（教育技术学专业论文）火电厂能损在线监测和节能管理系统的设计与开发.pdf

、 燮堂苎i 鳖一 摘要 本文提出了火电厂能损在线监测和节能管理系统应具备的功能和整体结 构。规划了本系统所需的软件工作平台，使用目前最优秀的开发工具c + + b u i l d e r ，设计并开发了基于c s 体系结构的能损在线计算分析系统和数据管理 系统，以及用户输入、输出、在线监测接口子系统。孩系统使用方便、灵活、 功能强大、界面友好，并具有数据有效性检验和用户安全验证功能，具有丰富 的报表、图形界面来显示计算分析结果。习 这套系统可以在线监测和分析机组的运行效率，包括发电煤耗、供电煤耗、 锅炉效率、汽轮机效率和厂用电率。峒时，这套系统可以在线分析热力系统的 各小指标如主蒸汽参数、抽汽参数和排汽参数在偏离目标值时所引起的煤耗额 外增加值，对于偏离目标值超过允许范围时的参数提出报警，以提醒运行人员 调整运行，纠正偏差，使各参数都运行在摄佳状态，从而降低煤耗，提高机组 的运行效率。另外，这套系统可以自动形成电厂所需要的各种报表。 关键词：能损监测c + + b u i l d e r 数据库管理系统接口火电厂。 士圣。i 釜丈 ：ersr l ：、 a b s t r a c t t h i sp a p e rp r e s e n t st h ee s s e n t i a lf u n c t i o na n ds t r u c t u r eo f e n e r g yl o s so n l i n e m o n i t o r i n g a n de n e r g yc o n s e r v a t i o n s y s t e m o fp o w e rp l a n t m e a n w h i l e ，t h e s o l , r a r e p l a t f o r m h a sb e e n d e s i g n e d i nt h e p a p e r u s i n g o n eo ft h em o s t o u t s t a n d i n gd e v e l o p m e n tt o o l sc + + b u i l d e r , t h ea u t h o r h a sb e e nd e s i g n e da n d d e v e l o p e d as u i to fc a l c u l a t i o na n a l y s i sa n dd a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e mb a s e do n c sn e t w o r ks t r u c t u r e i na d d i t i o n ，t h es u b r o u t i n eo fu s e ri n p u t o u t p u ta n do n l i n e m o n i t o r i n gi n t e r f a c eh a sb e e nc o n s i d e r e di nt h ep r o g r a m t h es y s t e mh a sm a n y g o o da d v a n t a g e so fc o n v e n i e n c eo p e r a t i o n ，f l e x i b l ew i n d o w s ，s t r o n g l yf u n c t i o n a n df r i e n d l yi n t e r f a c e t h es y s t e mp r o v i d e st h em o d u l eo ft h ed a t av a l i d i t ya n d u s e rs e c u r i t y m o r e o v e r , t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t sc a r lb ed i s p l a y e dw i t hr e p o r tf o r m s a n d g r a p h i c s i n t e r f a c e t h em a i nf u n c t i o n so ft h es o f t w a r ei n c l u d et h ec o n d i t i o n sm o n i t o r i n go ft h e u n i t sa n dt h ep e r f o r m a n c ea n a l y s i so nl i n e ，f o re x a m p l e ，t h ec a l c u l a t i o no ft h en e t c o a lc o n s u m p t i o nr a t eo ft h e r m a lp o w e r p l a n t s ，t h en e tc o a lc o n s u m p t i o n r a t eo f p o w e rs u p p l y , t h ee f f i c i e n c yo f b o i l e r , t h ee f f i c i e n c y o f t u r b i n ea n do t h e r s i g n i f i c a n t i n d e x f u r t h e r m o r e ，t h es o l , r a r ec a nc a l c u l a t ea n de s t i m a t et h el e v e l so fe n e r g y l o s sc a u s e db yt h ec h a n g eo fs o m eo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ( e g t h ev a r yo ft h e p a r a m e t e r o ft h e s t e a m ) t h e s o f t w a r e p r o v i d e f u n c t i o no f a l e r t i fs o m e p a r a m e t e r se x c e e dt h er a n g eo f p e r m i s s i o n ，a n dt h i sm a yu r g et h eo p e r a t o r t oa d j u s t o p e r a t i o nc o n d i t i o na n dp u tf i g h t m e a n w h i l e ，t h i sm a yp r o m i s et h eu n i t su n d e r t h e c o n d i t i o n so f o p t i m i z a t i o n ，a n da c h i e v el o w e r n e tc o a lc o n s u m p t i o nr a t eo ft h e r m a l p o w e rp l a n t a n dh i g h e r g e n e r a t i o ne f f i c i e n c y a d d i t i o n a l l y , t h e s o f t w a r ec a n a u t o m a t i c a l l yc o m p l e t e t h er e p o r tf o r m sw h i c hi si n d i s p e n s a b l ei np o w e r p l a n t k e yw o r d s ：e n e r g y l o s sm o n i t o r i n gs y s t e m c + + b u i l d e r , d a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e m ，i n t e r f a c e ，t h e r m a lp o w e r p l a n t 砸士学垃论丈 第一章概述 1 1 课题的意义 我国的火电厂是以煤为主要燃料的发电厂，煤的成本占整个发电成本的 7 0 以上。一台3 0 万千瓦的机组，如果每度电节约煤耗i 克，一年可节约标 准煤1 7 万吨，折合原煤2 5 万吨，并降低电厂s 0 2 的排放量，经济效益十分 显著。目前，我国火电厂的供电煤耗比国外先进水平高8 0 9 ，k w h ，节能潜力 和环保效益十分巨大。 火电厂煤耗高的原因除设备本身的性能因素外，自动化水平和运行水平也 是十分重要的原因。在实际运行中，热力系统中的每个参数都有一个经济值( 即 最佳值) ，如果每个参数都处于最佳状态，这时机组运行的供电煤耗最低。但 实际情况是，每个参数都由于某种情况而出现波动，从而偏离最佳值，引起供 电煤耗的增加，由于影响煤耗的参数有8 0 0 0 多个要想靠人及时找到主要参 数非常困难，需要找到一种快速可靠的方法，借助运算速度极快的计算机来完 成这项工作当然成为人们的首选目标。 为了加强对火电厂的管理，很多火电厂都建立了局域网，并开发了 m i s ( m a n a g c ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，且把电厂的实时数据引入了m i s 系统。通 过m i s 系统可以实时查询机组的各种运行参数和历史数据，可以生成各种简 单报表，这对加强管理和机组安全起到了很大的作用。但是目前的m i s 系统 还无法实时计算各参数偏离最佳值时引起的能耗增加值，从而也无法实时找到 影响煤耗的主要因素。 我们开发的火电厂能损在线监测和节能管理系统可以实时监测电厂的运 行状况，可以实时监测热力系统的主要参数是否运行在经济状态，如果某个参 ( 简 ：= ： 硕士学垃t 全文 ” s jf isr ：! ；：s 数偏离经济状态，系统可以实时计算该参数引起的煤耗增加值，并提供实时报 警，以提醒运行用户调整该参数到经济状态，或提醒检修用户进行检修。这样， 可以使整个热力系统运行在最佳经济状态，从而降低供电煤耗，提高电厂的经 济效益。同时，本系统可以自动形成电厂所需要的各种报表，可对电厂的整个 节能管理工作进行网络化管理，大大提高电厂的管理水平和效率。 湘潭电厂是一个中型火电厂，装有2 台单机容量3 0 万千瓦的燃煤机组。 电厂的数据采集系统比较齐全采用西门子的控制系统，自动化水平较高。电 厂的局域网于2 0 0 0 年底建成，m i s 系统于2 0 0 1 年中旬投入使用，现正在完善。 电厂运行的实时数据已接入m i s 系统。这为我们开发能损在线监测和节能管 理系统提供了必要的条件。 1 2 研究的主要内容和目标分析 1 、研究的主要内容包括： ( 1 ) 提出火电厂能损在线监测和节能管理系统应具备的功能和整体结 构： ( 2 ) 规划本系统所需的硬件环境和软件工作平台，选择合适的开发工 具； ( 3 ) 开发基于c + + b u i l d e r 和c s 结构的能损在线监测和节能管理系统 数据库子系统： ( 4 ) 设计基于c + + b u i l d e r 和c s 结构的能损在线监测和节能管理系统 用户接口子系统： 2 、系统应达到的目标： 火电厂能损在线监测和节能管理系统是一个大型c l i e n t s e r v e r 模式的应 用系统，具有实时性，且s e r v r 部分要连续不问断运行，以防止数据丢失，要 2 硕士学位论文 m 51 e is - ：i e 5 fs 处理的数据量非常大，数据种类多，用户数量多。基于阻上特点，本系统应 达到以下目标： ( 1 ) 数据库的结构要合理，数据的交换速度快，尽可能减少数据库的存 取频率； ( 2 ) 系统的整体设计要合理，以提高系统的执行效率； ( 3 ) 美观而合理的用户界面，包括尽可能多的输入数据有效性检验等， 防止输入“垃圾”数据； ( 4 ) 系统要有较强的数据处理能力，尽量减少用户的数据输入量； ( 5 ) 系统要有完善的用户合法性安全验证机制，防止非法用户和非法数 据存入数据库，以保证数据的安全、统一； ( 6 ) 系统要有足够的、易操作的数据输出功能。 1 3 本人在系统开发过程中的作用 这是一个大型应用软件，整个系统是由我和另外三位人共同完成。本人 主要负责以下部分的工作： ( 1 ) 软件系统的整体规划，包括操作系统和开发工具的选择，软件系统 分析和模块的划分以及用户分工安排。 ( 2 ) 参与测点布置设计和数据采集测试以及系统的优化。 ( 3 ) 负责软件用户界面及风格的统一设计。 ( 4 ) 负责主要界面的编程开发。 ( 5 ) 负责数据库结构设计。 ( 6 ) 负责软件进度管理。 ( 7 ) 负责系统可靠性的分析、测试，特别是针对通讯部分的可靠性设计。 3 5 l 士章主论文 o n 一? ! ij ：i ! s 【j 1 4 系统原理 现代大中型火力发电机组的热力系统极为复杂。能损在线监测系统需要对 局部参数和设备的变化引起的能量损失进行定量计算，并要满足实时的需要， 因此需要一种快速、简单而又不失准确的计算方法。 1 4 1 热经济性评价方法综述 火力发电机组将燃料的化学能最终转换成对外供应的电能和热能，其热经 济性评价是通过能量转换过程中能量的利用程度或损失大小来衡量的。两种不 同的观点能量的数量利用和能量的质量利用，导致了评价的两种不同的基 本方法：以热力学第一定律为基础的热量法( 热效率法) ，和以热力学第一、 二定律为基础的做功能力法与熵方法。 热量法进行热经济性分析时是通过热量的利用程度( 如热效率) 或损失大 小( 如热量损失、热量损失率) 来评价火电厂和热力设备的热经济性的。由于 它直观、计算方便，目前被世界各国广泛用于定量分析。以热量法为原理的最 基本定量分析方法是常规热平衡法。经过几十年的发展，在常规热平衡法的基 础上逐步产生了一些新的定量分析方法，如等效焓降法、循环函数法等等。 做功能力法则以燃料化学能的做功能力被利用程度来评价电厂和热力设 备的热经济性。由于能量的合理利用既包含数量，更注重质量，故该法对利用 热功转换进行能量生产的火力发电厂更具特殊意义。但它的定量分析计算复 杂，使用起来不方便、不直观，目前主要用于定性分析，起着从本质上指导技 术改进方向的作用。 常规热平衡法是最基本的热力系统计算方法。它的计算原理和基本公式是 各热力设备的物质平衡式和热平衡式以及汽轮机的功率方程式。其核心实际 上是对z 个加热器热平衡式，和一个功率方程式，或一个求凝汽流量的物质平 4 硕士学位论丈 s ：erst ：【! s is 衡式所组成的( z + 1 ) 个线性方程组求解最终求得1 1 个抽汽量和一个新汽量。 然后进一步求取所需的热经济指标等。 用这种方法进行熟力系统计算，需首先假设流量，然后反复迭代，每一次 迭代都重新计算整个系统速度较慢，达不到能损在线监测系统实时性的要求。 并且，当热力系统稍有变化时，就必须重新迭代计算，计算量相当大，不适合 热力系统的局部定量分析计算。 循环函数法是根据热力系统的参数，用热平衡方法列出计算系统热经济性 的基本和综合特性系数的函数式以及计算方法式，用以分析和比较热力系统的 方案，或系统及其局部变化所引起的热经济性变化。其具体方法是将任一复杂 的热力循环及其系统，划分为主循环和若干并列的辅助循环所组成。 用循环函数法计算热力系统，循环的分解、复合和计算相当复杂，不适合 编制程序进行机算。因此，能损在线监测系统中并不采用这种方法进行能损分 析计算。 等效焓降法是苏联学者库兹涅佐夫于六十年代提出的一种定流量计算方 法，现已日趋完善并形成一个体系。其原理是在保持机组新蒸汽流量和燃料供 热量不变的前提下，将热力系统中任何局部变化对机组热经济性的影响，仅归 结为对新蒸汽等效焓降的变化。这样，热力系统局部变化时，不会使各级抽汽 量全部变化，只是对有局部变化的某几级抽汽量和热量引起改变，仅需在该局 部范围内分析计算其做功量和循环吸热量的变化，即可求得整个热力系统变化 后的热经济效果。 可见，等效焓降法是用局部定量计算来替代常规的对整个熟力系统的繁琐 计算，从而太大简化了热力系统的计算。这对火力发电厂热力系统方案选择、 热经济性比较及热经济性管理提供了极大方便。等效焓降法是能损在线监测系 统进行能损分析计算的主要方法。 掌位j 含叉 ；! r o j 一一 能损分析的基本原理 能损在线监测系统的监测参数众多，物理意义各不相同。我们根据其对热 经济性的具体影响可将监测参数分为四类。对于每一类参数，采取不同的能 损分析方法进行计算。 第一类是当偏离应达值时会引起系统抽汽率( 即抽汽和主蒸汽的质量流量 l k ) 改变的参数。它们对机组热经济性的影响采用等效焓降法计算。由于各抽 汽的等效焓降和抽汽效率都被认为是常数可在事先算出，因此避免了在实时监 测中繁琐冗长的计算。这种方法最适于热力系统的局部定量分析，如各加热器 的端差、各抽汽管道的压力损失、锅炉给水和凝结水旁路、加热器非正常运行、 喷水减温等对热经济性的影响。 第二类是主汽压力和温度、再热蒸汽压力和温度、凝汽器真空等无须用其 对系统抽汽率的影响来计算的参数。它们对机组煤耗率的影响通过热耗率修正 曲线来计算。修正曲线是由汽轮机制造厂提供的或由运行单位的热力试验得到 的，因此有很好的可信度和针对性。 第三类参数是排烟含氧量、炉渣含碳量等尚不能实时地连续进行自动测量 的参数。针对具体参数采用不同的方法个别进行处理。如排烟含氧量对机组经 济性的影响可采用锅炉效率的间接平衡法来计算。 第四类参数是火电厂大型辅机的电耗率。辅机电耗对热力系统的热经济性 并无直接影响，但就整个单元机组来说，辅机的电耗影响到厂用电率和供电煤 耗，因此也纳入能损分析的范围内。 系统在进行监测时，对于所有被监测的参数，无论采用什么方法计算，当 它们偏离应达值时对机组热经济性的影响都以标准煤耗率的增加值来表示，这 样使运行用户不仅随时了解全机组的热经济性，更使他们能定量地掌握热力系 统中各个参数、各个设备对机组热经济性的个别影响，从而可及时地、有针对 6 一一 硕士学位论丈 * s ：e rs1 h e s is 性地采取有效措施，使机组损失减少到最小而处于最佳运行状态。 1 4 3 数学模型 1 主要热经济性指标之间的关系 热力设备的完善程度，火电厂热经济性的好坏，通常用热经济性指标来表 征。主要的热经济性指标有：循环热效率叮j ，汽轮机装置的热耗率g ，电厂标 准煤耗率屯和全厂热效率印。热力设备的热经济性变化可以用上述指标的绝 对变化和相对变化来表示。 所谓绝对变化表示这些指标变化的绝对量大小。即研= 硝一仇。所谓相 对变化表示这些指标变化的相对量大小。如却。：粤或却：盟。类似地有， 礓t l 。 却，a b j ，1 7 。根据热经济性分析的基本知识，经数学推导得到： 却。= 国= 况k = 巧扫。= j 研；国= 况= d 叩0 即是上述各种热经济性指标的相对变化率是相同的。因此 = 以酬= b 。s r l = 屯却。 2 局部定量计算 假设热力系统中某处变动，致使新蒸汽等效焓降变化a 日，循环吸热量变 化q 即日= h + a h ，q = q + a q ，研= 导。式中心和q 有正负之分。 t l ， 当作功增加时，h 为正值，反之为负值；当循环吸热量增加时，q 为正值， 反之为负值。 局部变动时，热经济性的相对变化为 7 士学位论文 h lh 晚= 等= 掣1 - 1 = 等h 警杌 + 删 q 标准煤耗率的绝对变化为 a b b = b b 却。 硕士擘位沧丈 m s ? e rsr “! s 、 第二章系统的硬件结构和软件平台设计 2 ，1引言 自从八十年代初计算机开始应用于我国的火电厂以来计算机的应用环境 发生了很大的变化，操作系统已从d o s 发展到w m d o w s 平台，应用已从单机 使用发展到了网络环境，作用已从简单的文字处理、数值计算发展到自动控制。 随着计算机应用环境和作用发生的重大变化，相应的对系统软硬件提出了更高 的要求。在网络环境下，首先，需要以相互协同的工作方式来应用计算机；其 次，计算机软、硬件数量多、品种杂，功能和作用大大增强，因此需要个开 放的应用环境。火电厂能损在线监测和节能管理系统是一个跨部门的大型分布 式系统选用客户服务器模式( c s ) 开发该系统是解决问题的最佳途径。 2 2c s 体系结构模式 c s 体系结构是一种分布式软件结构。所谓c s 就是c l i e n t s e r v e r 模式， c l i e n t 是请求服务的部分，而s e r v e r 是提供服务的部分。对于数据库而言， c s 体系结构把数据处理任务至少分成两部分，一部分由客户机( c i i e n t ) 来 完成数据表现( 数据的录入、显示、打印、计算等) ，另一部分由服务器( s e r v e r ) 数据库管理和数据处理( 数据的查询、统计、安全、完整一致性等) 。客户通 过远程调用( r p c ) 或直接请求应用程序提供服务，服务器执行完所要求的请 求后，将结果返回客户机。c l s 体系结构示意图如图2 1 所示。 c s 模式与传统的分时共享模式相比有许多优点，主要表现在： ( 1 ) 减少了网络的数据流量； ( 2 ) 缩短了响应时间。一方面是因为减少了网络的信息流量，另一方面 是因为相当多的数据处理工作是由功能强大的服务器来完成； ( 3 ) 组成真正的开放式系统。开放性是指数据库服务器能够运行于多种 硬件平台上和支持多种操作系统，能够支持主要的网络协议，能够 方便地与多种数据源进行通讯和访问； 9 一 。一。 、 硕士擘垃论文 系统整体性能的优化。数据处理功能和应用功能运行于多台计算机 上，从而能分别对它们各自的任务进行优化，服务器专注于数据处 理，不运行任何开发工具和应用程序，服务器的全部可用内存供 d b m s ( 数据库管理系统) 核心使用，因而大大提高服务器中数据管理 的速度和功能：而客户机专门负责数据表示和用户界面等对计算机 c p u 速度和内存要求较低的应用处理，因而能改善用户界面并提高总 的数据处理量： 数据具有独立性。把数据的处理隔离在服务器上，使得数据有较强 的独立性和封装性，也使得服务器能够充分有效地控制数据的存 取，保证数据的安全性和完整性； 系统缩放性好易于移植和扩充。可缩放性( s c a b l a b i l i t y ) 是指 由于客户端应用和后端数据库服务分布在不同的计算机上，因而可 在不影响客户端应用的情况下把后端数据库服务器转换至运行其 它软件平台的同类服务器上。 图2 - 1 c t s 结构示意图 2 3 系统硬件结构设计 2 3 1 测点需求及布置 本系统功能十分强大，每台机组需要1 5 0 多个测点。有些测点在热力系统 中已经安装，但并不完整，部分所需的温度测点和压力测点则需要另外加装， 1 0 一一一一 ) ) ) 幅 鲨塾一一一一一一一一一一 测点布置图如图2 - 3 所示。这些测点主要包括 l主蒸汽的温度、压力和流量： 2 再热蒸汽熟端温度、压力； 3 再热蒸汽冷端温度、压力； 4 给水的温度、压力和流量： 5 抽汽的温度、压力： 6 各加热器的入口、出口水温度和压力； 7 各加热器的疏水温度： 8 凝结水的温度、压力和流量； 9 锅炉的排烟温度和含氧量； l o 炉膛负压： 1 1 凝汽器真空； 1 2 主要辅机的电流、电压； 1 3 发电量和厂用电量： 图2 - 2 数据通讯系统 1 4 发电功率、高厂变功率和启备变功率： 1 5 减温水流量。 这些测点的参数经过a d 转换后；被传输到电厂的d c s 系统，再通过光 缆传输到局域网的数据服务器中，进入m i s 系统( 如图2 - 2 所示) 硕士擘位论更 1 2 一一一 硕士学位论文 m s t e rsr ；i ：s fs 2 3 2 系统硬件结构 本系统采用c l i e n t s e r v e r 模式开发，是多用户系统，计算部分和数据处理 部分放在服务器中，监测部分则安装在客户端通过1 0 0 m 带宽的线路与服务 器连接，计算结果和输入的数据都保存在服务器中。网络的传输协议为t c p 。 其网络结构如图2 4 所示。 能损监测能损监测数据输出 图2 4 网络结构图 2 4 系统开发平台及工具选择 2 4 ，软件平台规划 数据库采用大型关系数据库管理系统o r a c l e 8 0 ，网络操作系统用 w m d o w sn ts e r v e r ，客户机操作系统用w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 。 w “m d o w s n ts e r v e r 是一个多用途的网络操作系统，提供了网络操作系统 需要的所有功能，包括快速、安全的文件和打印机共享，它是唯一一个允许控 制资源直到单个文件的网络操作系统；为商业应用程序提供需要的灵活性和可 靠性；提供了一个出色的备份机制；是唯一一个将i n t e r a c t 服务器内置于基本 5 j 士学位论交 、l ：j ? f rsr ! i ! i 、 产品中的网络操作系统：系统性能高、安全性好、支持多种网络协议，工作站 连接方便，既可保留原有的软硬件资源，又利于今后的升级扩展。 o r a c l e 是基于w i n d o w sn t 的高级数据库平台，它既可以充分发挥硬件 资源的最大能力，又支持硬件扩展，与n ts e r v e r 的高度集成形成高性能、高 安全可靠的数据管理控制环境。 2 4 2开发工具的选择原则 开发工具的选择与系统开发的效率和软件性能的好坏有着直接的关系，选 择开发工具时应注意以下问题： ( 1 ) 要考虑系统的应用环境：该系统的最终用户是一般用户还是专业 数据处理用户? 属于商业应用还是工程与科学计算? 处理事务的大小? 是否 需要于其它系统连接? 是在单机还是在网络上运行? 如果是在网络上运行， 使局域网还是广域网? 是否需要使用分布式数据库设施? ( 2 ) 要考虑用户的要求：该开发工具是否在整个系统中提供一致和友好 的界面? 用户要花多长时间才能得到有用的结果? 在使用该产品的任何阶段 都可以用h e l p 屏幕吗? 语言的语法是否易于学习和记忆? 是否提供多窗口机 制，以便用户观测应用系统不同部分的数据、过程、报表等。 综上所述，我们选用目前最富特色的b o r l a n dc + + b u i l d e r4 0 作为开发工 具。 2 4 3b o r i a n dc a - + b u i i d e r 简介 1 、功能和特点 b o r l a n dc + + b u i l d e r 是为w i n d o w s 设计的、用于一般应用和客户服务器 应用程序开发的可视化快速应用程序( i d ) 编程环境。使用c + + b u i l d e r 可 以用最小的手工代码编出高效的w m d o w s 应用程序。c + + b u i l d e r 提供了可重 用组件库和一系列r a d 设计工具，包括应用程序和窗体模板以及编程向导。 可以使用c + + b u i l d e r 设计3 2 位的应用程序，这些程序可以是一般的应用程序， 也可以是复杂的数据库访问应用程序。c - hb u i l d e r 的数据库工具使得开发者 可以快速开发出桌面数据库和客户佃匣务器应用程序。 1 4 一一一 、 硕士学位论丈 m a s r e rst h ! s is 由于本系统要开发的能损在线监测和节能管理系统是c l i e n f f s e r v e r 模式 的多用户大型应用软件，且要使用大型数据库和大量的图形界面，界面的数据 要实时刷新，故采用b o r l a n dc + + b u i l d e r 作为开发工具。 2 、c * 旧u i l d c r 的数据库功能 c + + b u i l d e r 支持多种数据库管理系统，包括：o r a c l e 、s y b a s e 、m ss q l s e r v e ri n f o r m i x 等大型关系型数据库，以及单机数据库d b a s e 等。c + + b u i l d e r 有专用数据库接口，还支持o d b c 接口。同时，c + + b u i l d e r 包含了一个内置 数据库p a r a d o x ，开发阶段，在单机上就可以开发大型数据库应用程序，开发 完成后，几乎不加修改就可以移植到网络环境下运行，并可在其他数据库上运 行。c + + b u i l d e r 连接到数据库的工作原理如图2 5 所示。 图2 - 5c + + b u i l d e r 连接到数据库的原理 硕士章位论交 第三章系统功能和结构 3 1 系统功能 本系统包含了电厂能损在线监测、节能监督和管理的各个方面，功能非 常全面，其功能结构如图3 1 所示。 囤3 l火电厂能揖在线监测和节能管理系统功能 硕士学位论丈 m 5 ：e rst le s is 3 1 1 分析功能 热经济性指标包括机组的热耗、汽耗、效率及供电煤耗等主要经济指标。 能损计算主要是分析运行工况中机组局部参数变化时对机组热经济性指标的 影响。软件在以下主要方面进行能损在线分析及诊断： ( 1 ) 主要蒸汽参数变化时能损分析及诊断。包括：主蒸汽温度及压力、再 热蒸汽温度及压力。 ( 2 ) 加热器端差变化时能损分析及诊断。包括所有高压加热器、除氧器、 低压加热器端差的能损分析 ( 3 ) 抽汽管道压力损失的能损计算及诊断。 ( 4 ) 加热器运行状态的能损计算及诊断。 加热器运行状态是指加热器投入或切除，以及给水旁路是否泄漏。 ( 5 ) 喷水减温系统的能损分析及诊断。包括再热器喷水减温和过热器喷水 减温。 ( 6 ) 给水温度变化的能损分析及诊断。 ( 7 ) 主蒸汽和再热蒸汽管道压力损失的能损分析及诊断。 ( 8 ) 汽轮机真空系统的能损分析及诊断。包括：真空能损分析；过冷度能 损分析；凝汽端差能损分析：循环水温升的能损分析。 ( 9 ) 锅炉主要参数的能损分析及诊断。包括： 捧烟温度及排烟含氧量引起的捧烟损失分析及诊断； 飞灰含碳量和炉渣含碳量引起的机械未完全燃烧损失分析及诊断； 化学未完全燃烧损失分析及诊断； 锅炉效率计算分析。 0 0 ) 汽机热耗计算分析。 ( 1 1 ) 主要辅机电耗监测。包括：送风机、磨煤机、排粉机、引风机、给 1 7 硕士学位论交 m s ：frst j s i5 水泵、循环水泵、凝结水泵等。 ( 1 2 ) 厂用电率分析及监测。 ( 1 3 ) 高加投入率自动监测和统计。 ( 1 4 ) 汽泵投入率自动监测和统计。 ( 1 5 ) 负压钟：自动统计每个班燃烧进入非正常范围的时间及次数。 3 1 2 在线计算功能 可实时计算单台机组及全厂的热经济指标及能损。包括汽耗率，热耗率、 发电效率、供电效率、发电煤耗、供电煤耗及厂用电率。 3 1 3 查询功能 可对任意历史时期的各种指标进行条件查询。并以曲线及数据的形式显示 查询结果，并提供输出功能( 屏幕输出、打印输出、文件输出) ，包括下列功 能： ( 1 ) 炉经济指标( 热经济指标和运行指标) 查询；( 2 ) 各锅炉经济指标的 比较查询：( 3 ) 锅炉主要性能参数查询；( 4 ) 汽轮机经济指标( 包括热经济 指标和运行指标) 查询：( 5 ) 各汽轮机经济指标的比较列表查询；( 6 ) 汽轮 机主要性能参数查询：( 7 ) 机组经济指标( 热经济指标和运行指标) 查询；( 8 ) 各机组经济指标的比较列表查询；( 9 ) 机组主要性能参数查询；( 1 0 ) 全厂主 要热经济指标查询。 3 1 4 方便的数据输入功能 可对系统不能在线采集的参数进行人工输入，如煤质化验数据、设计参数 等。在进行数据输入设计时，充分考虑了部门的分工特点，为每个需要输入数 据的部门设计了各具特色的、方便的专门输入界面，输入的数据自动保存到服 务器中相应的数据库中，并且在输入和保存效据时程序自动判断数据的有效 硕士学位论文 u s t f rst e s is 性。这样，就充分利用了局域网的优势，且保证了数据的安全数据输入用户 只须在自己办公室的计算机上输入相关数据即可。 3 1 5 强大的自动检( 纠) 错功能 ( 1 ) 可自动监测并判断各运行指标是否合理( 失效) ，将有问题的参数 保存在数据库，并实时报警以提醒运行用户及时调整运行，使各参数运行在 经济状态，从而降低煤耗； ( 2 ) 可自动判断数据( 如m i s 库或d a s 数据) 来源是否出现中断，如 出现中断，自动记录原因及时间，以各查询，并实时提醒系统管理员。 ( 3 ) 可自动判断并处理程序本身遇到的错误( 如被零除或实时数据中断 等) ，以避免程序非正常退出。 ( 4 ) 在输入界面中，可自动判断输入的数据是否有效。比如：在应该输 入数据的地方，程序会拒绝接受非数字型字符的输入，并将光标定在出现错误 输入的地方，并出现相应的提示；在应该输入百分数的地方，程序会拒绝接受 非数字型字符、或小于0 、或大于1 0 0 的数据输入将光标定在出现错误输入 的地方，并出现相应的提示；有必须输入的数据没有输入，程序将拒绝保存相 关记录，并出现相应的提示窗口。这样可有效防止输入员因失误而造成错误输 入，保证数据正确。 3 1 6 故障追忆功能 可以追忆最近一天内出现的各种故障或问题。 3 1 7 汇总功能 可自动对各种数据( 如热经济指标、运行数据、输入数据等) 按日、月 及年进行汇总，以备分析和报表使用。 3 1 8 报表自动生成功能 可自动生成电厂所需的各种报表，包括： 一 一一 、 硕士掌位论文 ( 1 ) 月报表；( 2 ) 煤质分析表；( 3 ) 可燃物分析表；( 4 ) 全厂经济性 日报表；( 5 ) 全厂辅机单耗日报表；( 6 ) 各机组经济性日报表；( 7 ) 各机组 辅机单耗日报表；( 8 ) 小指标竞赛考核表；( 9 ) 炉膛压力进入非正常范围的 时间及次数表。 3 1 9 输出功能 可对运行指标、热经济指标、计算及分析结果进行输出，包括报表输出和 图形输出。 3 1 1 0 安全的用户管理功能 系统采用多用户的客户棚暇务器( c l i e n t s e r v e r ) 模式，对数据输入用户采 用授权输入方式。系统管理员( 一级用户) 拥有最高权限，可以添加删除或修 改二级用户，二级用户可以修改自己的密码。只有被授权的二级用户才可以输 入、修改数据。其它操作则没有设置权限。这样，可以保证数据的安全性和可 靠性。 3 1 1 1 完善的在线帮助功能 提供完全w i n d o w s 风格的在线帮助功能，对软件的使用提供详细的帮助。 3 2 系统结构 本系统分为三个大部分：数据库管理部分、在线计算部分和用户接口部分 ( 监测部分) 。 对于能损分析和诊断系统中必需的数据，从电厂的m i s 系统读入数据服 务器。输入的数据通过客户端的输入界面输入，这些数据一起形成实时数据库， 再进入能损分析系统。软件结构如图3 2 所示。 2 0 硕士学位论文 j t e i st m j s fs 至i 堕h 能损实时计算 土 l s 数据库卜_ 一数据库管理子系g 能损超限报警 图3 - 2 能损在线监测及诊断结构不意图 3 2 1 数据管理子系统( d 明s ) 1 、关系数据库管理系统简述 数据库技术是当今计算机科学中发展最快、应用最广泛的技术之一，已 成为计算机信息系统和计算机应用系统的主要技术基础和支柱。随着用户需 求的变化及计算机软、硬件技术的发展，数据库技术也在不断发展，从集中 式数据库到分布式数据库；从主从式数据库到c s 结构，进而到支持 i n t e r n e t i n t r a n e t ：从单处理器上的数据库到并行数据库；从支持联机事务处理 ( o l t p ) 应用到支持联机分析处理( o l c p ) 应用；从单纯的关系数据库到对象 关系数据库。 关系数据库是现在应用最广泛、理论最成熟的数据库其产品大体可分 为两类：一类象d b a s e 、f o x b a s e 、f o x p r o 等，这一类产品，一般在微机环境 下运行，这种数据库系统叫做本地d b m s ，本地d b m s 只适用于简单和规模 较小的数据库应用，其致命弱点在于无论是数据处理还是用户界面管理都由 本地d b m s 完成，当涉及查询大量数据但返回结果较少时，这种结构的d b m s 会明显影响效率。这种产品的数据控制功能较弱、安全保密、完整性检查和 故障恢复能力较弱，甚至不具备这些功能。 随着服务器硬件技术的不断发展，原有本地d b m s 已基本被另一些功能 2 1 一一 理| 1 不一 一成一印管一显一断一生一打标一时一诊一动一表指一实一障一自一报耗一幕一故一表一计 能一屏一 报一统 硕士学位论文 n 、s i e ist 【! s is 完善、结构先进的d b m s 所取代。如s y b a s e 、o r a c l e 、m i c r o s o f ts q l s e r v e r 、 i n f o r m i x 等。这类产品的结构大多发展成为c s 体系结构，功能覆盖了安全、 完整、并发、恢复、分布、异构、并行处理等。这类d b m s 称为c sd b m s ， 或称为主流d b m s ，基本上反映了数据库的发展方向。 2 、d b m s 的任务 ( 1 ) 保持数据相对于程序的独立性：( 2 ) 保持数据的一致性( 空间、时间上 的一致性) ；( 3 ) 满足安全保密的要求：( 4 ) 满足系统响应速度的要求；( 5 ) 具有 统一管理不同信息类型的能力。 3 、d b m s 的结构 数据库管理系统的结构如图3 3 所示。它主要由下列部分组成： ( 1 ) 外部数据库及其管理部分。( 2 ) 内部数据库及其管理部分。( 3 ) 询 问设施( q u e r yf a c i l i t y ) ：解释数据请求，确定如何满足这些请求：( 4 ) 提取 数据系统：根据问题处理的需要，经过对外部数据库的提取操作，加上用户 输入数据及计算分析结果，形成内部数据库。 图3 - 3 数据库管理子系统的结构 硕士学位论文 h a g t e rst h g s is 数据库管理子系统主要包括从m i s 系统中读取实时数据、处理各种用户 输入数据、形成各种日报表库、月报表库、保存历史数据、删除过时的历史数 据。这里着重介绍月报表和日报表部分。 ( 1 ) 日报表库。根据电厂的运行特点，每天分为3 个班，每个班8 个小 时。每个班开始时时钟激发日报表库自动统计函数，统计前一班的数据，并保 存到数据库。日报表库中的数据保存两年即7 3 0 天。如果数据库中的记录数不 够7 3 0 天，则添加新的记录；如果记录数己达到7 3 0 天，则添加新记录前自动 删除第一天的数据记录，如图3 - 4 所示。 图3 _ 4 日报表部分流程图 硕士学垃论文 、s ：rst n j s ls 图3 - 5 月报表形成流程图 佗) 月报表库。每个月结束即下个月开始时，时钟激发月报表统计函数， 统计前个月的运行数据，并保存到月报表库。月报表库保存4 0 年。满4 0 年 时，程序自动删除第一条记录。流程图如图3 5 所示。 3 2 2 在线计算部分 在线计算功能部分可实时计算电厂的主要热经济指标包括发电效率、供 电效率、发电煤耗、供电煤耗、锅炉效率、汽机效率、厂用电率、热耗率、汽 耗率等指标，也可实时计算热力系统主要参数偏离目标值时引起的煤耗增量。 具体过程是：先从实时数据库中读取实时数据，再计算当前负荷下各参数的目 标值，接着计算各参数引起的煤耗增量，然后判断参数是否正常，如异常则实 时报警，最后保存计算结果。流程图如图3 - 6 所示。 一一一 q 勃然爹冀慧 一一： 二= ! ：一一一 图3 - 6 能损计算部分流程图 3 3 3 监潮和管理部分 这部分属于客户端部分，主要用于监测能损实时计算结果、用户安全管 理、数据输入、数据输出等。实时数据来自服务器中的内部数据库，输入数 据也保存到服务器中的内部服务器。客户端的结构如图3 - ? 所示 硕士学位论文 a s t e rst f f ! s is 图3 - 7 客户端系统结构图 硕士学位论文 h sre rst i i f s is 第四章数据库系统的规划与设计 4 1 引言 在火电厂能损在线监测和节能管理系统中，数据库及d b m s 起着极其重 要的作用。数据库及d b m s 是整个系统的基础，若没有数据库及与其相联系 的d b m s ，建立c s 模式的能损在线监测和节能管理系统是不可能的。 4 2 能损在线监测和节能管理系统中的d b m s 4 2 1 数据库提取系统 为了描述方便，本文将数据库分为内部数据库和外部数据库。 外部数据库指电厂的m i s 数据库。 内部数据库实际上是一个分层次的数据库，由外部数据库以及经过提取处 理而生成的多个独立的数据库组成。 提取数据库操作是以电厂m i