太陽能電站集熱島數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

張志勇，孔令剛，范多進(jìn)，姚小明

(1. 蘭州交通大學(xué) 光熱儲能綜合能源系統(tǒng)工程研究中心，蘭州 730070； 2. 蘭州交通大學(xué) 光電技術(shù)與智能控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

隨著化石能源的過度消耗及全球環(huán)境問題日益惡化，可再生能源和清潔能源的開發(fā)利用在70、80年代得到了極大的推進(jìn)，之后，原油價格的下跌和全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)的爆發(fā)，人們在太陽能等可再生能源方面的研究有所放緩，近些年，全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及化石燃料的過度使用，使得環(huán)境問題日益嚴(yán)重，太陽能等可再生能源方面的研究重新成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)[1].太陽能是最豐富、可持續(xù)的能源，到達(dá)地球的能量中只要有一小部分能量被人們利用，即可滿足全世界的能量需求[2].太陽能光熱發(fā)電通過儲熱技術(shù)可作為調(diào)峰電源或?qū)崿F(xiàn)24 h連續(xù)發(fā)電，是一種理想的可再生能源[3-5].

太陽能光熱電站由分布在空地上的上百萬平方米的反射鏡實(shí)時捕捉陽光，通過實(shí)時調(diào)整的鏡面角度將陽光反射至吸收器，吸熱器吸收太陽能后通過傳熱、儲熱、換熱等過程產(chǎn)生蒸汽，推動汽輪機(jī)發(fā)電，完成太陽能到電能的轉(zhuǎn)化.數(shù)百萬平方米的反射鏡面通過驅(qū)動裝置、反饋傳感器等實(shí)現(xiàn)追日跟蹤，集熱場內(nèi)分布有成千上萬支傳感器完成現(xiàn)場分布式數(shù)據(jù)信息的實(shí)時采集.電站通常有幾萬條數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)信息量龐大，實(shí)時性要求高.

數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)是太陽能電站最關(guān)鍵的部分之一，國內(nèi)外應(yīng)用于太陽能電站常用的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)有：西門子分布式控制系統(tǒng)，ABB分布式控制系統(tǒng)，施耐德分布式控制系統(tǒng)等[6-9].隨著國內(nèi)光熱市場的崛起和光熱技術(shù)的成熟，太陽能電站設(shè)備及系統(tǒng)的國產(chǎn)化是降低電站成本最有效的途徑[10].目前國內(nèi)已建成的光熱電站中大部分使用的是上述國外的控制系統(tǒng)軟件，中控50 MW塔式電站采用自主研發(fā)的國產(chǎn)軟件.從國家工業(yè)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)安全的角度考慮，國產(chǎn)軟件系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用同樣具有非常重要的意義.本文以敦煌50 MW熔鹽線性菲涅爾示范電站為對象，采用國產(chǎn)eForceCon軟件平臺+分布式PLC遠(yuǎn)程控制單元+PS6歷史服務(wù)器完成太陽能電站鏡場分布式數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)傳輸過程中采用多鏈路同步數(shù)據(jù)交互及多端口分時觸發(fā)協(xié)調(diào)通信的設(shè)計(jì)思想，擬通過多鏈路并行收發(fā)及多端口分時觸發(fā)，提高大吞吐量分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時性、可靠性，通過在示范電站鏡場的實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證該分布式控制系統(tǒng)的可靠性、實(shí)時性和準(zhǔn)確性，為太陽能電站的成本控制探索新途徑.

1 系統(tǒng)組成

1.1 太陽能電站的特點(diǎn)

太陽能電站一般由太陽島、儲換熱島和發(fā)電島三部分組成.儲換熱島、發(fā)電島和常規(guī)的火電站配置大致相同，太陽能電站最核心的部分是太陽島.太陽島一般由反射鏡子系統(tǒng)、吸收器子系統(tǒng)和跟蹤控制子系統(tǒng)等幾部分組成.線性菲涅爾式太陽能電站集熱島部分主要由一次反射鏡、復(fù)合拋物面(CPC)二次反射鏡及跟蹤控制系統(tǒng)組成.線性菲涅爾系統(tǒng)鏡面分布廣泛，每組鏡列通過驅(qū)動裝置完成鏡面旋轉(zhuǎn).敦煌項(xiàng)目占地3 200 m2，控制鏡面的電機(jī)約3 500臺，鏡場內(nèi)部溫度、壓力、流量、液位、角度、限位開關(guān)、泵、閥等傳感器及設(shè)備超過10 000個，監(jiān)控信號測點(diǎn)數(shù)量眾多、分布零散，控制精度要求嚴(yán)格，實(shí)時性要求高.

1.2 線性菲涅爾鏡場控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

根據(jù)線性菲涅爾式集熱島的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮控制系統(tǒng)成本等因素進(jìn)行線性菲涅爾鏡場控制系統(tǒng)的硬件配置.控制系統(tǒng)主要包括人機(jī)交互數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺、雙機(jī)冗余主控單元、SCA集熱器從站單元及分布式IO遠(yuǎn)程控制單元.數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能是完成示范電站3 200 m2戈壁灘上127萬m2一次反射鏡實(shí)時追蹤太陽,完成現(xiàn)場閥門、泵及其他設(shè)備的運(yùn)行控制，并將現(xiàn)場的溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)信息及電機(jī)、泵、閥的狀態(tài)信息實(shí)時采集后在人機(jī)交互界面上呈現(xiàn).SCA從站單元接收主站單元實(shí)時下發(fā)的控制及數(shù)據(jù)請求命令，自主獨(dú)立完成相應(yīng)的實(shí)時控制命令，并將其控制范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息實(shí)時反饋給主控單元；雙機(jī)冗余主控單元負(fù)責(zé)接收上位人機(jī)交互系統(tǒng)下達(dá)的控制命令及下位SCA從站單元上傳的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，完成上位人機(jī)交互系統(tǒng)與下位SCA從站單元之間的高效信息交互；分布式IO遠(yuǎn)程從站單元負(fù)責(zé)鏡場內(nèi)分布零散、實(shí)時性要求嚴(yán)格的終端設(shè)備及信號測點(diǎn)的監(jiān)控任務(wù)；人機(jī)交互數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺是整個控制系統(tǒng)對外實(shí)現(xiàn)信息交流的窗口，操作人員通過數(shù)據(jù)交互平臺下發(fā)控制命令并通過平臺監(jiān)視現(xiàn)場所有的數(shù)據(jù)信息.鏡場控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)布置如圖1所示.

1.3 鏡場控制系統(tǒng)硬件配置

根據(jù)示范電站鏡場數(shù)據(jù)信息的分布特點(diǎn)，控制系統(tǒng)包含9套雙機(jī)熱備主控單元，440套SCA從站單元和50余套分布式遠(yuǎn)程IO單元.主從單元控制器均為PLC設(shè)備.440套SCA從站單元分為8個區(qū)，每個區(qū)包含55個從站，同一個區(qū)內(nèi)的55個從站通過光纖與1套熱備的主控單元進(jìn)行通信，集熱島共由8套雙機(jī)熱備主站和440套從站完成集熱場各種數(shù)據(jù)信息的采集及控制命令.主控室第9套冗余主站完成鏡場內(nèi)處于不同區(qū)域卻具有連鎖控制關(guān)系的關(guān)鍵設(shè)備間遠(yuǎn)程調(diào)度控制.鏡場系統(tǒng)控制柜布置如圖2所示.

圖1 鏡場控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)布置圖Fig.1 Hardware structure layout of mirror field control system

圖2 鏡場控制系統(tǒng)控制柜布置圖Fig.2 Layout of control cabinet of mirror field control system

2 鏡場控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)概述

鏡場數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)是實(shí)現(xiàn)操作人員與現(xiàn)場設(shè)備間對話的媒介，操作人員通過鏡場SCADA平臺的人機(jī)界面向下位機(jī)下達(dá)控制命令，下位機(jī)收集的數(shù)據(jù)信息通過鏡場SCADA平臺進(jìn)行呈現(xiàn).力控eForceCon SCADA平臺軟件支持以分布式實(shí)時數(shù)據(jù)庫為系統(tǒng)核心的一體化軟件平臺，具備開放、集成、面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境，支持客戶端/服務(wù)器(C/S)和瀏覽器/服務(wù)器(B/S)架構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以分布式數(shù)據(jù)源管理方式進(jìn)行信息交互.軟件平臺可支持幾萬點(diǎn)的數(shù)據(jù)通訊,數(shù)萬點(diǎn)的通訊能力滿足太陽能鏡場大數(shù)據(jù)吞吐量、高實(shí)時性的要求.軟件具有豐富的報(bào)警管理能力，支持多級報(bào)警管理、聲光、色報(bào)警輸出等功能.可管理、編輯、監(jiān)控遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)工程及平臺狀態(tài)，支持用戶自定義函數(shù)的開發(fā)，可集成第三方插件及可執(zhí)行程序.提供基于面向?qū)ο蟮哪０寤目梢暬_發(fā)環(huán)境，方便用戶進(jìn)行二次開發(fā).軟件平臺同時支持通過用戶權(quán)限、優(yōu)先級及安全區(qū)等多種方式為用戶提供安全驗(yàn)證[11].

2.2 SCADA平臺配置

根據(jù)鏡場控制系統(tǒng)的硬件配置和控制需求，數(shù)據(jù)采集機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置冗余的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、歷史服務(wù)器、WEB服務(wù)器及C/S客戶端.數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用冗余的IO Server方式對主控室9臺雙機(jī)冗余熱備的PLC主站控制器及現(xiàn)場22臺分布式遠(yuǎn)程IO主站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及存儲.數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與主站之間采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，當(dāng)主機(jī)服務(wù)器系統(tǒng)或服務(wù)器硬件出現(xiàn)問題時可自動切換至從服務(wù)器運(yùn)行，并保持原有的數(shù)據(jù)狀態(tài)；歷史服務(wù)器作為數(shù)據(jù)長效保存與應(yīng)用分析的數(shù)據(jù)源，將eForcecon平臺數(shù)據(jù)同步至歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器后，在eForcecon平臺的圖形化客戶端直接掛接在Space Server歷史數(shù)據(jù)庫進(jìn)行報(bào)警查詢、報(bào)表查詢及趨勢分析；WEB服務(wù)器通過eForcecon平臺的圖形化客戶端+eForcecon Web服務(wù)程序組合實(shí)現(xiàn)圖形化WEB的發(fā)布功能，實(shí)現(xiàn)B/S訪問模式；C/S客戶端以eForcecon平臺的圖形化客戶端方式運(yùn)行，以eForcecon Server+Space Server為雙數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)實(shí)時與歷史數(shù)據(jù)的監(jiān)控，當(dāng)任意一臺客戶端系統(tǒng)或硬件出現(xiàn)問題，其他客戶端可擔(dān)任其監(jiān)視工作.

2.3 SCADA系統(tǒng)人機(jī)交互軟件設(shè)計(jì)

鏡場分布式數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)上位組態(tài)軟件采用雙模式方式進(jìn)行采集設(shè)備集中管理與監(jiān)控，雙模式是指IO Server服務(wù)器和客戶端采取獨(dú)立運(yùn)行又相互結(jié)合的分級管理模式，IO Server服務(wù)器負(fù)責(zé)從主機(jī)設(shè)備完成數(shù)據(jù)信息的實(shí)時采集，同時通過數(shù)據(jù)同步的方式將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸給歷史服務(wù)器，客戶端同時從IO Server服務(wù)器和歷史服務(wù)器兩個數(shù)據(jù)源獲取數(shù)據(jù).該模式有別于傳統(tǒng)的單一模式分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、安全性更?

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置主從IO Server，主從IO Server之間實(shí)時進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，IO Server從機(jī)實(shí)時監(jiān)聽主機(jī)心跳信號，當(dāng)IO Server主機(jī)系統(tǒng)故障時自動切換至從機(jī)運(yùn)行，當(dāng)IO Server主機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后，通過軟件設(shè)置自動切換至主機(jī)運(yùn)行或手動進(jìn)行主從機(jī)運(yùn)行模式切換.

線性菲涅爾鏡場控制系統(tǒng)接收、發(fā)送數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)信息實(shí)時性要求高，SCADA平臺數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時采用模塊化設(shè)計(jì)思想[12-15]，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的物理布局將數(shù)據(jù)信息劃分為多個數(shù)據(jù)區(qū)，模塊化的設(shè)計(jì)既增加了數(shù)據(jù)信息采集的安全性，同時提高了數(shù)據(jù)信息的實(shí)時性.SCADA平臺與設(shè)備交互數(shù)據(jù)時采用多數(shù)據(jù)鏈路通信結(jié)構(gòu)，將同一設(shè)備的數(shù)據(jù)信息根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)及應(yīng)用需求劃分為多條并行的傳輸鏈路；主控室采集主站設(shè)備與SCA從站設(shè)備同樣根據(jù)物理布置劃分為不同數(shù)據(jù)區(qū)域，不同主站負(fù)責(zé)不同區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息收發(fā)，不同主站之間不進(jìn)行直接信息交互；同一數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)的主站與從站設(shè)備通信時劃分多條數(shù)據(jù)鏈路，每個數(shù)據(jù)鏈路通過不同的通信端口訪問轄區(qū)內(nèi)的從站設(shè)備，該區(qū)域內(nèi)的主站設(shè)備負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)控制同一區(qū)域內(nèi)不同鏈路下的從站設(shè)備.

在進(jìn)行變量定義及管理時，批量化的變量導(dǎo)入、導(dǎo)出對工程的開發(fā)具有非常重要的意義[16-17]，線性菲涅爾太陽能鏡場擁有數(shù)萬點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，利用批處理功能可以很輕松的完成數(shù)據(jù)變量的定義及管理.

3 數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備通訊

3.1 SCADA平臺與PLC通訊

太陽能電站通常由眾多系統(tǒng)組成，比如集熱子系統(tǒng)、儲換熱子系統(tǒng)、發(fā)電子系統(tǒng)、防凝子系統(tǒng)、功率預(yù)測子系統(tǒng)及電伴熱子系統(tǒng)等.不同系統(tǒng)根據(jù)測點(diǎn)的布置、規(guī)?；蛐盘栴愋退x用的控制設(shè)備及控制系統(tǒng)有所差異.線性菲涅爾太陽能電站中，集熱島SCADA平臺數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)除負(fù)責(zé)集熱島數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控外，還需與電站其他設(shè)備進(jìn)行一定的信息交互，不同的設(shè)備所選擇的通信方式及通訊協(xié)議有所不同.本項(xiàng)目中，與集熱島鏡場數(shù)據(jù)采集監(jiān)控平臺存在信息交互的PLC品牌有歐姆龍、西門子、三菱等，不同的設(shè)備需選擇不同的通訊方式及通訊協(xié)議，SCADA平臺與OMRON主站PLC之間采用FINS_Ethernet協(xié)議進(jìn)行通信，設(shè)備更新周期設(shè)置50 ms，數(shù)據(jù)包更新周期設(shè)置200 ms，超時時間設(shè)置為3 000 ms，設(shè)備端口號選擇9 600；與SIEMENS PLC終端設(shè)備通訊時采用TCI/IP協(xié)議，設(shè)備端口號選擇102，PLC端的傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)(TSAP)設(shè)置為02.01，PC端的傳輸服務(wù)訪問點(diǎn)(TSAP)設(shè)置為02.00；與三菱PLC終端設(shè)備采用MODBUS TCP協(xié)議進(jìn)行通訊，更新周期設(shè)置1 000 ms，超時時間設(shè)置3 000 ms，設(shè)備端口號選擇502.

3.2 SCADA平臺與第三方DCS系統(tǒng)通信

太陽能電站各子系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)控測點(diǎn)的分布及特點(diǎn)不同，監(jiān)控系統(tǒng)平臺選擇同樣存在差異，對于電站常規(guī)島部分，數(shù)據(jù)測點(diǎn)分布集中，同時測點(diǎn)的可靠性要求高，關(guān)鍵測點(diǎn)必須采用硬接線的方式，因此對于電站常規(guī)島部分的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控，集中控制的DCS系統(tǒng)更適合于現(xiàn)場應(yīng)用.本項(xiàng)目中，常規(guī)島的DCS系統(tǒng)為國產(chǎn)和利時MACS系統(tǒng).在與DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互時，本項(xiàng)目采用OPC通訊方式完成數(shù)據(jù)交互.OPC技術(shù)是一種與硬件廠商無關(guān)的軟件數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)接口及規(guī)程，用于解決不同過程控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換問題，在各個應(yīng)用之間提供透明的數(shù)據(jù)訪問[18].在與第三方應(yīng)用程序進(jìn)行OPC通訊時，需要在雙方設(shè)備上進(jìn)行相應(yīng)的DCOM配置，約定相同的訪問權(quán)限及用戶后，OPC服務(wù)端做相應(yīng)服務(wù)端的DCOM配置，OPC客戶端做相應(yīng)的客戶端DCOM配置.

3.3 PLC主從站之間FINS通信

FINS指令可以實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)間的無縫通信，包括用于信息網(wǎng)絡(luò)的Ethernet，用于控制網(wǎng)絡(luò)的Controller Link和SYSMAC LINK[19].通過在PLC主站編寫FINS通信指令，就可以將上位主站數(shù)據(jù)區(qū)的信息下發(fā)到下位PLC從站，或者從下位PLC從站數(shù)據(jù)區(qū)獲取數(shù)據(jù).FINS協(xié)議支持工業(yè)以太網(wǎng)，其傳輸速度可達(dá)100 Mb/s以上；當(dāng)采用六類或者超六類網(wǎng)線時，節(jié)點(diǎn)間穩(wěn)定傳輸?shù)木嚯x可超過130 m，整個網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離沒有限制，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)可達(dá)254個，可以實(shí)現(xiàn)1∶N、N∶N、N∶1等多種網(wǎng)絡(luò)形式.

在以太網(wǎng)FINS通信中，各種數(shù)據(jù)信息以UDP/IP包或者TCP/IP包的方式在以太網(wǎng)上發(fā)送和接收.通常以太網(wǎng)通信使用的是IP地址，而在FINS通信中則使用網(wǎng)絡(luò)號、節(jié)點(diǎn)號以及單元號來對不同設(shè)備進(jìn)行地址定義，使得不同網(wǎng)絡(luò)之間各種設(shè)備的通信建立了統(tǒng)一的尋址方式[20].以太網(wǎng)FINS通信是一種使用UDP/IP協(xié)議的FINS通信方式，UDP/IP是一種無連接的通信協(xié)議，當(dāng)一條信息從一個節(jié)點(diǎn)到另一個節(jié)點(diǎn)時，這兩個節(jié)點(diǎn)間無明確連接對等關(guān)系，UDP協(xié)議具有較快的傳輸速度，但數(shù)據(jù)通信的可靠性沒有TCP協(xié)議高[21].FINS以太網(wǎng)通信協(xié)議模型如圖3所示.

圖3 FINS以太網(wǎng)通信協(xié)議模型Fig.3 FINS Ethernet communication protocol model

3.4 遠(yuǎn)程終端設(shè)備DATALINK通訊

在太陽能電站的實(shí)際應(yīng)用中，某些設(shè)備的啟停允許條件來源于現(xiàn)場傳感器，但設(shè)備的控制動作開關(guān)、聯(lián)鎖啟停泵閥等又布置在距離幾公里外的地方，對于這種關(guān)聯(lián)信號布置分散、實(shí)時性、可靠性要求較高的設(shè)備，可以采用DATALINK通訊的方式實(shí)現(xiàn)物理距離較遠(yuǎn)的多臺PLC設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互，通過網(wǎng)絡(luò)配置軟件手動建立TAG標(biāo)簽，在兩臺設(shè)備或者多臺設(shè)備間進(jìn)行內(nèi)存地址映射，將A設(shè)備的輸出地址映射為B設(shè)備的輸入地址，B設(shè)備的輸出地址映射為A設(shè)備的輸入地址，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備地址間的數(shù)據(jù)高速交換.

4 通訊測試及結(jié)果分析

4.1 IO Server與PLC通訊測試

鏡場控制系統(tǒng)中，IO Server與每個PLC主站間的通訊數(shù)據(jù)量可達(dá)5 000點(diǎn)，考慮到數(shù)據(jù)信息的實(shí)時性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Γ琁O Server與同一IP地址的PLC設(shè)備建立5條并行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈路.經(jīng)過長期的運(yùn)行后數(shù)據(jù)包傳輸?shù)臓顟B(tài)測試結(jié)果如圖4所示，從圖4可以看出：對A2設(shè)備，命令間隔時間是20 ms，IO server請求26 435 672次，A2設(shè)備響應(yīng)26 435 672次；對于A5設(shè)備，命令間隔時間是50 ms，IO server請求15 655 135次，A5設(shè)備響應(yīng)15 655 135次，通過IO監(jiān)視器對不同設(shè)備的請求響應(yīng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，設(shè)備請求、響應(yīng)錯誤率為零，經(jīng)過長期測試，設(shè)備的穩(wěn)定性滿足系統(tǒng)的運(yùn)行要求.

4.2 FINS通訊測試

鏡場控制系統(tǒng)PLC主站與SCA從站之間數(shù)據(jù)交互采用FINS通信方式，每個主站通過不同的邏輯端口與底層從站完成通信，各邏輯端口輪流觸發(fā)，周期發(fā)送FINS通信命令，通過隨機(jī)實(shí)時監(jiān)聽各端口1 min內(nèi)的觸發(fā)狀態(tài)，測試各端口數(shù)據(jù)收發(fā)的均衡性.各邏輯端口的數(shù)據(jù)監(jiān)聽狀態(tài)如圖5(a)所示，1 min監(jiān)聽周期內(nèi)各端口實(shí)際激活次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖5(b)所示.從圖5可以看出，在主從設(shè)備通信的過程中，隨機(jī)統(tǒng)計(jì)設(shè)備間1 min通信周期內(nèi)各端口的通信觸發(fā)次數(shù)，各端口觸發(fā)的非均衡性最大為12.5%.

圖4 IO Server與PLC主站通信狀態(tài)監(jiān)聽結(jié)果Fig.4 Monitoring results of IO Server and PLC master station communication status

圖5 PLC主站與SCA從站FINS通信狀態(tài)監(jiān)聽結(jié)果Fig.5 Monitoring results of PLC master station and SCA slave station's FINS communication status

5 實(shí)際應(yīng)用展示

5.1 人機(jī)交互窗口設(shè)計(jì)

線性菲涅爾太陽能電站鏡場數(shù)據(jù)信息量大，但模塊化的鏡場設(shè)置使得數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相對整齊.不同集熱回路間的數(shù)據(jù)橫向?qū)Ρ燃巴患療峄芈窋?shù)據(jù)間的縱向?qū)Ρ葘φ麄€鏡場運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行策略調(diào)整具有重要的指導(dǎo)作用.太陽能鏡場運(yùn)行過程中的一些關(guān)鍵參數(shù)需要實(shí)時呈現(xiàn)于監(jiān)控界面，當(dāng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時需及時輸出提示信息，方便運(yùn)行人員監(jiān)盤.線性菲涅爾集熱回路多，數(shù)據(jù)信息量大，完善的數(shù)據(jù)異常聲光報(bào)警提示及自動保護(hù)是提高太陽能電站自動化水平的重要措施[22-24]，本項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)控界面設(shè)計(jì)時對此類數(shù)據(jù)信息做了完善的聲、光、色等報(bào)警提示.

5.2 曲線及報(bào)表系統(tǒng)

曲線及報(bào)表是數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)最重要的部分之一，通過曲線的實(shí)時變化，可以方便的監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時進(jìn)行運(yùn)行參數(shù)調(diào)整，通過查看參數(shù)的歷史趨勢曲線，可以方便進(jìn)行事故分析、故障診斷及運(yùn)行分析；通過數(shù)據(jù)報(bào)表記錄功能，建立班組日報(bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表及年度報(bào)表，通過報(bào)表分析及時調(diào)整電站運(yùn)行策略，分析設(shè)備運(yùn)行工況，為后期的設(shè)備運(yùn)行提供可靠的參考信息.太陽能鏡場監(jiān)控系統(tǒng)的曲線及報(bào)表如圖6所示.

5.3 界面模板的應(yīng)用

線性菲涅爾太陽能電站中，集熱單元、泵、閥、驅(qū)動電機(jī)等均按照模塊化設(shè)計(jì)，采用界面模板功能可以極大地減少界面的重復(fù)設(shè)計(jì)，減少監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作量，縮短開發(fā)周期.使用界面模板功能時，首先按照要求建立模塊窗口，通過模塊窗口生成界面模板，然后在界面模板中生成該模板下的子模板，最后在模板變量管理系統(tǒng)中批量化替換模塊變量.

圖6 趨勢曲線及數(shù)據(jù)報(bào)表Fig.6 Trend curve and data statement

6 結(jié)論

本文介紹了基于eForcecon軟件平臺和PLC的線性菲涅爾太陽能電站鏡場分布式數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)，描述了數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)過程中的模塊化設(shè)計(jì)思想，太陽能電站集熱島運(yùn)行過程中的自動化保護(hù)策略，不同設(shè)備及系統(tǒng)間的信息交互手段，并在示范電站太陽能鏡場數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控系統(tǒng)長期實(shí)際運(yùn)行中采用數(shù)據(jù)監(jiān)聽等手段對系統(tǒng)各部分的通信實(shí)時性及準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證.該監(jiān)控系統(tǒng)上位IO采集服務(wù)器與下位主控設(shè)備間的通信實(shí)時性滿足使用要求，通信過程中請求、響應(yīng)錯誤率為零，下位主控設(shè)備與多臺SCA遠(yuǎn)程終端采用輪流邏輯端口方式通信時，1 min隨機(jī)監(jiān)聽周期內(nèi)，邏輯端口成功觸發(fā)的最大非均衡性為12.5%，通信的實(shí)時性滿足實(shí)際應(yīng)用需求.