《工業(yè)控制計算機》2024年第37卷第5期刊發(fā)西門(mén)子能源自動(dòng)化（南京）有限公司劉志聲《一種塔式光熱發(fā)電站鏡場(chǎng)集中監控系統》的論文。
全文刊載如下：

塔式光熱發(fā)電是太陽(yáng)能利用的重要方式，具有更高的熱效率和聚光比等優(yōu)點(diǎn)。塔式太陽(yáng)能熱電系統是一種適合大規模發(fā)電的新能源利用方式，發(fā)展前景廣闊，其中，由定日鏡場(chǎng)和其控制系統等關(guān)鍵設備組成的定日鏡場(chǎng)子系統是整個(gè)電站的前端，其性能和效率對電站的運行和發(fā)電產(chǎn)出都有很大影響。

在此以某塔式光熱發(fā)電廠(chǎng)的定日鏡場(chǎng)為研究對象，該定日鏡場(chǎng)有4400面定日鏡，其中每面定日鏡由一個(gè)S7-1200 PLC控制，有非實(shí)時(shí)參數150個(gè)，實(shí)時(shí)監控數據模擬量16個(gè)（其中有數十個(gè)開(kāi)關(guān)量打包為模擬量）。

為了有效地組織和管理這種大量的數據通信，本文在PLC中以開(kāi)放式通信協(xié)議開(kāi)發(fā)TCP通信客戶(hù)端，在服務(wù)器端以Java開(kāi)發(fā)基于TOMCAT后臺Web服務(wù)，以Netty實(shí)現數據通信任務(wù)，以WebSocket實(shí)現后端數據向前端頁(yè)面的主動(dòng)推送，以HTML5實(shí)現前端顯示與操作，以MySQL實(shí)現數據存儲功能，構成一套Web應用服務(wù)?？赏ㄟ^(guò)瀏覽器實(shí)現定日鏡場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的總體概覽與成組操作、單面定日鏡的詳細狀態(tài)顯示與操作。

1.關(guān)鍵技術(shù) 

Netty是一款基于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò )通信框架，基本模式設計為異步、事件驅動(dòng)的模式，可用于快速開(kāi)發(fā)高性能、高可靠性的網(wǎng)絡(luò )應用框架。HTML5標準融合了HTML、JavaScript、CSS、WebSocket等多種先'進(jìn)的頁(yè)面技術(shù)，使得頁(yè)面內容更豐富多彩，同時(shí)又有良好的實(shí)時(shí)性能和人機交互體驗。Jquery是一個(gè)快速、簡(jiǎn)潔的JavaScript框架，它封裝JavaScript常用的功能代碼，提供一種簡(jiǎn)便的JavaScript設計模式，優(yōu)化HTML文檔操作、事件處理、動(dòng)畫(huà)設計和Ajax交互。

WebSocket是HTML5開(kāi)始提供的一種在單個(gè)TCP連接上進(jìn)行全雙工通信的協(xié)議，使客戶(hù)端和服務(wù)器之間的數據交換變得更加簡(jiǎn)單，允許服務(wù)器主動(dòng)向客戶(hù)端推送數據，能更好地節省服務(wù)器資源和帶寬，并且實(shí)時(shí)性能更好。

2.系統結構 

以Siemens PLC 1200作為分布式設備的控制器，通過(guò)光纖和路由器等連接至集中監控室。通過(guò)Siemens PLC 1200的開(kāi)放式通信接口組態(tài)TCP連接客戶(hù)端。通信服務(wù)器開(kāi)放端口監聽(tīng)連接，有連接時(shí)建立連接接受并處理數據。Web服務(wù)器則將數據推送至Web頁(yè)面展示給用戶(hù)，用戶(hù)再根據各種工況在Web頁(yè)面上做出相應的操作，指令由Web頁(yè)面傳回Web服務(wù)器，然后服務(wù)器以TCP協(xié)議送給相應設備的控制器去執行任務(wù)，并反饋執行結果。

3.關(guān)鍵功能模塊 

3.1基于Netty的TCP通信服務(wù)器

通信服務(wù)器負責與各PLC通信，收集各定日鏡的數據，并發(fā)送來(lái)自人機界面的指令與參數。通信服務(wù)器與各PLC間的通信由基于Netty的TCP服務(wù)器來(lái)實(shí)現。消息由長(cháng)度、功能碼和數據組成，在服務(wù)器端通過(guò)實(shí)現消息解碼器來(lái)解決粘包/拆包問(wèn)題，再根據功能碼做出相應的動(dòng)作，如存檔、推送到前端頁(yè)面顯示等。對于從人機界面來(lái)的指令和數據以同樣的消息結構封裝后再發(fā)送給相應PLC。另外Netty中可以通過(guò)將IdleStateHangler類(lèi)添加進(jìn)Channel的PipeLine中，實(shí)現指定時(shí)間內沒(méi)有讀或寫(xiě)時(shí)向對方發(fā)送心跳包。

3.2邏輯處理功能

系統需處理各種實(shí)時(shí)數據和用戶(hù)操作指令、自動(dòng)聚焦散焦、數據存儲和參數管理等任務(wù)。
1）參數管理模塊的主要功能包括：批量上傳下載定日鏡參數表，并管理定日鏡參數表上傳下載變更記錄等。
2）歷史與報警模塊。
3）定日鏡校正模塊。定日鏡由于安裝或運行過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生各種偏差而不能精'準地把反射的光斑定位在集熱區，所以要定期校正偏差并管理。為了確'保太陽(yáng)能的高'效利用和轉化，并降低運維成本，校正系統需要做到：全鏡場(chǎng)自動(dòng)校正，無(wú)需值守，實(shí)時(shí)精'確跟蹤太陽(yáng)運動(dòng)軌跡，自動(dòng)檢查精度，自動(dòng)重新校正，滿(mǎn)足長(cháng)期跟蹤精度要求。該模塊動(dòng)態(tài)計算當前太陽(yáng)位置結合定日鏡參數，通過(guò)光斑計算模塊得出的光斑物理坐標計算出定日鏡方位角和俯仰角，與定日鏡當前方位角和俯仰角之差為定日鏡新的方位角校正值偏差和俯仰角校正值偏差，偏差加入原校正值作為新的校正值送給定日鏡。

4）定日鏡自動(dòng)對焦與散焦模塊。該模塊需實(shí)現下述不同工況下整個(gè)定日鏡場(chǎng)的總體對焦與散焦功能如表1所示。實(shí)現定日鏡的隨機數（優(yōu)先級）生成算法，結合排序算法來(lái)滿(mǎn)足定日鏡的隨機調度要求，實(shí)現定日鏡的排序算法，定日鏡可以按照其優(yōu)先級進(jìn)行排序，也可以按照特定的要求，比如其與某個(gè)特定點(diǎn)距離進(jìn)行排序，局部云層遮蓋判斷等。

塔式光熱發(fā)電站由于鏡場(chǎng)設備眾多且分布范圍較大，動(dòng)輒成千上萬(wàn)面定日鏡，單面定日鏡通常有上百個(gè)非實(shí)時(shí)數據和數十個(gè)實(shí)時(shí)數據需要有效管理和監控，這對于常規的分散控制系統很難滿(mǎn)足監控要求。提出以先'進(jìn)的通信技術(shù)、數據庫技術(shù)和Web技術(shù)為基礎，構建通信和數據管理服務(wù)器，在操作員站可通過(guò)瀏覽器來(lái)全局、成組和個(gè)別監控和操作設備，實(shí)時(shí)監控網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)和有效管理設備參數等。

表 1 各種工況的用途

3.3人機界面

人機界面根據功能主要有以下幾個(gè)主要視圖：定日鏡場(chǎng)總貌視圖、參數管理視圖、定日鏡場(chǎng)校正系統視圖、定日鏡場(chǎng)自動(dòng)對焦系統視圖、網(wǎng)絡(luò )設備監控視圖、歷史與報警視圖。

以定日鏡場(chǎng)總貌視圖為例詳細介紹。定日鏡場(chǎng)總貌視圖如圖1所示，其中每個(gè)小方塊代表一面定日鏡，不同的顏色代表不同的狀態(tài)，如圖1右側列表所示，小方塊上綠色的斜線(xiàn)代表定日鏡處于就地狀態(tài)，小方塊上紅色的斜線(xiàn)代表定日鏡處于掛起狀態(tài)。當鼠標移入小方塊區域內時(shí)會(huì )顯示出該定日鏡的詳細信息。操作時(shí)應先選擇定日鏡，再發(fā)出相應操作指令。

圖 1 鏡場(chǎng)總貌視圖

有多種定日鏡選擇模式：?jiǎn)蚊?、行、環(huán)、對焦面、散焦組、區和自由選擇，點(diǎn)擊小方塊時(shí)會(huì )根據不同的選擇模式選擇相應區域內的所有定日鏡，再次點(diǎn)擊時(shí)取消選擇。

當選擇模式為單個(gè)時(shí)，僅'有該定日鏡被選中，同時(shí)會(huì )在總貌視圖的右側顯示出單面定日鏡的詳細視圖與操作視圖，如圖2所示。也能根據圖2中的下拉列表選擇單面定日鏡并顯示出單面定日鏡的詳細視圖與操作視圖。定日鏡場(chǎng)主要參數顯示，顯示定日鏡場(chǎng)當前的天氣狀況、機組出力和定日鏡場(chǎng)定日鏡的狀態(tài)統計信息等。

圖2 單面定日鏡詳細視圖與操作視圖

如圖2所示，圖中上部顯示該定日鏡的詳細信息與報警列表及報警確認、報警抑制操作，并以動(dòng)畫(huà)形式顯示定日鏡當前的位置信息。圖中下部顯示的是該定日鏡的模式切換按鈕，運行人員可點(diǎn)擊相關(guān)按鈕進(jìn)行定日鏡的模式切換操作。以黑色文本顯示當前生效指令。在OP Setpoint模式下，運行人員也可以直接在輸入框中輸入定日鏡位置的設定值。

4.結束語(yǔ)

基于Web的鏡場(chǎng)控制系統可通過(guò)瀏覽器實(shí)現定日鏡場(chǎng)實(shí)時(shí)狀態(tài)的總體概覽與成組操作、單面定日鏡的詳細狀態(tài)顯示與操作、參數管理、定日鏡校正、聚焦與散焦、歷史與報警等功能。

來(lái)源：《工業(yè)控制計算機》2024年第37卷第5期

作者：劉志聲  西門(mén)子能源自動(dòng)化（南京）有限公司