专利名称：汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火力发电中测量方法，特别涉及一种现场在线测量系统 及方法。
背景技术：
大型汽轮机的排汽及其末级抽汽一般均是湿蒸汽，在大型火电机组在线
性能计算中，低压缸的效率计算一直都很麻烦，其原因是尚不具备在线测量
湿蒸汽干度的手段。当最末几级抽汽或排汽处于湿蒸汽区域时，其压力和温
度不再是独立参数，因此，在汽轮机运行的实时热平衡计算中，其焓值不能
由蒸汽图表查得。目前，理论上计算汽轮机排汽焓的主要方法有电算迭代法、
汽轮机变工况计算方法等。
目前，在线准确测量汽轮机的排汽及其末级抽汽双干度是一个没有解决
的技术难题，开发一种汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量仪，是填补
该领域的一个空白。
发明内容
本发明是针对现有在线准确测量汽轮机的排汽及其末级抽汽双干度困难 的问题，提出了一种汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量方法及系统， 是一种计算机化在线分析测量方法及其显示仪器，具有直观定量显示汽轮机 排汽及末级抽汽双干度的功能。
本发明的技术方案为 一种汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量系 统，包括现场数据采集系统DCS、安全转换连接器、工业实时数据库服务器、 模型运算服务器、历史数据库服务器、两级干度显示仪，现场数据采集系统
DCS通过安全转换连接器连接电厂的SIS系统，实时采集各分设备状态参数的 现场数据，工业实时数据库服务器与现场数据采集系统DCS连接，负责将现 场数据采集单元实时测量到的信号按照规则存储起来，模型运算服务器和工 业实时数据库服务器连接，接收数据到模型运算服务器，模型运算服务器建 立数学运算模型，输出信号给两级干度显示仪显示，同时和历史数据库服务 器连接，历史数据库服务器作为存储备份历史数据的数据库，向工业实时数 据库服务器提供数据源。
所述工业实时数据库服务器，模型运算服务器，两级干度显示仪，历史 数据库服务器都接入局域网，实现互相之间的通信。
所述系统采用OPC标准通信协议。
一种汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量方法，汽轮机排汽和末级 抽汽双干度在线软测量系统，在线测量包括以下主要步骤
(1)建立在线软测量方法，包括采用火力发电厂管道热力系统热效率的 反平衡计算方法，汽轮发电机组热力系统的热平衡，汽轮发电机组功率平衡 及其质量平衡方法；
(2 )建立一个与若干可测参数相关的汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线 软测量数学模型；
(3) 建立在线数据采集、处理、运算、存储和输入的方法；
(4) 建立动态显示当前汽轮机排汽及末级抽汽双干度值及安全警示值的 比较方法，当两者相等时，系统发出报警信号。
本发明的有益效果在于本发明汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测 量方法及系统，具有直观定量显示汽轮机排汽及末级抽汽双干度的功能，解
决在线准确测量汽轮机的排汽及其末级抽汽双干度困难的问题。
图1本发明汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量方法及系统中火力发电
站能量转换过程简图2本发明汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量方法及系统原理示意框 图3本发明汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量系统中两级干度显示仪 外形图4本发明汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线测量系统中测量仪的电路连接 图。
具体实施例方式
如图1所示火力发电站能量转换过程简图，根据热力发电厂原理，火力 发电站由锅炉热力系统l、管道热力系统2、汽轮发电机组热力系统3、火力 发电站4、燃料化学能5和发电机输出电能6组成。在锅炉热力系统1中，完 成燃料化学能向蒸汽热能的转换；在汽轮发电机组热力系统3中，蒸汽在汽 轮机中膨胀作功，将热能转换为机械能，同时拖动发电机转动，最终将机械 能转换为对外供应的电能；而管道热力系统2起到锅炉热力系统1与汽轮发 电机组热力系统3连接的作用，实现热量的传递。
如图2所示原理示意框图，汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量系 统由以下部分组成现场数据采集系统DCSll、安全转换连接器10、工业实 时数据库服务器12、模型运算服务器13、历史数据库服务器15、两级干度显 示仪14,系统采用OPC标准通信协议，现场数据采集系统DCS11通过安全转
换连接器10连接电厂的SIS系统，实时采集各分设备状态参数的现场数据， 工业实时数据库服务器12与现场数据采集系统DCS11连接，负责将现场数据 采集单元实时测量到的信号(即各分设备的状态参数)按照一定的规则存储 起来，模型运算服务器13和工业实时数据库服务器12连接，接受opc数据 的叩c client到模型运算服务器，模型运算服务器13输出信号给两级干度 显示仪14显示，同时和历史数据库服务器15连接，历史数据库服务器15作 为存储备份历史数据的数据库，向工业实时数据库服务器12提供数据源的opc server,此外，工业数据库，opc client,模型运算服务器，两级干度显示 仪，历史数据库，opc server都接入局域网，因此可以实现互相之间的通信。
DCS系统11:采用ABB自动化有限公司生产的ABB-DCS系统。ABB-DCS系 统的通信网络结构从通信介质上可以分成三层通信网络结构。底层是现场控 制站内部的I/O网络(I/O NET),采用高速现场总线网，实现主控制器和各 种I/O处理单元之间的信息交换。第二层为过程控制网采用高速的控制网
(CNET)实现服务器、工程师站、系统操作站和现场控制站之间信息交换。 最上层作为系统网络(SNET)，采用符合TCP/IP协议的工业以太网，连接各 个控制站的服务器及企业内各类管理计算机，用于企业内的信息传送和管理， 实现工厂综合管理的主要信息通道。
安全转换连接器10:采用中国电力科学研究院stonewall—2000型的网 闸，该网闸可以将电厂的DCS系统和电厂的SIS系统进行物理的隔离，保证 了SIS系统的安全。
工业实时数据库服务器12:采用ABB公司的工业实时数据库，运行在32 位Windows2003网络平台上，可挂接局域网或广域网，存储DCS实时现场数
据和历史纪录。其基本配置如下
(1) CPU: P42.4G以上；(2) RAM: 512MB以上；(3)硬盘IOGB以上； (4) CRT: XVGA15"(分辨率》1024X768)以上；(5)光驱:四倍速以上；(6) 软件ABB公司的工业实时数据库软件；(7)操作系统Windows 2003; (8) 网络Ethernet网卡，MODEM等；(9)其他鼠标、键盘等其它多媒体配件。
模型运算服务器13:运行在32位Windows 2003网络平台上，可挂局域 网或广域网和数据库服务器、客户机连接，运用热力发电厂原理进行参数计 算。基本配置如下
(1) CPU: P4 2.4G氺2以上；(2) RAM: 512MB以上；(3)硬盘IOGB以 上；(4) CRT: XVGA15"(分辨率》1024X768)以上；(5)光驱四倍速以上；
(6)软件火电厂管道热力系统反平衡热效率的在线计算软件，包括汽轮发
电机组热力系统的热平衡，汽轮发电机组功率平衡及其质量平衡方程，以及 一个与若干可测参数相关的汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量数学模
型。(7)操作系统:Windows 2003; (8)网络Ethernet网卡，MODEM等;(9)
其他鼠标、键盘等其它多媒体配件。
历史数据库服务器15:运行在32位Windows2003网络平台上，可挂接局 域网或广域网，存储通过计算模型计算得出的各个分设备的热能情况和其历 史记录。其基本配置如下(1) CPU: P4 2.4G以上；(2) RAM: 512MB以上；
(3)硬盘IOGB以上;(4) CRT: XVGA15"(分辨率》1024X768)以上;(5) 光驱四倍速以上；(6)软件microsoft软件公司的sql server2005数据 库软件；(7)操作系统Windows2003; (8)网络Ethernet网卡，MODEM等；
(9)其他鼠标、键盘等其它多媒体配件。
干度仪14:采用触摸式显示屏，与历史数据库服务器连接，动态显示当 前汽轮机排汽及末级抽汽双干度值，当实时干度值与其安全警示值相等时， 发出报警信号，并将该点时刻和数据记录下来。历史干度值可以提供査询和 连接网络打印机实时打印。
电站运行的监控和管理一般都采用分布式控制系统(DCS)实现。DCS系 统是一种以工控机和智能I/O为基础，具有完全模块化的多级结构体系，其 一般划分为现场级、控制级、监控级和管理级等层次，各层之间以通信网络 为连接纽带。现场级队现场信号(温度、压力、流量、转速等)进行处理， 完成现场控制功能。控制级集控制与监测功能于一体，是一个完整的小系统， 进而组合成中大规模的系统，它可由工控机或智能控制器(PLC智能调节器) 组成，对信号实现编程、优化计算和监控。监控级全面管理和监督系统各级 的工作状态，以动画、图形、曲线、系统总貌组态等方式显示各工作工次和 各控制回路的动作状体，提供全面的各类运行、监督信息及优化控制算法。 管理级主要通过网络连接，作为企业综合管理网络中的工作站，组成局域网 共享有关信息，供生产管理和决策之用。
由上可见，现场数据采集单元的信号采集功能实际上是DCS系统功能的 一个子集，因此在本实施例中，可将现场数据采集单元视为一个从DCS系统 中抽象出来的实现现场信号测量的功能实体。
用户可以通过两级干度显示仪调用模型运算器对电站的汽轮机排汽及末 级抽汽双干度进行实时査询，并且当实时干度达到设定的临界值时，该仪器 将会自动报警并将报警数据发送到全厂SIS系统中，用户通过该仪器也可以 查询历史数据，并连接网络打印机实现实时数据打印。
模型运算服务器每隔60秒自动的从opc client获取数据，然后进行模 型计算，然后利用现有的数据库引擎将计算结果存回sql2005的历史数据库 中。
Opc server可以每隔60s从历史数据库中自动获取各个计算量结果，然 后通过叩clink传回到工业实时数据库中保存。这样可以让其他系统脱离该 系统，直接在工业实时数据库上查看历史运行结果。
汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量方法，包括以下主要步骤
(1) 建立在线软测量方法，包括采用火力发电厂管道热力系统热效率的 反平衡计算方法，汽轮发电机组热力系统的热平衡，汽轮发电机组功率平衡 及其质量平衡方法；
(2) 建立一个与若干可测参数相关的汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线 软测量数学模型；
(3) 建立在线数据采集、处理、运算、存储和输入的方法；
(4) 建立动态显示当前汽轮机排汽及末级抽汽双干度值及安全警示值的 比较方法，当两者相等时，系统发出报警信号。
如图3所示一种汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量仪的外形图。 在所显示的示意图中，由汽轮机排汽干度实时与历史视图切换按钮21、汽轮 机末级抽汽干度实时与历史视图切换按钮22、控制按钮23、内部电路板24、 实时建议措施提示25、汽轮机排汽干度实时数据显示表盘26、汽轮机末级抽 汽干度实时数据显示表盘27、报警扬声器28组成，其中顶部为触摸屏的可供 用户进行选择的一些功能按钮，例如电源开关，音量大小，图像调整。该 显示仪还包括一个RJ45网线接口，外接串行通讯接口，触摸屏的固定槽，以
及对其进行扩展功能的扩展槽。
如图4所示测量仪的电路连接图，两级干度显示仪电路连接示意图由16 个模拟按钮31、 VGA显示芯片32、 MAC网卡芯片33、 MCU多点控制单元34、 LED指示灯35、 JTAG边界扫描和故障检测芯片36、 EEPROM可擦写存储芯片 37，蜂鸣器电路38、 RS232串行通信电路39组成一个电路板。包括MCU芯片 作为中央处理单元，还有一块局域网网卡模块用于连接局域网网络。各个芯 片之间通过总线进行关联，通信数据。
用户可以通过两级干度显示仪调用历史干度值，或者査询和打印。 在本实施例中，工业实时数据库，模型运算服务器，opc client, opc server,历史数据库，两级干度显示仪通过局域网连接在一起。
权利要求
1、一种汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量系统，其特征在于，系统还包括现场数据采集系统DCS、安全转换连接器、工业实时数据库服务器、模型运算服务器、历史数据库服务器、两级干度显示仪，现场数据采集系统DCS通过安全转换连接器连接电厂的SIS系统，实时采集各分设备状态参数的现场数据，工业实时数据库服务器与现场数据采集系统DCS连接，负责将现场数据采集单元实时测量到的信号按照规则存储起来，模型运算服务器和工业实时数据库服务器连接，接收数据到模型运算服务器，模型运算服务器建立数学运算模型，输出信号给两级干度显示仪显示，同时和历史数据库服务器连接，历史数据库服务器作为存储备份历史数据的数据库，向工业实时数据库服务器提供数据源。
2、 根据权利要求1所述的汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量系统，其 特征在于，所述工业实时数据库服务器，模型运算服务器，两级干度显示仪， 历史数据库服务器都接入局域网，实现互相之间的通信。
3、 根据权利要求1所述的汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线测量系统，其特 征在于，所述系统采用OPC标准通信协议。
4、 一种汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测量方法，汽轮机排汽和末级抽 汽双干度在线测量系统，在线测量包括以下主要步骤(1) 建立在线软测量方法，包括采用火力发电厂管道热力系统热效率的反平 衡计算方法，汽轮发电机组热力系统的热平衡，汽轮发电机组功率平衡及其 质量平衡方法；(2) 建立一个与若干可测参数相关的汽轮机排汽及末级抽汽双干度在线软测 量数学模型；(3) 建立在线数据采集、处理、运算、存储和输入的方法；(4) 建立动态显示当前汽轮机排汽及末级抽汽双干度值及安全警示值的比较 方法，当两者相等时，系统发出报警信号。
全文摘要
本发明涉及一种汽轮机排汽和末级抽汽双干度在线软测量方法及系统，基于火电厂DCS系统，采用OPC标准通信协议与显示仪实现智能连接，以硬接线方式连接DCS，经过数据通道测得若干状态参数作为采样信号，再由采样通道进行信号处理，并运用热力发电厂原理建立数学模型实时运算并直接显示汽轮机排汽及末级抽汽的干度。解决在线准确测量汽轮机的排汽焓及其末级抽汽双干度困难的问题。
文档编号G01N25/56GK101377470SQ20081020050
公开日2009年3月4日 申请日期2008年9月26日 优先权日2008年9月26日
发明者昊 吴, 成贵学, 磊 李, 杜海舟, 潘卫国, 王文欢, 石奇光, 顾先青 申请人:上海电力学院