物联网等新技术在现代化电站中的应用展望

杜传利

(四川华能涪江水电有限责任公司,四川绵阳 622550)

1 物联网概述

物联网的概念起源于 1995年比尔盖茨所著的《未来之路》一书,但迫于当时无线网络等硬件和软件的发展,并未引起重视。时至 2005年,国际电信联盟在突尼斯举行的信息社会世界峰会上正式发布了《ITU互联网报告 2005:物联网》,才有了正式的物联网概念。

物联网(TheInternetofthings)即通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。按字面意思理解,物联网就是“物物相连的互联网”。其包括两层含义:第一,物联网的核心和基础仍然是互联网,是在互联网基础上延伸和扩展的网络;第二,其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间,进行信息交换和通讯。

通过 RFID、GPS、传感等技术,所有物品都将赋予生命,人们可以随时随地通过手中的终端了解到任何物品的状况等信息,也将使得人类生活水平愈加高质量。此外,物联网概念的问世,打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和 IT基础设施分开:一方面是机场、公路、建筑物,而另一方面是数据中心、个人电脑、宽带等。而在物联网时代,钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施,在此意义上,基础设施更像是一块新的地球工地,世界的运转就在它上面进行,其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活等。

2 物联网在电站中的应用

笔者针对物联网技术的快速发展,结合涪江公司电站数字化建设的进程,对物联网技术在电站中的应用进行了展望,以应对新技术的不断冲击。

火溪河流域四个梯级电站以及干流上正在开发的电站的建设及生产模式大致相同,主要分为主机、辅机、电气、监控、通信等几大块,这几大块设备分布在厂房、GIS楼等各个生产区域,设备较多,分布较广,虽然已分门别类的加以管理,但是缺乏有效的整体管理,设备及其零部件安装之后,无法有效建立起单一设备或零部件的个人档案.物联网当中的 EPC标识码能很好的解决这个问题,与条码一样,产品电子码用一串数字代表产品制造商和产品类别,不同的是 EPC,还外加了第三组数字,标识每一件单品,通过编码可以达到全球唯一标示。存储在 EPC标签微型晶片中的唯一资讯就是这些数字。EPC还可以与数据库里的大量数据相联系,包括产品的生产地点和日期、有效日期、应用于何地、何时安装于此、该产品的 KKS编码、有无维修记录、取自哪个库房等。而且,随着产品的转移或变化,这些数据可以进行实时更新。通过安装在厂房和 GIS楼的 RFID(射频识别技术)可以周期性或实时的对设备进行扫描,可以将采集到的信息送往中间处理环节,并通过互联网或者是内部网络送往中心服务器,从而可以对厂房内的设备进行刷新,就可以查询设备及零部件的在位状态及其相关的“个人信息”。

同时,可以将该技术应用到电站的库房管理,通过对库房及厂房设备和零部件的 EPC标签,可以实现对电站相关设备的统一、有序的管理。通过在库房和生产区域门口设置的 EFID射频识别设备,可以对进出库房和生产区域的设备进行记录,并将记录的信息送入库房管理分服务器,实时刷新数据库的状态,自动完成入库和出库的管理,从而大大的节省了库房管理的繁杂程度。

当然,物联网技术不仅仅是识别技术,其中重要的一条特征就是物品和物品之间进行信息交换和通信,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,从而提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。

具体到电站的应用,就是利用无线传感技术将各种传感器和控制器安装到电站的机组设备、电气设备、辅机设备和厂房钢筋混凝土、电力线以及各种零部件中,实现对负责区域的温度、湿度、压力、电压电流甚至是气味的实时监视和控制,代替传统意义上的仪表。同时,通过遍及电站区域的无线网络(可以是 RFID、CDMA或者是 Wifi等技术覆盖)实现传感器与传感器之间的互相通信,也可实现传感器与中心服务器的互联,从而构成了无线传感网络。

由无线传感器网络和区域处理器组成了一个小型的自助处理系统,对传感器的信息进行采集、处理和过滤,把经过确认的、必要的信息送至中央处理器,对不影响设备正常运行的信息自行进行处理和监视。例如:当主机的温度传感器探测到温度过高时,该传感器可以与周围的湿度传感器、火焰探测器以及机组功率甚至是气味传感器进行信息交流来判定该温度值是否合理、是否需要向中心服务器报警、是否需要自行控制其他控制器来协调等,进而完成信息的预处理。

同时,各个分布的区域处理单元共同组建成一个大的电站分布式智能系统,该系统渗透到电站生产管理的各个环节、各个部分,包括主机、辅机、电气 、安防 、照明 、通风 、消防 、通信 、水工 、结构 、库房 、生产管理系统等以及生产中的各种流程。电站分布式智能系统负责完成对各个区域处理单元送上来的信息进行分析、处理。也可以针对某项功能去采集或启动某个区域处理单元、某个传感或控制器件。整个电站分布式智能系统就像是一个有机生命体,各个区域既完成自己特定的功能,又和其他单元或器件发生作用,最后又由电站智能系统的中心服务器调动各个单元完成规定的功能,并把它们组成一个整体,而几个电站联合起来就构成了一个更大的、基于物联网的智能系统。

该系统具有相当高的智能。比如:检修人员在生产管理系统中开了一张工作票,该工作票的相关信息进入智能系统分析,将所需的工具或设备在库房的位置自动列出,如果库房没有,将会提示用户,检修人员在库房取走工具或设备准备计入厂房工作时,RFID会自动识别工作负责人的身份开启大门和照明系统,同时对带入厂房的工具和设备进行扫描识别,如果发现检修人员没带工作票所需工具时,系统会通过语音、短信等方式提醒工作负责人。

3 对设备的要求

如此智能和复杂的设备对中心服务器的处理能力的要求相当高,需要借助于小型机来处理,甚至需要借助小型机组成的机群来应对大量的数据和流程处理,以满足系统对电站业务实时性的要求。同时,各个电站的中心服务器在中心服务器出现故障的时候能独立支撑起本电站的各种业务,保证电站对系统安全性的要求。同时,针对中心服务器数据计算量大,实时性强的瓶颈,可以采用云计算的方式,将中心服务器的业务分配给各个电站的中心服务器,若各个电站的中心服务器处理不过来,则可以分配给下面的中间服务器,最终满足用户对于信息处理的要求,甚至可以与互联网相连,充分利用网络中的服务器分布计算,达到充分利用资源、发挥通信网络的互通优势。

如此高科技的平台需要高性能、高可靠性通信网络的支撑,建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现电站物联网智能系统的基础。因为基于物联网的各种标签、传感器、数据流等都需要这样的通信系统的支撑,这是迈向智能系统的第一步,该系统不仅满足上述要求,同时要实现流域内通信网络的无缝覆盖,利用基于物联网的无线传感网络、Wifi、CDMA网络、GPS网、RFID网等完成生产区域、办公区域甚至是全流域的无线覆盖,并结合有线通信网络,为基于物联网的智能系统提供有力的通信保障。同时,通信网络也应是一种智能网络,具有自愈能力,在某一条通信线路中断的情况下能自动寻找并切换到其他路由,无需人为干预。在这一技术领域,主要有两个方面的技术需要重点关注,其一就是开放的通信架构,它形成了一个“即插即用”的环境,使物联网元件之间能够进行网络化的通信;其二是统一的技术标准,它能使所有的传感器、智能电子设备(IEDs)以及应用系统之间实现无缝的通信,也就是信息在所有这些设备和系统之间能够得到完全的理解,从而实现设备和设备之间、设备和系统之间、系统和系统之间的互操作功能。这就需要电厂、设备制造企业以及标准制定机构进行通力的合作,才能实现通信系统的互联互通。

4 具体实际,展望发展

目前火溪河流域梯级电站的监控系统是以传感器来探测模拟量和数字量,用模拟输出或数字输出来控制输出,以现地逻辑控制器来控制某一具体设备,通过 MODBUS协议和一些现场设备通信,通过 LCU来控制整个电站的监控系统,具备了一些物联网和云计算的特征。但是,其智能化程度不高,协议不统一,计算能力有限,联网单元较少,具有很大的升级空间。

以目前的物联网发展看,要实现所描绘的功能还有一段路要走,目前物联网技术主要关注于射频识别,对于智能传感网络发展还有待于进一步,协议规范、标准也需要时间来完成,云计算等先进的处理方式也有待于发展,同时,对通信的发展要求也很高。不过,技术的发展日新月异,可以相信:只要我们不断提出更高的要求,那么,社会上的科技力量就会不断进步,从而推动设备的不断发展。