基于Web 的鍋爐監(jiān)測(cè)與管理設(shè)計(jì)

廖春成, 李業(yè)偉, 廖春龍

(1.北京師范大學(xué)總務(wù),北京 100875;2.中國移動(dòng)通信集團(tuán)湖南有限公司,長沙 410100)

0 引言

目前,傳統(tǒng)鍋爐基本采用本地化管理的方式,即鍋爐系統(tǒng)在鍋爐房中設(shè)置本地監(jiān)控室,無法實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。 遠(yuǎn)程管理人員只有通過現(xiàn)場(chǎng)的司爐工才能了解鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況,不利于遠(yuǎn)程管理人員實(shí)時(shí)自主地掌握鍋爐系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況。

另外,有部分系統(tǒng)基于節(jié)能計(jì)算和控制等目的,建立了遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)。 但幾乎所有這些遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)都是為某個(gè)鍋爐系統(tǒng)而建立,導(dǎo)致各鍋爐系統(tǒng)(含遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái))獨(dú)成系統(tǒng)。 當(dāng)遠(yuǎn)程管理人員需要同時(shí)對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控時(shí),就需要相應(yīng)地使用多套遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺(tái),不能實(shí)現(xiàn)資源的集中利用和統(tǒng)一管理。

因此,提出一種基于Web 的系統(tǒng)集群監(jiān)控和分布式管理系統(tǒng)的方案解決上述問題意義重大。 同時(shí)可提供用戶添加和數(shù)據(jù)資源的網(wǎng)絡(luò)共享功能,有著巨大的實(shí)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)由兩部分組成:鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。 鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)同遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)可以同時(shí)接入多個(gè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1 所示。

1.1 鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)

鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)由參數(shù)點(diǎn)、數(shù)據(jù)采集模塊和無線數(shù)據(jù)傳送模塊等三部分組成。 參數(shù)點(diǎn)為鍋爐系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)傳感采集傳感器。 多個(gè)參數(shù)點(diǎn)通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接至數(shù)據(jù)采集模塊。 數(shù)據(jù)采集模塊采集各參數(shù)點(diǎn)數(shù)據(jù)后,通過無線數(shù)據(jù)傳送模塊將數(shù)據(jù)傳送至遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)。

圖1 整體架構(gòu)

參數(shù)點(diǎn):鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的主要采集參數(shù)點(diǎn)有鍋爐進(jìn)出水溫度和壓力、分水器和集水器的進(jìn)出水溫度和壓力、循環(huán)水泵的前后壓力和補(bǔ)水水泵的壓力等。 這些參數(shù)點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)行值通過相應(yīng)的傳感器進(jìn)行采集。 優(yōu)選的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備參數(shù)點(diǎn)使用Modbus/TCP 總線協(xié)議。

數(shù)據(jù)采集模塊:數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)參數(shù)點(diǎn)進(jìn)行集中采集,并將采集到的參數(shù)點(diǎn)值以Modbus/TCP 的方式進(jìn)行封裝,提交給無線數(shù)據(jù)傳送模塊。

無線數(shù)據(jù)傳送模塊:無線數(shù)據(jù)傳送模塊接收遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集等請(qǐng)求,并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的指令,發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊;同時(shí),無線數(shù)據(jù)傳送模塊接收數(shù)據(jù)采集模塊的采集數(shù)據(jù)信息和指令執(zhí)行結(jié)果數(shù)據(jù)信息,并將數(shù)據(jù)信息傳送給遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)服務(wù)器。

1.2 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu),它由一個(gè)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器、一套遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件和多個(gè)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)客戶端組成。 遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器安裝有遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件。遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)客戶端使用瀏覽器、通過Internet訪問遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器。 系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際需求,設(shè)置多個(gè)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)客戶端。

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器:遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器接入Internet,內(nèi)裝有遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件。 鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò),經(jīng)由Internet 傳送至遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器,以供內(nèi)裝的監(jiān)控系統(tǒng)軟件分析、處理和存儲(chǔ)。

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件:遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)軟件(下文簡稱監(jiān)控軟件)是遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)的核心。 該監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)的集中監(jiān)控和分布式管理。 監(jiān)控軟件允許多個(gè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)的接入。監(jiān)控軟件為每個(gè)鍋爐現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)提供相關(guān)的核心功能:運(yùn)行監(jiān)視、數(shù)據(jù)報(bào)表和實(shí)時(shí)報(bào)警等。 為了能夠滿足各司爐工對(duì)各分管鍋爐系統(tǒng)的獨(dú)自管理,監(jiān)控軟件設(shè)立了相應(yīng)地權(quán)限控制模塊。 只有擁有對(duì)某個(gè)鍋爐系統(tǒng)相應(yīng)控制、瀏覽和報(bào)表等權(quán)限的人員,才能對(duì)該鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)地操作。 監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括的功能如圖2。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能

(1)運(yùn)行監(jiān)視:監(jiān)控軟件為每個(gè)鍋爐系統(tǒng)提供運(yùn)行監(jiān)視功能。 擁有相應(yīng)權(quán)限的人員可以進(jìn)入其所擁有權(quán)限的鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)視模塊。 通過該模塊,相關(guān)人員能清晰地獲悉鍋爐系統(tǒng)的整體流程圖,各關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況;同時(shí),該模塊根據(jù)各關(guān)鍵設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)值,判斷該設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行良好性情況,如該模塊將根據(jù)循環(huán)水泵的前后壓力判斷該水泵是否正常工作,根據(jù)系統(tǒng)的進(jìn)出水溫度判斷整個(gè)系統(tǒng)是否有效循環(huán)工作等。

(2)數(shù)據(jù)報(bào)表:監(jiān)控軟件為每個(gè)鍋爐系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表功能。 相關(guān)人員可以通過對(duì)相關(guān)參數(shù)實(shí)時(shí)和歷史曲線及報(bào)表的對(duì)比,判定鍋爐系統(tǒng)各設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的當(dāng)前和歷史工作狀態(tài);并通過對(duì)比,優(yōu)化調(diào)整鍋爐系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù),實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

(3)實(shí)時(shí)報(bào)警:相關(guān)人員可為每個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置報(bào)警閾值;一旦實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)越界,系統(tǒng)將發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警,以便遠(yuǎn)程管理人員或現(xiàn)場(chǎng)工人對(duì)鍋爐系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

(4)權(quán)限控制:監(jiān)控軟件可以為不同的人員分配不同的使用權(quán)限,從而實(shí)現(xiàn)在多個(gè)鍋爐系統(tǒng)集中監(jiān)控的情況下獨(dú)自管理,為實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)控和管理提供了可能。

遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)客戶端:系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求,為整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)及各接入鍋爐系統(tǒng)配置監(jiān)控系統(tǒng)客戶端。 監(jiān)控系統(tǒng)客戶端一般為接入Internet 的PC 機(jī)。 它可以靈活地設(shè)置在各鍋爐現(xiàn)場(chǎng)、各辦公區(qū)域等,結(jié)合監(jiān)控軟件的權(quán)限管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)鍋爐系統(tǒng)的分布式管理監(jiān)控。

2 Interlet 訪問

在生產(chǎn)監(jiān)控過程中,除了標(biāo)準(zhǔn)的客戶/服務(wù)器(C/S)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方式,也可以用IE 瀏覽器作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的客戶端(B/S)來瀏覽服務(wù)器的畫面,通過Web 功能,可以使用戶從IE 瀏覽器上遠(yuǎn)程訪問工程畫面,瀏覽的效果與在服務(wù)器上運(yùn)行系統(tǒng)中看到的工程畫面完全相同,包含全部動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)畫,而在客戶端并不需要安裝任何軟件(僅使用瀏覽器)。

在Web 服務(wù)器上需要安裝鍋爐監(jiān)控與信息管理系統(tǒng)軟件(實(shí)驗(yàn)室成員開發(fā)的軟件監(jiān)控系統(tǒng)軟件),保存系統(tǒng)發(fā)布的配置文件和數(shù)據(jù)文件,并為用戶提供瀏覽服務(wù)的站點(diǎn)。 使用系統(tǒng)提供的Web 功能,可以靈活地構(gòu)建Internet 應(yīng)用。

北師大海淀校區(qū)現(xiàn)有鍋爐站4 座,燃?xì)忮仩t20臺(tái),鍋爐用途包括供暖、供熱水。 鍋爐運(yùn)行和水質(zhì)化驗(yàn)工20 人,三班兩運(yùn)轉(zhuǎn),負(fù)責(zé)鍋爐24h 運(yùn)行值守,完成對(duì)區(qū)域內(nèi)設(shè)備巡視、檢查、記錄、維修、保養(yǎng)、衛(wèi)生保潔等工作。 人工成本每年達(dá)200 萬左右。 對(duì)供暖鍋爐、和外事鍋爐房的熱水鍋爐進(jìn)行檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)后,采用巡視方式減少人員值守,節(jié)省人力支出。

用戶通過登陸對(duì)話框,輸入權(quán)限進(jìn)入不同的監(jiān)控子系統(tǒng)。 圖3 是engineer1 用戶名進(jìn)入的監(jiān)控子系統(tǒng),對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)是供暖鍋爐運(yùn)行情況。 圖4 是engineer2 用戶名進(jìn)入的監(jiān)控子系統(tǒng),對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)是外事鍋爐房熱水鍋爐運(yùn)行情況。

3 結(jié)束語

多個(gè)鍋爐的集中監(jiān)控管理系統(tǒng)允許多個(gè)鍋爐系統(tǒng)的接入,從而實(shí)現(xiàn)了多個(gè)系統(tǒng)的集中、統(tǒng)一監(jiān)控管理,節(jié)約了傳統(tǒng)系統(tǒng)為每個(gè)鍋爐系統(tǒng)都設(shè)立監(jiān)控管理設(shè)備的資源和人員成本,同時(shí)提高運(yùn)行效率。

圖3 供暖鍋爐監(jiān)控界面

圖4 熱水鍋爐監(jiān)控界面

多個(gè)鍋爐的分布式監(jiān)控管理系統(tǒng)接入多個(gè)鍋爐子系統(tǒng),用戶通過相應(yīng)權(quán)限在Internet 端進(jìn)入系統(tǒng)操作相應(yīng)的鍋爐,它有效保存了傳統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)的獨(dú)立性優(yōu)勢(shì)。 同時(shí),由于系統(tǒng)采用B/S 架構(gòu),相關(guān)人員只有使用能接入Internet 的PC 機(jī)即可完成對(duì)鍋爐系統(tǒng)的監(jiān)控管理。 因此,靈活、方便地為管理人員、操作人員等提供了分布式監(jiān)控管理功能。