熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】隨著技術(shù)的進(jìn)步，熱電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控走向現(xiàn)實(shí)。文章在介紹了電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控現(xiàn)狀后，分析了水汽處理流程，進(jìn)行了功能分析，并提出了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層三部分組成的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。在此基礎(chǔ)上，對(duì)軟件設(shè)計(jì)和可靠性進(jìn)行了深入的研究，系統(tǒng)運(yùn)行后，得到了充分的認(rèn)可。

【關(guān)鍵詞】水汽品質(zhì);監(jiān)控;網(wǎng)絡(luò);可靠性

各行各業(yè)的發(fā)展都離不開電力的支持，為了保證電廠的安全生產(chǎn)，電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)就非常必要。起初遠(yuǎn)程監(jiān)控功能用于PC用戶在離開辦公室的時(shí)候能訪問臺(tái)式PC硬盤中的信息，甚至可以通過其臺(tái)式PC訪問企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源。但隨著通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)愈來愈完善，Internet技術(shù)已經(jīng)滲透到日常生活和工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，包括工業(yè)控制方面，這使得電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。

1.熱電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控

熱電廠實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)化工廠，由于電能尚且不能大量存儲(chǔ)，而且熱力設(shè)備眾多、熱力系統(tǒng)龐大、生產(chǎn)過程復(fù)雜。在這個(gè)過程中，應(yīng)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在機(jī)組運(yùn)行檢測(cè)、控制和管理上的作用，控制發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備在優(yōu)良的狀態(tài)下運(yùn)行，最大限度地發(fā)揮機(jī)組設(shè)計(jì)效率。由于各局部生產(chǎn)過程之間的狀態(tài)相互影響較大，而且各主要生產(chǎn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性之間存在很大的差異，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)控制，必須具備協(xié)調(diào)不同運(yùn)行設(shè)備工作的功能。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為一體的產(chǎn)品，是指具有數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是人們常說的SCADA系統(tǒng)。具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便和可靠性高等特點(diǎn)，它可以方便地用于工業(yè)裝置的生產(chǎn)控制和經(jīng)營管理。在這個(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)直接參與被監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制。由于遠(yuǎn)程監(jiān)控的對(duì)象是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，這就要求整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該完備的考慮以下幾點(diǎn)：首先，要可靠性和容錯(cuò)性，即要求在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，能夠自動(dòng)或半自動(dòng)地（需人工干預(yù)）采取相應(yīng)的措施，保證系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.系統(tǒng)功能分析與設(shè)計(jì)

水汽品質(zhì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)傳感器取得采樣值，然后經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)控制測(cè)量設(shè)備對(duì)采樣值進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)處理，再通過網(wǎng)絡(luò)把處理后的數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端監(jiān)控站與服務(wù)器，從而使遠(yuǎn)端監(jiān)控站和遠(yuǎn)程服務(wù)器可以對(duì)數(shù)據(jù)和狀態(tài)值進(jìn)行集中的管理。

2.1 水汽系統(tǒng)水處理流程

圖1 發(fā)電廠水處理流程

圖1是電廠水汽系統(tǒng)流程圖，補(bǔ)給水是在原水經(jīng)各種工藝處理后，補(bǔ)充因鍋爐汽水損失的水。由于給水直接進(jìn)入鍋爐，故對(duì)其水質(zhì)必須加以嚴(yán)格控制，以防止設(shè)備的結(jié)垢與腐蝕。然后進(jìn)入鍋爐，在鍋爐本體蒸發(fā)系統(tǒng)中運(yùn)行的水，則稱為爐水。給水經(jīng)省煤器提高溫度后進(jìn)入蒸發(fā)管（爐堂內(nèi)側(cè)的上升管），然后由下降管（爐堂外測(cè)）經(jīng)下聯(lián)箱進(jìn)入蒸發(fā)管。在蒸發(fā)過程中，水吸熱成為水汽混合物，又返回汽包形成循環(huán)回路，這就是鍋爐的爐水系統(tǒng)。如爐水的水質(zhì)不嚴(yán)格控制，就會(huì)導(dǎo)致水汽系統(tǒng)的結(jié)垢與腐蝕。水與汽在氣包中得到分離后，產(chǎn)生的飽和蒸汽經(jīng)過熱器轉(zhuǎn)為過熱蒸汽進(jìn)入氣輪機(jī)。整個(gè)流程是由原水經(jīng)處理后-gt;補(bǔ)給水經(jīng)給水泵使給水進(jìn)入鍋爐后，依次經(jīng)過預(yù)熱段-gt;蒸發(fā)段-gt;過熱段-gt;過熱蒸汽-gt;汽輪機(jī)排汽經(jīng)凝汽器-gt;凝結(jié)水-gt;經(jīng)處理后返回給水系統(tǒng)。

2.2 功能分析

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)有兩種類型，一種是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)沒有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，而是將數(shù)據(jù)采集后直接送到遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理;另一種是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控并存，這里選擇采用后一種方式，即有現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)以下一些功能：

1）數(shù)據(jù)傳輸與處理功能：主要是把生產(chǎn)過程中采集的各種模擬或數(shù)字量，通過串口和網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器和遠(yuǎn)程監(jiān)控站與服務(wù)器并進(jìn)行相應(yīng)處理，同時(shí)通過EXCEL表把數(shù)據(jù)顯示給用戶。

2）管理功能：管理人員能夠通過IE瀏覽器監(jiān)測(cè)到系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、現(xiàn)場(chǎng)工作人員的工作記錄等。

3）存儲(chǔ)功能：對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)加以存儲(chǔ)。

4）冗余容錯(cuò)技術(shù)：使用雙網(wǎng)、雙機(jī)熱備、冗余等技術(shù)保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

5）安全與報(bào)警功能：利用己有的有效數(shù)據(jù)、圖像、報(bào)表等對(duì)工況進(jìn)行分析、故障診斷、險(xiǎn)情預(yù)測(cè)，并以聲、光、電的形式對(duì)故障和突發(fā)事件報(bào)警。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

完整的基于Intranet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可劃分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層和遠(yuǎn)程監(jiān)控層，它們相互獨(dú)立，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來，如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浞謱?/p>

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層是由安裝在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能儀表、采集器等各種具有數(shù)據(jù)采集功能的智能設(shè)備以及其采用的總線和協(xié)議組成。與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層采用RS-485總線進(jìn)行串口傳輸，現(xiàn)場(chǎng)模塊不斷的采集現(xiàn)場(chǎng)原始數(shù)據(jù)，在它們不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)處于監(jiān)聽模式，主機(jī)對(duì)一個(gè)模塊發(fā)出一個(gè)帶地址的命令，然后等待模塊的相應(yīng)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)，完成各種控制、運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警等功能，另外還包括控制組態(tài)的設(shè)計(jì)?？梢哉f現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層是整個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由多個(gè)數(shù)據(jù)處理器子站構(gòu)成，通過控制網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層進(jìn)行數(shù)據(jù)交換?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求比較高，它要保證系統(tǒng)采樣的實(shí)時(shí)性以及系統(tǒng)對(duì)各種操作的響應(yīng)時(shí)間要求，而采用RS-485串口通信可以滿足水汽品質(zhì)系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。遠(yuǎn)程監(jiān)控層以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控層為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)，通過通信對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分類管理，并通過企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS）發(fā)布數(shù)據(jù)，這一部分的實(shí)現(xiàn)使得遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能得到延伸和完善。

3.軟件開發(fā)與可靠性研究

系統(tǒng)采用C/S與B/S編程模式相結(jié)合的軟件結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水汽品質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，而且能夠通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和共享。

3.1 程序設(shè)計(jì)

C/S模式的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能是：遠(yuǎn)端用戶可以通過客戶端應(yīng)用程序在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的工作情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);遠(yuǎn)程用戶可以通過虛擬界面向現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層發(fā)送控制命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。監(jiān)控程序需要專門創(chuàng)建一個(gè)線程來處理串口數(shù)據(jù)，接收串口采集來的數(shù)據(jù)并予以顯示。系統(tǒng)必須對(duì)端口進(jìn)行配置，以完成串口的采集。

對(duì)于遠(yuǎn)空間距離的技術(shù)人員和廠級(jí)管理人員需要觀測(cè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的變化，可以通過以TCP/IP為核心協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)?；贐/S方式的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集層為基礎(chǔ)的，而數(shù)據(jù)采集層實(shí)際上包括了設(shè)備層和監(jiān)控層，前面已經(jīng)對(duì)設(shè)備層和監(jiān)控層進(jìn)行了設(shè)計(jì)，監(jiān)控層是實(shí)現(xiàn)對(duì)采集數(shù)據(jù)的處理、顯示，對(duì)設(shè)備層的管理、控制，同時(shí)將處理過的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中，因而監(jiān)控層又是數(shù)據(jù)庫與設(shè)備層之間的橋梁。ASP技術(shù)是Browser/Server模式下編制動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁的一種很理想的工具，它支持ActiveX控件和動(dòng)態(tài)HTML，能實(shí)現(xiàn)用戶的編程要求。ASP根據(jù)訪問數(shù)據(jù)庫的結(jié)果集生成HTML語言的主頁返回給瀏覽器端。利用ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。

圖3 ASP技術(shù)實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫流程

整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況是：用戶通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器查詢網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器提供的數(shù)據(jù)頁面并發(fā)出請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求查詢數(shù)據(jù)庫，并向用戶返回查詢結(jié)果。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析

熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性從總體上考慮主要是四部分，分別是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠性、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的可靠性、硬件的可靠性及軟件的可靠性。在未采取可靠性措施前，系統(tǒng)都是串聯(lián)結(jié)構(gòu)的，即系統(tǒng)的每一個(gè)部分都相當(dāng)重要，任何一部分發(fā)生故障整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)受到牽連。所以我們必須采取一定的冗余措施，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行備份，熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)備份可靠性框圖分別如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)備份可靠性框圖

適當(dāng)采取冗余措施，能大大提高系統(tǒng)可靠性，并且采用模塊備份能得到比系統(tǒng)備份更大的可靠性。除此之外，遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)部分采用雙機(jī)熱備份方式，從機(jī)與主機(jī)之間的監(jiān)聽采取請(qǐng)求與應(yīng)答的方式，從機(jī)以一定的時(shí)間間隔向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，主機(jī)應(yīng)答表示工作正常，主機(jī)如果沒有作出應(yīng)答，從機(jī)將切斷主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，立即與現(xiàn)場(chǎng)工作站進(jìn)行握手連接。

4.總結(jié)

本文論述的熱電廠水汽品質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于Intranet的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，它將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和控制技術(shù)結(jié)合起來，進(jìn)行了C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）相結(jié)合的軟件設(shè)計(jì)，不僅實(shí)現(xiàn)了水汽品質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)控，而且能夠通過瀏覽器（比如IE瀏覽器）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)查詢和共享。同時(shí)為提高系統(tǒng)的可靠性，分別對(duì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)、軟件及硬件這四個(gè)方面進(jìn)行了可靠性設(shè)計(jì)。工作人員不必親臨現(xiàn)場(chǎng)（尤其在惡劣環(huán)境下）就可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工作情況進(jìn)行監(jiān)控，完成參數(shù)設(shè)置與調(diào)整，進(jìn)行故障恢復(fù)等，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;通過遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，可以加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部合作，可以更合理的安排生產(chǎn)，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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