羅　濤

摘要:電廠生產(chǎn)過程的自動(dòng)化及安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控是提高電廠自動(dòng)化水平的重要措施之一。文章對(duì)電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,給出了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)模式和系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),并對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探討研究,對(duì)于進(jìn)一步提高電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制水平和安全性具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞:電廠安全生產(chǎn);遠(yuǎn)程監(jiān)控;自動(dòng)控制;遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號(hào):TM764

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1009-2374(2009)19-0033-02

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展,逐漸形成了工業(yè)控制的數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化,使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)逐步從集散控制系統(tǒng)(Distributed Control System,DCS)走向以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的分布式現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(Fieldbus Control System,FCS)。FCS是集當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的當(dāng)代最先進(jìn)的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù),是一種全分散、全數(shù)字、全開放的控制系統(tǒng),是自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)和熱點(diǎn),被譽(yù)為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有革命性的新技術(shù)。

目前全國很多電廠都在實(shí)施生產(chǎn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制改造,采用FCS技術(shù)構(gòu)建環(huán)繞全電廠的安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是必然趨勢(shì),因此,本論文將主要針對(duì)電廠內(nèi)安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行分析,以期和同行共同討論。

一、基于CSS架構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)系統(tǒng)的架構(gòu)模式選擇

按照系統(tǒng)終端情況的不同,可將該數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)模式總的分為B/S(瀏覽器/服務(wù)器)和C/S(客戶端/服務(wù)器)兩種結(jié)構(gòu)模式。B/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器為核心,程序處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基本上都在服務(wù)器端完成,用戶使用IE瀏覽器就可以進(jìn)行事務(wù)處理。C/S結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)以服務(wù)器作為數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)平臺(tái),用戶在終端安裝特定的程序來進(jìn)行事務(wù)處理,然后再將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端。

結(jié)合上述分析,本論文采用C/S/S模式結(jié)構(gòu)。C/S/S模式也叫客戶/應(yīng)用服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器結(jié)構(gòu)Client/Application Server/Database Server(C/S/S)模式,是從C/S模式發(fā)展而來的。這種模式中的三層架構(gòu)“分工”明確?？蛻舳素?fù)責(zé)程序的應(yīng)用和數(shù)據(jù)的讀取、分析等前臺(tái)操作,應(yīng)用服務(wù)器存放并運(yùn)行信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存放并管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。由于在客戶端和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間使用了應(yīng)用服務(wù)器來處理業(yè)務(wù)邏輯,大大減輕了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的壓力,極大地提高了系統(tǒng)的并發(fā)處理能力;另外,由于用戶的請(qǐng)求是發(fā)向應(yīng)用服務(wù)器而不是數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,使得數(shù)據(jù)的安全性大大提高,數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的主要職責(zé)由應(yīng)付客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求,也為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享,故這種結(jié)構(gòu)非常適合實(shí)時(shí)響應(yīng)性、安全性、數(shù)據(jù)吞吐率等性能要求較高的系統(tǒng),同時(shí)它也繼承了C/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),目前這種方式是最可靠、最能完美體現(xiàn)電廠大范圍內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制特點(diǎn)及要求。

(二)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.上位機(jī)系統(tǒng)層次分析。電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用三層C/S/S體系結(jié)構(gòu),使得用戶只需要通過客戶端即可輕松完成和實(shí)現(xiàn)豐富的信息管理等多種功能,整個(gè)上位機(jī)系統(tǒng)由客戶端應(yīng)用程序、應(yīng)用程序服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器三個(gè)層次構(gòu)成,其中客戶端應(yīng)用程序主要完成對(duì)電廠遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的信息管理及控制等操作;應(yīng)用程序服務(wù)器主要集成對(duì)全電廠安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的控制、管理程序;數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要是用于存儲(chǔ)電廠安全監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)、監(jiān)測監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),以備查用。

2.下位機(jī)系統(tǒng)層次分析。既然要實(shí)現(xiàn)全電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)控,就必須要借助網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)對(duì)底層電廠生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控,如對(duì)鍋爐設(shè)備、水輪發(fā)電機(jī)組等生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測及監(jiān)控,因此對(duì)于下位機(jī)系統(tǒng)的層次構(gòu)成,主要是由傳感采集設(shè)備(即傳感器)完成對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的特征數(shù)據(jù)的采集,通過數(shù)據(jù)采集卡加載網(wǎng)絡(luò)通信模塊完成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸,傳輸?shù)缴衔粰C(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器,并由用戶通過客戶端應(yīng)用程序,通過調(diào)用應(yīng)用程序服務(wù)器中的遠(yuǎn)程管理控制程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測與監(jiān)控。

3.網(wǎng)絡(luò)傳輸層分析。根據(jù)電廠生產(chǎn)設(shè)備分布式的特點(diǎn),以及對(duì)電廠生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求,本論文采用現(xiàn)場總線技術(shù),同時(shí)借鑒工業(yè)以太網(wǎng)的統(tǒng)一通信協(xié)議的特點(diǎn),對(duì)面向全電廠布置的分布式安全生產(chǎn)系統(tǒng)實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)控。遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)布置要合理,這是在網(wǎng)絡(luò)傳輸層布置時(shí)必須遵守的。

(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)方式

電廠的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方式采用遠(yuǎn)程控制與現(xiàn)場手動(dòng)控制相結(jié)合的方式。首先要實(shí)現(xiàn)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程控制功能,這主要依賴于對(duì)底層設(shè)備的控制數(shù)據(jù)的組態(tài)而實(shí)現(xiàn),通過上位機(jī)的客戶端程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程控制功能;其次,是要在相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程現(xiàn)場配備手動(dòng)控制開關(guān),以滿足不同的優(yōu)先級(jí)控制需求,也有利于對(duì)相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的現(xiàn)場檢修、維護(hù)和系統(tǒng)改造升級(jí)等。

二、電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

(一) 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.視頻信號(hào)傳輸方式。工業(yè)電視系統(tǒng)的信號(hào)傳輸有兩種方式:電纜傳輸和光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸。這里選定光纖作為電廠遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸介質(zhì),結(jié)合目前現(xiàn)場總線發(fā)展的新技術(shù),依靠最先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)電視監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)傳輸。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)。電廠生產(chǎn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要由前端攝像設(shè)備、視頻控制設(shè)備、光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備和視頻輸出設(shè)備等部分組成。(1)前端攝像設(shè)備。前端攝像設(shè)備即為安裝在社區(qū)內(nèi)的各個(gè)布點(diǎn)場所的攝像機(jī)。地面使用的攝像機(jī)由于監(jiān)控范圍較大,大部分使用的是云臺(tái)攝像機(jī),云臺(tái)是一個(gè)能進(jìn)行水平和垂直兩個(gè)方面運(yùn)動(dòng)的裝置,安裝于其上的攝像頭能夠?qū)崿F(xiàn)水平350°,垂直90°全方位攝像,因此選用彩色全方位攝像儀。(2)視頻控制設(shè)備。視頻控制設(shè)備是監(jiān)控系統(tǒng)的心臟,可以分前向設(shè)備與后向設(shè)備,前向設(shè)備主要包括視頻服務(wù)器,主要功能是實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的聯(lián)網(wǎng);后向設(shè)備主要由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、視頻分配器、視頻矩陣控制切換系統(tǒng)、處理器、云臺(tái)控制器等組成,一般安裝在總調(diào)度室,完成視頻圖像的接收與處理,遙控云臺(tái)的全方位移動(dòng),調(diào)節(jié)鏡頭焦距的變化以及各種輸出信號(hào)的控制。(3)光纖數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備主要采用光纖進(jìn)行傳輸,同時(shí)需要為整個(gè)傳輸系統(tǒng)配備交換機(jī)及流媒體服務(wù)器等設(shè)備,實(shí)現(xiàn)視頻信號(hào)的全數(shù)字化傳輸。采用光纖的最大優(yōu)勢(shì)就在于可以遠(yuǎn)距離而無失真的傳輸視頻數(shù)據(jù)信號(hào)。(4)視頻輸出設(shè)備。視頻輸出設(shè)備主要包括監(jiān)視器、DLP大屏幕和硬盤錄像機(jī),調(diào)度室的工作人員可以通過監(jiān)視器、DLP大屏幕對(duì)控點(diǎn)進(jìn)行24h監(jiān)控,也可通過硬盤錄像機(jī)將攝像機(jī)圖像保存下來,為電廠安全生產(chǎn)提供必要的數(shù)據(jù)信息。

(二)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議設(shè)計(jì)

通信應(yīng)用服務(wù)程序和監(jiān)控終端間的通信方式是基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信,因?yàn)檫@種通信協(xié)議是目前現(xiàn)場總線中最為主流和應(yīng)用最為廣泛的通信協(xié)議之一,用來傳送各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、信息和控制命令等,具體的通信協(xié)議如下:

幀組成字段的意義:

1.IP地址用來標(biāo)識(shí)發(fā)送者的網(wǎng)絡(luò)地址,用long表示。

2.類型表示通信類型,共分為2種,即:查詢和應(yīng)答,用byte表示,其中0x01表示查詢,0x02表示應(yīng)答。

3.時(shí)間指當(dāng)前系統(tǒng)時(shí)間,表示幀發(fā)出時(shí)的本機(jī)系統(tǒng)時(shí)間,在中心服務(wù)器發(fā)向端局監(jiān)控機(jī)的查詢幀中用于校對(duì)監(jiān)控機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間,用time_t表示,即精確到秒級(jí)。

4.數(shù)據(jù)長度用來表示后跟數(shù)據(jù)的總長(字節(jié),不包括長度本身及以前數(shù)據(jù)),用long表示。

5.數(shù)據(jù)是指具體的數(shù)據(jù),其組成及解釋隨類型不同而變化。只要在需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的設(shè)備或機(jī)房內(nèi)布置了采用該通信協(xié)議的現(xiàn)場總線,那么該生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程就可以被集成到全電廠安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的遠(yuǎn)程監(jiān)測與監(jiān)控。

(三)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

接口是指通信服務(wù)器和底層的遠(yuǎn)程監(jiān)控終端之間的通信接口。

通信服務(wù)器和監(jiān)控終端之間的通信接口,采用基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的Windows Socket通信方式,包括以下部分:

1.系統(tǒng)對(duì)時(shí):監(jiān)控終端定時(shí)向通信服務(wù)器查詢系統(tǒng)時(shí)間,把本機(jī)時(shí)間和通信服務(wù)器時(shí)間進(jìn)行同步。

2.查詢一個(gè)機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)。

3.查詢一個(gè)班組:當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)監(jiān)控一個(gè)班組時(shí),定時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)查詢本班組所有機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的命令。對(duì)獲得的機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4.查詢所有機(jī)房:當(dāng)監(jiān)控終端主機(jī)監(jiān)控所有機(jī)房時(shí),定時(shí)向通信服務(wù)器發(fā)查詢所有機(jī)房運(yùn)行狀態(tài)的命令。對(duì)獲得的機(jī)房數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

5.查詢通信狀態(tài):監(jiān)控終端主機(jī)定時(shí)發(fā)送查詢交換機(jī)當(dāng)前通信是否正常的命令。

6.接收?qǐng)?bào)警:監(jiān)控終端主機(jī)接受通信服務(wù)器發(fā)送的報(bào)警信息并進(jìn)行處理、顯示。

三、結(jié)語

電廠是我國重要的電力能源輸出基地,對(duì)于全國數(shù)千個(gè)電廠而言,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制,是提高我國工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化、智能化水平的重要要求,同時(shí)對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)過程的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控,也是不可缺少的。本論文對(duì)電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)和討論,給出了完整的遠(yuǎn)程控制方案和遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)手段,對(duì)于提高自動(dòng)化水平和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制在電廠安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)和推廣意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介:羅濤 (1975-),男,湖北孝感人,北京十三陵蓄能電廠運(yùn)行處副處長,工程師,研究方向:安全生產(chǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。