海上风电平台暖通监控系统设计与实现分析

林 崑

（福建永福电力设计股份有限公司，福建 福州 350000）

随着全世界范围内能源需求的持续上涨，能源效率需要进行全面碳减排工作，政府也采取了有效的激励措施支持部署可再生能源。海上风电平台大部分都是无人值守的，为了促进平台系统中的各个设备维持正常稳定运行，将室内外压差、室内温度以及湿度全面控制在合理范围内。展望“十四五”，我国将成为促进全球范围内低碳排放的主要践行者。海上风电属于我国新能源战略力量的重要组成内容，同时也是风电朝陆地电网全面并网的核心枢纽，暖通监控系统属于平台设备稳定运行的基础保障。合理借助通信、组态、自动化控制等技术，设计海上风电平台暖通监控系统，能够进一步提升系统稳定性，提高远程控制效果。

1 系统结构设计

针对暖通监控系统进行系统开发研究，同时选择HMI技术、PLC可编程技术、网络通信技术以及冗余架构，能够于海上风电平台和陆上集控中心促进实现海上平台暖通装置运行状态的无人监控、控制[1]。

此暖通监控系统主要结构如图1所示，包括氢气含量传感装置、电动阀门、压差传感装置、工业空调、300系列自动化控制装置、风电平台HP商用计算机、事故风机、除湿机、温湿度传感装置、1200系列自动化控制模块、西门子网络交换机、陆上集控PC等部分构成。平台用户能够借助平台PC机内人机界面对不同房间中的温湿度、风阀、压差数值、除湿机以及空调等设备运行状况进行全面检查。除了通过人工手动控制方式操控设备启停，还可以由系统对设备启停进行自动化控制。额外设置故障报警以及超限报警功能，同时还可以对历史预警记录进行打印和查看。系统利用自动化控制装置以及300系列自动化控制促进软冗余，假如出现各种故障问题，能够直接利用自动化控制进行就地控制，从而进一步优化系统运行稳定性和可靠性。针对HMI界面程序实施自主开发，能够利用MODBUS TCP协议将全部可读写变量地址预留给陆上的集控中心，相关集控中心能够利用MODBUS地址，针对平台内PC机实施有效控制和查询，顺利实现远程监控目标。

图1 系统结构组成

2 通信设计

此系统设计主要包括三种方式，分别是MODBUS_TCP、S7TCP、MODBUS_RTU。相关通信设计结果具体如图2所示。为了进一步提升通信效率和稳定性，平台控制端以及陆基控制端以TCP为基础借助MODBUS_TCP通信协议，西门子自动化控制装置和PC机之间利用西门子交换机，选择以太网为基础的S7TCP协议。S7TCP协议只要借助一般网卡便能够实现西门子自动化通信和上位机全面落实，无需其他西门子软件，比如STEP7、SIMATIC NET等。因为除湿机自身运行特征，需要联系具体的应用场景合理设置工作频率，暖通机房中的自动化控制软件和自动化除湿机控制器经过RS485总线的MODBUS_RTU标准协议实施正常通信，该种通信方式下，无需额外设置其他通信模块，单纯利用两个一般屏蔽线即可[2]。

图2 系统通信设计

3 上位机设计

3.1 人机界面

暖通监控系统涵盖历史趋势图、历史报警、参数设置、主界面、实时趋势图、实时警报、房间界面等部分组成。其中主界面能够通过总览的形式将不同房间中的湿度状况、温度状况以及室内外压差准确反映出来，同时还可以提供室外氢气浓度以及温湿度状态信息。用户利用该界面能够准确了解室内环境状况，进而准确把握不同房间中相关设备的运行状态。其中主界面利用按钮能够顺利进入不同房间模块，进入故障警报界面，实时报警。各个房间当中还专门设置了参数按钮，想要顺利进入界面进行参数设置，需要率先通过权限确定，仅有特定用户才能通过指纹方式进入界面进行参数修改，从而使设备维持良好的安全运行状态。用户能够借助实时警报对近期设备故障问题进行查询，同时进行实时报警。此外，还可以利用历史报警功能对相应时间段中的报警状况进行查询，其中需要注意，在数据库内存储了大量历史报警信息，拥有较快的读取速度，整体容量较大。各个房间中还设置了实时趋势图入口，能够选择室内外温差、湿度、温度以及氢气浓度充当基础参数，图形界面内以5秒为间隔，联系当下参数值制作曲线。而相关历史趋势图整体追溯时间是半年，用户能够选择多个或单个变量。

3.2 程序设计

在针对上位机程序实施设计方面，以电动风阀和空调举例，处于手动控制状态下，主备空调能够实施单独设置，系统内主要可以将空调分成三种形式，分别是制热、制冷以及通风，用户想要调整空调的运行状态，需要率先切换空调到远控状态，随后才能合理选择对应模式，处于制冷、制热模式下，想要更好保护空调模块，系统应能够对当下环境温度进行准确判断，分析是否达到开启制热或制冷的条件要求，主要是结合系统所采集的前方各种传感器所测得的参数进行环境判断，在某种运行模式成功启动后，上位机便会自动提示，处于自动化运行状态下，上位机会强制两个空调保持一致的运行模式，而该种强制主要是为了在轮换主备空调中，保持空调模式的一致性[3]。

4 下位机设计

4.1 空调模块

在整个暖通系统中，空调模块属于其中控制逻辑较为复杂，且十分重要的功能模块，空调整体运行模式包括制热、制冷以及通风三种形式。其中各个房间设置两个空调，分别是一主一备，在大部分条件下，系统控制具体可以分成自动和手动两种控制状态，其中手动控制模式十分简单，联系上位机具体指令，能够决定系统运行模式。

4.2 微正压模块

结合功能性分析相邻海上风电平台中房间的正压要求存在某种差异性，为此需要结合模块联动性进行系统分析，该种模块功能牵涉到泄压电动风阀以及压差传感装置，相关操作运行原理是在室外压差超出80PA条件下，进一步启动泄压阀，在正式启动泄压阀后，相关压差数值会进一步降低，在下降至20PA条件下，立刻关闭泄压阀，使用户能够联系具体状况针对压差限值进行自动设置，但同时应该将其控制在传感器指定范围界限中。

4.3 应急事故风机

应急事故的风机启动开关具体可以分成两种控制模式，分别是自动化控制模式和人工手动控制模式，而设备的默认控制模式为自动控制模式，应急事故风机相关启动条件包括三种情况。第一是在室内氢气含量超出10%的情况下会自动启动；第二是在主备空调装置全部产生运行故障的状况；第三种是六氟化硫气体出现外部泄漏的状况。此外还有火灾等其他因素同样会启动应急事故风机。

4.4 除湿机模块

除湿机装置和空调设备比较相像，其中同样设置了主备装置，具体工作运行模式主要可以分成除湿以及通风两种运行模式，其中通风模式能够发挥出相应的防盐雾效果。而微正压系统对应运行正压力主要是除湿机相关通风模式负责提供。除湿机能够顺利把环境中的空气抽至房屋内部，随后系统联系室内外压差实施人工手动控制操作，在进行手动操作控制中联系上位机的具体指示命令实施各项操作。下位机的具体设计过程中包括两种核心点，第一是不同模块操作运行逻辑，第二是系统冗余主要包括空调和自动化控制冗余以及除湿机冗余问题。随着我国相关技术的发展，风电场运行水平得到了明显提升，但依然存在较大的上升空间。为此需要针对系统逻辑架构实施全面改进，例如可以借助人机界面、SCADA系统能够进行人性化操作，同时利用PID调节维护正压系统稳定运行。

5 结束语

综上所述，近几年我国对于海上风电场的建设力度不断扩大，与部分风电较为发达的国家相比，风电场中的暖通监控系统技术依然处于初步研发阶段。参考国外同行发展状况分析，在具体逻辑、架构方面依然有待改进。为此需要不断深入开展研发工作，改进系统中的不足之处，从而进一步提升暖通监控技术。