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前言
 
    水利行业作为一个信息密集行业，对信息的依赖程度越来越高，不可能独立于信息化浪潮之外。汪恕诚部长在全国水利科技工作会议上讲到水资源优化配置时指出，对现代化水利，用手工方式是根本不可能实现。它只能也必须采用现代化的手段，应用信息技术、计算机技术、人工智能等技术，建立水资源实时监控管理系统，实现水资源管理的信息化，才能解决这样复杂的资源配置问题。从工程水利向资源水利转变，从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变；从过去重点对水资源的开发、利用和治理，转变为在水资源的开发、利用和治理的同时，更为注重对水资源的配置、节约和保护；从过去对水质、水量、水能的分别管理转变为对水资源的统一配置、统一调度、统一管理，在这个历史转变过程中，水利信息化是实现上述转变的重要技术基础和前提，通过现代化的管理手段，实现水资源的合理配置，这也是水利现代化的重要标志。 

GPRS组网方案
 
    本次建设的蒙开个灌区采集系统由9个水位采集站和开远灌区管理分局组成。分布在灌区各渠道的现地采集站通过GPRS网络与管理分局进行信息传输，把采集站测的水位、liuliang等数据传输到管理分局，进行数据接收、处理、存储等。 

通信前端现地采集站控制机理如下：

    基与GPRS组建的网络，接入方式有三种，即专线接入方式、公网接入方式和无线接入方式，本设计方案兼容原来的采集系统，依然采用原有的GPRS MODEM接入方式。接入示意图如下：

    GPRS通讯方式采用申请专用VPN，移动运营商分配给数据中心Modem网内固定IP地址；数据中心通过无线GPRS Modem与遥测站实现多点对中心数据通信，远地遥测站根据配置的数据中心网内IP地址与数据中心建立数据通道。利用中国移动提供VPN业务，为用户组建基于GPRS的虚拟专有数据网络，通过分配一个固定IP地址网段，这些地址只能在该用户的VPN内部之间通信，不能与其他用户的VPN节点通信，也不能与通过Internet接入的用户节点通信。 

    移动公司可为每一台GPRS DTU的SIM卡分配固定IP地址，数据中心根据每台DTU的ID号或IP地址进行通讯。也可不必为每一台DTU分配固定IP地址，DTU连接GPRS网络后，在指定网段内动态获得IP地址，这种情况下，数据中心根据每台DTU的ID号进行注册和通讯。 

    用户的数据监控中心经无线GPRS Modem连接至移动公司GGSN服务器。这种接入方法的特点： 

    （1）数据在自己的VPN专网内进行通讯，外界的终端或节点不能进入，数据安全性好。 

    （2）数据在自己的VPN专网内进行通讯，也保证了数据传输的实时性。 

    （3）接入成本仅为DDN专线接入的三分之一。费用降低，使用带宽在40—80K之间，通讯性能完全满足灌区水情报文数据传输要求。 

    （4）数据传输量大。进行远程下载数据时，一次大传输数据量可以是测站RTU存储的半年数据。

    （5）中心接入点或遥测站均可绑定内网固定IP，偶尔掉线可以控制再自动上线，不会丢失地址。 

    在条件许可的情况下，移动还提供中心端专线（光纤）接入的方案，中心端带宽更宽，可达2M，中心端IP也是固定的，数据也是在VPN专网内传输，适合大批量数据传输业务。 

    由GPRS无线网络将遥测站的数据传送到管理中心后，首先经过防火墙，由通信服务程序进行检错、数据格式归一化处理，再以TCP/IP方式发送给数据库服务器，由入库软件程序进行数据解析、标记、合成等处理后，将数据写入相应的数据库。勇WEB服务软件从数据库种读取遥测数据，通过网页的方式，以图形化的界面显示实时遥测数据及统计统计分析报表等。

管理中心数据流程

    采集点与管理分局之间的网络设计，在2003年信息化建设一期工程实施中，已建的4个信息采集站采用GPRS通信组网方式建立了与中心站的数据传输网络，在2004年实施方案确定的监测站点，也是采用GPRS组网。由于本次新建站点其通信条件相近，为了使新建的站点的信息采集系统与已建的站点和数据中心的通信方式完全兼容，本次设计的9个信息采集点仍采用GPRS通信组网方式。开远灌区信息化试点工程系统整体框架为三级网络结构，相对应于蒙开个管理中心、开远灌区管理分局和现地采集站三个级别。网络结构比较单一，主要建设任务是实现9个水位监测站通过GPRS网络与开远管理分局的数据传输。

系统网络拓扑图

系统总体框架

解决方案设计优点 
 
    覆盖范围广； 
    不受距离与地形限制； 
    使用费率低； 
    设备功耗低、维护简单，扩展方便； 
    速度高； 
    技术成熟，设备兼容性好，设备选择余地大。 

风机的用电现状
　　能源是国家重要的物质，能源的供需矛盾已成为制约我国社会主义经济建设的主要因素之一。在能源问题上国务院提出“节约与开发并重”的方针，就是依靠技术进步，把节约能源以解决能源问题作为我国重要的技术经济政策。
　　据不完全统计，全国风机、水泵、压缩机就有1500万台电动机，用电量占全国总发电量的40～50%，这些电动机大多在低的电能利用率下运行，只要将这些电动机电能利用率tigao10～15%，全年可节电300亿KW以上。
　　根据火电设计规程SDJ-79规定，燃煤锅炉的送、引风机的风量裕度分别为5%和5%～10%，风压裕度分别为10%和10%～15%。设计过程中很难计算管网的阻力、并考虑到长期运行过程中发生的各种问题，通常总是把系统的大风量和风压裕度作为选型的依据，但风机的型号和系列是有限的，往往选取不到合适的风机型号时就往上靠，裕度大于20～30%比较常见。因此这些风机运行时，只有靠调节风门或风道挡板的开度来满足生产工艺对风量的要求。风机机械特性为平方转矩特性，风机运行时，靠调节风门或者风道档板的开度来调节风机风量的方法，称为节流调节。在节流调节过程中，风机固有特性不变，仅仅靠关小风门或挡板的开度，人为地增加管路的阻力，由此增大管路系统的损失，不利于风机的节能运行。
　　采用调速控制装置，通过改变风机的转速，从而改变风机风量以适应生产工艺的需要，这种调节方式称为风机的调速控制。风机以调速控制方式运行能耗省，综合效益高。交流电机的调速方式有多种、变频调速是高效的佳调速方案，它可以实现风机的无级调速，并可方便地组成闭环控制系统、实现恒压或恒liuliang的控制。
　　·风机节电原理
　　如图示为风机风压H-风量Q曲线特性图:

　　n1-代表风机在额定转速运行时的特性；
　　n2-代表风机降速运行在n2转速时的特性；
　　R1-代表风机管路阻力小时的阻力特性；
　　R2-代表风机管路阻力增大到某一数组时的阻力特性。
　　风机在管路特性曲线R1工作时，工况点为A，其liuliang压力分别为Q1、H1，此时风机所需的功率正比于H1与Q1的乘积，即正比于AH1OQ1的面积。由于工艺要求需减小风量到Q2，实际上通过增加管网管阻，使风机的工作点移到R2上的B点，风压增大到H2，这时风机所需的功率正比H2Q2的面积，即正比于BH2OQ2的面积。显然风机所需的功率增大了。这种调节方式控制虽然简单、但功率消耗大，不利于节能，是以高运行成本换取简单控制方式。
　　若采用变频调速，风机转速由n1下降到n2，这时工作点由A点移到C点，liuliang仍是Q2，压力由H1降到H3，这时变频调速后风机所需的功率正比于H3与Q2的乘积，即正比于CH3OQ2的面积，由图可见功率的减少是明显的。
　　·变频改造方案
　　根据风机配置特作如下变频改造方案：
　　1）风机上装设变频系统（如图一）；
　　2）设置远程控制和就地控制两种方式；
　　3）保留原工频系统及其联动方式，且和变频器系统互为备用。　　

　　变频节能系统特点
　　1、采用CHF100变频器，调速范围宽，变频器调速范围能适应各种调速设备的要求，频率范围0.00-600.00Hz可调；
　　2、控制精度高，变频器的数字设定分辨率为±%,模拟设定分辨率为±0.1%；
　　3、动态特性好，变频器采用自关断器件IGBT速度快，且采用SPWM控制模式，负载电压和频率受控变频器的CPU，故调节速度快，系统的动态性能好；
　　4、控制功能强，能满足各种不同的控制系统，通过端子可与各种频率设定信号连接，如：0～10V，4～20mA。可通过端子控制正反转等多种操作；
　　5、通过合理调整转矩tisheng，转矩限定功能，电流限幅功能参数，可满足大起动转矩，运行中负载突化也不会引起跳闸等事故；
　　6、CHF100变频器可与上位计算机或者可编程控制器（PLC）通信，实现远程设定或修改变频器参数，监控变频器的运行状态等信息，从而组成工业以太网，实现集中控制；
　　7、保护功能齐全，变频器有25种保护功能，对过压、欠压、过流、过载、过热均能通过计算机高速计算并给予保护，且能对发生故障的原因给予纪录；
　　8、变频器内部有电机防噪装置，在线调节载波频率，实时改变电机的运行噪声。
　　·总结
　　 在风机、水泵、压缩机等应用领域，引入变频调速控制技术，能达到很好的节能效果，同时，也降低了电机启动时对电网的冲击，tigao了设备的功率因数，延长了机械系统的使用寿命，tisheng了系统的可靠性，另外，因为变频器强大的保护功能，对设备起到了很好的保护作用，有效降低了设备的维护成本。近几年，随着变频调速技术的不断推广与应用，从实践结果来看，得到了良好经济效应与社会效应，并且，也得到用户的广泛认同。

 2、设计原则

　　 基于上述指导思想，确定设计原则如下：（1）风险分散：一个操作员出现问题不影响本机自动、保护装置的运行；

　　 一个操作员站的一个采集子网出现故障不影响其他子网的运行；一个网络

　　 节点出现故障不使整网瘫痪；设置与外界的物理隔断，避免病毒或恶意破坏。

　　 （2）稳定可靠：保证设备长期稳定工作，取代部分常规仪表。（3）良好的扩展性：网络应易于增加节点，易于连接新型采集装置，易于与

　　 其他系统进行数据交换。

　　 （4）完备的系统功能

　　 新系统应具备如下功能：

　　      A 、能连续监视机组各种运行参数及设备的运行状态，并对各参数进行

　　      必要的处理。有CRT屏幕显示，能够显示各种参数，表格，曲线，棒状图，趋势

　　      图和模拟图等画面。   

B 、能够提供定时打印、召唤打印和报警打印。 

C 、能够调用有关历史数据供事故分析和经济运行应用。 

D 、能提供完整的报警信息，对任何报警能给出具有报警点详细说明的 CRT 显示。能实现网上数据共享，能够与其他热工参数采集系统相连接。 

系统构成 
经认真考察和慎重论证，我们选定了 Wonderware 公司的 FactorySuite 系列套件。 Wonderware 公司是一家美国公司，它开发出了基于 Microsoft bbbbbbs 平台、应用于工业及过程自动化领域的套装软件 FactorySuite ，其构成类似于 Microsoft Office ，是一个多功能软件包，易学 易用。 

系统硬件在充分发挥现场 PLC 和 SRE 巡测仪作用的基础上增加 ADAM 模块，实现不同类型的数据接入。 

因此，石家庄热电厂热工参数采集系统（以下简称数采系统）采用了 FactorySuite 的部分组件，它们是： InTouch7.1 、 Factory Focus7.1 、 InSQL7.1 、 SuiteVoyager 2.0 和 ActiveFactory 。这些组件与系统硬件协调构成了数采系统。 

四台机组连同其辅助系统（燃料输送、化学水处理和除氧给水系统）各设立操作员站，并由设立在汽机班长室的工程师站进行统一管理，由此构成了本数采系统以太网的结构方式，其结构示意图见所附“网络结构图”。 

图中各操作员站完成了数据的采集和传输，工程师站完成对系统的管理和信息发布，历史站完成了数据的存储和对外数据交换，由此实现了一系列设计构想，达到了工程目的。 

系统工作原理 
按照设计原则，系统以设立在汽机班长室的工程师站为中心，通过 HUB 将 #12 — 15 机炉以及燃料输送和化学水处理等十个操作员站连接成一个以太网 , 并通过工程师站向厂 MIS 发布相关画面和数据；历史站接受十个操作员站的数据，完成存储并向厂综合数据库转发数据。操作员站和工程师站以 InTouch7.1 为工作平台，在此基础上开发应用软件，实现系统设计功能。历史站安装 5000 点数据库。 InSQL Server 是工厂实时关系型数据库，具有速度快捷、查询方便和组态简单的特点； SuiteVoyager 可将选定的内容进行发布，客户端不用安装任何软件，利用 bbbbbbS 的 IE 浏览器就可方便的查询有关数据。操作员站通过运行 ADAM 、 OMRONHL 和 SRE （自行开发）三种 I/O Server 将现场各种热工数据采集上来。该结构方式各个系统相对独立运行，实现了风险分散的目的。

1 、操作员站 
一个操作员站就是一个独立的实时数据网，利用串口扩展技术，又方便地连接了若干个小数据网络（子网）。典型的结构见所附“操作员站结构图”。图中的 OMRON 公司的 PLC 和研华公司的 ADAM 模块都有完备的通讯功能，上海电力学院的 SRE 巡测仪也具备串口通讯功能，我们经过研发，开发出了它的通讯程序，这样就解决了子网通讯问题。具体说明如下： 

操作系统 :bbbbbbs NT 4.0 
工作环境： FactoryFocus 7.1 
应用程序：在 FactoryFcous 7.1 基础上自行开发 
I/O Server ： Omron Hl ADAM SRE 
计算机 : 康泰克工控机（ CPU800MHZ 、 40G ） 
通讯方式： C104P 型串口扩展卡 2 块，自制屏蔽通讯电缆若干条，网卡及网线。 
采集装置： PLC 、 SRE 巡测仪、 ADAM 系列模块 
OMRON 公司的 PLC 系列产品已在我厂东厂区机炉的本体保护、灭火保护和安全门保护中使用。 PLC 是一套独立的控制系统，本身具备数据的采集和处理能力，因此，只要增插一块 Hostbbbb 卡就可与操作员站连接，并通过设置 OMRON HL 通讯软件实现与 PLC 的数据交换。这种方法可低成本地接入大量的开关量数据。 

研华公司的 ADAM 系列模块已经在我厂化学和燃料的热工参数采集系统中得到了很好的应用，具有使用简单、组网方便的特点。本工程选用研华系列模块，用于采集标准模拟量信号（ 0-10mA 或 4-20mA ）。利用 ADAM 软件对 4017 和 4520 通讯模块进行配置，可简便的构成一个子网。另外，选用该型设备可以方便的实现设备互换，为今后的维修服务和备品备件的来源提供了方便。 

SRE 型巡测仪：我厂东厂区机炉的大部分温度信号是用上海电力学院的 SRE 系列产品来指示的，它具备完整串口通讯功能。我们已经用 VB 语言成功的开发了与 InTouch 的通讯程序，接入大量的温度数据，现场运行良好。 

2 、工程师站 
工程师站是网络的中心环节，操作系统室 bbbbbbs2000 Server 版，工作软件是 InTouch 7.1 （ 3000 点）和 SuiteVoyager 2.0 。在这里对其他操作员站实施管理 实现网络同步。综合有关数据，编制画面，完成数据格式转换，向 MIS 用户发布信息并进行访问管理。这里也是实时数据系统的对外物理隔断，外界信息不能进入下一层数据网，有效的保证了系统安全。 

3 、历史站 
从 HUB 接出，完成实时数据的存储、检索和对厂综合数据库的数据交换。操作系统为 bbbbbbs NT 4.0 ，工作软件是 InSQL Server 5000 点和 ActiveFactory 2.0 。 InSQL Server 是实时关系型工厂数据库，采用了高压缩比的数据格式和 Suibbbink 的快速通讯方式，使得占用硬盘空间小通讯检索速度快 .ActiveFactory 2.0 提供了方便、准确、多方式的查询手段，完全满足了事故分析、经济分析和性能计算的需要。 

系统性能指标 
工程竣工后，经现场测试，达到了如下的性能指标： 

系统可用率—— 99.9 ％ 
系统精度：满足± 0.1% 的精度要求 
显示正确性：实际大误差是 -0.045% ，满足要求。 
一致性：比较与二次仪表指示值的一致性为 100 ％。，满足要求。 
抗干扰能力：满足共模电压 250V 、共模抑制比 120dB 、差模电压 60V 、差模抑制比 120dB 的设计要求。 
系统实时性和响应速度： 

系统裕量： 
采集板 CPU 负荷率不大于 40% ，实际值是 20% ，合格。 

操是作员站 CPU 负荷率不大于 40% ，实际大值是 30% ，合格。 

I/O 点裕量：不小于 15% ，实际值是 20% ，合格。 

电源负荷不大于 30% —— 40% ，实际值是 20% ，合格。 

数据正确率： 
设计要求，当信号源正常时，数据正确率应不低于 98% 。实际值为 99.5 ％，达到了设计要求。 

工程概况 
工程量： 2001 年 1 月成立 5 人工程小组，并于当月 9 日开始施工， 2002 年 4 月 15 竣工验收，历时 3 个月。其中 2001.1.9 — 2.001.2.20 进行软件开发， 2001..3.21 — 2001.4.14 进行现场施工。 
硬件的设计安装 （ 仅对＃ 12 —＃ 15 机炉 8 个操作员站的统计 ）: 
（ 1 ）设计、制作并安装计算机工作台 8 个。 

（ 2 ）设计、制作、并安装数据采集柜 2 面。 

（ 3 ）设计、制作、并安装数据采集板 8 块。 

（ 4 ）安装 ADAM 模块 56 块，配线 380 对。 

（ 5 ）敷设网络通讯电缆 800 米。敷设控制电缆 1000 米。 

（ 6 ）制作、敷设采集通讯线 40 根。 

（ 7 ）配置、安装数采计算机 10 台（软件安装、串口扩展和网卡安装等），安装 HUB1 台。 

（ 8 ）改造 PLC5 台， SRE 巡测仪 7 台。 

（ 9 ）连接采集装置 3 类（ PLC 、 SRE 、 ADAM ） 20 个。 

（ 10 ）系统容量：1500 点 

软件开发： 
（ 1 ）开发 SRE 巡测仪通讯程序一套。 

（ 2 ）利用 InTouch 7.1 开发出了由100余副画面组成的操作员站应用软件。 

（ 3 ） 开发发布信息程序一套（ 20 画面）。 

结束语 
众所周知，当前流行的 DCS 系统具备完备的数据采集功能，但对于采用传统热控技术的中小型火力发电机组，要进行 DCS 改造，所需费用是巨大的，工期是比较长的。如何在不具备 DCS 改造条件或不打算改造的情况下解决生产过程信息化的问题，本文提出一个解决方案 ， 以适应当前电力改革对生产过程信息的迫切要求。