SIS是電廠信息系統的重要發展方向。本文從信息系統角度分析了SIS的特點，提出了SIS的硬件體系結構，并提出采用面向服務架構來設計與實現SIS應用系統，以保證SIS的高擴展性、開放性和靈活性。同時，本文對硬件設備和軟件產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，尤其是電廠，為了保持長足的競爭力，迫切需要從優化生產和企業管理兩個方面著手，提高生產效率和設備可用率，優化資源配置，最大程度地降低發電成本。無疑，"以信息化推進企業現代化"將是實現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電廠信息化現狀的基礎上，提出建設廠級監控信息系統（SIS：Supervisory Information System），旨在全面集成生產流程數據，實現優化生產運營的目的[ , ]。但SIS系統目前屬于起步階段，尚未形成統一的、成熟的SIS系統設計理論與實施方法。本文在SIS實施經驗的基礎上，立足于電廠整體信息系統角度，從硬件邏輯結構、軟件系統設計和產品選型等多個方面對SIS系統的設計與實施提出建議。
二、電廠SIS定義和特點
SIS是"主要為全廠實時生產過程綜合優化服務的生產過程實時管理和監控的信息系統"[ ]。它面向生產過程，處理全廠的實時數據，是廠內單元機組DCS和公用輔助車間級自動化系統的上一級系統，同時也是整個企業信息系統的一個組成部分。
與電廠現有的管理信息系統（MIS）相比，SIS有顯著不同：
●SIS處理生產過程數據。這些數據多數屬于時間序列，往往是"短暫"的，即有一定的有效時間，過時則有新的數據產生。因此，SIS的數據量要遠大于一般MIS的數據量。
●某些SIS應用有著很強的時效性，要求在規定的時刻或者一定的時間間隔內必須處理完畢，否則當前的計算結果或者指導將失去意義。
●SIS應用更多地側重于數據分析，沒有MIS應用中嚴格而清晰的"管理流程"；SIS應用每一次執行往往需要成組的歷史數據，而MIS應用一般只需要少量的當前數據。
因此，SIS的數據庫不僅要支持大量數據的共享，維護其數據的一致性和完整性，還需要高效的處理機制來支持大量歷史數據存儲與檢索。傳統的關系數據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/歷史數據庫來存儲生產過程數據，利用一個小規模的關系數據庫存儲SIS的其它配置信息（也可考慮利用MIS的關系數據庫存儲SIS配置信息，但從安全和性能角度考慮，推薦采用獨立的關系數據庫）。
從企業信息系統全局看，SIS側重于生產過程的監控和綜合優化，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，協同完成各種應用。因此，在SIS設計中，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等數據孤島）的同時，形成更大的"信息孤島"（SIS和MIS兩大孤島）。
三、建設原則
SIS建設應當遵循以下原則：
●整體規劃：SIS系統是電廠信息系統的一部分，在設計與實施時，必須立足全局進行綜合考慮與規劃，盡最大可能避免出現"信息孤島"或者"蜘蛛網"*。
●分步實施：根據整體規劃，將SIS系統建設劃分為多個階段，分步實施，分步使用，同時利用已有應用系統的經驗完善后續應用系統的設計。
●先進性與經濟性兼顧：設計與實施SIS系統時，應當在經濟適用的基礎上充分考慮技術的先進性與前瞻性，為系統擴展提供一定的空間。
●安全可靠：安全性涵蓋硬件設備容錯能力、數據資源訪問策略、用戶驗證機制和系統備份策略等多個方面。SIS系統的安全性要求高于一般的信息系統，設計時必須按照監控系統的標準來考慮安全性[3]。
●符合通行標準：應用系統設計與實施必須符合國際標準、國家標準和行業標準等。
●充分考慮開放性和可擴展性：必須考慮硬件設備的可擴展性和軟件模塊的靈活性與開放性，以適應系統將來可能的發展。
圖1 電廠信息系統的一般邏輯圖
四、硬件邏輯結構
圖1為電廠信息系統的一般邏輯結構，以SIS防火墻為界分為SIS和MIS兩個部分。MIS部分包括MIS網絡、MIS數據庫、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或者發電集團廣域網相連，以支持遠程數據訪問。SIS部分包括SIS網絡、存儲生產過程數據的實時/歷史數據庫、存儲配置信息的關系數據庫、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過程數據（DCS系統、輸煤系統、電氣系統、除灰系統等），進行必要處理后，將其送入實時/歷史數據庫。通常，接口站安裝雙網卡分別連接控制系統和SIS，相當于SIS和控制系統之間的網關。
●SIS應用服務器承擔各種應用計算（如：機組性能計算）或者業務邏輯處理等功能。
●SIS管理站負責整個SIS系統的維護管理。
● 值長站是直接與SIS網絡連接的客戶端，為值長提供全部的SIS應用功能。
●從安全角度考慮，SIS網絡與MIS網絡之間通過防火墻進行連接；其次，普通客戶端不直接與SIS網絡相連，而是通過MIS網絡來訪問SIS數據。
在SIS硬件邏輯設計方面，還應注意：
●在資金允許條件下，可將SIS網絡設計為雙網，并配置為容錯或者負載均衡方式運行，提高SIS網絡的安全可靠性。
●SIS網絡中，劃分必要的虛網(VLAN)，屏蔽不必要的網絡廣播包，保證生產數據消息包的有效網絡帶寬。
●SIS網絡主干，建議采用主流的千兆網技術，為將來規模的擴展提供足夠空間。
●SIS網絡設備的配置，應當遵循"滿足功能的最小配置"原則，不設置任何與SIS網絡通訊關系不大的多余命令。尤其防火墻，盡可能只開放HTTP協議端口和少數必要的TCP/IP通訊端口。在可能和需要的情況下，設置網絡QoS(Quality of Service，服務質量)等級，優先滿足SIS核心應用的網絡通訊帶寬。
●SIS數據庫服務器盡量配置為群集或者容錯方式，以提高SIS數據庫的可用率。條件允許時，配置應用服務器組為網絡負載均衡和組件負載均衡系統。
● 利用時間同步服務統一SIS所有硬件設備的時間。條件允許時，利用GPS對時設備校正SIS和所有生產控制系統的時間。
●為SIS數據庫服務器和應用服務器配置數據備份設備。可能情況下，實現異地備份，增強SIS的容災能力。
五、數據庫服務器選型
一般而言，數據庫服務器的選擇有四種：
● 單服務器：由某個單服務器承擔數據管理和數據服務任務。其優點是配置方便、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。群集操作系統可選Windows 2000 Advance Server或者支持群集的UNIX系統。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，多臺服務器協同承擔系統負載，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標準群集的效果。這種方式節省了磁盤陣列柜，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存和一塊或多塊千兆網卡，因為服務器的主要工作類型是輸入輸出密集型。
六、實時/歷史數據庫*產品選型
SIS數據庫的商業產品較多，選型時應當考慮：數據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、二次開發的難易程度、數據類型的支持程度、時間與多時區支持程度、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、軟件廠家的技術支持能力、經濟實用等因素，并結合電廠具體情況選擇合適的產品。國內外的典型產品有（以下介紹均摘自相關公司網站或產品介紹資料）：
● PI(Process Information)：美國OSI公司的產品，市場占有率較高，已在國內多家電廠和冶金企業實施。"螺旋門"是PI的專利數據壓縮技術，其數學機理是采用多個折線來擬合近似原始的連續曲線。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具有非常豐富的數據接口，能提供絕大多數知名控制系統的商用接口軟件。公司網址：http://www.osisoft.com。
●InfoPlus.21：美國Aspen Technology公司產品，多用于石化、制藥等行業。InfoPlus.21是一款性能優異的實時數據庫系統，高度模塊化，開放性與可擴展性好；與Aspen的其它產品集成，易于實現先進控制與優化、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、網頁發布軟件Web.21、流程事件管理與顯示軟件Event.21等。公司網址：http://www.aspentech.com。
●eDNA：美國Instep公司產品，在美國和加拿大的一些電站使用，在國內電廠有應用案例。eDNA由一組服務性質模塊和應用性質模塊所組成，可以實現分布式部署與應用，可擴展性非常好，能夠有效地節省和保護用戶投資。eDNA采用無損壓縮技術對生產數據進行保存，能夠同時實現數據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。公司網址：http://www.instepsoftware.com。
●iHistorian：美國GE Fanuc公司產品，在國內多家電廠和冶金企業使用。iHistorian只是存儲過程數據的服務器軟件，具體應用中還需要網頁瀏覽服務軟件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。公司網址：http://www.intellution.com。
●IndustrialSQL：美國Wonderware公司產品，在國內電廠有使用案例。IndustrialSQL是一款以商用關系數據庫為基礎的實時/歷史數據庫，其內核是微軟的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、設備性能實時分析與優化軟件包DT Analyst、瀏覽器訪問工具SuiteVoyager等。公司網址：http://www.wonderware.com。
●RSBizWare：美國Rockwell公司產品。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/歷史數據庫以SQL Server或者Oracle為基礎，使用RSBizWare的時間序列壓縮算法將原始過程數據轉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。公司網址：http://www.rockwell.com。
●openPlant：上海麥杰公司的具有自主知識產權產品，在國內多家電廠和冶金企業應用。openPlant是一款基于J2EE架構的軟件包，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據，具有高壓縮效率與數據精度。openPlant全部采用瀏覽器進行配置管理與訪問，實現了客戶端的零安裝。常用的應用模塊：@Process、@Detail和@Trend。公司網址：http://www.magustek.com。
● RealTERM：南京明維公司的具有自主知識產權產品，在國內多家電廠應用。RealTERM是基于Windows平臺的32位應用軟件包，內部采用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構，易于維護和擴展。客戶端采用三層體系結構和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據與歷史數據。公司網址：http://www.chinamerit.com。
七、應用系統設計
從功能角度分析，SIS側重于生產過程的監控和綜合優化，常見應用功能包括：生產過程信息監視和統計分析、廠級及機組級性能計算分析和操作指導、全廠調度和機組負荷優化分配、設備狀態監測診斷和檢修指導、機組壽命管理、遠程監視及技術服務功能等。
顯然，某些SIS應用系統不僅依賴于SIS本身的數據，還需要MIS中的相關數據。同樣，某些MIS應用系統（如：計劃統計系統、運行值班日志等）的正常運行也需要SIS的數據支持。本文摒棄建立SIS和MIS專用數據接口的思路，而采用基于Web Services的面向服務架構（Service-oriented Architecture）來設計與實現SIS應用系統。
面向服務架構是分布式計算的概念，即：將網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同工作而完成[ ]。基于Web Services的面向服務架構則意味著支持應用的多數服務都是Web Services實體。Web Services定義為"以Internet標準協議（HTTP和SOAP協議）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"[ ]，其最大的優點是基于標準通訊協議和松散耦合。標準通訊協議保證了服務的開放性和不同廠商產品的互操作性；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的面向服務架構的SIS應用系統，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，采用這種架構能夠簡化系統的開發與部署，降低系統開發和集成成本，保護用戶原有投資。
整個SIS應用系統采用多層結構設計，由數據存取層、業務邏輯層、表現層構成，各層之間利用Internet標準協議進行交互，如圖2所示。
圖2 SIS應用系統邏輯架構
數據存取層由一組Web Services組成，每個Web Services都以數據對象形式封裝SIS數據庫或者MIS數據庫的一種數據操作功能。根據具體實時/歷史數據庫產品類型，數據存取層采用專用API函數或者標準的ADO/ODBC訪問生產過程數據；而對于MIS的關系數據庫，則一般采用ADO，甚至XML查詢文本進行存取。數據存取層屏蔽了SIS數據庫和MIS數據庫具體結構信息，為業務邏輯提供一致透明的數據訪問，使業務邏輯不必考慮數據的具體來源。一旦數據庫的結構發生變化，只需調整數據存取層的相關服務即可。這種設計的另一個好處是使得SIS應用系統能夠獨立于具體的SIS數據庫，增強了應用系統的可移植性。
業務邏輯層是SIS應用系統的核心，所有的應用功能都在這里實現。按照運行方式的不同，SIS應用系統的業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定的時間條件或者事件條件，主動執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、設備狀態監測模塊等。響應請求服務則是根據表示層的消息請求來完成的指定任務，主要實現用戶交互功能，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，協同完成指定的功能。
表現層是用戶與SIS應用系統交互的窗口，僅承擔界面顯示、簡單的數據驗證功能，不涉及任何處理邏輯。它以網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，送入業務邏輯層進行處理；處理完成后，表現層將邏輯層返回的處理結果展示給用戶。
此外，在安全控制方面，建議設計公共安全組件來管理和控制SIS應用系統的權限。這樣，既增強了代碼的可重用性，提高了開發效率，又便于統一規劃和管理訪問策略，防止安全漏洞的出現。
八、結語
SIS系統是電廠信息系統發展的方向之一。在具體實施前，必須全面考察電廠信息系統的現狀和需求，提出SIS的實現方案。其次，SIS系統涉及范圍很廣，必須清醒地認識到SIS建設不可能一蹴而就，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，調整和開發用戶最需要的功能，保證SIS建設的投資回報率。
[參考文獻]：
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[[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
