智慧視頻監(jiān)控在燃煤電廠卸載系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳建設(shè)，秦希賢，張朋英，武二明，陳玲琴

（國(guó)家能源集團(tuán)華北電力有限公司霍州發(fā)電廠，山西臨汾 031400）

傳統(tǒng)輸煤控制系統(tǒng)是將繼電器作為控制設(shè)備，結(jié)合人工手動(dòng)的操作實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)檩斆含F(xiàn)場(chǎng)的條件比較惡劣，嚴(yán)重危害了工人的身體健康。另外，工人手動(dòng)操作存在不確定性，經(jīng)常出現(xiàn)皮帶撕裂，落煤管堵塞、跑偏等情況，降低效率，影響老電廠的穩(wěn)定運(yùn)行。所以，使用可編程控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器對(duì)電廠輸煤系統(tǒng)進(jìn)行控制，能夠降低工人工作壓力，提高電廠運(yùn)行效率。因此，本文對(duì)燃煤電廠卸載系統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控進(jìn)行改造，以提高工作效率[1]。

1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

為了對(duì)燃煤電廠機(jī)組節(jié)能環(huán)保設(shè)施進(jìn)行有效監(jiān)管，單臺(tái)機(jī)組監(jiān)測(cè)點(diǎn)為2 000點(diǎn)，降低數(shù)據(jù)采集周期為秒級(jí)。將電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)應(yīng)用到系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，保證海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的安全、高效傳輸。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面收集，采集數(shù)據(jù)利用電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳到信息內(nèi)容，通過(guò)分析和處理之后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隔離裝置設(shè)置到電力信息外網(wǎng)中[2]，圖1為系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)參數(shù)監(jiān)測(cè)、采集傳輸、排放過(guò)程等。參數(shù)監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)能夠得到精準(zhǔn)的污染源數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)采集傳輸能夠收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；排放過(guò)程監(jiān)控是利用現(xiàn)場(chǎng)污染源過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)審核、工藝監(jiān)控、趨勢(shì)預(yù)警、異常報(bào)警等，利用模型對(duì)污染物的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)污染治理設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)情況的統(tǒng)計(jì)。

中心端監(jiān)控平臺(tái)是指污染源中心端過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)，使用B/S 體系架構(gòu)，將火電廠業(yè)務(wù)流程作為核心，以分布式控制系統(tǒng)DCS 作為基礎(chǔ)，根據(jù)工藝實(shí)際情況，通過(guò)產(chǎn)生環(huán)節(jié)、排放環(huán)節(jié)、治理環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)收集，根據(jù)過(guò)程監(jiān)控儀通過(guò)監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸，從而匯總現(xiàn)場(chǎng)端數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、報(bào)警管理等業(yè)務(wù)功能。末端控制為過(guò)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，主要在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性等[3]。

2 智慧視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 圖像采集

前端設(shè)備主要包括解碼器、攝像機(jī)、云臺(tái)、防護(hù)罩，數(shù)字一體化攝像機(jī)能夠?qū)P 信號(hào)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)變成為RS485信號(hào)送到云臺(tái)中，以此實(shí)現(xiàn)前端云臺(tái)控制。利用視頻客戶端實(shí)現(xiàn)垂直、水平轉(zhuǎn)動(dòng)，鏡頭變焦等控制。視頻信號(hào)使用光纖，通過(guò)光纖收發(fā)器在監(jiān)控中心交換機(jī)中傳輸。

攝像機(jī)產(chǎn)品具有多種型號(hào)，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和運(yùn)行需求選擇實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)品，充分考慮攝像機(jī)分辨率、紅外、防護(hù)等級(jí)。脫硫工藝車間攝像機(jī)應(yīng)用防腐型防護(hù)罩，將防震措施設(shè)置到泵房攝像機(jī)中。

2.2 信號(hào)傳輸和存儲(chǔ)

利用攝像機(jī)對(duì)視頻圖像進(jìn)行收集，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行傳輸，對(duì)圖像清晰度進(jìn)行保證，使用光纖或者雙絞線傳輸信號(hào)。利用雙絞線傳輸交換機(jī)和攝像機(jī)的信號(hào)，工業(yè)電視和視頻監(jiān)控等交換機(jī)通過(guò)光纖連接。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和信號(hào)傳輸介質(zhì)能夠?qū)⒅鲌?chǎng)交換機(jī)、前端攝像機(jī)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)傳輸，使視頻信號(hào)長(zhǎng)距離傳輸需求得到滿足。

數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備使用網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)的存儲(chǔ)和回訪，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的添加攝像頭、搜索攝像頭、修改IP 地址。存儲(chǔ)資源根據(jù)時(shí)間需求實(shí)現(xiàn)分布式部署，還能夠集中存儲(chǔ)在電子設(shè)備和機(jī)房中，從而對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，使生命周期存儲(chǔ)和完善備份等功能得到完善。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像頭寫(xiě)入，實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建，降低核心交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力[4]。

2.3 信號(hào)管理和圖像顯示

數(shù)字視頻管理主機(jī)指的是系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備和用戶的授權(quán)，對(duì)設(shè)備活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行記錄。通過(guò)管理平臺(tái)相互連接系統(tǒng)和設(shè)備，對(duì)視頻、音頻和報(bào)警等信息進(jìn)行收集，還能夠?qū)崿F(xiàn)信息的傳輸、轉(zhuǎn)換、顯示和控制。視頻服務(wù)器和管理服務(wù)器指的是視頻監(jiān)控系統(tǒng)解決方案主要的構(gòu)件，通過(guò)視頻管理服務(wù)器實(shí)現(xiàn)集中配置、認(rèn)證、控制和注冊(cè)等，有效管理視頻設(shè)備網(wǎng)絡(luò)，還能夠?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)管理服務(wù)器相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)多級(jí)多域管理平臺(tái)的創(chuàng)建。數(shù)據(jù)管理服務(wù)器中包括存儲(chǔ)資源、視頻數(shù)據(jù)和設(shè)備的管理，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)全部資源的全方位管理和監(jiān)視，能夠?qū)σ曨l進(jìn)行檢索。

通過(guò)視頻大屏幕和工作站顯示信息，利用客戶端友好的人機(jī)界面和客戶端功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)視對(duì)象的監(jiān)視、監(jiān)聽(tīng)、查詢和控制，對(duì)基本GIS 功能進(jìn)行集成[5]。

2.4 卸煤控制

卸煤控制主要包括自動(dòng)、手動(dòng)和就地3種方式。

（1）自動(dòng)方式。自動(dòng)方式中的操作能夠利用上位機(jī)鍵盤(pán)進(jìn)行操作，運(yùn)行人員以工藝需求在LCD 中調(diào)出預(yù)選的流程菜單，在程序選擇無(wú)誤后實(shí)現(xiàn)完整流程的創(chuàng)建，LCD 中具備有效信號(hào)，在設(shè)備設(shè)置完成后發(fā)送允許啟動(dòng)的信號(hào)，皮帶通過(guò)逆煤流啟動(dòng)設(shè)備，在啟動(dòng)皮帶之后觸發(fā)現(xiàn)場(chǎng)警鈴的告警。在程序停機(jī)時(shí)以原本設(shè)置和順煤流延時(shí)停機(jī)。在運(yùn)行的過(guò)程中，任意設(shè)備出現(xiàn)重大事故就能夠聯(lián)跳逆煤流方向設(shè)備。

（2）手動(dòng)方式。手動(dòng)方式包括解鎖和連鎖兩種手動(dòng)，連鎖手動(dòng)指的是通過(guò)上位機(jī)利用PLC 實(shí)現(xiàn)。運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際需求通過(guò)上位機(jī)對(duì)調(diào)相應(yīng)的畫(huà)面進(jìn)行設(shè)置，對(duì)已經(jīng)選擇的流程設(shè)備以連鎖方式逆煤流一對(duì)一的啟動(dòng)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)順煤流方向的一對(duì)一停機(jī)。連鎖手動(dòng)通過(guò)上位機(jī)操作，沒(méi)有任何連鎖關(guān)系，對(duì)全部設(shè)備啟停。

（3）就地方式。通過(guò)就地控制箱或者開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)操作，這時(shí)控制室無(wú)法控制設(shè)備。系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置設(shè)備檢修、調(diào)試的起停按鈕和事故緊急停機(jī)拉線開(kāi)關(guān)。

2.5 顯示記錄功能

卸煤系統(tǒng)具備計(jì)算機(jī)管理功能，能夠自動(dòng)收集運(yùn)行工況和相應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)時(shí)流量進(jìn)行修改、編制和狀態(tài)顯示，實(shí)現(xiàn)各種記錄和報(bào)表的打印，并且通過(guò)CRT 進(jìn)行查詢。

全部重要報(bào)警、連鎖保護(hù)、設(shè)備故障跳閘的信號(hào)等根據(jù)發(fā)生順序進(jìn)行存儲(chǔ)和記錄，并且能夠隨意地打印和調(diào)用。

以工藝系統(tǒng)特點(diǎn)，系統(tǒng)邏輯預(yù)先設(shè)置配煤和上煤的方式，運(yùn)行人員根據(jù)輸煤系統(tǒng)設(shè)備情況對(duì)不同方式進(jìn)行選擇。

3 系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

在某電廠應(yīng)用燃煤電廠工況監(jiān)控系統(tǒng)，此項(xiàng)目能夠?qū)崿F(xiàn)軟件平臺(tái)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控軟件的創(chuàng)建、工況監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的接入等，還能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)的交換，能夠滿足項(xiàng)目預(yù)期目的。

（1）參數(shù)選擇。參數(shù)監(jiān)測(cè)選擇溫度、燃煤量、溫度、發(fā)電量、引風(fēng)機(jī)狀態(tài)、漿液泵電流、煙氣換熱器電流等。

（2）數(shù)據(jù)采集傳輸方式。通過(guò)隔離獲取和過(guò)程控制對(duì)象連接和嵌入通訊協(xié)議，根據(jù)DCS 直接獲取結(jié)合的方式；數(shù)據(jù)傳輸根據(jù)GPRS 無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健?/p>

（3）應(yīng)用效果分析。首先，能夠通過(guò)入口煙氣的瞬時(shí)流量和機(jī)組負(fù)荷曲線、石灰石投放量、出入口SO2濃度、石膏產(chǎn)生量等對(duì)脫硫效率進(jìn)行判斷。入口瞬時(shí)流量和機(jī)組的負(fù)荷曲線見(jiàn)圖2，兩條曲線基本同步，能夠?qū)θ肟跓煔饬髁康谋O(jiān)測(cè)設(shè)備正常運(yùn)行進(jìn)行判斷。

圖2 入口瞬時(shí)流量和機(jī)組的負(fù)荷曲線

另外，能夠利用物料平衡公式對(duì)脫硫效率進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)進(jìn)出口SO2濃度比對(duì)脫硫效率進(jìn)行計(jì)算。對(duì)比以上兩種脫硫效率是否相同，對(duì)設(shè)備是否正常的運(yùn)行進(jìn)行判斷。在實(shí)際應(yīng)用中，能夠利用石灰石投放量與石膏產(chǎn)生量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)物料衡算驗(yàn)證整個(gè)脫硫效率。比如，某天的石灰石投放量和石膏產(chǎn)生量不同，就能夠判斷脫硫設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中不正常。

利用監(jiān)控企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的工況參數(shù)，自動(dòng)分析企業(yè)設(shè)備的運(yùn)行邏輯，使企業(yè)自我管理能力得到提高，還能夠?qū)ζ髽I(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效監(jiān)督和驗(yàn)證，使工作水平得到提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)火電廠輸煤控制系統(tǒng)以PLC 為主，主要特點(diǎn)就是能夠承受惡劣工業(yè)環(huán)境，具有加強(qiáng)的抗干擾性；結(jié)構(gòu)化模塊，系統(tǒng)的配置比較簡(jiǎn)單；能夠和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸入輸出相互連接，對(duì)于不同現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的I/O 模塊也不同；編程簡(jiǎn)單，并且能夠?qū)崿F(xiàn)在線編程，具有較強(qiáng)可靠性。針對(duì)此優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)能夠根據(jù)PLC程序?qū)崿F(xiàn)多種方式選擇，提高系統(tǒng)功能的合理性，更加的完善，并且靈活可靠，提高安全保障能力，使系統(tǒng)在投入運(yùn)行之后容易出現(xiàn)的問(wèn)題得到解決，使系統(tǒng)自動(dòng)化水平得到提高。