煤粉锅炉远程监控系统构建与应用研究

张 松

(煤科院节能技术有限公司，北京 100013)

0 引 言

目前我国拥有中小型工业锅炉约52.74万台，总容量125.4万MW[1]，广泛应用于电力、化工、市政供热等行业[2-4]。随着煤粉锅炉技术的不断完善，锅炉运行数据采集、实时监控与智能控制的应用使煤粉锅炉自动化控制水平不断提升[5-9]，然而锅炉在运行过程中仍会出现由于各种复杂问题而导致的停炉。停炉即意味企业经济效益的损失，应及时查找锅炉运行中出现的问题并提出解决方案，因而需要锅炉专家对锅炉运行状况进一步排查诊断[10-15]。

张立众等人研究发现基于OPC和ActiveX技术可实现锅炉数据的远程发布[5]。李守明研究发现基于GPRS网VPN的隧道技术分析可将数据流量强制到特定的目的地，并隐藏私有网络地址，安全系数高[16]。

工业锅炉停炉时需专家亲临现场并发现问题，但应对方案的提出需基于专家耗时整理分析相关信息。现有建设的锅炉房大多在较为偏远的地区，固定网络很难将其完全覆盖，传统的OPC技术、GPRS技术已不能满足锅炉控制的要求。因此，针对煤粉工业锅炉领域，应用“新互联网+”技术实现锅炉运行数据的远程监控，及时预防并发现锅炉的运行问题、高效排查锅炉事故问题以及快速解决问题，保障锅炉安全稳定运行，开发拥有自主知识产权的煤粉锅炉智能云平台远程监控系统已迫在眉睫。

远程监控锅炉房对象为内蒙古神华集团神东地区补连塔、寸二、保德站、石圪台和哈拉沟共5个煤粉锅炉房站点，5个站点均处在比较偏远的矿区，专线网络未能覆盖，中国神华能源股份有限公司下属矿区的网络状况不佳，达不到实施远程监控的标准。通过现场4G网络状况调查，联通4G信号最佳传输速率达4M/S，符合远程监控的要求。

1 远程监控实施方案

1.1 硬件构架

构建北京和神东2个煤粉锅炉远程集控中心，以Gate Manager数据服务器为中心，通过现场安装Site Manager 4G远程网关，实现北京和神东集控中心与现场各锅炉站点的指令发出与接收，从而使锅炉房的PLC设备信息可上传至Gate Manager服务器；移动端和电脑端可远程访问现场PLC设备，并通过人机界面展现给相关专业工程师，实时查看锅炉运行状态以及PLC程序。北京与神东集控中心的煤粉锅炉远程数据采集系统如图1所示。

1.2 数据存储

现场PLC采集的数据可通过Site Manager远程网关传至Gate Manager服务器，先存储于数据采集主机，然后通过数据库服务器可上传至云端存储，数据库服务器具有防火墙功能。其数据存储系统如图2所示。

1.3 数据分析系统

通过云端或服务器采集的锅炉运行数据，对锅炉运行数据进行分类整合，分为设备管理数据、故障异常记录、锅炉运行状态数据三大类，分别对三大类数据进行整合，总结出锅炉的最优运行状态、事故处理方法和专家会诊结果，根据数据整合结果编制数据分析程序，从而最终实现锅炉的安全稳定经济运行。所述数据分析系统如图3所示。

煤粉锅炉远程监控系统的数据分析系统具有以下4个功能:

(1)监视锅炉设备的运行状态。即运用该数据分析系统，可对各锅炉子系统主要设备的运行状态数据进行监视。

图1 北京与神东集控中心的煤粉锅炉远程数据采集系统Fig.1 Data remote acquisition system of pulverized coal boiler in monitoring center of Beijing and Shendong

图2 煤粉锅炉远程监控系统的数据存储系统Fig.2 Data storage system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

图3 煤粉锅炉远程监控系统的数据分析系统Fig.3 Data analysis system of remote monitoring system for pulverized coal boiler

(2)异常、故障和事故处理记录。远程控制中心能快速获得整个锅炉全系统的设备故障信息，并按需要进行报警、记录、打印和归档。 由于各锅炉及辅机系统的分散性和复杂性，及时获得工艺系统运行的异常信息对安全生产十分重要。远程控制中心能够在秒级时间内捕捉系统的各种故障信息，并区分故障性质的不同情况，采用显示、声光报警、记录、打印和归档的方法进行处理。

(3)设备管理。设备管理主要针对公司管辖范围内重点能源设备进行管理，包括设备运行状态管理、设备故障、设备维护、机旁备件管理、设备隐患管理等。

(4)锅炉故障自诊断。编制煤粉锅炉数据分析程序，实现锅炉故障自诊断，维持锅炉高经济性运行。

2 系统调试及程序编写

2.1 硬件设备安装

在北京总部安装1台Gate Manager服务器，申请公网IP119.40.55.119、内网IP10.10.14.105。在5个锅炉房各安装1台Site Manager 4G远程网关通过交换机连入现场PLC系统。其硬件设备如图4所示。

图4 煤粉锅炉远程监控系统的硬件设置Fig.4 Hardware setup of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.2 设备调试

通过内网或公网的网络地址登陆Gate Manager服务器，配置各站PLC模块地址，此次设定均为192.168.2.X 网段。在Site Manager 4G远程网关插入联通4G网卡。经过一系列地址和网关的设定后重启服务器，登陆公网IP观看各站数据连接状态。远程数据连接状态如图5所示。

图5 煤粉锅炉远程监控系统的数据连接状态Fig.5 Data connection status of remote monitoring system for pulverized coal boiler

2.3 数据分析程序

当氧含量、温度等参数超过报警设定值时，触发自动预警功能，并在人机组态界面上提示(包括语音提示)。

当回水压力、出水流量等参数异常并达到停炉设定值时，锅炉自动停炉，并在人机组态界面上提示停炉原因，并给出处理方法。

3 应用实例

北京和神东集控中心监控大屏上可以监视和操作补连塔、石圪台、保德、寸二和哈拉沟锅炉房的上位机组态画面，历史数据查询正常。以补连塔为例，上位机组态画面如图6所示，锅炉系统的历史存储数据见表1。

表1 锅炉系统的历史存储数据
Table 1 The historical data storage of boiler system

时间炉膛负压/Pa炉膛温度1/℃炉膛温度2/℃炉膛出口烟温/℃排烟温度/℃17:1504340483817:20178789837768517:2520188579531811517:3020987285132011517:3519988486432011517:4019789085532111817:4520487685432111817:50201884854322118

4 结 语

(1)远程控制、调试与维护。通过一级、二级监控室的硬件搭建，实现毫秒级别的远程控制，在锅炉运行稳定条件下实现无人值守，大幅提升锅炉的控制水平。通过云平台服务中心的监视主机及历史数据查询可有效查看现场锅炉房的锅炉运行状态，出现问题时及时查找原因并能远程上传下载程序，及时解决问题并减少企业差旅费用的支出。

图6 锅炉系统的上位机组态画面Fig.6 Configuration screen of upper computer of boiler system

(2)远程故障诊断。通过数据中心存储的数据，根据锅炉专家的运行经验，结合历史数据对锅炉常见故障及低效率运行状态进行进一步的数据分析，可更好地维护保养锅炉，从而使锅炉运行更安全、更经济。

(3)远程加密。远程监控系统可实现远程对项目工程程序进行实时加密，大幅提高系统的加密功能。