• 概述

大慶龍鳳熱電廠隸屬于大慶石油管理局電力集團(tuán)，始建于上世紀(jì)60年代末期，擔(dān)負(fù)著6臺111MW發(fā)電機(jī)組發(fā)電和向大慶石化煉油廠、石油公司、大慶第三制藥廠工業(yè)供熱的生產(chǎn)任務(wù)，同時(shí)還承擔(dān)著龍鳳區(qū)冬季120萬平方米居民采暖供熱任務(wù)。

工廠早期是燃油鍋爐發(fā)電，為了節(jié)約資源、提高效益，工廠從2000年到2003年陸續(xù)完成了6臺燃油鍋爐改造為燃煤旋風(fēng)爐的工作。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了從給煤到發(fā)電的全部生產(chǎn)過程計(jì)算機(jī)監(jiān)控。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及應(yīng)用和龍鳳熱電廠現(xiàn)場設(shè)備的升級改造，大慶龍鳳熱電廠為了全廠安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高電廠整體效益，在全廠范圍內(nèi)實(shí)施了生產(chǎn)管理信息化。

• 實(shí)施方案

龍鳳熱電廠實(shí)施的生產(chǎn)管理信息化簡單從系統(tǒng)架構(gòu)上講，主要由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫和高級應(yīng)用子系統(tǒng)構(gòu)成。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集部分就是把工廠的各個部分的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集出來，為整個系統(tǒng)提供生產(chǎn)數(shù)據(jù)來源，這是整個項(xiàng)目的基礎(chǔ)；實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫是整個項(xiàng)目的核心和技術(shù)關(guān)鍵，起到承上啟下的作用，為上層管理軟件提供實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)，完成工藝流程圖和生產(chǎn)數(shù)據(jù)的WEB發(fā)布等功能；高級應(yīng)用就是在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上完成工廠的生產(chǎn)管理、計(jì)算功能，這其中包括班組成本核算，能耗、物耗計(jì)算，機(jī)組性能計(jì)算和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析等。下面分別進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集：

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分，它負(fù)責(zé)將現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送給數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器與生產(chǎn)控制系統(tǒng)連接的橋梁。紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫具有豐富的I/O接口，能夠與各種DCS，PLC，智能儀表通訊，支持的通訊介質(zhì)可以是以太網(wǎng)、串口、專用通訊卡等。

數(shù)據(jù)采集

在大慶龍鳳熱電廠項(xiàng)目中除電氣分廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不具備通訊接口能力外，其它計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)都具備OPC、DDE通訊接口，這樣利用紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫提供的通訊驅(qū)動軟件很容易地與這些計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建立通訊連接，實(shí)時(shí)采集出生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

對于不具備通訊接口能力的電氣分廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過聯(lián)系廠家，按照廠家提供的數(shù)據(jù)文件的結(jié)構(gòu)，以讀文件的形式將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)讀出，通過紫金橋定制開發(fā)的專用接口，將實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

具體做法是在每一套DCS工程師站附近安裝一臺前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，每個數(shù)采計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝一套紫金橋接口軟件，就地就近通過新安裝的網(wǎng)卡采集生產(chǎn)數(shù)據(jù)。如圖所示。

系統(tǒng)安全

為了在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，保證DCS系統(tǒng)得絕對安全，不受計(jì)算機(jī)病毒的侵害，防止病毒傳播到DCS系統(tǒng)造成DCS系統(tǒng)性能下降甚至癱瘓，系統(tǒng)安全非常關(guān)鍵。為了保證DCS不感染病毒，首先要保證每一個前置數(shù)采機(jī)的安全，只有前置數(shù)采機(jī)的不感染病毒才能保證DCS的安全。

目前病毒傳播是局域網(wǎng)普遍存在的隱患，為了杜絕前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)感染網(wǎng)絡(luò)病毒，在本項(xiàng)目中每個前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過單獨(dú)的專用網(wǎng)絡(luò)連接，而每個前置數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫通過計(jì)算機(jī)串行通訊口連接，通訊介質(zhì)選用光纖，軟件利用紫金橋串口服務(wù)器功能，最大通訊速率可以達(dá)到56K，完全能夠滿足速度要求。由于用戶對計(jì)算機(jī)串行通訊口具有絕對的控制能力，不具備任何感染病毒的能力，這樣設(shè)置使數(shù)采機(jī)將局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)與DCS工控機(jī)隔離。只要保障數(shù)采機(jī)不被病毒感染，DCS工控機(jī)也將不會被局域網(wǎng)中的病毒感染。

要避免系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)被病毒感染，首先了解計(jì)算機(jī)病毒的傳播途徑。計(jì)算機(jī)病毒主要是通過移動介質(zhì)（軟盤、光盤、閃存等）以及通過網(wǎng)絡(luò)共享文件夾、文件傳輸、瀏覽網(wǎng)頁接收郵件以及操作系統(tǒng)漏洞等進(jìn)行傳播的，在本項(xiàng)目實(shí)施過程中和今后的維護(hù)過程中要采取下列措施就可以有效地避免病毒。

• 數(shù)采機(jī)不配備顯示器、鍵盤和鼠標(biāo)。
• 不安裝任何與數(shù)采系統(tǒng)無關(guān)的軟件。
• 除管理員以外，其他人不得使用移動介質(zhì)復(fù)制、訪問文件。
• 不共享文件夾。
• 不配置瀏覽器和電子郵件。
• 關(guān)閉或刪除系統(tǒng)中不需要的服務(wù)。如存在著安全漏洞的 FTP和 Web 服務(wù)等。
• 關(guān)閉不使用的TCP、UDP、IP端口, 只保留數(shù)采系統(tǒng)所需端口。
• 使用復(fù)雜的系統(tǒng)用戶密碼，防止暴力破解。

2、實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫

紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫是國家“九五”攻關(guān)計(jì)劃和國家“863”計(jì)劃資助完成的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺，是一個高性能、高速度、高吞吐能力、可靠性強(qiáng)的跨網(wǎng)絡(luò)、跨操作系統(tǒng)的開放式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)軟件開發(fā)環(huán)境。它統(tǒng)一管理來自過程設(shè)備、應(yīng)用程序、用戶界面、管理系統(tǒng)等的各種數(shù)據(jù)，可靈活地適應(yīng)控制、優(yōu)化、管理等不同層次的需要。紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

主要性能指標(biāo)

服務(wù)器處理速度：每秒鐘處理200,000次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)請求。

單機(jī)容量：200,000萬點(diǎn)。

歷史檢索速度：檢索任意一天歷史數(shù)據(jù)（抽樣100,000記錄）不超過１秒。

歷史存儲精度：最小分辨率１毫秒。

并發(fā)客戶數(shù)：服務(wù)器可同時(shí)處理２５６個客戶端請求。

紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫內(nèi)核

紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：

• 輸入輸出處理：負(fù)責(zé)對現(xiàn)場來的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行各種輸入處理，如量程變換、開方、分段線性化、濾波等；對于輸出到現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，要進(jìn)行輸出限制和靈敏度檢查。
• 報(bào)警檢查：對轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種報(bào)警檢查，如限值、變化率、偏差、異常值檢查，支持延時(shí)報(bào)警。
• 歷史存儲：將快速變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、手工錄入數(shù)據(jù)、運(yùn)算結(jié)果都可以進(jìn)行高效壓縮，形成歷史擋案。
• 統(tǒng)計(jì)記錄：對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，如最大/小值、平均值，方差等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，形成統(tǒng)計(jì)記錄；
• 事故追憶：實(shí)時(shí)檢測用戶關(guān)心的事件，當(dāng)事件產(chǎn)生時(shí)，執(zhí)行用戶規(guī)定的動作；也可以對事件相關(guān)點(diǎn)近期數(shù)據(jù)進(jìn)行翔實(shí)記錄，以便更精確的故障診斷；
• 虛擬位號（基于位號的計(jì)算功能）：這種基于服務(wù)器的計(jì)算功能對需要計(jì)算的報(bào)表和班組核算非常有效，因?yàn)樽烂孢M(jìn)行的計(jì)算結(jié)果不能被所有應(yīng)用和用戶共享，容易產(chǎn)生數(shù)據(jù)的差異性，虛擬位號可以保證計(jì)算結(jié)果的一致性，并可以作歷史存儲。
• 腳本：執(zhí)行用戶腳本，包括一次性、周期性腳本，數(shù)據(jù)觸發(fā)腳本、條件腳本等，以便完成用戶定制的邏輯或運(yùn)算。
• 與關(guān)系數(shù)據(jù)庫通信：可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中組態(tài)內(nèi)容，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，報(bào)警，事件，操作等信息以記錄形式保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，可以自由地定義記錄的觸發(fā)條件，記錄的類型（一次性或連續(xù)記錄）等。
• 安全審核：只有滿足權(quán)限的用戶才能訪問數(shù)據(jù)庫中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，并可以指定對重要數(shù)據(jù)的訪問或組態(tài)操作進(jìn)行記錄。
• 雙機(jī)熱備：即可以指定一臺機(jī)器為主數(shù)據(jù)庫，另一臺作為熱備數(shù)據(jù)庫。熱備數(shù)據(jù)庫內(nèi)容與主數(shù)據(jù)庫內(nèi)容實(shí)時(shí)同步，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、操作事件，報(bào)警記錄等內(nèi)容同步。熱備數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)監(jiān)視主數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)主數(shù)據(jù)庫停止響應(yīng)，便接管控制。
• 互連性：數(shù)據(jù)庫中的點(diǎn)除了可以與I/O設(shè)備進(jìn)行連接外，點(diǎn)與點(diǎn)之間也可以進(jìn)行內(nèi)部連接，甚至可以與其他數(shù)據(jù)庫中的點(diǎn)進(jìn)行連接，我們稱之為外部連接。通過外部連接，分布在不同主機(jī)上的數(shù)據(jù)庫，可以相互通訊。數(shù)據(jù)庫的客戶端也可以同時(shí)訪問多個數(shù)據(jù)庫。
• 時(shí)鐘同步：可以指定某個數(shù)據(jù)庫為主數(shù)據(jù)庫，其他數(shù)據(jù)庫與之進(jìn)行時(shí)間同步。
• 開放接口：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫不但可以通過DDE/OPC協(xié)議與第三方，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供了DDE服務(wù)器，OPC服務(wù)器，OLE接口和控件，API接口等各種開放協(xié)議和接口。其它第三方程序通過這些接口和協(xié)議與紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信，也可以嵌入ActiveX控件實(shí)時(shí)訪問或?yàn)g覽實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
• 網(wǎng)絡(luò)支持：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)通信通訊程序，可以通過以太網(wǎng)、串口、撥號網(wǎng)絡(luò)等將分布在不同機(jī)器上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，設(shè)備驅(qū)動服務(wù)器，客戶端程序連接到一起，形成分布式體系結(jié)構(gòu)。

在本項(xiàng)目中主要用到了紫金橋?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫如下功能:

• 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對各種來源、各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理組織，以標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中，既保證數(shù)據(jù)的完整性、一致性，又能夠方便數(shù)據(jù)查詢和應(yīng)用.

• 歷史數(shù)據(jù)管理

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫將重要的生產(chǎn)參數(shù)的瞬時(shí)值、統(tǒng)計(jì)值長期保存。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫軟件具有數(shù)據(jù)壓縮能力，能夠利用有限的計(jì)算機(jī)存儲空間存儲更長時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)，并能保證快速歷史存儲與檢索。

• 流程圖顯示

人機(jī)界面是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的重要組成部分。它通過各種可視化的構(gòu)件方便的搭建復(fù)雜的圖形畫面，所有DCS上的監(jiān)控畫面都可以通過人機(jī)界面進(jìn)行組態(tài)，并能運(yùn)行顯示。同時(shí)還可以通過人機(jī)界面觀察實(shí)時(shí)趨勢、歷史趨勢、過程報(bào)警、過程數(shù)據(jù)匯總，歷史報(bào)表等。

• WEB瀏覽

紫金橋?qū)?