CN115309112A - 一种与dcs深度融合的智能监盘系统 - Google Patents

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苏永健
徐义巍
刘炜
李彦军
任海彬
郭洪远
李鹏竹
唐永基
闫培耘
李阳
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Ningxia Jingneng Ningdong Electric Power Co ltd
Beijing Jingneng Power Co Ltd
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Ningxia Jingneng Ningdong Electric Power Co ltd
Beijing Jingneng Power Co Ltd
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
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    • G05B19/41845—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS], computer integrated manufacturing [CIM] characterised by system universality, reconfigurability, modularity
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Abstract

本发明属于电厂生产智能监盘领域，具体涉及一种与DCS深度融合的智能监盘系统。包括DCS控制器，DCS网络；第一OPC服务器，第二OPC服务器，实时数据库，预警模型运行平台服务器，智能监盘用户界面，用于显示实时数据、进行人机交互；控制中心模块，定时调用OPC服务器，从DCS网络中进行数据采集，将采集的数据送入所述预警模型运行平台服务器获取预测结果，将所述预测结果写入实时数据库系统，并且在所述智能监盘用户界面显示。通过对数据划分，建立不同系统指标的设备级模型，构建全参数的智能预警系统，对实时的生产数据进行趋势分析和有效性判断，可以预警人为不易发现系统故障。

Description

一种与DCS深度融合的智能监盘系统
技术领域
本发明属于电厂生产智能监盘领域，具体涉及一种与DCS深度融合的智能监盘系统。
背景技术
电力工业向数字化、智慧化发展已成行业趋势，智慧电厂、大数据等概念深入人心，传统的生产运行工作模式已无法满足现阶段生产需要。目前火电厂生产运行工作模式，应在提高机组安全经济性的同时减员增效，优化人员分工，让运行人员把精力投入到提高综合技能层面，来面对火力发电复杂环境。综上所述，进行火电厂智能监盘系统开发，实现以下功能。
（1）实现覆盖机组全参数的预警，由原来的固定阈值超限报警变为偏离正常工况的趋势预警，在异常的早期就进行识别，避免严重事故。
（2）根据设备运行参数同正常工况的偏离程度，建立运行安全、经济评价准则，实时的评价各个设备的安全性和系统的经济性。
（3）在DCS外部建立开放的、标准化的火电厂大数据管理和模型开发平台，平台需采用B/S架构，实现DCS运行数据的收集和展示，提供数据的高效查询和预警模型的训练功能，辅助数据建模团队开展模型的训练工作。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于与DCS深度融合的智能监盘系统，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，包括：
DCS控制器，用于收集前端设备的运行参数数据；
DCS网络，用于传输所述参数数据以及指令；
第一OPC服务器，接收所述DCS网络中的数据，用于处理SIS与环保数据；
第二OPC服务器，接收所述DCS网络中的数据，用于处理智能监盘数据；
实时数据库，显示实时数据的Ovation系统；
预警模型运行平台服务器，接收实时数据分析的请求，调用预警模块进行计算；
智能监盘用户界面，用于显示实时数据、进行人机交互；
控制中心模块，定时调用OPC服务器，从DCS网络中进行数据采集，将采集的数据送入所述预警模型运行平台服务器获取预测结果，将所述预测结果写入实时数据库系统，并且在所述智能监盘用户界面显示。
进一步地，还包括数据管理系统，用于数据的采集、存储和分发。
进一步地，还包括智能专家分析系统，所述智能专家分析系统进行基于预定规则的推理分析，通过一个实时流处理完成对实时数据的处理。
进一步地，所述智能专家分析系统包括基础层和应用层。
进一步地，所述基础层包括知识库管理模块、数据缓存模块、历史数据管理模块；
所述应用层包括数据监听模块、报警规则引擎模块、诊断引擎模块。
进一步地，所述预警模型运行平台采用多进程架构。
进一步地，所述Ovation系统只显示实时数据，不存储历史数据，所有历史数据存储在数据管理系统中。
本发明的有益效果为：通过对数据划分，建立不同系统指标的设备级模型，构建全参数的智能预警系统，对实时的生产数据进行趋势分析和有效性判断，可以预警人为不易发现系统故障，预警设备存在的潜在缺陷，预警机组的经济运行状况，减少生产一线员工的工作量，降低火电厂生产一线人员的劳动强度，提高综合技能。旨在让DCS运行变得更加智能，让机器监盘代替人员监盘，实现减员增效。
具体实施方式
一种与DCS深度融合的智能监盘系统，包括：
DCS控制器，用于收集前端设备的运行参数数据；前端设备上安装有温度传感器、振动传感器、液位传感器、流量计、压力传感器、HART仪表等数据采集元件，DCS控制器接收这些数据采集元件所采集的现场参数数据。
DCS网络，利用有线网络或者无线网络传输前端沈北的参数数据以及指令。
第一OPC服务器，接收DCS网络中的数据，用于处理SIS与环保数据；第二OPC服务器，接收DCS网络中的数据，用于处理智能监盘数据；相当于在DCS网络系统原有的OPC服务器之外，再单独配置一个OPC Server，这两个OPC Server完全独立，互不影响，采用这样的设计方案有以下两点原因：
首先，原有OPC服务器主要为SIS系统数据采集程序和环保数据采集程序提供服务，特别是环保数据对通讯稳定性要求很高。如果故障诊断预警模块连接原来的OvationOPC Server，故障诊断预警模块调试过程中有可能要重启Ovation OPC Server服务，会影响到SIS和环保数据通讯。反过来，SIS和环保数据通讯变更和维护也可能要重启OvationOPC Server服务，也会影响智能监盘系统的通讯。其次，两个OPC Server分别承担对外的数据通讯任务，避免一个OPC Server上的通讯负荷过重。
实时数据库，显示实时数据的Ovation系统；单台火电机组的智慧监盘涉及大约5000个测量参数，每个测量参数又对应两个计算指标，共计15000个测点。如果要将所有数据存储在Ovation历史站中，需要在Ovation系统中建立15000个模拟量点，这种方式将占用Ovation数据库点数较多，数据库负担较重。
对此，本项目将采用独立的实时数据库，Ovation系统只显示实时数据，不存储历史数据，所有历史数据存储在实时数据库中。本项目拟采用功能相对简单的Matrikon实时数据库。
预警模型运行平台服务器，接收实时数据分析的请求，调用预警模块进行计算；
智能监盘用户界面，用于显示实时数据、进行人机交互；
控制中心模块，定时调用OPC服务器，从DCS网络中进行数据采集，将采集的数据送入预警模型运行平台服务器获取预测结果，将预测结果写入实时数据库系统，并且在智能监盘用户界面显示。
还包括数据管理系统，用于数据的采集、存储和分发。
数据管理系统为整个管理平台的数据中枢，负责所有数据的采集、存储和分发，同时为智能专家分析引擎和模型训练系统提供数据相关的服务。数据管理系统的总体架构包括Collector、高级分析模型、2个Retibase数据库、一个OpenTSDB数据库，一个MySQL数据库，以及高级预警模型等几大组成部分。
Collector为定制开发的数据采集模块，负责和DCS智能监盘服务器进行通信，获取所有的监测和预警数据，接收到数据后，它会将数据同时存入OpenTSDB和Retibase之中。
Retibase是自主研发的高性能实时数据存储消息系统，它按行的方式对数据块进行存储，数据块通过时间进行索引，存储和查询效率极高。此外，它对接收到的数据块还将自动进行转发，对于历史数据，它提供了高效的按时间查询的接口。此外，Retibase还可以用于振动数据的存储之中。
Retibase1的作用是对直接来自于DCS智能监盘服务器的数据进行缓存和自动转发，响应时间要求在秒级。
高级预警模型是Retibase01数据的消费者之一，根据需要进行配置，其作用是，以来自于DCS智能监盘服务器的数据为输入，运行一些相对比较耗时的分析模型，提取更多的输入信息，供智能专家分析引擎进行使用；其分析的结果也将同时写入OpenTSDB和Retibase2中，智能专家分析引擎将通过Retibase2获取实时数据，用于专家推理分析。
OpenTSDB是一套开源时序数据库，它使用HBase作为存储，有良好的设计，对metric（知识库中的feature）的数据存储支持到秒级别，本项目拟采用该数据库来存储所有的历史数据，Influnxdb也将作为备选方案。
MySQL为开源的关系数据库系统，主要用于存储智能专家引擎分析得到的异常和故障等事件数据。
智能专家分析系统通过监听Retibase1和Retibase2可以获取到所有的实时数据，通过OpenTSDB可以对历史数据进行查询；而模型训练系统通过OpenTSDB可以快速的提取任一测点的历史数据，用于模型的训练。
智能专家分析系统进行基于预定规则的推理分析，通过一个实时流处理完成对实时数据的处理。
智能专家分析系统包括基础层和应用层。
基础层包括知识库管理模块、数据缓存模块、历史数据管理模块；
应用层包括数据监听模块、报警规则引擎模块、诊断引擎模块。
数据监听模块通过对数据管理系统中的Retibase进行监听，获取实时数据，得到实时数据后，将推送给数据缓存模块和实时专家分析引擎；
实时专家分析引擎采用流式数据处理模式，它首先调用报警规则引擎，对参数预测偏差进行超限预警，一旦出现异常，将触发诊断引擎运行，诊断引擎将根据当前报警的种类，调用相应的规则库进行推理分析，给出可能的故障和处理措施。所有的异常和故障的信息都将送入数据缓存模块进行管理。
数据缓存模块将在内存中缓存来自于Retibase的实时数据，以及实时专家分析引擎所产生的所有数据，对于缓存的不同种类的数据，该模块也将按策略自动的同步到数据管理系统之中。
历史数据管理模块负责对数据管理系统中的所有各类数据库管理接口的统一中转，供离线分析引擎，以及WebAPI模块进行调用。
WebAPI将对基础层和应用层中的各个模块进行包装，以Web接口的方式，对外提供实时数据查询、历史数据管理、以及知识管理等接口，供人机交互系统使用。
预警模型运行平台采用多进程架构。使用C++和Python语言来进行开发，提供C++版本的调用接口，供控制引擎使用。支持数千个分析模型的高效并行运行，各个计算模型可以各自管理各自的计算状态。
Ovation系统只显示实时数据，不存储历史数据，所有历史数据存储在数据管理系统中。

Claims (7)

1.一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，包括：
DCS控制器，用于收集前端设备的运行参数数据；
DCS网络，用于传输所述参数数据以及指令；
第一OPC服务器，接收所述DCS网络中的数据，用于处理SIS与环保数据；
第二OPC服务器，接收所述DCS网络中的数据，用于处理智能监盘数据；
实时数据库，显示实时数据的Ovation系统；
预警模型运行平台服务器，接收实时数据分析的请求，调用预警模块进行计算；
智能监盘用户界面，用于显示实时数据、进行人机交互；
控制中心模块，定时调用OPC服务器，从DCS网络中进行数据采集，将采集的数据送入所述预警模型运行平台服务器获取预测结果，将所述预测结果写入实时数据库系统，并且在所述智能监盘用户界面显示。
2.如权利要求1所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，还包括数据管理系统，用于数据的采集、存储和分发。
3.如权利要求1所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，还包括智能专家分析系统，所述智能专家分析系统进行基于预定规则的推理分析，通过一个实时流处理完成对实时数据的处理。
4.如权利要求3所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，所述智能专家分析系统包括基础层和应用层。
5.如权利要求4所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，所述基础层包括知识库管理模块、数据缓存模块、历史数据管理模块；
所述应用层包括数据监听模块、报警规则引擎模块、诊断引擎模块。
6.如权利要求1所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，所述预警模型运行平台服务器采用多进程架构。
7.如权利要求1所述的一种与DCS深度融合的智能监盘系统，其特征在于，所述Ovation系统只显示实时数据，不存储历史数据，所有历史数据存储在数据管理系统中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116088398A (zh) * 2023-04-10 2023-05-09 中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司 一种用于火电厂智慧监盘报警系统

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