（检测技术与自动化装置专业论文）基于gis和网络监测的热电厂新型低成本sis系统.pdf

山东大学硕士学位论文 。= = = ；= ；i i ；i ；= = ；= ；i i ；i ；= = = = ；= = = = ；= = = ；= = ；= = ； 摘要 当前，电力市场竞争越来越激烈，竟价上网的原则迫使热电厂必须最大 程度地挖掘机组潜力，节约成本，提高热电厂运行效率以及整体管理水平。 衡量燃煤热电厂最主要的经济指标是供电耗煤，影响它的最主要的因素之 就是锅炉运行效率，这就需要对锅炉的运行效率进行有效的监测和调整，使 锅炉能够发挥最优性能。另外，在热电厂中，各生产站点都有自己的s c a d a 系统，但一般彼此互不相连，因此集团领导不能随时同时监测各个热电厂多 个锅炉的生产运行状况，这不利于整个电力集团的调度和管理。我们利用从 现场采集的数据，运用锅炉运行效率计算方法在线计算锅炉运行效率，提供 给现场运行： 作人员操作参照，总结经验，提高效率；利用远程数据访问技 术，传输反映锅炉运行状况的主要参数，结合g i s 技术远程监测锅炉运行状 态，方便厂级和集团级领导及： 程师决策、监督以及奖惩，建立了一套新型 低成本热电厂厂级监测信息系统( s u p e r v is o r yi n f o r m a t i o ns y s t e mi np l a n t l e v e l ，简称s i s ) 。 本文课题来源于济南市高新区和济南市科技发展计划，结合济南市某热 电集团锅炉的：i ：艺特点，选用a d a m4 0 17 + 和a d a m 4 0 18 + 板卡采集现场数 据。现场数据多数来源于传入d c s 的数据，我们使用信号隔离技术将信号分 成两路，并且互不影响，选用三维力控公司的p c a o t o 组态软件对多路信号 进行处理、运算和显示，如高温过热器吨汽吸热量、低温过热器吨汽吸热量、 省煤器吨汽吸热量、锅炉热效率( 锅炉的热效率采用正平衡和反平衡两种方式 进行运算) 等，对锅炉的各种运行重要参数进行修正、显示，如给水温度、环 境温度等。同时，利用力控组态软件自带的数据库，将数据进行存储，并且 提供历史趋势查看、班组报表统计、年月日报表统计、实时趋势查看、煤粉 及重要参数实时输入、报警及预警等功能。 使用远程数据访问技术o p c 和o d b c 技术对现场工作站进行远程数据 访问。利用o d b c 技术将数据转储到服务器中，进行重要数据备份和s q l 查询。利用o p c 技术提供给g i s 模块数据进行实时访问。采用g i s 的集成 二次开发方式之一的g i s 控件方式，结合m i c r o s o f t 的v i s u a lb a s i c 开发了 山东大学硕士学位论文 套远程监测g i s 软件，用直观的方式对多个热电厂实现远程监测、属性查询 修改、历史数据统计、点点路线距离查询等功能 研究开发结果表明：该系统将组态软件与现场总线的技术相融合，将实时 监测与远程监测相融合，将热电厂这种地理事物与g i s 相融合，提高了企业 的自动化水平、管理水平，节约了能源，改善了劳动条件。其中基于g i s 的 远程监测系统已经在现场通过调试和验证，运行效果良好。在线监测系统已 经在济南市某热电厂成功应用，为企业带来了明显的经济效益和社会效益。 关键词：g i s，在线监测，锅炉运行效率，远程监测 ，远程数据访 问技术 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t n o wt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e tc o m p e t i t i o ni sg e t t i n gs t r o n g e ra n ds t r o n g e r t h ec o m p e t i t i o no fb i d d i n gf o ra c c e s s i o nt op o w e rn e t w o r k sf o r c e st h et h e r m a l p o w e rp l a n tt oh a v et h eg r e a t e s td e g r e ee x c a v a t i o no fu n i tp o t e n t i a l ，s a v et h e c o s ta n de n h a n c et h ee f f i c i e n c ya sw e l la sm a n a g e m e n tl e v e l s t h ee f f i c i e n c y o ft h eb o i l e ra f f e c t st h et h e r m a lp o w e rp l a n te c o n o m i ci n d i c a t o rm o s t t h i s n e e d st oc a r r yo ne f f e c t i v em o n i t o ra n d t h ea d j u s t m e n to ft h e b o il e r s o p e r a t i n ge f f i c i e n c y ，e n s u r i n gt h eb o i l e ro fd i s p l a y i n gt h em o s ts u p e r i o r p e r f o r m a n c e m o r e o v e r ，i nt h et h e r m a lp o w e rp l a n t ，t h eg r o u pl e a d e r sc a n n o t m o n i t o rt h ep r o d u c t i o nm o v e m e n tc o n d i t i o no fe v e r yb o i l e ra tt h es a m et i m e ， w h i c hd o e sn o tb e n e f i tt h ee n t i r ee l e c t r i cp o w e rg r o u pi ni t sd i s p a t c ha n d m a n a g e m e n t t h eo n l i n em o n i t o ru s e sd a t ag a t h e r e df r o mt h es c e n ec o m b i n e dw i t h c o m p u t a t i o n a lm e t h o do fb o i l e re f f i c i e n c yt om o n i t o rt h ef u n c t i o no ft h eb o i l e t w i t ht h er e f e r e n c ed a t a t h em i s s i o n a r i e sc a ns u m m a r i z ee x p e r i e n c e s 、e n h a n c e t h ee f f i c i e n c ya n ds a v et h ec o s t r e m o t ed a t aa c c e s s t e c h n o l o g yi sa p p i i e d t ot r a n s m i tt h em a i np a r a m e t e r sr e f l e c t i n gt h eb o i l e r sm o v e m e n tc o n d i t i o n t h e nw eu s eg i st e c h n o l o g yt om o n i t o rt h er u n n i n gs t a t u so ft h eb o i l e ri nt h e l o n gd i s t a n c ew i t ht h ed a t aw h i c hp r o v i d er e f e r e n c e sf o rf a c t o r ya n dg r o u pl e v e l l e a d e r si nd e c i s i o n m a k i n gp r o c e s s ，s u r v e i i l a n c ea sw e l la sr e w a r d sa n d p u n is h m e n t t h i sa r t i c l eo r i g i n a t e sf r o mt h ej i n a n sh i g ha n dn e wz o n ea n dt h ej i n a n s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tp l a n i tu n i f i e st h ec r a f t c h a r a c t e r i s t i c so ft h eb o i l e r si nj i n a ns o m et h e r m o e l e c t r i c i t yg r o u p a d a m4 0 1 7 + a n da d 3 i 4 0 1 8 + b o a r dc a r d sa r ea p p l i e dt og a t h e rs c e n ed a t a t h ef i e i dd a t a m o s to r i g i n a t e i nt h ed a t as p r e a d i n gt od c s s i g n a li s o l a t i o nt e c h n o l o g yi sa p p l i e dt od i v i d e t h es i g n a l si n t ot w og r o u p sw h i c hd on o ta f f e c tm u t u a l l y w es e l e c tt h ef o r c e c o n t r o ls o f t w a r et oc a r r yo np r o c e s s i n g ，o p e r a t i o na n dd e m o n s t r a t i o no ft h e v 山东大学硕士学位论文 m u l t i c h a n n e ls i g n a l s m e a n w h i l e ，w et a k ea d v a n t a g eo ft h ed a t a b a s ew h i c hf o r c e c o n t r o lb r i n g si t s e l ft os t o r et h ed a t a t h e r e f o r e ，t h eg i sm o d u l ep r o v i d e s t h eh i s t o r i c a lt e n d e n c ye x a m i n a t i o n ，t h et e a m sa n dg r o u p sr e p o r tf o r m s t a t i s t i c s ，t h ey e a r m o n t h d a yr e p o r tf o r ms t a t i s t i c s ，t h er e a l t i m et e n d e n c y e x a m i n a t i o n ，t h ep o w d e r e dc o a la n dt h ei m p o r t a n tp a r a m e t e rr e a l t i m ei n p u t ， a l a r mf u n c ti o na n ds oo n i nc o n c r e t eo p e r a t i o n ，w eu s er e m o t ed a t aa c c e s st e c h n o l o g yo p ca n dt h e o d b ct e c h n o l o g yt oc a r r yo nt h el o n gr a n g ed a t av i s i tf o rt h es c e n ew o r k s t a t i o n ， a n du s et h eo d b ct e c h n o l o g yt oc a r r yo dt h ei m p o r t a n td a t ab a c k u pa n dt h es q l i n q u i r y m e a n w h i l e ，w eu s et h eo p ct e c h n o l o g yt op r o v i d ef o rt h eg i sm o d u l ed a t a i no r d e rt oc a r r yo nt h er e a l t i m ev i s i t c o m b i n i n gw i t hm i c r o s o f tv i s u a lb a s i c w ed e v e l o pas e to fl o n g d i s t a n c em o n i t o rg i ss o f t w a r e ，w h i c hr e a l i z e sm a n y f u n c t i o n s ， s u c ha st h e l o n g - d i s t a n c ee x a m i n a t i o n ，t h eh i s t o r i c a ld a t a s t a t i s t i c so l 、l u 。s o o 订 t h er e s u l t so ft h er e s e a r c hi n d i c a t et h a t ：t h i s s y s t e mf u s e st h e c o n f i g u r a t i o ns o f t w a r ea n dt h ef i e l db u st e c h n o l o g y ，t h er e a l t i m em o n i t o ra n d t h el o n g d i s t a n c em o n i t o r a tt h es a m et i m e ，i tf u s e st h e r m a lp o w e rp l a n ta s ag e o g r a p h yt h i n ga n dg i s t h e s ef u s i o n sn o t o n l ye n h a n c et h ee n t e r p r i s e s a u t o m a t e da n dm a n a g e m e n tl e v e lb u ta l s os a v et h ee n e r g y ，n o tt os a yi m p r o v e t h ew o r kc o n d i t i o n si nl a r g es c a l e t h el o n g d i s t a n c em o n i t o rs y s t e mw h i c h b a s e d o nt h eg i sh a sb e e na l r e a d yt h r o u g ht h ed e b u g g i n ga n dt h ec o n f i r m a t i o ni nt h e s c e n e ，a n dt h em o v e m e n tr e s u l tw e r eg o o d t h eo n l i n em o n i t o rs y s t e mh a sb e e n s u c c e s s f u l l ya p p l i e di ns o m et h e r m a lp o w e rp l a n to fj i n a na n dh a sa l r e a d y b r o u g h to b v i o u se c o n o m i ca n ds o c i a le f f i c i e n c yf o rt h ee n t e r p r i s e k e y w o r d ：g i s ， o n l i n em o n i t o r i n g ， o p e r a t i n ge f f i c i e n c y ，r e m o t e m o n i t o r i n g ， r e m o t ed a t aa c c e s st e c h n o l o g y v i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：筮整日期：型i ：堇：鲨 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：纽盟导师签名：壶越日 期： 洲j 工 山东大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题的来源和目标 本课题来源于济南市高新区和济南市科技发展计划，主要是为济南市的 主要热电厂开发一套基于g i s 和网络脆测的热电厂新型低成本s i s 系统。课 题的主要目标是通过研究和应用先进的锅炉运行效率计算方法、地理信息技 术和远程数据访问技术，利用在线监测数据结合g i s 的优势，实现单个热电 厂运行效率的实时监测，以及多个热电厂的重要参数远程监测、统计分析和 地理定位等功能，在一定程度一l 实现济南市各个热电厂锅炉的优化运行，减 轻：l 二作人员的劳动强度，减少能源及物料损耗，降低成本，预防事故发生， 减少污染。从而能够全面提高济南市主要热电厂的生产效率和管理水平。 1 2 课题研究的目的和意义 电站锅炉是火力电站的三大主机设备之一，由于设备本身及操作管理等 方面的原因，性能指标与发达国家相比有较大差距，主要表现在煤耗高或热 效率低。2 0 0 3 年，我国供电的平均标准煤耗为3 8 1 9 k w h ，与发达国家相 比，多耗6 0 9 k w h ，热效率低1 0 个百分点。2 0 0 3 年全国年发电量为1 9 0 8 0 亿千瓦时，以此推算，全国一年发电就要多耗标准煤约1 2 亿吨，多花费购 煤款l o o 多亿元。因此，提高燃煤电站锅炉的热效率，节约有限的煤炭资源， 同时降低燃煤过程产生的污染，是我国能源实现可持续发展的当务之急，也 是电力科技工作者的攻关课题。 电站煤耗的影响因素是多方面的，包括锅炉、汽轮机和发电机等设备的 结构和运行操作、使用寿命、自动化程度和生产管理水平等，其中主要因素 是锅炉运行偏离最佳工况，热效率降低。由于目前燃煤供应紧张，我国发电 用煤的来源和种类是经常变化的，很多电厂对锅炉运行效率的监测还停留在 手：亡离线测量的基础上，由于缺乏参考数据，操作人员很难判断当前锅炉运 行情况是否处于最佳，这就使锅炉的运行效率很难得到保证，电站锅炉偏离 最佳工况的现象非常普遍。 山东大学硕士学位论文 目前，济南市的主要热电厂相对于其他发达地区热电厂的能源利用率以 及管理水平还有不小差距。锅炉燃烧热效率的监测工作还使用的是离线的手 工计算统计模式，由于每次计算都要浪费大量的人力物力，而且计算时间长， 参考性差。由于锅炉的效率是实时变化的，操作方法的细微差别都可能导致 锅炉效率的较大差别，而这些差别仅仅通过间隔很长时间的离线计算是很难 反映，对锅炉运行效率的提高很难起到指导性的作用。 另外，在热电厂中，各生产站点都有自己的s c a d a 2 1 系统，但一般彼此 互不相连。各厂级领导不能同时监测全厂范围的生产运行状况，这不利于整 个热电厂的调度和管理。另外，对于很多属于一个集团的热电厂来说，整个 集团范围内的监测更显得很难实现。由于g i s 具有很强的地理信息方面的优 势，而热电厂本身也有着很强的地理信息特征，如果能够结合g i s 来实现热 电集团各个热电厂的远程监测，将有效的把电厂的地理特征融合到管理信息 系统中，对于提高各个热电厂的管理水平、领导决策以及监督、事故预防及 处理将起到很大作用。 因此，如何能够在线监测锅炉的运行效率，为现场操作人员进行生产调 整提供参考依据，以及如何利用现场监测数据传输到远程服务器进行远程监 测从而提高热电厂的总体管理水平，已经成为各个热电厂急需解决的问题。 本课题的研究正是针对这一问题而展开的，因而具有十分重要的现实意义。 1 3s i s 和电厂g i s 的发展与应用研究现状 国内在热电厂s i s 系统研究应用方面目前还处于起步阶段，但在s i s 子功 能系统及为s i s 系统各功能模块实现方面做了不少有益的前导性工作。自2 0 世纪8 0 年代中期，东南大学3 4 1 、武汉大学5 1 、华北电力大学、清华大学6 7 】 等高校及一些科研院所开始了电站性能在线监测问题的研究，并开发了一些 不错的热电厂机组性能监测和优化运行软件。国外的一些著名的生产厂商则 纷纷在实时控制的基础上不断向管理层面发展而进行了开发研究，开发了类 似于s i s 的一些软件包，如a b b 公司一体化产品o p t i m a x 在d c s 的基础之 上，连续地对热电厂的运行状况和生产环境进行评估和诊断，有效地架起了 控制系统与管理系统之间的桥梁。西门子公司基于对热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， 2 山东大学硕士学位论文 以o s i 公司的实时数据库系统为基础开发了集成信息系统s i e n e r g y 。 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 v s t e m ，缩写为t p s ) 。这些软件在国外己有较多的应用业绩，且取得了良好 效果8 9 1 。 我国的火力电站锅炉由于设备本身及操作管理等方面的原因，性能指标与 发达国家相比有较大差距，主要表现在煤耗高和运行效率低，因此应该从提高 燃煤电站锅炉的热效率入手，节约有限的煤炭资源，从而减少和发达国家的 差距。在锅炉运行效率的在线揽测方面，国内清华大学、东北大学和一些热 ：亡研究所已经取得了一些成绩。但据国内外信息检索表明这些成果的实施对 象都是国内大型火电厂，且实施的对象都是国内大型火电厂，实施项目的费 用一般在5 0 0 万元左右，这对于我国为数众多的中小型电厂，特别是热电厂 是难以应用的。国内中小型热电企业机组d c s 或i p c 普遍配置较低，只能用 于生产过程的实时数据采集和常规j | 盔测；有些企业为了提高管理水平，运用 计算机及其网络技术，也建设了类似大型电厂的管理信息系统m i s ，主要为 全厂运营调度和行政的管理： 作服务，完成生产经营管理和财务管理等工作， 因而在热点企业生产过程实时数据采集和常规监测系统与m i s 之间缺乏一个 承上启下的实时生产过程管理和监控系统。目前，国内流行的热效率仪表是 国外进口的便携式仪表并且没有控制回路，而且其价格高、维修费用昂贵的 特点也使很多中小热电厂望而却步。 在g i s 应用方面，国内的电厂g i s t l 0 1 产品主要应用于热电厂内的地下管 网建设或者城乡电网的建设中，将g i s 应用于热电厂这种地理特征很强的对 象却鲜有涉及。因而利用现场检测系统检测到的实时数据，有效的结合g i s 进行信息化，开发一套集现场单一站点运行效率监测，远程多个站点统一监 测于一体的基于g i s 和网络监测的热电厂新型低成本s i s 系统，对于提高热 电厂的生产效率以及在有效的完成生产任务的同时实现节约能耗、提高管理 水平、减少管理人力有着重要的意义。 1 4 本文的基本思路和主要工作 本文的主要研发工作是借鉴大型火电厂最近才开始研发的监测信息系统 山东大学硕士学位论文 高新技术项目的功能特征，根据我国热电行业的特点针对影响热电机组运行 效率的主要设备锅炉系统，开发一套基于g i s 和网络监测的热电厂新型低成本 s i s 系统。本文将从系统总体设计方案、锅炉运行效率在线监测模块、g i s 远 程监测模块、锅炉运行效率计算方法、远程数据访问技术及方法的实现五个 方面进行阐述。 ( 1 ) 总体设计方案 基于g i s 和网络监测的热电厂新型低成本s i s 系统总体上是由在线运行 效率监测系统和g i s 远程监测系统两部分组成的，其中在线运行效率监测系 统主要是使用三维力控组态软件，采用w i n d o w sx p 操作系统，使用配电器将 原本传入d c s 中的数据分成两路，实现一路信号分成两路，相互之间不产生 干扰。采集的数据进入在线运行效率监测模块后，通过嵌入组态脚本程序的 锅炉运行效率计算方法，实现锅炉运行效率在线实时监测及其他各种辅助功 能。使用远程数据访问技术o d b c 、o p c 实现数据的汇总、备份以及实时数 据的采集，为g i s 远程监测模块提供数据源，为领导层监督、参与生产提供 帮助。 ( 2 ) 锅炉运行效率在线监测模块 将从现场采集的各种锅炉参数数据经过三维力控的脚本计算程序，计算 出各种锅炉的运行制表数据，如锅炉的热效率、省煤器吸热效率、过热器的 吸热效率等。指标数据，如锅炉的热效率、省煤器吸热效率、过热器的吸热 效率等。利用力控的图形开发工具结合后台数据处理部分开发各种辅助功能。 实时数据显示能够实时显示各种采集上来的重要锅炉指标参数，如汽包压力、 主蒸汽温度等。历史数据保存功能按照设置的时间间隔将这些数据定时存储 在数据库中，为历史趋势模块和历史数据查看、报表查看模块提供数据。其 他模块还有实时趋势模块、年月日报表模块、报警模块等。 ( 3 ) g i s 远程监测模块 g i s 远程监测模块客户端系统采用传统的两层c s 结构，通过远程数据访 问技术在工业现场组态软件提取的各种数据结合空间数据库和属性数据库中 的各种数据，实现远程实时数据监测、数据汇总备份、地理事物查询、属性 数据修改、数据统计分析( 渲染) 、图层编辑、制图输出、报警分析等功能。 ( 4 ) 锅炉运行效率计算方法 4 山东大学硕士学位论文 + i ；= ；= ；= ；i i i i ；= = = = = = = ；= = = = = = ；= ；= ；= = = = = ；= ；二 根据国内外各种著名的效率计算方法，结合热电厂锅炉的生产过程的特 点，给出锅炉主要吸热设备的热效率计算模型，通过对比分析说明其使用范 围，研发出适合热电厂经济运行指标体系的计算模型和方法。 ( 5 ) 远程数据访问技术及方法的实现 为了使远程信息系统能够得到工业现场锅炉运行的各种关键数据，需要 用到现场的组态软件与远程信息系统进行数据交换。目前主要的数据技术有 d d e 、o p c 、o d b c 等。使用远程数据访问技术( o p c ) ，实现对公司内各个 热电厂的锅炉主要参数的远程实时访问，保证了为热电厂的g i s 模块提供数 据的实时性。而历史数据则通过o d b c 间隔一定时间存储在远程服务器的s q l s e r v e r “1 中，从而保证将多个热电厂的锅炉重要数据在服务器端进行汇总和 备份，并且为g i s 模块进行s q l 语句进行查询和统计提供有效数据。 山东大学硕士学位论文 2 1 概述 第二章总体设计方案及模块功能 本章首先介绍了系统的拓扑结构，从总体上介绍了系统的各个硬件组成。 接着介绍了系统的软件结构、数据传输结构以及一些数据表的结构。继而分 别从开发工具选择、开发工具优点、系统功能、系统结构上分别介绍了基于 g i s 和网络监测的热电厂新型低成本s i s 系统的两大模块：锅炉运行效率在线 监测模块和g i s 远程监测模块。 2 2 系统的拓扑结构 基于g i s 和网络监测的热电厂新型低成本s i s 系统总体上是由锅炉运行 效率在线监测模块和g i s 远程监测模块两部分组成的，其中运行效率在线监 测模块主要是使用三维力控组态软件，通过现场i o 设备中采集的重要锅炉运 行参数数据，实现锅炉运行效率的实时在线监测，以及各种辅助功能。由于 使用g i s 远程监测模块的主要是集团领导，数量少，如果使用i n t e r n e t 网 页式访问，安全性将难以得到保证。因此g i s 远程监测模块采用传统的两层 c s 结构，提高了安全和高效性。 系统总体设计针对于济南市热电集团下属的三个热电厂展开。三个电厂 之间距离很远，地理特征明显。由于在建立本系统之前，三个电厂都有自身 的d c s 监测站，很多在线监测系统需要的数据d c s 已经采集。如给煤机转速， 一次风、二次风风量等。因此，我们使用了配电器将原本传入d c s 中的数据 分成两路，一路传入d c s ，一路通过板卡采集传入锅炉运行效率监测系统 ( s c a d a 工控机) 中，实现了路信号分成两路，并且相互之间不会干扰。 数据的采集使用了a d a m4 0 1 7 + 和a d a m4 0 1 8 + 板卡，采集的数据传入监测 系统后，通过嵌入组态软件的脚本程序在线进行组态和计算，显示锅炉的运 行状况。 电厂的生产数据和资料应该处于保密状态，以明湖热电厂为例，电厂的 山东大学硕士学位论文 。 - ，= ；= ；i ；= ；= = = ；= = = ；= = ；= ；= ； 计算机处于星形网络结构，防火墙采用了双穴主机网关( d u a l h o m e d g a t e w a y ) ， 用一台装有两块网卡的堡垒主机做防火墙。两块网卡各自与受保护网和外部 网相连。堡垒主机上运行着防火墙软件，转发应用程序，提供服务。通过设 置防火墙和i p 规则，可以将数据透过防火墙传输给固定i p 地址的计算机 远程监测站1 远程监测站2远程监测站3 图2 1 系统拓扑结构图 山东大学硕士学位论文 8 图2 - 2 系统硬件结构图 山东大学硕士学位论文 ：_ 一。= ；= ；i ；i i i ；i ；= = ；i i ；= = = ；= = ；= = = = ；= ；二 2 3 软件及数据传输结构 2 3 1 软件体系结构 本系统从软件层次上来讲由系统软件、支撑软件和应用软件三部分构成： 从网络层次上来讲，分为服务器( s e r v e r ) 软件和客户端( c l i e n t ) 软件； 从功能上来讲，有系统软件、监测软件、数据库软件、用户软件等构成。各 部分经过软件集成，形成个有机整体，各部分相互联系、互为补充，功能 强大，能圆满完成要求的j 监测任务。软件关系及数据传递关系如图2 3 所示。 图2 - 3 软件体系结构 山东大学硕士学位论文 f - i ；= ；= ；i ；= ；= = ；= i ；= ；= ；= = ；o 2 3 2 数据库设计 1 空间数据库 考虑到节约成本的需要，以及很少使用地图编辑功能，我们没有使用 a r c s d e 关联关系数据库来存储地图文件，地图格式使用了s h p 格式。 面状图层： 济南市行政区划图s h p 、济南市湖泊图s h p ： 线状图层： 济南市道路图s h p 、济南市河流图s h p ： 点状图层： 济南市单位及建筑s h p ； 2 属性数据库 济南市行政区划图d b f ，济南市湖泊图d b f ，济南市道路图d b f ，济南市河流 图d b f ，济南市单位及建筑d b f 。 济南市单位及建筑数据库设计 字段名称数据类型大小是否为空 单位名称 v a r c h a r6 4 否 单位地址 v a r c h a r6 4 是 单位面积 v a r c h a r 6 4 是 单位领导 v a r c h a r8 是 联系方式 v a r e h a r 1 6 是 单位人口 n u m e r i c 9 ( 1 8 ，0 )是 备注 v a r c h a r6 4 是 单位i d v a r c h a r 6 4 是 锅炉i d v a r c h a r6 4 是 口地址 v a r c h a r 6 4 是 机器名称 v a r c h a r6 4 是 除了制作地图时自动生成的一些属性数据以外，我们在空间数据的属性数 据库中添加了一些其他的属性字段。对于普通地理单位，每个单位对应不同 的i d ，对于热点厂，虽然我们针对的是中小型电厂，但也不排除一个电厂多 台循环流化床锅炉的可能，为了以后软件升级需要，我们使用锅炉i d 来区分 1 0 山东大学硕士学位论文 不同的锅炉。s h p 图层自带的d b f 数据库容量有限，有一些其它属性的数据可 以添加到s q ls e r v e r 数据库中，使用锅炉i d 作为统一的索引。如果用户点击了除 电厂以外的地理事物，锅炉i d 之类的数据将为空值。 一般情况下，地图的属性数据库为后缀名为d b f 格式的，能够使用e x c e l 打开，进行手工修改，单位名称等重要的属性字段都是手工添加上的。属性数 据库的内容与空间数据库上面的各种图形元素一一对应，所以只能用于查询 和渲染，并不是真正实用的数据库。对于信息系统的大量的数据库操作，需 要用到其它数据库( 如s q ls e r v e r 、o r a c l e 等) 和属性数据库的转换m 】。我们 的系统使用了s q ls e r v e r 数据库，存储从工业现场得到的大量数据，以及一些 现场的图片信息，对于图片信息，我们使用a d o t l 3 , 1 4 ( “m i c r o s o f ta c t i v e x d a t a o b j e c t s2 0l i b r a r y ”，它是微软提供的一套使编程者能够编写通过 o l ed b 提供者对在数据库服务器中的数据进行访问和操作的应用程序，特 点是易于使用、高速度、低内存支出和占用磁盘空间较少)等技术可以把图 片生成二进制数据存储在s q ls e r v e r 数据库中，在我们需要调用的时候，同样 通过a d o 技术把图片的二进制数据读出还原成图片信息进行显示。 3 s q ls e r v e r 数据库 由于使用o d b c 将现场的实时数据间隔一段时间进行转储，所以如果使用 一个数据表存储多个数据，很容易造成数据混乱，我们将每个热电厂的累计 量和实时值的存储分成两个表进行存储，两个表结构相同，表字段设计如下 字段名称：数据类型大小是否为空 t a g n a m e ( 点名) c h a r 6 4 否 t a g d e s c ( 点描述) c h a t6 4 否 d t i m e ( 日期) n l i m e r i c 9 ( 1 8 ，0 )是 m i n s e c ( 时间) n u m e r i c 9 ( 1 8 , 0 )是 s t i m e ( 秒时间) c h a t 6 4 是 t a g t y p e ( 点类型) n u m e t i c 9 ( 1 8 ，o ) 是 l v a l u e ( 长整型) n l i m e r i c 9 ( 1 8 ，o )是 f v a l u e ( 浮点型) f l o a t8 是 s v a l u e ( 字符串) c h a r6 4 是 q u a l i t y n u l l l e r i c 9 ( 1 8 ，0 )是 其中，使用点描述存储热电厂的锅炉名称，和d b f 表中的锅炉i d 相对应， 山东大学硕士学位论文 从而可以使用s q l 语句通过热电厂名称将两表中的相关数据进行关联查询。 4 力控自带数据库 现场采集的锅炉数据点对应名称如下 采集名称点名称 p t l 过热器出口蒸汽压力 p t 2 给水压力 p t 3 高过入口压力 阱 高过出口烟压 p t 5 低过入口烟压 p t 6 一次风空预器进口烟压 a e l 排烟含氧量 a e 2 排烟c o 含量 a e 3 排烟c 0 2 含量 t e l 过热器出口蒸汽温度 1 f 富；计 n 并；羁 t e 3 高过出入口汽温 t e 4 低过入口汽温 t e 5 主蒸汽温度 t e 6 床温 t e 7 给水温度 t e 8 省煤器出口水温 t e 9 排烟温度 t e l o 环境温度 f e l 过热蒸汽出口流量 f e 2 给水流量 f e 3 减温水流量1 f e 4 减温水流量1 f e 5 一次风风量 f e 6 引风风量 h y 含氢量 s y 含硫量 a y 含灰量 山东大学硕士学位论文 v y 挥发份 c y 含碳量 o y 含氧量 w y 水分 n y 含氮量 q d w锅炉燃煤应用基低位发热量 f y l 给煤机1 转速 f y 2 给煤机2 转速 f y 3 给煤机3 转速 其中p t l 、a e l 等采集的是实时量( + p v ) ，给煤量( f y l 、f y 2 ) 、给水流 量( f e 2 ) 等是累计量( + t o t l e ) ，在力控数据库中，在存储累计量的同时， 它的实时值p v 也得到检测，并且存储在数据库中。 2 4 在线监测系统概述 2 4 1 操作系统及应用软件说明 现场监测站内部： 控机采用w i n d o w sx p 操作系统，由于三维力控自身具 有实时数据库，因此没有安装其他关系数据库。其他软件有三维力控组态软 件，w i n d o wx p 自带的远程桌面程序。 三维力控组态软件1 版本为p c a u t 0 3 6 2 ，是一个面向方案的 h m i ，s c a d a 平台软件。它基于流行的3 2 位w i n d o w s 平台，丰富的i o 驱动能够 连接到各种现场设备。是一个具有开放性编程接口的s c a d a 系统。 力控组态软件有以下特点： 1 提供安全保障 通过编程，力控可以在生产过程危机情况下的初发阶段进行报告，这些信 号即可以通过弹出窗口的形式在屏幕上显示出来，也可以通过设置报警和事 件记录。 2 提供报警和事件记录 力控在运行时自动记录系统状态变化、操作过程等重要事件。旦发生事 故，可就此作为分析事故原因的依据，为实现事故追忆，提供基础资料。 3 提供了完备的安全保护机制 山东大学硕士学位论文 i ；= ；= ；i ；i ；= ；= = = = ；= = ；= = = ；= = ；= ；= = = = = ；= = ；。 二o + ， 力控提供了完备的安全保护机制，以保证生产过程的安全可靠。力控 的 用户管理将用户分为操作工、班长、工程师、系统管理员等多个级别，并可 根据级别限制对重要工艺参数的修改，以有效避免生产过程中的误操作。 4 内置数据表 内置数据表是力控开发人员总结关系数据库的特点开发出的内置实时关 系数据表，利用报表模板可以将力控实时数据库的变量和报表字段进行任意 绑定，可以对任意数据进行插入、删除、遍历、存盘，内置的报表过滤器可 以任意设定不同情况下的查询条件，根据查询条件对所查出的记录进行选取 来参与数据处理。 5 动作脚本和触发方式多样 动作脚本类型和触发方式多样，具备自定义函数功能，支持数组运算和 循环控制。内置多种打印函数，可根据画面的大小进行任意设置打印范围。 6 自定义运行菜单 力控支持用户自定义菜单，其中包括窗u 弹出式菜单和定义在各个图彤 对象上的右键菜单。配合脚本程序与自定义菜单，可以实现更为灵活与复杂 的人机交互过程。 7 通信精确 精确的内部时钟系统，调度周期可精确至1 毫秒；更快的网络通信速度， 以满足构建大型、复杂s c a d a 系统的需求。 8 力控是全面开放的软件 三维力控在m i c r o s o f tw i n d o w s9 8 1 2 0 0 0 或w i n d o w sn t4 0 5 0 操作系统 下，在p c 机上运行的面向对象的组态软件。三维力控支持o l e 、o p c 和o d b c 。 三维力控不仅仅是数据开放，系统功能也是开放的。这就意味着系统开发人 员可以用三维力控作为基础开发的应用软件。 1 4 山东大学硕士学位论文 2 4 2 在线监测系统结构描述 l 匝婆案g h 磷 图2 4 监测系统结构图 如图2 4 在线监测系统从结构上由使用图形开发工具开发的前台用户界面 和使用数据库组态工具开发的后台数据处理两个部分。实时数据驻留在内存 中，提供给脚本计算部分和界面显示部分使用。历史数据则存储在硬盘中。 在完成通过图形界面将运算结果和重要数据提供给用户的同时。在线监测模 块还将实时数据通过传输速度较快的o p c 方式传递给g i s 远程监测系统，将重 要的锅炉参数数据通过传输稳定的o d b c 方式转储到