物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在現(xiàn)代化電站中的應(yīng)用展望

杜傳利

(四川華能涪江水電有限責(zé)任公司,四川綿陽(yáng) 622550)

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)的概念起源于 1995年比爾蓋茨所著的《未來(lái)之路》一書(shū),但迫于當(dāng)時(shí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等硬件和軟件的發(fā)展,并未引起重視。時(shí)至 2005年,國(guó)際電信聯(lián)盟在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)上正式發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告 2005:物聯(lián)網(wǎng)》,才有了正式的物聯(lián)網(wǎng)概念。

物聯(lián)網(wǎng)(TheInternetofthings)即通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),進(jìn)行信息交換和通訊,以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。按字面意思理解,物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。其包括兩層含義:第一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通訊。

通過(guò) RFID、GPS、傳感等技術(shù),所有物品都將賦予生命,人們可以隨時(shí)隨地通過(guò)手中的終端了解到任何物品的狀況等信息,也將使得人類(lèi)生活水平愈加高質(zhì)量。此外,物聯(lián)網(wǎng)概念的問(wèn)世,打破了之前的傳統(tǒng)思維。過(guò)去的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和 IT基礎(chǔ)設(shè)施分開(kāi):一方面是機(jī)場(chǎng)、公路、建筑物,而另一方面是數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、寬帶等。而在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施,在此意義上,基礎(chǔ)設(shè)施更像是一塊新的地球工地,世界的運(yùn)轉(zhuǎn)就在它上面進(jìn)行,其中包括經(jīng)濟(jì)管理、生產(chǎn)運(yùn)行、社會(huì)管理乃至個(gè)人生活等。

2 物聯(lián)網(wǎng)在電站中的應(yīng)用

筆者針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,結(jié)合涪江公司電站數(shù)字化建設(shè)的進(jìn)程,對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電站中的應(yīng)用進(jìn)行了展望,以應(yīng)對(duì)新技術(shù)的不斷沖擊。

火溪河流域四個(gè)梯級(jí)電站以及干流上正在開(kāi)發(fā)的電站的建設(shè)及生產(chǎn)模式大致相同,主要分為主機(jī)、輔機(jī)、電氣、監(jiān)控、通信等幾大塊,這幾大塊設(shè)備分布在廠房、GIS樓等各個(gè)生產(chǎn)區(qū)域,設(shè)備較多,分布較廣,雖然已分門(mén)別類(lèi)的加以管理,但是缺乏有效的整體管理,設(shè)備及其零部件安裝之后,無(wú)法有效建立起單一設(shè)備或零部件的個(gè)人檔案.物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的 EPC標(biāo)識(shí)碼能很好的解決這個(gè)問(wèn)題,與條碼一樣,產(chǎn)品電子碼用一串?dāng)?shù)字代表產(chǎn)品制造商和產(chǎn)品類(lèi)別,不同的是 EPC,還外加了第三組數(shù)字,標(biāo)識(shí)每一件單品,通過(guò)編碼可以達(dá)到全球唯一標(biāo)示。存儲(chǔ)在 EPC標(biāo)簽微型晶片中的唯一資訊就是這些數(shù)字。EPC還可以與數(shù)據(jù)庫(kù)里的大量數(shù)據(jù)相聯(lián)系,包括產(chǎn)品的生產(chǎn)地點(diǎn)和日期、有效日期、應(yīng)用于何地、何時(shí)安裝于此、該產(chǎn)品的 KKS編碼、有無(wú)維修記錄、取自哪個(gè)庫(kù)房等。而且,隨著產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移或變化,這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。通過(guò)安裝在廠房和 GIS樓的 RFID(射頻識(shí)別技術(shù))可以周期性或?qū)崟r(shí)的對(duì)設(shè)備進(jìn)行掃描,可以將采集到的信息送往中間處理環(huán)節(jié),并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者是內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)送往中心服務(wù)器,從而可以對(duì)廠房?jī)?nèi)的設(shè)備進(jìn)行刷新,就可以查詢?cè)O(shè)備及零部件的在位狀態(tài)及其相關(guān)的“個(gè)人信息”。

同時(shí),可以將該技術(shù)應(yīng)用到電站的庫(kù)房管理,通過(guò)對(duì)庫(kù)房及廠房設(shè)備和零部件的 EPC標(biāo)簽,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電站相關(guān)設(shè)備的統(tǒng)一、有序的管理。通過(guò)在庫(kù)房和生產(chǎn)區(qū)域門(mén)口設(shè)置的 EFID射頻識(shí)別設(shè)備,可以對(duì)進(jìn)出庫(kù)房和生產(chǎn)區(qū)域的設(shè)備進(jìn)行記錄,并將記錄的信息送入庫(kù)房管理分服務(wù)器,實(shí)時(shí)刷新數(shù)據(jù)庫(kù)的狀態(tài),自動(dòng)完成入庫(kù)和出庫(kù)的管理,從而大大的節(jié)省了庫(kù)房管理的繁雜程度。

當(dāng)然,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅僅是識(shí)別技術(shù),其中重要的一條特征就是物品和物品之間進(jìn)行信息交換和通信,就是把感應(yīng)器嵌入和裝備到電網(wǎng)、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統(tǒng)、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)整合起來(lái),實(shí)現(xiàn)人類(lèi)社會(huì)與物理系統(tǒng)的整合,在這個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中,存在能力超級(jí)強(qiáng)大的中心計(jì)算機(jī)群,能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施實(shí)時(shí)的管理和控制,在此基礎(chǔ)上,人類(lèi)可以以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活,達(dá)到“智慧”狀態(tài),從而提高資源利用率和生產(chǎn)力水平,改善人與自然間的關(guān)系。

具體到電站的應(yīng)用,就是利用無(wú)線傳感技術(shù)將各種傳感器和控制器安裝到電站的機(jī)組設(shè)備、電氣設(shè)備、輔機(jī)設(shè)備和廠房鋼筋混凝土、電力線以及各種零部件中,實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)責(zé)區(qū)域的溫度、濕度、壓力、電壓電流甚至是氣味的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制,代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的儀表。同時(shí),通過(guò)遍及電站區(qū)域的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)(可以是 RFID、CDMA或者是 Wifi等技術(shù)覆蓋)實(shí)現(xiàn)傳感器與傳感器之間的互相通信,也可實(shí)現(xiàn)傳感器與中心服務(wù)器的互聯(lián),從而構(gòu)成了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)。

由無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域處理器組成了一個(gè)小型的自助處理系統(tǒng),對(duì)傳感器的信息進(jìn)行采集、處理和過(guò)濾,把經(jīng)過(guò)確認(rèn)的、必要的信息送至中央處理器,對(duì)不影響設(shè)備正常運(yùn)行的信息自行進(jìn)行處理和監(jiān)視。例如:當(dāng)主機(jī)的溫度傳感器探測(cè)到溫度過(guò)高時(shí),該傳感器可以與周?chē)臐穸葌鞲衅鳌⒒鹧嫣綔y(cè)器以及機(jī)組功率甚至是氣味傳感器進(jìn)行信息交流來(lái)判定該溫度值是否合理、是否需要向中心服務(wù)器報(bào)警、是否需要自行控制其他控制器來(lái)協(xié)調(diào)等,進(jìn)而完成信息的預(yù)處理。

同時(shí),各個(gè)分布的區(qū)域處理單元共同組建成一個(gè)大的電站分布式智能系統(tǒng),該系統(tǒng)滲透到電站生產(chǎn)管理的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)部分,包括主機(jī)、輔機(jī)、電氣 、安防 、照明 、通風(fēng) 、消防 、通信 、水工 、結(jié)構(gòu) 、庫(kù)房 、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等以及生產(chǎn)中的各種流程。電站分布式智能系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成對(duì)各個(gè)區(qū)域處理單元送上來(lái)的信息進(jìn)行分析、處理。也可以針對(duì)某項(xiàng)功能去采集或啟動(dòng)某個(gè)區(qū)域處理單元、某個(gè)傳感或控制器件。整個(gè)電站分布式智能系統(tǒng)就像是一個(gè)有機(jī)生命體,各個(gè)區(qū)域既完成自己特定的功能,又和其他單元或器件發(fā)生作用,最后又由電站智能系統(tǒng)的中心服務(wù)器調(diào)動(dòng)各個(gè)單元完成規(guī)定的功能,并把它們組成一個(gè)整體,而幾個(gè)電站聯(lián)合起來(lái)就構(gòu)成了一個(gè)更大的、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)。

該系統(tǒng)具有相當(dāng)高的智能。比如:檢修人員在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中開(kāi)了一張工作票,該工作票的相關(guān)信息進(jìn)入智能系統(tǒng)分析,將所需的工具或設(shè)備在庫(kù)房的位置自動(dòng)列出,如果庫(kù)房沒(méi)有,將會(huì)提示用戶,檢修人員在庫(kù)房取走工具或設(shè)備準(zhǔn)備計(jì)入廠房工作時(shí),RFID會(huì)自動(dòng)識(shí)別工作負(fù)責(zé)人的身份開(kāi)啟大門(mén)和照明系統(tǒng),同時(shí)對(duì)帶入廠房的工具和設(shè)備進(jìn)行掃描識(shí)別,如果發(fā)現(xiàn)檢修人員沒(méi)帶工作票所需工具時(shí),系統(tǒng)會(huì)通過(guò)語(yǔ)音、短信等方式提醒工作負(fù)責(zé)人。

3 對(duì)設(shè)備的要求

如此智能和復(fù)雜的設(shè)備對(duì)中心服務(wù)器的處理能力的要求相當(dāng)高,需要借助于小型機(jī)來(lái)處理,甚至需要借助小型機(jī)組成的機(jī)群來(lái)應(yīng)對(duì)大量的數(shù)據(jù)和流程處理,以滿足系統(tǒng)對(duì)電站業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí),各個(gè)電站的中心服務(wù)器在中心服務(wù)器出現(xiàn)故障的時(shí)候能獨(dú)立支撐起本電站的各種業(yè)務(wù),保證電站對(duì)系統(tǒng)安全性的要求。同時(shí),針對(duì)中心服務(wù)器數(shù)據(jù)計(jì)算量大,實(shí)時(shí)性強(qiáng)的瓶頸,可以采用云計(jì)算的方式,將中心服務(wù)器的業(yè)務(wù)分配給各個(gè)電站的中心服務(wù)器,若各個(gè)電站的中心服務(wù)器處理不過(guò)來(lái),則可以分配給下面的中間服務(wù)器,最終滿足用戶對(duì)于信息處理的要求,甚至可以與互聯(lián)網(wǎng)相連,充分利用網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器分布計(jì)算,達(dá)到充分利用資源、發(fā)揮通信網(wǎng)絡(luò)的互通優(yōu)勢(shì)。

如此高科技的平臺(tái)需要高性能、高可靠性通信網(wǎng)絡(luò)的支撐,建立高速、雙向、實(shí)時(shí)、集成的通信系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電站物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因?yàn)榛谖锫?lián)網(wǎng)的各種標(biāo)簽、傳感器、數(shù)據(jù)流等都需要這樣的通信系統(tǒng)的支撐,這是邁向智能系統(tǒng)的第一步,該系統(tǒng)不僅滿足上述要求,同時(shí)要實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫覆蓋,利用基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)、Wifi、CDMA網(wǎng)絡(luò)、GPS網(wǎng)、RFID網(wǎng)等完成生產(chǎn)區(qū)域、辦公區(qū)域甚至是全流域的無(wú)線覆蓋,并結(jié)合有線通信網(wǎng)絡(luò),為基于物聯(lián)網(wǎng)的智能系統(tǒng)提供有力的通信保障。同時(shí),通信網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)是一種智能網(wǎng)絡(luò),具有自愈能力,在某一條通信線路中斷的情況下能自動(dòng)尋找并切換到其他路由,無(wú)需人為干預(yù)。在這一技術(shù)領(lǐng)域,主要有兩個(gè)方面的技術(shù)需要重點(diǎn)關(guān)注,其一就是開(kāi)放的通信架構(gòu),它形成了一個(gè)“即插即用”的環(huán)境,使物聯(lián)網(wǎng)元件之間能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的通信;其二是統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),它能使所有的傳感器、智能電子設(shè)備(IEDs)以及應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的通信,也就是信息在所有這些設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠得到完全的理解,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備和設(shè)備之間、設(shè)備和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)和系統(tǒng)之間的互操作功能。這就需要電廠、設(shè)備制造企業(yè)以及標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)進(jìn)行通力的合作,才能實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的互聯(lián)互通。

4 具體實(shí)際,展望發(fā)展

目前火溪河流域梯級(jí)電站的監(jiān)控系統(tǒng)是以傳感器來(lái)探測(cè)模擬量和數(shù)字量,用模擬輸出或數(shù)字輸出來(lái)控制輸出,以現(xiàn)地邏輯控制器來(lái)控制某一具體設(shè)備,通過(guò) MODBUS協(xié)議和一些現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信,通過(guò) LCU來(lái)控制整個(gè)電站的監(jiān)控系統(tǒng),具備了一些物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算的特征。但是,其智能化程度不高,協(xié)議不統(tǒng)一,計(jì)算能力有限,聯(lián)網(wǎng)單元較少,具有很大的升級(jí)空間。

以目前的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展看,要實(shí)現(xiàn)所描繪的功能還有一段路要走,目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要關(guān)注于射頻識(shí)別,對(duì)于智能傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)展還有待于進(jìn)一步,協(xié)議規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)也需要時(shí)間來(lái)完成,云計(jì)算等先進(jìn)的處理方式也有待于發(fā)展,同時(shí),對(duì)通信的發(fā)展要求也很高。不過(guò),技術(shù)的發(fā)展日新月異,可以相信:只要我們不斷提出更高的要求,那么,社會(huì)上的科技力量就會(huì)不斷進(jìn)步,從而推動(dòng)設(shè)備的不斷發(fā)展。