互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)分析

楊 蘭

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西寶雞721013）

在我國，工業(yè)爐是十分重要的熱能動力設(shè)備，而其實際運行效率相對較低，與國家所規(guī)定的熱效率目標(biāo)之間還存在明顯差異。工業(yè)爐不僅是主要耗能設(shè)備，還是污染設(shè)備，其中燃煤工業(yè)爐的污染物排放是主要污染源，其煙塵、二氧化硫與氮氧化物等污染物排放在全國占據(jù)了很大比例。因為工業(yè)爐量大面廣，而且比較分散，對于監(jiān)督管理部門而言，想要獲取自身區(qū)域內(nèi)部的工業(yè)爐運行動態(tài)數(shù)據(jù)難度本身就很大，也就進(jìn)一步影響了安全監(jiān)察與能耗監(jiān)測工作的順利開展。就使用企業(yè)來說，由于相關(guān)工作人員的素質(zhì)有待提升，缺乏較好的責(zé)任意識，很容易發(fā)生工業(yè)爐安全事故。再加上企業(yè)的節(jié)能意識不足，能源浪費與環(huán)境污染比較嚴(yán)重，是節(jié)能減排的重難點所在。就檢驗部門來說，進(jìn)行安全與節(jié)能檢驗都需要到現(xiàn)場進(jìn)行人工作業(yè)。所以，設(shè)計工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)各個相關(guān)機(jī)構(gòu)的多元化共同治理，對于建設(shè)能源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會而言，發(fā)揮著十分重要的作用[1]。

1 工業(yè)爐中存在的主要問題

工業(yè)爐是主要熱能動力設(shè)備，主要用于工廠動力與建筑采暖等各個領(lǐng)域，進(jìn)入新世紀(jì)后，我國工業(yè)爐制造行業(yè)就隨之實現(xiàn)了快速發(fā)展，逐漸發(fā)展成了現(xiàn)今社會中工業(yè)爐生產(chǎn)與使用最為頻繁的國家，然而其中依舊存在許多問題有待完善。其一，工業(yè)爐是一種特種專業(yè)化設(shè)施設(shè)備，但是因為專業(yè)技術(shù)人員匱乏，缺乏對其性能與參數(shù)的專業(yè)性診斷，局部問題的存在很容易引發(fā)重大安全隱患。其二，運行人員的技術(shù)素養(yǎng)與操作水平存在較大差異，難以確保工業(yè)爐的運行始終處于最好狀態(tài)，以此使得工業(yè)爐效率大大降低，運行成本明顯增大。其三，工業(yè)爐主要是利用時間制定檢修計劃，而非狀態(tài)，這就直接加大了工業(yè)爐出現(xiàn)故障的幾率，大大降低了可用性。其四，我國對工業(yè)爐的污染物排放要求十分嚴(yán)格，部分單位現(xiàn)有的工業(yè)爐難以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體改造方案的可行性也有待調(diào)整。其五，控制與診斷系統(tǒng)中存儲了大量運行數(shù)據(jù)，然而由于缺乏專業(yè)人員做數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致難以將大數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的分析功能全面發(fā)揮出來。其六，單位在行業(yè)信息渠道上存在明顯不足，對行業(yè)最新產(chǎn)品與技術(shù)缺乏了解，難以明確技術(shù)改進(jìn)的具體方向。在我國技能環(huán)保政策越來越嚴(yán)格的形勢下，工業(yè)爐存在的問題越來越突出，急需對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與診斷，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的日新月異也在很大程度上為工業(yè)爐的遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)[2]413。

2 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件

2.1.1 PLC主控系統(tǒng)

系統(tǒng)核心是PLC，自身攜帶以太網(wǎng)接入，添加一定的機(jī)架，內(nèi)部利用Profi bus現(xiàn)場總線實現(xiàn)有效銜接，以此組成工業(yè)爐PLC控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要目的是采集數(shù)據(jù)信息，并以程序為載體輸入、輸出，以此嚴(yán)格有效控制現(xiàn)場的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，從而全方位控制工業(yè)爐。

2.1.2 本地工控機(jī)

所謂本地工控機(jī)實際上就是全過程監(jiān)控工業(yè)路設(shè)施設(shè)備的整個運行流程，具備一定的獨特性功能，即數(shù)據(jù)實時查詢、打印歷史數(shù)據(jù)等。

2.1.3 監(jiān)控服務(wù)器

就一般項目來說，通常會配置兩臺監(jiān)控服務(wù)器，同時實時在線，數(shù)據(jù)能夠彼此備用，以此確保冗余。對于工業(yè)爐而言，監(jiān)控服務(wù)是遠(yuǎn)程WEB客戶端的服務(wù)器端，主要是對生產(chǎn)過程中的遠(yuǎn)程監(jiān)控、PLC程序等實施集中化管理。

2.1.4 工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊

工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊就是以獨特的S-Link技術(shù)為載體，加密遠(yuǎn)程工業(yè)數(shù)據(jù)信息，并基于協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而促使現(xiàn)場PLC與遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)之間實現(xiàn)有機(jī)通信。

2.1.5 遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)

遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)基于工業(yè)遠(yuǎn)程安全通道專線與工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊數(shù)據(jù)通信，對工業(yè)爐進(jìn)行全面監(jiān)督控制，并利用PLC程序下載，從而發(fā)揮在線診斷與維護(hù)升級等各項功能。

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)軟件

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要是由下位機(jī)編程軟件與上位機(jī)監(jiān)控軟件組成，服務(wù)器安裝Web Navigator、Data Monitor服務(wù)器端與Industrial Data Bridge選件。服務(wù)器端則是以IIS為基礎(chǔ)，將監(jiān)控軟件界面轉(zhuǎn)換成WEB頁面，以此為客戶端提供瀏覽功能，即所謂的遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)。工業(yè)遠(yuǎn)程通信軟件是通信模塊的配套軟件，基于此平臺填寫用戶名與密碼等，建立健全的網(wǎng)絡(luò)專線，以此通過網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場PLC與遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)，同時對工業(yè)爐進(jìn)行全方位實時監(jiān)控，并利用PLC程序下載，從而發(fā)揮在線診斷與維護(hù)升級等各項功能的優(yōu)勢作用[4]。

2.3 系統(tǒng)實現(xiàn)過程

2.3.1 通信軟件

以Internet為載體建立VPN專線，基于專線的詳細(xì)用戶名和密碼進(jìn)行登錄，以此實現(xiàn)工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊和遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)之間的有效連接，以此實現(xiàn)進(jìn)一步的調(diào)試和診斷。

2.3.2 遠(yuǎn)程硬件組態(tài)

工業(yè)爐PLC與遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)硬件配置信息之間相互對接，利用硬件配置信息需要提前進(jìn)行實際對比調(diào)試，在線進(jìn)行對比分析，確定相互一致，才能夠做進(jìn)一步的在線診斷與調(diào)整，避免硬件與遠(yuǎn)程診斷計算機(jī)之間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致正常運行備受影響，引發(fā)不必要的損失。

2.3.3 程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試

在硬件發(fā)生故障之后，程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試及時加以診斷，然后開始進(jìn)行，其中PLC硬件模塊的工作一直處于正常狀態(tài)下，可以下載程序，從而在線調(diào)試程序。這時需要外設(shè)信號輸出正常，以程序作為載體實現(xiàn)在線診斷。通過診斷外圍設(shè)施設(shè)備的具體狀態(tài)，及時采取措施將故障排除。程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試在工業(yè)路的后期維修與養(yǎng)護(hù)中發(fā)揮著重要作用，從而以零成本實現(xiàn)工業(yè)爐PLC程序的優(yōu)化升級[5]。

3 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)節(jié)能調(diào)整

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)節(jié)能調(diào)整流程具體如圖2所示。

圖2 節(jié)能調(diào)整對比試驗流程

3.1 傳感器對比校驗

3.1.1 壓力和氧量傳感器

對比校驗壓力傳感器，主要利用其實時測試相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并把其與蒸汽管道位置的鍋爐壓力進(jìn)行比較分析，將數(shù)據(jù)信息等全面記錄下來。對比校驗氧量傳感器的目的是同時把煙氣分析儀和氧量傳感器插入相同位置的尾部煙道上，然后測試孔的密封程度，確保完好無損，此時還需進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，加以對比校驗分析。通過檢驗，系統(tǒng)傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性都與相關(guān)要求相符。

3.1.2 溫度傳感器

對比校驗溫度傳感器實際上就是把系統(tǒng)檢測利用傳感器獲取工業(yè)爐監(jiān)測點的具體位置，在對比校驗使用熱電阻的同時，放到工業(yè)爐內(nèi)部與相同位置的尾部煙道孔內(nèi)部，并同時一時間詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)信息，以此對比溫度傳感器的精確性與穩(wěn)定性。經(jīng)過校驗分析，溫度傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性都與相關(guān)要求相符。

3.1.3 水質(zhì)硬度報警器

對比校驗水質(zhì)硬度報警器就是把工業(yè)爐內(nèi)部的軟水取樣出來，利用實驗室化驗，將化驗結(jié)果與水質(zhì)的硬度報警器上顯示的值做對比分析。通過校驗，系統(tǒng)報警器在超出設(shè)定值的時候會及時報警。

3.1.4 燃?xì)忮仩t對比試驗

在開始試驗時，工業(yè)爐初始條件應(yīng)設(shè)置在燃燒器剛啟動的狀態(tài)上，同時針對蒸汽壓力與工業(yè)爐水位等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。在試驗過程中，工業(yè)爐的運行參數(shù)會保持著周期性變化。蒸發(fā)量則利用工業(yè)爐給水流量進(jìn)行替代，試驗結(jié)束后，鍋爐水位、蒸汽壓力、鍋爐燃燒負(fù)荷都應(yīng)等同于初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。在調(diào)整節(jié)能前，工業(yè)爐在原始工況1中運行階段是周期性運行，選擇三個周期做試驗，持續(xù)時間大約為50 min。通過基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)在線功能，能夠得到調(diào)整之前工業(yè)爐運行效率的92%，以此進(jìn)行節(jié)能調(diào)整，維護(hù)與保障人員調(diào)節(jié)燃燒器配風(fēng)，通過配比調(diào)節(jié)風(fēng)量和燃料量，對工業(yè)爐的燃燒狀況進(jìn)行實時優(yōu)化。在節(jié)能調(diào)整之后，工業(yè)爐在調(diào)整工況2中運行階段同樣是周期性運行，選擇連續(xù)的三個周期做試驗，持續(xù)時間為100 min，通過基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)的在線功能在節(jié)能調(diào)整后，運行效率幾乎可以達(dá)到工業(yè)爐的95%，其中排煙氧量、空氣系數(shù)、排煙溫度都有明顯下降。

3.2 燃煤/生物質(zhì)鍋爐對比試驗

在開始試驗時，工業(yè)爐初始條件設(shè)置為鼓風(fēng)機(jī)剛啟動狀態(tài)，并詳細(xì)記錄水位、蒸汽壓力等各種參數(shù)。在試驗中，工業(yè)爐運行參數(shù)應(yīng)該一直處于周期性變化的形勢下，試驗燃燒工況確保一致。在試驗結(jié)束后，工業(yè)爐的水位、蒸汽壓力應(yīng)等同于實驗開始時的狀態(tài)。在進(jìn)行節(jié)能調(diào)整之前，工業(yè)爐在原始工況1中，持續(xù)時間是300 min，通過基于互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)在線功能，可以獲得調(diào)整之前工業(yè)爐運行效率的64%。開始節(jié)能，對風(fēng)量與燃料量配比進(jìn)行調(diào)整，從而實現(xiàn)工業(yè)爐燃燒工況的進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。在節(jié)能調(diào)整后，工業(yè)爐在調(diào)整工況2中，持續(xù)時間是90 min，通過基于互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)的在線功能調(diào)整之后，其運行效率可以達(dá)到工業(yè)爐的70%，而且煙氣含氧量與排煙溫度都有一定的下降[6-8]。

4 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐延展開發(fā)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的影響下，為工業(yè)爐制造行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)融合奠定了堅實的基礎(chǔ)。工業(yè)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)可以借助智能手機(jī)、平板電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程移動監(jiān)控或者操作，或者結(jié)合短信與微信等相關(guān)功能，實現(xiàn)定人、定時與定向提醒功能[9]。智能工業(yè)爐是工業(yè)爐系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢，構(gòu)建智能工業(yè)爐云平臺，提供工業(yè)爐節(jié)能、安全、監(jiān)測與管理等相關(guān)功能，并具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與深層數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用功能，促使工業(yè)爐實現(xiàn)真正意義上的智能化。基于云平臺，可以完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程檢測，獲取運行效率與運營成本等參數(shù)，基于專家優(yōu)化建議，可大大提高工業(yè)爐的使用效率，同時，還能夠為工業(yè)爐正常運行制定有效的運行策略與安全預(yù)警方式，從而保證生產(chǎn)效率與生產(chǎn)管理水平，降低運行成本，保證運行的正常性、安全性、可靠性，保證工業(yè)爐實現(xiàn)信息化管理[2]414。

5 結(jié)論

綜上所述，互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)具有其自身的獨特優(yōu)勢，尤其是在遠(yuǎn)程控制與診斷上，不僅可以大大節(jié)約出差成本，還可以進(jìn)一步滿足用戶的多元化需求，極具時效性與可靠性。同時，還能夠確保設(shè)備的持續(xù)性正常運轉(zhuǎn)，從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。另外，本文還對工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能校驗，經(jīng)過調(diào)整后，其現(xiàn)場傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性良好，能夠滿足工業(yè)爐運行參數(shù)的穩(wěn)定采集，系統(tǒng)采集預(yù)分析數(shù)據(jù)的主要趨勢與對比校驗儀測試的數(shù)據(jù)趨勢相一致，而且其實時數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)功能具備良好的節(jié)能效果，與環(huán)境友好型和諧社會的構(gòu)建明確相符。