（测试计量技术及仪器专业论文）基于web的风粉在线实时监测系统的设计与研究.pdf

摘要 本文结合山东菏泽发电厂和山东海化集团热电厂的具体项目，根据风粉在线 系统与o c s 系统不同的连接方法，对风粉在线系统的各种工程应用方案进行了分 析。在此基础上针对系统进一步的完善和发展，提出了基于传统的客户机n 务 器以及先进的浏览器n 务器的工程应用方案，并完成了基于传统的客户机朋务 器方案中关键a c t i v e x 控件的开发。 本文结合省教育厅“江苏省普通高等学校高新技术产业发展项目产业化项目 基于w e b 的电站锅炉均衡燃烧控制系统”，提出了一种基于w e b 的对该系统 的运行状态和主要运行参数进行实时自动监测及信息发布的可行方案。对方案的 总体结构及实现的关键技术进行了研究，并分析了网络的硬件和软件实现，完成 了包括系统整体的结构和功能设计与开发、接口机的功能设计与开发、数据库服 务器和w e b 服务器的设计与开发、w e b 站点的开发和a c t i v e x 控件的开发等具体 工作。 本文最后研究了如何实现电厂d c s 系统和m i s 系统的有效连接，以及将风粉 在线实时监测系统作为s i s 的高级应用模块的可行性方案，并在实验室完成了初 步调试。 关键词：w e b实时监测信息发布 s i s a b s t r a c t a i m i n ga tt h ei n t e r f a c eb e t w e e n t h ea c c o m p l i s h e do n - - l i n er e a l - t i m e m o n i t o r i n gs y s t e mf o rw i n da n dp o w d e ra n dd c s i np o w e r p l a n t ，t h i s a r t i c l e a n a l y z e d s e v e r a l e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n s o ft h e m o n i t o r i n g s y s t e m i n t h i sp a p e r , t h ea d v a n c e dc sa n db sp r o j e c t sw e r ei n t r o d u c e d a n dt h ei n t e r r e l a t e da c t i v e xm o d u l ef o rc sp l a nh a sb e e nf i n i s h e d a c c o r d i n gt ot h ei n d u s t r i a l i z e di t e m _ 。_ h a r m o n i o u s c o m b u s t i o n m o n i t e r & c o n t r o ls y s t e mb a s e do nw e b ，t h i sp a p e ra l s ob r o u g h tf o r w a r da f e a s i b l es c h e m eb u i l to naw e b - b a s e dn e t w o r ks y s t e mt o a u t o m a t i c m o n i t o r i n ga n di n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o n t h eh o l i s t i c a r c h i t e c t u r ew a s p r e s e n t e d ，a n ds o m ek e yi m p l e m e n t i n gt e c h n i q u e si nr e a l i z i n g t h es y s t e m w a sd i s c u s s e d s o m ec o n c r e t ew o r ka b o u tt h ei n t e r f a c e c o m p u t e r , t h e d a t a b a s es e r v e ra n dt h ew e bs e r v e rw e r ef i n i s h e db yi n t e g r a t i n gt h e k n o w l e d g e o f i n t e r n e ta n dd a t a b a s e a tl a s t ，t h i sp a p e rd i s c u s s e dh o wt od e s i g nt h es y s t e ma saa d v a n c e d a p p l i c a t i o no fs u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m k e y w o r d s ：w e br e a l t i m em o n i t o r i n g i n f o r m a t i o nd i s t r i b u t i o ns i s 2 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：堡邋日期：五! 之王 关于学位论文使用授权的说明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：益! 缝 导师签名： 沌七冈 日期：燮：竺 东南大学硕士学位论文第l 章绪沧 第1 章绪论 1 1 论文的选题背景 目前，国内i o o m w 以上机组普遍采用钢球磨、中间储仓式、热风或乏气送粉 锅炉制粉系统。组织锅炉良好燃烧工况，关键是一次风速、次风煤粉浓度、二 次风速及配风方式和炉内风量的调整。但是，国内多数火电厂燃煤枧组的锅炉燃 烧调整都还是运行人员根据风机电流和调节档板开度、给粉机转速及一次风静压 等参数来组织的。事实上仅仅依靠监视转速，运行人员无法及时、准确地发现各 一次风管中的煤粉浓度差。风粉在线监测系统对机组的功率、主蒸汽压力、各台 给粉机转速、一次风管中的一次风速、一次风温和风粉混合温度、煤粉浓度等重 要运行参数都进行在线的监测。对煤粉浓度进行直观量化的有效监测，对维护锅 炉燃烧的稳定性、经济性和安全性有着重要的意义。根据该系统在所投运的电厂 的实际运彳亍情况来看，无论是作为一个独立的监测系统还是作为d c s 中c c s 系统 均衡燃烧控制的一部分，该系统都对提高锅炉燃烧效率起着非常重要的作用，是 改善锅炉燃烧工况的有力手段。 为了适应信息化浪潮和日益激烈的市场竞争，国内电厂从8 0 年代后期逐渐 开始考虑管理信息系统( m i s ) 的建设，期望借机推动企业的改革发展。但早期 m i s 建设普遍局限于常规的办公自动化和信息综合查询等系统的建设，基本上没 有集成生产过程的实时数据，与电站各控制系统相互孤立，缺乏信息共享手段， 从而无法构建高级电力应用软件开发应用的平台。电站厂级监控信息系统 ( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e l ，简写s i s ) 是采集和处理全 厂必要的生产实时数据，为实现厂级监控现代化服务的系统，属于厂级生产过程 自动化范畴。它在生产控制系统和管理信息系统之间搭建起沟通的桥梁，并建立 起高级应用项目所需的实时数据平台。将传统分离的管理系统和电厂自动控制系 统巧妙地集成在一起，实现电厂信息管理与自动化控制的一体化，建成电厂计算 机集成生产系统( c i p s ) 是现代火电厂未来发展的方向。 1 9 9 7 年8 月，电力规划设计总院向电力工业部上报的关于建设2 0 0 0 年新 一代燃煤示范( 试点) 电厂的请示报告的附件2 0 0 0 年电厂仪表和控制( i c ) 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 系统设计原则中提出应“提高全厂综合自动化水平，实现全厂监控和管理信息 网络化”。接着在基建工程中规划设计厂级监控信息和管理信息系统的要求。也 正式纳入了最近国家经贸委颁发的火力发电厂设计技术规程中。本文正是在 这个背景下结合省教育厅“江苏省普通高等学校高新技术产业发展项目产业化项 目基于w e b 的电站锅炉均衡燃烧控制系统”，研究基于w e b 的实时信息发布 以及监控系统，探索在全厂性实时数据平台上的创建应用软件和功能模块的方 法。 本论文致力于设计和开发风粉在线系统中的多种实时信号在线智能监测，基 于w e b 的信息发布等内容，并针对建立基于w e b 的实时监测系统所涉及的关键技 术进行研究。将原有的仅仅局限于控制室范围的系统升级为s i s 系统燃烧优化的 高级应用模块，使不同的人通过被赋予相应的权限利用浏览器对系统进行近程或 远程的访问和操作，大大提高了系统的完善性和新颖性。论文选题具有较高的工 程应用价值。 1 2 i n t e r n e t 技术与d c s 的发展 1 2 1i n t e r n e t 技术与w w w 系统 i n t e m e t 源于著名的a r p a n e t ，该网络是由美国高级研究计划局( 觚冲a ： a d v a n c e dr e s e a r c h p r o j e c t sa g e n c y ) 为实现异种机的互连在1 9 6 9 年建立起来的。 a r p a 于7 0 年代中期开始互连网技术研究，其体系结构和协议在1 9 7 7 1 9 7 9 年 间得到迅速发展并逐渐完善，成为现代i n t e r a c t 的雏型。当今世界正处于信息高 度发展的时代，作为信息高速公路的i n t e m e t 正以庞大的用户量和惊人的增长速 度展示其生命力。i n t e r n e t 已经成为迈入2 1 世纪全球信息时代的必经之路，它是 信息社会最重要的传递手段。 w o r l dw i d ew e b ，简称w w w ，是基于i n t e m e t 的信息发布和信息浏览系统， 是i n t e m e t 信息共享的一种重要手段。它起源于1 9 8 9 年3 月，是由欧洲核物理实 验室( c e r n ) 的t i mb e m e r sl e e 提出的一套新协议，用于各高能研究组织间利 用i n t e r a c t 系统进行通信。不久，w w w 协议就被其他组织采纳，形成了组织间 的国际性协议，成为w 3 协议。并发展成为w w w 标准。w w w 标准及浏览工 具的产生，使i n t e r n e t 走出学术科研象牙塔，步入生产、商业、金融、教育等领 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 域。 w w w 信息服务由客户机和服务器构成。在i n t e m e t 中，客户机、服务器的 概念很大程度上是针对软件而言的，而非硬件。w e b 客户机是在用户端运行的 一个应用软件，即浏览器，如i e 、n e t s c a p e 等。w e b 服务器，即h t t p 服务器， 是在信息提供者的主机上运行的另一个应用软件，如h t t p d ，i i s 。w w w 是一 种基于客户机服务器机制的信息浏览系统。其工作方式是通过请求相应的握手 方式，由浏览器向h t t p 服务器发送请求，通常为一个统一资源定位器( u r l ) ， 建立连接，服务器端做相应的处理，返回带有m i m e ( m u l t i p u r p o s e i n t e m e tm a i l e x t e n s i o n 多目录的邮件扩展) 数据格式的信息，如h t m l 文件。再由用户的浏 览器负责解释并显示结果。随着i n t e m e t 的发展，w w w 得到了很大的发展，并 在i n t e r n e t 网络信息服务中所占的比重越来越大。 计算机网络是信息时代计算机最主要的应用形式，而将它用于企业管理也是 现代企业最基本的标志之一。基于w e b 的信息发布和实时监测系统作为i n t e m e t 技术的重要应用已被各行业广泛接受并大力发展。 1 2 2d c s 的发展趋势 分散控制系统( d e s ) 具有控制功能强、操作简便和可靠性高等特点，可以 方便地用于工业过程的自动控制和经营管理。d e s 广泛应用于国内大型燃煤电厂 已经有近1 0 年的时间，它以强大的功能优势取代常规仪表，提高了机组控制性 能，合理、有效地利用资源，使电厂自动化水平和管理水平达到了较高层次。面 对日新月异的计算机，通信，控制，显示技术，在发电厂自动化设计中，d c s 的 地位和作用都将有所改变，其发展趋势如下： 夺d e s 的物理分散 目前在发电厂中，d c s 只实施了功能分散而未实旌物理分散，一方面是早期 的d c s 硬件本身环境适应能力较弱；另一方面是出于管理维护的方便，用户更愿 意接受d c s 控制机柜集中布置方案。由于d c s 实现物理分散可以大量节省仪表控 制电缆，所以随着d c s 技术发展和运行水平不断提高，有效设计和采纳物理分散 是有效发挥d c s 潜能的最重要课题。 夺d e s 一体化 东南大学硕士学位论文 第l 章绪论 d c s 最初进入大型燃煤电厂只是用于数据采集处理系统( d a s ) 和模拟量调 节系统( m c s ) ，并逐步用于顺序控制系统( s c s ) 和炉膛安全监控系统( f s s s ) 。 目前的d c s 设计的基本模式都只是包含以上4 大功能，如何在发电厂不能实现硬 件一体化的前提下实现通过d c s 操作员站对汽轮机电液调节系统( d e h ) 进行 控制，取代目前仅局限于监视的串行通信接口模式将是实现d c s 一体化的关键问 题。 夺全c r t 监控的实施 d c s 可靠性高，监控信息集中，且人机界面灵活方便，国外发电厂在9 0 年 代初就实现了全c r t 监控。国内发电厂当初对d c s 可靠性有疑虑，运行人员习惯 于传统常规操作，在采用d c s 的同时尚配置了大量常规仪表和后台操作设备。随 着大量工程运行实践的积累，认识的不断提高，国内机组实现全c r t 监控已经成 为趋势。c r t 监控技术实施一方面可大大缩小控制室面积，另一方面也迫使d c s 具有更高的智能化水平，为今后向无人值班室发展奠定了基础。 夺厂级自动化系统的建立 d c s 在充分有效地完成机组和辅机系统过程控制的基础上，进一步发展和延 伸的结果是实现全厂的管理功能。传统的过程自动化渗透到信息管理领域而形成 厂级自动化系统。厂级自动化系统是厂级生产过程自动化和厂级管理信息系统的 总称，它是建立在机组级自动化和辅助系统级自动化基础上的全厂级自动化系 统。西门子，a b b 及f o x b o r o 等国外著名d c s 供应商均以d c s 为支撑，开发出适 合厂级管理的自动化系统。以f o x b o r o 为例，i as e r i e s 厂级自动化系统有机 地将过程控制与厂级信息管理连接起来，将过程控制系统数据和画面实时地传送 给厂级自动化系统，提供给管理人员作为电厂管理和过程优化控制的依据。 d c s 发展的关键在于其规模的扩大与潜能的进一步开发，以及建立在d c s 基 础上的全厂计算机网络的建立。 i n t e r n e t 技术日益更新与d c s 的不断发展给目前国内火电厂自动化发展提 供了强大的支持，加快了火电厂进入信息网络化时代的步伐。 1 3 火电厂管理控制一体化信息系统 随着大型火电厂信息化和管理现代化的发展，人们希望通过优化整合电厂所 东南大学碗士学位论文第1 章绪论 有资源，变革其生产力要素结构和相应的管理理念，为电厂生产运营的规划和实 施提供一个内部的坚实而先进的平台。这个平台将在m i s 与d c s 之问架起一道桥 梁，将传统分离的管理系统和电厂自动化控制系统巧妙地集成在一起。 现代化电厂的现代化管理就是要将相互分离的事务信息管理和自动控制进 行一体化统筹。在现代控制理论中，维纳用赛博论( c y b e r n e t i c s ) 解释了信息 管理和自动控制之间的辨证关系。赛博论表达了两方面的内容，一是进行航行掌 舵式控制，一是进行信息通讯交流。只有有机地将人、机器、信息源都联结到一 起，才能逐步建立起理想的赛博空间。针对具体的电厂企业，发电机组和相关辅 助系统的实时自动控制与信息管理的融合，是电厂信息化的重要里程碑。它们之 间的具体辨证关系大致可以作如下分析： 电厂信息管理与自动控制已是一个不可分割的统一体。电厂信息管理的 内容里必须要包括全厂的自动生产信息和有关性能指标参数，不能反映发电机组 运行状况的信息管理不能有效地进行辅助决策的管理，其管理效果当然不会令人 满意。同样，自动控制水平再高，若离开了现代化的信息管理手段，不对电厂的 自动控制做出判断和指导，则电厂的减员增效也只能是空谈。因此可以说，电厂 的信息管理离不开自动控制，自动控制也不能离开信息管理，未来的火电厂，信 息管理和自动控制始终是一个同时存在、不可分割的整体。 电厂自动控制和信息管理是相互促进的统一体。在电厂中，自动控制是 信息管理的基础，自动控制系统中大量的实时生产信息时信息管理系统主要的信 息来源之一；而信息管理系统是自动控制的统筹，信息管理系统通过数据计算和 处理，反过来指导生产，是自动控制的后盾。电厂自动控制水平的日益提高推动 了电厂信息管理的发展，电厂信息管理的发展又必将进一步提高自动控制的智能 化，形成一个相互促进的良性循环。 电厂信息管理和自动控制在某种意义上也存在着相互对立的关系。如果 电厂信息管理对自动控制干预太多，则会影响自动控制的实时性和控制品质；自 动控制系统信息过多地进入信息管理系统，同样会使信息管理系统主次不分，给 管理决策带来困难甚至出现误导。电厂信息管理和自动化控制之间的相对对立， 促使它们在一体化过程中达到最佳的信息耦合。 认清电厂信息管理和自动控制之间存在着的对立统一的辨证关系，有助于我 东南大学硕士学位论文 。一第l 章绪论 们摸清现代化电厂信息管理和自动控制普遍存在的一般规律，建立起符合信息时 代要求的电厂管理控制一体化信息系统，使实时性的自动控制和非实时性的信息 管理达成协调性地统一。 目前，如何建立火电厂管理控制一体化信息系统，并在其基础上研究如何实 现火电厂的计算机集成生产系统是电力企业全面适应未来高科技发展的研究方 向。 1 3 1 火电厂管理控制一体化信息系统的发展前景 信息管理和自动控制的有机融合，带给电厂的无疑将是一个美好的信息化明 天。高度自动化的过程控制、快捷准确的信息传输、直接有效的管理决策以及富 有市场竞争力的发电运营，未来现代化电厂将是一个充满诱惑力的崭新信息化世 界。新世纪电厂信息化发展应该具有以下特点： 自动测试与故障诊断专家系统。传统的测试工作均由人工完成而设备维 护及检修则大多依据维护计划进行或因临时性故障引起，因测试及维护费用昂贵 和因突发性故障引起的停机时间而导致效益低下。信息管理和自动控制的一体 化，为电厂开发自动测试系统和故障诊断系统奠定了基础。通过过程控制系统采 集的大量设备监控数据，对相关设备进行自动测试和故障诊断具有十分重要的意 义。由于是根据监测出的参数与设备正常运行时的参数的偏差情况检测出将要发 生的故障，这样傲一方面可以改变一些操作以避免发生故障，另方面可以根据 设备状态进行维护和替换，而不是通常的针对已损坏设备进行被动的检修。自动 测试系统和故障诊断系统的建立，既可以减少维护对闻，又可以降低故障率，使 电厂利润大幅上升。 夺先进的控制算法和管理策略。管理和控制的一体化分别为管理和控制的 进一步发展创造了机遇和空间，适用于自动控制的模糊控制、分级递解智能控制、 专家控制、神经网络控制和拟人智能控制以及适用于信息管理的支持决策管理、 战略管理、高度智能化的生产报警管理系统及电厂调度系统等将在电厂广泛应 用。先进的控制算法和管理策略的广泛应用将为电厂的信息化提供强有力的技术 支持。 夺办公管理的电子化和无纸化。信息管理和自动控制的一体化将对电厂的 办公管理进行彻底的革命。尽管目前有的电厂已建立了m i s ，但由于m i s 本身功 6 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 能的欠缺及未能充分利用实时控制系统的大量信息，使得电子化和无纸化办公仍 是空谈。未来全厂管理网络，尤其是通过电力i n t r a n e t 与全国乃至全球信息网 相连的网络，必将把管理人员从以往束缚他们的笔记本、各类报表、文件和台式 电脑等信息源中解放出来，使电厂上至厂长、总工下至一般运行人员的全体员工 均可以根据岗位需要随时随地地调用各方信息并增添新的内容。这大大节省了文 本印制和通讯费用，使整个电厂的运转效率和管理水平跨上一个新的台阶。 1 3 2 电站厂级监控信息系统 电站厂级监控信息系统( s u p e r v i s o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n tl e v e l ， 简写s i s ) 是采集和处理全厂必要的生产实时数据，为实现厂级监控现代化服务 的系统，属于厂级生产过程自动化范畴。它在生产控制系统和管理信息系统之间 搭建起沟通的桥梁，并建立起高级应用项目所需的实时数据平台。开发电厂管理 控制一体化的信息系统，其关键问题就在于m i s 系统与d c s 系统之间的有效连接。 s i s 系统有效地联系了m i s 系统和i ) c s 系统，适应信息网络化时代发展的需要， 已经成为近期电站信息化重要建设部分。 1 3 3 常见电厂管理控制一体化模式 西方发达国家在电厂信息化方面比国内起步要早，取得的效果也较明显，包 括以商业运营为中心开发的软件支持系统，以提高操作员运行效率为目标的操作 信息系统，采用专家系统知识和智能控制理论开发的信息管理系统，以及决策支 持系统等。但由于电厂工艺流程系统非常复杂，实施信息化集成难度高。尽管国 外各著名控制公司开发的信息系统各具特点，但对全厂进行一体化信息集成却还 没有成熟的模式。由于采用的设计思路和研究方法不尽相同，因此在管理与控制 一体化的集成方面国外各著名控制公司采用的一体化模型或体系结构都不相同。 以下简单介绍几个主要控制公司目前常见的一体化模式。 1 3 3 1a b b 公司的一体化模式 a b b 公司在i e s 的基础之上，连续地对电厂的运行状况和生产环境进行评估 和诊断，推出了一体化产品o p t i m a x ，有效地架起了控制系统与管理系统之间的 桥梁。 o p t i m a x 安装于电厂数据库或历史记录系统的上层，通过电厂数据库或历史 东南大学硕士学位论文第l 章绪论 记录系统与d c s 等控制系统相连接。其应用软件可在标准的p c 硬件和w i n d o w sn t 操作系统上运行，结构如图l l 所示。 图1 一ia b b 公司的一体化结构 过程信息管理模块( p i m s ) 是一个对全厂实时信息进行统一管理和分析显示 的系统。它将各种形式的工厂信息集中在一个功能强大的数据库中，一方面在适 宜的时候将正确的信息送到适当的人手中；另一方面可以支持性能计算、电厂负 荷优化调度等其他一系列更高级的软件模块。它担当了控制与管理之间的过渡与 连接作用，可根据电厂的综合信息作出决策，是o p t i m a x 的基本系统。 性能计算模块( p e r f o r m a n c e ) 是一种在线的利用实时数据进行计算的热力 信息系统。它可以计算出当前工况下的实际值和期望值，并进行循环分析计算， 使操作人员、电厂工程师和管理人员能根据计算结果来进行适当操作以提高电厂 的运行效率。 电厂负荷优化调度软件模块( p o w e rf i t ) 用于优化电厂生产过程，通过计 算设备最有利的负荷曲线，计算出发电成本和利润，自动选择最佳市场切入点并 制订最合理的价格，并可利用在线和离线软件来制订小时、日、星期和年度计划， 可根据需要分别制订出实时优化、短期优化和中期优化。 锅炉清洁模块( b o i l e rc l e a n l i n e s s ) 通过对锅炉吹灰过程进行优化来提高 机组的长期性能并节省开支。 锅炉寿命管理模块( b o i l e rl i f e ) 通过对锅炉有关资料如压力、金属温度、 温度变化等进行监视和评估来管理锅炉寿命。 汽机寿命管理模块( t u r b i n el if e ) 通过对汽机的关键部件和有关资料如压 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 力、金属温度、温度变化等进行监视和评估来管理汽机寿命。 基于模型的诊断专家系统( m o d i ) 通过对过程各部分的变量进行逻辑评估来 监视过程，并将过程的实际状态与动态过程模型进行比较，面向状态进行诊断和 早期报警使运行人员能在故障发生前对这一问题进行纠正，并将诊断出的问题以 因果图的方式显示出来。 电厂设备测试模块( e q u i p m e n tt e s t ) 可自动提供高精度实时设备性能数据， 供管理人员分析和编写报告时使用。 调整数据模块( d a t ar e c o n c i l i a t i o n ) 可以对所采集的测点进行分析并与 标准模块进行比较，诊断出测点错误后对数据进行调整，调整后的数据发往过程 信息管理模块或控制系统中参与生产过程的控制。 维护管理模块( m a i n t e n a n c em a n a g e m e n tw i t ha p i ) 以简单、有序的方式 记录、管理、评估和文档化电厂及其设备，为电厂的维修提供全面的资料和计划。 至于常规的m i s 功能，则可以作为更上层的功能模块或专门的子系统与 o p t i m a x 相连。o p t i m a x 软件融合了a b b 在发电厂运行和设备设计方面所拥有的 大量专有技术，这一融管理与控制于一体的软件家族内容广泛，功能覆盖面广， 是适合电厂的一种较全面的i t 解决方案。国外电厂已有应用o p t i m a x 系统软件 的成功经验，并且取得了明显的经济效益，尤其是使用运行优化软件的电厂，节 省了大量的资金。但由于o p t i m a x 中的大部分模块是根据具体电厂的实际需求独 立开发出来的，有些还在不断地改进与发展，且采用全部o p t i m a x 软件价格昂贵， 故而在国外也是根据不同电厂的具体需求而灵活选用一个或几个模块。 作为联系传统d c s 与m i s 的桥梁，a b b 公司的o p t i m a x 系统结构可适用于采 用不同控制系统设备的电厂。由于其建立在数据库上，而数据库中的数据可取自 各个控制系统，故而具有极大的灵活性。不论是新建电厂还是对老厂进行改造， 都能方便地予以实施。o p t i m a x 的树状体系结构会给各种软件功能模块的开发预 留广阔的空间。 1 3 3 2 西门子公司的一体化模式 西门子公司基于对电厂多年的研究和实践经验，结合现代化信息和管理技 术，在对全厂信息进行优化整合的基础上，以o s i 公司的实时数据库系统为基础 开发了基础信息系统s i e n e r g y 。 9 东南大学硕士学位论文第l 章绪论 电厂各控制系统如每个单元机组主控系统d c s 、汽机控制系统d e h 、辅助系 统p l c 、网络控制系统s c a d a 等的数据根据实际需要进入实时数据库，在实时数 据库的基础上，进行s i e n e r g y 软件模块的开发。s i e n e r g y 由许多不同的模块组 成，其中即有对过程进行优化控制的模块，如p o r f i 软件中的新机组协调控制模 块n u c 、负荷裕度计算机控制模块p l m 、凝结水节流控制模块c o t 等直接对单元 机组进行控制：s i e n e r g y 软件中的s r 2 可以实现全厂的能量管理与负荷分配； s r 4 可以实现机组的效率优化计算：t d y 可实现汽机故障检测和诊断。s i e n e r g y 也有对设各进行管理的模块，如工厂数据管理模块b f s - - p d m 、维修管理模块b f s m m 、文档管理模块b f s d m 、备件管理模块b f s - - s p m 、工程管理模块b f s - - p m 、 环保管理模块8 f s e m 与基本系统共同组成b f s + + 管理系统。该公司还开发了 c o o k p i t 软件，它是基于前述软件基础之上的实现全厂经营计划管理、技术经济 分析、报价支持等功能的一个高层软件。以上软件模块囊括了电厂控制和管理的 主要应用软件，所有软件模块都可以根据用户的需要进行选用，模块本身由 s i e n e r g y 管理器进行统一的管理和协调，较好地解决了电厂信息的全面集成。 西门子公司的s i e n e r g y 是针对电厂开发的系统，因此较符合电厂的实际情 况，b f s + + 管理系统和p o r f i 控制软件等在国外取得了良好的应用效果。但由于 s i e n e r g y 系统本身也正处于不断开发和实验阶段，且s i e n e r g y 系统中的优先模 块具有一定的局限性，同a b b 公司的o p t i m a x 一样，目前尚未有整体应用s i e n e r g y 系统全部模块的实例。西门子公司尽管没有采用于a b b 公司相同的体系结构，但 其开发思路和a b b 公司十分相似，两者都是建立在一个全厂性的大型数据库之 上。这为有效开发各种实用模块打下了坚实的基础。 13 3 3 h o n e y w e l l 公司的一体化模式 h o n e y w e l l 公司集传统的先进控制、全厂范围的历史数据以及信息管理为一 体，开发了一种功能强大、配置灵活、结构开放的全厂自动化系统( t o t a lp l a n t s y s t e m ，缩写为t p s ) 。 t p s 中的重要组件u n i f o r m a n c e 通过共同的软件结构和数据模型，实现管理 信息和控制信息的集成。它克服了通常的计算机接口、联网等集成工作，而是将 工厂中的信息管理功能、优化控制功能和历史数据有机地结合在一起，所有的数 据都只需输入一次，可在桌面上完成分析、趋势、报告、事件追忆、过程故障诊 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 断、控制优化等任务，如图1 2 所示。 商业运行 信息管理 历史数据优化控制 过程控制 ( a ) 传统的电厂控制结构 商业运行 u n i f o r m a n e e 过程控制 ( b ) e y w e l l 公司的体化结构 图l 一2h o n e y w e l l 公司的一体化结构与传统电厂控制结构比较 u n i f o r m a n c e 被称为集成器，其最大的优点是特别适合于全厂都采用 h o n e y w e l l 控制系统的电厂，这样整个电厂的所有计算机系统便集合为一个统一 的大系统，管理与控制在这个大系统利得到了有机的统一。无需再额外花费财力 和物力进行各系统的接口和集成。 h o n e y w e l l 公司为我们提供了一种典型的一体化模式，即控制系统和管理系 统均采用同一制造商的产品。该模式思路清晰、结构明确。当然，这是一种较理 想的状态，大多数情况下电厂的控制系统五花k f l ，尤其是有些系统必须采用特 定的控制装置或专用设备，很难做到统一采用一种型号的一个大系统，故而 u n i f o r m a n c e 也特别为其他控制系统预留了接口。 1 3 3 4f o x b o r o 公司的一体化模式 f o x b o r o 公司在不断改进其控制系统的同时，针对用户的信息需求，分别研 究和开发了工厂集成电子文件管理系统( f o x e o m c o i n ) 、动态维护管理系统 ( f o x d m m ) 、智能神经元网络模拟分析系统、远方遥控系统( f o x r e m o t e ) 、远方 诊断系统( f o x w a t c h ) 、计算机辅助工程软件( f o x c a e ) 等有效、实用的信息系 统，以适应日益发展的现代化管理模式。 集成电子文件管理系统将f o x b o r o 的i as e r i e s 控制系统与文件信息管理 系统进行了有机的结合，存储全厂的诸如运行过程参数、材料安全数据清单、c a d 图形、维护手册等信息。 动态维护管理系统通过应用程序接口a p i 将f o x b o r o 的i as e r i e s 控制系 统与p s d i 公司的m a x i m o 维护管理软件相结合，将现代化的管理软件嵌入到过程 东南大学硕士学位论文 第1 章绪论 控制系统之中。 智能神经元网络模拟分析系统则将分析、控制与决策支持系统有效地集成在 一起，它包括数据分析、仿真、过程建模等离线功能以及实时预测、控制与优化、 在线分析、检测元件校验等在线功能。 远方遥控系统和远方诊断系统可以对控制系统进行远方监视和诊断，并对设 备事故进行提前预测。 f o x b o r o 公司对电厂有独到的见解，所开发的不同用途的系统，其侧重面各 不相同，但都能有机地将管理和控制结合在一起。不同电厂用户根据不同的需求 可采纳不同的系统。 1 3 3 5 日立公司的一体化模式 作为电厂设备的主要供货商之一，日本日立公司也在电厂信息化方面做了有 益的探索，开发成功了运行维护和管理信息系统( o p e r a t i n gm a i n t e n a n c ea n d m a n a g e m e n ts y s t e m ，缩写为o m m s ) 以及电厂监控信息系统( s u p e r v i s o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，缩写为s i s ) 。 0 删s 包括设备信息管理系统、日常维护管理系统、工作状态管理系统、周 期检定与计划系统、过程管理系统、运行管理系统、预算管理系统等，是一个适 合电厂的管理系统。 s i s 通过双向路由器将各台机组d c s 信息采集进服务器，通过通信接口站将 燃料系统、除灰系统、化学系统、网控系统等辅助系统地信息采集进服务器，系 统可完成数据采集功能、状态监视功能、生产报表生成功能、设备状态管理功能 和性能计算功能等。s i s 与m i s 之间留有接口。 日立公司的o m m s 在国外已有应用经验，s i s 目前则正处于开发试验阶段， 尚未见到成熟的应用业绩方面的报道，但其整体方案的构思却非常负荷电厂的实 际需求。 从上面几家著名控制公司的一体化模式和特点可以看出，它们进行一体化集 成的最终目标都是提高电厂的运行管理水平，加强管理和控制之间的相互渗透和 融合。从设备采购的角度看，可以有以下两种具体实现方式。 a ) 从自动控制系统到信息管理系统均采用统一制造商的设备，有一家制造 商统筹设计并供货。 东南大学硕士学位论文第1 章绪论 b ) 采用多家不同制造商的设备，设备之间采用标准接口进行连接。 就管理控制一体化的网络结构来看，也可分为两种模式。 a ) 管理控制一体化层面与传统m i s 采用同一网络，全厂管理网既传输非实 时的信息管理数据，又传输实时的监控数据。 b ) 将实时监控网与非实时管理网分开。 第一种方式克服了因多家公司进行接口而产生的各种问题，优势明显，但由 于过分理想化，即使是在经济发达豹西方国家也较少采用这一方式。国内电厂由 于受投资水平和管理水平的影响，在现阶段比较适宜采用第二种方案，在目前白 行开发的m i s 与先进的d c s 之间适当引进国外先进的管理控制一体化产品，从而 形成全厂自动化网络。 1 3 4 本文研究内容与管控一体化的关系 基于w e b 的风粉在线监测系统是在充分研究风粉在线监测系统与d c s 系统 的融合与连接以后，再应用先进的网络和通讯知识设计并试验该系统作为s i s 系 统的燃烧优化方面高级应用模块的方案，是对火电厂管控一体化的积极尝试。 1 4 本文主要研究内容 本文主要研究内容如下： 1 风粉在线监测系统工程应用与分析 风粉在线监测系统在中间仓储式锅炉上实现了煤粉浓度、一次风速的计算机 实时监测，有效地提高了锅炉燃烧的安全性和经济性。本文根据风粉在线系统与 d c s 系统不同的连接方法，对风粉在线系统的各种工程应用方案进行分析，并提 出了先进的客户机n 务器的工程应用方案，完成了关键a c t i v e x 控件的开发。 2 基于w e b 的风粉在线实时监测系统的设计与开发 基于w e b 的风粉在线监测系统实时信息发布在完善原有风粉在线监测系统 的基础上，实现了系统和管理网络的互连，充分利用系统资源，完成燃烧过程中 有关数据的采集，处理和通信，并提供强有力的过程动态监测，信息发布和管理 功能。本文完成了包括系统整体的结构和功能设计与开发、接口机的功能设计与 开发、数据库服务器和w e b 服务器的设计与开发、w e b 站点的开发和a c t i v e x 控 件的开发等具体工作。 东南太学硕士学位论文第1 章绪论 3 风粉在线监测系统作为s i s 系统高级应用模块的研究 s i s 是采集和处理全厂必要的生产实时数据，为实现厂级监控现代化服务的 系统。它在生产控制系统和管理信息系统之间搭建起沟通的桥梁，并建立起高级 应用项目所需的实时数据平台。本文研究了基于w e b 的风粉在线监测系统实现的 关键问题，并且提出了风粉在线实时监测系统作为s i s 的燃烧优化高级应用模块 的可行性方案，并在实验室完成初步调试。 1 4 东南大学硕士学位论文第2 章风粉在线监测系统工程应用与分析 第2 章风粉在线监测系统工程应用与分析 燃煤锅炉的一次风速和管内煤粉浓度及二次风速的大小对燃烧效果有很大 的影响，尤其在燃用低质煤时其作用更为显著。国内许多电站锅炉在实际运行过 程中，时常发生因四角配风不均、风煤比失调，从而造成锅炉爆管、燃烧器烧损 变形、一次风管堵粉和一次风管着火等事故。出现这些问题的原因之一是缺少一 个直观可靠的监测一次风量和煤粉浓度的手段。风粉在线实时监测系统可以在线 监测一次风管及喷燃器出口风速和煤粉浓度，直观地反映出一次风管的风粉情 况。根据风粉在线实时监测系统在所投运的电厂的实际运行情况来看，该系统对 提高锅炉燃烧效率有着非常重要的作用，能有效地改善锅炉燃烧情况。 2 1 风粉在线监测系统概述 2 1 1 风粉在线监测系统简介 风粉在线监测系统在中间仓储式热风送粉锅炉上实现了煤粉浓度、一次风速 的计算机实时监测，能有效地提高锅炉燃烧的安全性和经济性。系统所需硬件如 下： 1 ) 给粉机：在过去投产的锅炉机组中，给粉机普遍采用电磁滑差式。这种 调节过程中存在速度损失，调节不灵敏，可控性不强等问题。新投产的机组基本 上采用变频调节给粉机，老机组也大都通过技术改造采用了变频讽节给粉机，增 强了给粉调节的灵敏度和可控性。 2 ) 差压变送器：风粉测量k y b d 系列差压变送器是锅炉燃烧优化指导系统专 用设备，采用美国s e n s y m 公司高精度、高稳定性芯片，经精密温度补偿封装而 成。这种两线制微差压变送器具有高精度、体积小、结构简单、性能稳定等优点。 3 ) 耐磨温度传感器：由于风粉在线系统采用温度法进行煤粉浓度测量，因 此混合后温度测量元件的耐磨问题成为一次测量部件的核心问题之一。早期的不 锈钢元件在此环境下只能使用l 小时，第一代剐玉耐磨温度测量元件的寿命也只 有3 个月左右。目前为了解决这个难题，系统大都采用第3 代专用温度探头，其 寿命可达3 年以上，大大提高了系统的可靠性和实用性。 东南大学硕士学位论文第2 章风粉在线监测系统工程应用与分析 4 ) 防磨风速测量元件：一次风速测量元件安装在混合器前直管段上，以防 止带粉气流堵塞传压孔，磨损也较小，但使用较长时间以后，即使很小的磨损也 会对测量元件的流量系数产生影响。为了解决这个难题，系统采用的靠背型测速 管需经过防磨喷涂处理，使其可长期稳定运行。 测量元件的具体数量将由所在机组的具体情况而定。 2 1 2 风管风速测量与控制原理 2 1 2 1 风管风速测量 用标定过的靠背管作为动压的一次测量元件，安装在一次风和煤粉混合之前 的一次风管道上，防止带粉气流堵塞传压孔。经传压管接至量程。一2 0 k p a 的微 差压变送器上，将信号采入计算机进行速度计算。 根据伯努利方程得： 1 只= 最+ 妄舢2 ； 二 式中：珊一次风速( m s ) ； 只全压( p a ) ： 只静压( p a ) ； p 空气密度( k s m 3 ) 。 整理得： 辟墨二型：f 丝 1 p、fp 差压p 可由压差传感器转化为电压信号，再经智能数据采集前端采集后送 入计算机。 与煤粉混合后使一次风速降低，所以必须对m 进行修正。 一次风速较低，所以可把空气视为不可压缩理想气体，取混合前后一次风的 状态分别为状态l 和状态3 ，故满足 p 。瓦= p ，e 由连续性方程可得： p 1 0 9 l 。p 3 0 d 3 东南大学硬士学位论文第2 章风粉在线监测系统工程应用与分析 所以，毡= t 正3c u _ t 似3 + 2 7 7 3 3 q 经以上分析，次风速按式2 - 2 计算： 舻k mx k 2 x j 等 吲 七，：! 立翌( 2 q ) 意，= i 一 l z jj + 2 7 3 式2 2 中：k 。靠背管流量系数；f 1 一次风温度( ) ： t ，风粉混合物温度( ) 。 由于煤的品质和水分含量无法确定，以及对空气密度