余热电站能源数据管理系统简介

陈宝阔，贺伯君，楼剑

1 前言

随着大数据时代的到来，远程监控和数据采集与分析逐渐成为焦点，工业生产建立远程的数据采集和分析系统已是迫在眉睫。远程数据采集与分析系统通过将底层数据传输到云端服务器，可实现通过数据平台时刻关注所建项目的运行情况，对实时数据进行分析处理，建立完整的数据流，定期向客户提供运行分析报告，辅助客户了解运行状况和改造需求，以实现客户效益的最大化的目标。

由于余热电站大多为十年前建设，各系统版本较低，造成数据通讯中遇到诸多困难。本文主要针对余热电站的整个数据系统进行研究，构建系统架构，疏通数据流途径，完成数据的采集和整理，以挖掘数据的深层次价值。

2 能源数据管理系统概述

大部分工业生产都使用DCS控制系统实现对整个工艺过程的控制，DCS控制系统因其具有分散控制、集中操作的特点而被广泛采用。作为大数据系统的底层数据基础，现场的大部分原始数据都储存在DCS数据服务器中，所以建立与DCS数据服务器的连接是数据输出的第一个环节也是关键环节。

随着DCS控制系统的不断发展，各种品牌的DCS控制系统已应用在余热电站中，比如国外品牌ABB、施耐德、西门子等，国内品牌如和利时、浙大中控等。大多数DCS控制系统数据服务都是非开放性的，需要购买相应的OPC协议授权。国外DCS控制系统，如西门子S7-300/400 PLC系统通信接口为RS485，使用MPI协议和Profibus-DP协议[1]。根据通讯要求开发S7-300 TCP主机协议，接入TCP接口即可读取服务器数据。通过开发相关的接口将OPC协议转换为Modbus协议，通过数据网关将DCS数据传输到云端服务器，云端服务器将数据存储到数据库中，通过软件展示平台访问数据库，实时监控现场运行数据。硬件系统基本架构见图1。

图1 硬件系统基本架构

通过以工艺流程原理为基础的数据分析，实现该系统的各种服务功能和增值功能，例如初级的故障诊断、设备的管理与维护、能耗分析与优化、信息化管理平台的搭建等。当底层数据积累到一定的量级，可以通过数据构建专家系统模型实现初步的自动控制，最终实现智能制造。

3 技术路线

各软件的开放程度不同，应根据现场DCS控制系统情况选择不同的通讯方案。例如，和利时与浙大中控需要安装软件厂商的OPC协议接口软件，才能从数据服务器读取到数据；而西门子系统可直接接入开放的TCP/IP接口，将数据网关连接至现场交换机，设置网络IP，保证操作员站或工程师站与网关的通讯正常。OPC协议主要解决工程控制系统和其他数据源的数据交换问题，可以在各应用之间提供一种透明的数据访问。它将访问现场设备的开发任务作为标准接口以服务器形式透明提供给用户，OPC标准包含了实时数据存取（OPC DA）规范、报警与事件（OPC AE）规范和数据存取（OPC HAD）规范等三个规范[2]。

通过OPC获取数据已成为常规方式，首先，通过开发软件程序将OPC协议转换为Modbus协议与数据网关通讯；再利用带有上传功能的数据网关等传输模块将数据的地址匹配和协议匹配上传到云端服务器，将数据整理保存；最后，通过开发的软件平台或常用的客户端组态软件将数据展示出来。以上步骤主要是为了疏通数据流，完成数据的采集工作，实现远程查看现场数据的功能和需求。这是整个系统最基础的一部分，数据的分析与数据价值还需进一步深入挖掘。数据流程见图2。

图2 数据流程图

4 能源数据管理系统架构

为建立余热电站的远程管理系统，提高电站的运行效率，搭建能源数据管理系统，数据远程查看是整个系统的基本单元。能源数据管理系统分为远程查看系统、数据分析系统、运行诊断系统和故障预警系统。平台架构见图3。

图3 平台架构

4.1 远程查看系统

远程查看系统分为电脑端和手机端查看，电脑端查看系统可保持与现场中控室完全相同的画面，具有在网即可远程查看现场实时数据、调取特定时段的历史数据等高度自定义的选取功能，可实现本地远程数据与现场实时数据的同步性和一致性，便于远程指导运行和调试。手机端查看系统可根据需求设置关键参数，实现实时在线查看，能够随时随地关注电站运行情况。

4.2 数据分析系统

数据分析系统分为单体分析单元、子系统分析单元和综合分析单元。首先，通过累积的历史数据，整理归纳关键设备的各项参数，并结合设备原理相应算法，对历史数据进行相关性分析，以可视化图表的形式直观展示，实现对单体设备的掌握；其次，对子系统运转进行分析，关注子系统级参数，结合不同系统的工艺原理，监控烟风系统、水系统和汽机系统等子系统；最后，综合系统的全局参数分析，便于全面掌握系统。数据分析单元见图4。

图4 锅炉数据分析单元

4.3 运行诊断系统

运行诊断系统包括数据回放中心和性能评价中心。采用靶式评价机制对分析结果进行运算挖掘，对各个节点的评价任务进行划分，以实现性能分析的导向性和准确性。根据评价目标制定不同的评价策略，对设备性能评价、工艺过程的性能评价，找出造成评分低的根本因素并提出解决方案，以保持系统高效运转。如通过换热效率等参数对锅炉性能进行评价，判断其运转情况。运行诊断系统数据回放中心见图5。

图5 数据回放中心

4.4 故障预警系统

故障预警系统能够实现可预见性管理，通过对运行数据的监控和分析，在故障发生前预见故障发生的可能性，将故障消除在萌芽状态，减少排除故障所产生的费用和投入，实现效益最大化。

5 结语

通过余热电站数据管理平台，可时刻关注所建项目的运行情况，对实时数据进行分析处理，定期向客户提供运行情况分析报告，辅助客户了解系统的运行状况和改造需求，实现客户效益的最大化。目前，平台已经接入6家国内余热电站，2家国外余热电站，定期提供更加准确专业的个性化服务，实现了数据价值作用最大化，建立了电站运行数据档案，提升了电站的运行和管理水平。