發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

李藝榮，孫 昕，呂 斌，田芮溪，蘇慶雨

(沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院，遼寧 撫順 113122)

發(fā)電企業(yè)為了提高勞動生產(chǎn)率，更便捷、全面地了解電廠實時運(yùn)行情況，需對電廠的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造。安全可靠的運(yùn)行是發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，智能監(jiān)控系統(tǒng)是對設(shè)備的實時狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，依靠現(xiàn)代信息技術(shù)，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，快速檢測，從而實現(xiàn)定位故障并進(jìn)行故障隔離，令工作人員可以快速確定故障原因，實現(xiàn)快速恢復(fù)運(yùn)行，縮短停電時間，提高電廠運(yùn)行的可靠性。

應(yīng)用組態(tài)軟件MCGS，針對發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，主要包括仿真系統(tǒng)界面設(shè)計、數(shù)據(jù)庫建立、操作流程顯示、故障顯示與報警、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)與記錄。整個仿真系統(tǒng)使用起來簡單便捷，可應(yīng)用于教學(xué)實踐和現(xiàn)場培訓(xùn)。

1 設(shè)計思路

監(jiān)控操作是智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，由部門主管負(fù)責(zé)人根據(jù)電廠實際運(yùn)行情況下發(fā)具體指令，通過獲得高級權(quán)限，布置相應(yīng)工作任務(wù)，通過系統(tǒng)提示執(zhí)行者接到指令，登錄個人信息，確認(rèn)接收任務(wù)，根據(jù)負(fù)責(zé)人的指令進(jìn)行具體操作，監(jiān)控整體運(yùn)行狀態(tài)，具有處理一定問題的權(quán)限。根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)，管理者可監(jiān)控負(fù)責(zé)人的操作情況，核實設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

采用工控組態(tài)軟件對電廠所有機(jī)組進(jìn)行集中管理，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行特點對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行定期備份和提取，同時記錄故障數(shù)據(jù)和相應(yīng)處理措施，為優(yōu)化運(yùn)行做準(zhǔn)備，保證發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的可靠、平穩(wěn)運(yùn)行，配以功能齊全的組態(tài)界面，以保證生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計主要可分為3部分，即實時畫面、數(shù)據(jù)監(jiān)測和報警系統(tǒng)。實時畫面可展現(xiàn)出發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的整體畫面，給人一種開門見山的感覺，貫穿整個智能監(jiān)控系統(tǒng)，將一個整體的發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)細(xì)化為具體的部門，如鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)、汽輪機(jī)和升壓器，這些組態(tài)畫面的作用是監(jiān)控所有機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)極其重要，是發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，其負(fù)責(zé)接收、存儲和顯示從現(xiàn)場監(jiān)控分站傳來的各種發(fā)電安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，并通過各個分站發(fā)送各種配置命令和對現(xiàn)場設(shè)備的控制命令(如配置報警參數(shù)、控制參數(shù)等，配置完成后，把現(xiàn)場分站納入監(jiān)控網(wǎng)) ，作用是采集各個運(yùn)行階段的監(jiān)控數(shù)據(jù)。報警系統(tǒng)是發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的核心，可以對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警，從而實現(xiàn)定位故障，其報警流程如圖1所示。

圖1 壓強(qiáng)報警流程圖Fig.1 Pressure alarm flow chart

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

2.1 發(fā)電廠智能監(jiān)控過程的登陸界面

打開發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)工程文件，需要登陸界面，本系統(tǒng)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌踩珯C(jī)制，嚴(yán)格設(shè)定了操作權(quán)限。不同類別的操作必須由不同權(quán)限的人員負(fù)責(zé)，只有規(guī)定具有操作權(quán)限的人員才能進(jìn)行某些功能操作，如負(fù)責(zé)人隸屬于管理員組，李工屬于操作員組，管理組成員可以進(jìn)行本系統(tǒng)的所有操作，而操作組成員只能進(jìn)行菜單、按鈕等基本操作。輸入密碼，進(jìn)入發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控過程，整個監(jiān)控系統(tǒng)由6個主要頁面組成，包括工藝流程圖、鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)、汽輪機(jī)、升壓器、實時數(shù)據(jù)、發(fā)電機(jī)。

2.2 發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)工藝流程

發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)工藝流程是一個總覽的過程，如圖2所示，左上角的6個界面包括發(fā)電機(jī)、鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)、啟動界面、汽輪機(jī)、升壓器、實時數(shù)據(jù)等，這是對其的一個分化，能更加細(xì)致地看出發(fā)電廠智能監(jiān)控的總過程。

圖2 發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)工藝流程圖Fig.2 Flow chart of intelligent monitoring system process of the power plant

2.3 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)

鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)是整個項目的重點，鍋爐將產(chǎn)生的能量輸送到各個系統(tǒng)中，一旦鍋爐系統(tǒng)發(fā)生故障，后面的各個系統(tǒng)都不能正常運(yùn)行。燃料在鍋爐中燃燒后發(fā)出大量的熱，爐膛四周內(nèi)壁布置有許多水冷卻壁管，通過能量交換的方式將熱量傳給水，從而產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，蒸汽帶動汽輪旋槳，通過汽輪機(jī)將動能轉(zhuǎn)化為電能。在鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)中，可見鍋爐的溫度和壓強(qiáng)，汽化區(qū)的溫度和壓強(qiáng)，液化區(qū)的溫度、壓強(qiáng)和容量，獲取各種實時數(shù)據(jù)，方便觀察到系統(tǒng)的不正常數(shù)值，以排除系統(tǒng)故障，以最快的時間恢復(fù)發(fā)電廠的正常運(yùn)行。

2.4 汽輪機(jī)監(jiān)控

鍋爐系統(tǒng)產(chǎn)生的過熱蒸汽沿主蒸汽管道進(jìn)入汽輪機(jī)系統(tǒng)，高速蒸汽帶動葉片轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將熱能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行輸出，進(jìn)而消耗大部分能量，溫度和壓力都會大大降低，最后排入凝汽器并被冷卻水冷卻，凝結(jié)成水，匯集冷凝的熱水井中。凝結(jié)水由凝結(jié)水泵加熱，再經(jīng)除氧器除氧并繼續(xù)加熱，經(jīng)過給水泵的升壓，高壓加熱器的加熱，送入鍋爐進(jìn)行再循環(huán)利用。在汽輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，不僅可以看見整個汽輪機(jī)系統(tǒng)的工作過程，還可以清晰看見各個過程的各種實時數(shù)據(jù)，以保證正常的生產(chǎn)，如圖3所示為鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)界面。

圖3 鍋爐監(jiān)控系統(tǒng)Fig.3 Boiler monitoring system

2.5 升壓器監(jiān)控系統(tǒng)

在升壓站監(jiān)控系統(tǒng)中，站控層通常由連接計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)動裝置、工作站和主機(jī)等設(shè)備組成，用來實現(xiàn)對間隔層內(nèi)部設(shè)備功能的管理和控制，管理中心、全站監(jiān)控由此形成。間隔層設(shè)備包括為間隔對象所配置的測控裝置、計量裝置、保護(hù)裝置和與其他設(shè)備連接的轉(zhuǎn)換設(shè)備等。過程層設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)通信接口與過程層、間隔層的相互通信，完成控制命令和開關(guān)量的發(fā)送和接收，采樣和交流傳輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)備功能如圖4所示。

圖4 升壓站監(jiān)控系統(tǒng)Fig.4 Booster station monitoring system

2.6 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

實時數(shù)據(jù)以表格形式展現(xiàn)，可為值班人員提供各種實時數(shù)據(jù)，方便觀察。實時監(jiān)控以曲線形式展現(xiàn)，具有恒定的規(guī)律，如出現(xiàn)異常，值班人員會更容易發(fā)現(xiàn)，圖5所示為實時數(shù)據(jù)監(jiān)監(jiān)控界面。

圖5 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控界面Fig.5 Real-time data monitoring interface

3 結(jié)語

發(fā)電廠智能監(jiān)控系統(tǒng)以計算機(jī)軟件MCGS為載體，可對各種信息進(jìn)行整合，運(yùn)行安全可靠，更方便直觀地將各種信息數(shù)據(jù)展現(xiàn)出來，可提高數(shù)據(jù)的可靠性，增加企業(yè)效益，提高發(fā)電廠的整體效率，降低成本，為實現(xiàn)自動化運(yùn)行打下基礎(chǔ)，提高勞動生產(chǎn)力。