胡佰龍 周一卉

(大連理工大學(xué)化工機(jī)械學(xué)院，遼寧 大連 116024)

0 引言

鍋爐系統(tǒng)是各大中小城市生產(chǎn)與生活必不可少的組成部分，鍋爐的安全使用和管理直接關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全［1－2］。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)集成化的要求，基于以太網(wǎng)的鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生［3－4］。當(dāng)鍋爐運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息接入網(wǎng)絡(luò)后，管理人員就可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)鍋爐運(yùn)行的實(shí)時(shí)狀態(tài)，避免事故的發(fā)生［5－8］。

目前，鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)都配置有一個(gè)主站加以監(jiān)測(cè)或控制。從真正意義上講，鍋爐系統(tǒng)并沒(méi)有完全接入Internet。即使一些工程實(shí)現(xiàn)了Internet接入，但由于時(shí)網(wǎng)絡(luò)安全考慮不足，容易造成鍋爐安全運(yùn)行的隱患［9－10］。

本文以組態(tài)軟件為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了能夠同時(shí)面向鍋爐單體和鍋爐集群的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)式鍋爐實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，鍋爐現(xiàn)場(chǎng)、市級(jí)和省級(jí)的鍋爐監(jiān)管部門通過(guò)接入Internet，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或查詢鍋爐的歷史運(yùn)行狀況，并對(duì)各類異常情況作出及時(shí)調(diào)整。同時(shí)，各相關(guān)數(shù)據(jù)被保存到SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為現(xiàn)行鍋爐系統(tǒng)改造和能源綜合利用的理論依據(jù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)采用遼寧省特檢院中心調(diào)度的分布式監(jiān)控系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)分為鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)、市級(jí)鍋爐監(jiān)管部門和省級(jí)鍋爐監(jiān)管部門這3個(gè)級(jí)別，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Architecture of the system network

該系統(tǒng)是集鍋爐現(xiàn)場(chǎng)、鍋爐監(jiān)控站、鍋爐檢驗(yàn)研究所和環(huán)保部門為一體的多功能鍋爐實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.1 鍋爐運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

以大連市某企業(yè)使用的燃油鍋爐為例，燃油鍋爐主要由汽包、爐膛、省煤器、空氣預(yù)熱器、引風(fēng)設(shè)備、鼓風(fēng)設(shè)備、給水設(shè)備、燃料供給設(shè)備和過(guò)熱器等組成。燃油鍋爐設(shè)備的工作過(guò)程包括3個(gè)同時(shí)運(yùn)行的過(guò)程，即油料的燃燒過(guò)程、水的傳熱過(guò)程和水的汽化過(guò)程。整套鍋爐設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)劃分為燃油系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、排污系統(tǒng)、水位控制系統(tǒng)、鍋爐壓力系統(tǒng)以及汽水系統(tǒng)7個(gè)子系統(tǒng)。

根據(jù)鍋爐工藝流程設(shè)置控制點(diǎn)，要求控制元件配置有各類開(kāi)關(guān)、各類閥門、擋板、風(fēng)門、液位計(jì)、壓力表、旋塞和操作臺(tái)等。

企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器用來(lái)監(jiān)控多臺(tái)鍋爐，由路由器和交換機(jī)將網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接入網(wǎng)，企業(yè)內(nèi)部有多個(gè)客戶端可以查看鍋爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。系統(tǒng)的主要設(shè)備和服務(wù)器都要設(shè)置冗余單元，以確保系統(tǒng)安全。主單元在任何時(shí)候發(fā)生故障，從單元都會(huì)自動(dòng)切換激活并正常運(yùn)行。當(dāng)故障排除后，主單元人工啟動(dòng)，從單元繼續(xù)處于冗余狀態(tài)。

大連市某鍋爐現(xiàn)場(chǎng)或某企業(yè)內(nèi)部為1級(jí)節(jié)點(diǎn)，其主要是對(duì)鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)測(cè)和處理，對(duì)可能發(fā)生的鍋爐事故作出及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整和報(bào)警，并將鍋爐運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給市級(jí)(2級(jí))的鍋爐運(yùn)行監(jiān)管部門，以便市級(jí)鍋爐管理部門對(duì)同一地區(qū)內(nèi)的鍋爐進(jìn)行統(tǒng)一管理。

1.2 市級(jí)鍋爐監(jiān)管部門

2級(jí)系統(tǒng)是指大連市市級(jí)鍋爐監(jiān)管部門或者大連市市級(jí)環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)。

大連市市級(jí)鍋爐監(jiān)管部門的主要任務(wù)是接收大連市轄區(qū)范圍內(nèi)各個(gè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)或鍋爐使用企業(yè)通過(guò)Internet送達(dá)的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、歸檔和保存，指導(dǎo)和規(guī)劃大連市轄區(qū)的所有鍋爐安全、科學(xué)地運(yùn)行，同時(shí)將數(shù)據(jù)整理歸納后上傳到省級(jí)鍋爐監(jiān)管部門。

大連市環(huán)保機(jī)構(gòu)的主要任務(wù)是接收、整理和保存鍋爐現(xiàn)場(chǎng)送來(lái)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，主要包括氮氧化物、硫化物以及煙塵排放量等。這樣，環(huán)境監(jiān)察機(jī)構(gòu)就可以通過(guò)Internet對(duì)大連市全市范圍內(nèi)的各個(gè)鍋爐的諸多環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將這些參數(shù)上傳到遼寧省省級(jí)環(huán)保機(jī)構(gòu)。

1.3 省級(jí)鍋爐監(jiān)管部門

3級(jí)系統(tǒng)是指遼寧省省級(jí)鍋爐監(jiān)管部門(遼寧省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院)和省級(jí)環(huán)保機(jī)構(gòu)。

遼寧省省級(jí)鍋爐監(jiān)管部門接收各個(gè)市級(jí)鍋爐監(jiān)管部門上傳的各個(gè)地區(qū)鍋爐運(yùn)行參數(shù)，將這些數(shù)據(jù)整理、存儲(chǔ)，比較各個(gè)城市鍋爐的運(yùn)行狀況和相關(guān)環(huán)境參數(shù)是否達(dá)標(biāo)和滿足要求，并對(duì)全省總體鍋爐環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，最后將較好的鍋爐運(yùn)行模式在全省范圍內(nèi)加以推廣。

遼寧省省級(jí)環(huán)保機(jī)構(gòu)同樣用來(lái)接收和存儲(chǔ)各個(gè)市級(jí)環(huán)保機(jī)構(gòu)上傳的相關(guān)的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。這樣省級(jí)環(huán)保部門就可以通過(guò)Internet獲得全省范圍內(nèi)的鍋爐運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，并給出一個(gè)宏觀的指導(dǎo)。

對(duì)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分級(jí)管理后，可解決鍋爐效率低、污染嚴(yán)重、數(shù)量大、布點(diǎn)分散以及難以集中管理等問(wèn)題，且檢驗(yàn)人員無(wú)需深入工作現(xiàn)場(chǎng)，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。這就可以在更大范圍內(nèi)推廣安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的鍋爐運(yùn)行經(jīng)營(yíng)模式。

2 軟件系統(tǒng)

基于Windows操作系統(tǒng)，多級(jí)網(wǎng)絡(luò)鍋爐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件部分以北京三維力控組態(tài)軟件為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，結(jié)合了PC技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和多媒體技術(shù)等。組態(tài)軟件主要由專業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)，并結(jié)合大量用戶的現(xiàn)場(chǎng)使用經(jīng)驗(yàn)，突出系統(tǒng)集成思想，優(yōu)化系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、開(kāi)發(fā)周期短、擴(kuò)展性好和可靠性高等。

針對(duì)不同的底層硬件設(shè)備，力控組態(tài)軟件預(yù)裝了多種工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和通信協(xié)議，還具有類似Visual Basic“可見(jiàn)即可得”的操作界面，并集成實(shí)時(shí)監(jiān)控、趨勢(shì)曲線、專家報(bào)表、報(bào)警/事件記錄和用戶權(quán)限管理等功能模塊。因此，組態(tài)軟件可以簡(jiǎn)潔、高效地實(shí)現(xiàn)鍋爐遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。

多級(jí)網(wǎng)絡(luò)鍋爐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各個(gè)級(jí)別的主要功能框圖如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)功能框圖Fig.2 Functional block diagram of system software

3 數(shù)據(jù)庫(kù)功能結(jié)構(gòu)

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)將組態(tài)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等以一定的組織形式存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)媒介上。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行系統(tǒng)可以完成對(duì)生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的各種操作，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)查閱、報(bào)警事件處理、數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求處理等。力控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)建立的具體步驟為:①搜集監(jiān)控點(diǎn)、②在力控組態(tài)中創(chuàng)建數(shù)據(jù)點(diǎn)、③數(shù)據(jù)庫(kù)節(jié)點(diǎn)與I/O(PLC、板卡、工控機(jī)等)設(shè)備的數(shù)據(jù)連接。

鍋爐多級(jí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜而龐大的運(yùn)行系統(tǒng)，其中的很多重要數(shù)據(jù)和參數(shù)需要及時(shí)處理和保存，以供將來(lái)調(diào)用或匯總后繪制成報(bào)表供上級(jí)部門查看。因此，一個(gè)穩(wěn)定而可靠的數(shù)據(jù)庫(kù)是必不可少的。力控組態(tài)軟件帶有歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)加以保存，供界面調(diào)用、填充表格以及繪制曲線等;但其不能對(duì)用戶開(kāi)放，且保存的數(shù)據(jù)無(wú)法脫離組態(tài)環(huán)境查看，這就不利于數(shù)據(jù)的諸多操作。因此，選用Microsoft公司的SQL Sever 2008關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)作為嵌接數(shù)據(jù)庫(kù)。

SQL Sever 2008關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)容量大，易于操作，且與Windows系統(tǒng)全面集成，能夠滿足遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)龐大數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、查閱和統(tǒng)計(jì)的要求。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(SQL Sever 2008)并行使用，可增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與兼容性。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖3所示，力控通過(guò)開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)互聯(lián)(open data base connectivity，ODBC)，調(diào)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)SQL Sever 2008，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、歸檔和整理。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of system database

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展［11－13］，計(jì)算機(jī)不僅可以控制本地的設(shè)備，還可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制遠(yuǎn)端的設(shè)備。鍋爐多級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使相關(guān)鍋爐監(jiān)管部門不必身臨鍋爐，就可以監(jiān)測(cè)鍋爐的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，省時(shí)省力的同時(shí)也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。

隨著遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐多級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐步增強(qiáng)了可操作性、安全性和擴(kuò)展性，且系統(tǒng)愈加規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化，覆蓋范圍也越來(lái)越廣。在今后的研究中，鍋爐多級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以擴(kuò)展到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這就擺脫了物理網(wǎng)絡(luò)接入Internet連接的限制，即使鍋爐系統(tǒng)沒(méi)有與網(wǎng)絡(luò)連接，也可以通過(guò)GPRS組件進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏僻地段鍋爐的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著鍋爐多級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用于工程實(shí)踐，必將帶來(lái)鍋爐監(jiān)控技術(shù)的巨大革新。

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