李冠華，金 鑫，楊璐羽

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

熱電機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)廠站的設計與開發(fā)

李冠華，金 鑫，楊璐羽

(國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

熱電機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)建設是提高能源綜合利用效率、加強環(huán)境保護的重要舉措，是國家的一項重要能源產(chǎn)業(yè)政策。介紹了東北電網(wǎng)有限公司熱電機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括系統(tǒng)架構的設計、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)轉發(fā)等關鍵技術問題。

485協(xié)議;DCS;CAN總線

東北網(wǎng)調供熱機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要開發(fā)目的是對調度主要供熱機組進行調峰特性的在線監(jiān)測和計算，監(jiān)測機組不同供熱量下的負荷以及供熱情況，使調度中心在供熱期更加合理地安排機組的運行方式和機組負荷，充分發(fā)揮機組的調峰和供熱潛力，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行，同時保證在滿足電網(wǎng)合理調度的情況下不影響地方的供熱質量。

供熱機組以熱定電在線監(jiān)測系統(tǒng)由電網(wǎng)管理主站和熱電廠子站構成，本文從子站的建設角度，設計了子站的系統(tǒng)架構，并對采集前端的選型、歷史數(shù)據(jù)的匯總及查詢、數(shù)據(jù)包的轉發(fā)等關鍵技術問題給予了闡述。

1 系統(tǒng)架構

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

采集層由信號測量裝置、數(shù)據(jù)采集器、信號電纜、總線通信卡、光電隔離器、機柜構成，負責原始信號的采集并與廠站服務器進行通信。

熱電廠端服務器層包括服務器、數(shù)據(jù)庫軟件、應用軟件及監(jiān)視打印裝置組成。服務器對采集的實時數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、計算、統(tǒng)計并存儲在本地數(shù)據(jù)庫內。根據(jù)電力管理部門計算機的指令隨時可將所存儲的數(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器［2］。

電網(wǎng)管理層包括主站服務器 電力管理部門數(shù)據(jù)庫及相應的Client端管理程序。主站服務器從調度數(shù)據(jù)網(wǎng)提取所需數(shù)據(jù)，供客戶端程序調用，客戶端計算機通過所接收的數(shù)據(jù)實時監(jiān)測各發(fā)電機組的供熱和發(fā)電情況，考察、考核各熱電廠中各臺機組的供熱、供電情況，制定以熱定電考核曲線。

2 監(jiān)測信號的采集

數(shù)據(jù)采集承擔以熱定電監(jiān)測信號的采集，從數(shù)據(jù)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性和可操作性的角度出發(fā)，數(shù)據(jù)采集的信號源取自熱網(wǎng)首站和機組DCS。對DCS中有的，在DCS機柜中增加AO模板輸出4～20 mA信號送至數(shù)據(jù)采集器;對DCS中沒有的，需要在現(xiàn)場安裝測點和傳感器，由數(shù)據(jù)采集器直接進行參數(shù)采集，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后傳送到監(jiān)測服務器中。

由于各廠機組情況不同，信號地點分散，故本監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)采集器(WT300遠程數(shù)據(jù)采集前端)分別安裝在機組和熱網(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)絡的特點是:①網(wǎng)絡可靠。通信結構采用了CAN控制器局域網(wǎng) (Controller Area Network)，這是可靠性很高的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡，通信速度最高10 Mbps，通信距離可達10 km。②組態(tài)方便靈活，每個采集前端具有20個通道，每個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，簡化了工程設計和備件種類。③系統(tǒng)易于擴展。如要增加測點，在測點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、零點自動校準、系統(tǒng)自動校準等功能，隨時檢測和修正由于外界條件變化引起的測量誤差，保證采集前端的采集精度。

3 組態(tài)畫面設計

以往監(jiān)控系統(tǒng)大多使用單片機和C或C++來實現(xiàn)［3］，這種結構實現(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，另外人機接口 (UI)也不是很友好。廠站服務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，通過利用其內置的圖庫和簡單的命令語言就可以方便地對監(jiān)控界面進行設計并以動畫方式顯示控制設備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利地生成各種報表。另外，它還具有豐富的設備驅動程序，可以通過驅動程序配置向導來添加設備進而完成數(shù)據(jù)的采集、存儲、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)運行的過程中在線加入某個量 (見圖2)，查看該變量歷史變化曲線并查看該段時間的統(tǒng)計值，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左右游標來查詢任意時間段當中平均值、最大值、最小值及其出現(xiàn)的時間。另外，可以通過如圖3所示的對話框來調整時間軸的開始、結束時間和數(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80年代由美國OSI公司提出，對工業(yè)海量過程數(shù)據(jù)進行采集和存儲，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。

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，成功應用于電力、設備遠程管理、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 (計算硬件采用4核CPU，8G內存)。

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)運行更穩(wěn)定。另外該工業(yè)數(shù)據(jù)庫對實時數(shù)據(jù)的存儲能力強，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、準確地保留必要數(shù)據(jù)的歷史信息，使系統(tǒng)任何時間都可以精確再現(xiàn)歷史信息，很好地滿足對工業(yè)生產(chǎn)過程中實時數(shù)據(jù)進行海量存儲并且具有極高歷史數(shù)據(jù)查詢響應速度。

5 電力102轉發(fā)驅動

電網(wǎng)管理主站是通過DL102規(guī)約對廠站工業(yè)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行讀取、解析的。電力102轉發(fā)驅動正是實現(xiàn)接受來自主站的查詢報文［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器。

6 結束語

借助現(xiàn)代化的計算機信息工程技術為遼寧省所有供熱狀況實現(xiàn)在線監(jiān)測，同時對歷史數(shù)據(jù)進行匯總查詢，實現(xiàn)生產(chǎn)實時監(jiān)管現(xiàn)代化、信息管理網(wǎng)絡化、管理決策科學化。加強信息交流，提高工作效率，降低勞動強度，提高企業(yè)決策的時效性，從而獲取更大的經(jīng)濟效益。

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

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

［3］ 付宏偉，楊廣華，隋金雪，等.基于DDE的火力發(fā)電機組經(jīng)濟運行在線監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)研究［D］.華北電力大學 (河北)，2004.

［5］ 楊吉青，肖 揚，丁德全.機組運行經(jīng)濟性在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)研究與開發(fā)［J］.東北電力技術，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，主要從事技術監(jiān)督工作。

2013-09-10)