基于iFix的电除尘器自动监控系统设计

2011-09-04张健李依琼闫荣敏

综合智慧能源 2011年9期

张健，李依琼，闫荣敏

(1.广东韶关发电厂，广东韶关 512000;2.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京 210032)

0 引言

电除尘器具有除尘效率高、处理烟气量大和运行维护费用低等优点，被广泛应用于电力、冶金和建材等行业烟尘治理的领域。电除尘器是燃煤机组的重要辅机之一，其运行管理是全厂辅机运行管理的重要内容。随着工业自动化进程的不断深化和网络互联技术的不断发展，电除尘器监控系统不再以孤立的系统形式存在，而是一体化生产管控系统中不可分割的子系统，因此，它对电除尘器监控系统在可维护性、可扩展性和人机界面友好性等方面提出了更高的要求。传统的专用监控系统很难适应一体化集控的要求，而以设备服务为底层驱动接口、采用通用组态软件进行人机界面开发的设计模式较好地满足了设备控制专业化、界面操作及数据管理一体化的发展需求。

1 监控系统结构

电除尘器自动监控系统以工业控制计算机为上位机，配套电除尘器供电控制装置等设备为下位机，通过工业控制总线组成分布式测控网络，实现电除尘器的集中监控和自动闭环运行，其系统结构如图1所示。

1.1 监控系统硬件组成

监控系统是以电除尘服务器为系统控制核心，配备工业控制总线通信卡和以太网卡实现工业总线网络管理。通过配置管理，实现对规模大小不等的多台电除尘器的数据采集及系统优化控制，服务器可就近布置于电除尘器供电控制装置设备间。iFix工程师站进行应用组态，iFix操作员站用于集控室监盘操作。

图1 系统结构

系统为分层网络结构，控制层采用了工业控制总线，其中包括采用了光电隔离、CRC循环校验、数字滤波等多项软、硬件抗干扰技术，以确保通讯的可靠性。控制总线上可以接入PLC、总线测控设备等，用于采集电除尘器运行相关的信号。上位机监控层采用以太网络，多点监控，实现与辅网集成以及与分散控制系统DCS(Distributed Control Systems)和厂级监控信息系统SIS(Supervisory Information System)等系统的数据交换。

1.2 监控系统软件结构

监控系统软件由设备服务软件DCC Server，iFix监控软件和数据库管理软件等组成，其组成结构如图2所示。

设备服务软件DCC Server运行在配置了总线通讯、以太网通讯功能的除尘服务器上，主要完成数据采集及处理、自动优化控制、标准接口驱动等功能。

iFix是工业控制领域领先的HMI/SCADA自动化监控组态软件，具有强大的数据采集、数据管理功能，易于扩展和集成。iFix作为电除尘系统应用开发平台，通过组态开发实现电除尘器集中监控、报警显示及管理、历史数据管理、用户权限管理等功能。

采用Microsoft SQL Server作为数据库管理软件，由设备服务软件进行定时数据存储，iFix通过ODBC或ActiveX控件进行历史数据管理和访问。

图2 系统软件结构

2 系统设计关键技术

2.1 设备服务软件

设备服务软件DCC Server采用计算机高级语言开发，具备工业总线通讯功能，它通过与电除尘器电源及控制装置、可编程逻辑控制器PLC(Programmable Logic Controller)、总线测控设备的通讯采集电除尘器各电场运行工况及电除尘器出口烟气物理量、锅炉负荷等运行工况信号量对电除尘器运行工况进行分析，根据优化控制策略对电除尘器高压供电参数和低压控制参数进行自动调整。

该软件同时提供电除尘器电源及控制装置的设备驱动功能，可实现通用组态软件以标准协议Modbus，OPC访问控制设备。同时，它将电除尘器系统优化的控制过程及逻辑进行封装，对外保留优化功能的启/停和参数设定等接口，保证了电除尘器系统优化控制逻辑实现的高效率和访问的便捷。

2.2 iFix配置

2.2.1 系统配置

正确的系统配置是iFix应用设计的基础，按照集成化设计规范进行配置可简化电除尘器子系统集成的工作量。在“Proficy HMI SCADA”程序组中调用“系统配置”软件进行以下4项配置:

(1)iFix节点命名，节点根据统一的命名规则决定，一般电除尘器自动监控系统的节点名为DCC。

(2)配置I/O驱动器，添加电除尘器电源及控制装置、PLC等的驱动软件，默认为OPC驱动、MBE驱动。

(3)配置SQL帐户，用于通过ODBC数据库访问历史数据。

(4)配置报警区域。

2.2.2 I/O 驱动器配置

2.2.2.1 OPC 驱动的配置

在“Proficy HMI SCADA”程序组中调用“OPC Power Tool”软件，该软件是 iFix提供的一个支持OPC的I/O驱动，用于建立iFix与OPC Server的数据交换。首先需确认是采用本地或是远程OPC Cient与OPC Server建立连接，iFix支持一个 OPC Client连接向多个iFix节点发送数据。然后，按照Add OPC Server(添加OPC服务器)→Add Group(添加组)→Add Item(添加数据项)的顺序进行操作。在配置OPC Server时，应选择DCC Server所提供的OPC服务名称，并设置DCC Server是本地服务或是远程服务，若是远程服务，则要输入运行DCC Server的计算机名。将iFix组态所需的全部设备运行参数及设定参数的数据项添加完成后，进行Start(启动)操作开始数据交换。

2.2.2.2 MODBUS 驱动的配置

如果iFix与设备服务软件DCC Server安装在不同计算机上，配置MODBUS驱动之前，应确保本地网络处于连接状态。在Proficy HMI SCADA程序组中调用“MBE PowerTool”软件，选择“Use Local Server”并连接，添加通道、设备及设备的数据块。添加设备时注意设备的IP地址要和DCC Server所在计算机的网络地址设置一致，添加数据块时要注意数据块的I/O地址要与DCC Server中分配的I/O地址一致。

2.3 过程数据库设计

过程数据库是iFix系统的核心，从硬件中获取或给硬件发送过程数据。过程数据库由标签(块)组成，通过建立过程数据库的数据块才能最终建立从I/O驱动器到iFix对象的映射。过程数据库是组态画面显示及报警事件的数据来源，在整个监控系统中起着关键作用，在设计过程中，需要注意以下3个方面:

(1)数据库标签命名应遵守一定的规则，标签命名可采用3级命名法，即设备名、子站号名、数据块名，相互之间用下划线分开。设备名标明该标签代表的数据属于哪个监控子系统，子站号名为下位机控制柜号并标明高压或低压参数，数据块名是该系统中进行某一具体监测与控制的数据。标签名的设备名取拼音字母的首位并大写。例如，在实时数据库中建立电除尘器自动监控系统#1控制柜高压二次电流的监测量，则应命名为DCC_01G_I2，当要查询所有关于电除尘系统运行的监控信息时，只要在数据库中增加过滤条件“标签名={DCC*}”即可。

(2)按照运行参数、操作命令、参数设定等分别设计数据及其类型。数据库标签可以按类型设定不同的扫描频率，在保证控制及报警等应用的实时性要求的基础上，尽可能减少通讯总线占用率。

(3)用Excel等工具快速批量建立数据库标签文件，利用iFix数据库管理器的导入功能批量建立数据库标签，提高设计效率。

2.4 数据存储及访问

监控系统中设计并实现了2种历史数据存储和访问方式，可根据实际工程需要选用。

方式1:由DCC Server设备服务软件将数据存储到SQL Server数据库，在iFix组态时通过ActiveX控件访问SQL Server中的数据。

方式2:iFix组态软件支持ODBC数据库，允许关系数据库和iFix数据库通信。将数据记录通过ODBC保存到SQL Server中，可实现数据的存储及访问。具体步骤包括以下5个步骤:

(1)在SQL Server中创建数据库及表，用来保存数据库内的历史数据。

(2)创建ODBC数据源，测试ODBC数据源连接成功。

(3)在SCU内配置SQL。

(4)创建SQT和SQD数据块。

(5)验证SQL服务启动并触发SQT。

3 系统功能

3.1 电除尘器运行监控

通过电除尘器监控画面、运行参数表、电参量趋势曲线、报警信息等监控组态画面，实现电除尘器高、低压供电及控制设备的状态显示、参数显示、启停操作、参数设定等功能。

3.2 报警显示及管理

根据采集自I/O驱动器的电除尘器高低压状态码、故障码及子站通讯状态进行设备故障实时报警显示和管理。报警区域管理用以区分来自不同子系统或监控点的报警信息，同时根据故障严重程度进行报警分级，报警优先级分为低、中、高3个级别，分别对应需紧急处理、需处理及只需了解3种不同的报警响应方式，不同优先极的报警控件显示中以不同的颜色进行区分。