工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)在大型火電廠的應(yīng)用

1、工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)在大型火電廠的應(yīng)用李志勇蔡新波韓亞鳳（元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古赤峰，024070）Theapplicationofon-linemonitoringandanalysissysteminlarge-scalethermalpowerplantLizhiyongCaixinboHanyafengYuanbaoshanPowerGenerationCo.,Ltd.,InnerMongoliaChifeng,024070Abstract:Energyconservationandemissionreductioninindustryhavetakenmoretasksan

2、dmorepressureastheaccelerationofChinasindustrializationandurbanizationprocessintheperiodofChinasTheTwelfthFive-YearPlan.Theenergyconsumptionofkeyindustriesandenterpriseshastobeenholdaccuratelyinreal-time,whichisnotonlythenecessaryrequirementsforachievingdelicacyenergy-savingmanagementandpromotingene

3、rgyconservationandemissionreduction,butalsotheinnerrequirementsformotivatingbusinesstransformationandupdatingaswellasgreendevelopment.Inthispaper,wediscussedthesystemprincipleoftheaccessplatform,thenetworkstructure,thedataacquisitionfront-end,thedatabasesoftwareplatformofanenvironmentalprotectionon-

4、lineaccessingsystemwhichhasbeenusedinonecompany.Keywords:OnlineCondition,MonitoringandAnalyzing,DataStructure,AcquisitionSystem,SoftwarePlatform摘要：隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，“十二五”期間工業(yè)節(jié)能減排任務(wù)更重、壓力更大，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地把握重點(diǎn)行業(yè)、重點(diǎn)企業(yè)的能耗，不僅是企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化節(jié)能管理、促進(jìn)節(jié)能降耗的必然要求，更是推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和綠色發(fā)展內(nèi)在要求。本文就某公司環(huán)保實(shí)時(shí)在線接入系統(tǒng)，從接入平臺(tái)的系統(tǒng)原理、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、采集前端、數(shù)據(jù)庫軟件

5、平臺(tái)等進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：工況在線；監(jiān)測(cè)及分析；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；采集前端；軟件平臺(tái)加強(qiáng)對(duì)煙氣連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和管理，對(duì)煙氣脫硫設(shè)施運(yùn)行進(jìn)行有效監(jiān)督，是“十二五”期間工業(yè)節(jié)能減排任務(wù)的要求，也是各地方政府及企業(yè)的工作重點(diǎn)。元寶山發(fā)電有限責(zé)任公司共有三臺(tái)600MW火電機(jī)組，各機(jī)組均配備了濕法煙氣脫硫設(shè)施，公司于2011年實(shí)施了電廠工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)安裝與調(diào)試工作，從效果來看，公司環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)使環(huán)境監(jiān)管實(shí)現(xiàn)由“末端”向“全過程”的轉(zhuǎn)變，得到了環(huán)境監(jiān)管部門的認(rèn)可。1、系統(tǒng)原理工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)是對(duì)污染治理設(shè)施運(yùn)行全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析、預(yù)警、核查和管理的一體化環(huán)保信息監(jiān)管平臺(tái)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為

6、四層：應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)直接來源于生產(chǎn)系統(tǒng)（主機(jī)DCS、脫硫DCS和CEMS）。工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)以麥杰科技的openPlantT實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，采用純B/S構(gòu)架，在業(yè)務(wù)范圍上，涵蓋了地方環(huán)保部門和下屬污染源監(jiān)控企業(yè)，在部署上，采用了監(jiān)控中心為核心的樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備從生產(chǎn)控制系統(tǒng)中采集工況過程數(shù)據(jù)，通過環(huán)保專網(wǎng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的工況過程數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)經(jīng)過分析和處理后，供各環(huán)保部門使用。系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1：X、統(tǒng)計(jì)引祭分析引繁皿b應(yīng)川）報(bào)表）査詢）匸況數(shù)弼庫分析數(shù)據(jù)庫應(yīng)用層數(shù)抓層光纖、交換機(jī)、路由器網(wǎng)絡(luò)層圖1，工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖從地理位置上來劃分，

7、系統(tǒng)整體分為電廠側(cè)和中心側(cè)兩部分。其中電廠側(cè)主要包括采集層及展示層相關(guān)功能，負(fù)責(zé)從各污染源控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)在本地存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給環(huán)保監(jiān)控中心。監(jiān)控中心主要包括數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層的相關(guān)功能。負(fù)責(zé)所有工況數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、分析和展示。電廠側(cè)和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳輸通過網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)，由光纖、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成主要負(fù)責(zé)工況前端的數(shù)據(jù)發(fā)送及監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)接收。2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上分為兩個(gè)區(qū)域：電廠數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)和自治區(qū)監(jiān)控中心網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過環(huán)保專用網(wǎng)相連。元寶山發(fā)電公司的工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示：數(shù)據(jù)平臺(tái)及客戶環(huán)保廳側(cè)電廠側(cè)采集及應(yīng)用平

8、臺(tái)環(huán)保數(shù)據(jù)采集_客戶端保專網(wǎng)a*0S廠內(nèi)MI及內(nèi)網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)客戶機(jī)及前端Is/gi#2#3#4；抱組工藝系統(tǒng)圖2，工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖電廠區(qū)域每個(gè)采集單元主要負(fù)責(zé)采集各類控制系統(tǒng)（單元機(jī)組DCS系統(tǒng)、脫硫DCS系統(tǒng)、脫硫PLC系統(tǒng)、煙氣測(cè)量系統(tǒng)等）中的環(huán)保相關(guān)參數(shù)，并通過工況安全網(wǎng)閘、工況通訊單元存儲(chǔ)到工況存儲(chǔ)單元中，另設(shè)有WEB服務(wù)器，與廠內(nèi)MIS網(wǎng)的WEB服務(wù)器，通過內(nèi)網(wǎng)向廠內(nèi)的客戶端進(jìn)行平臺(tái)展示。自治區(qū)監(jiān)控中心主要負(fù)責(zé)匯總各電廠的工況數(shù)據(jù)，并由分析統(tǒng)計(jì)平臺(tái)對(duì)工況數(shù)據(jù)做分析及統(tǒng)計(jì)，最終提供給應(yīng)用模塊使用及展示。監(jiān)控中心主要設(shè)備為兩臺(tái)服務(wù)器，工況過程數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及WEB應(yīng)用服務(wù)器，并接

9、入目前監(jiān)控中心既有網(wǎng)絡(luò)中。3、工況在線監(jiān)測(cè)前端工況在線監(jiān)控前端是整個(gè)工況監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)層，主要負(fù)責(zé)工況數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)，為保證元電公司底層數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性及安全性，從系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及接入方式進(jìn)行的統(tǒng)籌考慮。歷史數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、監(jiān)控管理、生產(chǎn)過程回放等功能。3.1前端硬件設(shè)計(jì)：工況安全網(wǎng)閘：該裝置得到電監(jiān)會(huì)相關(guān)認(rèn)證，最大允許返回字節(jié)數(shù)為libit,有效地將采集單元內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與各采集數(shù)據(jù)源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理隔離，保證采集數(shù)據(jù)只能單向傳輸，即DCS/PLC系統(tǒng)向采集存儲(chǔ)端傳輸，杜絕因?yàn)閿?shù)據(jù)逆向傳輸造成DCS系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)。工況專用采集單元：為工況前端系統(tǒng)專門定制的采集設(shè)備，可在相對(duì)惡劣的工作

10、環(huán)境中連續(xù)穩(wěn)定的工作。支持RJ45，RS232，RS485接口，可接收來自各采集數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，并由定制的采集程序轉(zhuǎn)發(fā)至前端工況存儲(chǔ)單元進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。工況專用存儲(chǔ)單元：為工況前端系統(tǒng)專門定制的存儲(chǔ)設(shè)備。主要負(fù)責(zé)采集電廠側(cè)的所有工況數(shù)據(jù)并長(zhǎng)期保存。工況專用存儲(chǔ)單元能建立一套與生產(chǎn)系統(tǒng)（如DCS等）工況數(shù)據(jù)一致的備份，由于它建立在現(xiàn)場(chǎng)，不但能保證工況數(shù)據(jù)最大程度的完整性（只要現(xiàn)場(chǎng)不發(fā)生斷電、斷網(wǎng)等意外情況），同時(shí)還能在環(huán)保傳輸專網(wǎng)不暢通的時(shí)候起到數(shù)據(jù)緩存的作用，并在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后向中心工況過程數(shù)據(jù)庫回補(bǔ)中斷傳輸時(shí)缺失的數(shù)據(jù)。工況專用交換單元：工況設(shè)備間的通訊設(shè)備。3.2數(shù)據(jù)接入方式考慮到元電公司M

11、IS系統(tǒng)投入較早，且現(xiàn)有脫硫系統(tǒng)DCS品牌不一致，在線數(shù)據(jù)未接入MIS系統(tǒng)，本次數(shù)據(jù)平臺(tái)采用OPCDAS通用數(shù)據(jù)采集軟件，各系統(tǒng)接入方式如下：2、3號(hào)機(jī)組脫硫系統(tǒng)為上海GE新華公司的新華XDPS系統(tǒng)，提供OPC接口，工況采集單元從OPC服務(wù)器中遠(yuǎn)程采集到工況數(shù)據(jù)，再通過UDP的方式發(fā)送到前端工況存儲(chǔ)單元中；4號(hào)機(jī)組為HIACS5000M系統(tǒng)，提供UDP接口，工況采集單元可直接采集。3臺(tái)機(jī)組主機(jī)的數(shù)據(jù)原已經(jīng)接入電廠MIS系統(tǒng)，工況采集單元從OPC服務(wù)器中采集到工況數(shù)據(jù)，再通過UDP的方式發(fā)送到前端工況存儲(chǔ)單元中。4、工況數(shù)據(jù)庫的軟件考慮到工況數(shù)據(jù)庫要求實(shí)時(shí)性高，長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定性、大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，

12、使用openPlant實(shí)時(shí)/4.1openPlant實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫構(gòu)架openPlant實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫構(gòu)架如圖3，該數(shù)據(jù)庫是可用于大規(guī)模分布式生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、存儲(chǔ)和監(jiān)視的企業(yè)級(jí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，包括openPlant實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫核心模塊、openPlant分布式Web應(yīng)用平臺(tái)、openPlant應(yīng)用開發(fā)接口及工具組件。openPlant過程圖形點(diǎn)信，艮數(shù)據(jù)字典管醴制臺(tái)過朗放歸報(bào)警WEB容劉應(yīng)用DCSPLCRTU表管理并削證事件工況在線監(jiān)測(cè)及openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫OPAPIprjIpcII.1允構(gòu)架圖H分析系L一一核心屬準(zhǔn)C+語言at圖3，口其它藏OpenPla編寫，對(duì)操作

13、系統(tǒng)的依賴性很小，具有良好的可移植性和優(yōu)異的跨平臺(tái)性能。openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫nt支持當(dāng)前主流的硬件平臺(tái)包括PC服務(wù)器和Unix小型機(jī)，如IBM、HP、DELL、SUN等服務(wù)器廠商的硬件平臺(tái)等；支持Windows、Unix、Linux等主流操作系統(tǒng)，在各平臺(tái)之上都經(jīng)過工程師的嚴(yán)格測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際考驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)上萬小時(shí)的安全穩(wěn)定運(yùn)行；同時(shí)，openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫提供采用純JAVA語言編寫的數(shù)據(jù)庫管理維護(hù)工具，可以在支持TCP/IP協(xié)議的任何一種操作系統(tǒng)上對(duì)openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)。4.2分布式數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫采用統(tǒng)一的通信平臺(tái)，WEB應(yīng)用包括J2EE

14、/.NET都可以與openPlant高度集成，openPlant的分布式結(jié)構(gòu)不僅適用于電廠實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，而且適用于構(gòu)建集團(tuán)級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心，從單一小型機(jī)組到多臺(tái)大型機(jī)組的數(shù)據(jù)中心，openPlant數(shù)據(jù)庫可以伸縮自如。4.3高可用性標(biāo)準(zhǔn)openPlant實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫支持流行的高可用性（HighAvailability）技術(shù)，包括Windows、Unix、Linux下的雙機(jī)集群配置。5、工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)平臺(tái)廠端功能介紹實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)接口系統(tǒng)從底層工藝過程系統(tǒng)中采集數(shù)據(jù)，并按一定時(shí)間間隔采用單向數(shù)據(jù)傳輸方式寫入到數(shù)據(jù)庫中。它是生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)與接口，具有數(shù)據(jù)傳輸與隔離作用，還可以

15、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮傳送、數(shù)據(jù)質(zhì)量判斷及數(shù)據(jù)緩沖等功能。歷史數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存1）實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以企業(yè)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)為集成對(duì)象，采集全部生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，且手工輸入數(shù)據(jù)、手持設(shè)備數(shù)據(jù)或者其它信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，形成信息完整的生產(chǎn)過程歷史/實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，以完成數(shù)據(jù)庫資源共享。2）數(shù)據(jù)庫標(biāo)簽采用統(tǒng)一編碼，是唯一的、有規(guī)律可循的編碼方式。3）根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置各數(shù)據(jù)標(biāo)簽的采樣頻率、數(shù)據(jù)精度、安全等級(jí)等參數(shù)；壓縮數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)精度和壓縮比應(yīng)按照應(yīng)用要求進(jìn)行不同的設(shè)置。4）壓縮數(shù)據(jù)的恢復(fù)，從接受壓縮數(shù)據(jù)提取指令開始，解壓縮，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，到數(shù)據(jù)輸出的一系列動(dòng)作所需要的時(shí)間小于2秒。5）提供數(shù)據(jù)庫在線維護(hù)功能，包括基于

16、瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫維護(hù)的管理方式；對(duì)不能自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)，提供手動(dòng)輸入，設(shè)置管理權(quán)限，保證對(duì)自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)不能進(jìn)行任何修改。6）能夠使用SQL查詢工具查詢服務(wù)器信息、數(shù)據(jù)標(biāo)簽屬性以及實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)、二次計(jì)算數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。7）具備實(shí)時(shí)信息統(tǒng)計(jì)分析和查詢功能，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)畫面的組態(tài)和編輯。8）歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量可根據(jù)用戶需求確定，缺省時(shí)限至少在三個(gè)大修周期以上。具體歷史趨勢(shì)再現(xiàn)如圖4。圖4，工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)歷史趨勢(shì)再現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)圖形通過采集各生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)各生產(chǎn)流程進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視和查詢。公司領(lǐng)導(dǎo)、生產(chǎn)技術(shù)管理人員、值長(zhǎng)和其它用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)調(diào)用實(shí)時(shí)信息監(jiān)控與管理

17、軟件，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行分析。1）提供顯示工藝畫面和流程畫面的顯示功能，監(jiān)視畫面能突出反映各功能特點(diǎn)，正確顯示生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)、報(bào)警狀態(tài)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運(yùn)行指導(dǎo)等信息；能夠以趨勢(shì)圖、棒狀圖、相關(guān)參數(shù)組等多種形式進(jìn)行畫面顯示；相關(guān)參數(shù)顯示畫面能夠顯示實(shí)時(shí)值、在定義時(shí)段內(nèi)的最大值、最小值以及平均值；畫面布局合理美觀。單個(gè)畫面內(nèi)支持同時(shí)顯示的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)不小于100點(diǎn)。2）提供工藝畫面和流程畫面的設(shè)計(jì)、修改功能；系統(tǒng)可存儲(chǔ)的畫面數(shù)不受限制。3）提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)圖顯示；同一畫面可同時(shí)顯示多個(gè)參數(shù)趨勢(shì)，不同參數(shù)曲線采用不同的顏色以示區(qū)別。格式可以修改，能自動(dòng)打印報(bào)表，進(jìn)行運(yùn)行指標(biāo)統(tǒng)計(jì)在線考核

18、，完成各項(xiàng)指標(biāo)的運(yùn)行管理考核，自動(dòng)產(chǎn)生考核結(jié)果。5）性能綜合監(jiān)視：將重要設(shè)備的性能計(jì)算參數(shù)在簡(jiǎn)化流程圖中集中實(shí)時(shí)顯示，使高層技術(shù)人員對(duì)各設(shè)備的狀態(tài)和各性能指標(biāo)一目了然?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)畫面如圖5：4）監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提供報(bào)表打印輸出功能，具有形成整個(gè)企業(yè)所需要的各類報(bào)表的能力，報(bào)表圖5，工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)生產(chǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)畫面再現(xiàn)5.4、生產(chǎn)過程回放系統(tǒng)生產(chǎn)過程回放系統(tǒng)是利用圖形仿真技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行深入的分析。用于：事故分析、操作示范、案例分析、起停機(jī)過程分析等。對(duì)優(yōu)化起機(jī)過程有直觀的參考作用，對(duì)事故發(fā)生后分析事故原因起到輔助作用。至少提供2000幅畫面的現(xiàn)場(chǎng)過程回放（所有采集數(shù)據(jù)的過程回放），