摘要：本文从构成SIS系统平台的软硬件着手，结合新华公司自主研发的SIS系统平台软件，对系统构成、功能和安全性等进行了深入探讨，提出了一种经济实用、安全可靠、高容量以及实时性和扩展能力均很强的SIS系统平台。
一、概述
厂级监控信息系统(Supervisory Information System，简称SIS)这个概念自上个世纪末引入火力发电厂，经过近几年的推广应用，发展迅猛，风靡全国。SIS系统的投运，对提高电厂的机组运行经济性指标、增强机组运行的安全，降低生产成本，节约运行费用，提高竞争力起到了重要作用。
但SIS系统给人的习惯印象是昂贵，整个系统投资少则5、6百万元，多则上千万元，仿佛只有那些新建电厂、机组能够承受，而SIS系统带来的机组效率提高、节约能耗、降低电力生产成本、提高企业综合经济效益等，对老电厂来说，同样具有吸引力，但庞大的投资让很多电厂望而却步。SIS系统果应如此昂贵吗?新华公司推出的XSIS(Xinhua SupervisoryIn formation System)系统，将从根本上改变这一现状，就象新华公司当年推出XDPSDCS系统一样，使整个DCS系统造价大大降低，电厂从中得到真正的实惠。
SIS系统平台由硬件平台和软件平台两部分构成，硬件平台由冗余服务器、存储设备、网络交换机、SIS应用功能站以及实时监控系统接口站等构成，软件平台主要由实时数据库软件、HMI/MMI人机界面接口软件、实时监控系统接口软件以及SIS系统应用软件等构成。硬件设备的选择主要取决于软件平台特别是实时数据库软件的运行环境要求。有些实时数据库软件，由于其自身的原因，对硬件设备的要求特高，譬如服务器至少是企业级的，CPU最少得2个，最好是4个;存储设备不是磁盘阵列就是SAN光纤存储网络;网络交换机是企业级的机架式交换机;而有些实时数据库软件，在仅运行软件平台系统自身和少量SIS应用软件的情况下，服务器CPU的负荷率却居高不下，这对于SIS系统正常可靠运行以及将来整个SIS系统的扩展是非常不利的。而新华公司推出的实时数据库软件(XRTDB)，不仅容量大(最大可达20万点)处理效率高(每秒可处理20万点)，数据采集和监控的时间间隔可与DCS系统完全一致。而且，XRTDB软件对硬件、服务器操作系统环境要求并不高(参见硬件平台系统典型配置)，数据库服务器的CPU负荷率不大于15%，网络负荷《20%，1G的存储空间可存放1星期左右的数据(10万点规模)，历史数据查询速度非常快，1天的历史趋势曲线基本上在1秒左右就可显示出来，因此XSIS系统平台方案解决方案是一个性价比极高的SIS系统平台方案。
二、新华公司SIS系统平台方案
(一)、新华XSIS硬件平台系统
XSIS硬件平台系统的设计遵循安全、可靠、稳定、经济实用、扩展能力强的原则，采用总体规划、分步实施的思想，以适应SIS系统当前的要求和将来发展的需要。
1、网络结构
XSIS系统网络采用1000Mbps主干网，100Mbps到桌面，网络结构为星型拓朴结构，图一为XSIS硬件平台系统典型配置。
图1、XSIS硬件平台系统
(1)网络交换机
XSIS系统采用2台24口10/100/1000Mbps交换机作为冗余核心交换机，所有的实时数据库服务器、功能站、值长站、工程师维护站以及SIS-MIS接口站都连到核心交换机上;另外用2台24口10/100Mbps的交换机(带1口千兆扩展卡)作为数据采集交换机，千兆扩展卡用于连接核心交换机，所有的接口站连接到数据采集交换机端口上。因此整个SIS系统的网络是双网冗余的，核心交换机、数据采集交换机、数据库服务器、功能站等设备之间的网络带宽都是1000Mbps的，而每一个数据接口站都独享100M带宽，这对单个机组的数据传送是绰绰有余的，因此整个SIS系统网络是不存在通讯瓶颈的，保证数据通讯网络负荷率不超过20%，并且还留有很大的扩展余地。
(2)网络安全
安全是电厂电力生产、管理的重中之重，建立SIS系统的目的之一就是为了加强机组的安全生产。SIS系统向下连接到生产现场的多种监控系统，向上则连到全厂MIS系统，因此如何防止病毒、黑客的恶意指令通过MIS、SIS网络向机组DCS系统、辅助系统及公共系统渗透，是SIS系统网络设计中必须重点思考的问题。我们认为，网络安全可以通过系统设计和日常管理措施得到保障。
首先，在设计SIS网络时，我们不主张用防病毒网络版软件对系统进行防护，因为防病毒软件升级频率特高，而且必须通过因特网来进行，众所周知，互连网是一个病毒泛滥、黑客猖獗的场所，将SIS网与因特网直接相连是极其危险的，而通过下载升级软件到媒介再拷贝到SIS系统上同样是非常危险的。
其次，在设计中必须保证实时数据是从DCS到SIS再到MIS网络是单向传送的，特别是从SIS段到MIS段，通过采用网络隔离器或防火墙，在物理上进行隔离，保证信息只能单向从SIS网络流向MIS网络。另外，从DCS系统接口到SIS系统接口，从SIS-MIS接口到MIS网上的XWEB服务器，是2个单独的网段，其IP地址可以任取，且对MIS网络是完全保密的，因而也能有效地阻止MIS网络上的病毒和恶意指令向SIS网络的渗透。
最后，协助电厂建立严格的SIS网络管理措施，任何人未经许可不得在SIS系统上用光盘、软盘或U盘等进行安装、拷贝文件等工作，所有SIS系统要安装、拷贝的文件，必须严格杀毒并经相关负责人签字同意后方能进行。
(3)典型配置：
核心交换机：3COM492424口千兆交换机
数据采集交换机：3COM440024口百兆交换机+1port1000Base-Tx扩展卡
防火墙/网络隔离器：CISCOPIX-515E
2、数据库服务器
作为全厂实时数据信息的中心，所有接口软件、应用软件的数据存取都要通过数据库服务器，数据库服务器必须连续不停地运行着，所有实时数据要全部按秒级压缩并长期保存，数据存取速度必须满足应用软件的要求，因此SIS系统实时数据库服务器的性能指标要求是很高的。为了保证实时数据库服务器的长时间可靠稳定运行，在XSIS平台系统设计中我们采用了2台同等配置的商用服务器冗余热备用，每台服务器配置400G左右的硬盘空间，保证10万点的数据存放4年以上，另外，由于2台数据库服务器是冗余热备用，所以实际上2台服务器上的硬盘相互之间也进行了热备份，无论那个硬盘坏了，历史数据都不回丢失，因此磁盘阵列或SAN光纤存储网络就没必要了。此外，由于新华实时数据库软件在代码优化、内存使用方面做了大量卓有成效的工作，尽管要承担海量的数据处理及存储工作，但新华XSIS系统对服务器的性能要求并不苛刻，商用部门级的服务器就足也，并且能保证CPU负荷率不超过15%。
典型配置：
IBMX345机架式服务器：双IntelXeonCPU,主频2.8GHz，512KL2Cache，2G内存，5X72GUltraSCSIDisk2X1000M以太网卡，17英寸显示器
3、XWEB服务器
XWEB服务器主要是为MIS管理网络上的授权用户提供WEB应用服务，MIS网上的授权用户通过IE浏览器，除了不能操作之外，SIS系统中具有的监视功能，通过IE窗口都能观察，如模拟图显示、数据库一览、实时趋势曲线和历史趋势曲线、实时报警和历史报警查询以及报表的浏览和打印等，而且实时数据刷新最快可达到1秒。另外，出于SIS网络安全的考虑，SIS到MIS网络上数据通讯是单向的，SIS网络上的实时数据库数据XWEB服务器是无法查阅的，但又要向MIS管理网上的用户提供历史数据查询，故XWEB服务器又兼作实时数据库服务器，具有实时数据接收、数据统计、数据压缩和储存以及历史数据查询等功能。
典型配置：同实时数据库服务器。CPU负荷率不大于15%.
4、功能站
鉴于电厂特有的环境，粉尘污染比较大;再根据新华公司DCS系统在电厂的运行情况，发现品牌机服务器的损坏率远高于工控机，因此在XSIS系统方案中，推荐功能站使用工控机。
工控机典型配置：
IntelPetiumⅣ/主频2.6/512M内存/80G硬盘/2X100M网卡/17英寸显示器
5、值长站
XSIS系统配备了2台值长站供全厂运行总值长专用，它是连接生产和管理的纽带。值长站不仅能浏览全厂工艺过程参数，重要报警等，还可对各功能站的计算分析结果进行调用，功能站上的优化操作建议可显示到值长站上，作为值长向运行人员发出操作指令的参考。
值长站的典型配置除显示器改为21英寸，其他同功能站。
6、接口站
由于接口站提供了接口缓存功能，在与实时数据库网络通讯中断的情况下至少能保存一个星期的实时数据，故对接口站的内存配置要求较高。在新华XSIS系统中，接口站采用奔Ⅳ工控机，其内存通常配512M。
典型配置与功能站相同。
(二)、XSIS软件平台系统及实时监控系统
新华公司早在1995年就推出了实时信息管理系统(RMIS)，并在很多电厂推广应用。随着网络技术、计算机科学的迅猛发展，用户需求的不断提高，实时信息管理系统的功能和应用范围得到了迅速扩充和发展，特别是新华公司实时数据库管理系统(XRTDB)的研发成功以及一些如锅炉、汽轮机等分析诊断软件包等陆续在电厂投运并取得成功，新华公司对这些软件产品进行规划和整合，建立了全部由新华公司具有自主知识产权软件构成的，以实时数据库为核心的，由接口软件、人机界面软件、实时监控软件及多种SIS系统功能应用软件组成的XSIS系统解决方案，将全厂所有机组DCS系统、公共系统及各种辅机监控系统的实时数据通过接口站发送到实时/历史数据库服务器中，所有的SIS系统应用软件从实时/历史数据库中取得所需的数据库，再将运行结果保存到实时数据库中，实现实时信息集中统一管理，数据信息全厂共享的目的。图2给出了XSIS系统的软件架构图。
图2
1、XSIS软件平台系统
XSIS软件平台系统主要由实时数据库管理软件、接口软件、及人机界面软件构成。
(1)实时数据库管理软件
新华公司的XRTDB(XinhuaRealTimeDataBase)工程实时数据库系统是业界优秀软件之一，主要用于发电厂全厂生产过程数据的自动采集、统一存储和集成监视。作为大型工程实时数据库和历史数据库，XRTDB可在线存储每个工艺过程点的多年数据。XRTDB工程实时数据库系统为企业生产管理一体化解决方案XSIS系统提供生产信息数据中心和高级应用软件的运行平台，是一个过程实时信息管理平台和综合集成平台。XRTDB的显著特点主要是实用，在满足一定的功能指标和性能指标要求下实现工程需要的实时数据库系统。
XRTDB是由新华公司开发的基于客户/服务器结构的工厂实时数据集成、应用运行平台，是过程工业全厂信息集成的最佳选择之一。一方面，XRTDB用于工厂数据的自动采集、统一存储和集成监视。另一方面，XRTDB为最终用户和高级应用软件开发人员提供全面快捷的工厂信息。
XRTDB服务器可运行于WindowsNT,Windows2000Server/AdvancedServer,Windows2003Server/AdvancedServer;客户端软件可运行于Windows95/98/NT/2000/XP。每个XRTDB服务器可容纳20万点(高端服务器)，以原型方式存储3-5年数据。每秒钟可以处理20万点的数据。在客户端软件上，从2到3年历史中取数据的速度>200000条/秒。实时数据采集和监控的时间间隔可与DCS完全一致。可与DCS无缝集成。XRTDB支持远程数据访问，客户端应用XDB-API直接与数据库服务器连接。在系统安全、可靠性方面，XRTDB提供强大的安全解决方案。可采用单向广播方式与ERP/MIS系统连接。服务器采用双机冗余,接口机与服务器的通信采用缓冲机制,数据源唯一,双网冗余。XRTDB采用主流的TCP/IP通信协议，支持OPC，ODBC,OLEDB,SQL，API，DDE等，系统的开放性好，支持用户二次开发。在系统扩展性方面，XRTDB系统的容量可达到20万点;10万点的数据存储1年的档案大小为不大于60G;支持分布式数据库方式，从空间上扩展系统;而整个XRTDB数据库系统的系统负荷，CPU负荷<15%,网络负荷<20%。
(2)XSIS系统的实时数据接口软件
XSIS系统具有丰富的实时数据接口软件，拥有多种进口和国产DCS系统、各种PLC控制系统及那些常用的商业监控软件的实时数据接口软件。XSIS系统提供的标准接口软件例举部分如下：
●各种DCS系统的接口软件
●各类PLC接口软件包
●Modbus接口软件，可用于与各种系统的连接。
●FTP接口软件
●写文件方式的MIS/写数据库方式的MIS接口软件/WEBMIS接口软件。
●多种巡测仪接口软件
●功率仪表接口软件(Polling等接口规范)
●通用AGC通讯接口软件
●GPS卫星时钟校时接口软件
另外，新华公司具备很强的开发能力，可对各种非常规监控系统的进行通讯接口软件开发，能很好的满足用户的要求。特别要指出的是，如果机组DCS系统用的是新华公司的XDPSDCS系统，则不仅XSIS系统与DCS系统通过接口软件可做到无缝连接，实时数据刷新达到1秒，基本上与DCS同步，而且通过XSIS系统及接口软件，可对全厂所有XDPSDCS系统进行统一校时。
(3)人机界面软件构成
XSIS方案中给出了2种结构的人机界面(MMI)，在SIS网络中采用C/S结构，客户端软件采用XDPS3.0MMI软件，安装在各个终端设备上，使用时客户端向服务器发出请求，得到响应后以模拟图、曲线、报表、报警等多种形式监控SIS系统，也可对SIS系统进行操作。在MIS网络中则用B/S结构，XWEB服务器接收SIS网络接口站单向传送的数据，将内存中的实时数据进行更新，同时对收到的数据进行压缩处理后存放到实时数据库中，MIS网络上的授权用户可以用IE浏览器观察SIS系统，除了不能操作SIS系统外，其它与SIS网络客户端功能完全一致。另外，在这2种结构中，尽管系统容量庞大，但只要接口软件允许(主要取决于DCS或监控系统侧)，SIS系统和XWEB服务器上的数据刷新周期可达1秒。
除了大容量、实时数据刷新快的特点外，XSIS方案中非常吸引人的是引入了虚拟DPU、功能模块和图形组态软件，利用它无需编程就可实现计算、数据统计以及对全厂所有机组DCS系统、辅机监控系统等涉及的重要设备故障进行报警，并可在值长站上弹出相应画面，使值长迅速了解故障情况，及时采取措施。新华公司用图形组态软件实现了机组级及厂级性能计算、能损分析和负荷分配，具有调试方便、在线修改容易等特点，用户也可利用图形组态软件扩展SIS系统的功能，实现自己的想法。
人机界面软件的主要功能功能有：
●XSIS系统有网络自检功能
●图形显示和图形制作功能
●实时数据趋势和历史数据趋势查询功能
●数据库一览
●报表制作、查询和打印功能
●提供虚拟DPU及图形组态手段，可对数据进行统计、重要设备故障报警等处理
●报警和历史报警查询
●SIS系统统一校时功能
2、XSIS系统应用软件
新华公司到目前为止已开发了许多SIS系统应用软件，并在一些电厂投运，限于篇幅，不再详述，仅列出这些软件的名称，它们是：
●单元机组运行性能计算软件包(XSIS-OPCS)
●单元机组运行性能监测(能损分析)软件包(XSIS-OPMS)
●厂级负荷优化分配软件包(XSIS-LOD)
●单元机组运行故障诊断软件包(XSIS-ODMS)
●单元机组优化吹灰程控软件包(XSIS-OSBS)
●汽轮机振动采集、监测与分析软件包(XSIS-TCM)
●单元机组故障诊断专家系统软件包(XSIS-VES)
●单元机组诊断规则管理软件包(XSIS-RMS)
●汽轮机通流评估与诊断软件包(XSIS-Speed)
●汽轮机高中压转子温度场计算与寿命评估软件包(XSIS-SAILER)
●锅炉汽包温度场计算与寿命评估软件包(XSIS-SAILED)
●单元机组辅机运行寿命评估软件包(XSIS-SAILEA)
●锅炉优化运行控制软件包(XSIS-Optim)
●锅炉承压管泄漏在线监测软件包(XSIS-BLD)
三、XSIS系统在电厂的应用情况
XSIS系统解决方案一经推出，就受到了许多用户的欢迎。目前已有多家电厂选用了新华公司XSIS系统，数家电厂正在洽谈中。下面我们就河北兴泰发电有限责任公司XSIS系统的调试、投运情况作简单介绍。
1、项目背景
河北兴泰发电有限责任公司现在装机总容量为1300MW，共有六台200MW机组，其中#4、#5、#6、#7、#8及#9机组增容改造后增容至220MW，并分别进行了控制系统DCS&DEH改造。#4-#9机组DCS&DEH控制系统选用的是上海新华控制工程公司的XDPS-400分散控制系统，公用系统和辅助系统使用的是GE公司的PLC装置，2004年开工扩建的2×300MW燃煤供热发电机组的DCS&DEH控制系统及其公用系统和辅助系统选用日立公司的分散控制系统。按照电厂“总体设计，分步实施”的要求，这次主要是SIS系统平台建设、6台220MW机组DCS系统、一套RTU设备和一套GEPLC监控系统的实时监控系统、性能计算、能损分析以及负荷分配等。平台设计要求服务器、存储设备、网络设备的选用必须满足6台220MW和未来2台300MW机组DCS系统、辅助监控系统的全部测点进入SIS系统，实时数据库的容量是10万点，并且按数据原型压缩存储3年以上。
2、平台系统设计
按照电厂的要求，我们对硬件平台系统进行了设计，并与电厂有关人员进行了多次交流和沟通，最终确定了图1所示的平台方案和硬件设备的选型，冗余实时数据库服务器我们选择了IBMX235，主要配置为：2*XeonP42.4G,512K高速缓存，2GMBDDRDIMM，5*36G10kUltra3SCSIDisk，2*1000Mbps网卡;XWEB服务器也选了IBMX235，但配置稍差些，CPU只配了一个，内存也只有1GMB;核心交换机是24口3COM4924千兆交换机，数据采集交换机是24口3COM4400百兆交换机;接口站放在监控系统现场，通过百兆光纤收发器、光纤线路与数据采集交换机相连。在软件方面，实时数据库管理系统容量选择10万点，客户端安装XDPS3.0MMI软件，MIS网络上的XWEB服务器提供实时监控系统的IE浏览服务。
3、XSIS系统投运情况
河北兴泰发电有限责任公司XSIS系统于2004年4月进厂进行安装调试，经过双方的共同努力，于6月初将XSIS平台系统和实时监控系统调试完毕，投入试运行。系统的规模和性能有：
●系统总容量为10万点，实际使用64377点，其中模拟量27423点，开关量36954点;
●SIS系统中所有实时数据的刷新周期为1秒;
●MIS网上通过浏览器观测的实时监控系统的数据刷新周期为2秒。
●实时数据库服务器管理系统采用二级压缩，压缩率基本保持在100倍以上，1G的硬盘空间可以压缩存放1周左右时间的数据;
●实时数据库的数据压缩处理周期与SIS网络上实时数据刷的新周期一致;
●实时数据库历史数据查询响应速度非常快，1天的历史数据趋势曲线显示基本上在1秒左右就可实现，
●冗余实时数据库服务器和XWEB服务器其数据库管理软件运行所占的CPU负荷率均很低，在2%~5%之间。
在实时监控系统方面，除了不能操作外，所有在DCS系统操作员站上有的功能，XSIS系统的客户机和MIS网络上IE浏览器用户基本上都拥有，各机组的图形画面、趋势曲线、统计报表等，在XSIS系统都可显现(图3~图6)。实时监控软件实现的功能有：
●XSIS系统有网络自检功能
●6台机组图形制作和显示
●实时数据趋势和历史数据趋势查询功能
●数据库一览
●日报、月报和年报报表制作、查询和打印功能
●利用虚拟DPU及图形组态手段，对报表所需数据进行统计、重要设备故障报警等处理
●报警和历史报警查询
●通过SIS网络，将全厂6台DCS机组用GPS时间统一校时
经过近半年的试运行，XSIS系统表现优越、稳定可靠，没有出现过因系统本身原因而出现的停机、功能丧失，性能指标完全达到了电厂的招标要求。平台系统及实时监控系统于2004年12月1日通过电厂验收，移交电厂投入正式运行。
图3~图6是摘自河北兴泰发电有限责任公司XSIS系统的一些画面。
四、结束语
XSIS系统在河北兴泰发电有限责任公司的成功，标志着在实时数据库管理软件方面，不再是进口软件一统天下的局面。新华公司XRTDB实时数据库软件，在规模、性能、压缩和解压缩效率上并不比国外最著名的实时数据库软件差，而在硬件环境方面，XRTDB要求却很低，这是其它产品无法与之相比的。因此，以XRTDB实时数据库为核心的XSIS系统平台解决方案，加上新华公司的技术力量、电厂经验和完善的售后服务，必将赢得更多的电厂用户的信任和支持。
图3、XSIS系统主要参数画面
图4、全厂负荷及主要设备报警
图5、一次系统图
图6、IE浏览器画面及历史趋势曲线
