数字化机组远程数据采集与监测系统

数字化机组远程数据采集与监测系统

段明

唐山三友氯碱有限责任公司

河北省聚氯乙烯技术创新中心

摘要：随着信息技术的飞速发展，数字化和智能化已经成为工业领域的主要发展趋势。在制造业中，机组是生产过程中的核心设备，对其运行状态进行实时监测和数据采集具有重要意义。在许多传统制造企业中，尤其是在水汽和动力车间等领域，机组的监测和数据采集仍然依赖于人工巡检，存在着巡检频繁、效率低下以及无法实时发现问题等问题。本文分析了数字化机组远程数据采集系统的设计方法，并对设计应用的效益进行分析，为数字化机组远程数据采集与应用效率的加强提供参考性意见。

关键词：数字化机组；远程数据采集；监测系统

前言：随着科技的不断进步，数字化技术在各个领域都起到了革命性的作用。在工业生产中，数字化机组远程数据采集与监测系统的应用，为企业实现了远程监控、实时数据分析等功能，极大地提高了生产效率和运营管理水平，将深入探讨该系统的设计原理及其在工业生产中的应用价值。数字化机组远程数据采集与监测系统主要包括数据采集模块、传输模块、数据处理模块和监测控制模块。其中，数据采集模块负责实时采集机组运行数据，传输模块将数据传输至数据处理模块，数据处理模块对数据进行分析处理，最后监测控制模块实现对机组运行状态的监测和控制。

1 大型机组远程数字化信息采集系统的功能需求

大型机组远程数字化信息采集系统的功能需求旨在解决制冷机组与溴化锂机组运行数据监测不足、巡检频繁等问题，以提高运行效率和安全性。大型机组远程数字化信息采集系统的功能需求如下：1）实时数据采集与监测：系统应能够实时采集制冷机组与溴化锂机组的运行数据，包括温度、压力、流量等关键参数，并能够实时监测设备的运行状态。2）远程监控与操作：系统应具备远程监控功能，操作人员可以通过控制室远程监控机组的运行情况，并能够远程对机组进行操作和调整，以实现及时响应和处理异常情况。3）多品种设备兼容性：考虑到存在19台不同类型的机组且使用了不同品牌的PLC控制器，系统应具备多品种设备的兼容性，能够与不同品牌的PLC控制器进行通信，实现统一的数据采集和监测。4）信号传输稳定性：系统应采用可靠的无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等，确保机组与控制室之间的信号传输稳定，避免数据丢失或传输延迟。5）数据安全保障：系统应具备数据加密和安全传输机制，防止数据被非法窃取或篡改，确保机组运行数据的安全性和完整性。6）异常预警与故障诊断：系统应具备异常预警功能，能够及时发现机组运行中的异常情况，并提供故障诊断功能，帮助操作人员快速定位和解决问题。7）实时报警与应急响应：系统应能够实时生成报警信息，当机组出现重要参数超出预设范围或异常情况时，及时向操作人员发出警报，并提供应急响应措施，确保安全生产。

2 数字化机组远程数据采集与监测系统的设计方法

2.1 需求分析与系统规划

数字化机组远程数据采集与监测系统的设计方法从需求分析与系统规划开始，这是确保系统能够满足机组运行需求并具备可靠性的关键步骤，需求分析旨在全面了解机组运行的实际需求，包括数据采集要求、远程监测功能、设备兼容性等方面。这需要与相关部门和操作人员进行深入沟通，收集关于机组运行情况、监测需求和操作方式等方面的信息。例如，确定需要监测的关键参数和频率、远程操作的需求和安全性要求等。

2.2 通信技术选择

数字化机组远程数据采集与监测系统的设计中，通信技术的选择是至关重要的一步，不同的通信技术具有不同的特点和适用场景，因此需要根据系统的实际需求和环境条件来选择合适的通信技术。

其一，常用的通信技术是Wi-Fi（无线局域网），它具有较高的传输速度和较远的覆盖范围，适用于需要高速数据传输和较远距离的场景。Wi-Fi技术可以通过无线路由器实现机组与控制室之间的数据传输，实现远程监测和控制。其二，常用的通信技术是蓝牙（Bluetooth），它适用于短距离通信和低功耗设备，对于机组与控制室之间距离较近且数据传输量不大的情况，可以考虑使用蓝牙技术实现数据传输。其三，ZigBee技术也是一种常用的无线通信技术，它具有低功耗、低成本和自组网等特点，适用于对能耗和成本有较高要求的场景，机组与控制室之间距离较远且需要组网传输数据的情况下，可以考虑使用ZigBee技术。

除了上述无线通信技术外，还可以考虑使用4G网络作为数据传输的方式。4G网络具有较高的带宽和稳定性，适用于远程区域和移动设备的数据传输。对于机组与控制室之间距离较远且需要稳定高速数据传输的情况，可以考虑使用4G网络作为通信技术。

2.3 数据采集与传输

首先，需要设计数据采集模块，该模块负责从机组中的传感器、仪表等设备中实时采集各种参数数据，如温度、压力、流量等，针对不同类型的机组和传感器，设计相应的数据采集接口和协议，确保能够准确、稳定地采集数据。其次，采集到的原始数据可能会存在噪声或异常值，因此需要进行数据处理和滤波，以确保数据的准确性和可靠性，将处理后的数据进行打包，以便进行传输和存储。此外，设计数据传输模块，负责将采集到的数据传输至控制室。根据系统的通信技术选择，选择合适的传输方式，如无线传输或有线传输，对于无线传输，可以采用Wi-Fi、蓝牙、ZigBee等技术，通过无线路由器或基站实现数据传输。对于有线传输，可以采用以太网、串口通信等方式进行数据传输。最后，设计数据传输协议，规定数据的格式、传输方式和通信规则，确保数据能够稳定可靠地传输至控制室，考虑数据的安全性，引入数据加密和安全传输机制，防止数据被非法窃取或篡改，在数据传输过程中保障数据的机密性和完整性。

3 运行的经济效益

运行后带来的效益如表1所示。

表1 运行后的经济效益

数字化机组远程数据采集与监测系统的运行将带来显著的经济效益，该系统将大幅减少机组的巡检次数，从原来每年3600次减少至少100次，节省了大量的人力资源成本。此外，由于巡检次数的减少，节省了大量的工时成本，使得原本需要花费在巡检上的人力资源可以转移到其他更为重要的任务上，提高了生产效率。

一方面，系统的实时监测功能可以及时发现机组运行中的异常情况，并进行预警，有助于及早发现并解决潜在的问题，从而降低了机组的故障率和维修成本。与传统的定期维护相比，实时监测可以更精准地识别问题，减少了不必要的维修费用，并延长了机组的使用寿命。另一方面，数字化机组远程数据采集与监测系统的运行还将减少备件费用，原系统使用了3种不同厂家的PLC控制器，导致备件不能通用，而新系统将这些不同类型的机组集成到了同一信号采集系统中，节省了大量备件的采购成本。此外，系统的运行还将提升生产效率和产品质量。通过实时监测机组的运行状态，及时调整参数并进行预防性维护，能够有效降低停机时间，提高生产效率。

结语：数字化机组远程数据采集与监测系统的设计与实施将为企业带来显著的经济效益和运营效率提升，通过分析系统的经济效益，我们可以看到，该系统将有效减少折旧费用、备件费用以及节约原本计划投资于DCS系统的费用，总经济效益达到39.7万元/年。此外，系统运行将节省大量的人力资源成本，每年减少的巡检次数约为3500次，同时预警停机次数也将大幅减少，从而提高生产效率。此外，系统的安全效益不可忽视，从频繁的现场观察转变为控制室远程监测机组运行状态，将大大降低事故风险，提升设备管理水平。综上所述，数字化机组远程数据采集与监测系统的引入不仅将带来显著的经济效益，还将提高企业的生产运营效率和安全水平，为企业的可持续发展注入新的动力。

参考文献：

[1] 李朝晖.水电机组数字化及其应用研究[C]//中国水力发电工程学会电力系统自动化专委会年会暨学术交流会.2007.

[2] 李朝晖,杨贤,毕亚雄.水电机组数字化及其工程应用[J].电力系统自动化, 2008, 32(23):5.DOI:CNKI:SUN:DLXT.0.2008-23-019.

[3] 刘宇穗,张振全,李军,等.数字化电厂架构及现场总线控制系统设计[J].热力发电, 2008, 37(12):3.DOI:10.3969/j.issn.1002-3364.2008.12.021.

[4] 马俊朋.基于Profibus-DP的水电厂机组控制系统设计[J].电气应用, 2006.DOI:JournalArticle/5ae954cec095d713d88a2ff0.