电厂远程实时监控Web网站开发.docx
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电厂远程实时监控Web网站开发.docx
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电厂远程实时监控Web网站开发
电厂远程实时监控Web网站开发
摘要
随着计算机与信息技术的快速发展,各大电厂开始采用新技术对整个自动化设备与管理进行现代化改造,用户对生产过程中的监视和控制信息设备的需求在显著增加,所以进行基于Web网站下开发电厂远程监控系统建设势在必行。
本文首先针对远程监控技术的研究现状和发展趋势进行了深入的分析,并对课题研究的背景、意义和内容进行了论述,接下来具体介绍了开发系统所需ThinkPHP框架的特点,深入了解相关界面设计技术如HTML语言、jQuery库、Div+CSS技术的用法,综合结合电厂实际需要及框架优点,提出了电厂的远程实时监控Web网站开发这一课题。
本文以Web网站为平台,在ThinkPHP框架中设计前台登录页面及电厂监控页面。
该系统将电厂生产数据与计算机相联,实现了监测结果集中实时显示、数据管理等功能,为相关技术人员了解现场生产和进行决策及时地提供了信息。
电厂远程监控系统是目前研究的热点问题之一,其中生产数据采集的方法和生产数据发布系统的稳定和高效更是研究的重点。
本系统的设计思想具有重要的推广价值和借鉴意义。
关键词 Web网站;远程监控;ThinkPHP框架
Powerplantremotereal-timemonitoringWebsitedevelopment
Abstract
Withtherapiddevelopmentofcomputerandinformationtechnology,Allmajorpowerplantsbegantoadoptnewtechnologytotheautomationandmanagementmodernization,Theusertomonitorandcontrolintheproductionprocessinformationinasignificantincreaseinthenumberofequipment,SotodeveloppowerplantremotemonitoringsystembasedonWebsiteconstructionisimperative.
Thispaperaimedattheresearchstatusanddevelopmenttrendofremotemonitoringtechnologyhascarriedonthethoroughanalysis,andtheresearchbackground,significanceandcontentarediscussed,andthespecificcharacteristicsofThinkPHPframeworkneededfordevelopmentsystemareintroduced,andinsightintorelevantinterfacedesigntechnologiessuchasHTML,jQuerylibrary,Div+CSStechnologyusage,integratedwithactualpowerplantneedsandtheframeworkofadvantages,proposedthepowerplantremotereal-timemonitoringWebsitedevelopmentofthesubject.
BasedontheWebsiteasaplatform,frontdeskloginpageinThinkPHPframeworkdesignandpowerplantmonitoringpage.Thesystemwillpowerplantproductiondataiscombinedwithcomputer,realizesthemonitoringresultscentralizedreal-timedisplay,datamanagement,andotherfunctions,forrelevanttechnicalstafftounderstandthesceneproductionanddecisionprovidesinformationinatimelymanner,andtoensureitssafety,economyandstableoperationisofgreatsignificance.Powerplantremotemonitoringsystemisoneofthecurrentresearchhotissues,includingproductiondatacollectionmethodandproductiondatapublishingsystemstableandefficientistheresearchfocus.Thedesignofthissystemhasanimportantpromotionvalueandreferencesignificance.
Keywords Website;remotecontrol;ThinkPHPframework
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摘要
Abstract
55
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第1章绪论
在信息技术飞速发展的今天,企业信息化带来了许多的便利和好处。
正是认识到这一点,决定开发一套远程监控系统来让管理者随时监看生产设备的数据,并对重要数据进行处理和分析,以便为管理者随时监控现场情况,甚至为日后的决策提供数据上的支持[1]。
课题背景
电力工业是关系国计民生的重要基础产业和公用事业,也是国民经济重要组成部分和能源工业的中心,电力的发展必须与经济和能源协调发展。
因此,目前各发电集团都在加强电厂监控系统的升级和功能改进,以期对分散在各地的下属电厂实现远程实时监测、数据资源共享、优化生产,提高经济效益和管理水平等。
远程监控是指利用计算机通过Web网络系统实现对电厂生产过程控制系统的远程监测和控制。
在现场数据已经传入数据库的情况下,电力集团、电厂和科研院所等机构可根据不同的权限浏览网页,读取现场实时数据:
1.电厂人员可进行设备监测,实现对现场机组的实时监测;
2.电力集团可监控各下属电厂机组的重要参数,利用生产数据对电厂生产状况进行分析,制定区域规划、成本预算等;
3.电力集团、设备厂家、高校和其他科研机构发挥各自的优势,进行远程诊断,总结机组运行规律,并进行在线会诊,提供更加准确的诊断结论。
但目前基于Web网站的远程监控技术存在许多关键技术问题亟待解决,主要有监控画面的动态显示、现场数据如何穿越Internet层层网关传输、数据的实时性和系统安全性等关键技术。
本文以某火电厂的监控系统作为研究对象,介绍了基于Web的电厂远程监控系统的设计思路、结构方案及其功能实现,并着重对其关键技术进行了分析[3]。
课题来源和意义
使用监控系统之前,电场面临的主要问题是工业控制系统和管理系统分离。
用户想要看到实时的生产数据就必须到生产现场去,这个管理人员获其它工作人员的工作带来了相当大的不便。
另外,电厂现场设备中的很多数据,例如小指标等,它们关系到工厂的生产效率,管理者的生产决策,同时也是评价工人工作的一个重要依据,工人的工资、奖金等都与它挂钩。
这些数据都是电厂管理系统中的一个重要部分,而当管理者需要检查现场数据时,就需要通过Web网站远程监控系统检查现场数据[1]。
而基于Web网站的电厂远程监控系统。
它作为工业控制系统和管理系统之间的一个桥梁,它可以在管理系统上直接显示现场数据的实时变化,为管理者带来便利。
基于Web的远程监控系统是以Web作为通信平台的监控系统。
Web技术以HTTP技术为基础,具有简单、高效、跨平台等优点,已经成为信息网络的一种最普遍应用的信息交互平台。
正是它的这些优点使得它得以飞速发展。
利用Web技术构建的远程监控网络具有以下优势:
1.对于开发者来说:
用户的开发平台上无需额外的系统或软件开发,只需利用IE等浏览器作为统一的客户端;Web软件技术十分成熟,新的版本不断出现,易于系统的升级:
Web浏览器存在于多个操作平台上,并独立于这些操作平台,只需连接到Internet上即可,且浏览器对硬件配置的要求不高;Web浏览器的多媒体功能使得浏览器不仅可以单纯的以文本形式,还可以以图形界面的方式来显示数据;由于采用浏览器,相对于传统系统具有良好的可扩展性功能扩展的工作只需在服务器上完成,所有客户端软件都不需要改动。
2.对于用户来说:
工具简单、界面标准、生动直观,方便了用户的使用:
所有的数据操作对用户都是透明的,用户不关心数据的来源,一切都由服务器及专用的数据库来处理[2]。
电厂实时远程监控Web网站国内外研究发展及现状
远程监控技术是计算机技术、网络技术和监控技术的结合,远程监控最早来自于医疗系统中的远程诊断系统,目前,该技术在医疗系统中较为完善,但在制造业,发展的速度较为缓慢。
监控技术大致经过了如下二个阶段:
第一个阶段是单机监控系统,主要是针对单台或者单一类刑的设备进行监控,系统是封闭的,状态信息仅仅供内部使用:
第二个阶段是集中式监控系统,由多台计算机组成,其中一台计算机控制其他多台计算机进行监控;第三个阶段是网络范围内的远程监控系统。
Internet的发展为各行各业带来了全新的理念,对传统监测与控制的功能进行了大大的扩展,已经渗透到了科研领域,把生产企业、科研机构、设备提供商三者更加紧密的结合在一起。
电厂实时远程监控Web网站国外研究发展及现状
远程监控技术是随着计算机技术、Internet技术以及浏览器技术等的成熟发展而兴起的,其最先应用在军事领域中,如航天卫星遥控、军事远程指挥等。
1996年,美国麻省NorthAndover公司首先将PLC与Internet相连,实现远程监控技术在工业控制领域的应用,即通过Internet,客户只要拥有浏览器,即可方便的进行通讯;远端客户虽然可以通过浏览器来进行过程参数的设定或控制对象的关闭和开启。
1997年1月,首届基于Internet的工业远程诊断研讨会由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办,主要讨论了远程诊断系统联接开放式体系、诊断信息规程、传输协议,以及对用户的合法限制,并对未来技术发展作了展望。
该控制方式得到许多大型企业的支持,都在他们的产品中加入了网络模块,如:
美国波音公司在其设备预维护系统中,采用了Web网络技术进行数据分析,使用Web浏览器进行远程探测和检修机器的故障;加拿大的Granby公司使用Web浏览器技术,通过以太网进行机床故障诊断;美国NationalInstruments公司在其虚拟仪器产品LabView中新增了Internet网络模块,可以通过WWW、Email、FTP方式接收测试数据;BENTLY公司的计算机在线设备运行状态监测系统DataManager2000可通过网络动态数据交换(NetDDE)方式向远程终端发送设备运行状态。
斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范系统,这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表的Sun、HP、Boeing等12家大公司的热情支持和通力合作。
之后,由这些公司共同推出了一个实验性的系统Testbed。
Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和BayesianNet初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。
在电力应用研究方面,美国、加拿大等西方国家在七十年代初就开始了电厂热力系统性能在线监测系统的研究与开发,当时的研究重点是用热偏差分析法对机组热耗变化进行在线监测。
80年代初,美国著名的研究机构EPRI集中了一大批研究人员,并联合了众多电力公司及有关电厂,开始对性能在线监测工作进行全面的研究和试验,其目的是通过对电厂性能进行连续的监测,了解影响电厂性能的各种因素,并对这些因素加以分析和控制,最终使电厂运行效率得到提高。
至1983年,经过详细严密的计划和大量的试验工作,他们提出了有关测量装置、数据采集与分析系统、在线计算数学模型及应用程序等一系列技术报告,为在电厂全面推广性能在线监测系统打下了总的来看,国内研究基本上是一些理论水平上的研究,有些产品也仅是辅助性质的,实现的功能简单,实时性、安全性差,无法实现远程监控的目的。
目前,在电厂监控系统,基于局域网的电厂监控系统比较成熟,如DCS、SIS、MIS系统等。
随着Internet技术的发展,国际上一些DCS厂家也在开发基于B/S结构的远程DCS监控系统,但目前还没有成熟的应用。
总体来说,基于Internet的电厂远程监控系统很少,且技术不成熟,不能满足现在电力企业发展的需求。
而且,由于基于Internet的自动化技术是新兴的研究领域,处于起步阶段,在现有条件下,网络存在传输延时、传输时间不确定性和安全性低等问题,使得自动化领域的许多功能不能基于Web实现;一些通过网络可实现的远程监控功能,由于空间和时间的差异,也必须深入进行研究,制定切实可行的实现方案,然后才能实现。
综合以上分析,可见针对发电系统的基于Web网站的远程实时监控技术进行研究是具有很大的发展前景的,对整个电力系统的远程监测、控制、数据共享、远程诊断具有重要意义。
国内研究现状
自八十年代中期,我国也开始了对远程监控技术的重视和研究。
一些高校、研究所、公司以及一些个人都积极地进行基于Internet/Intranet的远程监控技术的研究与产品开发,如:
西安交通大学、上海交通大学和哈尔滨工业大学已进行工业领域的远程监控研究工作,并取得初步成果;东南大学和扬子石化合作研究一套基于Web的实时信息集成监控系统,取得一定成效;西安交通大学、华北电力大学和东南大学等大学院校以及各地的电力科学研究院(或中试所)等单位搞的基于Intranet的电厂机组在线性能监测系统的开发,先后在元宝山电厂、山东邹县电厂等多个电厂都已经投入运行,目前运行效果良好。
我国著名电力规划专家、电力行业热工自动化标准化技术委员会主任委员、教授级高级工程师侯子良先生于1992年首先提出厂级监控信息系统(SIS)概念。
目前,西安热工研究院有限公司针对火电厂开发的火电厂厂级实时监控信息系统(SupervisoryInformationSysteminPlantLevel),简称TPRI-SIS系统,是集过程实时监测、优化控制及生产过程管理为一体的厂级自动化信息系统。
其基于Windows的开发,全面支持微软的体系结构,集成工具包括ActiveX控件,ODBC和API等,可处理全厂实时数据,系统实时性好;功能强大的实时分布式数据库、覆盖整个电厂的网络和适用于MSWindows的客户机/服务器环境;维护方便及二次开发能力强。
还有,深圳阿尔斯通创为实有限公司开发的RMD8000远程监测和诊断系统,华北电力大学热工自动化研究中心(北京华电天仁电力控制技术有限公司)开发的康派(ComEPow)优化控制及其管理(SIS)系统等,但他们都是主要基于Intranet环境设计,针对Internet环境下,仍然无法解决网络实时性,安全性问题,不能实现电厂机组的远程实时监控。
课题研究内容
通过多天的学习和查阅资料,了解火电厂的生产过程并学习了jQuery、HTML、CSS等编辑语言,学会运用WampServer和NetBeans软件设计Web网站。
首先在NetBeans软件中利用HTML和CSS设计网页,再用jQuery为网页添加一系列的特效。
其次在ThinkPHP框架中添加相应Action类、模型、模板等。
同时在PhpMyAdmin中建立MySQL数据库,实现创建数据对象,再把当前的数据对象写入数据库。
实现更新、删除、读取数据的功能。
1、前端网页的设计
前台网页设计使页面更具有吸引力,使用户获得了更多的交互和体验,使他们更方便的选择自己想要了解的信息。
多层模式表单(CascadingStyleSheet,CSS)是一种为超文本置标语言(HypertextMarkupLanguage,HTML)提供增强补充服务的技术,可对每一个HTML的置标(tag)做精雕细刻的修饰。
只用HTML制作的网页,对页面内各部分的修饰能力有限且语句繁琐,CSS正是弥补这一缺陷的有力技术,它语句、文法简单,只要在源码中插入STYLE语句就可轻易实现页面内任意文本颜色、背景、边框、行距、字距的添删和修饰等功能,使网页更加生动活泼,从而获得满意的效果。
jQuery则更好的解决了浏览器兼容性的问题,在JavaScript为了解决浏览器兼容性问题往往需要编写大量代码来测试,而jQuery解决了这一问题,同时它可以轻松实现页面无需刷新为前提的各种功能,如验证数据,按需取数据,自动刷新数据,控制页面元素,动态特效等等。
2、应用开发中数据调用、更新等
作为一个整体开发解决方案,ThinkPHP能够解决应用开发中的大多数需要,因为其自身包含了底层架构、兼容处理、基类库、数据库访问层、模板引擎、缓存机制、插件机制、角色认证、表单处理等常用的组件,并且对于跨版本、跨平台和跨数据库移植都比较方便。
并且每个组件都是精心设计和完善的,应用开发过程仅仅需要关注您的业务逻辑[3]。
第2章电厂远程监控系统
2.1远程监控系统
远程监控就是指利用计算机网络技术实现对(远程)现场数据的监测和控制;把能够实现远程监控的计算机、硬件系统称为远程监控系统,其包括远程监控终端、远程数据传输系统、现场监控系统三部分,各部分分工协作,共同实现对现场设备的远程控制。
本文研究的是远程监控终端部分。
目前,随着我国电力系统改革发展,国家五大发电集团公司的出现,特别是,国家电力改革要求,厂网分开、竞价上网等竞争模式促使各大电力集团公司提高管理水平和经济效益,也促使电厂监控技术的更新。
而每个电力集团公司许多下属电厂分布在全国各地,各电厂的生产、管理信息如同一个个信息孤岛,不能形成电厂信息资源的共享以及生产实时管理、监测等。
因此,基于Internet的远程监控技术对于一些大型跨区域集团,特别是对于目前的各大电力集团公司,能够做到实现对分散在各地的下属电厂的数据信息资源共享,掌握各个下属电厂的经营、发电数据信息,实时监控电厂运行状况,提高集团公司经济效益等方面具有非常重大的意义。
具体主要体现在以下几个方面:
1.现场控制信息、生产实时信息与企业网络及时交换信息,实现信息、管理、控制一体化。
电厂生产过程的监控信息接入Internet,相关人员可以通过Internet监视并控制生产过程和现场设备的运行状态和各种参数,实现电厂生产管理系统的自动化、综合化、集中化、智能化。
2.通过Internet进行远程监控、远程诊断、维护等,可节省大量的人力。
采用远程监控可取代传统的工作人员轮流职守、维护设备正常运转的运营方式,从而减少现场人员,实现现场的无人或少人职守,节省人力物力,提高经济效益。
3.一个统一、有效的远程监控网络,控制网络与电厂高层网络之间互联,完善的综合实时信息管理系统,是未来企业发展的方向。
通过网络浏览器,系统授权用户可以在远离工厂现场的情况下,仍可实时浏览现场的生产过程,了解生产状况,诊断问题所在,及时发出控制命令给现场控制人员;同时,企业总部研究机构可以方便地利用本地丰富的软硬件资源和采集的生产历史数据资源,对下属工厂的生产状况进行分析、指导,制定生产规划、成本预算等,提高企业信息化管理水平[4]。
5.目前,越来越多的企业集团呈跨地域的发展趋势,利用网络技术实现远程监控,对企业降低生产成本,提高劳动生产率,提高企业产品的科技含量,以及增强企业的综合竞争实力等方面都具有十分重要的意义。
2.2电厂远程实时监控系统
随着Internet技术和Web技术的迅速发展,许多企业都建立了基于网络平台的工业过程监控系统,实现企业信息资源的共享。
特别在电力系统中,随着电厂厂级监控系统的日趋完善,建立基于Internet的远程实时监控系统将成为电厂综合自动化技术发展的必然趋势,通过把电厂的生产数据以Web形式网上发布,实现对分散在各地的电厂实时远程监控、管理和数据共享,优化生产,提高经济效益等。
监控系统中传输的数据可分为3类:
周期数据、猝发数据和非实时数据。
因此在实现时采用优先级队列,对数据类型定义优先级,确保优先级高的数据先从传输队列中发送,对优先级相同的数据则按先后顺序发送。
同时,对应用服务器传递来的数据要进行过滤、加标记和加密3步处理,保证数据信息的优化和传输安全性。
代理机的模块调度与处理示意图如图2-2所示[5]。
图2-1代理机模块调度与处理示意图
基于Internet的远程监控系统通常可以分为三层:
现场智能设备层、DCS监控层、远程监控层。
1.现场智能设备层
现场智能设备层的核心是现场总线、以太网和智能仪表。
现场设备则是以网络节点的形式挂接在现场总线上,或现场智能仪表挂接在Ethernet上,或智能PLC直接与上位机互联。
依照现场总线的协议标准,底层智能设备采用了功能块的结构,通过组态设计,从而完成数据采集、A/D转换、数字滤波、温度压力补偿、PID控制以及阀位补偿等各种模块。
2.DCS监控层
DCS(数据采集和监控)监控层,也即是厂级现场监控层,这一层从现场设备中采集数据,在上位机完成各种控制、运行参数的监测、报警和趋势分析等功能,另外还包括控制组态的设计和下装到下位机或现场智能设备中。
DCS监控层的功能由上位机工程师站完成,一般它通过扩展槽内网络接口板与现场总线系统相连,协调网络节点之间的数据通信;或者通过专用的现场总线接口(通信转换器)实现现场总线网段与以太网段的连接。
对于第一种情况,需要扩展设备接口,增加费用;对于第二种情况,只需购买专用标准件即可,这种方式使系统配置更加灵活。
DCS监控层处于现场以太网中,因此它的关键技术之一是以太网与底层现场设备网络间的接口部分,主要负责现场总线协议和以太网协议的转换,保证现场数据包的正确解析和实时传输。
DCS监控层除了上述功能外,还包含了DAS数据采集系统、SIS厂级监控系统、MIS系统等。
同时,还为实现先进控制、远程监测、远程故障诊断和机组性能优化分析等提供支撑环境或运行平台。
3.远程监控层
远程监控层的主要目的是在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。
首先要将中间监控层的数据库(即DCS系统中的实时数据库)中的数据信息转入到厂级监控层的关系数据库中,即SIS系统中的实时/历史数据库,再传到数据库MySQL中。
这样,远程客户端通过Web浏览器可实时浏览和查询现场设备的工作状况,对生产过程进行实时的远程监控。
远程用户被赋予一定的权限后,还可以在线修改各种设备参数和运行参数,从而在广域网范围内实现底层测控信息的实时传递;或实时下载历史数据,进行远程故障诊断、性能优化、数据分析等。
目前,远程监控实现的途径就是通过Intern
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