熱電機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠站的設(shè)計(jì)與開發(fā)

李冠華，金 鑫，楊璐羽

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

熱電機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠站的設(shè)計(jì)與開發(fā)

李冠華，金 鑫，楊璐羽

(國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

熱電機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)是提高能源綜合利用效率、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的重要舉措，是國(guó)家的一項(xiàng)重要能源產(chǎn)業(yè)政策。介紹了東北電網(wǎng)有限公司熱電機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)、組態(tài)畫面制作、工業(yè)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問題。

485協(xié)議;DCS;CAN總線

東北網(wǎng)調(diào)供熱機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要開發(fā)目的是對(duì)調(diào)度主要供熱機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰特性的在線監(jiān)測(cè)和計(jì)算，監(jiān)測(cè)機(jī)組不同供熱量下的負(fù)荷以及供熱情況，使調(diào)度中心在供熱期更加合理地安排機(jī)組的運(yùn)行方式和機(jī)組負(fù)荷，充分發(fā)揮機(jī)組的調(diào)峰和供熱潛力，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)保證在滿足電網(wǎng)合理調(diào)度的情況下不影響地方的供熱質(zhì)量。

供熱機(jī)組以熱定電在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電網(wǎng)管理主站和熱電廠子站構(gòu)成，本文從子站的建設(shè)角度，設(shè)計(jì)了子站的系統(tǒng)架構(gòu)，并對(duì)采集前端的選型、歷史數(shù)據(jù)的匯總及查詢、數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問題給予了闡述。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

按照數(shù)據(jù)流程可分為熱電廠站數(shù)據(jù)采集層、熱電廠站服務(wù)器層與電網(wǎng)管理層等三層［1］，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

采集層由信號(hào)測(cè)量裝置、數(shù)據(jù)采集器、信號(hào)電纜、總線通信卡、光電隔離器、機(jī)柜構(gòu)成，負(fù)責(zé)原始信號(hào)的采集并與廠站服務(wù)器進(jìn)行通信。

熱電廠端服務(wù)器層包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用軟件及監(jiān)視打印裝置組成。服務(wù)器對(duì)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)并存儲(chǔ)在本地?cái)?shù)據(jù)庫內(nèi)。根據(jù)電力管理部門計(jì)算機(jī)的指令隨時(shí)可將所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過電力通信網(wǎng)發(fā)送給電力管理部門通信服務(wù)器［2］。

電網(wǎng)管理層包括主站服務(wù)器 電力管理部門數(shù)據(jù)庫及相應(yīng)的Client端管理程序。主站服務(wù)器從調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)提取所需數(shù)據(jù)，供客戶端程序調(diào)用，客戶端計(jì)算機(jī)通過所接收的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各發(fā)電機(jī)組的供熱和發(fā)電情況，考察、考核各熱電廠中各臺(tái)機(jī)組的供熱、供電情況，制定以熱定電考核曲線。

2 監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集

數(shù)據(jù)采集承擔(dān)以熱定電監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集，從數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和可操作性的角度出發(fā)，數(shù)據(jù)采集的信號(hào)源取自熱網(wǎng)首站和機(jī)組DCS。對(duì)DCS中有的，在DCS機(jī)柜中增加AO模板輸出4～20 mA信號(hào)送至數(shù)據(jù)采集器;對(duì)DCS中沒有的，需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝測(cè)點(diǎn)和傳感器，由數(shù)據(jù)采集器直接進(jìn)行參數(shù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后傳送到監(jiān)測(cè)服務(wù)器中。

由于各廠機(jī)組情況不同，信號(hào)地點(diǎn)分散，故本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)采集器(WT300遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集前端)分別安裝在機(jī)組和熱網(wǎng)首站電子間，掛在通信卡為核心的總線網(wǎng)上。該數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是:①網(wǎng)絡(luò)可靠。通信結(jié)構(gòu)采用了CAN控制器局域網(wǎng) (Controller Area Network)，這是可靠性很高的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，通信速度最高10 Mbps，通信距離可達(dá)10 km。②組態(tài)方便靈活，每個(gè)采集前端具有20個(gè)通道，每個(gè)通道可通過軟件組態(tài)成任何一種模擬量輸入，如熱電偶、熱電阻、4～20 mA、0～5 VDC等，簡(jiǎn)化了工程設(shè)計(jì)和備件種類。③系統(tǒng)易于擴(kuò)展。如要增加測(cè)點(diǎn)，在測(cè)點(diǎn)集中處添加采集器即可。④參數(shù)自校正。采集器有輸入斷路檢測(cè)、零點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)、系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)等功能，隨時(shí)檢測(cè)和修正由于外界條件變化引起的測(cè)量誤差，保證采集前端的采集精度。

3 組態(tài)畫面設(shè)計(jì)

以往監(jiān)控系統(tǒng)大多使用單片機(jī)和C或C++來實(shí)現(xiàn)［3］，這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起來需要涉及很多硬件的底層開發(fā)，開發(fā)成本高、開發(fā)周期長(zhǎng)，另外人機(jī)接口 (UI)也不是很友好。廠站服務(wù)器采用北京亞控公司的工業(yè)控制組態(tài)軟件組態(tài)王作為組態(tài)軟件，通過利用其內(nèi)置的圖庫和簡(jiǎn)單的命令語言就可以方便地對(duì)監(jiān)控界面進(jìn)行設(shè)計(jì)并以動(dòng)畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報(bào)警窗口、實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線等，可便利地生成各種報(bào)表。另外，它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，可以通過驅(qū)動(dòng)程序配置向?qū)硖砑釉O(shè)備進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、展示等功能。

另外 通過開發(fā)歷史曲線控件 可以在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的過程中在線加入某個(gè)量 (見圖2)，查看該變量歷史變化曲線并查看該段時(shí)間的統(tǒng)計(jì)值，如:最大值、最小值、平均值等 (見圖3)。

圖2 歷史控件配置畫面

圖3 變量歷史曲線查詢畫面

在該歷史曲線中可以通過移動(dòng)左右游標(biāo)來查詢?nèi)我鈺r(shí)間段當(dāng)中平均值、最大值、最小值及其出現(xiàn)的時(shí)間。另外，可以通過如圖3所示的對(duì)話框來調(diào)整時(shí)間軸的開始、結(jié)束時(shí)間和數(shù)值軸的顯示方式。

4 工業(yè)數(shù)據(jù)庫

工業(yè)數(shù)據(jù)庫是在20世紀(jì)80年代由美國(guó)OSI公司提出，對(duì)工業(yè)海量過程數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，并通過各種手段挖掘企業(yè)信息，它是工業(yè)企業(yè)信息化系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。

亞控公司工業(yè)歷史數(shù)據(jù)庫從2006年推出的KingKDB1.0 到現(xiàn)今的 KingHistorian3.0，成功應(yīng)用于電力、設(shè)備遠(yuǎn)程管理、煤炭、水利、水處理等行業(yè)。亞控工業(yè)庫主要功能:①能夠處理工業(yè)海量連續(xù)過程數(shù)據(jù);②具備多種數(shù)據(jù)壓縮功能;③多客戶端并發(fā)訪問。

表1給出了工業(yè)庫與PI數(shù)據(jù)庫的比較 (計(jì)算硬件采用4核CPU，8G內(nèi)存)。

廠站的數(shù)據(jù)庫采用亞控公司開發(fā)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫KingHistorian3.0，工業(yè)數(shù)據(jù)庫與廠站系統(tǒng)的配合使用，使系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定。另外該工業(yè)數(shù)據(jù)庫對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)能力強(qiáng)，可以按月歸檔歷史數(shù)據(jù)，保證歷史數(shù)據(jù)至少保存1年以上［4］。

表1 工業(yè)庫與PI數(shù)據(jù)庫比較

該數(shù)據(jù)庫能夠使系統(tǒng)全面、準(zhǔn)確地保留必要數(shù)據(jù)的歷史信息，使系統(tǒng)任何時(shí)間都可以精確再現(xiàn)歷史信息，很好地滿足對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行海量存儲(chǔ)并且具有極高歷史數(shù)據(jù)查詢響應(yīng)速度。

5 電力102轉(zhuǎn)發(fā)驅(qū)動(dòng)

電網(wǎng)管理主站是通過DL102規(guī)約對(duì)廠站工業(yè)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取、解析的。電力102轉(zhuǎn)發(fā)驅(qū)動(dòng)正是實(shí)現(xiàn)接受來自主站的查詢報(bào)文［5］，解析后在工業(yè)庫中查詢所需的數(shù)據(jù)，最后根據(jù)DL102傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳到主站的功能。

寄存器數(shù)據(jù)最快1 min寫入數(shù)據(jù)庫1次。這樣組態(tài)王就可以解析電網(wǎng)管理主站發(fā)來的指令，在數(shù)據(jù)庫中讀取符合要求的變量并打包上傳到主站服務(wù)器。

6 結(jié)束語

借助現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)信息工程技術(shù)為遼寧省所有供熱狀況實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總查詢，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)管現(xiàn)代化、信息管理網(wǎng)絡(luò)化、管理決策科學(xué)化。加強(qiáng)信息交流，提高工作效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)決策的時(shí)效性，從而獲取更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 閻 欣.組態(tài)王和PLC實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) ［J］.東北電力技術(shù)，2007，28(3):19-21.

［2］ 楊志平.火電機(jī)組性能監(jiān)測(cè)與優(yōu)化研究［D］.華北電力大學(xué) (北京)，2003.

［3］ 付宏偉，楊廣華，隋金雪，等.基于DDE的火力發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ［J］.儀器儀表用戶，2005，12(2):46-47.

［4］ 佟 鵬.基于B/S模式的電廠模塊化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究［D］.華北電力大學(xué) (河北)，2004.

［5］ 楊吉青，肖 揚(yáng)，丁德全.機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)研究與開發(fā)［J］.東北電力技術(shù)，2005，26(10):24-26.

Design and Development of Online Monitoring System Determining Power by Heat for Thermal Power Plant

LI Guan-hua，JIN Xin，YANG Lu-yu
(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

The construction of online monitoring system determining power by heat is an important measure to improve the energy utilization efficiency and strengthen environmental protection，also it is an important national energy industry policy.This article describes the online monitoring system determining power by heat，including design of system architecture and configuration screens，industrial database，data acquisition and data forwarding and other key technical issues.

485 protocol;DCS;CAN bus

TM61;TM732;TM76

A

1004-7913(2014)01-0008-03

李冠華 (1983—)，男，碩士，工程師，主要從事技術(shù)監(jiān)督工作。

2013-09-10)