锅炉多级网络监测系统设计与实现

胡佰龙 周一卉

(大连理工大学化工机械学院，辽宁 大连 116024)

0 引言

锅炉系统是各大中小城市生产与生活必不可少的组成部分，锅炉的安全使用和管理直接关系到人们的生命财产安全［1－2］。随着网络技术的迅猛发展和工业网络集成化的要求，基于以太网的锅炉远程监测系统应运而生［3－4］。当锅炉运行的实时信息接入网络后，管理人员就可以远程监测锅炉运行的实时状态，避免事故的发生［5－8］。

目前，锅炉远程监控网络都配置有一个主站加以监测或控制。从真正意义上讲，锅炉系统并没有完全接入Internet。即使一些工程实现了Internet接入，但由于时网络安全考虑不足，容易造成锅炉安全运行的隐患［9－10］。

本文以组态软件为平台，开发设计了能够同时面向锅炉单体和锅炉集群的多级网络式锅炉实时监测系统。在该系统中，锅炉现场、市级和省级的锅炉监管部门通过接入Internet，可以实时监测或查询锅炉的历史运行状况，并对各类异常情况作出及时调整。同时，各相关数据被保存到SQL Server数据库中，作为现行锅炉系统改造和能源综合利用的理论依据。

1 系统架构设计

系统架构采用辽宁省特检院中心调度的分布式监控系统。其中，系统分为锅炉运行现场、市级锅炉监管部门和省级锅炉监管部门这3个级别，系统网络结构框图如图1所示。

图1 系统网络结构框图Fig.1 Architecture of the system network

该系统是集锅炉现场、锅炉监控站、锅炉检验研究所和环保部门为一体的多功能锅炉实时监测与数据处理系统。

1.1 锅炉运行现场

以大连市某企业使用的燃油锅炉为例，燃油锅炉主要由汽包、炉膛、省煤器、空气预热器、引风设备、鼓风设备、给水设备、燃料供给设备和过热器等组成。燃油锅炉设备的工作过程包括3个同时运行的过程，即油料的燃烧过程、水的传热过程和水的汽化过程。整套锅炉设备正常运行时，整个系统划分为燃油系统、给水系统、送风系统、排污系统、水位控制系统、锅炉压力系统以及汽水系统7个子系统。

根据锅炉工艺流程设置控制点，要求控制元件配置有各类开关、各类阀门、挡板、风门、液位计、压力表、旋塞和操作台等。

企业内部服务器用来监控多台锅炉，由路由器和交换机将网络上的各个节点连接入网，企业内部有多个客户端可以查看锅炉的实时运行状况。系统的主要设备和服务器都要设置冗余单元，以确保系统安全。主单元在任何时候发生故障，从单元都会自动切换激活并正常运行。当故障排除后，主单元人工启动，从单元继续处于冗余状态。

大连市某锅炉现场或某企业内部为1级节点，其主要是对锅炉运行数据进行实时采集、监测和处理，对可能发生的锅炉事故作出及时准确的调整和报警，并将锅炉运行的相关数据传递给市级(2级)的锅炉运行监管部门，以便市级锅炉管理部门对同一地区内的锅炉进行统一管理。

1.2 市级锅炉监管部门

2级系统是指大连市市级锅炉监管部门或者大连市市级环境保护机构。

大连市市级锅炉监管部门的主要任务是接收大连市辖区范围内各个锅炉现场或锅炉使用企业通过Internet送达的数据，并对这些数据进行整合、归档和保存，指导和规划大连市辖区的所有锅炉安全、科学地运行，同时将数据整理归纳后上传到省级锅炉监管部门。

大连市环保机构的主要任务是接收、整理和保存锅炉现场送来的各项环境参数，主要包括氮氧化物、硫化物以及烟尘排放量等。这样，环境监察机构就可以通过Internet对大连市全市范围内的各个锅炉的诸多环境参数进行监测，并将这些参数上传到辽宁省省级环保机构。

1.3 省级锅炉监管部门

3级系统是指辽宁省省级锅炉监管部门(辽宁省特种设备检验研究院)和省级环保机构。

辽宁省省级锅炉监管部门接收各个市级锅炉监管部门上传的各个地区锅炉运行参数，将这些数据整理、存储，比较各个城市锅炉的运行状况和相关环境参数是否达标和满足要求，并对全省总体锅炉环境的各项参数进行科学评估，最后将较好的锅炉运行模式在全省范围内加以推广。

辽宁省省级环保机构同样用来接收和存储各个市级环保机构上传的相关的环境参数数据。这样省级环保部门就可以通过Internet获得全省范围内的锅炉运行时各项环境指标，并给出一个宏观的指导。

对锅炉远程监测网络进行分级管理后，可解决锅炉效率低、污染严重、数量大、布点分散以及难以集中管理等问题，且检验人员无需深入工作现场，降低了劳动强度。这就可以在更大范围内推广安全、经济、环保的锅炉运行经营模式。

2 软件系统

基于Windows操作系统，多级网络锅炉监测系统的软件部分以北京三维力控组态软件为系统开发平台，结合了PC技术、面向对象技术、数据库技术和多媒体技术等。组态软件主要由专业软件公司开发，并结合大量用户的现场使用经验，突出系统集成思想，优化系统整体结构，其优点是开发简便、开发周期短、扩展性好和可靠性高等。

针对不同的底层硬件设备，力控组态软件预装了多种工业设备驱动程序和通信协议，还具有类似Visual Basic“可见即可得”的操作界面，并集成实时监控、趋势曲线、专家报表、报警/事件记录和用户权限管理等功能模块。因此，组态软件可以简洁、高效地实现锅炉远程监测与控制系统的功能设计。

多级网络锅炉监测系统各个级别的主要功能框图如图2所示。

图2 软件系统功能框图Fig.2 Functional block diagram of system software

3 数据库功能结构

实时数据库将组态数据、实时数据、历史数据等以一定的组织形式存储在数据库媒介上。实时数据库运行系统可以完成对生产实时数据的各种操作，如实时数据采集处理、历史数据存储查阅、报警事件处理、数据服务请求处理等。力控实时数据建立的具体步骤为:①搜集监控点、②在力控组态中创建数据点、③数据库节点与I/O(PLC、板卡、工控机等)设备的数据连接。

锅炉多级网络实时监测系统是一个复杂而庞大的运行系统，其中的很多重要数据和参数需要及时处理和保存，以供将来调用或汇总后绘制成报表供上级部门查看。因此，一个稳定而可靠的数据库是必不可少的。力控组态软件带有历史数据库，能够将采集到的数据加以保存，供界面调用、填充表格以及绘制曲线等;但其不能对用户开放，且保存的数据无法脱离组态环境查看，这就不利于数据的诸多操作。因此，选用Microsoft公司的SQL Sever 2008关系型数据库作为嵌接数据库。

SQL Sever 2008关系型数据库容量大，易于操作，且与Windows系统全面集成，能够满足远程监测系统对庞大数据储存、查阅和统计的要求。实时数据库与关系数据库(SQL Sever 2008)并行使用，可增强系统的稳定性与兼容性。

系统数据库结构如图3所示，力控通过开放数据库互联(open data base connectivity，ODBC)，调用关系数据库SQL Sever 2008，实现相关数据的查询、归档和整理。

图3 系统数据库结构图Fig.3 Structure of system database

4 结束语

随着网络通信技术的迅猛发展［11－13］，计算机不仅可以控制本地的设备，还可通过网络来控制远端的设备。锅炉多级网络监测系统使相关锅炉监管部门不必身临锅炉，就可以监测锅炉的实时运行状况，省时省力的同时也降低了劳动强度。

随着远程监控技术的不断发展，锅炉多级网络监测系统逐步增强了可操作性、安全性和扩展性，且系统愈加规模化和标准化，覆盖范围也越来越广。在今后的研究中，锅炉多级网络监测系统可以扩展到无线网络，这就摆脱了物理网络接入Internet连接的限制，即使锅炉系统没有与网络连接，也可以通过GPRS组件进入互联网，实现对偏僻地段锅炉的实时监测。随着锅炉多级网络监测系统技术进一步应用于工程实践，必将带来锅炉监控技术的巨大革新。

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