基于KingView的某沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)測軟件設(shè)計

許繼旭 范永鋒 陳珉琪 周琪凱

摘要：采用國產(chǎn)化的KingView組態(tài)軟件進行某沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)工程師站點監(jiān)測平臺的設(shè)計開發(fā)，該監(jiān)測平臺集通信、數(shù)據(jù)采集、運維數(shù)據(jù)監(jiān)測、報警及數(shù)據(jù)記錄、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能于一體，已投入到多個項目的實際工程應用中，實踐證明，其具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng);監(jiān)測軟件;KingView

中圖分類號：S216.4;TP274? 文獻標志碼：A? 文章編號：1671-0797（2022）03-0010-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.03.003

0? ? 引言

在我國，由燃氣內(nèi)燃機驅(qū)動的沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，利用畜禽養(yǎng)殖場的動物糞便或餐廚垃圾發(fā)酵后獲得的沼氣作為燃料。該系統(tǒng)集發(fā)電、余熱利用于一體，因其充分利用沼氣這種“變廢為寶”的清潔能源，且系統(tǒng)綜合能源利用率高，在國家大力實施節(jié)能減排，綠色低碳的政策引導下，一批熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)項目逐漸上馬，項目發(fā)電機裝機容量及數(shù)量也不斷增加。熱電聯(lián)產(chǎn)項目中，一般機組都是連續(xù)不間斷運行，同時項目中單機系統(tǒng)涉及的設(shè)備有燃氣發(fā)動機、同步發(fā)電機、余熱回收利用裝置等，需監(jiān)測數(shù)據(jù)多達上千條。一個項目如果涉及多臺機組，在運維人員有限的情況下，項目的運維難度則成倍增加。針對此問題，本監(jiān)測軟件充分利用KingView的性價比優(yōu)勢及數(shù)據(jù)字典功能，實現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)采集存儲及主要參數(shù)的監(jiān)測報警、聲音提示等功能，可以有力地支持現(xiàn)場運維工作。

本文主要介紹現(xiàn)場通信的架構(gòu)設(shè)計、軟件開發(fā)的流程，開發(fā)流程涉及數(shù)據(jù)字典中的變量定義、通信測試、界面設(shè)計等主要的設(shè)計步驟。

1? ? 創(chuàng)建工程、添加設(shè)備

監(jiān)控系統(tǒng)的通信連接如圖1所示，系統(tǒng)中涉及的下位機通信設(shè)備有余熱利用控制器、自用電測量多功能表、機組控制器、煙氣脫硝控制器。余熱控制PLC采用西門子品牌，通信采用西門子S7通信協(xié)議，其他設(shè)備的通信協(xié)議采用工業(yè)標準的Modbus，串口設(shè)備的數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)由Modbus RTU轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的Modbus TCP進行傳輸。

新建工程后，根據(jù)圖1添加待通信的下位機設(shè)備，并設(shè)計對應的設(shè)備通信地址和端口。原則上根據(jù)設(shè)備數(shù)據(jù)通信量和設(shè)備類型，選擇開啟的線程數(shù)量。軟件上建立的邏輯設(shè)備如圖2所示，監(jiān)測平臺從機組控制器采集的數(shù)據(jù)量較大，兩臺機組控制器的連接分別開啟獨立的線程;其他同類型的設(shè)備，如余熱控制PLC、自用電多功能表、脫硝控制器分別開啟一個線程，分別建立兩臺設(shè)備的連接。

2? ? 測試通信

如上所述，KingView的設(shè)備管理窗口列出了軟件中配置的I/O設(shè)備的邏輯名稱、設(shè)備名稱、通信端口和通信地址等。設(shè)備名稱代表相應的設(shè)備驅(qū)動程序。按照設(shè)備管理窗口中設(shè)計的地址分配，設(shè)置相應下位機通信設(shè)備的地址及端口等參數(shù)。KingView運行時會自動加載相應的設(shè)備驅(qū)動程序與下位機對象設(shè)備建立通信。建立一個畫面，添加多個文本控件，連接不同對象的I/O變量，進行通信測試。

3? ? 添加變量

經(jīng)初步統(tǒng)計，此熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)包含I/O監(jiān)測變量約2 000個，中間變量根據(jù)監(jiān)測畫面的需要在軟件中自行設(shè)定。I/O監(jiān)測變量又分為主要用于數(shù)據(jù)監(jiān)測的模擬量、開關(guān)量，用于報警傳遞的數(shù)字開關(guān)量。對于如此數(shù)量的變量，如果單獨分別建立變量，平臺的設(shè)計及維護將極為不便。此時，可利用KingView中的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)類型，針對系統(tǒng)中的相同對象建立一個結(jié)構(gòu)體模板，然后在實時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)字典中利用結(jié)構(gòu)體模板，針對每個對象建立對應的結(jié)構(gòu)變量。利用這種方法可大大減少變量定義的工作量，易于查找同樣的連接錯誤，提高效率。系統(tǒng)中用到的結(jié)構(gòu)變量定義如圖3所示。

4? ? 數(shù)據(jù)存儲配置

為了保證重要數(shù)據(jù)的可追溯性，便于后期的故障分析和處理，對于下位機通信對象的重要工藝數(shù)據(jù)，如發(fā)動機的油壓、水壓、排煙溫度，余熱利用裝置上的進出水溫度等數(shù)據(jù)，平臺需要配置歷史數(shù)據(jù)庫用于數(shù)據(jù)存儲;對于通信對象的報警變量需要設(shè)置報警存儲數(shù)據(jù)庫。因此，正確的數(shù)據(jù)庫配置，對于保證數(shù)據(jù)的按需存儲極為重要。歷史數(shù)據(jù)存儲采用KingView的歷史庫，存儲于本地磁盤空間，具體配置如圖4所示。KingView可以與支持ODBC訪問接口的數(shù)據(jù)庫之間進行連接[1]。報警數(shù)據(jù)庫采用Microsoft Access數(shù)據(jù)庫，存儲于本地，報警的數(shù)據(jù)可通過KingView的控件和SQL函數(shù)進行查詢，具體連接如圖5所示。

5? ? 畫面制作

新建畫面，調(diào)出工具箱，可以在畫面上拖放各種控件及繪制各種基礎(chǔ)圖形，并利用調(diào)色板進行著色。制作的畫面是靜態(tài)的，通過相關(guān)控件或圖形的“動畫連接”建立畫面的圖素與數(shù)據(jù)庫變量的對應關(guān)系，這樣，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過I/O接口的下位機通信設(shè)備，引起實時數(shù)據(jù)庫中變量的變化，變量的變化最終反映到畫面上。同時，KingView還提供了豐富的命令語言，用于報警的輸出驅(qū)動、變量的邏輯處理、畫面的顯示及邏輯切換，增強了數(shù)據(jù)顯示的動態(tài)效果，便于反映實際的工藝流程。

系統(tǒng)共設(shè)置主畫面、狀態(tài)監(jiān)控、發(fā)動機參數(shù)、發(fā)電機參數(shù)、實時報警、歷史報警、報警查詢、實時曲線、歷史曲線及歷史報表10個畫面，如圖6所示。主畫面在系統(tǒng)運行時自動打開，作為系統(tǒng)狀態(tài)的概覽。

6? ? 結(jié)語

基于KingView的組態(tài)平臺開發(fā)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)，充分利用了KingView內(nèi)建的各種驅(qū)動與現(xiàn)場各PLC及控制器等建立通信，完成了數(shù)據(jù)的采集、運行狀態(tài)的監(jiān)測、數(shù)據(jù)和報警的存儲及備份、報警的分類查詢和數(shù)據(jù)報表的生成等功能，在現(xiàn)場工程應用中有效協(xié)助了運維人員對設(shè)備的管理。

[參考文獻]

[1] 殷群，呂建國.組態(tài)軟件基礎(chǔ)及應用（組態(tài)王KingView）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2017.

收稿日期：2021-11-15

作者簡介：許繼旭（1985—），男，安徽宿州人，工程師，研究方向：電氣控制。