物聯網等新技術在現代化電站中的應用展望

杜傳利

(四川華能涪江水電有限責任公司,四川綿陽 622550)

1 物聯網概述

物聯網的概念起源于 1995年比爾蓋茨所著的《未來之路》一書,但迫于當時無線網絡等硬件和軟件的發展,并未引起重視。時至 2005年,國際電信聯盟在突尼斯舉行的信息社會世界峰會上正式發布了《ITU互聯網報告 2005:物聯網》,才有了正式的物聯網概念。

物聯網(TheInternetofthings)即通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。按字面意思理解,物聯網就是“物物相連的互聯網”。其包括兩層含義:第一,物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡;第二,其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通訊。

通過 RFID、GPS、傳感等技術,所有物品都將賦予生命,人們可以隨時隨地通過手中的終端了解到任何物品的狀況等信息,也將使得人類生活水平愈加高質量。此外,物聯網概念的問世,打破了之前的傳統思維。過去的思路一直是將物理基礎設施和 IT基礎設施分開:一方面是機場、公路、建筑物,而另一方面是數據中心、個人電腦、寬帶等。而在物聯網時代,鋼筋混凝土、電纜將與芯片、寬帶整合為統一的基礎設施,在此意義上,基礎設施更像是一塊新的地球工地,世界的運轉就在它上面進行,其中包括經濟管理、生產運行、社會管理乃至個人生活等。

2 物聯網在電站中的應用

筆者針對物聯網技術的快速發展,結合涪江公司電站數字化建設的進程,對物聯網技術在電站中的應用進行了展望,以應對新技術的不斷沖擊。

火溪河流域四個梯級電站以及干流上正在開發的電站的建設及生產模式大致相同,主要分為主機、輔機、電氣、監控、通信等幾大塊,這幾大塊設備分布在廠房、GIS樓等各個生產區域,設備較多,分布較廣,雖然已分門別類的加以管理,但是缺乏有效的整體管理,設備及其零部件安裝之后,無法有效建立起單一設備或零部件的個人檔案.物聯網當中的 EPC標識碼能很好的解決這個問題,與條碼一樣,產品電子碼用一串數字代表產品制造商和產品類別,不同的是 EPC,還外加了第三組數字,標識每一件單品,通過編碼可以達到全球唯一標示。存儲在 EPC標簽微型晶片中的唯一資訊就是這些數字。EPC還可以與數據庫里的大量數據相聯系,包括產品的生產地點和日期、有效日期、應用于何地、何時安裝于此、該產品的 KKS編碼、有無維修記錄、取自哪個庫房等。而且,隨著產品的轉移或變化,這些數據可以進行實時更新。通過安裝在廠房和 GIS樓的 RFID(射頻識別技術)可以周期性或實時的對設備進行掃描,可以將采集到的信息送往中間處理環節,并通過互聯網或者是內部網絡送往中心服務器,從而可以對廠房內的設備進行刷新,就可以查詢設備及零部件的在位狀態及其相關的“個人信息”。

同時,可以將該技術應用到電站的庫房管理,通過對庫房及廠房設備和零部件的 EPC標簽,可以實現對電站相關設備的統一、有序的管理。通過在庫房和生產區域門口設置的 EFID射頻識別設備,可以對進出庫房和生產區域的設備進行記錄,并將記錄的信息送入庫房管理分服務器,實時刷新數據庫的狀態,自動完成入庫和出庫的管理,從而大大的節省了庫房管理的繁雜程度。

當然,物聯網技術不僅僅是識別技術,其中重要的一條特征就是物品和物品之間進行信息交換和通信,就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統、大壩、油氣管道等各種物體中,然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的整合,在這個整合的網絡當中,存在能力超級強大的中心計算機群,能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制,在此基礎上,人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活,達到“智慧”狀態,從而提高資源利用率和生產力水平,改善人與自然間的關系。

具體到電站的應用,就是利用無線傳感技術將各種傳感器和控制器安裝到電站的機組設備、電氣設備、輔機設備和廠房鋼筋混凝土、電力線以及各種零部件中,實現對負責區域的溫度、濕度、壓力、電壓電流甚至是氣味的實時監視和控制,代替傳統意義上的儀表。同時,通過遍及電站區域的無線網絡(可以是 RFID、CDMA或者是 Wifi等技術覆蓋)實現傳感器與傳感器之間的互相通信,也可實現傳感器與中心服務器的互聯,從而構成了無線傳感網絡。

由無線傳感器網絡和區域處理器組成了一個小型的自助處理系統,對傳感器的信息進行采集、處理和過濾,把經過確認的、必要的信息送至中央處理器,對不影響設備正常運行的信息自行進行處理和監視。例如:當主機的溫度傳感器探測到溫度過高時,該傳感器可以與周圍的濕度傳感器、火焰探測器以及機組功率甚至是氣味傳感器進行信息交流來判定該溫度值是否合理、是否需要向中心服務器報警、是否需要自行控制其他控制器來協調等,進而完成信息的預處理。

同時,各個分布的區域處理單元共同組建成一個大的電站分布式智能系統,該系統滲透到電站生產管理的各個環節、各個部分,包括主機、輔機、電氣 、安防 、照明 、通風 、消防 、通信 、水工 、結構 、庫房 、生產管理系統等以及生產中的各種流程。電站分布式智能系統負責完成對各個區域處理單元送上來的信息進行分析、處理。也可以針對某項功能去采集或啟動某個區域處理單元、某個傳感或控制器件。整個電站分布式智能系統就像是一個有機生命體,各個區域既完成自己特定的功能,又和其他單元或器件發生作用,最后又由電站智能系統的中心服務器調動各個單元完成規定的功能,并把它們組成一個整體,而幾個電站聯合起來就構成了一個更大的、基于物聯網的智能系統。

該系統具有相當高的智能。比如:檢修人員在生產管理系統中開了一張工作票,該工作票的相關信息進入智能系統分析,將所需的工具或設備在庫房的位置自動列出,如果庫房沒有,將會提示用戶,檢修人員在庫房取走工具或設備準備計入廠房工作時,RFID會自動識別工作負責人的身份開啟大門和照明系統,同時對帶入廠房的工具和設備進行掃描識別,如果發現檢修人員沒帶工作票所需工具時,系統會通過語音、短信等方式提醒工作負責人。

3 對設備的要求

如此智能和復雜的設備對中心服務器的處理能力的要求相當高,需要借助于小型機來處理,甚至需要借助小型機組成的機群來應對大量的數據和流程處理,以滿足系統對電站業務實時性的要求。同時,各個電站的中心服務器在中心服務器出現故障的時候能獨立支撐起本電站的各種業務,保證電站對系統安全性的要求。同時,針對中心服務器數據計算量大,實時性強的瓶頸,可以采用云計算的方式,將中心服務器的業務分配給各個電站的中心服務器,若各個電站的中心服務器處理不過來,則可以分配給下面的中間服務器,最終滿足用戶對于信息處理的要求,甚至可以與互聯網相連,充分利用網絡中的服務器分布計算,達到充分利用資源、發揮通信網絡的互通優勢。

如此高科技的平臺需要高性能、高可靠性通信網絡的支撐,建立高速、雙向、實時、集成的通信系統是實現電站物聯網智能系統的基礎。因為基于物聯網的各種標簽、傳感器、數據流等都需要這樣的通信系統的支撐,這是邁向智能系統的第一步,該系統不僅滿足上述要求,同時要實現流域內通信網絡的無縫覆蓋,利用基于物聯網的無線傳感網絡、Wifi、CDMA網絡、GPS網、RFID網等完成生產區域、辦公區域甚至是全流域的無線覆蓋,并結合有線通信網絡,為基于物聯網的智能系統提供有力的通信保障。同時,通信網絡也應是一種智能網絡,具有自愈能力,在某一條通信線路中斷的情況下能自動尋找并切換到其他路由,無需人為干預。在這一技術領域,主要有兩個方面的技術需要重點關注,其一就是開放的通信架構,它形成了一個“即插即用”的環境,使物聯網元件之間能夠進行網絡化的通信;其二是統一的技術標準,它能使所有的傳感器、智能電子設備(IEDs)以及應用系統之間實現無縫的通信,也就是信息在所有這些設備和系統之間能夠得到完全的理解,從而實現設備和設備之間、設備和系統之間、系統和系統之間的互操作功能。這就需要電廠、設備制造企業以及標準制定機構進行通力的合作,才能實現通信系統的互聯互通。

4 具體實際,展望發展

目前火溪河流域梯級電站的監控系統是以傳感器來探測模擬量和數字量,用模擬輸出或數字輸出來控制輸出,以現地邏輯控制器來控制某一具體設備,通過 MODBUS協議和一些現場設備通信,通過 LCU來控制整個電站的監控系統,具備了一些物聯網和云計算的特征。但是,其智能化程度不高,協議不統一,計算能力有限,聯網單元較少,具有很大的升級空間。

以目前的物聯網發展看,要實現所描繪的功能還有一段路要走,目前物聯網技術主要關注于射頻識別,對于智能傳感網絡發展還有待于進一步,協議規范、標準也需要時間來完成,云計算等先進的處理方式也有待于發展,同時,對通信的發展要求也很高。不過,技術的發展日新月異,可以相信:只要我們不斷提出更高的要求,那么,社會上的科技力量就會不斷進步,從而推動設備的不斷發展。