熱電廠水汽品質遠程監控系統設計

【摘要】隨著技術的進步，熱電廠遠程監控走向現實。文章在介紹了電廠遠程監控現狀后，分析了水汽處理流程，進行了功能分析，并提出了現場設備層、現場監控層和遠程監控層三部分組成的系統架構設計方案。在此基礎上，對軟件設計和可靠性進行了深入的研究，系統運行后，得到了充分的認可。

【關鍵詞】水汽品質;監控;網絡;可靠性

各行各業的發展都離不開電力的支持，為了保證電廠的安全生產，電廠遠程監控系統的設計與實現就非常必要。起初遠程監控功能用于PC用戶在離開辦公室的時候能訪問臺式PC硬盤中的信息，甚至可以通過其臺式PC訪問企業網絡資源。但隨著通信技術、控制技術、計算機技術的飛速發展，遠程監控技術愈來愈完善，Internet技術已經滲透到日常生活和工業生產的各個領域，包括工業控制方面，這使得電廠遠程監控成為可能。

1.熱電廠遠程監控

熱電廠實質上是一個能量轉化工廠，由于電能尚且不能大量存儲，而且熱力設備眾多、熱力系統龐大、生產過程復雜。在這個過程中，應充分發揮計算機在機組運行檢測、控制和管理上的作用，控制發電機組及其輔助設備在優良的狀態下運行，最大限度地發揮機組設計效率。由于各局部生產過程之間的狀態相互影響較大，而且各主要生產設備的動態特性之間存在很大的差異，發電機組的運行狀態控制，必須具備協調不同運行設備工作的功能。

遠程監控系統是集計算機技術、控制技術、通信技術、網絡技術為一體的產品，是指具有數據采集、監視、控制功能的計算機系統，即監控和數據采集系統，也就是人們常說的SCADA系統。具有功能強大、操作簡便和可靠性高等特點，它可以方便地用于工業裝置的生產控制和經營管理。在這個系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制。由于遠程監控的對象是現場設備，這就要求整個遠程監控系統應該完備的考慮以下幾點：首先，要可靠性和容錯性，即要求在系統出現故障的情況下，能夠自動或半自動地（需人工干預）采取相應的措施，保證系統恢復正常運行。

2.系統功能分析與設計

水汽品質的遠程監控系統通過現場傳感器取得采樣值，然后經過現場控制測量設備對采樣值進行一系列的數學處理，再通過網絡把處理后的數據傳送到遠端監控站與服務器，從而使遠端監控站和遠程服務器可以對數據和狀態值進行集中的管理。

2.1 水汽系統水處理流程

圖1 發電廠水處理流程

圖1是電廠水汽系統流程圖，補給水是在原水經各種工藝處理后，補充因鍋爐汽水損失的水。由于給水直接進入鍋爐，故對其水質必須加以嚴格控制，以防止設備的結垢與腐蝕。然后進入鍋爐，在鍋爐本體蒸發系統中運行的水，則稱為爐水。給水經省煤器提高溫度后進入蒸發管（爐堂內側的上升管），然后由下降管（爐堂外測）經下聯箱進入蒸發管。在蒸發過程中，水吸熱成為水汽混合物，又返回汽包形成循環回路，這就是鍋爐的爐水系統。如爐水的水質不嚴格控制，就會導致水汽系統的結垢與腐蝕。水與汽在氣包中得到分離后，產生的飽和蒸汽經過熱器轉為過熱蒸汽進入氣輪機。整個流程是由原水經處理后-gt;補給水經給水泵使給水進入鍋爐后，依次經過預熱段-gt;蒸發段-gt;過熱段-gt;過熱蒸汽-gt;汽輪機排汽經凝汽器-gt;凝結水-gt;經處理后返回給水系統。

2.2 功能分析

遠程監控系統有兩種類型，一種是在生產現場沒有現場監控系統，而是將數據采集后直接送到遠程計算機進行處理;另一種是現場監控和遠程監控并存，這里選擇采用后一種方式，即有現場監控系統。水汽品質遠程監控系統能實現以下一些功能：

1）數據傳輸與處理功能：主要是把生產過程中采集的各種模擬或數字量，通過串口和網絡傳輸到數據處理器和遠程監控站與服務器并進行相應處理，同時通過EXCEL表把數據顯示給用戶。

2）管理功能：管理人員能夠通過IE瀏覽器監測到系統的運行狀態、現場工作人員的工作記錄等。

3）存儲功能：對實時數據和歷史數據加以存儲。

4）冗余容錯技術：使用雙網、雙機熱備、冗余等技術保證系統可靠運行。

5）安全與報警功能：利用己有的有效數據、圖像、報表等對工況進行分析、故障診斷、險情預測，并以聲、光、電的形式對故障和突發事件報警。

2.3 結構設計

完整的基于Intranet的遠程監控系統可劃分現場設備層、現場監控層和遠程監控層，它們相互獨立，通過網絡技術和數據交換技術有機的結合起來，如圖2所示。

圖2 遠程監控系統拓撲分層

現場設備層是由安裝在工業現場的智能儀表、采集器等各種具有數據采集功能的智能設備以及其采用的總線和協議組成。與現場監控層采用RS-485總線進行串口傳輸，現場模塊不斷的采集現場原始數據，在它們不發送數據時處于監聽模式，主機對一個模塊發出一個帶地址的命令，然后等待模塊的相應。現場監控層從現場設備中獲取數據，完成各種控制、運行參數的監測、報警等功能，另外還包括控制組態的設計。可以說現場監控層是整個遠程監控系統的核心，由多個數據處理器子站構成，通過控制網絡與現場設備層進行數據交換。現場監控層對數據的實時性要求比較高，它要保證系統采樣的實時性以及系統對各種操作的響應時間要求，而采用RS-485串口通信可以滿足水汽品質系統對實時性的要求。遠程監控層以現場監控層為基礎的信息系統，通過通信對現場數據分類管理，并通過企業管理信息系統（MIS）發布數據，這一部分的實現使得遠程監控系統的功能得到延伸和完善。

3.軟件開發與可靠性研究

系統采用C/S與B/S編程模式相結合的軟件結構進行設計，它不僅能夠實現對水汽品質現場數據的采集與監控，而且能夠通過瀏覽器實現數據的遠程網絡查詢和共享。

3.1 程序設計

C/S模式的軟件設計實現的功能是：遠端用戶可以通過客戶端應用程序在線監測系統現場設備層的工作情況，實現遠程監測;遠程用戶可以通過虛擬界面向現場設備層發送控制命令，實現遠程控制。監控程序需要專門創建一個線程來處理串口數據，接收串口采集來的數據并予以顯示。系統必須對端口進行配置，以完成串口的采集。

對于遠空間距離的技術人員和廠級管理人員需要觀測遠程監控系統的數據的變化，可以通過以TCP/IP為核心協議的網絡技術來實現。基于B/S方式的遠程監控系統是以數據采集層為基礎的，而數據采集層實際上包括了設備層和監控層，前面已經對設備層和監控層進行了設計，監控層是實現對采集數據的處理、顯示，對設備層的管理、控制，同時將處理過的數據寫入數據庫中，因而監控層又是數據庫與設備層之間的橋梁。ASP技術是Browser/Server模式下編制動態網頁的一種很理想的工具，它支持ActiveX控件和動態HTML，能實現用戶的編程要求。ASP根據訪問數據庫的結果集生成HTML語言的主頁返回給瀏覽器端。利用ASP技術實現Web數據庫的數據流圖如圖3所示。

圖3 ASP技術實現Web數據庫流程

整個系統的運轉情況是：用戶通過網絡瀏覽器查詢網絡服務器提供的數據頁面并發出請求，網絡服務器根據請求查詢數據庫，并向用戶返回查詢結果。

3.2 監控系統可靠性分析

熱電廠水汽品質遠程監控系統的可靠性從總體上考慮主要是四部分，分別是系統結構的可靠性、數據傳輸網絡的可靠性、硬件的可靠性及軟件的可靠性。在未采取可靠性措施前，系統都是串聯結構的，即系統的每一個部分都相當重要，任何一部分發生故障整個系統都會受到牽連。所以我們必須采取一定的冗余措施，對系統進行備份，熱電廠水汽品質遠程監控系統系統備份可靠性框圖分別如圖4所示。

圖4 系統備份可靠性框圖

適當采取冗余措施，能大大提高系統可靠性，并且采用模塊備份能得到比系統備份更大的可靠性。除此之外，遠程監控主機部分采用雙機熱備份方式，從機與主機之間的監聽采取請求與應答的方式，從機以一定的時間間隔向主機發出請求，主機應答表示工作正常，主機如果沒有作出應答，從機將切斷主機的網絡數據傳輸，立即與現場工作站進行握手連接。

4.總結

本文論述的熱電廠水汽品質遠程監控系統是基于Intranet的遠程監控系統，它將網絡技術、數據庫技術和控制技術結合起來，進行了C/S（Client/Server）和B/S（Browser/Server）相結合的軟件設計，不僅實現了水汽品質現場數據的采集與監控，而且能夠通過瀏覽器（比如IE瀏覽器）實現數據的遠程網絡查詢和共享。同時為提高系統的可靠性，分別對系統體系結構、網絡傳輸結構、軟件及硬件這四個方面進行了可靠性設計。工作人員不必親臨現場（尤其在惡劣環境下）就可以對現場的工作情況進行監控，完成參數設置與調整，進行故障恢復等，大大提高了勞動生產率;通過遠程監控技術，可以加強企業內部合作，可以更合理的安排生產，加強企業的競爭力。

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