陳寶闊，賀伯君，樓劍

1 前言

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集與分析逐漸成為焦點，工業(yè)生產(chǎn)建立遠程的數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)已是迫在眉睫。遠程數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)通過將底層數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌?，可實現(xiàn)通過數(shù)據(jù)平臺時刻關注所建項目的運行情況，對實時數(shù)據(jù)進行分析處理，建立完整的數(shù)據(jù)流，定期向客戶提供運行分析報告，輔助客戶了解運行狀況和改造需求，以實現(xiàn)客戶效益的最大化的目標。

由于余熱電站大多為十年前建設，各系統(tǒng)版本較低，造成數(shù)據(jù)通訊中遇到諸多困難。本文主要針對余熱電站的整個數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行研究，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)實現(xiàn)對整個工藝過程的控制，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，現(xiàn)場的大部分原始數(shù)據(jù)都儲存在DCS數(shù)據(jù)服務器中，所以建立與DCS數(shù)據(jù)服務器的連接是數(shù)據(jù)輸出的第一個環(huán)節(jié)也是關鍵環(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)已應用在余熱電站中，比如國外品牌ABB、施耐德、西門子等，國內(nèi)品牌如和利時、浙大中控等。大多數(shù)DCS控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務都是非開放性的，需要購買相應的OPC協(xié)議授權(quán)。國外DCS控制系統(tǒng)，如西門子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)通訊要求開發(fā)S7-300 TCP主機協(xié)議，接入TCP接口即可讀取服務器數(shù)據(jù)。通過開發(fā)相關的接口將OPC協(xié)議轉(zhuǎn)換為Modbus協(xié)議，通過數(shù)據(jù)網(wǎng)關將DCS數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌?，云端服務器將?shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，通過軟件展示平臺訪問數(shù)據(jù)庫，實時監(jiān)控現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)。硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)見圖1。

圖1 硬件系統(tǒng)基本架構(gòu)

通過以工藝流程原理為基礎的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)該系統(tǒng)的各種服務功能和增值功能，例如初級的故障診斷、設備的管理與維護、能耗分析與優(yōu)化、信息化管理平臺的搭建等。當?shù)讓訑?shù)據(jù)積累到一定的量級，可以通過數(shù)據(jù)構(gòu)建專家系統(tǒng)模型實現(xiàn)初步的自動控制，最終實現(xiàn)智能制造。

3 技術(shù)路線

各軟件的開放程度不同，應根據(jù)現(xiàn)場DCS控制系統(tǒng)情況選擇不同的通訊方案。例如，和利時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)服務器讀取到數(shù)據(jù)；而西門子系統(tǒng)可直接接入開放的TCP/IP接口，將數(shù)據(jù)網(wǎng)關連接至現(xiàn)場交換機，設置網(wǎng)絡IP，保證操作員站或工程師站與網(wǎng)關的通訊正常。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)交換問題，可以在各應用之間提供一種透明的數(shù)據(jù)訪問。它將訪問現(xiàn)場設備的開發(fā)任務作為標準接口以服務器形式透明提供給用戶，OPC標準包含了實時數(shù)據(jù)存?。∣PC DA）規(guī)范、報警與事件（OPC AE）規(guī)范和數(shù)據(jù)存取（OPC HAD）規(guī)范等三個規(guī)范[2]。

通過OPC獲取數(shù)據(jù)已成為常規(guī)方式，首先，通過開發(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)關通訊；再利用帶有上傳功能的數(shù)據(jù)網(wǎng)關等傳輸模塊將數(shù)據(jù)的地址匹配和協(xié)議匹配上傳到云端服務器，將數(shù)據(jù)整理保存；最后，通過開發(fā)的軟件平臺或常用的客戶端組態(tài)軟件將數(shù)據(jù)展示出來。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，實現(xiàn)遠程查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能和需求。這是整個系統(tǒng)最基礎的一部分，數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)價值還需進一步深入挖掘。數(shù)據(jù)流程見圖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程管理系統(tǒng)，提高電站的運行效率，搭建能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)遠程查看是整個系統(tǒng)的基本單元。能源數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分為遠程查看系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、運行診斷系統(tǒng)和故障預警系統(tǒng)。平臺架構(gòu)見圖3。

圖3 平臺架構(gòu)

4.1 遠程查看系統(tǒng)

遠程查看系統(tǒng)分為電腦端和手機端查看，電腦端查看系統(tǒng)可保持與現(xiàn)場中控室完全相同的畫面，具有在網(wǎng)即可遠程查看現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、調(diào)取特定時段的歷史數(shù)據(jù)等高度自定義的選取功能，可實現(xiàn)本地遠程數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的同步性和一致性，便于遠程指導運行和調(diào)試。手機端查看系統(tǒng)可根據(jù)需求設置關鍵參數(shù)，實現(xiàn)實時在線查看，能夠隨時隨地關注電站運行情況。

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，通過累積的歷史數(shù)據(jù)，整理歸納關鍵設備的各項參數(shù)，并結(jié)合設備原理相應算法，對歷史數(shù)據(jù)進行相關性分析，以可視化圖表的形式直觀展示，實現(xiàn)對單體設備的掌握；其次，對子系統(tǒng)運轉(zhuǎn)進行分析，關注子系統(tǒng)級參數(shù)，結(jié)合不同系統(tǒng)的工藝原理，監(jiān)控煙風系統(tǒng)、水系統(tǒng)和汽機系統(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)分析單元見圖4。

圖4 鍋爐數(shù)據(jù)分析單元

4.3 運行診斷系統(tǒng)

運行診斷系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)回放中心和性能評價中心。采用靶式評價機制對分析結(jié)果進行運算挖掘，對各個節(jié)點的評價任務進行劃分，以實現(xiàn)性能分析的導向性和準確性。根據(jù)評價目標制定不同的評價策略，對設備性能評價、工藝過程的性能評價，找出造成評分低的根本因素并提出解決方案，以保持系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)。如通過換熱效率等參數(shù)對鍋爐性能進行評價，判斷其運轉(zhuǎn)情況。運行診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)回放中心見圖5。

圖5 數(shù)據(jù)回放中心

4.4 故障預警系統(tǒng)

故障預警系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)可預見性管理，通過對運行數(shù)據(jù)的監(jiān)控和分析，在故障發(fā)生前預見故障發(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)生的費用和投入，實現(xiàn)效益最大化。

5 結(jié)語

通過余熱電站數(shù)據(jù)管理平臺，可時刻關注所建項目的運行情況，對實時數(shù)據(jù)進行分析處理，定期向客戶提供運行情況分析報告，輔助客戶了解系統(tǒng)的運行狀況和改造需求，實現(xiàn)客戶效益的最大化。目前，平臺已經(jīng)接入6家國內(nèi)余熱電站，2家國外余熱電站，定期提供更加準確專業(yè)的個性化服務，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)價值作用最大化，建立了電站運行數(shù)據(jù)檔案，提升了電站的運行和管理水平。