數(shù)字化智能電廠遠(yuǎn)程測(cè)控的設(shè)計(jì)

朱新華

【摘要】隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電廠數(shù)字化智能化成為可能。為了提高效率，減少現(xiàn)場(chǎng)工作人員，對(duì)于數(shù)字化智能電廠遠(yuǎn)程控制的問題亟待解決。遠(yuǎn)程控制除了外部設(shè)備之外就是內(nèi)部信息的建立和傳輸，本文從總線技術(shù)出發(fā)，構(gòu)建數(shù)字化智能電廠遠(yuǎn)程測(cè)控框架。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字智能化；電廠；遠(yuǎn)程測(cè)控

【中圖分類號(hào)】TM63 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）01—0083—01

一、引言

數(shù)字智能化電廠認(rèn)識(shí)和定義從不同的角度出發(fā)有不同的認(rèn)識(shí)，有不少商家認(rèn)為具備總線技術(shù)的電廠就具備數(shù)字管理功能，同時(shí)也出現(xiàn)了數(shù)字化電廠的概念模型，目的是為了實(shí)現(xiàn)管控一體化。通過分散控制、信息管理、決策支持共同構(gòu)成數(shù)字智能電廠。既然數(shù)字智能電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度的數(shù)字集成管理，那么就涉及信息的采集、傳輸和遠(yuǎn)程控制。因此職能電廠遠(yuǎn)程控制因該包含管理數(shù)字遠(yuǎn)程控制、生產(chǎn)過程遠(yuǎn)程控制以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程控制。

二、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程測(cè)控以及生產(chǎn)過程的測(cè)控

1、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備測(cè)控

現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息交流的通道，設(shè)備與控制部分能夠進(jìn)行單向、雙向、多點(diǎn)的數(shù)字交流，通過總線能夠?qū)⑼ㄐ?、?jì)算機(jī)以及控制技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行有效連接，作為控制的整體。同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程測(cè)控中嵌入式技術(shù)可以有效利用。通過嵌入式技術(shù)將現(xiàn)場(chǎng)的儀表進(jìn)行連接和監(jiān)測(cè)，數(shù)字處理的結(jié)構(gòu)能夠通過總線與控制中心進(jìn)行信息溝通，執(zhí)行機(jī)構(gòu)具備與遠(yuǎn)程控制設(shè)備之間的數(shù)字通信能力。在遠(yuǎn)程測(cè)控通信中采用雙絞線和大量采用光纖，提供通信的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，總線和嵌入式在遠(yuǎn)側(cè)測(cè)控中的運(yùn)用，能減少遠(yuǎn)側(cè)測(cè)控的信號(hào)通信節(jié)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的整體性能和精度。此外總線通過預(yù)置方式大大減少傳統(tǒng)作業(yè)工具的使用，提高系統(tǒng)整體安全性。

2、生產(chǎn)過程測(cè)控

本文采用西門子公司提供的基于數(shù)字技術(shù)的儀控系統(tǒng)，本系統(tǒng)的好處是綜合成本低性能更穩(wěn)定，組網(wǎng)比較靈活擴(kuò)展性強(qiáng)，管理人員可以迅速的將智能電廠的設(shè)備接入總線遠(yuǎn)程測(cè)控網(wǎng)絡(luò)中，不需重新建立傳輸統(tǒng)統(tǒng)，比較方便的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和儀表進(jìn)入測(cè)控模塊，采用協(xié)議設(shè)備制造商使用相同的功能，可以實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行過程的測(cè)控。原則上測(cè)控和運(yùn)行需要構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且通過接口設(shè)備和下層控制系統(tǒng)之間建立聯(lián)系，過程遠(yuǎn)程測(cè)控必須與智能電廠的容量相適應(yīng)，測(cè)控協(xié)議采用IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，以減少過程測(cè)控中網(wǎng)絡(luò)建立的不可預(yù)料的問題。過程的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架采用集中和分散相結(jié)合的設(shè)計(jì)。

三、測(cè)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的建立

電廠在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，對(duì)于測(cè)控的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)并不宜采用常規(guī)的關(guān)系數(shù)據(jù)，當(dāng)然對(duì)所有生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)施的測(cè)控是較為理想的方案，因此測(cè)控的數(shù)據(jù)需要包含以下信息：電廠在生產(chǎn)過程中歷史和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是集成的數(shù)據(jù)對(duì)象，需要建立比較有效的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)控資源的共享。測(cè)控的數(shù)據(jù)因該有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各種設(shè)備需要測(cè)控的頻率、精度以及安全級(jí)別都要顯現(xiàn)。此外還要對(duì)電廠二次設(shè)備測(cè)控，對(duì)于數(shù)據(jù)要求不能進(jìn)行壓縮，以便提高準(zhǔn)確性。測(cè)控?cái)?shù)據(jù)具有實(shí)施查詢和分析的功能，能夠及時(shí)反映測(cè)控的狀態(tài)。

四、設(shè)計(jì)原則和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（一）設(shè)計(jì)原則

1、實(shí)用性和先進(jìn)性原則。遠(yuǎn)側(cè)測(cè)控隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，新的設(shè)備不斷涌現(xiàn)，測(cè)控的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)也在不斷擴(kuò)大，外部總線的選擇要跟進(jìn)網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展，將測(cè)控的應(yīng)用建立在較高的層次之上，以適應(yīng)今后的發(fā)展。充分考慮硬件的先進(jìn)性和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的科學(xué)性，選用的硬件基本上采用技術(shù)領(lǐng)先的IBM等，充分保證電廠設(shè)備以及技術(shù)要求。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)只能夠要考慮一用和實(shí)用性。

2、可靠性和安全性。系統(tǒng)的運(yùn)行安全是整個(gè)測(cè)控建設(shè)的基礎(chǔ)，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)因該具有監(jiān)督和刮泥的能夠，要從分考慮測(cè)控設(shè)備和線路的冗余，方便線路更換和擴(kuò)充，確保測(cè)控?cái)?shù)據(jù)正確傳輸。

（二）網(wǎng)絡(luò)和總線結(jié)構(gòu)

電廠的試驗(yàn)項(xiàng)目種類繁多，測(cè)試設(shè)備多種多樣，采用的總線、接口標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，必須合理的將這些設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)的形式組織起來(lái)，形成可靠、實(shí)用的適合于試驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)用的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)化測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)的范疇。電廠遠(yuǎn)側(cè)測(cè)控不僅需要反映了網(wǎng)絡(luò)通信方面的結(jié)構(gòu)恃性，并且反映出含計(jì)算機(jī)的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，綜合信息采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸和控制的重要特征，更要反映網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征。

本設(shè)計(jì)采用總線功能的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)是以現(xiàn)場(chǎng)總線為基礎(chǔ)的開放式、全數(shù)字式控制系統(tǒng)，它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛在總線上，作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進(jìn)一步構(gòu)成自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基本控制、補(bǔ)償計(jì)算、參數(shù)修改、報(bào)警、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動(dòng)化功能。其總線測(cè)控由3層網(wǎng)絡(luò)組成，最后一層為低速現(xiàn)場(chǎng)總線Fields H1連成的控制網(wǎng)絡(luò)CNET，中間的一層為高速現(xiàn)場(chǎng)總線Fields H2連成的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)SNET，最上一層為普通管理網(wǎng)絡(luò)MNET。最低層的H1現(xiàn)場(chǎng)總線連接著各類現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，包括壓力變送器、溫度變送器、各種測(cè)量?jī)x表及調(diào)節(jié)閥等。低速現(xiàn)場(chǎng)總線Fields H1通過耦合器連到高速現(xiàn)場(chǎng)總線Fields H2作為H2總線的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。XCFCS進(jìn)行管理和運(yùn)行控制的工程師站和操作站作為H2總線的節(jié)點(diǎn)，連接到FCS的H2總線上。此外，F(xiàn)CS還通過網(wǎng)關(guān)接到上層管理網(wǎng)上，把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)、數(shù)據(jù)傳送到上級(jí)管理網(wǎng)絡(luò)，為管理層決策提供第一手資料，從而實(shí)現(xiàn)管控一體化。

五、系統(tǒng)的整體實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)主要分為遠(yuǎn)程系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)，遠(yuǎn)程系統(tǒng)即客戶端系統(tǒng)主要是完成數(shù)據(jù)的采集并向服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)功能，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)主要用于電廠信息收集集中，并完成性能分析及遠(yuǎn)程發(fā)布功能。遠(yuǎn)程系統(tǒng)可以放在監(jiān)控站中，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)主要放控制中心。遠(yuǎn)程需要建立采集和信息兩個(gè)部分，為了不干擾電廠實(shí)時(shí)運(yùn)行，確保電廠安全并有效運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集和發(fā)送建立在SIS外部，采集可以從電廠數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。獲得信息通過總線進(jìn)行文件信息交流，發(fā)送指令讀取信息并發(fā)送遠(yuǎn)程斷?，F(xiàn)場(chǎng)部分有執(zhí)行和數(shù)據(jù)兩個(gè)部分組成，數(shù)據(jù)包含現(xiàn)場(chǎng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)包含接受和轉(zhuǎn)換命令。

總結(jié)本系統(tǒng)主要采用有線測(cè)控方式，以內(nèi)部總線和外部總線技術(shù)為基礎(chǔ)，通過總線構(gòu)建三層測(cè)控結(jié)構(gòu)，包含低速現(xiàn)場(chǎng)總線、高速總線、普通管理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，此外還建立測(cè)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，通過與SIS外部掛接方法，一方面可以利用SIS系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)，另一方面又可以豐富SIS內(nèi)部數(shù)據(jù)。

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