电站SIS系统中锅炉性能分析计算功能模块的实现

电站SIS 系统中锅炉性能分析计算功能模块的实现

张韵辉1,　吕震中1,　于向军1,　周　臻2

(1.东南大学动力系,江苏南京210096;2.长沙电力学院动力系,湖南长沙410077)

摘　要:提高锅炉机组运行的经济性目前是各电厂面临的重要问题之一。电厂监控信息系统(SIS )中锅炉性能分析计算功能模块实现了锅炉效率及其主要影响参数变化的实时监测,对于指导实际生产运行、提高锅炉效率、找到锅炉最佳运行方式具有重要意义。该文介绍了该模块的开发和实现方法。关键词:锅炉;监控信息系统;性能分析计算

中图分类号:T K227.1 文献标识码:A 文章编号:16712086X (2004)0520291204

R ealization of a Function Module for the C alculation

and Analysis of Boiler Performance in Pow er Plant SIS System

ZHAN G Yun 2hui 1

,　LU

Zhen 2zhong 1,　YU Xiang 2jun 1,　ZHOU Zhen 2(1.Faculty of Power ,Southeast University ,Nanjing 210096,China ;2.Faculty of Power ,Changsha Electric Institute ,Changsha 410077,China )

Abstract :How to raise the operational economy of boilers is one of the important problems power plants are facing.The boiler performance analysis and calculation function module in a power plant ’s SIS system realizes the real 2time monitoring of the boiler efficiency and variations of its main influencing parameters ;thus having a signifi 2cant import in guiding actual operation ,in raising boiler efficiency and in finding out the optimal mode of boiler oper 2ation.The paper tells the way by which the module was developed and put into practice.

K eyw ords :boiler ;SIS ;performance analysis and calculation

收稿日期:2004203205

作者简介:张韵辉(1977-),女,东南大学动力系博士,主要研究热力系统信息管理与设备运行优化工作。

近年来,随着市场经济和国有企业改革的发展,厂网分开、竞价上网势在必行,因此提高机组运行的经济性是各电厂所面临的重大课题。以往锅炉热效率无法在线直接进行监测,只能每隔一段时间由厂热试组测取数据,然后离线计算得到锅炉运行热效率。这些数据虽然能在一定程度上反映锅炉运行情况,但它不能及时有效地用于指导锅炉的经济运行;又由于操作人员的技术水平不同,操作各异,使得锅炉热效率时高时低,影响整体平均水平。因此,实现锅炉效率及影响锅炉效率主要参数的实时监测,从而对锅炉性能进行实时分析与计算,这对于指导锅炉的经济运行和提高锅炉效率具有重要的意义。

实现锅炉效率及其主要影响参数变化的实时监测,即锅炉性能的实时分析与计算功能是厂级

监控信息系统(SIS )应用系统的功能之一。SIS 系统是主要为火电厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控信息系统[1]。它面向生产过程,处理全厂的实时数据,是厂内单元机组DCS 和公用辅助车间级自动化系统的上一级系统,可以为发电企业管理决策层提供更真实、可靠的生产实时和历史数据,为市场运作下的发电企业提供科学、准确的生产经济性指标。SIS 从全厂各个生产控制子系统获得丰富的过程数据,利用精确、专业的计算分析模型对锅炉进行在线性能计算和经济指标分析,通过分析计算得出各

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种热损失以及输入的燃料热值,锅炉效率和过量空气系数,并计算此时实际运行工况的锅炉效率与最优值的差值,并将影响锅炉效率的主要监测参数(过量空气系数、氧气含量、排烟温度等)与最优值进行比较,计算出偏差及其对机组热耗、煤耗的影响值,由此可知此时影响锅炉效率与最佳锅炉效率偏差最大的参数,指导操作人员进行调整,保证锅炉达到最佳效率。

1　实时数据接入系统实现方案

作为SIS重要的基础组成部分之一,实时数据接入系统是锅炉性能实时分析与计算功能模块实现的重要前提,在保证数据实时性,特别是系统安全运行的前提下,能够有效地获取网络实时数据,可以为后续系统如实时数据库、数据处理、历史数据显示等提供丰富的数据来源。

该系统主要任务之一就是将生产现场(包括DCS系统)、数据采集监控系统(SCADA)和其它辅机系统的实时信息引入厂级监控信息系统系统,为SIS各个功能模块的实现提供数据来源,进而形成一体化的信息系统,为全厂各职能部门提供全方位、立体的生产信息。

实时数据接入系统的信息,来源于其他计算机系统,接入系统首先要满足安全的原则,即不干预原有的运行系统,同时还要具有一定的实时性。从通常的DCS系统中获取实时信息可以采取以下三种方法:

(1)从DCS系统的过程控制层获取

从过程控制层获取数据,要求在控制柜中增加通讯模件,通过配置系统,定时向外发出各类实时信息,数据链路层通过MODBUS等相关协议与第三方系统连接。

(2)从DCS系统通讯层LAN网络获取

DCS系统的过程控制层和操作管理层往往通过LAN网络连接,所以可以从LAN网络获取数据。第三代以后的DCS系统、LAN通讯网络一般采用TCP/IP协议,因而从LAN网络获取数据,实际上是通过TCP/IP提取现场信息。

(3)从数据库中获取信息

任何DCS系统在操作管理层都存在一个数据库,用以存放现场的实时信息。通过数据库也可以获取DCS系统的所有信息。

上述三种获取实时信息的方法中,第一种方法的优点是实时响应好,能及时地获得现场信息,但需在DCS系统中增加硬件,而且可能对系统的安全性有影响。而第三种方法,必须熟悉DCS系统中数据库的结构,实现的通用性较差。采用第二种方法,直接从网络接入数据。信息的实时性虽然不如第一种方法,但在一般情况下都能满足管理层的要求;用这种方案在DCS系统中几乎可以不作任何改动,有利于系统安全可靠运行。综合三种方法,我们决定采用第二种方法来实现实时数据的获取。LAN网络与实时数据库通过以太网卡连接,将从DCS中取得的实时数据制定统一的实时数据格式标准,在实时数据库中运行服务程序,接收数据接入系统传送过来的有统一格式标准的实时数据包,并定时地将实时数据存入实时数据库。

2　实时/历史数据库[2]

由于生产和管理的需要,电厂都保存了大量的数据,但是这些数据往往分散在不同的计算机或控制系统上,不能统一的存储、调用和管理,各个控制系统是互不相连的自动化孤岛。此外,设备的状态诊断及管理、经济分析、运行优化和许多未来的开发应用都需要充分的运行和历史数据为依据,问题是目前要确定未来哪些数据是必须的,防止所需信息的丢失是非常困难的,保存所有的数据则是最理想的方法。所以建立全厂统一的生产过程数据平台,实现管理、控制的一体化,电厂需要一套实用的实时/历史数据库平台。实时数据库中存储了从数据接入系统发送来的实时数据,通过提取实时数据库中机组的DCS数据,可以在线地进行锅炉性能计算与分析,从而指导锅炉的经济运行和提高锅炉效率,并根据客户的要求定时地将数据存入历史数据库中。

2.1　实时/历史数据库

实时数据库就是其数据和事务都有显式的、定时限制的数据库,适用于处理不断更新、快速变化的数据及具有时间限制的事务。实时数据库的功能具体表现在:数据处理、并发处理、在线组态查询、对外开放功能等方面。它具有极强的时间特性,其数据及事务只在一段很短的时间段内具有实际意义,所以实时数据库设计目标是在有效

的时间内响应数据的变化和完成事务处理。SIS 系统中的许多高级应用对生产数据的实时性有严格的要求,实时数据库能较好地满足要求。

SIS系统通过实时数据库采集并刷新生产实时数据,然后经加工处理以统一的数据格式存入电站生产历史数据库,生产实时/历史数据是高级应用的信息源泉,奠定了企业历史数据采集以及应用的基础,因而实时/历史数据服务器是整个SIS系统的核心部分。

2.2　实时/历史数据库技术特点

(1)生产实时/历史数据库的存储容量和存储效率直接关系到下层数据采集的范围和精度。由于电站生产过程的数据量大、精度高、并且带有时间表标,因此不适宜选用常规的关系数据库存储。国内外类似系统建设中一般都采用专用具有特定压缩存储算法的实时/历史数据库服务器。

(2)数据库是一个全厂范围内的统一数据平台,是用来在不同厂商的产品间传送信息。因此,必须具有开放性。例如采用分布结构的计算机环境,Client/server结构,可在多种系统配置下运行等。

(3)数据采集和存储的可靠性。采用分布式结构进行数据采集和存储,接口能支持网络节点之间的容错技术,当发生故障时,仍可继续采集网络节点式接口设备的数据,采用分布式数据存储数据暂时保存在该节点上,保证数据在节点上层故障时数据不丢失。

3　锅炉性能分析计算功能模块的开发与实现[3]

3.1　开发工具

由于VC具有底层操作、高度集成化和基于Windows环境下的Visual工作平台和丰富的MFC库的优点,所以开发工具选用VC6.0。这样,应用程序更便于维护、移植和扩充。

选择SQL Server数据库存储历史数据和实时数据。SQL Server2000扩展了SQL Server的总体功能与性能,以一种易于编程和易于管理的方式处理多服务器事务管理,提供了一种SQLServer系统扩展而超出单个物理计算机能力的方法;能处理大量的数据和管理大量的并发用户,并且保证了数据的完整性,提供了高级管理和数据分布能力。在低造价平台上具有突出的性能,非常适合Windows环境下开发客户服务器类的应有程序。

3.2　模块功能设计

软件采用C/S模式,包括:前端软件、中间件和后端软件。前端软件即客户端,它是面向最终用户的接口应用。后端软件即服务器软件,包括管理数据库和通信设备。中间件是Client和Server的接口。这种连接是一种通信过程,是由客户请求的API。我们可以充分利用商品化的中间件,例如在普通数据库中微软的ODBC,可以使应用程序通过统一的界面,在不同的SQL语言和API上进行通信。而前端软件和后端软件就需要我们根据实际应用自行开发。

数据流程C/S体系结构中的服务器和客户间是通过数据库交换数据的,该系统数据流程见图1。服务器把采集过来的数据刷新实时数据库,定期把实时数据库中的数据读入历史数据库。另外服务器还负责响应客户服务请求。客户机定时向服务器发出服务请求,去实时数据库中存入计算结果,并从中取出数据刷新显示界面上的数据或生成报表或曲线打印出来

。

图1　锅炉性能计算软件数据流程

3.2.1　服务器软件功能

服务器主要负责数据采集、数据处理、接受客户的服务请求和参数修改、监控生产过程。数据采集即接入实时数据,它是整个系统正常工作的基础;接受参数修改是监控软件完成其功能的手段;监控生产过程是它的主要功能,即检测生产现场中的各种设备、仪器、仪表的工作情况,实时地采集数据,同时完成基本的数据处理、分析,并可根据生产工艺的要求控制部分设备的运行。数据处理是把现场采集到的生产数据根据需要进行相应的处理,刷新服务器上的实时数据库,再定时从

实时数据库中取出数据存入历史数据库以供客户机查询历史数据。接受客户的服务请求是客户定时向服务器发出请求,服务器接受请求把实时数据或历史数据送往请求客户。

3.2.2　客户端软件功能

客户端软件运行在监控工作站上,具有舒适、形象的人机界面,完成生产过程的安全性管理、生产信息管理、查询报表、生成打印。生产情况曲线的绘制,通过数据处理模块对生产数据信息进行数据处理,通过锅炉性能计算模块实时得到锅炉的各种性能指标。下面介绍锅炉性能分析计算模块和数据处理模块实现的功能。

(1)数据处理模块

从实时数据库、历史数据库中读取数据,通过拟合,计算对应工况下的锅炉效率及主要影响锅炉效率的参数(锅炉效率、过量空气系数、氧气含量、排烟温度、耗煤量)的最优值(应达值)。

(2)锅炉性能分析计算模块功能及其实现[2,3]

该模块从实时数据库中读取数据,计算煤粉燃烧过程中的各项热损失,利用反平衡方法在线计算锅炉效率及锅炉输入热量和过量空气系数,将计算结果存储到实时数据库中;并计算此时工况下所得到的锅炉效率和各参数值(过量空气系数、氧气含量、排烟温度、耗煤量)与由数据处理模块所计算的最优值之间的差值,得到锅炉效率和各参数值的变化率。并将生成的准实时数据再存到实时服务器,以便数据共享,供其它子系统调用。刷新显示界面上的数据或生成报表或曲线打印出来。

4　结　语

电厂锅炉性能分析计算功能的在线实现涉及到多种影响因素,原始数据的准确性和实时性都会影响计算的可靠性。在本文中,基于电站SIS 系统的锅炉性能分析计算软件的实现,保证了所有计算所需数据的动态采集,保证了数据准确性;利用此软件,可移植性好,并且在运行过程中,针对当前工况下实际锅炉效率与锅炉效率最优值(应达值)之间的差值,能直观地了解此时影响锅炉效率最主要的因素,对于运行人员实际操作,提高锅炉效率,找出锅炉运行的最佳运行方式具有重要的指导意义。

参考文献:

[1]　侯子良.火电厂厂级自动化系统总体功能设计思路探讨

[J].中国电力,2001,34(4):56258.

[2]　江　浩,徐治皋,高正平,等.火电厂实时数据通道的设计

与实现[J].电力系统自动化,2002,(2):62264.

[3]　李　瑞,李金仁.发电厂燃煤锅炉热效率在线监测技术与

应用[J].电力学报,2001,15(2):1402143.

行业信息

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中国机械工业联合会日前在北京友谊宾馆召开表彰会议,授予东方汽轮机厂等21家企业为“机械工业管理进步示范企业”称号。中国机械工业联合会常务副会长、原机械工业部副部长陆燕荪主持会议,全国人大副委员长路甬祥和全国政协副主席李蒙到会并向获奖单位授牌。

“机械工业管理进步示范企业”的评定,是20世纪90年代中期国家为振兴中国机械工业,提升机械工业企业管理水平而制定的《机械工业企业管理“十五”发展规划》中“1250”工程的重要内容。“1250”工程即是在“十五”末期实现1000家企业管理基础工作规范化达标,200家达到管理进步示范企业标准,创建50家现代化管理企业。1997年东方汽轮机厂顺利通过了考评验收,成为四川省首批“企业管理基础工作规范化达标”企业。从1998年开始,该厂进一步强化企业基础管理,创新管理思路和管理方法,推行现代化管理,使企业的管理水平迈上了一个新的台阶,企业综合竞争实力和经济效益明显提高。2003年中国机械工业联合会根据《机械工业企业管理“十五”发展规划》的要求和管理进步示范企业标准,组织专家对该厂进行了咨询和初审,并经机械工业管理进步示范企业考核领导小组终审,决定授予东方汽轮机厂为“机械工业管理进步示范企业”称号。

(宁乾康)