余熱電站能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介

陳寶闊，賀伯君，樓劍

1 前言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集與分析逐漸成為焦點(diǎn)，工業(yè)生產(chǎn)建立遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)已是迫在眉睫。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)通過(guò)將底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)時(shí)刻關(guān)注所建項(xiàng)目的運(yùn)行情況，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立完整的數(shù)據(jù)流，定期向客戶提供運(yùn)行分析報(bào)告，輔助客戶了解運(yùn)行狀況和改造需求，以實(shí)現(xiàn)客戶效益的最大化的目標(biāo)。

由于余熱電站大多為十年前建設(shè)，各系統(tǒng)版本較低，造成數(shù)據(jù)通訊中遇到諸多困難。本文主要針對(duì)余熱電站的整個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)，疏通數(shù)據(jù)流途徑，完成數(shù)據(jù)的采集和整理，以挖掘數(shù)據(jù)的深層次價(jià)值。

2 能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)概述

大部分工業(yè)生產(chǎn)都使用DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程的控制，DCS控制系統(tǒng)因其具有分散控制、集中操作的特點(diǎn)而被廣泛采用。作為大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)的大部分原始數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所以建立與DCS數(shù)據(jù)服務(wù)器的連接是數(shù)據(jù)輸出的第一個(gè)環(huán)節(jié)也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

隨著DCS控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種品牌的DCS控制系統(tǒng)已應(yīng)用在余熱電站中，比如國(guó)外品牌ABB、施耐德、西門(mén)子等，國(guó)內(nèi)品牌如和利時(shí)、浙大中控等。大多數(shù)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)都是非開(kāi)放性的，需要購(gòu)買相應(yīng)的OPC協(xié)議授權(quán)。國(guó)外DCS控制系統(tǒng)，如西門(mén)子S7-300/400 PLC系統(tǒng)通信接口為RS485，使用MPI協(xié)議和Profibus-DP協(xié)議[1]。根據(jù)通訊要求開(kāi)發(fā)S7-300 TCP主機(jī)協(xié)議，接入TCP接口即可讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)。通過(guò)開(kāi)發(fā)相關(guān)的接口將OPC協(xié)議轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議，通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)將DCS數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，云端服務(wù)器將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)軟件展示平臺(tái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)。硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)

通過(guò)以工藝流程原理為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的各種服務(wù)功能和增值功能，例如初級(jí)的故障診斷、設(shè)備的管理與維護(hù)、能耗分析與優(yōu)化、信息化管理平臺(tái)的搭建等。當(dāng)?shù)讓訑?shù)據(jù)積累到一定的量級(jí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)初步的自動(dòng)控制，最終實(shí)現(xiàn)智能制造。

3 技術(shù)路線

各軟件的開(kāi)放程度不同，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)DCS控制系統(tǒng)情況選擇不同的通訊方案。例如，和利時(shí)與浙大中控需要安裝軟件廠商的OPC協(xié)議接口軟件，才能從數(shù)據(jù)服務(wù)器讀取到數(shù)據(jù)；而西門(mén)子系統(tǒng)可直接接入開(kāi)放的TCP/IP接口，將數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)連接至現(xiàn)場(chǎng)交換機(jī)，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)IP，保證操作員站或工程師站與網(wǎng)關(guān)的通訊正常。OPC協(xié)議主要解決工程控制系統(tǒng)和其他數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題，可以在各應(yīng)用之間提供一種透明的數(shù)據(jù)訪問(wèn)。它將訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)任務(wù)作為標(biāo)準(zhǔn)接口以服務(wù)器形式透明提供給用戶，OPC標(biāo)準(zhǔn)包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取（OPC DA）規(guī)范、報(bào)警與事件（OPC AE）規(guī)范和數(shù)據(jù)存取（OPC HAD）規(guī)范等三個(gè)規(guī)范[2]。

通過(guò)OPC獲取數(shù)據(jù)已成為常規(guī)方式，首先，通過(guò)開(kāi)發(fā)軟件程序?qū)PC協(xié)議轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議與數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通訊；再利用帶有上傳功能的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等傳輸模塊將數(shù)據(jù)的地址匹配和協(xié)議匹配上傳到云端服務(wù)器，將數(shù)據(jù)整理保存；最后，通過(guò)開(kāi)發(fā)的軟件平臺(tái)或常用的客戶端組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)展示出來(lái)。以上步驟主要是為了疏通數(shù)據(jù)流，完成數(shù)據(jù)的采集工作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的功能和需求。這是整個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的一部分，數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)價(jià)值還需進(jìn)一步深入挖掘。數(shù)據(jù)流程見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)據(jù)流程圖

4 能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)

為建立余熱電站的遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)，提高電站的運(yùn)行效率，搭建能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程查看是整個(gè)系統(tǒng)的基本單元。能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、運(yùn)行診斷系統(tǒng)和故障預(yù)警系統(tǒng)。平臺(tái)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 平臺(tái)架構(gòu)

4.1 遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)

遠(yuǎn)程查看系統(tǒng)分為電腦端和手機(jī)端查看，電腦端查看系統(tǒng)可保持與現(xiàn)場(chǎng)中控室完全相同的畫(huà)面，具有在網(wǎng)即可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、調(diào)取特定時(shí)段的歷史數(shù)據(jù)等高度自定義的選取功能，可實(shí)現(xiàn)本地遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同步性和一致性，便于遠(yuǎn)程指導(dǎo)運(yùn)行和調(diào)試。手機(jī)端查看系統(tǒng)可根據(jù)需求設(shè)置關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線查看，能夠隨時(shí)隨地關(guān)注電站運(yùn)行情況。

4.2 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分為單體分析單元、子系統(tǒng)分析單元和綜合分析單元。首先，通過(guò)累積的歷史數(shù)據(jù)，整理歸納關(guān)鍵設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)，并結(jié)合設(shè)備原理相應(yīng)算法，對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析，以可視化圖表的形式直觀展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)單體設(shè)備的掌握；其次，對(duì)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行分析，關(guān)注子系統(tǒng)級(jí)參數(shù)，結(jié)合不同系統(tǒng)的工藝原理，監(jiān)控?zé)燂L(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)和汽機(jī)系統(tǒng)等子系統(tǒng)；最后，綜合系統(tǒng)的全局參數(shù)分析，便于全面掌握系統(tǒng)。數(shù)據(jù)分析單元見(jiàn)圖4。

圖4 鍋爐數(shù)據(jù)分析單元

4.3 運(yùn)行診斷系統(tǒng)

運(yùn)行診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)回放中心和性能評(píng)價(jià)中心。采用靶式評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算挖掘，對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)任務(wù)進(jìn)行劃分，以實(shí)現(xiàn)性能分析的導(dǎo)向性和準(zhǔn)確性。根據(jù)評(píng)價(jià)目標(biāo)制定不同的評(píng)價(jià)策略，對(duì)設(shè)備性能評(píng)價(jià)、工藝過(guò)程的性能評(píng)價(jià)，找出造成評(píng)分低的根本因素并提出解決方案，以保持系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。如通過(guò)換熱效率等參數(shù)對(duì)鍋爐性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，判斷其運(yùn)轉(zhuǎn)情況。運(yùn)行診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)回放中心見(jiàn)圖5。

圖5 數(shù)據(jù)回放中心

4.4 故障預(yù)警系統(tǒng)

故障預(yù)警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可預(yù)見(jiàn)性管理，通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，在故障發(fā)生前預(yù)見(jiàn)故障發(fā)生的可能性，將故障消除在萌芽狀態(tài)，減少排除故障所產(chǎn)生的費(fèi)用和投入，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)余熱電站數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，可時(shí)刻關(guān)注所建項(xiàng)目的運(yùn)行情況，對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，定期向客戶提供運(yùn)行情況分析報(bào)告，輔助客戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和改造需求，實(shí)現(xiàn)客戶效益的最大化。目前，平臺(tái)已經(jīng)接入6家國(guó)內(nèi)余熱電站，2家國(guó)外余熱電站，定期提供更加準(zhǔn)確專業(yè)的個(gè)性化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)價(jià)值作用最大化，建立了電站運(yùn)行數(shù)據(jù)檔案，提升了電站的運(yùn)行和管理水平。