CN105487478B - 一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法，该平台包括现场设备控制层，其用于实时采集和控制冷热电联供系统现场设备运行状态数据，并将实时采集的运行状态数据传送至平台服务层；平台服务层与现场设备控制层相互通信，平台服务层用于将实时接收的冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行存储；监控数据处理层，其用于调取存储至平台服务层的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理，优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。该平台有良好的可扩展性和普适性，运行效率高且运行安全平稳。

Description

一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法

技术领域

本发明属于监控系统领域，尤其涉及一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法。

背景技术

当今世界，能源和环境问题越来越被人们所重视。我国将可持续发展提升到了国家战略的层次，并以此为契机，大力发展清洁能源，提高能源利用率，提高全民的环保节能意识。分布式冷热电联供系统是为终端用户提供灵活、节能型综合能源服务的重要途径。分布式供能最重要的功能在于高效的满足用户对冷热电的需求。冷热电三联供系统是一种建立在能量梯级利用基础上的综合产、用能系统。系统靠近用户侧，由一次能源驱动发电机，然后利用各种余热回收利用设备实现能源的梯级利用，从而在满足用户的冷热电需求的基础上极大地提高了能源利用率。

冷热电联供作为一个复杂的系统，包含了内燃机模块、发电机模块、余热回收利用模块等不同部分，每一个部分又包含了数个传感器及控制器，这使得系统数据采集量及处理量都很大。而采集处理整个系统数据的监控系统将负责保证整个系统安全、高效的运行。

为此，冷热电联供系统对监控平台提出了较高的要求。首先，监控系统要有良好的人机交互界面。美观便捷的界面有助于操作人员及时全面的掌控整个系统的运行状态，并且在系统中监控点发生改变时及时的进行调整。其次，冷热电联供系统涉及多种设备，系统结构复杂，工况多变，因此系统的调度策略对节能减排是至关重要的，监控系统需要能够实现复杂优化调度策略。再者，冷热电联供系统的数据量比较大，需要深入优化才能充分挖掘节能潜力，在数据处理的过程中要进行滤波，多频带分解等，需要具有丰富良好的算法库供调用。最后，冷热电联供系统涉及到多个厂家的不同嵌入式系统、PLC以及其他控制器，要求监控平台提供通用的接口，系统必须具有较高的通用性与可移植性。

通过对现有专利及相关文献的查询，发现目前用于冷热电联供这种复杂系统的监控多采用以下两种方式：

(1)采用与现场可编程逻辑控制器即PLC(Programmable Logic Controller)相配套的组态软件进行监控。如专利《基于膜结构参数模型的超滤自动控制系统及控制方法》即采用组态王进行监控系统的搭建，进而控制现场PLC。基于组态软件的方法开发速度快，编程、维护要求低，图形界面直观丰富，且能与PLC无缝集成。但是组态软件难以实现一些复杂的实时性要求高的算法，数据处理能力欠缺。

(2)利用高级编程语言自主开发监控系统。如专利《基于无线传感器网络的石油井架应力测量与数据采集系统》即由Visual Basic 6.0编制的用户应用程序采用OLE技术来获得Microsoft Access的控制句柄，从而实现整个系统的运行。利用高级编程语言编译的监控软件运行效率高，开发灵活，可实现复杂算法，程序编译运行，可以实现高强度的加密，较好的保护知识产权。但是软件开发周期长，实现丰富的人机界面比较困难，后期维护量大，增加、修改一些简单的功能需要派遣开发工程师到现场调试，后期维护费用高。

发明内容

为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种适用于冷热电联供系统的监控平台及其工作方法。该平台能够广泛的应用于不同的冷热电联供系统中，具有良好的可扩展性和普适性，能够提高整个系统的运行效率，同时又能保证系统安全平稳的运行。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种适用于冷热电联供系统的监控平台，包括现场设备控制层、平台服务层以及监控数据处理层；所述现场设备控制层，其用于实时采集和控制冷热电联供系统现场设备运行状态数据，并将实时采集的运行状态数据传送至平台服务层；

所述平台服务层与现场设备控制层相互通信，平台服务层用于将实时接收的冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行存储；

所述监控数据处理层，其用于调取存储至平台服务层的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理，优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。

所述现场设备控制层包括控制单元和数据采集单元，所述数据采集单元的输入端与冷热电联供系统相连，用于采集冷热电联供系统的运行状态数据；数据采集单元的输出端与控制单元相连；所述控制单元还与平台服务层和冷热电联供电系统分别相连。

所述数据采集单元包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。

所述平台服务层包括OPC服务器，所述OPC服务器用于实现现场设备控制层与监控数据处理层相互通信。

所述监控数据处理层包括OPC客户端，所述OPC客户端用于从OPC服务器调取冷热电联供系统现场设备运行状态数据并判断所述运行状态数据是否需要优化，若需要优化，则将需要优化的运行状态数据传送至优化处理单元进行优化。

所述监控数据处理层还包括组态软件单元，其用于实时显示现场设备运行参数，对异常情况进行报警，并用于获取优化后的运行状态数据并经平台服务层传送至现场设备控制层。

所述优化处理单元为MATLAB优化处理单元。

所述组态软件单元为Wincc组态软件。

一种适用于冷热电联供系统的监控平台的工作方法，包括：

步骤(1)：初始化适用于冷热电联供系统的监控平台；

步骤(2)：通过平台服务层建立现场设备控制层与监控数据处理层的通信连接；

步骤(3)：监控数据处理层通过平台服务层调取现场设备控制层实时采集的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理；

步骤(4)：将优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。

在所述步骤(3)中，监控数据处理层对冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行优化处理的具体过程，包括：

步骤(3.1)：监控数据处理层的OPC客户端读取平台服务层的OPC服务器中存储的冷热电联供系统现场设备运行状态数据写入并更新处于平台服务层的接收数据库中的数据；

步骤(3.2)：根据接收数据库中的数据与预设需求数据相比较，判断接收数据库中的数据是否需要优化，若是，则进入下一步；否则，返回步骤(3.1)；

步骤(3.3)：启动监控数据处理层的优化处理单元，并获取接收数据库中的数据，运行优化控制算法，并将优化后得到的结果写入处于平台服务层的处理数据库；

步骤(3.4)：监控数据处理层的组态软件单元设置与处理数据库相关联的变量，并根据相关联的变量查询优化数据，并将优化数据并传送至平台服务层。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的适用于冷热电联供监控平台能够广泛的应用于不同的冷热电联供系统中，具有良好的可扩展性和普适性，能够提高整个系统的运行效率，同时又能保证系统安全平稳的运行，既能比较快速的开发良好的人机交互系统，又能灵活的进行数据处理，可以实现复杂的优化算法，提高系统的整体性能。

(2)本发明采用OPC服务器—客户端模式，平台可接入多种现场设备控制器，免于重复开发通信协议，同时使监控平台具有良好的开放性与通用性。

附图说明

图1为本发明的适用于冷热电联供系统监控平台的结构框图；

图2为本发明的适用于冷热电联供系统监控平台的实施例结构图；

图3为本发明的适用于冷热电联供系统监控平台的工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明的适用于冷热电联供系统的监控平台，包括：现场设备控制层、平台服务层以及监控数据处理层。

其中，现场设备控制层，其用于实时采集和控制冷热电联供系统现场设备运行状态数据，并将实时采集的运行状态数据传送至平台服务层；

平台服务层与现场设备控制层相互通信，平台服务层用于将实时接收的冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行存储；

监控数据处理层，其用于调取存储至平台服务层的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理，优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。

其中，现场设备控制层包括控制单元和数据采集单元，所述数据采集单元的输入端与冷热电联供系统相连，用于采集冷热电联供电系统的运行状态数据；数据采集单元的输出端与控制单元相连；所述控制单元还与平台服务层和冷热电联供电系统分别相连。

进一步地，数据采集单元包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。

其中，如图2所示，平台服务层包括OPC服务器，所述OPC服务器用于实现现场设备控制层与监控数据处理层相互通信。

监控数据处理层包括OPC客户端，所述OPC客户端用于从OPC服务器调取冷热电联供系统现场设备运行状态数据并判断所述运行状态数据是否需要优化，若需要优化，则将需要优化的运行状态数据传送至优化处理单元进行优化。

监控数据处理层还包括组态软件单元，其用于获取优化后的运行状态数据并经平台服务层传送至现场设备控制层。

本实施例的优化处理单元为MATLAB优化处理单元；组态软件单元为Wincc组态软件。

本发明的适用于冷热电联供系统的监控平台的工作方法，包括：

步骤(1)：初始化适用于冷热电联供系统的监控平台；

步骤(2)：通过平台服务层建立现场设备控制层与监控数据处理层的通信连接；

步骤(3)：监控数据处理层通过平台服务层调取现场设备控制层实时采集的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理；

步骤(4)：将优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。

具体地，监控平台初始化包括平台服务层初始化和监控数据处理层初始化。

平台服务层初始化：OPC服务器初始化，建立现场设备控制层与监控数据处理层的通信连接；数据库初始化，提供历史数据，并准备接受新数据；

监控数据处理层初始化：组态软件初始化，建立起各个变量与现场设备控制层的PLC中各个点的联系；OPC客户端初始化，建立起客户端与服务器的联系；MATLAB优化处理单元初始化。其中，MATLAB优化处理单元读取历史数据，预测负荷，运行优化调度策略，得到优化后的结果。

在所述步骤(3)中，监控数据处理层对冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行优化处理的具体过程，包括：

步骤(3.1)：监控数据处理层的OPC客户端读取平台服务层的OPC服务器中存储的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并写入并更新处于平台服务层的接收数据库中的数据；

步骤(3.2)：根据接收数据库中的数据与预设需求数据相比较，判断接收数据库中的数据是否需要优化，若是，则进入下一步；否则，返回步骤(3.1)；

步骤(3.3)：启动监控数据处理层的优化处理单元，并获取接收数据库中的数据，运行优化控制算法，并将优化后得到的结果写入处于平台服务层的处理数据库；

步骤(3.4)：监控数据处理层的组态软件单元设置与处理数据库相关联的变量，并根据相关联的变量查询优化数据，并将优化数据并传送至平台服务层。

如图3所示，给出了控制系统运行的流程示意图，该系统通过下述过程完成对整个冷热电联供系统的监控与优化：

(1)监控平台的Wincc组态软件、OPC客户端以及MATLAB优化处理单元初始化；

(2)建立现场设备控制层的PLC与Wincc及OPC服务器的通信连接；

(3)Wincc组态软件采集到的数据将直接在监控界面中显示；

(4)OPC客户端读取OPC服务器中的数据并写入Data-Received数据库，同时更新历史数据库；

(5)程序执行判断，根据采集到的数据对比需求，是否需要对系统进行优化，如果不需要则重新回到上一步；如果需要优化则启动MATLAB优化处理单元；

(6)MATLAB优化处理单元读取Data-Received中的数据，运行优化控制算法，并将优化后得到的结果写入数据库Data-Processed；

(7)Wincc组态软件中设置变量与数据库Data-Processed相关联，并不断地判断是否是新的优化数据，如果不是则继续判断，若是新数据写入数据库，则Wincc组态软件将读取新数据，并将优化结果传递给PLC，由PLC控制现场设备，实现优化控制。

在本发明中Wincc组态软件的作用是：实时显示现场设备控制层获取到的数据，并对异常数据进行报警，获取优化后运行状态数据传递给现场设备控制层。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种适用于冷热电联供系统的监控平台，其特征在于，包括现场设备控制层、平台服务层以及监控数据处理层；所述现场设备控制层，其用于实时采集和控制冷热电联供系统现场设备运行状态数据，并将实时采集的运行状态数据传送至平台服务层；

所述平台服务层与现场设备控制层相互通信，平台服务层用于将实时接收的冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行存储；

所述监控数据处理层，其用于调取存储至平台服务层的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理，优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况；

所述平台服务层包括OPC服务器，所述OPC服务器用于实现现场设备控制层与监控数据处理层相互通信；

所述监控数据处理层包括OPC客户端，所述OPC客户端用于从OPC服务器调取冷热电联供系统现场设备运行状态数据并判断所述运行状态数据是否需要优化，若需要优化，则将需要优化的运行状态数据传送至优化处理单元进行优化；

所述监控数据处理层还包括组态软件单元，其用于实时显示现场设备运行参数，对异常情况进行报警，并用于获取优化后的运行状态数据并经平台服务层传送至现场设备控制层；

所述优化处理单元为MATLAB优化处理单元；

所述组态软件单元为Wincc组态软件；

还包括控制系统，该控制系统通过下述过程完成对整个冷热电联供系统的监控与优化：

监控平台的Wincc组态软件、OPC客户端以及MATLAB优化处理单元初始化；

建立现场设备控制层的PLC与Wincc及OPC服务器的通信连接；

Wincc组态软件采集到的数据将直接在监控界面中显示；

OPC客户端读取OPC服务器中的数据并写入Data-Received数据库，同时更新历史数据库；

程序执行判断，根据采集到的数据对比需求，是否需要对系统进行优化，如果不需要则重新回到上一步；如果需要优化则启动MATLAB优化处理单元；

MATLAB优化处理单元读取Data-Received中的数据，运行优化控制算法，并将优化后得到的结果写入数据库Data-Processed；

Wincc组态软件中设置变量与数据库Data-Processed相关联，并不断地判断是否是新的优化数据，如果不是则继续判断，若是新数据写入数据库，则Wincc组态软件将读取新数据，并将优化结果传递给PLC，由PLC控制现场设备，实现优化控制。

2.如权利要求1所述的一种适用于冷热电联供系统的监控平台，其特征在于，所述现场设备控制层包括控制单元和数据采集单元，所述数据采集单元的输入端与冷热电联供系统相连，用于采集冷热电联供系统的运行状态数据；数据采集单元的输出端与控制单元相连；所述控制单元还与平台服务层和冷热电联供电系统分别相连。

3.如权利要求2所述的一种适用于冷热电联供系统的监控平台，其特征在于，所述数据采集单元包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。

4.一种基于如权利要求1-3任一所述的适用于冷热电联供系统的监控平台的工作方法，其特征在于，包括：

步骤（1）：初始化适用于冷热电联供系统的监控平台；

步骤（2）：通过平台服务层建立现场设备控制层与监控数据处理层的通信连接；

步骤（3）：监控数据处理层通过平台服务层调取现场设备控制层实时采集的冷热电联供系统现场设备运行状态数据并进行优化处理；

步骤（4）：将优化后的冷热电联供系统现场设备运行状态数据由平台服务层反馈至现场设备控制层，最后通过所述现场设备控制层控制冷热电联供系统达到运行最优工况。

5.如权利要求4所述的一种适用于冷热电联供系统的监控平台的工作方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，监控数据处理层对冷热电联供系统现场设备运行状态数据进行优化处理的具体过程，包括：

步骤（3.1）：监控数据处理层的OPC客户端读取平台服务层的OPC服务器中存储的冷热电联供系统现场设备运行状态数据写入并更新处于平台服务层的接收数据库中的数据；

步骤（3.2）：根据接收数据库中的数据与预设需求数据相比较，判断接收数据库中的数据是否需要优化，若是，则进入下一步；否则，返回步骤（3.1）；

步骤（3.3）：启动监控数据处理层的优化处理单元，并获取接收数据库中的数据，运行优化控制算法，并将优化后得到的结果写入处于平台服务层的处理数据库；

步骤（3.4）：监控数据处理层的组态软件单元设置与处理数据库相关联的变量，并根据相关联的变量查询优化数据，并将优化数据并传送至平台服务层。