[b]1　實時監(jiān)測系統(tǒng)的提出和要求 [/b]　　在電廠中，各生產(chǎn)站點都有自己的監(jiān)測控制系統(tǒng)，一般彼此互不相連。因此各生產(chǎn)設(shè)備運行狀況的實時數(shù)據(jù)信息都分散存放在各自控制系統(tǒng)的計算機中，廠級領(lǐng)導(dǎo)不能隨時監(jiān)測全廠范圍的生產(chǎn)運行狀況，這不利于整個電廠的調(diào)度和管理。 　　為了追求更高的社會效益和經(jīng)濟效益，各電廠都在盡力建立全方位的管理信息系統(tǒng)（MIS）， 它必須包括生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)信息，以確保實時掌握生產(chǎn)過程的運行狀態(tài)，從而對整個生產(chǎn)、經(jīng)營、管理作出最佳決策。為了獲得電廠各生產(chǎn)站點、各設(shè)備的實時運行狀況，必須在電廠中建立一個介于MIS和現(xiàn)場設(shè)備之間的實時監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)必須做到：①對于已有控制系統(tǒng)的機組不要重復(fù)建立監(jiān)測站點，只需取出其中關(guān)于設(shè)備運行狀況的實時信息；②對于已獲取實時數(shù)據(jù)的其它生產(chǎn)站點也不要重復(fù)建立監(jiān)測站點，只需將數(shù)據(jù)信息取出并加以組態(tài)，傳送到MIS；③在沒有數(shù)據(jù)采集功能的生產(chǎn)站點，要能從現(xiàn)場采集實時數(shù)據(jù)信息；④對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)進行方便的組態(tài)；⑤將數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、及時傳送給MIS；⑥MIS中的監(jiān)測計算機可以實時跟蹤設(shè)備的運行狀況，并有良好、規(guī)范的畫面；⑦易于擴充。 　　實時監(jiān)測系統(tǒng)介于MIS和現(xiàn)場設(shè)備之間，不參與已有現(xiàn)場設(shè)備的控制，而是從這些不開放或不完全開放的現(xiàn)場設(shè)備控制系統(tǒng)中獲取設(shè)備的運行狀況信息，并將這些現(xiàn)場信息組態(tài)，傳送至MIS。因此，實時監(jiān)測系統(tǒng)必須有很強的實時通訊能力，能實現(xiàn)與傳感器、普通微機、工業(yè)計算機等之間的通訊，而且要保證數(shù)據(jù)通訊的準(zhǔn)確性，不受現(xiàn)場的強磁場、強電場的干擾。 [b]2　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) [/b]　　考慮到實時監(jiān)測系統(tǒng)要向下獲取生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)信息，向上傳送必要的已更新的現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)信息，同時考慮到電廠是一個強電、強磁的工業(yè)環(huán)境，具有相當(dāng)嚴重的干擾，所以采用分級結(jié)構(gòu)，其中底層為現(xiàn)場總線的實時監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示。 　　2.1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 　　發(fā)電廠的生產(chǎn)要求極其嚴格，任何計算機網(wǎng)絡(luò)的傳輸錯誤都將直接影響到電廠的經(jīng)濟效益和社會效益，因此生產(chǎn)和管理計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一定要安全、可靠。為此，根據(jù)實時監(jiān)測系統(tǒng)的功能和工程要求將它設(shè)計為開放式的三級系統(tǒng)，即監(jiān)測控制級、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸級和實時數(shù)據(jù)后處理級。 　　監(jiān)測控制級即現(xiàn)場級，它負責(zé)數(shù)據(jù)信息的采集和預(yù)處理，統(tǒng)一通訊規(guī)程，設(shè)計、制作通訊軟硬件。它對下連接控制機構(gòu)的各種傳感器和執(zhí)行機構(gòu)以及DCS系統(tǒng)中的DAS（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）部分，以獲取不同數(shù)據(jù)源的實時數(shù)據(jù)信息，并與之一起組成現(xiàn)場總線的基本結(jié)構(gòu)。 　　網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸級通過各種標(biāo)準(zhǔn)通訊鏈路，對下連接監(jiān)測控制級，對上連接數(shù)據(jù)后處理級。其主要工作是完成實時數(shù)據(jù)的通訊，包括網(wǎng)絡(luò)協(xié)議服務(wù)器的安裝調(diào)試，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件的安裝調(diào)試，網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備及其驅(qū)動軟件的安裝調(diào)試。這一級數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)采用開放式結(jié)構(gòu)，由組態(tài)軟件靈活組態(tài)，形成自由拓撲結(jié)構(gòu)，并按MIS的要求對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)信息進行處理并發(fā)送到MIS中去。 　　實時數(shù)據(jù)后處理級即集成級，通過路由器完成對實時監(jiān)測系統(tǒng)和MIS這兩個異型網(wǎng)絡(luò)的連接。把實時系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息與由組態(tài)軟件開發(fā)的監(jiān)控界面和功能聯(lián)系起來，實現(xiàn)對現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測，從而完成實時監(jiān)測系統(tǒng)在MIS中的集成。 　　2.2　現(xiàn)場總線及其主要特點 　　現(xiàn)場總線的基本內(nèi)容是在工業(yè)現(xiàn)場建立一條高可靠性的開放式數(shù)據(jù)通訊線路，實現(xiàn)各種傳感器之間以及傳感器和監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)交換。這條數(shù)據(jù)通訊線路在傳輸速率方面，不追求商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的高速率，而把注意力集中在系統(tǒng)可靠性方面。在可靠性方面不是簡單采用多機冗余方式，而是試圖通過修改傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議、增加抗干擾信息位、改善錯誤檢驗方式和采用專用抗干擾設(shè)計LSI芯片的硬件通訊接口，以提高網(wǎng)絡(luò)自身的固有可靠性。當(dāng)然，這種可靠性的提高是以適當(dāng)降低通訊速率為代價的。在開放結(jié)構(gòu)方面，現(xiàn)場總線允許不同廠家的各種傳感器、控制器、計算機進入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，為系統(tǒng)設(shè)備的互換和更新帶來極大的方便。由于過程控制中需要通過網(wǎng)絡(luò)進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)實時性要求并不高，再加上在這種網(wǎng)絡(luò)中，不再采用前置機，原來前置機的數(shù)據(jù)通訊和控制功能，被下裝到智能傳感器中，而原來的系統(tǒng)管理、后臺數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)組態(tài)等功能，被上裝到管理級計算機中。在這種系統(tǒng)中，系統(tǒng)監(jiān)測功能和監(jiān)測點可根據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)上的任何一點靈活設(shè)置，也可以任意設(shè)置系統(tǒng)組態(tài)站點，實現(xiàn)動態(tài)組態(tài)功能。智能傳感器的使用，使得系統(tǒng)管理人員能夠準(zhǔn)確地確定系統(tǒng)故障點，同時還可以預(yù)報系統(tǒng)故障，使系統(tǒng)可靠性提高到其它系統(tǒng)無法比擬的程度。 3　數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)通訊 　　對三種不同來源的數(shù)據(jù)信息的獲取方法有： 　　（1）在DCS系統(tǒng)的工程師站加裝一塊支持現(xiàn)場總線的網(wǎng)卡，并進行軟件配置。使DCS系統(tǒng)成為現(xiàn)場總線上的一個站點，利用DCS系統(tǒng)的開發(fā)工具，在其工程師站的操作系統(tǒng)上編制數(shù)據(jù)讀取程序和數(shù)據(jù)傳輸程序，把DAS中的數(shù)據(jù)讀出并通過現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。 　　（2）對于分散站點的數(shù)據(jù)，通過支持現(xiàn)場總線的軟硬件的配置將其連接到現(xiàn)場總線上；在分散站點上安裝組態(tài)軟件，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集及傳輸。 　　（3）對于尚未獲取的數(shù)據(jù)信息，可以在現(xiàn)場設(shè)備上加裝智能傳感器。智能傳感器具有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸功能，并且由現(xiàn)場總線直接支持。 　　數(shù)據(jù)中繼站點是數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，負責(zé)接收各數(shù)據(jù)站點的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)MIS各監(jiān)測站點的要求將數(shù)據(jù)重新組合打包發(fā)送到MIS中，這樣可以減少MIS網(wǎng)絡(luò)占用時間。為盡量節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源和減少不必要的信息傳送，在網(wǎng)絡(luò)上只傳送已更新的數(shù)據(jù)，不傳送畫面。各監(jiān)測站點的主畫面和曲線、表格、棒圖、餅圖等都存放在各自的站點，根據(jù)傳送來的數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)用相應(yīng)的畫面和監(jiān)測功能。這些畫面和監(jiān)測功能由組態(tài)軟件開發(fā)。 [b]4　MIS中的實時監(jiān)測 [/b]　　MIS對實時數(shù)據(jù)的監(jiān)測處理，就是要制作相應(yīng)的各類監(jiān)測畫面并實現(xiàn)與之相關(guān)的數(shù)據(jù)處理功能。圖形制作既要簡單、靈活、方便，又要能滿足制作復(fù)雜圖形的要求，并且還要符合電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的制圖要求。而數(shù)據(jù)處理則必須滿足實時性、開放性。因此，為了實現(xiàn)開放性，盡量與國際標(biāo)準(zhǔn)接軌，并使系統(tǒng)能盡量多地支持各種工控設(shè)備。筆者認為應(yīng)該選用國際流行的軟件平臺，即采用組態(tài)軟件來開發(fā)這些圖形畫面和監(jiān)測功能模塊，以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)監(jiān)測處理。 　　4.1　組態(tài)軟件 　　工業(yè)控制通用組態(tài)軟件，是在工業(yè)控制系統(tǒng)復(fù)雜程度和計算機技術(shù)發(fā)展到相當(dāng)水平以后出現(xiàn)的一種專用的工控系統(tǒng)計算機軟件開發(fā)平臺。它能提供靈活多樣的組態(tài)方式、良好的用戶界面和簡捷的使用方法，還可以非常容易地實現(xiàn)和完成計算機集成系統(tǒng)的各項監(jiān)控功能；可以利用其圖形開發(fā)工具快速設(shè)計各種畫面；可以利用其通訊能力建立實時數(shù)據(jù)和相應(yīng)畫面的動態(tài)聯(lián)系。目前，國際上很多家軟件公司生產(chǎn)通用工控組態(tài)軟件，與專門硬件廠家提供的軟件相比，通用組態(tài)軟件具有更好的標(biāo)準(zhǔn)化運行平臺，能同時支持各種硬件廠家提供的計算機硬件和I/O產(chǎn)品，有標(biāo)準(zhǔn)化的圖形庫，軟件應(yīng)用水平高、操作方便、人機界面友好、組態(tài)靈活、功能強大。 　　4.2　實時數(shù)據(jù)監(jiān)測 　　利用組態(tài)軟件的通訊接口、圖形庫及對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的支持，MIS可以很方便的完成以下監(jiān)測功能： 　　（1）在MIS系統(tǒng)服務(wù)器中實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的動態(tài)更新；數(shù)據(jù)刷新可達毫秒級，可以滿足電廠實時數(shù)據(jù)的更新要求； 　　（2）工程師、值長站點等所需的生產(chǎn)、運行的數(shù)據(jù)傳送和動態(tài)生成相應(yīng)曲線、棒圖、餅圖和報表等畫面； 　　（3）廠長、經(jīng)理站點所需的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)的傳送和動態(tài)生成相應(yīng)曲線、棒圖、餅圖和報表等畫面，以及下達生產(chǎn)指令等。 5　某電廠實時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計 　　某電廠一、二號機組采用西屋公司的WDPFII型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不完全開放但占有實時數(shù)據(jù)的70%，并且電廠其它生產(chǎn)站點的自動化水平不一致。因此本實時監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用現(xiàn)場總線中的PROFIBUS協(xié)議。該協(xié)議原是德國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已發(fā)展成為歐洲標(biāo)準(zhǔn)，并且正向FF標(biāo)準(zhǔn)靠攏，在世界上已有數(shù)量可觀的用戶和支持者。 在網(wǎng)絡(luò)站點中采用PROFIBUS支持的混合存儲介質(zhì)工作方式，即主站間按令牌方式，主從站間按主從方式工作。令牌是一條特殊電文，它在主站間按地址升序傳遞總線控制權(quán)（即令牌），這種方式保證任一時刻只有一個主站發(fā)送數(shù)據(jù)，并且任一主站在一特定的時間片都可以獲得總線控制權(quán)。這樣避免了網(wǎng)絡(luò)沖突，提高了系統(tǒng)自身的可靠性。這種高可靠性、低數(shù)據(jù)傳輸速度與該電廠的實際生產(chǎn)要求是一致的。 　　由于經(jīng)費原因，工程分兩期進行，第一期主要完成WDPFII數(shù)據(jù)采集和傳送。在WDPFII的工程師站（DCH）上，利用西屋開發(fā)工具庫中的功能函數(shù)開發(fā)數(shù)據(jù)讀取程序從而獲取WDPFII的實時數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過現(xiàn)場總線將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)集中站點，由FIX組態(tài)軟件組態(tài)后按MIS要求將實時數(shù)據(jù)發(fā)送到MIS中不同的站點。此過程如圖1所示。 　　Fig.2　Real-time monitoring system for a power plant 　　在MIS中根據(jù)各監(jiān)測站點的實際要求，利用組態(tài)軟件開發(fā)各種標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測畫面，并將它們與各自對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來（由組態(tài)軟件的通訊接口完成）。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，監(jiān)測畫面中與此有關(guān)的曲線、棒圖或餅圖產(chǎn)生相應(yīng)變化，并激活相應(yīng)的監(jiān)測功能。 　　這個實時監(jiān)測系統(tǒng)完全開放，無論是實時數(shù)據(jù)站點的增減，還是監(jiān)測站點的擴充或刪減，都只是該站點的局部變化，不會影響整個系統(tǒng)。 6　結(jié)束語 　　隨著MIS的發(fā)展，實時數(shù)據(jù)進入MIS實現(xiàn)實時監(jiān)測是必然的趨勢。由于歷史原因造成電廠中DCS不具有完全的開放性、不同生產(chǎn)站點的自動化水平不一致以及電廠強電、強磁的工業(yè)環(huán)境，使得現(xiàn)場總線將成為實時監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，它的可靠性、開放性和抗干擾性將對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要的意義。組態(tài)軟件以其標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)構(gòu)、方便靈活的組態(tài)、強大的繪圖功能以及對多種通訊硬件的支持將對工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。筆者在珠江電廠、沙角電廠、湛江電廠等的調(diào)研中，廠方對本方案的肯定和合作傾向也在一定程度上表明了這種趨勢。