蒸汽管网监控系统的设计与实现

南宁学院 黄 赢 邓鹏鹰

蒸汽管网广泛运用于石化，冶金，工矿，家居等领域，蒸汽管网流量数据的完整性，精确性和一致性对这些领域的安全生产，企业效益都起到非常重要的意义。为此设计一款基于Visual Studio.NET的蒸汽管网监控系统，系统可计算蒸汽热力学性质，监控流量数据，根据历史数据，统计特性，经验分布，经过水力热力计算模型校准一测量变量，估算未测变量，最后通过数据协调输出完整、精确、一致性良好的蒸汽管网数据。该系统对企业蒸汽管网数据的分析和研究具有重要的意义。

1 系统整体方案设计

系统数据库由蒸汽管网现场实时数据，蒸汽热力学性质计算值，历史数据构成，针对热力学性质，历史数据，根据统计特性，利用单变量统计过程控制法对实时数据进行监控校准，利用Taylor展开结合多元回归计算管网泄漏与损耗的流量，对数据进行协调计算，最后输出精确完整一致的有效数据。该系统架构图如图1所示。

图1 系统整体设计方案

2 系统开发平台

系统选择的开发平台是Visual Studio.NET和MATLAB，Visual Studio.NET较为强大的开发工具，Visual Studio.NET提供了用户界面设计功能、编码、编译调试、数据库联接操作等基本功能和基于开放架构的服务器组件开发平台，Visual Studio.NET界面友好，操作简单。MATLAB具有强大的数值计算功能，本系统通过MATLAB计算水蒸气的热力学性质，用Visual Studio.NET调用其数据从而实现数据的连接与呈现。

3 系统总体框架与功能设计

蒸汽管网流量监控系统通过OPC客户端从蒸汽管网系统提取实时数据，录入数据库，系统对实时数据运行进行监控，报警模块对正在进行监控的温度，压力，流量等数据进行监控，对异常数据进行报警，同时打印报表，对于正常的流量数据，将于计算模型获取得的流量数据通过协调算法进行数据协调，对数据协调后的数据进行存储，系统的实时运行数据的监控和协调后的数据都通过实时显示模块进行显示。软件总体框架结构图如图2所示。

图2 软件总体框架结构图

软件由以下几大功能模块组成：

①OPC客户端模块：从蒸汽管网系统中提取实时数据。

②实时显示模块：显示实时监控的温度、压力、流量现场数据；显示数据协调模块中的测量数据，真实数据，协调数据。

③数据库管理模块：存储实时数据，历史数据。

④报警模块：对异常的压力，温度流量数据进行监控和报警。

⑤历史曲线模块：根据历史数据信息绘制历史曲线。

⑥打印报表模块：用户可以根据需求打印自己所需要的数据报表。

各模块具体设计如下：

（1）OPC客户端模块设计

OPC服务器通常支持两种类型的访问接口，它们分别为不同的编程语言环境提供访问机制。这两种接口是：自动化接口（Automation interface）；自定义接口（Custom interface）。自动化接口通常是为基于脚本编程语言而定义的标准接口，可以使用VisualBasic、Delphi、PowerBuilder等编程语言开发OPC服务器的客户应用。对于实时测量数据，通过从OPCClient从各个系统的OPCServer中获取。

该软件与其他系统交互方式也是通过OPC将用户需要的中间计算数据和最终协调的数据通过OPC发布出来实现数据交互。OPC客户端程序的工作流程图如图3所示。

图3 OPC客户端工作流程图

（2）数据库管理模块设计

数据库管理系统数据库模块分为实时库和历史库，实时数据库存储的是管网现场数据，历史数据库存储提供历史数据。实时数据库的设计方案是获取OPC客户端的实时数据，用一个结构体来获取各项数据信息，申请内存空间，依次将读取的数据存放到相应的内存空间即可。

（3）报警模块设计

报警模块的作用是对超出极限的异常数据进行报警，报警模块主要划分为三个区域，分别为安全区，调节区和报警区，整个工作区根据历史数据和经验划分为上限、下限、上上限、下下限。上限和下限间的区域定义为安全区，低于下下限和高于上上限的区域定义为报警区，报警区和安全区之间的区域为调节区，落于安全区的数据用绿色显示，落于调节区的数据用黄色显示，落于报警区的数据用红色显示进行报警。数据的监控划分用单变量统计过程控制的方法进行。报警流程图如图4所示。

图4 报警流程图

（4）历史曲线模块设计

历史曲线是根据历史数据进行绘制，通过历史曲线工作和研究人员能够直观的观察蒸汽管网中数据的变化规律，从而对数据进行预处理。也可以根据温度，压力和流量的曲线变化规律查找管网中存在的问题。历史曲线模块的设计方案是先从日志文件中选择数据，选择对应数据的时间段，自动调整时间抽来显示曲线的比例，读取文件数据并且存入堆内存，自动调整Y抽显示比例，最后计算屏幕坐标点用直线连接起来，显示历史曲线。绘制历史曲线工作流程图如图5所示。

图5 历史曲线工作流程图

历史曲线绘制的关键是显示比例的计算，坐标点的计算入公式(1)所示。

其中d(x)d(y)代表某点的横坐标和纵坐标，Δt为前后时间的差，simpletime为采样时间，t总为终止时间与起始时间的差，pix_X为横坐标的像素点，时间抽以秒为单位。通过公式算法自动调整显示比例使曲线显示于相应的窗口内。

4 软件主操作界面程序

系统操作界面如图6数据监控主界面，如图7数据协调主界面所示，在数据监控主界面，可以观察实时监控数据，观看历史曲线和实时曲线，打印历史数据报表和历史报警报表。在数据协调主界面上能观察到流量数据的真实测量值，测量流量值和协调流量值和一些相关操作。

图6 数据监控主界面

图7 数据协调主界面

蒸汽管网监控系统集成OPC客户端，实时数据库，历史数据库，数据监控模块，报警模块，实时显示模块于一体，不仅能有效的对蒸汽管网数据进行实时监控，监控到的异常数据进行报警，同时生成历史报警记录，打印历史数据表，而且通过数据协调算法对流量数据进行协调，输出准确数据，系统能显示出测量数据，实际数据，协调数据，便于蒸汽管网工作和研究人员使用，系统功能多样，界面简洁，操作简单，对提高蒸汽管网的实时调度和优化具有非常重要的意义。