[b]1　實時監測系統的提出和要求 [/b]　　在電廠中，各生產站點都有自己的監測控制系統，一般彼此互不相連。因此各生產設備運行狀況的實時數據信息都分散存放在各自控制系統的計算機中，廠級領導不能隨時監測全廠范圍的生產運行狀況，這不利于整個電廠的調度和管理。 　　為了追求更高的社會效益和經濟效益，各電廠都在盡力建立全方位的管理信息系統（MIS）， 它必須包括生產現場的實時數據信息，以確保實時掌握生產過程的運行狀態，從而對整個生產、經營、管理作出最佳決策。為了獲得電廠各生產站點、各設備的實時運行狀況，必須在電廠中建立一個介于MIS和現場設備之間的實時監測系統。該系統必須做到：①對于已有控制系統的機組不要重復建立監測站點，只需取出其中關于設備運行狀況的實時信息；②對于已獲取實時數據的其它生產站點也不要重復建立監測站點，只需將數據信息取出并加以組態，傳送到MIS；③在沒有數據采集功能的生產站點，要能從現場采集實時數據信息；④對現場實時數據進行方便的組態；⑤將數據準確、及時傳送給MIS；⑥MIS中的監測計算機可以實時跟蹤設備的運行狀況，并有良好、規范的畫面；⑦易于擴充。 　　實時監測系統介于MIS和現場設備之間，不參與已有現場設備的控制，而是從這些不開放或不完全開放的現場設備控制系統中獲取設備的運行狀況信息，并將這些現場信息組態，傳送至MIS。因此，實時監測系統必須有很強的實時通訊能力，能實現與傳感器、普通微機、工業計算機等之間的通訊，而且要保證數據通訊的準確性，不受現場的強磁場、強電場的干擾。 [b]2　系統整體結構 [/b]　　考慮到實時監測系統要向下獲取生產現場的實時數據信息，向上傳送必要的已更新的現場運行數據信息，同時考慮到電廠是一個強電、強磁的工業環境，具有相當嚴重的干擾，所以采用分級結構，其中底層為現場總線的實時監測系統，如圖1所示。 　　2.1　系統網絡結構 　　發電廠的生產要求極其嚴格，任何計算機網絡的傳輸錯誤都將直接影響到電廠的經濟效益和社會效益，因此生產和管理計算機網絡系統一定要安全、可靠。為此，根據實時監測系統的功能和工程要求將它設計為開放式的三級系統，即監測控制級、網絡數據傳輸級和實時數據后處理級。 　　監測控制級即現場級，它負責數據信息的采集和預處理，統一通訊規程，設計、制作通訊軟硬件。它對下連接控制機構的各種傳感器和執行機構以及DCS系統中的DAS（數據采集系統）部分，以獲取不同數據源的實時數據信息，并與之一起組成現場總線的基本結構。 　　網絡數據傳輸級通過各種標準通訊鏈路，對下連接監測控制級，對上連接數據后處理級。其主要工作是完成實時數據的通訊，包括網絡協議服務器的安裝調試，網絡系統軟件的安裝調試，網絡通訊設備及其驅動軟件的安裝調試。這一級數據網絡采用開放式結構，由組態軟件靈活組態，形成自由拓撲結構，并按MIS的要求對實時監測數據信息進行處理并發送到MIS中去。 　　實時數據后處理級即集成級，通過路由器完成對實時監測系統和MIS這兩個異型網絡的連接。把實時系統的數據信息與由組態軟件開發的監控界面和功能聯系起來，實現對現場實時數據的監測，從而完成實時監測系統在MIS中的集成。 　　2.2　現場總線及其主要特點 　　現場總線的基本內容是在工業現場建立一條高可靠性的開放式數據通訊線路，實現各種傳感器之間以及傳感器和監控計算機之間的數據交換。這條數據通訊線路在傳輸速率方面，不追求商業網絡的高速率，而把注意力集中在系統可靠性方面。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網絡的通信協議、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計LSI芯片的硬件通訊接口，以提高網絡自身的固有可靠性。當然，這種可靠性的提高是以適當降低通訊速率為代價的。在開放結構方面，現場總線允許不同廠家的各種傳感器、控制器、計算機進入現場總線網絡，為系統設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絡進行傳輸的數據實時性要求并不高，再加上在這種網絡中，不再采用前置機，原來前置機的數據通訊和控制功能，被下裝到智能傳感器中，而原來的系統管理、后臺數據處理和系統組態等功能，被上裝到管理級計算機中。在這種系統中，系統監測功能和監測點可根據需要在網絡上的任何一點靈活設置，也可以任意設置系統組態站點，實現動態組態功能。智能傳感器的使用，使得系統管理人員能夠準確地確定系統故障點，同時還可以預報系統故障，使系統可靠性提高到其它系統無法比擬的程度。 3　數據采集及數據通訊 　　對三種不同來源的數據信息的獲取方法有： 　　（1）在DCS系統的工程師站加裝一塊支持現場總線的網卡，并進行軟件配置。使DCS系統成為現場總線上的一個站點，利用DCS系統的開發工具，在其工程師站的操作系統上編制數據讀取程序和數據傳輸程序，把DAS中的數據讀出并通過現場總線網絡發送出去。 　　（2）對于分散站點的數據，通過支持現場總線的軟硬件的配置將其連接到現場總線上；在分散站點上安裝組態軟件，從而實現數據的采集及傳輸。 　　（3）對于尚未獲取的數據信息，可以在現場設備上加裝智能傳感器。智能傳感器具有數據采集和數據傳輸功能，并且由現場總線直接支持。 　　數據中繼站點是數據的中轉站，負責接收各數據站點的數據，然后根據MIS各監測站點的要求將數據重新組合打包發送到MIS中，這樣可以減少MIS網絡占用時間。為盡量節省網絡資源和減少不必要的信息傳送，在網絡上只傳送已更新的數據，不傳送畫面。各監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，根據傳送來的數據動態調用相應的畫面和監測功能。這些畫面和監測功能由組態軟件開發。 [b]4　MIS中的實時監測 [/b]　　MIS對實時數據的監測處理，就是要制作相應的各類監測畫面并實現與之相關的數據處理功能。圖形制作既要簡單、靈活、方便，又要能滿足制作復雜圖形的要求，并且還要符合電力系統標準化、規范化的制圖要求。而數據處理則必須滿足實時性、開放性。因此，為了實現開放性，盡量與國際標準接軌，并使系統能盡量多地支持各種工控設備。筆者認為應該選用國際流行的軟件平臺，即采用組態軟件來開發這些圖形畫面和監測功能模塊，以實現實時數據監測處理。 　　4.1　組態軟件 　　工業控制通用組態軟件，是在工業控制系統復雜程度和計算機技術發展到相當水平以后出現的一種專用的工控系統計算機軟件開發平臺。它能提供靈活多樣的組態方式、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和完成計算機集成系統的各項監控功能；可以利用其圖形開發工具快速設計各種畫面；可以利用其通訊能力建立實時數據和相應畫面的動態聯系。目前，國際上很多家軟件公司生產通用工控組態軟件，與專門硬件廠家提供的軟件相比，通用組態軟件具有更好的標準化運行平臺，能同時支持各種硬件廠家提供的計算機硬件和I/O產品，有標準化的圖形庫，軟件應用水平高、操作方便、人機界面友好、組態靈活、功能強大。 　　4.2　實時數據監測 　　利用組態軟件的通訊接口、圖形庫及對標準數據庫的支持，MIS可以很方便的完成以下監測功能： 　　（1）在MIS系統服務器中實時監測數據庫的動態更新；數據刷新可達毫秒級，可以滿足電廠實時數據的更新要求； 　　（2）工程師、值長站點等所需的生產、運行的數據傳送和動態生成相應曲線、棒圖、餅圖和報表等畫面； 　　（3）廠長、經理站點所需的生產運行數據的傳送和動態生成相應曲線、棒圖、餅圖和報表等畫面，以及下達生產指令等。 5　某電廠實時監測系統的設計 　　某電廠一、二號機組采用西屋公司的WDPFII型控制系統，該系統不完全開放但占有實時數據的70%，并且電廠其它生產站點的自動化水平不一致。因此本實時監測系統網絡協議采用現場總線中的PROFIBUS協議。該協議原是德國國家工業標準，現已發展成為歐洲標準，并且正向FF標準靠攏，在世界上已有數量可觀的用戶和支持者。 在網絡站點中采用PROFIBUS支持的混合存儲介質工作方式，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（即令牌），這種方式保證任一時刻只有一個主站發送數據，并且任一主站在一特定的時間片都可以獲得總線控制權。這樣避免了網絡沖突，提高了系統自身的可靠性。這種高可靠性、低數據傳輸速度與該電廠的實際生產要求是一致的。 　　由于經費原因，工程分兩期進行，第一期主要完成WDPFII數據采集和傳送。在WDPFII的工程師站（DCH）上，利用西屋開發工具庫中的功能函數開發數據讀取程序從而獲取WDPFII的實時數據，然后經過現場總線將數據傳輸至數據集中站點，由FIX組態軟件組態后按MIS要求將實時數據發送到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中根據各監測站點的實際要求，利用組態軟件開發各種標準監測畫面，并將它們與各自對應的實時數據關聯起來（由組態軟件的通訊接口完成）。當生產現場的實時數據發生變化時，監測畫面中與此有關的曲線、棒圖或餅圖產生相應變化，并激活相應的監測功能。 　　這個實時監測系統完全開放，無論是實時數據站點的增減，還是監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。 6　結束語 　　隨著MIS的發展，實時數據進入MIS實現實時監測是必然的趨勢。由于歷史原因造成電廠中DCS不具有完全的開放性、不同生產站點的自動化水平不一致以及電廠強電、強磁的工業環境，使得現場總線將成為實時監測系統的發展趨勢，它的可靠性、開放性和抗干擾性將對工業現場的監測系統結構具有重要的意義。組態軟件以其標準化的結構、方便靈活的組態、強大的繪圖功能以及對多種通訊硬件的支持將對工業監測系統的發展產生重大的影響。筆者在珠江電廠、沙角電廠、湛江電廠等的調研中，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。