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電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計范文第1篇

【關(guān)鍵詞】核電站；實物保護系統(tǒng)；電視監(jiān)控系統(tǒng)；視野覆蓋圖；保護區(qū)雙圍欄；盲區(qū)

1、引言

隨著越來越多的核電站投入使用，核材料的安全愈來愈引起人們的重視。核電站實物保護系統(tǒng)主要是針對核材料以及核電站安全運行服務(wù)的。實物保護系統(tǒng)是按照法規(guī)要求針對確定的設(shè)計基準(zhǔn)威脅設(shè)置適當(dāng)有效的探測、延遲和響應(yīng)的功能，確保核設(shè)施及核材料的安全。

核電站實物保護系統(tǒng)由集成控制及管理系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、周界探測報警系統(tǒng)、電視監(jiān)控系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等系統(tǒng)組成。

電視監(jiān)控系統(tǒng)作為實物保護系統(tǒng)重要的組成部分，它擔(dān)負(fù)著監(jiān)控、錄像、報警復(fù)核以及應(yīng)急響應(yīng)等方面的工作。根據(jù)《核設(shè)施實物保護 HAD501/02》的要求：不論在白天、黑夜或其他自然環(huán)境不利的條件下都能正常運行；圖像應(yīng)能覆蓋到整個受保護的區(qū)域，不出現(xiàn)盲區(qū)和死角；圖像質(zhì)量應(yīng)清晰到可以對報警部位作出正確評估，可以辨認(rèn)出入侵者的基本特征；在發(fā)生系統(tǒng)失效、受外界攪擾等事件時，迅速發(fā)出報警信號。

在核電站監(jiān)控區(qū)域中，最容易出現(xiàn)盲區(qū)和死角的部位是保護區(qū)雙圍欄，該區(qū)域形狀不規(guī)則，且圍欄長度較長，攝像機位置設(shè)置不合理或鏡頭選擇不合適，都將產(chǎn)生盲區(qū)，或是造成遠處的物體圖像不清晰，不能滿足規(guī)范要求。如果在施工圖設(shè)計階段未將盲區(qū)問題考慮周全，在施工檢驗階段發(fā)現(xiàn)問題后，修補極為困難。在長期工程實踐中總結(jié)出采用攝像機視野覆蓋圖的方法解決盲區(qū)問題.

雙圍欄攝像機圖像受環(huán)境影響較大，為了確保圖像的穩(wěn)定性還需要從安裝工藝、BNC焊接、線纜敷設(shè)以及防雷等各方面進行綜合考慮。

2、保護區(qū)雙圍欄

核電站防護區(qū)區(qū)域分為控制區(qū)、保護區(qū)、要害區(qū)和要害部位。核電站實物保護電視監(jiān)視系統(tǒng)用于監(jiān)視區(qū)域分布為：各區(qū)域出入口、保護區(qū)雙圍欄、要害區(qū)圍欄以及重要部位。

保護區(qū)雙圍欄一般是由間隔6米的實體屏障圍成，圍欄高度為3.5米，圍欄上以及圍欄內(nèi)設(shè)置多種報警探測裝置，該區(qū)域的攝像機用于復(fù)核圍欄內(nèi)報警系統(tǒng)，同時進行24小時的錄像。圍欄內(nèi)設(shè)置照明燈，夜晚地面為20lux的照度，保證攝像機在夜晚工作時圖像要求。

保護區(qū)雙圍欄長度大約1600米，圍欄上設(shè)置若干出入口，圍欄呈不規(guī)則狀。

規(guī)范要求攝像機能夠滿足從監(jiān)視器上判斷在觀察區(qū)內(nèi)任何位置的人的姿勢、人員數(shù)量及其運動方向；同時消除相鄰攝像機對重要區(qū)域監(jiān)視的盲區(qū)。保護區(qū)雙圍欄攝像機的布置設(shè)計比較其他區(qū)域難度較大，不僅需要考慮技術(shù)因素還需考慮環(huán)境因素。

3、保護區(qū)雙圍欄攝像機布置原則

保護區(qū)雙圍欄攝像機布置應(yīng)遵循以下原則：保護區(qū)雙圍欄攝像機監(jiān)控距離小于100米；區(qū)段寬度最大15米（區(qū)段長度100米時）。沿柵欄等距離或均勻布置。內(nèi)層和外層?xùn)艡诰谝晥鲋小１Ｗo區(qū)雙圍專門為電視監(jiān)控系統(tǒng)配置了照明系統(tǒng)，照明燈桿應(yīng)高于攝像機高度，否則會在攝像機圖像上留下光斑，影響圖像的清晰度。一般雙圍欄燈桿高度為10米，攝像機桿高度為4.5米-6米。

4、攝像機的布置設(shè)計

一般攝像機在靠近鏡頭附近有一定的盲區(qū)，根據(jù)每個攝像機的安裝方式不同，也會造成一定范圍的盲區(qū)。因為保護區(qū)雙圍欄形狀不規(guī)則，并且是封閉雙道圍欄，所以需要考慮盲區(qū)覆蓋問題。

盲區(qū)的大小與周界安裝在高度、鏡頭的型號以及成像要求有關(guān)。

4.1確定攝像機安裝高度

由于雙圍欄的高度為大約3.5米，攝像機安裝高度需大于圍欄高度，所以攝像機的安裝高度需要大于3.5米，理論上攝像機安裝高度越高，視角范圍越好，但是盲區(qū)也越大，同時給日后設(shè)備檢修造成一定的困難，所以一般安裝在4.5米～5米的位置上。

4.2確定成像要求

目前核設(shè)施成像要求是根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)692規(guī)定，0.3米的被觀察的物體在監(jiān)視器里的顯像水平不少于屏幕的1%寬，也就是30米寬度的物體需要占滿監(jiān)視器的屏幕。在各個核電站及核設(shè)施攝像機的成像要求均高于此項標(biāo)準(zhǔn)，有些核電站的要求是1.2%～1.6%。確定成像要求才能確定鏡頭參數(shù)。

4.3選擇鏡頭類型

鏡頭的種類根據(jù)CCD靶面規(guī)格分為1/3〃、1/2〃、2/3〃和1〃等，由于其靶面尺寸不同，鏡頭的垂直視角角度和水平視角均不同，造成不同型號鏡頭的攝像機在相同安裝條件下盲區(qū)大小不一致。以下是各種鏡頭的CCD靶面規(guī)格尺寸圖。設(shè)計需要根據(jù)監(jiān)控區(qū)域、目標(biāo)尺寸，結(jié)合各鏡頭的靶面尺寸，選擇所需要的鏡頭。如果監(jiān)視的物體距離攝像機很近，且物體較長或較寬，就需要選擇靶面大的攝像機。

核電站保護區(qū)雙圍欄寬度6米，每段監(jiān)視區(qū)域不超過100米，所以目前核電站常用鏡頭為1/3〃。

為了便于現(xiàn)場施工，目前工程均采用自動光圈手動變焦鏡頭，調(diào)試時可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況調(diào)整到所需的焦距上。

4.4鏡頭焦距計算

依據(jù)鏡頭焦距計算公式：F=wD/W

其中：F為鏡頭焦距，w為圖像寬度（被攝物體在CCD靶面上成像寬度），D為被攝物體至鏡頭的距離，W為被攝物體的寬度。

如果采用0.3米的被觀察的物體在監(jiān)視器里的顯像水平不少于屏幕的1.2%寬的標(biāo)準(zhǔn)，那么25米寬的物體需要占滿整個屏幕。根據(jù)焦距計算公式，在周界地帶若選用的1/3〃CCD攝像機，觀察100米遠距離，則：

4.5盲區(qū)計算

圖二為盲區(qū)計算示意圖。如圖所示，β角為攝像機的垂直視角，β= 2arc tg（h/2f），β為垂直視場角，f 為鏡頭的焦距，w為攝像機靶面的水平寬度，h為攝像機靶面的垂直高度。

盲區(qū)q=攝像機安裝高度/tg（β）

例如，1/3〃焦距為20mm的攝像機，式中α為水平視場角

垂直視場角為：β= 2arc tg（h/2f）=2arctg（3.6/40）=10.290

水平視場角為：α= 2arctg（w/2f）=2arctg（4.8/40）=13.70

當(dāng)攝像機安裝高度為4.5米時，盲區(qū)q=4.5/tg（10.29O）=30.3米

4.6繪制攝像機視野圖

根據(jù)以上計算出數(shù)據(jù)，繪制出攝像機視野圖，以20mm攝像機為例，如圖所示：視野長度為100米，水平視場為13.700，盲區(qū)為30米。

在AUTOCAD上以實際的監(jiān)視區(qū)域長度、水平視場角度和盲區(qū)長度，繪制出鏡頭視野圖。

4.7繪制保護區(qū)雙圍欄視野覆蓋圖

在雙圍欄建筑圖上，確定好部點起始地點、布點順序；因攝像機靶面長時間受到強光的照射，會降級攝像機的清晰度，所以布點時需要考慮到攝像機朝向，南北方向上，攝像機盡量朝北；東西方向上，攝像機盡量朝西。

從圍欄起點開始，將20mm鏡頭的視野圖布置在圖上，后面的攝像機將前面的盲區(qū)進行覆蓋，在最后的一個攝像機或轉(zhuǎn)角處前加一個攝像機，對轉(zhuǎn)角一個攝像機進行盲區(qū)覆蓋，要求每個攝像機的盲區(qū)都能被下一個攝像機覆蓋。

在布點過程中會發(fā)現(xiàn)監(jiān)視區(qū)域只有幾十米的區(qū)域，需要根據(jù)以上步驟計算出鏡頭的焦距、盲區(qū)和水平視角，繪制這種型號的鏡頭得視野圖。在雙圍欄圖紙上進行布置。

繪制圍欄視野覆蓋圖時，需要注意拐角處攝像機的盲區(qū)，這些拐角處都需要加盲區(qū)覆蓋攝像機。

當(dāng)雙圍欄為不規(guī)則形狀時，把圍欄分成不同的段，每個段加一對攝像機進行盲區(qū)覆蓋，攝像機的參數(shù)根據(jù)每段的長度進行計算，進行視野覆蓋時，轉(zhuǎn)動攝像機視野圖角度，檢查是否能將所監(jiān)控的區(qū)域覆蓋。

當(dāng)雙圍欄視野覆蓋圖完成后，逐個檢查每個監(jiān)視區(qū)域，確定每個區(qū)域均被監(jiān)控，每個攝像機盲區(qū)均被覆蓋。這樣所有的攝像機布點位置即可確定。運用視野覆蓋圖可以在部點過程中考慮到盲區(qū)的消除問題，并能確定每個攝像機監(jiān)視范圍，為攝像機調(diào)試工作打下基礎(chǔ)。圖四為雙圍欄視野覆蓋圖布點示意圖。

5、攝像機的防雷設(shè)計

室外攝像機防雷一般需要對直擊雷和感應(yīng)雷進行防護。在保護區(qū)雙圍均安裝了照明燈桿，燈桿高度一般為10米，攝像機位于照明燈桿下面，所以在雙圍欄攝像機設(shè)計中無須考慮直擊雷。只需要對感應(yīng)雷進行防護。

雙圍欄上攝像機信號通過銅軸電纜引到位于雙圍欄的光端機箱，通過光端機將視頻信號傳到保安控制中心。所以需要分別在光端機箱體和攝像機桿（防護罩內(nèi)）安裝銅軸+電源二合一防雷模塊，防雷模塊距離設(shè)備的距離不能超過1.5米。

結(jié)束語

通過以上采用攝像機視野覆該法對核電站雙圍欄電視監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計有效地消除了盲區(qū)，同時按照現(xiàn)場實際情況進行實施，取得良好的效果，希望能夠給其他設(shè)計者以借鑒。

參考文獻

[1]《核動力廠實物保護導(dǎo)則》.HAD501/02

電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計范文第2篇

關(guān)鍵詞：電力調(diào)度；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計；實施

1 電力調(diào)度系統(tǒng)的定義及應(yīng)用效果

（1）定義。電力調(diào)度自動化系統(tǒng)主要包括電力監(jiān)控、電力數(shù)據(jù)采集及各種應(yīng)用軟件，是一種專門服務(wù)于電力配網(wǎng)調(diào)度運行的一種新型系統(tǒng)。它也是一個新生事物，在推廣過程中，要首先做好設(shè)計規(guī)劃工作，要正確定位系統(tǒng)功能，先試點，后推廣，并定期總結(jié)經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)問題，及時調(diào)整。

（2）應(yīng)用效果。當(dāng)前智能電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控工作的兩大特點是信息可視化和全面化，同時，綜合應(yīng)用當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域主要的先進技術(shù)。良好的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下應(yīng)用效果：a.可以通過當(dāng)前的電力通信網(wǎng)把變電站的實時遠程圖像及信息傳送到巡檢中心等部門，相關(guān)部門可以利用這些資料進行日常監(jiān)控、現(xiàn)場決策及應(yīng)急分析，確保供應(yīng)電量的可靠性，提高電網(wǎng)設(shè)備運行及維護的效率。b. 在監(jiān)控中心可以遠程全天候監(jiān)控現(xiàn)場的環(huán)境和設(shè)備，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，有效處理事故或故障。c. 可以實時傳送監(jiān)控現(xiàn)場的狀況到電力調(diào)度等職能管理部門，實行分專業(yè)管理，減少管理的中間環(huán)節(jié)，提高整體自動化水平及供電管理效率，降低供電管理成本。

2 電力調(diào)度設(shè)立綜合監(jiān)控系統(tǒng)的主要設(shè)計要求

對電力系統(tǒng)進行網(wǎng)絡(luò)綜合管理的主要目的是全面監(jiān)控電網(wǎng)，并統(tǒng)一有效地管理通信設(shè)備。對電力調(diào)度設(shè)立綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)應(yīng)符合以下幾個主要的設(shè)計要求：

（1）確保數(shù)據(jù)正?？煽俊Ｓ捎跀?shù)據(jù)是電網(wǎng)正?？煽窟\行的關(guān)鍵，所以良好的電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)保證電網(wǎng)數(shù)據(jù)可以完整地進行交換和傳輸，信息可以有效傳遞，而且也可以全面、完整及統(tǒng)一地記錄和管理設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)資源。

（2）能有序管理與記錄數(shù)據(jù)及信息。電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性直接影響著電網(wǎng)的安全運行，良好的監(jiān)控系統(tǒng)可以有序地記錄和管理網(wǎng)絡(luò)通訊中的設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)資源，例如，數(shù)據(jù)傳輸、交換和信息傳遞等。

（3）應(yīng)配備全套的動力設(shè)備。良好的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)需要配備較高要求的硬件，為了確保系統(tǒng)的正常運行，電網(wǎng)中站點機房應(yīng)配備全套的動力設(shè)備，起到準(zhǔn)確、及時地監(jiān)控與管理系統(tǒng)的作用。

（4）應(yīng)滿足各種需求。良好的系統(tǒng)除了能夠滿足電網(wǎng)的全面需求外，還應(yīng)當(dāng)滿足不同層次的工作需求，同時對它們進行有效監(jiān)管。

（5）要兼顧系統(tǒng)的實施條件和經(jīng)濟性。還應(yīng)當(dāng)考慮實施該系統(tǒng)方案需要具備的各類條件，例如，經(jīng)濟條件、技術(shù)條件等。同時應(yīng)根據(jù)實際要求選擇適合的監(jiān)控系統(tǒng)實施條件，并確保將設(shè)計成本控制在合理的預(yù)算范圍內(nèi)，保障系統(tǒng)實施的經(jīng)濟性。

3 電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的主要硬件配置

（1）前置服務(wù)器。a. 作用及運作原理。它的主要作用是預(yù)處理它接收到的數(shù)據(jù)。先按照規(guī)定轉(zhuǎn)化上傳的報文，轉(zhuǎn)化的意思是把接收到的原始報文轉(zhuǎn)譯成為變電站遙信及遙測數(shù)據(jù)的原始值，同時把這些轉(zhuǎn)譯后的數(shù)據(jù)傳送給實時服務(wù)器。b. 硬件配置要求。為了確保前置服務(wù)器的正常運作，相關(guān)的硬件應(yīng)符合更高的要求。例如，計算機處理實時通訊的速度要符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，同時，計算機的性能也要滿足工作需求，數(shù)據(jù)的處理質(zhì)量及速度均要達標(biāo)。

（2）實時服務(wù)器。a. 作用及運作原理。它的主要作用是對實時狀態(tài)數(shù)據(jù)進行記錄并存儲，所以它是系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心。接收到前置服務(wù)器傳送過來的數(shù)據(jù)后，實時服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理，通過數(shù)據(jù)獲取變電站遙信及遙測數(shù)據(jù)的實際值，并在固定周期內(nèi)將數(shù)據(jù)記錄入庫，同時，還把這些真實可靠的實時數(shù)據(jù)傳送給其他系統(tǒng)或應(yīng)用模塊。b. 硬件配置要求。為了確保實時服務(wù)器的正常運作，對相關(guān)的硬件也有一定的要求。例如，最主要的要求是計算機有較強的計算能力，同時，計算機的內(nèi)存及CPU還要具備較好的性能，能滿足系統(tǒng)的容量擴展，提升系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

4 遵循電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)方案的主要設(shè)計原則

（1）重視系統(tǒng)的可靠性原則。為了確保系統(tǒng)在出現(xiàn)問題故障時還可以正常運行，電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有雙機備份，當(dāng)其監(jiān)控設(shè)備發(fā)生異常時，可以通過備份的控制系統(tǒng)獲取信息，繼續(xù)進行操作指令的下達和發(fā)送。

（2）重視系統(tǒng)兼容性擴展原則。隨著工業(yè)控制技術(shù)及高新科技的不斷發(fā)展及進步，在對電力監(jiān)控系統(tǒng)進行硬件選擇時，要確保系統(tǒng)能同時兼容后期添加的最新設(shè)備及其擴展功能，這樣就可以保障系統(tǒng)與多重更新設(shè)備實現(xiàn)科學(xué)融合。

（3）重視系統(tǒng)分層控制的原則。在設(shè)計電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)方案時，要以變電站、調(diào)度中心及集控中心為核心基礎(chǔ)，構(gòu)建好分層次的三級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)，科學(xué)有序地進行最終數(shù)據(jù)的采集和分析，保障信息的可靠性和科學(xué)性，為正?？煽康恼{(diào)度操作提供數(shù)據(jù)參考。

5 電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的實施重點分析

（1）有機協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)與各大系統(tǒng)，建立綜合管理平臺。電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)是一項工作量大且操作復(fù)雜的工程，要實現(xiàn)有效監(jiān)控，確保電力調(diào)度的安全穩(wěn)定操作，就需要把各個系統(tǒng)聯(lián)合起來，進行綜合管理。例如，可以把機房環(huán)境監(jiān)測、調(diào)度自動化系統(tǒng)監(jiān)測及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測聯(lián)合起來，建立調(diào)度為主的綜合監(jiān)管平臺，對安全隱患進行多種形式的警告和監(jiān)測。

（2）通過監(jiān)控系統(tǒng)與上下位機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。監(jiān)控系統(tǒng)與上下位機實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，方便監(jiān)管人員對數(shù)據(jù)進行及時、準(zhǔn)確的分析，了解整w電網(wǎng)的運行情況，及早發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故，并及時制定處理方案，減小損失及危害。

（3）安裝自動警報裝置。其實，電力監(jiān)控系統(tǒng)上的很多故障都是可以預(yù)防的，但卻往往未能及時發(fā)現(xiàn)和處理，導(dǎo)致發(fā)生巨大損失。如果在系統(tǒng)上安裝自動報警裝置，就可以及時發(fā)現(xiàn)一些不易被發(fā)現(xiàn)的問題，例如，服務(wù)器內(nèi)存不足、溫度失常等，使問題得到及時解決。

（4）加強運行程序的檢測，保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作。為了合理利用監(jiān)控系統(tǒng)中的資源，應(yīng)建立安全穩(wěn)定的維護機制，同時，還要建立維護系統(tǒng)安全的管理工具，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)備和硬件設(shè)備出現(xiàn)異常時，可以隨時待命進行修復(fù)。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著全球經(jīng)濟一體化的發(fā)展，任何一個行業(yè)只有通過不斷完善和不斷創(chuàng)新，才可以生存。電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢是自動化、智能化及科技化，這也是世界發(fā)展的必然選擇。通過對電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的全面分析和研究，希望促進電力管理部門進一步改進現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，真正實現(xiàn)全社會范圍的安全用電。

參考文獻

[1]孫學(xué)黔.電力調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)的方案設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2014，01：52.

[2]李學(xué)偉.論電力工程信息通信中的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[J].廣東科技，2011，08：20-21.

電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計范文第3篇

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；燃機模塊；電子控制系統(tǒng)；軟件設(shè)計

引言

隨著燃氣輪機在工業(yè)現(xiàn)場的廣泛使用，對控制性能的要求越來越高，其控制系統(tǒng)也迅速從液壓機械式控制器發(fā)展為模擬式電子控制系統(tǒng),進而發(fā)展成數(shù)字電子控制系統(tǒng)。到20世紀(jì)90年代,燃氣輪機開始全面配置數(shù)字電子控制系統(tǒng)。近年來，國外燃氣輪機的數(shù)字電子控制系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，實現(xiàn)了模塊化,并配置了菜單式的開發(fā)軟件。模塊化控制系統(tǒng)中通信總線是系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換的橋梁，總線的可靠性是系統(tǒng)可靠性的保障，總線速度也直接影響到整個控制器的性能，因此必須選擇實時、可靠的通信總線。MIL-STD-1553B、ARINC-429等傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線可靠性高、使用靈活，工程上已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但卻遭受速度瓶頸。工業(yè)實時以太網(wǎng)技術(shù)具有速度快、實時性好、可靠性高等特點，它的發(fā)展使工業(yè)控制在通用化、模塊化、數(shù)據(jù)交換等方面都面臨新的技術(shù)革命，特別適用于分布式控制系統(tǒng)設(shè)計。EtherCAT是由德國Beckhoff公司開發(fā)。采用以太網(wǎng)幀，以特定環(huán)狀拓?fù)浒l(fā)送數(shù)據(jù)的技術(shù)，擁有杰出的通訊性能，接線簡單，并對其它協(xié)議開放。

1.總體方案

1.1燃機模塊式電子控制系統(tǒng)方案

系統(tǒng)的控制對象是某型艦用中檔功率系列燃氣輪機，控制系統(tǒng)采用開放性的模塊結(jié)構(gòu)。電子控制器采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的模塊設(shè)計，各模塊間采用最新的工業(yè)實時以太網(wǎng)Ethercat連接，控制軟件設(shè)計成可選擇、可配置的標(biāo)準(zhǔn)模塊和接口，液壓執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計成通用的模塊化的部件和組件。這就使整個控制系統(tǒng)的設(shè)計變?yōu)楣δ苣K的選擇、匹配和調(diào)整——根據(jù)燃機控制系統(tǒng)的信號數(shù)量和接口類型選擇合適的硬件模塊，根據(jù)特定控制規(guī)律和控制系統(tǒng)要求選擇、配置相應(yīng)的軟件模塊，根據(jù)燃油和導(dǎo)葉的控制要求選擇合適液壓執(zhí)行機構(gòu)。采用的是成熟的模塊使各模塊功能、性能都有了保證，各部件僅需要進行部分調(diào)整就能滿足要求，既縮短研發(fā)周期，又提高系統(tǒng)的可靠性，同時也便于今后實現(xiàn)性能改進和功能擴展。

1.2燃機控制系統(tǒng)組成

燃機控制系統(tǒng)包括綜合電子控制柜、系統(tǒng)軟件、液壓執(zhí)行機構(gòu)、電氣系統(tǒng)等。液壓機械裝置采用模塊化設(shè)計方法，包括高壓燃油泵、燃油計量裝置、導(dǎo)葉調(diào)節(jié)裝置等。各模塊可根據(jù)具體燃機要求配合使用。電子硬件通用模塊包括：電子控制器模塊、獨立保護模塊。系統(tǒng)軟件包含控制軟件和應(yīng)用軟件?？刂葡到y(tǒng)接收來自控制室或監(jiān)控臺的控制信號，對燃氣輪機的起動、加速、減速、穩(wěn)態(tài)工況運行以及停車和重要參數(shù)限制實施全面的自動控制和安全保護，能實現(xiàn)對燃機輔助系統(tǒng)的監(jiān)測和控制，能實現(xiàn)對燃機的故障診斷和重要參數(shù)的記錄、存貯和通訊。

2.控制軟件設(shè)計

2.1電子控制器方案介紹

電子控制器由主CPU模塊與AD模塊、DA模塊、FI模塊、IO模塊等低級模塊組成，各模塊自帶CPU處理器，模塊之間通過工業(yè)以太網(wǎng)連接，控制系統(tǒng)采用基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)模塊化設(shè)計，控制器的各種功能模塊之間用實時以太網(wǎng)進行連接，完成數(shù)據(jù)交互。各模塊可以集中在一起也可以分散到燃機的各部分，通過工業(yè)總線實現(xiàn)實時信息交流和控制。

2.2控制軟件分層設(shè)計

控制軟件包含CPU模塊的控制應(yīng)用軟件、其它通用模塊底層軟件組成。底層軟件與模塊一一對應(yīng)。模塊的底層軟件主要是實現(xiàn)通用模塊采集、輸出或信息交互功能，并與其它模塊通訊，傳遞和接受信息，實現(xiàn)控制系統(tǒng)功能。CPU模塊的控制應(yīng)用軟件通過與底層軟件，根據(jù)模塊的特點進行功能的初始選擇和配置。初步設(shè)計的控制軟件層次結(jié)構(gòu)如圖1所示，該層次結(jié)構(gòu)適用于主CPU模塊與所有低級功能模塊。由于低級功能模塊的任務(wù)都比較簡單，所以并無必要采用實時內(nèi)核，主CPU模塊也需根據(jù)實際情況決定采用傳統(tǒng)的順序結(jié)構(gòu)還是基于實時內(nèi)核的并行結(jié)構(gòu)。同一功能的器件在驅(qū)動程序?qū)酉蝽攲犹峁┮恢碌慕涌?，在這一層次中需要制定對器件讀、寫、模式設(shè)置、中斷、輪詢等操作的驅(qū)動程序函數(shù)模版。整理電子控制器硬件設(shè)計中常用的接口器件資料，針對這些器件編寫驅(qū)動程序并用數(shù)據(jù)庫進行驅(qū)動程序模塊的管理。

2.3控制軟件模塊化設(shè)計

控制軟件采用模塊設(shè)計，將燃機的主要控制過程、各種控制規(guī)律形成標(biāo)準(zhǔn)程序模塊。模塊劃分可層層分解，步步細化，當(dāng)針對具體燃機時只要選用合適的模塊進行組合，并進行對參數(shù)設(shè)置連接就可形成控制程序。程序的框架設(shè)計要保證其可擴展性，根據(jù)燃機控制要求的變化，不斷的增加先進控制規(guī)律、控制算法模塊提高整個系統(tǒng)的性能。在對燃機控制系統(tǒng)的特點進行充分分析的基礎(chǔ)后，建立對燃機控制軟件的通用框架結(jié)構(gòu)、模塊劃分準(zhǔn)則與模塊配置策略，通過更改模塊配置信息、模塊整體更換等方式靈活構(gòu)建可靠的燃機控制軟件。軟件模塊化按照由粗到細、由繁到簡的指導(dǎo)方針，按步驟逐級細化，最終生成最基本的模塊單元。根據(jù)燃機控制系統(tǒng)的功能，將控制軟件劃分為基本數(shù)值計算模塊庫、信號處理模塊庫、故障處理模塊庫、起動控制模塊庫、燃機運行控制模塊庫、停車控制模塊庫、輔助系統(tǒng)控制模塊庫、底層軟件模塊庫、通訊協(xié)議模塊庫。模塊一般采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫，與CPU相關(guān)的代碼采用匯編語言編寫，考慮到不同CPU的字長、對齊方式等特性，模塊內(nèi)部均采用自定數(shù)據(jù)類型，且可通過外部進行設(shè)置。

3.通訊軟件設(shè)計

EtherCAT通訊程序包括網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊、EtherCAT接口模塊、EtherCAT設(shè)備模塊、主站模塊和從站模塊。網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊完成底層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的發(fā)送和接收功能。EtherCAT接口模塊實現(xiàn)EtherCAT通訊程序與功能軟件的接口功能。EtherCAT設(shè)備模塊實現(xiàn)EtherCAT設(shè)備掃描和軟件初始化工作。主站模塊實現(xiàn)主站初始化命令和循環(huán)命令的發(fā)送處理，實現(xiàn)和維護主站的狀態(tài)機。從站模塊實現(xiàn)從站設(shè)備的配置，同時維護從站設(shè)備的狀態(tài)機。

3.1Ethercat協(xié)議

EtherCAT是用于過程數(shù)據(jù)的優(yōu)化協(xié)議，憑借特殊的以太網(wǎng)類型，它可以在以太網(wǎng)幀內(nèi)直接傳送。EtherCAT幀可包括幾個EtherCAT報文，每個報文都服務(wù)于一塊邏輯過程映像區(qū)的特定內(nèi)存區(qū)域，該區(qū)域最大可達4GB字節(jié)。數(shù)據(jù)順序不依賴于網(wǎng)絡(luò)中以太網(wǎng)端子的物理順序，可任意編址。從站之間的廣播、多播和通訊均得以實現(xiàn)。當(dāng)需要實現(xiàn)最佳性能，且要求EtherCAT組件和控制器在同一子網(wǎng)操作時，則直接以太網(wǎng)幀傳輸就將派上用場。然而，EtherCAT不僅限于單個子網(wǎng)的應(yīng)用。EtherCATUDP將EtherCAT協(xié)議封裝為UDP/IP數(shù)據(jù)報文，這就意味著，任何以太網(wǎng)協(xié)議堆棧的控制均可編址到EtherCAT系統(tǒng)之中，甚至通訊還可以通過路由器跨接到其它子網(wǎng)中。顯然，在這種變體結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)性能取決于控制的實時特性和以太網(wǎng)協(xié)議的實現(xiàn)方式。因為UDP數(shù)據(jù)報文僅在第一個站才完成解包，所以EtherCAT網(wǎng)絡(luò)自身的響應(yīng)時間基本不受影響。另外，根據(jù)主/從數(shù)據(jù)交換原理，EtherCAT也非常適合控制器之間（主/從）的通訊。自由編址的網(wǎng)絡(luò)變量可用于過程數(shù)據(jù)以及參數(shù)、診斷、編程和各種遠程控制服務(wù)，滿足廣泛的應(yīng)用需求。主站/從站與主站/主站之間的數(shù)據(jù)通訊接口也相同。從站到從站的通訊則有兩種機制以供選擇。一種機制是，上游設(shè)備和下游設(shè)備可以在同一周期內(nèi)實現(xiàn)通訊，速度非常快。由于這種方法與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)，因此適用于由設(shè)備架構(gòu)設(shè)計所決定的從站到從站的通訊，如打印或包裝應(yīng)用等。而對于自由配置的從站到從站的通訊，則可以采用第二種機制—數(shù)據(jù)通過主站進行中繼。這種機制需要兩個周期才能完成，但由于EtherCAT的性能非常卓越，因此該過程耗時仍然快于采用其他方法所耗費的時間。EtherCAT僅使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)幀，無任何壓縮。因此，EtherCAT以太網(wǎng)幀可以通過任何以太網(wǎng)MAC發(fā)送，并可以使用標(biāo)準(zhǔn)工具。

3.2主站軟件設(shè)計

EtherCAT可以在單個以太網(wǎng)幀中最多實現(xiàn)1486字節(jié)的分布式過程數(shù)據(jù)通訊。其它解決方案一般是，主站設(shè)備需要在每個網(wǎng)絡(luò)周期中為各個節(jié)點處理、發(fā)送和接收幀。而EtherCAT系統(tǒng)與此不同之處在于，每周期僅需要一個或兩個幀即可完成所有節(jié)點全部通訊，因此，EtherCAT主站不需要專用的通訊處理器。主站功能幾乎不會給主機CPU帶來任何負(fù)擔(dān)，處理任務(wù)的同時，還可處理應(yīng)用程序，因此EtherCAT無需使用昂貴的專用有源插接卡，只需使用無源的NIC卡或主板集成的以太網(wǎng)MAC設(shè)備即可。EtherCAT主站容易實現(xiàn)，尤其適用于中小規(guī)模的控制系統(tǒng)和有明確規(guī)定的應(yīng)用場合。EtherCAT映射不是在主站產(chǎn)生，而是在從站產(chǎn)生，此時過程映像已經(jīng)完成排序。該特性進一步減輕了主機CPU的負(fù)擔(dān)。可以看到，EtherCAT主站完全在主機CPU中采用軟件方式實現(xiàn)，相比之下，傳統(tǒng)的慢速現(xiàn)場總線系統(tǒng)通過有源插接卡方可實現(xiàn)主站的方式則要占用更多的資源，甚至服務(wù)于DPRAM的有源卡本身也將占用可觀的主機資源。

3.3從站軟件設(shè)計

子站模塊劃分為A/D采樣模塊、頻率量模塊、LVDT及振動信號處理模塊、熱電阻信號處理模塊、熱電偶信號處理模塊、壓力信號處理模塊、電流電壓信號處理模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸入1模塊、開關(guān)量輸入2模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量輸出模塊1、模擬量輸出模塊2，備份槽。主程序通過不同的功能要求調(diào)用軟件塊。軟件模塊設(shè)計的基本原則是數(shù)據(jù)隱藏，即各模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)私有，并提供外部接口訪問這些私有數(shù)據(jù)，各模塊之間相互獨立，從而降低各模塊之間的耦合程度。整個框架提供諸多配置接口，具有一定的通用性。子站模塊實現(xiàn)的功能為DSP外設(shè)初始化；獲取通道信息；獲取開關(guān)量輸入、擬量輸入、頻率量輸入信號；輸出開關(guān)量、PWM信號；FLASH存儲器操作；定時器的啟停、看門作等。

4.結(jié)束語

在國內(nèi)航空發(fā)動機電子控制系統(tǒng)研制的技術(shù)積累基礎(chǔ)上，開展基于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的燃機模塊式電子器研究工作，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、具有國際先進水平的燃機模塊式電子控制系統(tǒng)，不僅可以創(chuàng)造經(jīng)濟效益，而且能夠打破燃機電子控制系統(tǒng)被國外公司壟斷的局面，極大提高燃機市場的核心競爭力。

參考文獻

[1]周向陽.模塊式燃機電子控制系統(tǒng)軟件設(shè)計技術(shù)研究.南京航空航天大學(xué)碩士論文.2010-03-01

[2]EtherCAT——技術(shù)介紹及發(fā)展概貌.國內(nèi)外機電一體化技術(shù).2006-11-30

[3]周千翔.基于實時以太網(wǎng)的分布式電子控制器設(shè)計.南京航空航天大學(xué)碩士論文.2008-12-01

電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計范文第4篇

系統(tǒng)由溫濕度傳感器、電源模塊、監(jiān)控模塊、控制模塊、按鍵、開關(guān)、指示燈等組成。其中溫濕度傳感器負(fù)責(zé)采集監(jiān)控地點的溫濕度數(shù)據(jù)；監(jiān)控模塊是由臺達DIAView組態(tài)軟件制作的上位機來實現(xiàn)的，監(jiān)測控制著整個系統(tǒng)；控制模塊采用了DVP20SX2型PLC主機作為本產(chǎn)品的主控制器，并且遠程信號模塊用來采集異地信息，遠程數(shù)據(jù)的傳輸采用NRF24L01無線傳輸模塊，將采集到的信息傳遞給本地CPU；本地CPU我們采用STM32單片機來進行數(shù)據(jù)的采集、分析和計算。并將異地的各個溫濕度的情況發(fā)送給PLC，由PLC絳懈饗罟芾砉δ堋J凳奔嗖餳囁囟嗟匚率度，用戶可以設(shè)置系統(tǒng)溫濕度報警值，檢測得到的數(shù)據(jù)可以通過上位機實時監(jiān)控，也可以查詢歷史數(shù)據(jù)、報警值和報警時間；在出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的時候，可進行聲光報警。

[關(guān)鍵詞]多點檢測 PLC 無線射頻傳輸 節(jié)能高效

中圖分類號：F224-39 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）16-0261-01

目前大多數(shù)溫濕度監(jiān)控控制方案，都是采用溫濕度傳感器放在異地然后直接與PLC進行連接，一個PLC接多個溫濕度傳感器的弊端是占用的AD/DA功能模塊居多，經(jīng)濟性差，而且需要PLC進行大量的數(shù)據(jù)分析，對PLC的編程比較復(fù)雜，而處理過后的數(shù)據(jù)的精度也不是很高。

鑒于以上控制方案的弊端，本系統(tǒng)在PLC和各個溫濕度監(jiān)測點之間架上一STM32單片機作為數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站，用STM32對溫濕度傳感器進行AD采集，STM32有1～3個12位的逐次逼近性ADC，精度較高，每路ADC有18個通道，對于一個多點溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)來說，AD采集通道足夠用。然后將處理以后的數(shù)據(jù)通過NRF24L01發(fā)送給PLC進行控制，這樣只需要占用PLC極少的模塊就可以完成高精度的溫濕度檢測，達到了經(jīng)濟性的要求。同時本系統(tǒng)采用臺達組態(tài)監(jiān)控軟件DIAView進行監(jiān)視和數(shù)據(jù)的更改。

1、系統(tǒng)方案介紹

本系統(tǒng)的整個控制過程的關(guān)鍵所在就是單片機如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析和中轉(zhuǎn)。

其數(shù)據(jù)的分析采用STM32自帶的AD功能進行數(shù)據(jù)的分析，分析完成之后采用RS232串行通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC。

DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測型號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。在苛刻應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，連接方便。

無線通信模塊原理：NRF24L01是一款新型單片射頻收發(fā)器件，工作于2.4～2.5GHzISM頻段，具有通信速度快的優(yōu)點，經(jīng)實測通信距離也比較遠。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。NRF24L01功耗低，使檢測更節(jié)能。

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計制作過程涉及到電氣控制原理、PLC控制技術(shù)、傳感器技術(shù)、工業(yè)組態(tài)技術(shù)、模擬電子、數(shù)字電子技術(shù)知識。這個設(shè)計要求制作者有較高的程序設(shè)計能力，對于開發(fā)者的硬件設(shè)計能力以及軟硬件結(jié)合能力要求也高。因此，制作者需要具備扎實的基礎(chǔ)和良好的動手能力及創(chuàng)新能力。溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)能夠檢測監(jiān)控地點的溫濕度，并且能夠?qū)?shù)據(jù)通過遠程信號模塊實時傳送到本地。因此，本系統(tǒng)最核心的地方就是溫濕度檢測、溫濕度數(shù)據(jù)遠程傳送。所以，要盡力地做好軟件設(shè)計和硬件設(shè)計，并使其完好的結(jié)合，最終做出一套完整穩(wěn)定可靠的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

為了達到這個目的，首先應(yīng)該選擇好模擬式溫濕度傳感器，然后查看它的接口說明，焊接好應(yīng)用電路。溫濕度數(shù)據(jù)檢測成功后，下一步應(yīng)該進行數(shù)據(jù)傳送。因為多個監(jiān)控，所以本系統(tǒng)采用了2.4GHZ射頻通訊技術(shù)，最終調(diào)試出整個系統(tǒng)各個區(qū)域之間的良好通訊。這時，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能基本完成了，下面再做一定的完善工作，最終使系統(tǒng)更加完善、運行更加穩(wěn)定。

溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)各個模塊緊密相關(guān)、密切聯(lián)系，因此不能單獨的選擇各個模塊而不考慮與其他模塊之間的關(guān)系。要結(jié)合各個模塊所起的作用以及已選模塊的技術(shù)規(guī)格，經(jīng)過理論分析和試驗選擇合適的硬件方案，使每個功能模塊都能協(xié)調(diào)起來，最終構(gòu)成一個完整穩(wěn)定的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計

整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括PLC的程序設(shè)計和單片機的程序設(shè)計以及NRF24L01的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計，由單片機進行對溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)的分析并通過NRF24L01以RS232數(shù)據(jù)形式發(fā)送給PLC，實現(xiàn)與PLC的通訊，然后PLC根據(jù)DIAView組態(tài)軟件的設(shè)置的數(shù)據(jù)進行比較，控制報警系統(tǒng)和控制溫度濕度調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)溫濕度，實現(xiàn)溫濕度的監(jiān)控和調(diào)節(jié)。

3、系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)傳輸示意圖

STM32單片機通過AD采集溫濕度傳感器的模擬量，然后通過NRF24L01無線射頻技術(shù)將其發(fā)射出去，射頻接收端接收傳輸過來的數(shù)據(jù)并以RS232串行通訊方式發(fā)送給PLC。

4、方案規(guī)劃創(chuàng)新性和有實用價值

1）創(chuàng)新性

傳統(tǒng)采用傳感器直接連接PLC，并用PLC的AD/DA模塊進行數(shù)據(jù)的采集和處理，這樣如果對于一個較大的且點數(shù)較多的多點檢測系統(tǒng)來講，需要多個AD/DA模塊去拼差，而且接線比較麻煩，編程比較復(fù)雜。鑒于如此本系統(tǒng)在中間采用了成本較低的STM32單片機作為數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)處理系統(tǒng)，可以一次處理多個不同點的溫濕度數(shù)據(jù)，并用NRF24L01無線通訊模塊發(fā)送出去。相比于先存在的多點溫濕度檢測系統(tǒng)本系統(tǒng)所設(shè)計的基于射頻技術(shù)的多點溫濕度控制系統(tǒng)有如下有點：

1.通過無線射頻和RS232串行通訊實現(xiàn)多路溫濕度模擬量信號的采集，相比于傳統(tǒng)采用PLC的AD模塊的方案降低了成本，提高了可靠性。

2.系統(tǒng)采用STM32自帶的12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度更加的準(zhǔn)確。

2）使用價值

在現(xiàn)實生活中，很多產(chǎn)業(yè)對環(huán)境溫濕度有著非常高的要求。比如，在食品產(chǎn)業(yè)中，不合適的溫濕度會帶來食品變質(zhì)，引發(fā)安全問題；檔案管理中的紙張對溫濕度極為敏感，不當(dāng)?shù)谋４鏁辜堎|(zhì)變差、字跡模糊，會嚴(yán)重縮短檔案保存時間；溫室中的植物對于溫濕度要求極為嚴(yán)格，不當(dāng)?shù)臏貪穸认?，植物會減產(chǎn)、甚至死亡。綜上，溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用范圍非常廣泛。它能夠徹底擺脫傳統(tǒng)的人工輪流值班、人工巡回查看抄錄模式，從而避免了很多人為因素而導(dǎo)致的重大事故。因此極其有必要設(shè)計一套完整的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，這對科學(xué)的社會生產(chǎn)有著重大的意義。

參考文獻

電視監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計范文第5篇

[關(guān)鍵詞]工況自動監(jiān)控；電廠工況；工況在線監(jiān)測；自動監(jiān)控系統(tǒng)

[中圖分類號]TP277[文獻標(biāo)識碼] A

1引言

保護環(huán)境是我國的基本國策，“十二五”期間，國家將主要污染物排放總量顯著減少作為經(jīng)濟社會發(fā)展的約束性指標(biāo)，著力解決突出環(huán)境問題，加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)。2011年，國務(wù)院了《關(guān)于加強環(huán)境保護重點工作的意見》，明確提出要全面提高環(huán)境監(jiān)督管理水平的要求，實現(xiàn)由“點末端監(jiān)控”向“全過程監(jiān)控”的轉(zhuǎn)變。按照這一要求，為了全面掌握污染物排放當(dāng)量、設(shè)施運行狀態(tài)、污染物排放監(jiān)控數(shù)據(jù)的真實性，必須對電廠污染物排放自動監(jiān)控系統(tǒng)進行完善升級，開展工況監(jiān)控，在現(xiàn)有末端監(jiān)控的基礎(chǔ)上，擴展到生產(chǎn)設(shè)施、污染治理設(shè)施運行狀態(tài)的監(jiān)控，實現(xiàn)污染治理設(shè)施運行狀態(tài)分析、排放數(shù)據(jù)真實性判定。

本文給出了一種燃煤電廠工況自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計思路和實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)基于環(huán)保部門VPN專網(wǎng)，能夠有效實現(xiàn)對燃煤電廠治污設(shè)施運行情況的全過程監(jiān)管。

2系統(tǒng)總體設(shè)計概述

2.1技術(shù)路線

2.1.1系統(tǒng)采用多層體系結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，綜合采用XML技術(shù)、.NET Framework組件、 Web開發(fā)模型及Visual C++語言進行開發(fā)。

2.1.2數(shù)據(jù)庫采用實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫用于存儲電廠每個工藝過程點的數(shù)據(jù)，提供清晰、精確的操作情況畫面，用戶既可瀏覽工廠當(dāng)前的生產(chǎn)情況，也可回顧過去的生產(chǎn)情況。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫用來存儲歷史數(shù)據(jù)和均值數(shù)據(jù)，以便實現(xiàn)統(tǒng)計、分析、報表、輔助決策等功能。

2.1.3采用監(jiān)控組態(tài)化軟件進行現(xiàn)場工況的流程設(shè)計和數(shù)據(jù)展現(xiàn)。

2.1.4現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元分別接入現(xiàn)場DCS（Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng)）、CEMS（Continuous Emission Monitoring System，煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)）、FGD（Flue gas desulfurization，煙氣脫硫）等系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場工況數(shù)據(jù)采集，并通過隔離網(wǎng)閘實現(xiàn)數(shù)據(jù)的單向傳輸，確保生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的安全。

2.1.5脫硫及脫硝裝置關(guān)鍵參數(shù)如旁路擋板開度、石灰石（補充）漿液泵電流、增加風(fēng)機電流、循環(huán)漿液泵電流等通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集單元直接從采集傳感器獲取，確保數(shù)據(jù)的真實性。

2.1.6工況監(jiān)控單元與環(huán)境監(jiān)控中心通信服務(wù)器之間交互通訊流程和數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)遵循HJ/T212-2005《污染源在線自動監(jiān)控（監(jiān)測）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》，采用TCP方式進行通訊。

2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體分四層：采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，如圖1。

采集層位于電廠端，由相關(guān)硬件和軟件組成，主要負(fù)責(zé)工況數(shù)據(jù)采集、本地存儲和轉(zhuǎn)發(fā)、補發(fā)、重發(fā)。

網(wǎng)絡(luò)層位于電廠端和區(qū)域環(huán)境監(jiān)控中心之間，由網(wǎng)絡(luò)通信模塊組成，負(fù)責(zé)工況數(shù)據(jù)發(fā)送及監(jiān)控中心接收。

數(shù)據(jù)層位于區(qū)域環(huán)境監(jiān)控中心，由實時工況數(shù)據(jù)庫和分析數(shù)據(jù)庫組成，主要負(fù)責(zé)工況數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲。

應(yīng)用層位于區(qū)域環(huán)境監(jiān)控中心，為最終用戶提供一系列的功能模塊，包括實時工況監(jiān)控，工況報警，工況數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計，環(huán)保執(zhí)法、總量核算、排污統(tǒng)計等數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2.3系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

電廠工況自動監(jiān)控系統(tǒng)依托于環(huán)保VPN專網(wǎng)，主要由工況現(xiàn)場系統(tǒng)和監(jiān)控中心應(yīng)用系統(tǒng)平臺兩部分組成，如圖2。

工況現(xiàn)場系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元、通信服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機等組成。數(shù)據(jù)采集單元通過網(wǎng)閘與現(xiàn)場生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)DCS、CEMS、FGD等系統(tǒng)相連，采集生產(chǎn)過程有關(guān)數(shù)據(jù)；通過AI、DI接口直接與現(xiàn)場治污設(shè)施數(shù)據(jù)采集傳感器相連，采集主要的污染數(shù)據(jù)與治理設(shè)施狀態(tài)數(shù)據(jù)。通信服務(wù)器，一方面通過環(huán)保VPN專網(wǎng)與中心系統(tǒng)相連，實現(xiàn)現(xiàn)場實時采集數(shù)據(jù)的傳輸；另一方面，存儲和管理本地采集數(shù)據(jù)。

監(jiān)控中心應(yīng)用系統(tǒng)平臺主要由實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、業(yè)務(wù)工作站等組成。

3電廠端系統(tǒng)設(shè)計

電廠端主要安裝工況現(xiàn)場采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)關(guān)鍵任務(wù)之一是采集電廠工況數(shù)據(jù)，并將工況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)控中心。主要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、單向物理隔離網(wǎng)閘、數(shù)據(jù)采集單元、通訊服務(wù)器等組成。

數(shù)據(jù)采集單元，實現(xiàn)工況數(shù)據(jù)的采集、處理和本地存儲管理；采用嵌入式設(shè)計，具有1個10/100M以太網(wǎng)接口，可擴展的模擬量和開關(guān)量接口（標(biāo)配8DI、16AI）。系統(tǒng)通過以太網(wǎng)口經(jīng)過單向隔離網(wǎng)閘接入電廠生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)DCS、CEMS、FGD等系統(tǒng)，采用OPC（Object Linking and Embeding（OLE）for Process Control，用于過程控制的（OLE）和MODBUS（注：一種串行通信協(xié)議）等主流數(shù)據(jù)采集協(xié)議獲得生產(chǎn)過程各工況數(shù)據(jù)；通過模擬量和開關(guān)量接口直接從傳感器采集治污設(shè)施關(guān)鍵參數(shù)，確保數(shù)據(jù)的真實性。

通信服務(wù)器，負(fù)責(zé)現(xiàn)場工況管理和監(jiān)控中心平臺通訊，將工況數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)監(jiān)控中心平臺，其系統(tǒng)功能如圖3。

4監(jiān)控中心應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控中心系統(tǒng)主要由實時數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、通信服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)工作站等組成。其應(yīng)用系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)以下功能：

4.1實時工況監(jiān)控

實時工況監(jiān)控采用工藝流程圖的方式對電廠各發(fā)電機組的生產(chǎn)控制系統(tǒng)、治污設(shè)施控制系統(tǒng)、污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況進行實時監(jiān)控，監(jiān)控的排污數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)每10秒鐘（刷新時間可定義1-3600S）刷新一次，并可查詢、統(tǒng)計監(jiān)測參數(shù)任意時間段內(nèi)的變化趨勢，支持將多個監(jiān)測參數(shù)組合進行對比、分析。

4.2工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析主要是依據(jù)實現(xiàn)定義的分析模型，對電廠工況進行綜合分析，判斷發(fā)電機組、治污設(shè)施的運行情況是否正常、污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)是否可靠，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)電機組生產(chǎn)過程、治污設(shè)施、監(jiān)測系統(tǒng)可能存在的異常情況（偷排、治污設(shè)施假運行等）。

工況驗證分析是基于中心工況過程數(shù)據(jù)庫中存儲的工況數(shù)據(jù)做分析驗證，主要提供實時工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，實時工況數(shù)據(jù)超限分析，實時模型計算分析、與現(xiàn)有污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)進行一致性判斷。

4.2.1實時工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

在工況治理設(shè)施運行時，許多工況參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。各工況數(shù)據(jù)之間存在或松或緊的關(guān)聯(lián)關(guān)系，當(dāng)其中某個工況數(shù)據(jù)變化時，與之相關(guān)聯(lián)的工況數(shù)據(jù)都會跟著變化。如：煙氣流量分析、煙氣溫度分析、SO2濃度分析、旁路擋板門工況分析、增壓風(fēng)機工況分析等。例如，煙氣流量分析，相關(guān)參數(shù)包括：煙囪流量、FGD出口流量、FGD入口流量，根據(jù)FGD入口和出口流量判定煙囪的流量。

4.2.2實時工況數(shù)據(jù)超限分析

對工況（單個或組合）參數(shù)的超限分析，并判斷工況運行是否正常，數(shù)值有否超標(biāo)。

通過分析脫硫及脫硝系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，如：吸收塔PH值、脫硫效率、CEMS監(jiān)測二氧化硫濃度、CEMS監(jiān)測煙氣溫度與原煙氣溫度差等，確定其正常數(shù)值范圍，并建立超限表達式，由分析引擎實時分析和記錄。依據(jù)這些參數(shù)超限分析，可以對設(shè)施運行好壞做出判定，也能對可能存在的設(shè)備故障及參數(shù)造假做出可能性判斷。

4.2.3實時模型計算分析

在實時工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析及實時工況數(shù)據(jù)超限分析的基礎(chǔ)上，將一組判斷治污設(shè)施運行的表達式，依據(jù)一定的規(guī)則順序組成模型。

例如，應(yīng)用工況數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和工況數(shù)據(jù)超限兩種手段來組合分析旁路擋板信號故障及人為造假情況。首先根據(jù)增壓風(fēng)機的電流及動葉開度與機組負(fù)荷、引風(fēng)機電流直接的線性關(guān)系分析；其次分析根據(jù)凈煙氣流量是否跟機組總送風(fēng)量、原煙氣流量、CEMS監(jiān)測煙氣流量是否也呈線性關(guān)系；最后分析CEMS監(jiān)測煙氣溫度與原煙氣溫度差是否超限、CEMS監(jiān)測煙氣壓力與原煙氣壓力差是否超限等。當(dāng)上述規(guī)則有一條以上出現(xiàn)異常時，可懷疑旁擋板信號故障及人為造假情況，異常規(guī)則越多，懷疑的可能性越大。

4.2.4與現(xiàn)有污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)進行一致性判斷

將工況監(jiān)控系統(tǒng)中的電廠和污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)中的電廠自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)，通過數(shù)據(jù)誤差分析對污染源監(jiān)測系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)真實性進行評估。

4.3工況報警

工況報警主要是根據(jù)工況數(shù)據(jù)內(nèi)部邏輯關(guān)系，定義報警規(guī)則，系統(tǒng)根據(jù)報警規(guī)則，自動產(chǎn)生報警信息，報警信息通過短信平臺、報警值守系統(tǒng)向?。ㄊ校┉h(huán)保部門、運營商、電廠管理部門發(fā)出報警信息，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

4.4數(shù)據(jù)查詢

數(shù)據(jù)查詢主要針對采集的排污數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)進行綜合查詢。為方便監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢，系統(tǒng)提供按時間段、按電廠/機組、按監(jiān)測參數(shù)、按工業(yè)處理流程方法等多種查詢條件，查詢出的信息，可按表格或圖形方式顯示，并可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出成常用的格式（如EXCEL等）。

4.5統(tǒng)計報表

統(tǒng)計報表功能可以按日、月、季、年等方式統(tǒng)計出該時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，形成報表并可以導(dǎo)出打印。便于進行相關(guān)的統(tǒng)計業(yè)務(wù)，并為決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.6運行情況管理

4.6.1運行情況統(tǒng)計

運行情況統(tǒng)計通過結(jié)合重點污染源值班管理系統(tǒng)的相關(guān)信息，統(tǒng)計電廠各發(fā)電機組生產(chǎn)設(shè)備、治污設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備的運行情況。系統(tǒng)可根據(jù)值班管理系統(tǒng)排除已上報的停運、檢修、故障的發(fā)電機組。

4.6.2數(shù)據(jù)上傳情況統(tǒng)計

數(shù)據(jù)上傳情況統(tǒng)計主要是根據(jù)監(jiān)測的過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、排污數(shù)據(jù)的上傳頻率統(tǒng)計各電廠的數(shù)據(jù)整體上傳情況，整體把握工況在線監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集情況。

4.6.3工況核定

工況核定主要是對治污設(shè)施的投運、停運做人為的核定，為之后的核定總量提供更加精確的數(shù)據(jù)。

工況參數(shù)在經(jīng)過規(guī)則的判定時分為兩種情況：系統(tǒng)判斷規(guī)則能準(zhǔn)確地判斷治污設(shè)施的起停；而參數(shù)判斷規(guī)則在判斷后，還需要對工況參數(shù)報警做人為的核準(zhǔn)。工況核定是一個工具，可以對各種工況作有效和無效性核定，而無論是哪種報警在核實真實情況后也都可以重新做修正。

在有了準(zhǔn)確的核定后，對治污設(shè)施的各類數(shù)據(jù)才能精確的統(tǒng)計，如：享受脫硫電價的發(fā)電量，就需要統(tǒng)計在脫硫正常投運下機組所發(fā)電量的總和。

4.6.4工況數(shù)據(jù)審核

審核主要是對工況數(shù)據(jù)的有效性進行確認(rèn)。系統(tǒng)根據(jù)各項監(jiān)測參數(shù)的上下限、關(guān)聯(lián)規(guī)則進行自動核定，對于超出上下限制或經(jīng)過關(guān)聯(lián)規(guī)則檢查發(fā)現(xiàn)問題的監(jiān)測數(shù)據(jù)給予醒目的提示（通過顏色區(qū)別等），監(jiān)控中心工作人員重點核對有問題的監(jiān)測參數(shù)，并進行相應(yīng)的處理，并由工作人員確認(rèn)監(jiān)測的數(shù)據(jù)是否有效。

4.6.5總量核定

總量核對主要依據(jù)過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)對SO2等污染物數(shù)據(jù)的總量進行核定。污染物總量的計算先根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)（如S02）進行分時段匯總，然后根據(jù)過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)運行中的異常情況，綜合分析各時段污染源總量數(shù)據(jù)的可靠性，對于可疑或不可靠的數(shù)據(jù)，進行人工確定。

4.7工況設(shè)置

4.7.1工藝流程定義

工業(yè)流程定義主要是根據(jù)各電廠每個機組的脫硫脫硝處理技術(shù)來繪制其處理工藝流程圖，包括生產(chǎn)控制部分、治污處理部分、在線監(jiān)控部分。工藝流程圖的各組成設(shè)備及處理流程方向以圖片控件、流程線控件來表示，由用戶通過拖拽控件完成工藝流程圖的繪制。

在定義工藝流程圖的各組成設(shè)備時，可同時對該設(shè)備對應(yīng)的監(jiān)控參數(shù)進行定義，并設(shè)置監(jiān)控參數(shù)的單位、上下限值等。

4.7.2關(guān)聯(lián)規(guī)則定義

關(guān)聯(lián)規(guī)則定義主要是根據(jù)處理工藝的不同構(gòu)建過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、排污數(shù)據(jù)的相互校驗關(guān)系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)的工況分析提供依據(jù)。

關(guān)聯(lián)規(guī)則的定義通過數(shù)據(jù)公式、邏輯關(guān)系進行定義。

4.7.3采集參數(shù)設(shè)置

采集參數(shù)設(shè)置主要根據(jù)電廠的脫硫、脫銷處理工藝進行監(jiān)測參數(shù)的定義，主要包括生產(chǎn)過程、治污設(shè)施的各項參數(shù)定義（含監(jiān)測參數(shù)的單位等）。

4.7.4通訊參數(shù)設(shè)置

通訊參數(shù)設(shè)置主要用于定義平臺軟件與前端工況數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊過程中使用的相關(guān)參數(shù)。

4.8遠程控制

遠程控制主要是對前端工況數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行遠程管理，包括遠程參數(shù)設(shè)定、遠程重啟設(shè)備、遠程時鐘設(shè)置、遠程校時、監(jiān)測參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)補調(diào)等功能。

5結(jié)論

本文給出的電廠工況自動監(jiān)控系統(tǒng)，通過在上網(wǎng)電廠治理設(shè)施生產(chǎn)控制單元中選取與環(huán)保監(jiān)管相關(guān)的工況過程數(shù)據(jù)，對設(shè)施的運行過程和運行結(jié)果進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)了“點末端監(jiān)控”到“全過程監(jiān)控”的轉(zhuǎn)變。進一步完善了環(huán)境自動監(jiān)控系統(tǒng)功能，實現(xiàn)電廠污染防治全過程自動監(jiān)控，提升監(jiān)控數(shù)據(jù)全面分析、邏輯印證和應(yīng)用能力，準(zhǔn)確反映電廠實際排污情況，科學(xué)核算主要污染物排放量，為上網(wǎng)電廠排污費征收核定、脫硫脫硝電價核算、污染減排和環(huán)境管理提供準(zhǔn)確可靠依據(jù)。

參考文獻：

[1]周婧，劉橋.火力發(fā)電廠煙氣自動監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報.2007（3）：76-80.