楊 蘭

（寶雞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西寶雞721013）

在我國(guó)，工業(yè)爐是十分重要的熱能動(dòng)力設(shè)備，而其實(shí)際運(yùn)行效率相對(duì)較低，與國(guó)家所規(guī)定的熱效率目標(biāo)之間還存在明顯差異。工業(yè)爐不僅是主要耗能設(shè)備，還是污染設(shè)備，其中燃煤工業(yè)爐的污染物排放是主要污染源，其煙塵、二氧化硫與氮氧化物等污染物排放在全國(guó)占據(jù)了很大比例。因?yàn)楣I(yè)爐量大面廣，而且比較分散，對(duì)于監(jiān)督管理部門(mén)而言，想要獲取自身區(qū)域內(nèi)部的工業(yè)爐運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)難度本身就很大，也就進(jìn)一步影響了安全監(jiān)察與能耗監(jiān)測(cè)工作的順利開(kāi)展。就使用企業(yè)來(lái)說(shuō)，由于相關(guān)工作人員的素質(zhì)有待提升，缺乏較好的責(zé)任意識(shí)，很容易發(fā)生工業(yè)爐安全事故。再加上企業(yè)的節(jié)能意識(shí)不足，能源浪費(fèi)與環(huán)境污染比較嚴(yán)重，是節(jié)能減排的重難點(diǎn)所在。就檢驗(yàn)部門(mén)來(lái)說(shuō)，進(jìn)行安全與節(jié)能檢驗(yàn)都需要到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工作業(yè)。所以，設(shè)計(jì)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)相關(guān)機(jī)構(gòu)的多元化共同治理，對(duì)于建設(shè)能源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)而言，發(fā)揮著十分重要的作用[1]。

1 工業(yè)爐中存在的主要問(wèn)題

工業(yè)爐是主要熱能動(dòng)力設(shè)備，主要用于工廠動(dòng)力與建筑采暖等各個(gè)領(lǐng)域，進(jìn)入新世紀(jì)后，我國(guó)工業(yè)爐制造行業(yè)就隨之實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，逐漸發(fā)展成了現(xiàn)今社會(huì)中工業(yè)爐生產(chǎn)與使用最為頻繁的國(guó)家，然而其中依舊存在許多問(wèn)題有待完善。其一，工業(yè)爐是一種特種專業(yè)化設(shè)施設(shè)備，但是因?yàn)閷I(yè)技術(shù)人員匱乏，缺乏對(duì)其性能與參數(shù)的專業(yè)性診斷，局部問(wèn)題的存在很容易引發(fā)重大安全隱患。其二，運(yùn)行人員的技術(shù)素養(yǎng)與操作水平存在較大差異，難以確保工業(yè)爐的運(yùn)行始終處于最好狀態(tài)，以此使得工業(yè)爐效率大大降低，運(yùn)行成本明顯增大。其三，工業(yè)爐主要是利用時(shí)間制定檢修計(jì)劃，而非狀態(tài)，這就直接加大了工業(yè)爐出現(xiàn)故障的幾率，大大降低了可用性。其四，我國(guó)對(duì)工業(yè)爐的污染物排放要求十分嚴(yán)格，部分單位現(xiàn)有的工業(yè)爐難以達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，具體改造方案的可行性也有待調(diào)整。其五，控制與診斷系統(tǒng)中存儲(chǔ)了大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，然而由于缺乏專業(yè)人員做數(shù)據(jù)分析，導(dǎo)致難以將大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的分析功能全面發(fā)揮出來(lái)。其六，單位在行業(yè)信息渠道上存在明顯不足，對(duì)行業(yè)最新產(chǎn)品與技術(shù)缺乏了解，難以明確技術(shù)改進(jìn)的具體方向。在我國(guó)技能環(huán)保政策越來(lái)越嚴(yán)格的形勢(shì)下，工業(yè)爐存在的問(wèn)題越來(lái)越突出，急需對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與診斷，而互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異也在很大程度上為工業(yè)爐的遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)[2]413。

2 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)硬件

2.1.1 PLC主控系統(tǒng)

系統(tǒng)核心是PLC，自身攜帶以太網(wǎng)接入，添加一定的機(jī)架，內(nèi)部利用Profi bus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)有效銜接，以此組成工業(yè)爐PLC控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)的主要目的是采集數(shù)據(jù)信息，并以程序?yàn)檩d體輸入、輸出，以此嚴(yán)格有效控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)，從而全方位控制工業(yè)爐。

2.1.2 本地工控機(jī)

所謂本地工控機(jī)實(shí)際上就是全過(guò)程監(jiān)控工業(yè)路設(shè)施設(shè)備的整個(gè)運(yùn)行流程，具備一定的獨(dú)特性功能，即數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)查詢、打印歷史數(shù)據(jù)等。

2.1.3 監(jiān)控服務(wù)器

就一般項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，通常會(huì)配置兩臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器，同時(shí)實(shí)時(shí)在線，數(shù)據(jù)能夠彼此備用，以此確保冗余。對(duì)于工業(yè)爐而言，監(jiān)控服務(wù)是遠(yuǎn)程WEB客戶端的服務(wù)器端，主要是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的遠(yuǎn)程監(jiān)控、PLC程序等實(shí)施集中化管理。

2.1.4 工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊

工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊就是以獨(dú)特的S-Link技術(shù)為載體，加密遠(yuǎn)程工業(yè)數(shù)據(jù)信息，并基于協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而促使現(xiàn)場(chǎng)PLC與遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)有機(jī)通信。

2.1.5 遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)

遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)基于工業(yè)遠(yuǎn)程安全通道專線與工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊數(shù)據(jù)通信，對(duì)工業(yè)爐進(jìn)行全面監(jiān)督控制，并利用PLC程序下載，從而發(fā)揮在線診斷與維護(hù)升級(jí)等各項(xiàng)功能。

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)軟件

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)主要是由下位機(jī)編程軟件與上位機(jī)監(jiān)控軟件組成，服務(wù)器安裝Web Navigator、Data Monitor服務(wù)器端與Industrial Data Bridge選件。服務(wù)器端則是以IIS為基礎(chǔ)，將監(jiān)控軟件界面轉(zhuǎn)換成WEB頁(yè)面，以此為客戶端提供瀏覽功能，即所謂的遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)。工業(yè)遠(yuǎn)程通信軟件是通信模塊的配套軟件，基于此平臺(tái)填寫(xiě)用戶名與密碼等，建立健全的網(wǎng)絡(luò)專線，以此通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場(chǎng)PLC與遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)，同時(shí)對(duì)工業(yè)爐進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，并利用PLC程序下載，從而發(fā)揮在線診斷與維護(hù)升級(jí)等各項(xiàng)功能的優(yōu)勢(shì)作用[4]。

2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.3.1 通信軟件

以Internet為載體建立VPN專線，基于專線的詳細(xì)用戶名和密碼進(jìn)行登錄，以此實(shí)現(xiàn)工業(yè)遠(yuǎn)程通信模塊和遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)之間的有效連接，以此實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的調(diào)試和診斷。

2.3.2 遠(yuǎn)程硬件組態(tài)

工業(yè)爐PLC與遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)硬件配置信息之間相互對(duì)接，利用硬件配置信息需要提前進(jìn)行實(shí)際對(duì)比調(diào)試，在線進(jìn)行對(duì)比分析，確定相互一致，才能夠做進(jìn)一步的在線診斷與調(diào)整，避免硬件與遠(yuǎn)程診斷計(jì)算機(jī)之間出現(xiàn)不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障，導(dǎo)致正常運(yùn)行備受影響，引發(fā)不必要的損失。

2.3.3 程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試

在硬件發(fā)生故障之后，程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試及時(shí)加以診斷，然后開(kāi)始進(jìn)行，其中PLC硬件模塊的工作一直處于正常狀態(tài)下，可以下載程序，從而在線調(diào)試程序。這時(shí)需要外設(shè)信號(hào)輸出正常，以程序作為載體實(shí)現(xiàn)在線診斷。通過(guò)診斷外圍設(shè)施設(shè)備的具體狀態(tài)，及時(shí)采取措施將故障排除。程序遠(yuǎn)程在線調(diào)試在工業(yè)路的后期維修與養(yǎng)護(hù)中發(fā)揮著重要作用，從而以零成本實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐PLC程序的優(yōu)化升級(jí)[5]。

3 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)節(jié)能調(diào)整

互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)節(jié)能調(diào)整流程具體如圖2所示。

圖2 節(jié)能調(diào)整對(duì)比試驗(yàn)流程

3.1 傳感器對(duì)比校驗(yàn)

3.1.1 壓力和氧量傳感器

對(duì)比校驗(yàn)壓力傳感器，主要利用其實(shí)時(shí)測(cè)試相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并把其與蒸汽管道位置的鍋爐壓力進(jìn)行比較分析，將數(shù)據(jù)信息等全面記錄下來(lái)。對(duì)比校驗(yàn)氧量傳感器的目的是同時(shí)把煙氣分析儀和氧量傳感器插入相同位置的尾部煙道上，然后測(cè)試孔的密封程度，確保完好無(wú)損，此時(shí)還需進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，加以對(duì)比校驗(yàn)分析。通過(guò)檢驗(yàn)，系統(tǒng)傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性都與相關(guān)要求相符。

3.1.2 溫度傳感器

對(duì)比校驗(yàn)溫度傳感器實(shí)際上就是把系統(tǒng)檢測(cè)利用傳感器獲取工業(yè)爐監(jiān)測(cè)點(diǎn)的具體位置，在對(duì)比校驗(yàn)使用熱電阻的同時(shí)，放到工業(yè)爐內(nèi)部與相同位置的尾部煙道孔內(nèi)部，并同時(shí)一時(shí)間詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)信息，以此對(duì)比溫度傳感器的精確性與穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)校驗(yàn)分析，溫度傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性都與相關(guān)要求相符。

3.1.3 水質(zhì)硬度報(bào)警器

對(duì)比校驗(yàn)水質(zhì)硬度報(bào)警器就是把工業(yè)爐內(nèi)部的軟水取樣出來(lái)，利用實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)，將化驗(yàn)結(jié)果與水質(zhì)的硬度報(bào)警器上顯示的值做對(duì)比分析。通過(guò)校驗(yàn)，系統(tǒng)報(bào)警器在超出設(shè)定值的時(shí)候會(huì)及時(shí)報(bào)警。

3.1.4 燃?xì)忮仩t對(duì)比試驗(yàn)

在開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，工業(yè)爐初始條件應(yīng)設(shè)置在燃燒器剛啟動(dòng)的狀態(tài)上，同時(shí)針對(duì)蒸汽壓力與工業(yè)爐水位等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)記錄。在試驗(yàn)過(guò)程中，工業(yè)爐的運(yùn)行參數(shù)會(huì)保持著周期性變化。蒸發(fā)量則利用工業(yè)爐給水流量進(jìn)行替代，試驗(yàn)結(jié)束后，鍋爐水位、蒸汽壓力、鍋爐燃燒負(fù)荷都應(yīng)等同于初始狀態(tài)數(shù)據(jù)。在調(diào)整節(jié)能前，工業(yè)爐在原始工況1中運(yùn)行階段是周期性運(yùn)行，選擇三個(gè)周期做試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間大約為50 min。通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)在線功能，能夠得到調(diào)整之前工業(yè)爐運(yùn)行效率的92%，以此進(jìn)行節(jié)能調(diào)整，維護(hù)與保障人員調(diào)節(jié)燃燒器配風(fēng)，通過(guò)配比調(diào)節(jié)風(fēng)量和燃料量，對(duì)工業(yè)爐的燃燒狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化。在節(jié)能調(diào)整之后，工業(yè)爐在調(diào)整工況2中運(yùn)行階段同樣是周期性運(yùn)行，選擇連續(xù)的三個(gè)周期做試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間為100 min，通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)的在線功能在節(jié)能調(diào)整后，運(yùn)行效率幾乎可以達(dá)到工業(yè)爐的95%，其中排煙氧量、空氣系數(shù)、排煙溫度都有明顯下降。

3.2 燃煤/生物質(zhì)鍋爐對(duì)比試驗(yàn)

在開(kāi)始試驗(yàn)時(shí)，工業(yè)爐初始條件設(shè)置為鼓風(fēng)機(jī)剛啟動(dòng)狀態(tài)，并詳細(xì)記錄水位、蒸汽壓力等各種參數(shù)。在試驗(yàn)中，工業(yè)爐運(yùn)行參數(shù)應(yīng)該一直處于周期性變化的形勢(shì)下，試驗(yàn)燃燒工況確保一致。在試驗(yàn)結(jié)束后，工業(yè)爐的水位、蒸汽壓力應(yīng)等同于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的狀態(tài)。在進(jìn)行節(jié)能調(diào)整之前，工業(yè)爐在原始工況1中，持續(xù)時(shí)間是300 min，通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)在線功能，可以獲得調(diào)整之前工業(yè)爐運(yùn)行效率的64%。開(kāi)始節(jié)能，對(duì)風(fēng)量與燃料量配比進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)爐燃燒工況的進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)。在節(jié)能調(diào)整后，工業(yè)爐在調(diào)整工況2中，持續(xù)時(shí)間是90 min，通過(guò)基于互聯(lián)網(wǎng)的工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)的在線功能調(diào)整之后，其運(yùn)行效率可以達(dá)到工業(yè)爐的70%，而且煙氣含氧量與排煙溫度都有一定的下降[6-8]。

4 互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐延展開(kāi)發(fā)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展的影響下，為工業(yè)爐制造行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)融合奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。工業(yè)爐遠(yuǎn)程監(jiān)控與診斷系統(tǒng)可以借助智能手機(jī)、平板電腦進(jìn)行遠(yuǎn)程移動(dòng)監(jiān)控或者操作，或者結(jié)合短信與微信等相關(guān)功能，實(shí)現(xiàn)定人、定時(shí)與定向提醒功能[9]。智能工業(yè)爐是工業(yè)爐系統(tǒng)的主要發(fā)展趨勢(shì)，構(gòu)建智能工業(yè)爐云平臺(tái)，提供工業(yè)爐節(jié)能、安全、監(jiān)測(cè)與管理等相關(guān)功能，并具備數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與深層數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用功能，促使工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能化?；谠破脚_(tái)，可以完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程檢測(cè)，獲取運(yùn)行效率與運(yùn)營(yíng)成本等參數(shù)，基于專家優(yōu)化建議，可大大提高工業(yè)爐的使用效率，同時(shí)，還能夠?yàn)楣I(yè)爐正常運(yùn)行制定有效的運(yùn)行策略與安全預(yù)警方式，從而保證生產(chǎn)效率與生產(chǎn)管理水平，降低運(yùn)行成本，保證運(yùn)行的正常性、安全性、可靠性，保證工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)信息化管理[2]414。

5 結(jié)論

綜上所述，互聯(lián)網(wǎng)視角下工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)具有其自身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，尤其是在遠(yuǎn)程控制與診斷上，不僅可以大大節(jié)約出差成本，還可以進(jìn)一步滿足用戶的多元化需求，極具時(shí)效性與可靠性。同時(shí)，還能夠確保設(shè)備的持續(xù)性正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而為企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。另外，本文還對(duì)工業(yè)爐遠(yuǎn)程控制與診斷系統(tǒng)進(jìn)行了節(jié)能校驗(yàn)，經(jīng)過(guò)調(diào)整后，其現(xiàn)場(chǎng)傳感器的準(zhǔn)確性與可靠性良好，能夠滿足工業(yè)爐運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定采集，系統(tǒng)采集預(yù)分析數(shù)據(jù)的主要趨勢(shì)與對(duì)比校驗(yàn)儀測(cè)試的數(shù)據(jù)趨勢(shì)相一致，而且其實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)功能具備良好的節(jié)能效果，與環(huán)境友好型和諧社會(huì)的構(gòu)建明確相符。