煤粉鍋爐遠程監控系統構建與應用研究

張 松

(煤科院節能技術有限公司，北京 100013)

0 引 言

目前我國擁有中小型工業鍋爐約52.74萬臺，總容量125.4萬MW[1]，廣泛應用于電力、化工、市政供熱等行業[2-4]。隨著煤粉鍋爐技術的不斷完善，鍋爐運行數據采集、實時監控與智能控制的應用使煤粉鍋爐自動化控制水平不斷提升[5-9]，然而鍋爐在運行過程中仍會出現由于各種復雜問題而導致的停爐。停爐即意味企業經濟效益的損失，應及時查找鍋爐運行中出現的問題并提出解決方案，因而需要鍋爐專家對鍋爐運行狀況進一步排查診斷[10-15]。

張立眾等人研究發現基于OPC和ActiveX技術可實現鍋爐數據的遠程發布[5]。李守明研究發現基于GPRS網VPN的隧道技術分析可將數據流量強制到特定的目的地，并隱藏私有網絡地址，安全系數高[16]。

工業鍋爐停爐時需專家親臨現場并發現問題，但應對方案的提出需基于專家耗時整理分析相關信息。現有建設的鍋爐房大多在較為偏遠的地區，固定網絡很難將其完全覆蓋，傳統的OPC技術、GPRS技術已不能滿足鍋爐控制的要求。因此，針對煤粉工業鍋爐領域，應用“新互聯網+”技術實現鍋爐運行數據的遠程監控，及時預防并發現鍋爐的運行問題、高效排查鍋爐事故問題以及快速解決問題，保障鍋爐安全穩定運行，開發擁有自主知識產權的煤粉鍋爐智能云平臺遠程監控系統已迫在眉睫。

遠程監控鍋爐房對象為內蒙古神華集團神東地區補連塔、寸二、保德站、石圪臺和哈拉溝共5個煤粉鍋爐房站點，5個站點均處在比較偏遠的礦區，專線網絡未能覆蓋，中國神華能源股份有限公司下屬礦區的網絡狀況不佳，達不到實施遠程監控的標準。通過現場4G網絡狀況調查，聯通4G信號最佳傳輸速率達4M/S，符合遠程監控的要求。

1 遠程監控實施方案

1.1 硬件構架

構建北京和神東2個煤粉鍋爐遠程集控中心，以Gate Manager數據服務器為中心，通過現場安裝Site Manager 4G遠程網關，實現北京和神東集控中心與現場各鍋爐站點的指令發出與接收，從而使鍋爐房的PLC設備信息可上傳至Gate Manager服務器；移動端和電腦端可遠程訪問現場PLC設備，并通過人機界面展現給相關專業工程師，實時查看鍋爐運行狀態以及PLC程序。北京與神東集控中心的煤粉鍋爐遠程數據采集系統如圖1所示。

1.2 數據存儲

現場PLC采集的數據可通過Site Manager遠程網關傳至Gate Manager服務器，先存儲于數據采集主機，然后通過數據庫服務器可上傳至云端存儲，數據庫服務器具有防火墻功能。其數據存儲系統如圖2所示。

1.3 數據分析系統

通過云端或服務器采集的鍋爐運行數據，對鍋爐運行數據進行分類整合，分為設備管理數據、故障異常記錄、鍋爐運行狀態數據三大類，分別對三大類數據進行整合，總結出鍋爐的最優運行狀態、事故處理方法和專家會診結果，根據數據整合結果編制數據分析程序，從而最終實現鍋爐的安全穩定經濟運行。所述數據分析系統如圖3所示。

煤粉鍋爐遠程監控系統的數據分析系統具有以下4個功能:

(1)監視鍋爐設備的運行狀態。即運用該數據分析系統，可對各鍋爐子系統主要設備的運行狀態數據進行監視。

圖1 北京與神東集控中心的煤粉鍋爐遠程數據采集系統Fig.1 Data remote acquisition system of pulverized coal boiler in monitoring center of Beijing and Shendong

圖2 煤粉鍋爐遠程監控系統的數據存儲系統Fig.2 Data storage system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

圖3 煤粉鍋爐遠程監控系統的數據分析系統Fig.3 Data analysis system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

(2)異常、故障和事故處理記錄。遠程控制中心能快速獲得整個鍋爐全系統的設備故障信息，并按需要進行報警、記錄、打印和歸檔。 由于各鍋爐及輔機系統的分散性和復雜性，及時獲得工藝系統運行的異常信息對安全生產十分重要。遠程控制中心能夠在秒級時間內捕捉系統的各種故障信息，并區分故障性質的不同情況，采用顯示、聲光報警、記錄、打印和歸檔的方法進行處理。

(3)設備管理。設備管理主要針對公司管轄范圍內重點能源設備進行管理，包括設備運行狀態管理、設備故障、設備維護、機旁備件管理、設備隱患管理等。

(4)鍋爐故障自診斷。編制煤粉鍋爐數據分析程序，實現鍋爐故障自診斷，維持鍋爐高經濟性運行。

2 系統調試及程序編寫

2.1 硬件設備安裝

在北京總部安裝1臺Gate Manager服務器，申請公網IP119.40.55.119、內網IP10.10.14.105。在5個鍋爐房各安裝1臺Site Manager 4G遠程網關通過交換機連入現場PLC系統。其硬件設備如圖4所示。

圖4 煤粉鍋爐遠程監控系統的硬件設置Fig.4 Hardware setup of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.2 設備調試

通過內網或公網的網絡地址登陸Gate Manager服務器，配置各站PLC模塊地址，此次設定均為192.168.2.X 網段。在Site Manager 4G遠程網關插入聯通4G網卡。經過一系列地址和網關的設定后重啟服務器，登陸公網IP觀看各站數據連接狀態。遠程數據連接狀態如圖5所示。

圖5 煤粉鍋爐遠程監控系統的數據連接狀態Fig.5 Data connection status of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.3 數據分析程序

當氧含量、溫度等參數超過報警設定值時，觸發自動預警功能，并在人機組態界面上提示(包括語音提示)。

當回水壓力、出水流量等參數異常并達到停爐設定值時，鍋爐自動停爐，并在人機組態界面上提示停爐原因，并給出處理方法。

3 應用實例

北京和神東集控中心監控大屏上可以監視和操作補連塔、石圪臺、保德、寸二和哈拉溝鍋爐房的上位機組態畫面，歷史數據查詢正常。以補連塔為例，上位機組態畫面如圖6所示，鍋爐系統的歷史存儲數據見表1。

表1 鍋爐系統的歷史存儲數據
Table 1 The historical data storage of boiler system

時間爐膛負壓/Pa爐膛溫度1/℃爐膛溫度2/℃爐膛出口煙溫/℃排煙溫度/℃17:1504340483817:20178789837768517:2520188579531811517:3020987285132011517:3519988486432011517:4019789085532111817:4520487685432111817:50201884854322118

4 結 語

(1)遠程控制、調試與維護。通過一級、二級監控室的硬件搭建，實現毫秒級別的遠程控制，在鍋爐運行穩定條件下實現無人值守，大幅提升鍋爐的控制水平。通過云平臺服務中心的監視主機及歷史數據查詢可有效查看現場鍋爐房的鍋爐運行狀態，出現問題時及時查找原因并能遠程上傳下載程序，及時解決問題并減少企業差旅費用的支出。

圖6 鍋爐系統的上位機組態畫面Fig.6 Configuration screen of upper computer of boiler system

(2)遠程故障診斷。通過數據中心存儲的數據，根據鍋爐專家的運行經驗，結合歷史數據對鍋爐常見故障及低效率運行狀態進行進一步的數據分析，可更好地維護保養鍋爐，從而使鍋爐運行更安全、更經濟。

(3)遠程加密。遠程監控系統可實現遠程對項目工程程序進行實時加密，大幅提高系統的加密功能。