火電廠移動信息系統的設計與研究

王愛娟，王明春

（東南大學 能源與環(huán)境學院，南京210096）

隨著電力體制的深入改革以及現代科學技術的發(fā)展，信息化帶動工業(yè)化發(fā)展已成為電力企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必然趨勢。我國火電廠的建設已經進入信息化時代，機組級和車間級自動化已經普及，電廠的信息化建設不斷深入，包括單元機組DCS及輔助車間自動化系統、廠級監(jiān)控信息系統（SIS）、管理信息系統（MIS）、決策支持系統（DSS）等，使得全廠信息能夠通過計算機網絡共享，形成了自下而上的管理和控制一體化系統［1］。

目前，工業(yè)局域網在電廠中已經得到了廣泛的應用，全場的信息可以通過局域網進行查看，或者使用VPN通過因特網在異地進行查看。隨著移動互聯網技術和智能移動終端的發(fā)展，特別是移動上網、數據業(yè)務上網等功能的普及，使得移動終端設備（智能手機、平板電腦等）在電力行業(yè)的應用越來越廣泛［2］。移動終端設備的功能越來越強大，甚至超過了一些PC機的處理能力，再加上移動終端人性化的UI設計，給用戶帶來了方便、快捷的體驗。

總之，這些先進的科學技術的發(fā)展為火電廠移動信息系統（MSS）的開發(fā)和應用提供了良好的環(huán)境和條件。筆者在火電廠現有的信息化系統的基礎上，提出了基于移動互聯網的火電廠MSS，在移動終端上實現信息管理應用的多元化，從而真正實現發(fā)電企業(yè)的管控一體化目標。

1 建設目標

火電廠MSS的目標是把廠內實時生產狀況同步到移動終端，使得管理人員在離開現場或者離開計算機網絡的情況下，也能通過移動終端隨時隨地獲取廠內生產信息，并根據相關信息及時、準確地作出指示和決策。

MSS是面向經營管理者的信息化管理軟件，是實現火電廠各個機組和全廠生產過程最優(yōu)控制和管理的系統。目前，在移動終端上可實現以下功能：

（1）全廠各個生產實時數據的遠程監(jiān)控和查詢。

（2）生產過程的在線檢測和故障診斷。

（3）對數據異常、越限和設備事件的報警。

（4）對電廠的發(fā)電量、燃料供應量等重要數據進行統計。

（5）遠程接入辦公自動化OA系統。

2 數據流程分析

數據傳輸是火電廠MSS中的重要環(huán)節(jié)，主要的數據流程包括電廠內部數據的采集和傳輸，以及移動客戶端對數據的獲?。?］。為了實現以上的數據傳輸，首先MIS網絡是可以訪問因特網的，可以在MIS機房中設置一臺接口機，用于從MIS服務器獲取生產數據，并完成數據的發(fā)送；然后，在互聯網數據中心（IDC）托管一臺服務器，用來完成生產數據的處理和存儲，并將數據發(fā)送至移動客戶端；最后，在客戶端上安裝相應的應用程序，完成生產信息的查看。具體的數據流程見圖1。

圖1 系統的數據流程圖

2.1 電廠內部的數據采集和傳輸

SIS中的生產數據可以有效地傳輸到MIS中，而MIS的安全性要求低于SIS，因此可以從MIS中獲取生產信息。MIS機房中接口機的數據采集接口與MIS中經過專門隔離的映射服務器進行通信，再通過Web服務將數據發(fā)送至IDC中心服務器。在數據的上傳過程中，采用80端口和超文本傳送協議（HTTP）下的XML格式通信方式。該通信過程效率高且安全性高，確保了在數據安全的前提下進行最高效的數據采集和傳輸。

2.2 移動客戶端上數據的獲取

目前，主要網絡運營商均提供了無線數據傳輸業(yè)務，中國移動提供了基于GPRS的CMNET接入點，中國聯通提供了基于CDMA和WLAN的網絡接入功能，還有第三代移動通信技術（3G）和第四代通信技術（4G）功能的應用，當手機開通以上業(yè)務之后，均可在網絡協議和設備支持范圍內訪問因特網。在IDC服務器上部署了基于ASP.NET的動態(tài)頁面，根據客戶端傳入的不同請求提供不同的數據，客戶端接收到數據后按照既定的協議進行解析，從而獲取生產數據；同時，IDC服務器提供標準數據獲取Web服務，也可供客戶端調用。當可以與Wi-Fi相連時，可直接通過熱點聯網獲取數據。

3 總體架構設計

3.1 物理架構設計

圖2 系統總體結構圖

從物理架構分析，MSS可分為三個部分：MIS機房中的接口機、IDC服務器、移動客戶端。這三個部分緊密聯系、互相配合，共同完成信息系統的遠程監(jiān)控。系統的物理架構見圖2。從系統的架構圖分析，由MIS機房的接口機采集將來自MIS的生產數據，并發(fā)送至IDC機房中的實時／歷史數據庫服務器。該服務器相當于數據的中轉站，為保證數據實時性，將接收到的數據先放置在實時數據庫中，再根據客戶端的數據訪問請求，將所需的信息轉存至關系數據庫；移動客戶端是該系統實現移動監(jiān)控的最直接保證，是指安裝在手機上用于實現生產信息查看的應用程序組，完成實時／歷史信息的查看、系統的故障分析、狀態(tài)監(jiān)測、辦公管理等功能。

3.2 軟件架構及軟件系統設計

3.2.1 軟件架構設計

系統軟件架構自下而上，分別由基礎層、數據層、支撐層、應用層組成［2］：

（1）基礎層包括硬件、移動網絡、安全設施、操作系統、數據庫平臺、軟件開發(fā)支持平臺等。

（2）數據層包括實時生產數據、管理信息、辦公數據、趨勢信息以及其他數據等。

（3）支撐層是該系統的運行平臺，包括數據接口服務、網絡連接、B／S或C／S移動服務、Web Service服務、安全認證服務等，為上層的應用提供基礎支撐服務。

（4）應用層為火電廠管理人員提供生產業(yè)務處理所需的功能，如生產過程監(jiān)控、數據查詢、趨勢曲線、生產情況、辦公自動化等。

具體軟件架構見圖3。

圖3 系統軟件架構圖

3.2.2 軟件系統設計

軟件系統采用B／S與C／S的混合結構模式，主要由MIS機房的數據接口程序、IDC中心的服務器軟件組、移動客戶端軟件組成：

（1）MIS中的數據接口程序主要用于生產數據的采集并轉發(fā)至IDC服務器，主要功能包括數據采集模塊、數據發(fā)送模塊和數據點管理模塊。

（2）IDC服務器軟件組主要包括數據接收程序、數據發(fā)送程序、移動客戶端制定與管理系統?；诎踩院头€(wěn)定性考慮，生產數據的接收和發(fā)送程序均采用基于互聯網信息服務（IIS）的 Web服務方式，其中數據發(fā)送程序根據客戶端發(fā)送的不同指令來發(fā)出數據，并將數據內容加密和壓縮，再基于HTTP或安全超文本傳輸協議（HTTPS）傳輸至客戶端。

（3）移動客戶端軟件是系統實現移動信息化最直接的保證，是指安裝在終端用戶上的信息處理應用程序組，包括網絡連接模塊、用戶登錄模塊、數據收發(fā)模塊、圖像繪制模塊、信息檢索模塊、信息報警模塊等。

移動終端與服務器之間的數據訪問方式有兩種［2］：一是通過 Web Service，用于異步的數據同步，由移動終端主動向服務器發(fā)出數據請求，獲取數據；二是在移動終端上安裝“數據推入監(jiān)視程序”，通過監(jiān)視終端接收到的短信或者WAP推入信息，識別特殊的短信頭標示，觸發(fā)應用。獲取報警信息以后，以報警鈴聲或者震動的方式提醒。

4 功能設計

MSS綜合電廠各個機組的生產信息，通過顯示、分析和優(yōu)化，對各單元機組的運行和設備維護進行遠程監(jiān)控和指導。MSS的功能主要分為以下幾個部分：

（1）生產過程遠程監(jiān)控。全廠各生產過程的實時生產數據都能在MSS的移動終端上進行監(jiān)視和查詢。該系統配置了大容量的實時／歷史數據庫，對生產信息進行綜合處理、顯示和存儲，生產管理者可以通過移動終端隨時隨地獲取電廠內部的生產數據，從而快速、準確地掌握電廠生產過程運行情況，實現了電廠生產過程的遠程監(jiān)控。實時信息監(jiān)控見圖4。

（2）在線監(jiān)測和故障診斷。收集有用的實時運行數據，如主蒸汽溫度、壓力、再熱汽溫、再熱器噴水量、過熱器噴水量、鍋爐排煙溫度、鍋爐給水溫度、廠用電量等，通過實際系統性能參數與參數設定值的比較，若超出正常范圍或者引起設備異常和損耗，及時發(fā)出報警并將異常數據傳遞給運行管理人員，以提高電廠運行的安全性。

（3）生產統計。包括用于企業(yè)生產和經營的重要數據，如按一定周期（日、月等）統計出的發(fā)電量、燃料供應情況、生產狀況、安全狀況、設備利用率、煤耗、負荷率、用電率、經濟效益等。

（4）設備缺陷管理。將當班發(fā)現的設備缺陷及時錄入，以供隨時查看、調閱設備缺陷等級、消除情況，用來加強對缺陷的分析、申報、鑒定、消除、驗收和考核等全過程監(jiān)管，保證設備安全經濟運行。

（5）辦公管理。對火電廠可以增加的生產技術指標、財務成本、行政管理、質量管理、工作計劃等進行分類管理，按條件查詢、統計完成情況、打印相關報表，實現公文收發(fā)、存儲、查詢等自動化。

圖4 實時信息監(jiān)控圖

由于MSS的推廣和應用尚處于起步階段，MSS功能模塊的開發(fā)和應用的技術還不夠成熟，因此，MSS的很多功能有待在實踐過程中不斷總結和完善。

5 安全性設計

MSS與電廠內部的信息系統相互聯系并且錯綜復雜，移動互聯網又是開放性的網絡，因此，電廠的網絡和數據安全問題非常突出。

系統采用內外網物理隔離的方法，如IPSEC VPN、單向隔離網閘、權限設計、安全認證等技術，保證電廠內部和外部信息的安全、高效傳輸。

為了進一步提高信息的安全性，在數據傳遞過程中的每個環(huán)節(jié)進行數據加密，并提供用戶的安全驗證機制。整個系統采用專用的網絡協議和專有的內容描述協議，系統可根據協議對信息及其呈現方式進行渲染，使信息的傳遞和解析過程更加可靠和可擴展性［4］。

6 結語

借助移動互聯網和智能終端設備，將火電廠的生產信息系統終端拓展到移動終端，形成火電廠新型MSS，能夠向生產管理者提供實時生產、管理、辦公等多方面的信息。由于移動互聯網的覆蓋面廣、網絡速度快，電廠的管理經營者可以隨時隨地獲取電廠相關信息，并根據相關數據和變化趨勢及時、有效地處理生產過程中的緊急問題，最大程度地減少經濟損失，從而提高全廠自動化水平和現代化管理水平。

［1］王志新.火電廠監(jiān)控信息系統SIS及應用［M］.北京：中國電力出版社，2009：46-48.

［2］徐創(chuàng)學，康愛軍.3G移動技術在火電廠煤場智能管理中的應用［J］.電力信息化，2011，9（11）：66-70.

［3］孫文靜，陸杰.火電廠生產信息移動監(jiān)控系統設計［J］.電力信息化，2013，11（1）：82-86.

［4］陳昊，徐建.基于虛擬化技術的信息系統安全防護框架研究［J］.電力信息化，2011，9（6）：14-18.