分布式計算機監測系統在火電廠中應用

1 概述

　　目前我國火電廠300MW以上的大型機組大多都采用國外的DCS系統，這些系統造價昂貴，對于100MW中型機組不適用，并且100MW中型機組以往都是采用常規儀表檢測、顯示。采用計算機對機組的模擬量和開關量信號進行數據采集，可取代以往的部分常規模擬儀表和數字儀表，縮小運行人員的監視范圍，而且計算機提供的信息比常常規儀表更準確、更直觀、更集中。為了提高系統的實時性、可靠性、減輕運行人員的勞動強度，創想聯合為一火電廠3臺100MW機組設計、安裝了分布式計算機監測系統。

　　衡量實時監測系統的重要技術指標就是系統的可靠性和實時性。因而系統研制過程中，必須在系統結構、硬件結構、軟件結構和抗干擾措施等方面充分將現有的先進技術與生產實際相結合，提高系統的整體性能。

2 系統的總體結構設計

　　被控對象是3臺汽輪發電機組，在進行系統方案設計時，考慮到以后系統的擴展及有關部門需求的增加，沒有采用集中式的主機系統結構，決定用網絡結構，以便擴充和設備的更新；進行網絡選型論證時，考慮到系統擴充及維護的簡易性，決定選用總線形結構的網絡：為了提高系統的穩定性、可靠性，沒有采用單主機總線網絡結構，采用多主機網絡總線結構。

　　采用多主機分布式監測方式，它具有以下特點：

　　適應能力強，可以通過選用適當數量的上位機和數據采集站來構成相應規模的系統，便于擴展。

　　可靠性高，某個主機或采集站出現故障，不會對系統的其他主機或采集站造成影響。當一個采集站出現故障時，只影響本采集站的功能。當一個主機出現故障時，可由其他主機“代管”。

　　實時響應性好，各個數據采集站之間是真正“并行”工作，因此，系統的實時響應性好。

　　與單主機監測系統相比，不易造成“瓶頸”現象。

　　整個系統上位機選用工控機，下位機選用智能測控前端，每臺上位機配有1臺UPS，主控室和集控室分別配1臺打印機。系統總體結構如圖1所示。

3 軟件設計

　　在本軟件設計中，開發平臺采用WindowsNT。為保證系統的實時性和可靠性，充分利用匯編語言實時功能強，而高級語言運算能力強的優點，采用MSVB5.0和8088匯編語言混合編程方式。匯編語言執行速度快，且能有效地控制硬件，因此，采用匯編語言子程序來完成數據采集、通信等工作。利用高級語言來完成上位機的數據處理、顯示、打印等工作。

　　整個軟件系統由四部分組成，即網絡初始化程序，數據采集程序，數據通信程序，數據處理與管理程序，各子程序采用模塊化設計。

　　3.1 網絡初始化程序

　　網絡初始化程序對網絡進行初始化，設置網絡、網卡（通信適配卡）和采集前端機的工作方式，確定網卡是否允許越限中斷，是否允許事件中斷，是否自動查詢前端，選擇網絡工作方式：循環或主從方式。給各主機的工作方式：只聽或聽講。對閃端采集機的工作模式、采樣周期、通道個數等進行設定。

　　3.2 數據采集程序

　　數據采集程序用于現場采樣，裝配在采集站中。生產過程的信號有模擬量和數字量兩類。數字量包括開關量和脈沖量二種。開關量有掃描型和中斷型之分。對不同的實時檢測點設計成相應的數據采集軟件，分別完成從相關設備采集相關的數據，進行預處理以組織成供通信軟件傳送的格式。

　　3.3 數據通信參數

　　數據通信程序由數據發送模塊和接收模塊構成。它實際上是單片機之間的（通信適配卡與采集站都是以單片機為核心構成的）通信。通信適配卡發送上位機對采集站的命令；接收采集站的實時數據，供上位機調用。

3.4 數據處理與管理程序

　　數據處理與管理程序主要包括數據獲取程序，和組態管理程序。數據獲取程序通過調用網卡設備驅動程序，獲取下位機采集的實時數據，同時用DDE（動態數據交換）方式傳送給工控組態管理程序。組態管理程序主要有實時數據庫組態，歷史數據庫組態，流程畫面組態。它完成數據存貯，顯示，報警，打印，提供用戶畫面，和分析計算。數據存貯部分包括實時數據，報表數據，調整報警限數據的存儲；數據顯示部分包括對動態實時數據和歷史數據提供各種圖形顯示；用戶界面采用流行的DCS圖形界面顯示，和簡潔的功能鍵操作提示，所提示的主要操作有圖號切換、站號切換等，以及一些輔助性操作，如：系統在線幫助，值班員登錄等；數據處理主要包抱燃煤量計算、發電量計算等。

4 系統功能的實現

　　數據圖形顯示：包括實時數據趨勢顯示、歷史數據趨勢顯示（顯示的時間區間可改變）、棒狀圖顯示、流程圖顯示。

　　數據查詢：可查詢兩個月前的歷史數據記錄、報警記錄等。

報表打印：包括報警記錄打印、月報表、輪值信息打印、燃煤量報表、發電量報表打印。

　　人工輸入：為了滿足一些數據的特殊要求，運行人員每隔一小時將一些數據從鍵盤上輸入到人工輸入一覽表中。

　　在線分析：包括發電量分析、燃煤量分析、事故分析等。

　　權限設定：為了更好地維護系統，對不同的操作站設定不同的權限，一些高級的操作只有工程師站或管理員站獨用，而操作員站只進行日常的運行、維護操作。并且不同的操作級別設定不同的密碼，不同的操作站只能登錄相應級別的權限。

　　系統對時與更改時間：由于本系統是網絡結構，需要保持整個網絡系統時間一致。權限為管理員站的操作站可進行系統對時和更改系統時間。系統對時以網絡控制機的時間為準。

　　與廠級管理信息系統（MIS）相接：在上位機任一PC總線插槽插入-LAN網卡與廠級MIS相連接，將發電機組的實時信息傳至廠級管理機構。

5 系統網絡通信技術

　　5.1 網絡控制機

　　本分布式計算機監測系統是一多主機網絡結構，主機與前端，主機與主機之間的通信均通過網絡總線完成，因此，必須對網絡進行統一管理才能使網絡協調運行。

　　各臺主機中由編號最小的主機（1#）作為網絡控制機對整個網絡進行統一管理，當它從網絡中退出（下電或故障）時，則下一個編號的聽講主機（2#）自動成為新的網絡控制機以保證網絡的正常運行，以此類推下去，從而達到主機冗余備用的功能。當原來的網控機重新入網時，則當前的網絡控制機自動將網絡控制權交出，前者將重新成為網絡控制機。

　　5.2 主機的工作方式

　　主機的工作方式分為三種：只講方式、聽講方式、只聽方式。考慮到各主機間可進行數據共享，主機可以冗余備用，任一主機不僅可以獲得本前端機的數據，而且也可以獲得其他前端機的數據，主機的工作方式采用聽講方式，各主機均有權占用總線獲取數據。

　　5.3 網絡運行模式

　　網絡運行模式有主從運行模式、循環運行模式。考慮到主機數量不是很多，在循環運行模式中各主機占用總線的機會均等，便于各前端機采集到的數據及時送到主機進行處理與顯示，決定網絡運行模式采用循環運行模式。

　　網絡的通信方式為半雙工異步通信方式，傳輸速率為187.5KBPS，遵從TCP/IP協議。該分布式監測系統不僅在拓撲結構上是分布式，而且在地理安裝位置上也是分布式的，從而有效地運用了分布式系統“危險分散”的原則。

6 系統抗干擾設計

　　電廠的發電機組處于強電磁場的工作環境，電磁干擾很大，因此順進行系統抗干擾設計以保證系統的可靠性，穩定性。

　　采取電氣隔離技術：采集前端機、通訊識配卡與網絡總線的連接經過電氣隔離，徹底避免測控電路板之間的相互干擾和地線回流等問題。

　　網絡的串行通信是以峰一峰值6V的的電平和平衡差動方式傳送，從而使網絡的通訊具有很強的抗干擾能力。

　　網絡總線采用屏蔽雙絞線，從而抑制電磁感應，使傳輸信號得到屏蔽。

　　采用終端匹配電阻，從而掏長線傳輸干擾。

　　對于因強電磁場干擾而產生的顯示器屏幕抖動，可將顯示器刷新頻率調至最大，并在顯示器上加屏蔽罩。

　　采取數字濾波技術、開關量的軟件抗干擾技術。

7 結束語

　　該分布式計算機監測系統實現了系統網絡化，用戶界面圖形化，數據實時化；硬件積木化，軟件模塊化。經一年多運行表明：系統運行穩定，抗干擾能力強，信息可靠性高，受到運行人員的好評。為科學管理發電生產，正確的輔助決策起到了重要作用。該分布式計算機監測系統不僅適用于電廠，而且適合于冶金、化工等工業生產。