CN109709839A - 一种生物质电厂多级实时监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质电厂多级实时监控方法，包括以下步骤：收集汇总所有设备测点实时数据及计算点数据；实时推送数据，将OPC协议数据转换成UDP协议数据；通过UDP协议将数据实时发送到镜像发送服务器；接收镜像发送数据并将数据实时转发到镜像接收服务器；将实时采集的监测点数据换算成目标数据；通过采集数据进行趋势分析，达到监控各生物质电厂生产状况走势的目标。本发明实现生产运行信息、生产管理信息一体化，业务操作的流程化，决策支持的科学化，能够帮助用户有效提升生物质电厂工作效率。

Description

一种生物质电厂多级实时监控方法

技术领域

本发明涉及一种生物质电厂多级实时监控方法，属于生物质电厂生产技术领域。

背景技术

目前，生物质电厂往往包含了机、炉、电、热、化等多专业的技术应用，运行操作人员每天需要整理繁重的报表数据，总部及集团侧需要针对下属各生物质电厂的报表进行分析统计，诸如能耗分析、机组参数优化、工况分析等电厂日常工作，此种现状制约着精益化电厂的发展，因此如何实现电厂生产管控一体化是行业内研究多年的问题。同时生物质发电集团所辖项目较多、分布范围较广，各生物质电厂大部分生产数据只能通过线下报送至集团总部，该种手段一是效率较低、二是无法保证数据的准确性及真实性，不利于公司对所辖项目的精细化管理。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种生物质电厂多级实时监控方法，实现生产运行信息、生产管理信息一体化，业务操作的流程化，决策支持的科学化，能够帮助用户有效提升生物质电厂工作效率。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种生物质电厂多级实时监控方法，包括以下步骤：收集汇总所有设备测点实时数据及计算点数据；实时推送数据，将OPC协议数据转换成UDP协议数据；通过UDP协议将数据实时发送到镜像发送服务器；接收镜像发送数据并将数据实时转发到镜像接收服务器；将实时采集的监测点数据换算成目标数据；通过采集数据进行趋势分析，达到监控各生物质电厂生产状况走势的目标。

上述镜像发送服务器通过部署的数据接口程序完成对工程师站接口机实时发送的UDP协议数据进行实时接收，并将接收的数据存入本地的实时数据库***，然后通过所述实时数据库***内镜像发送程序，将数据实时发送至镜像收发服务器。

上述镜像发送服务器在将数据存储到本地实时服务器时，根据应用需求设置各数据标签的采样频率、数据精度、安全等级、压缩比，对模拟量数据进行压缩，压缩比设置为1‰；历史数据存储容量大于一个大修周期，并定期或不定期采用光盘或磁带方式备份。

上述镜像发送服务器与镜像收发服务器之间通过单向隔离网闸实现数据从镜像发送服务器向镜像收发服务器的单向传输功能。

集中部署与生物质电厂相同的实时数据库***，并通过所述实时数据库***内的镜像接收程序，实时接收所有生物质电厂的镜像收发服务器发送的数据，并按照不同生物质电厂，进行分类存储。

在数据采集过程中，各级实时服务器和镜像服务器相关数据存储单元对实时/历史数据库中数据值的时间戳与现场中物理值的时间相差不超过预定义的最大时间间隔，其计算点的时间戳在设定的范围之内，并确保分布数据源的数据时间戳的一致性。

通过组态画面对各生物质电厂生产流程进行统一监视和查询，同时接口数据与生物质电厂侧实时数据保持一致，确保获得的数据有效。

镜像收发服务器部署与镜像发送服务器相同的实时数据库***。

将实时采集的监测点原始数据通过求和、求平均、求差值换算成需要的日数据、月数据、年数据。

通过实时数据库组态画面开发工具绘制、发布组态画面，在绘制组态画面定义时标明具体监测点位置、编码，高度还原各生物质电厂生产现场的DCS组态画面，利用实时接收到的各生物质电厂监测点数据，实时显示各生物质电厂的运行数据及状态信息，同时对生产过程中异常数据提供报警。

通过对各类实时采集到的监测点实际监测结果进行分析形成趋势分析曲线，线上单一节点实时显示各单元机组及辅助车间的运行指标参数和设备运行状态。

本发明结合生物质电厂管理规范，实现对生物质电厂总分部及各生物质电厂生产活动的监督；为电厂生产工作的开展提供全面支撑，从而提升整个生物质电厂生产管理效益，推进电厂生产管控一体化发展；通过实时数据库采集接口程序及实时数据库***实现实时数据采集和数据压缩存储；集团公司侧通过组态画面对各生物质电厂生产流程进行统一监视和查询，同时接口数据与生物质电厂侧实时数据保持一致，确保集团公司侧获得的数据有效，实现数据正确性判断；在数据采集过程中，各级实时服务器和镜像服务器相关数据存储单元对实时/历史数据库中数据值的时间戳与现场中物理值的时间相差不超过预定义的最大时间间隔，其计算点的时间戳在设定的范围之内，并确保分布数据源的数据时间戳的一致性；集团公司集中部署与生物质电厂相同的实时数据库***，并通过所述实时数据库***内的镜像接收程序，实时接收所有生物质电厂的镜像收发服务器发送的数据，并按照不同生物质电厂，进行分类存储，实现历史数据归档。

附图说明

图1为总体架构图；

图2为SIS与DCS及辅助控制***数据采集示意图；

图3为数据采集示意图；

图4为技术架构图；

图5为应用架构图；

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

1、实施准备工作

(1)准备生产数据采集程序所属的服务器及单向网闸等网络存储设备。

(2)制定详细的实施工作计划，确定实施具体工作内容，明确双方工作职责与配合点。

(3)确定实施工作成果物，实现对实施工作过程、实施工作内容、实施工作结果完整记录，为以后运维工作提供完整的材料。

2、集团总部实施

部署集团公司生产实时数据接收、存储服务环境，配置与各生物质电厂生产实时数据采集连接规则。

3、生物质电厂现场实施

(1)试点单位实施，选择具有代表性的生物质电厂作为试点实施单位，试点单位具有验证实施方法论和***架构的意义。通过试点单位的实施工作，记录实施过程中存在的问题，进行修改，修改完善实施方法论，为全面推广提供实施经验。

(2)搭建镜像发送服务器、镜像收发服务器及单向网闸，实现从工程师站至集团总部镜像接收服务器之间的网络线路的连接。完成生物质电厂现场生产实时数据采集程序环境配置。

(3)根据生产实时数据测点编码统一规则，完成生物质电厂监测点规范命名。

(4)实现生产实时数据采集***各阶段数据接收、发送功能，最终实现从数据源到集团总部的采集、存储目的。为集团总部的深度应用提供真实有效的生产实时数据。

(5)全面推广阶段，按照完善的实施方法论，完成所有生物质电厂生产实时数据采集功能部署工作。

4、集团总部应用

通过集团总部与各生物质电厂的生产实时数据采集实施工作，完成对生物质电厂生产实时数据采集***的部署任务，实现数据采集、存储目的。集团总部在此基础上，实现了监测点指标应用、组态应用、趋势分析、性能计算分析、经济指标分析、运行绩效考核等应用。

一种基于最新实时数据库***架构，建设安全、可靠、稳定的生产实时运行监管和分析平台；通过信息***的建设，吸收先进的管理思想，优化生产业务流程，实现安全生产管理的创新；以统一数据中心为基础，实现生产运行信息、生产管理信息一体化，业务操作的流程化，决策支持的科学化；同时具备持续改进和开放式体系结构的一中生物质电厂多级实时监控方法。

本发明包括总体架构、业务架构、应用架构、技术架构四个部分

1、总体架构

总体架构采用分层设计，以确保具有较好的可扩展性和可伸缩性(参考图1)。

生产实时数据采集***涉及多个不同的物理环境下的数据交互，包含：生物质电厂生产控制区DCS***及接口机部署的接口程序、生物质电厂办公楼机房部署的数据接口程序及实时数据库***、集团公司总部机房部署的实时数据库***。

生物质电厂生产控制区DCS***通过接口机部署的接口程序实现数据实时发送功能。数据通过正向隔离装置、光纤网络将数据发送到生物质电厂机房部署的镜像发送服务器，镜像发送服务器利用实时数据库同步功能，将数据通过网络安全隔离装置发送至镜像收发服务。生物质电厂镜像收发服务器通过广域网专线将数据发送至集团公司实时服务器。

2、业务架构

生物质电厂SIS接入：SIS对底层控制***的生产过程数据进行采集，并统一时标、描述、量纲，在实时/历史数据库中记录机组生命周期的运行过程信息。实现实时数据采集、数据压缩存储、数据正确性判断、时间戳管理及历史数据归档。SIS与DCS及辅助控制***数据采集示意图(参考图2)。

根据DCS***版本的不同，数据发送的方式也存在差异。当前各生物质电厂DCS***数据发送存在两种方式OPC和UDP。当DCS***采用OPC Service作为数据源时，需要在接口机上部署OPC转UDP软件(OPC2UDP)，然后在镜像发送服务器(数据库服务器)上部署接收UDP数据的接口程序，并将接收的UDP数据并写入数据库。镜像发送服务器(数据库服务器)通过实时数据库***镜像发送功能将数据实时发送到镜像收发服务器(SIS应用服务器)。完成生物质电厂级别生产实时数据采集功能。

集团总部侧监测点数据采集：集团总部侧实时监控数据来源于各生物质电厂SIS实时数据库，其数据采集示意图(参考图3)。

生物质电厂镜像发送服务器(数据库服务器)通过实时数据库完成生产实时数据采集、存储功能，然后通过实时数据库镜像发送功能将生产实时数据发送至镜像收发服务器(生物质电厂镜像服务器)中，数据通过单向隔离装置实现数据的单向传输，保证镜像发送服务器(数据库服务器)的安全性。镜像收发服务器接收到数据后，通过电力内网实现集团公司实时数据库的连接，并使用实时数据库镜像收发功能实现将生产实时数据从生物质电厂镜像收发服务器发送至集团公司实时数据库服务器的功能。最终完成整个生产实时数据采集、转发、存储的全过程。

3、应用架构

生物质电厂SIS应用：生物质电厂SIS***在实时/历史数据库的基础上，通过计算平台，实现的应用功能主要包括：生产过程实时监视、过程信息统计、性能计算分析、经济指标分析、运行绩效考核等模块，每个模块又包含若干子功能。具备全平台设计、针对性和实用性强、可靠性和安全性高，同时兼备标准性和开放性。

集团总部实时监控应用：发电集团总部实时监控在生物质电厂SIS基础上，通过其实时/历史数据库推送的监测点数据，作进一步的统计分析和高级应用，实现的功能主要包括：监测点指标应用、组态应用、趋势分析等。具备安全性、实用性、实时性、扩展性。

4、技术架构

技术架构参见附图四(参考图4)。

图中黄色组件为安全生产管理***内部组件，蓝色组件为外部应用***\***支撑组件。组件定义如下：

5、应用架构

应用架构参见附图五(参考图5)

安全生产实时监控应用功能主要包括生物质电厂实时数据库数据采集、集团总部实时监控应用两部分，其中：

(1)、生物质电厂侧实时监控***应用

生物质电厂侧实时监控***在实时/历史数据库的基础上，通过计算平台，实现的应用功能主要包括：生产过程实时监视、过程信息统计、性能计算分析、经济指标分析、运行绩效考核等模块，每个模块又包含若干子功能。

(2)集团总部实时监控应用

集团总部实时监控在生物质电厂侧实时监控基础上，通过其实时/历史数据库推送的监测点数据，作进一步的统计分析和高级应用，实现的功能主要包括：监测点指标应用、组态应用、趋势分析等。同时，提供与各电厂第三方***的集成接口需求。

6、网络平台架构

网络结构采用分层星型结构，分为两级：

第一级是SIS网络中心，为中心节点。网络中心设在中心SIS电子设备间，布置了网络的核心设备，如交换机、服务器等，并预留了日后扩展的通信接口；

第二级是各子***相对汇聚的现场交换机机柜，例如电子间为二级节点。在楼间设置光纤主干作为数据传输的干线，从网络中心辐射到各二级节点，并在分配线间端接。向下通过超五类双绞线或光纤与接口机或相关工作站连接。

生物质电厂多级实时监控方法主要是面向生物质发电集团总部、各分部及下属生物质生物质电厂三个层次，使用对象为各层级领导及专责、电厂业务专家、***管理员等。

生物质电厂SIS接入：SIS对底层控制***的生产过程数据进行采集，并统一时标、描述、量纲，在实时/历史数据库中记录机组生命周期的运行过程信息。

实现实时数据采集、数据压缩存储、数据正确性判断、时间戳管理及历史数据归档。

集团总部实时监控在生物质电厂SIS基础上，通过其实时/历史数据库推送的监测点数据，作进一步的统计分析和高级应用，实现的功能主要包括：监测点指标应用、组态应用、趋势分析、性能计算分析、经济指标分析、运行绩效考核等。

本发明可在生物质电厂总部侧、分部、电厂侧开展实施工作。

主机***需具备：数据库服务器、镜像服务器、应用服务器、工作站、接口机。

软件设计根据数据库服务器、镜像服务器、应用服务器、工作站和接口机配置进行配套选型，包括操作***、工控***、网络管理软件、防病毒软件等。

本发明的一种生物质电厂多级实时监控方法，包括以下步骤：

标准编码：

为保证生产数据从数据源头到应用终端能够实现顺利对应，要求对测点进行统一命名和编码。从DCS等数据源中实时采集数据，数据库标签命名采用与电厂一致的编码方式。

数据源推送：

监测数据来源于各个生物质电厂DCS***，由生物质电厂DCS***搭建的接口机上部署的OPC服务实时推送数据，其数据主要为机组监测点信息。同时在接口机上部署接口程序，实时将OPC协议的数据转换成UDP协议数据，并实时发送至镜像发送服务器。

生物质电厂镜像收发：

生物质电厂搭建数据接收、转发服务器环境，包括镜像发送服务器和镜像收发服务器。

镜像发送服务器主要功能是通过部署的数据接口程序完成对工程师站接口机实时发送的UDP协议数据进行实时接收，并将接收的数据存入本地实时数据库***，然后通过实时数据库***内镜像发送功能，将数据实时发送至镜像收发服务器。

镜像发送服务器在将数据存储到本地实时服务器时，可以根据应用需求设置各数据标签的采样频率、数据精度、安全等级、压缩比等参数，对数据进行压缩存储，主要针对模拟量数据进行压缩，压缩比设置为1‰。历史数据存储容量大于一个大修周期，并定期或不定期采用光盘或磁带方式备份；

镜像收发服务器只需部署与镜像发送服务器相同的实时数据库***，通过实时数据库***内镜像收发功能，实时接收并存储镜像发送服务器发送的数据。同样的，镜像收发服务器将接收到的数据，通过实时数据库***内的数据发送程序，将数据实时转发到集团公司部署的镜像接收服务器。

生物质电厂镜像发送服务器与镜像收发服务器之间通过单向隔离网闸实现数据从镜像发送服务器向镜像收发服务器的单向传输功能，保证镜像发送服务器的安全性。

集团公司接受：

集团公司集中部署与生物质电厂相同的实时数据库***，并通过实时数据库内的镜像接收功能，实现实时接收所有生物质电厂镜像收发服务器发送的数据。并按照不同生物质电厂，进行分类存储。保证各生物质电厂的数据独立性与完整性。

在数据采集过程中，各级存储单元对实时/历史数据库中数据值的时间戳与现场中物理值的时间相差不超过预定义的最大时间间隔，其计算点的时间戳在允许的范围之内，并确保分布数据源的数据时间戳的一致性。

集团公司数据计算：

由于从数据源接收到的数据为原始测点数据，需要通过自定义计算功能，将原始数据换算成公司管理经营层面需要的统计数据，如班组统计数据、日统计数据、月度统计数据、年度统计数据等。根据计算结果，直观地向集团侧用户展示各生物质电厂生产流程及过程状况信息(表格、曲线、图形等形式)；

组态功能展示：

集团公司接收到各生物质电厂生产实时数据后，通过组态工具，在组态画面定义时标明具体监测点位置，最终高度还原各生物质电厂现场的组态画面，实时显示各生物质电厂的运行数据及状态信息，同时对生产过程中异常数据提供报警功能。

在组态应用的基础上，通过对监测点参数分析形成趋势分析线，线上单一节点能够实时显示各单元机组及辅助车间的运行参数和设备状态，最终达到通过趋势分析线直观了解各生物质生物质电厂生产状况走势；

总部侧实时监控通过组态画面对各生物质电厂生产流程进行统一监视和查询，同时通过接口数据传输与生物质电厂侧实时数据保持一致，确保总部侧获得的数据真实、有效，在此基础上实现总部侧真实地反映各生物质电厂实际生产情况。同时，提供与各电厂第三方***的集成接口需求。

集团总部应用：

全集团各生物质电厂各个机组的历史数据至少能够在实时/历史数据库服务器中保存4年(或用户规定的大修周期)，便于在此期间随时调出，有助于分析机组的变化趋势。同时，历史数据可以定期备份出来，以光盘或硬盘方式进行归档，作为机组永久历史资料。

集团总部实时监控在生物质电厂DCS数据采集基础上，利用其实时/历史数据库推送的监测点数据，通过实时数据库WEBAPI接口服务作进一步的统计分析和高级应用，实现的功能主要包括：监测点指标应用、组态应用、趋势分析、性能计算分析、经济指标分析、运行绩效考核等。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施案例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (11)

1.一种生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

收集汇总所有设备测点实时数据及计算点数据；

实时推送数据，将OPC协议数据转换成UDP协议数据；

通过UDP协议将数据实时发送到镜像发送服务器；

接收镜像发送数据并将数据实时转发到镜像接收服务器；

将实时采集的监测点数据换算成目标数据；

通过采集数据进行趋势分析，达到监控各生物质电厂生产状况走势的目标。

2.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：所述镜像发送服务器通过部署的数据接口程序完成对工程师站接口机实时发送的UDP协议数据进行实时接收，并将接收的数据存入本地的实时数据库***，然后通过所述实时数据库***内镜像发送程序，将数据实时发送至镜像收发服务器。

3.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：所述镜像发送服务器在将数据存储到本地实时服务器时，根据应用需求设置各数据标签的采样频率、数据精度、安全等级、压缩比，对模拟量数据进行压缩，压缩比设置为1‰；历史数据存储容量大于一个大修周期，并定期或不定期采用光盘或磁带方式备份。

4.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：所述镜像发送服务器与镜像收发服务器之间通过单向隔离网闸实现数据从镜像发送服务器向镜像收发服务器的单向传输功能。

5.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：集中部署与生物质电厂相同的实时数据库***，并通过所述实时数据库***内的镜像接收程序，实时接收所有生物质电厂的镜像收发服务器发送的数据，并按照不同生物质电厂，进行分类存储。

6.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：在数据采集过程中，各级实时服务器和镜像服务器相关数据存储单元对实时/历史数据库中数据值的时间戳与现场中物理值的时间相差不超过预定义的最大时间间隔，其计算点的时间戳在设定的范围之内，并确保分布数据源的数据时间戳的一致性。

7.根据权利要求1所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：通过组态画面对各生物质电厂生产流程进行统一监视和查询，同时接口数据与生物质电厂侧实时数据保持一致，确保获得的数据有效。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：镜像收发服务器部署与镜像发送服务器相同的实时数据库***。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：将实时采集的监测点原始数据通过求和、求平均、求差值换算成需要的日数据、月数据、年数据。

10.根据权利要求1至7任意一项所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：通过实时数据库组态画面开发工具绘制、发布组态画面，在绘制组态画面定义时标明具体监测点位置、编码，高度还原各生物质电厂生产现场的DCS组态画面，利用实时接收到的各生物质电厂监测点数据，实时显示各生物质电厂的运行数据及状态信息，同时对生产过程中异常数据提供报警。

11.根据权利要求10所述的生物质电厂多级实时监控方法，其特征在于：通过对各类实时采集到的监测点实际监测结果进行分析形成趋势分析曲线，线上单一节点实时显示各单元机组及辅助车间的运行指标参数和设备运行状态。