工业锅炉远程诊断平台技术的研究与开发

高 超 陈 彬 赵宗花

（1.兖矿中科清洁能源科技有限公司，山东 济宁 272000；2.内蒙古昊盛煤业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000）

目前，对工业锅炉开发实现的功能有4 大部分：实时监控、性能计算、报警管理、能源参数耗差计算。实时监控：可在集控室通过LCD 上监控设备运行情况，并自动统计设备的连续运行时长，及时提醒设备的检维修状况。性能计算：利用采集的运行数据，计算出锅炉热效率；运行人员可根据LCD 上显示的现场数据，及时调整运行方式。报警管理：报警管理分锅炉运行参数报警和主要设备电流报警管理，上层管理者可重点关注报警参数，以便于省时省力地掌握和指挥现场管控。能源参数耗差：锅炉主要运行参数以及物料消耗的统计，可以把几个单位的数据综合起来作比较，为各单位直接互相学习提高、单位内部班组间对比、小指标考核创造了条件。

1 软件介绍

该产品针对工业锅炉远程诊断平台的特点，提供管控一体化的整体解决方案。采用浏览器B/S 架构，实现了大数据存储、大数据处理管理与Internet 的完美结合，实现了实时参数监视、全参数历史回放、报警管理、机组性能实时计算及参数管理、煤电水汽消耗及环保脱硫脱硝剂物料消耗等功能。

软件采用Web2.0 技术，纯正B/S 架构；矢量图形技术，无需安装插件；采用了Oracle 数据库软件及Webcache 快速缓存技术，支持主流关系型数据库和主流实时数据；先进的报表平台；而且系统支持异构网络、灵活的伸缩性、系统开发和维护费用低，便于远程监视和现场运行调节控制。

2 主要做法

2.1 安全性

数据采集过程中采取了可靠的隔离、屏蔽，确保不影响DCS（PLC）数据源的安全，同时也能确保开发平台的安全运行。

2.1.1 本系统与控制系统互不干扰

选用单向物理隔离装置，实行单向传输控制，隔断穿透性的TCP 连接。同时，本系统具有完备的策略以保证下层控制系统的稳定运行。

2.1.2 系统安全设计

（1）该系统支持三权分立功能。支持安全三层级管理，保障系统运行、维护期间信息安全无泄漏，事故可追溯；支持选择开启和关闭超级管理员功能，适合多种管理需求；支持按需设置操作用户，并按需分配权限，不同操作用户只能操作和查看经授权功能；支持口令复杂度、口令最小长度设置，密码过期设置，确保系统账号安全。审计日志包含用户信息、角色、时间、事件、登录IP 信息、操作内容信息，支持日志筛选，日志导出功能。

（2）数据加密、压缩、去重功能。支持备端数据加密，加密算法包含AES-192-gcm、AES-256-gcm，用户拥有权限选择上述加密算法；可以选择是否开启数据压缩，数据压缩算法包含lz4、gzip、lzjb，用户拥有权限选择上述压缩算法；支持备端数据重删。

（3）系统的性能指数：备用系统切换时间<1min，生产端CPU 平均占用率<5%，内存平均消耗量小于100M，单个备份文件的大小能够达到5T。

（4）系统还可以通过用户授权的方式进行权限管理，所有用户经审核批准后由系统管理建立并进行相应的权限分配。相应权限的用户可以进行相应的操作。

2.2 数据采集准确可靠

针对数据传输、采集过程中可能存在的丢包、数据失真等现象，在开发过程采取了有效措施。

（1）数据采集：控制系统（DCS 或PLC）需要具有标准的数据通讯协议（例如OPC），可通过通讯协议实现对控制系统的数据采集。为保证控制系统安全，可在与实时数据库服务器之间增加单向隔离网闸，同时网闸中安装OPC 采集器，兼做数据采集机。

（2）断点续传：当由于网络、服务器故障等原因导致无法及时将实时数据写入实时库中，数据采集系统可暂时保存未写入数据，具备条件后，系统自动续存未写入数据。若因为网关机硬盘容量已达上限导致自动上传期限到期，系统还支持手动上传的功能。

（3）文件备份：支持定时文件备份、实时文件备份，针对客户不同数据保护需求提供相应等级数据保护；文件恢复时可手动选择指定文件进行定向恢复，无须还原所有备份数据，可自定义新的数据还原路径；支持文件目录过滤、文件类型过滤，只备份指定文件类型或指定文件目录。

2.3 系统架构简洁可靠

针对中科公司客户群分布散、广的特性，设计了安全可靠的网络拓扑图，如图1所示。

图1 网络拓扑图

2.4 数据处理能力、兼容性及拓展性强

针对数据量大、客户群控制系统的多样化，开发出数据处理能力强、容量大、兼容性强大的数据开发系统。为了管理现场采集来的大量数据，实时数据库采用树状结构，对数据进行处理。该结构共分为实时数据库、数据采集与处理、目标数据库三层（结构见图2）。

图2 数据管理树状图

2.4.1 实时数据库

实时数据库是从现场采集数据的系统，它将生产过程的控制参数及时采集上来，并以基本形式（控制系统采集的时间间隔、精度等）保存下来，确保参数的采集属性（时间间隔、数据精度、量程范围、信号类型等）不变，以满足不同的调用需求。实时数据库可支持在目前广泛使用的各种标准浏览器上开发使用，支持同时使用多个服务器结构，适应性强、可开发性好；数据采集能力强，可以兼容各种控制系统，并同时从各个系统中采集数据，而且能保证数据的基本属性不变，方便数据的进一步调用与处理；采用先进的压缩、存储手段确保数据在保存处理过程中基本属性不变且数据不被损坏，生产过程实时信息和计算、分析结果数据长期保存；为确保数据的客观性、安全性，系统对数据进行了读写保护，任何人不得修改库内的数据而且可以定义数据的安全等级，便于管理。实时数据库具有强大的兼容能力和数据处理能力。能准确完成对采集数据的分析、计算、根据客户要求生成各类报表，同时能向打印机、手机、其他系统平台输出数据以及数据计算、分析的结果和事故预警等内容。

2.4.2 关系数据库

数据库管理系统选用SQL SERVER 或Oracle 数据库管理系统企业版，最多可接入25 个用户。数据库管理系统的特点如下。

除了具有常规数据库比较容易创建和存储方便的特性外，该数据库还具有较好的扩充性，一个新数据库创建完成，当需要存储一种新的数据类型时，只需要添加数据种类而不需要修改现有的应用软件。而且系统具有非常好的数据修复和恢复功能，确保了数据的安全性和可靠性。

2.5 人机接口友好，便于使用维护

针对客户的不同管理要求，对平台进行了良好的人机接口设计。

2.5.1 最终使用终端的管理

最终使用终端的管理非常便捷，使用者可根据个人需要对终端使用者信息比如名称、编码、权限、角色等内容进行设计修改，但是可修改的内容由事先设定的权限来定。具体功能模块包括：增加角色、删除角色、修改角色。修改角色的内容包括：修改角色的描述、属性等基本信息；查看角色信息；添加角色用户，删除角色用户；设置角色权限等。

2.5.2 系统功能

（1）实时监视：实时信息浏览是系统最基本的功能。该功能保证用户在连接了Internet 的计算机上通过浏览器，如同浏览网上信息一样直接获得有关系统的实时信息。信息表现方式采用了模仿集控室监控画面的监控状态的方式呈现。

（2）实时流程图监测：以流程图的方式直观、形象的将现场设备的运行参数显示在画面上。不仅能真实地展现现场设备的流程关系，而且能清晰地显示现场设备的运行状况。管理者不用到现场就可了解整个企业不同分场、不同系统和不同生产现场的设备运行情况、产品产量及设备效率等情况。

（3）流程图回放：流程图回放功能可回放某一时点或某一时段的生产状况，也可用作事故追踪。可选择事故发生前几分钟和事故发生后几分钟的流程图进行回放，回放的起始和终止时间、回访频率可选，观察事故发生前后各工艺参数（压力、温度、液位）等的变化，从而分析事故发生的原因。

（4）趋势查询：可同时查看某个参数或某几个参数在同一时间段内的变化趋势，便于对不同控制系统的重要参数的历史数据进行比对，对关键参数做出科学的分析和合理调整，以提高工艺参数的控制能力，改进现场的管理方式，提高产品质量、提高企业的竞争力。

（5）性能及耗差计算和分析：在线性能计算的能力。将现场采集的数据利用系统的数据分析与处理能力及时对系统进行性能计算，一般每10min 计算一次，计算误差小于1%。为运行人员及时调整系统的运行状况提供数据支持。

（6）报警管理：设备运行工况实时报警、电流报警等。其中运行设备实时报警管理是对关键设备的关键运行参数采集、运算，运行过程中实时发出超限报警或组合条件报警。其中模拟量可根据设计资料和运行规程设定报警限值，报警确认方式有手工确认和自动确认两种。电流报警则是对重要设备的运行状况进行监控，一旦超过报警值及时检查，防止设备出现缺水、过流等故障，损坏电机，造成问题扩大。

3 实施效果

本系统为该项目配套服务，为保证锅炉机组、环保岛单元的安全、稳定、可靠、高效、节能运行提供基础数据，通过对锅炉机组生产过程的实时监测和分析，提供锅炉完整的生产过程历史和实时数据信息，同时为公司实时掌握客户群体的生产信息，充分利用信息资源，开拓潜在市场，更好地为客户服务。