fā)事件附近，由于測(cè)點(diǎn)保存密度不高，難以還原真實(shí)場(chǎng)景；
3)一些不需要長(zhǎng)期保存的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了歷史保存，既浪費(fèi)空間又影響查詢速度。
syncbase根據(jù)多年電廠信息化項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，將來自控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分為兩類：
1) 一類是需要長(zhǎng)期保存的數(shù)據(jù)，這同其他實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是一致的；
2) 另一類僅短時(shí)間內(nèi)有用，不需要?dú)v史保存或僅在某種條件下才進(jìn)行歷史保存。
基于這種數(shù)據(jù)分類思想，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理模型時(shí)，syncbase提供了兩種類型的數(shù)據(jù)記錄器（logger）：
1) 基于磁盤文件的數(shù)據(jù)記錄器；
將采集到的數(shù)據(jù)通過設(shè)定的壓縮策略后保存到磁盤文件上，用于歷史數(shù)據(jù)查詢，這也是syncbase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)管理方式。
2) 基于內(nèi)存的數(shù)據(jù)記錄器。
將采集到的數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中，超出時(shí)間后的數(shù)據(jù)將自動(dòng)刪除。由于不需要保存，因而可以設(shè)定較高的采集頻率，易于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析。此類數(shù)據(jù)記錄器，也可在某種時(shí)間（或條件）滿足時(shí)保存內(nèi)存中的數(shù)據(jù)到磁盤，用于高密度的數(shù)據(jù)回放。
2.1.2 基于事件（或條件）的數(shù)據(jù)歷史保存
syncbase提出基于事件（或條件）的數(shù)據(jù)歷史保存，并和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)歷史保存相結(jié)合，這樣既減小了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)量又實(shí)現(xiàn)了特殊事件發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)高密度保存，從而保證特殊事件的精確數(shù)據(jù)回放，解決了其他數(shù)據(jù)庫(kù)的一些缺陷。
syncbase可以設(shè)定保存事件發(fā)生前后多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)，用于精確的數(shù)據(jù)回放。同時(shí)提供了兩類的事件觸發(fā)器：一類是數(shù)據(jù)觸發(fā)器，例如測(cè)點(diǎn)值由true變?yōu)閒alse時(shí)觸發(fā)；另一類是時(shí)間觸發(fā)器，在某一個(gè)設(shè)定的時(shí)刻到來時(shí)觸發(fā)事件。
2.1.3 基于時(shí)間和空間的二維壓縮算法
syncbase采用了數(shù)據(jù)的二維壓縮算法，在時(shí)間維度上，采用死區(qū)算法和旋轉(zhuǎn)門算法進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾，在空間維度上先根據(jù)測(cè)點(diǎn)類型進(jìn)行一次壓縮，然后再用霍夫曼算法進(jìn)行二次壓縮。其中，時(shí)間維度的壓縮是有損壓縮，而空間維度的壓縮是無(wú)損壓縮。時(shí)間維度的壓縮是可選的，而空間維度的壓縮是必須的，用戶無(wú)法干涉。
圖3 二維壓縮算法
syncbase采用的旋轉(zhuǎn)門壓縮算法與pi的旋轉(zhuǎn)門算法不同，雖然名字一致，其原理如下圖所示。
圖4 旋轉(zhuǎn)門壓縮算法
旋轉(zhuǎn)門壓縮算法可簡(jiǎn)單描述如下：a點(diǎn)為保存的點(diǎn)，與時(shí)間序列上其后的點(diǎn)，根據(jù)一定的誤差范圍，確定2條線a1b和a2b，與a1a2組成旋轉(zhuǎn)門；然后根據(jù)a、c點(diǎn)再畫2條線a1c和a2c，由于b點(diǎn)在這兩條線內(nèi)，所以b點(diǎn)丟棄，新的旋轉(zhuǎn)門為a1c、a2c和a1a2組成；然后由a、d點(diǎn)畫出2條線a1d和a2d，這時(shí)，a1c、a2d和a1a2組成新的旋轉(zhuǎn)門（由于a1c、a2d平行，此時(shí)旋轉(zhuǎn)門開度），此時(shí)c點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)門內(nèi)，所以c點(diǎn)也丟棄；然后再由a、e點(diǎn)確定兩條線a1e和a2e，由于e點(diǎn)位于旋轉(zhuǎn)門外，故保存其前一個(gè)點(diǎn)d，然后由d、e開始構(gòu)造新的旋轉(zhuǎn)門。
2.2 sis系統(tǒng)應(yīng)用功能創(chuàng)新與特色
除了科遠(yuǎn)自主研發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)syncbase，塔山sis的應(yīng)用功能上也存在許多創(chuàng)新和特色。
2.2.1 結(jié)合了熱力學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)分析的電廠運(yùn)行優(yōu)化
傳統(tǒng)的電廠運(yùn)行優(yōu)化分析以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，分析的基準(zhǔn)是能量轉(zhuǎn)換過程中能量平衡，追求熱大化，而沒有考慮到電價(jià)、煤價(jià)等市場(chǎng)因素，因此不能做到效益或利潤(rùn)的。而塔山sis的運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)以能量?jī)r(jià)值理論為基礎(chǔ)，分析的基準(zhǔn)是發(fā)電廠在能量轉(zhuǎn)換過程中的能價(jià)增值，不僅考慮熱效率，同時(shí)考慮了電價(jià)、煤價(jià)等因素，追求效益、利潤(rùn)，這是與傳統(tǒng)節(jié)能分析最根本的區(qū)別。塔山sis的運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)熱力學(xué)分析方法中的局限，把熱力學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)有機(jī)地結(jié)合在一起，以追求機(jī)組綜合經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，為在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下降低發(fā)電成本提供了有效途徑和分析準(zhǔn)則。
以調(diào)峰優(yōu)化為例進(jìn)行說明，調(diào)峰優(yōu)化需要確定不同負(fù)荷下的主汽壓力。以傳統(tǒng)優(yōu)化方式，僅考慮汽輪機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率與循環(huán)熱效率的平衡，獲取汽輪機(jī)的內(nèi)效率。然而，塔山電廠機(jī)組給水泵采用電泵拖動(dòng)，只考慮機(jī)組的內(nèi)效率是不全面的，因?yàn)闄C(jī)組在低負(fù)荷滑壓運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)給水泵的耗功也隨著減少，廠用電率也下降，所以必須用綜合成本煤耗率來比較分析，才能確定更加合理的滑壓曲線。
塔山sis運(yùn)行優(yōu)化系統(tǒng)采用的工具是在線熱力實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用戶經(jīng)培訓(xùn)后可在該平臺(tái)上隨時(shí)進(jìn)行各種優(yōu)化試驗(yàn)。因?yàn)殡S著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)、煤種的改變、電煤價(jià)格的改變以及環(huán)境溫度的改變，優(yōu)化結(jié)果也會(huì)相應(yīng)的改變，因而優(yōu)化結(jié)果需要經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)。
2.2.2 純b/s結(jié)構(gòu)的矢量圖技術(shù)
本項(xiàng)目中所有過程控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面、整合多個(gè)系統(tǒng)的組合畫面都采用純b/s結(jié)構(gòu)的矢量圖技術(shù)，而不像其他廠家采用靜態(tài)底圖或者安裝activex控件，這樣畫面可自適應(yīng)不同大小的瀏覽器窗口，方便了用戶使用不同大小的顯示器。
除了自適應(yīng)窗口功能外，在矢量流程圖上還有其他特色：豐富的組態(tài)圖形庫(kù)；隨鼠標(biāo)移動(dòng)，可動(dòng)態(tài)顯示測(cè)點(diǎn)的上下限、報(bào)警點(diǎn)、地址等信息；工況回放功能；畫面刷新速度小于2秒；自由的歷史曲線查詢等。
圖5 純b/s結(jié)構(gòu)的矢量圖
2.2.3 所見即所得的綜合報(bào)表平臺(tái)
塔山sis的綜合報(bào)表平臺(tái)具有“所見即所得”的特色，系統(tǒng)維護(hù)人員可根據(jù)需要定制各種報(bào)表，如根據(jù)班、值配置日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)等。報(bào)表數(shù)據(jù)可來自歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，也可來自外部數(shù)據(jù)，如手工錄入數(shù)據(jù)、文本性數(shù)據(jù)等。此外，報(bào)表平臺(tái)還提供了二次統(tǒng)計(jì)功能，如固定時(shí)間的值、某時(shí)段內(nèi)平均值、某時(shí)段內(nèi)或最小值、某時(shí)段內(nèi)的累計(jì)值等等，方便用戶自由的組織報(bào)表。
圖6 所見即所得的綜合報(bào)表示例
2.2.4 對(duì)標(biāo)管理
對(duì)標(biāo)管理是一種行之有效的管理方式，在電廠管理方面，對(duì)標(biāo)就是對(duì)比找差距。推行對(duì)標(biāo)管理，就是要把企業(yè)的目光緊緊盯住業(yè)界水平，明確自身與業(yè)界的差距，從而指明了工作的總體方向。除了是業(yè)界的水平以外，還可以將企業(yè)自身的水平作為內(nèi)部，通過與自身相比較，可以增強(qiáng)自信，不斷超越自我，從而能更有效地推動(dòng)企業(yè)向業(yè)界水平靠齊。
目前，對(duì)標(biāo)管理已開始在大型火電廠進(jìn)行推廣，塔山sis項(xiàng)目也實(shí)施了對(duì)標(biāo)管理功能，根據(jù)設(shè)定的值和劃分的不同區(qū)間對(duì)運(yùn)行人員的運(yùn)行過程進(jìn)行評(píng)分并排名，為員工的績(jī)效評(píng)估提供依據(jù)。
圖7 實(shí)時(shí)對(duì)標(biāo)管理界面
3、結(jié)論
基于syncbase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的塔山sis項(xiàng)目作為科遠(yuǎn)公司實(shí)施的大型火電廠sis系統(tǒng)之一，體現(xiàn)了科遠(yuǎn)公司開發(fā)的sis系統(tǒng)的創(chuàng)新性和特色功能。正如中電聯(lián)專家們的評(píng)審意見，科遠(yuǎn)公司開發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)syncbase及sis系統(tǒng)已達(dá)到了國(guó)內(nèi)水平，值得在大型火電廠推廣應(yīng)用。