煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用研究

張 松

(煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100013)

0 引 言

目前我國擁有中小型工業(yè)鍋爐約52.74萬臺，總?cè)萘?25.4萬MW[1]，廣泛應(yīng)用于電力、化工、市政供熱等行業(yè)[2-4]。隨著煤粉鍋爐技術(shù)的不斷完善，鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、實(shí)時監(jiān)控與智能控制的應(yīng)用使煤粉鍋爐自動化控制水平不斷提升[5-9]，然而鍋爐在運(yùn)行過程中仍會出現(xiàn)由于各種復(fù)雜問題而導(dǎo)致的停爐。停爐即意味企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的損失，應(yīng)及時查找鍋爐運(yùn)行中出現(xiàn)的問題并提出解決方案，因而需要鍋爐專家對鍋爐運(yùn)行狀況進(jìn)一步排查診斷[10-15]。

張立眾等人研究發(fā)現(xiàn)基于OPC和ActiveX技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鍋爐數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)布[5]。李守明研究發(fā)現(xiàn)基于GPRS網(wǎng)VPN的隧道技術(shù)分析可將數(shù)據(jù)流量強(qiáng)制到特定的目的地，并隱藏私有網(wǎng)絡(luò)地址，安全系數(shù)高[16]。

工業(yè)鍋爐停爐時需專家親臨現(xiàn)場并發(fā)現(xiàn)問題，但應(yīng)對方案的提出需基于專家耗時整理分析相關(guān)信息?，F(xiàn)有建設(shè)的鍋爐房大多在較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)，固定網(wǎng)絡(luò)很難將其完全覆蓋，傳統(tǒng)的OPC技術(shù)、GPRS技術(shù)已不能滿足鍋爐控制的要求。因此，針對煤粉工業(yè)鍋爐領(lǐng)域，應(yīng)用“新互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時預(yù)防并發(fā)現(xiàn)鍋爐的運(yùn)行問題、高效排查鍋爐事故問題以及快速解決問題，保障鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，開發(fā)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤粉鍋爐智能云平臺遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)已迫在眉睫。

遠(yuǎn)程監(jiān)控鍋爐房對象為內(nèi)蒙古神華集團(tuán)神東地區(qū)補(bǔ)連塔、寸二、保德站、石圪臺和哈拉溝共5個煤粉鍋爐房站點(diǎn)，5個站點(diǎn)均處在比較偏遠(yuǎn)的礦區(qū)，專線網(wǎng)絡(luò)未能覆蓋，中國神華能源股份有限公司下屬礦區(qū)的網(wǎng)絡(luò)狀況不佳，達(dá)不到實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控的標(biāo)準(zhǔn)。通過現(xiàn)場4G網(wǎng)絡(luò)狀況調(diào)查，聯(lián)通4G信號最佳傳輸速率達(dá)4M/S，符合遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)施方案

1.1 硬件構(gòu)架

構(gòu)建北京和神東2個煤粉鍋爐遠(yuǎn)程集控中心，以Gate Manager數(shù)據(jù)服務(wù)器為中心，通過現(xiàn)場安裝Site Manager 4G遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)北京和神東集控中心與現(xiàn)場各鍋爐站點(diǎn)的指令發(fā)出與接收，從而使鍋爐房的PLC設(shè)備信息可上傳至Gate Manager服務(wù)器；移動端和電腦端可遠(yuǎn)程訪問現(xiàn)場PLC設(shè)備，并通過人機(jī)界面展現(xiàn)給相關(guān)專業(yè)工程師，實(shí)時查看鍋爐運(yùn)行狀態(tài)以及PLC程序。北京與神東集控中心的煤粉鍋爐遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)存儲

現(xiàn)場PLC采集的數(shù)據(jù)可通過Site Manager遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)傳至Gate Manager服務(wù)器，先存儲于數(shù)據(jù)采集主機(jī)，然后通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可上傳至云端存儲，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器具有防火墻功能。其數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)如圖2所示。

1.3 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

通過云端或服務(wù)器采集的鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)，對鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整合，分為設(shè)備管理數(shù)據(jù)、故障異常記錄、鍋爐運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)三大類，分別對三大類數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，總結(jié)出鍋爐的最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)、事故處理方法和專家會診結(jié)果，根據(jù)數(shù)據(jù)整合結(jié)果編制數(shù)據(jù)分析程序，從而最終實(shí)現(xiàn)鍋爐的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所述數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)如圖3所示。

煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)具有以下4個功能:

(1)監(jiān)視鍋爐設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。即運(yùn)用該數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，可對各鍋爐子系統(tǒng)主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。

圖1 北京與神東集控中心的煤粉鍋爐遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.1 Data remote acquisition system of pulverized coal boiler in monitoring center of Beijing and Shendong

圖2 煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)Fig.2 Data storage system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

圖3 煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)Fig.3 Data analysis system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

(2)異常、故障和事故處理記錄。遠(yuǎn)程控制中心能快速獲得整個鍋爐全系統(tǒng)的設(shè)備故障信息，并按需要進(jìn)行報(bào)警、記錄、打印和歸檔。 由于各鍋爐及輔機(jī)系統(tǒng)的分散性和復(fù)雜性，及時獲得工藝系統(tǒng)運(yùn)行的異常信息對安全生產(chǎn)十分重要。遠(yuǎn)程控制中心能夠在秒級時間內(nèi)捕捉系統(tǒng)的各種故障信息，并區(qū)分故障性質(zhì)的不同情況，采用顯示、聲光報(bào)警、記錄、打印和歸檔的方法進(jìn)行處理。

(3)設(shè)備管理。設(shè)備管理主要針對公司管轄范圍內(nèi)重點(diǎn)能源設(shè)備進(jìn)行管理，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理、設(shè)備故障、設(shè)備維護(hù)、機(jī)旁備件管理、設(shè)備隱患管理等。

(4)鍋爐故障自診斷。編制煤粉鍋爐數(shù)據(jù)分析程序，實(shí)現(xiàn)鍋爐故障自診斷，維持鍋爐高經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行。

2 系統(tǒng)調(diào)試及程序編寫

2.1 硬件設(shè)備安裝

在北京總部安裝1臺Gate Manager服務(wù)器，申請公網(wǎng)IP119.40.55.119、內(nèi)網(wǎng)IP10.10.14.105。在5個鍋爐房各安裝1臺Site Manager 4G遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)通過交換機(jī)連入現(xiàn)場PLC系統(tǒng)。其硬件設(shè)備如圖4所示。

圖4 煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)置Fig.4 Hardware setup of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.2 設(shè)備調(diào)試

通過內(nèi)網(wǎng)或公網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址登陸Gate Manager服務(wù)器，配置各站PLC模塊地址，此次設(shè)定均為192.168.2.X 網(wǎng)段。在Site Manager 4G遠(yuǎn)程網(wǎng)關(guān)插入聯(lián)通4G網(wǎng)卡。經(jīng)過一系列地址和網(wǎng)關(guān)的設(shè)定后重啟服務(wù)器，登陸公網(wǎng)IP觀看各站數(shù)據(jù)連接狀態(tài)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)連接狀態(tài)如圖5所示。

圖5 煤粉鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)連接狀態(tài)Fig.5 Data connection status of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.3 數(shù)據(jù)分析程序

當(dāng)氧含量、溫度等參數(shù)超過報(bào)警設(shè)定值時，觸發(fā)自動預(yù)警功能，并在人機(jī)組態(tài)界面上提示(包括語音提示)。

當(dāng)回水壓力、出水流量等參數(shù)異常并達(dá)到停爐設(shè)定值時，鍋爐自動停爐，并在人機(jī)組態(tài)界面上提示停爐原因，并給出處理方法。

3 應(yīng)用實(shí)例

北京和神東集控中心監(jiān)控大屏上可以監(jiān)視和操作補(bǔ)連塔、石圪臺、保德、寸二和哈拉溝鍋爐房的上位機(jī)組態(tài)畫面，歷史數(shù)據(jù)查詢正常。以補(bǔ)連塔為例，上位機(jī)組態(tài)畫面如圖6所示，鍋爐系統(tǒng)的歷史存儲數(shù)據(jù)見表1。

表1 鍋爐系統(tǒng)的歷史存儲數(shù)據(jù)
Table 1 The historical data storage of boiler system

時間爐膛負(fù)壓/Pa爐膛溫度1/℃爐膛溫度2/℃爐膛出口煙溫/℃排煙溫度/℃17:1504340483817:20178789837768517:2520188579531811517:3020987285132011517:3519988486432011517:4019789085532111817:4520487685432111817:50201884854322118

4 結(jié) 語

(1)遠(yuǎn)程控制、調(diào)試與維護(hù)。通過一級、二級監(jiān)控室的硬件搭建，實(shí)現(xiàn)毫秒級別的遠(yuǎn)程控制，在鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定條件下實(shí)現(xiàn)無人值守，大幅提升鍋爐的控制水平。通過云平臺服務(wù)中心的監(jiān)視主機(jī)及歷史數(shù)據(jù)查詢可有效查看現(xiàn)場鍋爐房的鍋爐運(yùn)行狀態(tài)，出現(xiàn)問題時及時查找原因并能遠(yuǎn)程上傳下載程序，及時解決問題并減少企業(yè)差旅費(fèi)用的支出。

圖6 鍋爐系統(tǒng)的上位機(jī)組態(tài)畫面Fig.6 Configuration screen of upper computer of boiler system

(2)遠(yuǎn)程故障診斷。通過數(shù)據(jù)中心存儲的數(shù)據(jù)，根據(jù)鍋爐專家的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對鍋爐常見故障及低效率運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，可更好地維護(hù)保養(yǎng)鍋爐，從而使鍋爐運(yùn)行更安全、更經(jīng)濟(jì)。

(3)遠(yuǎn)程加密。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對項(xiàng)目工程程序進(jìn)行實(shí)時加密，大幅提高系統(tǒng)的加密功能。