青岛发电厂PI实时生产信息系统

2004-6-13　发布方：太极计算机　网友评论 0 条　点击进入论坛

    一．项目概况
    青岛发电厂PI实时生产信息系统采用Server/Client分布式结构，即在厂信息中心设置一台PI实时数据库服务器，该服务器负责集成所有装置控制系统的生产数据，接口机分布在各装置控制室现场，厂长、总工、科室和车间管理人员通过PI实时数据库来了解现场装置的生产情况，在与局域网相连的每个用户的PC机上安装PI客户端软件来浏览PI服务器中的生产数据。在管理层每个办公室的电脑上看到的生产数据与DCS系统保持同步，几乎没有时间上的延时。青岛发电厂PI实时数据库平台建立后，基于该平台开发了发电厂实时信息分析与运行优化系统(SIS),其系统结构见图1

    图1 系统结构示意图
    二．PI实时数据库系统的主要技术特点
    青岛发电厂目前配有RS6000/F80和RS6000/F50两台服务器，这两台服务器构成双机Cluster结构，它们除了各自有一个本地硬盘外还共享一个磁盘阵列，硬盘容量是90G，RS6000/F80的内存容量是1024M，RS6000/F50内存容量是256M。操作系统采用IBM AIX，双机软件采用IBM HACMP。RS6000/F80和RS6000/F50的操作系统分别安装在各自本地硬盘上。PI 实时数据库和Sybase关系数据库系统文件安装在共享磁盘柜阵列上，在正常情况下PI 实时数据库和Sybase关系数据库运行在IBM RS6000/F80服务器上，RS6000/F50做备用机。当RS6000/F80服务器发生故障时，或做系统维护时，在它上面运行的软件系统可以通过HACMP双机软件自动切换到RS6000/F50服务器上运行，起到互为热备的作用。虽然有两台RS6000服务器，但是PI实时数据库系统只需安装一次，就能在这两台服务器之间切换运行。青岛发电厂主干网是千兆以太网，PI实时数据库服务器直接连在干网上，满足了大数据量实时传输的要求。青岛发电厂局域网已实现与上级公司济南总部及兄弟发电厂的网络连接，现在公司总部在济南可以随时浏览青岛发电厂的实时和历史生产数据。兄弟发电厂之间在获得授权的情况下也能互相调阅生产数据。目前，青岛发电厂PI实时数据库集成了1#，2#发电机组的生产数据，关口表的电量数据以及状态监测的数据。PI实时数据库已开设了容量为10G的数据间。数据测点名(Tag)有9000点。

    三．PI通讯接口技术特点
    1． PI系统与Westhouse WDPF控制系统的接口

    图2 PI与Westhouse WDPF控制系统的接口
    为了生产安全起见，我们没有把WDPF工程师站做PI接口机直接连接到管理网，而是在DCS控制室现场设置普通的PC机做PI接口机。青岛发电厂有两套发电机组，分别由两套独立的WDPF控制系统来控制，因此我们放置了两台PC机做PI接口机，分别对应于两套WDPF控制系统。接口机插有两块网卡，其中一块网卡与一个小HUB相连，WDPF工程师站也连在该小HUB上，它们构成了一个小局域网，PI接口机另一块网卡与工厂的管理网相连。WDPF工程师站上有个数据发送程序，它作为一个后台任务不间断地运行在WDPF工程师站上，发送哪些测点数据是由一个配置文件INDEX.DAT来决定的，INDEX.DAT是个文本文件，存放的是要发送数据的测点名。数据发送程序启动后，首先将测点配置文件读入内存，对模拟量测点和开关量测点进行分组，然后根据测点名从WDPF控制网上读取实时数据，将所获得的每组测点实时数据进行打包，以UDP/IP数据包的形式广播到HUB上。模拟量测点数据包发送完后，接着发送开关量测点数据包，所有数据包在一秒内发送完毕。发送数据包的过程是循环进行的，时间间隔是1秒钟，最快的数据发送速度是8000点/秒。

    一．项目概况
    青岛发电厂PI实时生产信息系统采用Server/Client分布式结构，即在厂信息中心设置一台PI实时数据库服务器，该服务器负责集成所有装置控制系统的生产数据，接口机分布在各装置控制室现场，厂长、总工、科室和车间管理人员通过PI实时数据库来了解现场装置的生产情况，在与局域网相连的每个用户的PC机上安装PI客户端软件来浏览PI服务器中的生产数据。在管理层每个办公室的电脑上看到的生产数据与DCS系统保持同步，几乎没有时间上的延时。青岛发电厂PI实时数据库平台建立后，基于该平台开发了发电厂实时信息分析与运行优化系统(SIS),其系统结构见图1

    图2 PI与Westhouse WDPF控制系统的接口
    为了生产安全起见，我们没有把WDPF工程师站做PI接口机直接连接到管理网，而是在DCS控制室现场设置普通的PC机做PI接口机。青岛发电厂有两套发电机组，分别由两套独立的WDPF控制系统来控制，因此我们放置了两台PC机做PI接口机，分别对应于两套WDPF控制系统。接口机插有两块网卡，其中一块网卡与一个小HUB相连，WDPF工程师站也连在该小HUB上，它们构成了一个小局域网，PI接口机另一块网卡与工厂的管理网相连。WDPF工程师站上有个数据发送程序，它作为一个后台任务不间断地运行在WDPF工程师站上，发送哪些测点数据是由一个配置文件INDEX.DAT来决定的，INDEX.DAT是个文本文件，存放的是要发送数据的测点名。数据发送程序启动后，首先将测点配置文件读入内存，对模拟量测点和开关量测点进行分组，然后根据测点名从WDPF控制网上读取实时数据，将所获得的每组测点实时数据进行打包，以UDP/IP数据包的形式广播到HUB上。模拟量测点数据包发送完后，接着发送开关量测点数据包，所有数据包在一秒内发送完毕。发送数据包的过程是循环进行的，时间间隔是1秒钟，最快的数据发送速度是8000点/秒。

    太极计算机股份有限公司开发PI接口软件，该接口软件运行在PC接口机上。PI接口软件采用Microsoft Visual C++6.0，OSI PI-API开发。

图3 PI-WDPF通讯接口工作流程图

    这个接口程序有以下特点
    （1）自主开发。接口程序完全自行开发，性能和稳定性
     可以与OSI公司的标准接口相媲美，且成本要低很多。
    （2）有很高的安全性。由于在PI接口机中采用了两块网卡，将控制网和管理网完全隔离开来了，控制系统的安全得到了保障。WDPF工程师站发送的大量数据包也只局限在小局域网，管理网不会受到广播风暴的影响。
    （3）有容错性。该PI接口软件具有BUFFER缓存和容错功能，即当PI服务器或网络发生故障时，接口程序继续运行，采集到的数据保存在本地硬盘中，当PI服务器或网络故障消除后，接口程序能自动把硬盘中的数据补回到PI服务器中。
    （4）数据刷新速度快，传输容量大。最快可达8000点/秒。
     2．PI系统与关口表子系统的接口
    该接口程序定时把关口表子系统中的各输变电线路电表的读数取出，送入PI系统中。我们设置一台PC机做PI接口机，在该机上安装SYBASE OPEN CLIENT软件，再安装PI-API及太极计算机股份有限公司编制的接口软件。PI接口软件通过ODBC的方式定时访问Sybase数据库中特定的数据表，用SQL查询语句将指定时刻的数据读出，再通过PI-API将数据送往PI服务器。用户可以指定数据传输速率。如果某一段时间的数据因某种原因未送到PI服务器中，那么我们还可以手工设定起始时间和结束时间，把某一段时间内的关口表数据从SYBASE补送到PI服务器中。

图4 PI-Sybase通讯接口连接示意图

    图2 PI与Westhouse WDPF控制系统的接口
    为了生产安全起见，我们没有把WDPF工程师站做PI接口机直接连接到管理网，而是在DCS控制室现场设置普通的PC机做PI接口机。青岛发电厂有两套发电机组，分别由两套独立的WDPF控制系统来控制，因此我们放置了两台PC机做PI接口机，分别对应于两套WDPF控制系统。接口机插有两块网卡，其中一块网卡与一个小HUB相连，WDPF工程师站也连在该小HUB上，它们构成了一个小局域网，PI接口机另一块网卡与工厂的管理网相连。WDPF工程师站上有个数据发送程序，它作为一个后台任务不间断地运行在WDPF工程师站上，发送哪些测点数据是由一个配置文件INDEX.DAT来决定的，INDEX.DAT是个文本文件，存放的是要发送数据的测点名。数据发送程序启动后，首先将测点配置文件读入内存，对模拟量测点和开关量测点进行分组，然后根据测点名从WDPF控制网上读取实时数据，将所获得的每组测点实时数据进行打包，以UDP/IP数据包的形式广播到HUB上。模拟量测点数据包发送完后，接着发送开关量测点数据包，所有数据包在一秒内发送完毕。发送数据包的过程是循环进行的，时间间隔是1秒钟，最快的数据发送速度是8000点/秒。

    太极计算机股份有限公司开发PI接口软件，该接口软件运行在PC接口机上。PI接口软件采用Microsoft Visual C++6.0，OSI PI-API开发。

图3 PI-WDPF通讯接口工作流程图

图4 PI-Sybase通讯接口连接示意图

    3．PI系统与状态监测子系统的接口
    该PI接口程序要把Entek系统中对机组进行分析后的结果实时传送到PI系统中。我们把Entek系统服务器做PI接口机，PI接口程序和PI-API软件直接安装在Entek系统服务器上。Entek系统有一个数据输出模块（EXPORT），我们对需将数据传送到PI系统中的测点进行配置，那么该数据输出模块会定时把数据输出到EXPORT.EXP文件中,PI接口程序定时从EXPORT.EXP文件中读取数据并传送到PI服务器中。EXPORT.EXP文件中的数据会不断地被刷新，PI接口程序同时也会把EXPORT.EXP文件中刷新了的数据传送到PI服务器。

图5 PI-Entek通讯接口连接示意图

图6 Entek数据输出格式

四．基于PI实时数据库系统的应用开发
青岛发电厂PI实时数据库平台建立后，基于该平台开发了发电厂实时信息分析与运行优化系统（SIS），该厂其它一些管理子系统也与PI系统实现了数据连接，PI与各应用模块之间的数据流关系见图7：

图7 PI与个应用模块之间的数据流

    基于PI实时数据库技术而开发的SIS系统的主要功能如下：
    1.主要技术经济指标的计算
    机组总体参数：实发功率、净功率、厂用电功率、供电煤耗率、发电煤耗率、厂用电率等。
    锅炉方面：锅炉效率、排烟热损失、机械不完全燃烧热损失和散热损失等。
    汽轮机循环方面：循环热耗率、高压缸效率、中压缸效率、低压缸效率。

图8 机组主要运行参数一

图9 锅炉制粉系统流程图

     2.汽轮机循环二次参数计算
    再热蒸汽流量、汽轮机各段回热抽汽量、高中低压缸排汽流量的计算、低压缸排汽干度、各回热器端差、凝汽器端差与过冷度等。
    3.机组运行可控损失分析
    机组运行的经济性受环境条件、负荷、煤种、设备健康状态、运行人员操作水平等因素的影响，在额定的负荷、环境条件、煤种等条件下，机组存在一可能达到的最佳值，二者之差就是由于运行参数偏差或运行参数不当所造成的运行可控损失，这种损失是完全可以通过运行调整得以减少或者避免的。先根据外界条件计算参数应达的最佳值，再根据实际值和最佳值之差计算可控参数偏离最佳值引起的可控损失。运行可控损失分析的主要参数有：主汽温度、主汽压力、再热汽温、给水温度、凝汽器真空、排烟温度、烟气氧量、再热喷水量、过热减温水量。
    4.设备健康状态分析
    该功能主要反映设备的当前状态，为检修提供必要的信息。进行健康分析的设备有：汽轮机高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、各回热器。对于汽轮机，采用相对内效率反映其健康状况的变化；对于凝汽器与回热器，则采用端差反映其健康状况的变化。
    5.机组关键性能指标变化趋势分析
    在机组所有的性能指标中，我们选择了最关键的几个指标：供电煤耗率、发电煤耗率、汽轮机热耗率、锅炉效率以及反映机组运行质量的机组总运行可控损失、对煤耗的影响六个指标，以趋势图反映它们的变化情况，为跟踪机组性能及运行质量的变化提供了依据。
    6.浓缩的机组运行日报
    传统的运行日报是运行人员对一些运行参数每隔一小时记录一次，因此存在以下不足：一是所记录的这些运行参数是整点时刻的参数，而不是一小时内的平均值，二是日报中的参数均是一次原始数据，而没有真正反映机组总体性能优劣的煤耗率、热耗率等参数。结合PI系统进行能损分析后则不同了，将运行人员关心的一些关键参数，如供电煤耗率、发电煤耗率、锅炉效率、汽机热耗率以及各项可控损失汇总成浓缩后的运行日报，并计算出各参数的小时平均值、班平均值、日平均值，对运行人员一目了然，同时也为计划处、生产处进行运行考核、经济活动分析、制定生产计划提供科学依据。
    7.汽轮机在线热力试验
    过去由于热力试验需投入较多的人力、物力，一般只在大修前后为了检验检修效果进行此项试验。本系统可以随时进行热力试验，并且可以进行参数的自动修正及热力试验报告的自动编制与打印。
    8、各班运行质量考核
    运行可控损失的大小，直接反映运行质量的优劣，因此可以通过各班在八小时内累计的运行可控损失来考核各班运行质量的好坏，加强了考核的科学性，也为运行人员的奖惩提供了依据。运行质量考核结果可以通过报表一得到反映。
    9.运行优化与指导系统
    由于外界负荷、煤种的不断变化，这就要求不断对机组进行调整以适应此变化。然而由于机组系统构成复杂，因而可采用的调整方案和与运行方式很多，究竟采用那一种方案最优，过去往往是通过运行人员的经验或简单地按运行规程进行。然而有了该系统以后，可以帮助运行人员找到最优的操作方案。系统运行优化主要包括以下几个方面：
    l 风量优化：根据煤质、负荷等因素，找到最佳的过量空气系数。
    l 吹灰器运行优化：通过对各换热面积灰程度的计算，优化吹灰周期。
    l 给水泵运行方式优化：根据负荷的变化，确定给水泵并列运行的台数及负荷分配，减少厂用电率。
    l 循环水泵运行方式优化：根据负荷的变化，确定最佳的循环水量及循环水泵并列运行的台数及负荷分配，减少厂用电率。
    10.机组耗量特性的在线确定
    机组耗量特性是进行机组间负荷分配的重要依据，而机组的耗量特性受煤质、环境条件、设备健康状态等因素的影响，因而随着时间不断变化，过去由于缺乏先进的计算机监测系统，难以提供实时准确的机组耗量特性曲线。该系统可以实现以一天为一个周期，提供最新的机组耗量特性曲线，为最优经济调度提供科学依据。

    五．应用效果
    系统投用后，弥补了工厂的信息断层，将分散的信息资源集成起来，尤其是将管理系统和控制系统的信息有机的结合起来，形成了真正意义上的全厂实时生产信息系统集成。厂领导和各级管理人员、技术人员、操作工都可以随时察看生产现场的重要参数，通过PI的ProcessBook察看总流程图可以对整个工厂的生产情况一目了然。有关人员通过PI的DataLink软件可以在Excel中直接调用生产数据，大大提高了报表和数据计算的效率以及准确性。通过对工艺历史数据的分析对比，工艺工程师以及工艺专家可以对生产情况进行分析，找出生产瓶颈，提出解决方案，优化生产，提高效益；通过该系统设备工程师可以分析设备过去的运行状况，提供设备检修计划，最大限度的发挥设备潜力。通过该系统，可以有效监督公用系统的运行状态，减少浪费，及时发现问题，避免大的隐患。

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