SIS是電廠信息系統(tǒng)的重要發(fā)展方向。本文從信息系統(tǒng)角度分析了SIS的特點，提出了SIS的硬件體系結(jié)構(gòu)，并提出采用面向服務架構(gòu)來設(shè)計與實現(xiàn)SIS應用系統(tǒng)，以保證SIS的高擴展性、開放性和靈活性。同時，本文對硬件設(shè)備和軟件產(chǎn)品的選型提出了一定的建議。
一、 概述
隨著電力改革的深化，電力企業(yè)，尤其是電廠，為了保持長足的競爭力，迫切需要從優(yōu)化生產(chǎn)和企業(yè)管理兩個方面著手，提高生產(chǎn)效率和設(shè)備可用率，優(yōu)化資源配置，最大程度地降低發(fā)電成本。無疑，"以信息化推進企業(yè)現(xiàn)代化"將是實現(xiàn)這一目標的有效手段之一。
我國電力學者在研究與綜合國內(nèi)電廠信息化現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出建設(shè)廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS：Supervisory Information System），旨在全面集成生產(chǎn)流程數(shù)據(jù)，實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)運營的目的[ , ]。但SIS系統(tǒng)目前屬于起步階段，尚未形成統(tǒng)一的、成熟的SIS系統(tǒng)設(shè)計理論與實施方法。本文在SIS實施經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，立足于電廠整體信息系統(tǒng)角度，從硬件邏輯結(jié)構(gòu)、軟件系統(tǒng)設(shè)計和產(chǎn)品選型等多個方面對SIS系統(tǒng)的設(shè)計與實施提出建議。
二、電廠SIS定義和特點
SIS是"主要為全廠實時生產(chǎn)過程綜合優(yōu)化服務的生產(chǎn)過程實時管理和監(jiān)控的信息系統(tǒng)"[ ]。它面向生產(chǎn)過程，處理全廠的實時數(shù)據(jù)，是廠內(nèi)單元機組DCS和公用輔助車間級自動化系統(tǒng)的上一級系統(tǒng)，同時也是整個企業(yè)信息系統(tǒng)的一個組成部分。
與電廠現(xiàn)有的管理信息系統(tǒng)（MIS）相比，SIS有顯著不同：
●SIS處理生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)多數(shù)屬于時間序列，往往是"短暫"的，即有一定的有效時間，過時則有新的數(shù)據(jù)產(chǎn)生。因此，SIS的數(shù)據(jù)量要遠大于一般MIS的數(shù)據(jù)量。
●某些SIS應用有著很強的時效性，要求在規(guī)定的時刻或者一定的時間間隔內(nèi)必須處理完畢，否則當前的計算結(jié)果或者指導將失去意義。
●SIS應用更多地側(cè)重于數(shù)據(jù)分析，沒有MIS應用中嚴格而清晰的"管理流程"；SIS應用每一次執(zhí)行往往需要成組的歷史數(shù)據(jù)，而MIS應用一般只需要少量的當前數(shù)據(jù)。
因此，SIS的數(shù)據(jù)庫不僅要支持大量數(shù)據(jù)的共享，維護其數(shù)據(jù)的一致性和完整性，還需要高效的處理機制來支持大量歷史數(shù)據(jù)存儲與檢索。傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)模型難于直接適應這種綜合應用需求，所以SIS可采用一種混合存儲模式，即：利用實時/歷史數(shù)據(jù)庫來存儲生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，利用一個小規(guī)模的關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲SIS的其它配置信息（也可考慮利用MIS的關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲SIS配置信息，但從安全和性能角度考慮，推薦采用獨立的關(guān)系數(shù)據(jù)庫）。
從企業(yè)信息系統(tǒng)全局看，SIS側(cè)重于生產(chǎn)過程的監(jiān)控和綜合優(yōu)化，MIS則主要負責電廠的綜合管理應用。但SIS和MIS之間不是孤立的，而是互為補充，相輔相成，協(xié)同完成各種應用。因此，在SIS設(shè)計中，必須立足于全廠進行考慮，人為地割裂MIS和SIS，只能導致消除小的"信息孤島"（DCS、PLC等數(shù)據(jù)孤島）的同時，形成更大的"信息孤島"（SIS和MIS兩大孤島）。
三、建設(shè)原則
SIS建設(shè)應當遵循以下原則：
●整體規(guī)劃：SIS系統(tǒng)是電廠信息系統(tǒng)的一部分，在設(shè)計與實施時，必須立足全局進行綜合考慮與規(guī)劃，盡最大可能避免出現(xiàn)"信息孤島"或者"蜘蛛網(wǎng)"*。
●分步實施：根據(jù)整體規(guī)劃，將SIS系統(tǒng)建設(shè)劃分為多個階段，分步實施，分步使用，同時利用已有應用系統(tǒng)的經(jīng)驗完善后續(xù)應用系統(tǒng)的設(shè)計。
●先進性與經(jīng)濟性兼顧：設(shè)計與實施SIS系統(tǒng)時，應當在經(jīng)濟適用的基礎(chǔ)上充分考慮技術(shù)的先進性與前瞻性，為系統(tǒng)擴展提供一定的空間。
●安全可靠：安全性涵蓋硬件設(shè)備容錯能力、數(shù)據(jù)資源訪問策略、用戶驗證機制和系統(tǒng)備份策略等多個方面。SIS系統(tǒng)的安全性要求高于一般的信息系統(tǒng)，設(shè)計時必須按照監(jiān)控系統(tǒng)的標準來考慮安全性[3]。
●符合通行標準：應用系統(tǒng)設(shè)計與實施必須符合國際標準、國家標準和行業(yè)標準等。
●充分考慮開放性和可擴展性：必須考慮硬件設(shè)備的可擴展性和軟件模塊的靈活性與開放性，以適應系統(tǒng)將來可能的發(fā)展。
圖1 電廠信息系統(tǒng)的一般邏輯圖
四、硬件邏輯結(jié)構(gòu)
圖1為電廠信息系統(tǒng)的一般邏輯結(jié)構(gòu)，以SIS防火墻為界分為SIS和MIS兩個部分。MIS部分包括MIS網(wǎng)絡、MIS數(shù)據(jù)庫、各種應用服務器、Web服務器和所有的客戶端，并且通過防火墻和路由器與Internet或者發(fā)電集團廣域網(wǎng)相連，以支持遠程數(shù)據(jù)訪問。SIS部分包括SIS網(wǎng)絡、存儲生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的實時/歷史數(shù)據(jù)庫、存儲配置信息的關(guān)系數(shù)據(jù)庫、接口站、SIS應用服務器、SIS管理站、值長站等。
●接口站負責采集所有生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)（DCS系統(tǒng)、輸煤系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)等），進行必要處理后，將其送入實時/歷史數(shù)據(jù)庫。通常，接口站安裝雙網(wǎng)卡分別連接控制系統(tǒng)和SIS，相當于SIS和控制系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)。
●SIS應用服務器承擔各種應用計算（如：機組性能計算）或者業(yè)務邏輯處理等功能。
●SIS管理站負責整個SIS系統(tǒng)的維護管理。
● 值長站是直接與SIS網(wǎng)絡連接的客戶端，為值長提供全部的SIS應用功能。
●從安全角度考慮，SIS網(wǎng)絡與MIS網(wǎng)絡之間通過防火墻進行連接；其次，普通客戶端不直接與SIS網(wǎng)絡相連，而是通過MIS網(wǎng)絡來訪問SIS數(shù)據(jù)。
在SIS硬件邏輯設(shè)計方面，還應注意：
●在資金允許條件下，可將SIS網(wǎng)絡設(shè)計為雙網(wǎng)，并配置為容錯或者負載均衡方式運行，提高SIS網(wǎng)絡的安全可靠性。
●SIS網(wǎng)絡中，劃分必要的虛網(wǎng)(VLAN)，屏蔽不必要的網(wǎng)絡廣播包，保證生產(chǎn)數(shù)據(jù)消息包的有效網(wǎng)絡帶寬。
●SIS網(wǎng)絡主干，建議采用主流的千兆網(wǎng)技術(shù)，為將來規(guī)模的擴展提供足夠空間。
●SIS網(wǎng)絡設(shè)備的配置，應當遵循"滿足功能的最小配置"原則，不設(shè)置任何與SIS網(wǎng)絡通訊關(guān)系不大的多余命令。尤其防火墻，盡可能只開放HTTP協(xié)議端口和少數(shù)必要的TCP/IP通訊端口。在可能和需要的情況下，設(shè)置網(wǎng)絡QoS(Quality of Service，服務質(zhì)量)等級，優(yōu)先滿足SIS核心應用的網(wǎng)絡通訊帶寬。
●SIS數(shù)據(jù)庫服務器盡量配置為群集或者容錯方式，以提高SIS數(shù)據(jù)庫的可用率。條件允許時，配置應用服務器組為網(wǎng)絡負載均衡和組件負載均衡系統(tǒng)。
● 利用時間同步服務統(tǒng)一SIS所有硬件設(shè)備的時間。條件允許時，利用GPS對時設(shè)備校正SIS和所有生產(chǎn)控制系統(tǒng)的時間。
●為SIS數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器配置數(shù)據(jù)備份設(shè)備。可能情況下，實現(xiàn)異地備份，增強SIS的容災能力。
五、數(shù)據(jù)庫服務器選型
一般而言，數(shù)據(jù)庫服務器的選擇有四種：
● 單服務器：由某個單服務器承擔數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)服務任務。其優(yōu)點是配置方便、價格低；缺點是可靠性低、可擴展性差。
● 多服務器標準群集：一般采用兩個或多個服務器加磁盤陣列柜的方式，可靠性很高。群集操作系統(tǒng)可選Windows 2000 Advance Server或者支持群集的UNIX系統(tǒng)。群集的工作方式可以是熱備方式或者負載均衡。熱備方式下，同一時刻只有一臺服務器在有效工作，易于配置和管理；負載均衡方式下，多臺服務器協(xié)同承擔系統(tǒng)負載，能夠有效利用服務器資源，但配置與管理較難。
●多服務器軟群集：在兩臺或多臺服務器上采用專用軟件模擬實現(xiàn)標準群集的效果。這種方式節(jié)省了磁盤陣列柜，成本低于標準群集，可靠性也略低于標準群集。
●容錯服務器：容錯服務器的可靠性高于標準群集，它幾乎沒有停機，不存在群集系統(tǒng)中的故障切換。容錯服務器成本略高于標準群集。
具體選型時，還要綜合考慮具體應用軟件類型、應用系統(tǒng)的安全可靠性要求、投資等多種因素。無論選擇哪種類型，都應當配置較大的內(nèi)存和一塊或多塊千兆網(wǎng)卡，因為服務器的主要工作類型是輸入輸出密集型。
六、實時/歷史數(shù)據(jù)庫*產(chǎn)品選型
SIS數(shù)據(jù)庫的商業(yè)產(chǎn)品較多，選型時應當考慮：數(shù)據(jù)庫的易維護和易管理性、開放性與可擴展性、客戶端軟件功能的全面性、Web支持程度、二次開發(fā)的難易程度、數(shù)據(jù)類型的支持程度、時間與多時區(qū)支持程度、對分布式應用的支持程度、安全性控制能力、容錯能力、是否支持漢字、軟件廠家的技術(shù)支持能力、經(jīng)濟實用等因素，并結(jié)合電廠具體情況選擇合適的產(chǎn)品。國內(nèi)外的典型產(chǎn)品有（以下介紹均摘自相關(guān)公司網(wǎng)站或產(chǎn)品介紹資料）：
● PI(Process Information)：美國OSI公司的產(chǎn)品，市場占有率較高，已在國內(nèi)多家電廠和冶金企業(yè)實施。"螺旋門"是PI的專利數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，其數(shù)學機理是采用多個折線來擬合近似原始的連續(xù)曲線。PI包括服務器端軟件和客戶端應用軟件兩大類。常用的客戶應用軟件是PI-ProcessBook、PI-DataLink和PI-ActiveView。PI具有非常豐富的數(shù)據(jù)接口，能提供絕大多數(shù)知名控制系統(tǒng)的商用接口軟件。公司網(wǎng)址：http://www.osisoft.com。
●InfoPlus.21：美國Aspen Technology公司產(chǎn)品，多用于石化、制藥等行業(yè)。InfoPlus.21是一款性能優(yōu)異的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，高度模塊化，開放性與可擴展性好；與Aspen的其它產(chǎn)品集成，易于實現(xiàn)先進控制與優(yōu)化、過程建模、故障檢測、批過程分析等高級應用。常用的工具軟件有：流程和趨勢顯示軟件Aspen Process Explore、網(wǎng)頁發(fā)布軟件Web.21、流程事件管理與顯示軟件Event.21等。公司網(wǎng)址：http://www.aspentech.com。
●eDNA：美國Instep公司產(chǎn)品，在美國和加拿大的一些電站使用，在國內(nèi)電廠有應用案例。eDNA由一組服務性質(zhì)模塊和應用性質(zhì)模塊所組成，可以實現(xiàn)分布式部署與應用，可擴展性非常好，能夠有效地節(jié)省和保護用戶投資。eDNA采用無損壓縮技術(shù)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行保存，能夠同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高壓縮比和高精度。常用的客戶端應用模塊有：eDNA-View、eDNA-Trend和eDNA-Web。公司網(wǎng)址：http://www.instepsoftware.com。
●iHistorian：美國GE Fanuc公司產(chǎn)品，在國內(nèi)多家電廠和冶金企業(yè)使用。iHistorian只是存儲過程數(shù)據(jù)的服務器軟件，具體應用中還需要網(wǎng)頁瀏覽服務軟件infoAgent、流程分析軟件iDownTime或者iFix軟件相互配合使用。iHistorian具備良好的容錯和分布式部署能力，可擴展性強；所有管理、配置與應用都在瀏覽器中完成，安全性、易維護性和易用性很高。公司網(wǎng)址：http://www.intellution.com。
●IndustrialSQL：美國Wonderware公司產(chǎn)品，在國內(nèi)電廠有使用案例。IndustrialSQL是一款以商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的實時/歷史數(shù)據(jù)庫，其內(nèi)核是微軟的SQL Server，具備良好的安全性、易用性和容錯性，可擴展能力強。客戶端應用軟件有：報表與分析軟件包ActiveFactory、設(shè)備性能實時分析與優(yōu)化軟件包DT Analyst、瀏覽器訪問工具SuiteVoyager等。公司網(wǎng)址：http://www.wonderware.com。
●RSBizWare：美國Rockwell公司產(chǎn)品。RSBizWare由一組軟件模塊組成，支持多層、分布式部署，可擴展性強。其實時/歷史數(shù)據(jù)庫以SQL Server或者Oracle為基礎(chǔ)，使用RSBizWare的時間序列壓縮算法將原始過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一種預定義壓縮格式后存儲。常用的客戶端軟件有RSBizWare Production Client、RSBizWare Report等。RSBizWare支持瀏覽器直接訪問流程圖、趨勢曲線與報表等。公司網(wǎng)址：http://www.rockwell.com。
●openPlant：上海麥杰公司的具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，在國內(nèi)多家電廠和冶金企業(yè)應用。openPlant是一款基于J2EE架構(gòu)的軟件包，支持分布式應用，可擴展性、安全性和易管理性很強。openPlant采用時空二維壓縮算法處理過程數(shù)據(jù)，具有高壓縮效率與數(shù)據(jù)精度。openPlant全部采用瀏覽器進行配置管理與訪問，實現(xiàn)了客戶端的零安裝。常用的應用模塊：@Process、@Detail和@Trend。公司網(wǎng)址：http://www.magustek.com。
● RealTERM：南京明維公司的具有自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品，在國內(nèi)多家電廠應用。RealTERM是基于Windows平臺的32位應用軟件包，內(nèi)部采用ActiveX軟件總線連接，外部接口遵照OPC標準，具有標準的模塊化結(jié)構(gòu)，易于維護和擴展。客戶端采用三層體系結(jié)構(gòu)和Exe/Web雙平臺運行方式，用戶無需下載任何插件或者軟件即可使用瀏覽器訪問實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)。公司網(wǎng)址：http://www.chinamerit.com。
七、應用系統(tǒng)設(shè)計
從功能角度分析，SIS側(cè)重于生產(chǎn)過程的監(jiān)控和綜合優(yōu)化，常見應用功能包括：生產(chǎn)過程信息監(jiān)視和統(tǒng)計分析、廠級及機組級性能計算分析和操作指導、全廠調(diào)度和機組負荷優(yōu)化分配、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測診斷和檢修指導、機組壽命管理、遠程監(jiān)視及技術(shù)服務功能等。
顯然，某些SIS應用系統(tǒng)不僅依賴于SIS本身的數(shù)據(jù)，還需要MIS中的相關(guān)數(shù)據(jù)。同樣，某些MIS應用系統(tǒng)（如：計劃統(tǒng)計系統(tǒng)、運行值班日志等）的正常運行也需要SIS的數(shù)據(jù)支持。本文摒棄建立SIS和MIS專用數(shù)據(jù)接口的思路，而采用基于Web Services的面向服務架構(gòu)（Service-oriented Architecture）來設(shè)計與實現(xiàn)SIS應用系統(tǒng)。
面向服務架構(gòu)是分布式計算的概念，即：將網(wǎng)絡上的軟件資源看作服務，每一種應用都依賴于一個或多個服務的協(xié)同工作而完成[ ]。基于Web Services的面向服務架構(gòu)則意味著支持應用的多數(shù)服務都是Web Services實體。Web Services定義為"以Internet標準協(xié)議（HTTP和SOAP協(xié)議）訪問的、以XML為信息載體的、能夠完成特定功能的可編程實體"[ ]，其最大的優(yōu)點是基于標準通訊協(xié)議和松散耦合。標準通訊協(xié)議保證了服務的開放性和不同廠商產(chǎn)品的互操作性；而松散耦合則意味著服務自身的改動將很少影響其它的服務。因此，基于Web Services的面向服務架構(gòu)的SIS應用系統(tǒng)，具有非常強的分布式部署能力、開放性、互操作性、擴展性和靈活性。相應地，采用這種架構(gòu)能夠簡化系統(tǒng)的開發(fā)與部署，降低系統(tǒng)開發(fā)和集成成本，保護用戶原有投資。
整個SIS應用系統(tǒng)采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計，由數(shù)據(jù)存取層、業(yè)務邏輯層、表現(xiàn)層構(gòu)成，各層之間利用Internet標準協(xié)議進行交互，如圖2所示。
圖2 SIS應用系統(tǒng)邏輯架構(gòu)
數(shù)據(jù)存取層由一組Web Services組成，每個Web Services都以數(shù)據(jù)對象形式封裝SIS數(shù)據(jù)庫或者MIS數(shù)據(jù)庫的一種數(shù)據(jù)操作功能。根據(jù)具體實時/歷史數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品類型，數(shù)據(jù)存取層采用專用API函數(shù)或者標準的ADO/ODBC訪問生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)；而對于MIS的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，則一般采用ADO，甚至XML查詢文本進行存取。數(shù)據(jù)存取層屏蔽了SIS數(shù)據(jù)庫和MIS數(shù)據(jù)庫具體結(jié)構(gòu)信息，為業(yè)務邏輯提供一致透明的數(shù)據(jù)訪問，使業(yè)務邏輯不必考慮數(shù)據(jù)的具體來源。一旦數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，只需調(diào)整數(shù)據(jù)存取層的相關(guān)服務即可。這種設(shè)計的另一個好處是使得SIS應用系統(tǒng)能夠獨立于具體的SIS數(shù)據(jù)庫，增強了應用系統(tǒng)的可移植性。
業(yè)務邏輯層是SIS應用系統(tǒng)的核心，所有的應用功能都在這里實現(xiàn)。按照運行方式的不同，SIS應用系統(tǒng)的業(yè)務邏輯可分為主動式的后臺自治服務和被動式的響應請求服務。后臺自治服務指能夠按照用戶設(shè)定的時間條件或者事件條件，主動執(zhí)行并完成一定功能的編程實體；它適合于承擔SIS應用中具備明確計算處理規(guī)則、計算量較大或者較少需要用戶交互的應用，如：機組性能計算模塊、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊等。響應請求服務則是根據(jù)表示層的消息請求來完成的指定任務，主要實現(xiàn)用戶交互功能，如：綜合查詢、檢修指導等。具體應用中，這兩種服務分別承擔不同的角色，協(xié)同完成指定的功能。
表現(xiàn)層是用戶與SIS應用系統(tǒng)交互的窗口，僅承擔界面顯示、簡單的數(shù)據(jù)驗證功能，不涉及任何處理邏輯。它以網(wǎng)頁或者客戶窗體的形式接收用戶的應用請求，并對請求信息進行簡單的驗證后，送入業(yè)務邏輯層進行處理；處理完成后，表現(xiàn)層將邏輯層返回的處理結(jié)果展示給用戶。
此外，在安全控制方面，建議設(shè)計公共安全組件來管理和控制SIS應用系統(tǒng)的權(quán)限。這樣，既增強了代碼的可重用性，提高了開發(fā)效率，又便于統(tǒng)一規(guī)劃和管理訪問策略，防止安全漏洞的出現(xiàn)。
八、結(jié)語
SIS系統(tǒng)是電廠信息系統(tǒng)發(fā)展的方向之一。在具體實施前，必須全面考察電廠信息系統(tǒng)的現(xiàn)狀和需求，提出SIS的實現(xiàn)方案。其次，SIS系統(tǒng)涉及范圍很廣，必須清醒地認識到SIS建設(shè)不可能一蹴而就，而是一個相對長期的、不斷豐富與完善的過程。最后，在實施過程中，應及時收集用戶反饋，調(diào)整和開發(fā)用戶最需要的功能，保證SIS建設(shè)的投資回報率。
[參考文獻]：
[[1]] 侯子良. 中國火電廠自動化發(fā)展趨勢及對策[J],中國電力, 1999,32(10).
[[1]] 陳繼南. 以經(jīng)濟控制為目標的發(fā)電廠SIS系統(tǒng)[J], 熱工自動化信息, 2000.2
[[1]] 侯子良. 火電廠廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)(SIS)論爭[J], 熱工自動化信息, 2002.1
[[1]] Jason Bloomberg. 面向服務架構(gòu)(SOA)的原則, http://www.csdn.net/develop/article/21/21481.shtm
[[1]] Thuan Thai, Hoang. Q. Lam著, 王敏之譯. .Net框架精髓[M], 中國電力出版社, 2001.12
