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摘要：塔(ta)式光熱發電站由于鏡(jing)場設備眾多(duo)且分(fen)布范圍較大，動輒成千上萬面定(ding)日鏡(jing)，單面定(ding)日鏡(jing)通(tong)(tong)常有上百個非實時(shi)(shi)數據和數十個實時(shi)(shi)數據需要(yao)有效管(guan)理和監控(kong)(kong)，這對(dui)于常規的分(fen)散控(kong)(kong)制系統(tong)很難滿足監控(kong)(kong)要(yao)求。提出以(yi)先進的通(tong)(tong)信技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)、數據庫技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)和Web技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)為基礎，構建通(tong)(tong)信和數據管(guan)理服(fu)務(wu)器，在操作(zuo)員站可(ke)通(tong)(tong)過瀏覽器來(lai)全局、成組(zu)和個別監控(kong)(kong)和操作(zuo)設備，實時(shi)(shi)監控(kong)(kong)網絡狀態和有效管(guan)理設備參數等。

塔式(shi)(shi)光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)是太(tai)陽能(neng)(neng)利(li)用的(de)重要方(fang)式(shi)(shi)，具有(you)更高的(de)熱效率(lv)和聚光比(bi)等優點［1］。塔式(shi)(shi)太(tai)陽能(neng)(neng)熱電(dian)(dian)系(xi)統(tong)(tong)是一種適合大(da)規模(mo)發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)的(de)新能(neng)(neng)源利(li)用方(fang)式(shi)(shi)，發(fa)(fa)(fa)展(zhan)前(qian)景廣闊，其(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)，由定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)場(chang)和其(qi)(qi)(qi)(qi)控(kong)制系(xi)統(tong)(tong)等關鍵設備組成的(de)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)場(chang)子(zi)系(xi)統(tong)(tong)是整個(ge)電(dian)(dian)站的(de)前(qian)端(duan)(duan)，其(qi)(qi)(qi)(qi)性能(neng)(neng)和效率(lv)對(dui)電(dian)(dian)站的(de)運(yun)行(xing)和發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)產出都有(you)很大(da)影響［2］。在(zai)此以(yi)(yi)某(mou)塔式(shi)(shi)光熱發(fa)(fa)(fa)電(dian)(dian)廠的(de)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)場(chang)為研究(jiu)對(dui)象，該定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)場(chang)有(you)4400面(mian)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)，其(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)每(mei)面(mian)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)由一個(ge)S7-1200 PLC控(kong)制，有(you)非實(shi)(shi)(shi)時參數(shu)(shu)150個(ge)，實(shi)(shi)(shi)時監控(kong)數(shu)(shu)據(ju)(ju)模(mo)擬(ni)量16個(ge)（其(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)有(you)數(shu)(shu)十個(ge)開關量打包為模(mo)擬(ni)量）。為了有(you)效地組織和管理(li)這(zhe)種大(da)量的(de)數(shu)(shu)據(ju)(ju)通(tong)信，本文(wen)在(zai)PLC中(zhong)(zhong)以(yi)(yi)開放式(shi)(shi)通(tong)信協議開發(fa)(fa)(fa)TCP通(tong)信客戶(hu)端(duan)(duan)，在(zai)服(fu)務(wu)器端(duan)(duan)以(yi)(yi)Java開發(fa)(fa)(fa)基于(yu)TOMCAT后臺Web服(fu)務(wu)，以(yi)(yi)Netty實(shi)(shi)(shi)現(xian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)通(tong)信任務(wu)，以(yi)(yi)WebSocket實(shi)(shi)(shi)現(xian)后端(duan)(duan)數(shu)(shu)據(ju)(ju)向前(qian)端(duan)(duan)頁(ye)面(mian)的(de)主動推送，以(yi)(yi)HTML5實(shi)(shi)(shi)現(xian)前(qian)端(duan)(duan)顯示與操(cao)作，以(yi)(yi)MySQL實(shi)(shi)(shi)現(xian)數(shu)(shu)據(ju)(ju)存(cun)儲(chu)功能(neng)(neng)，構成一套Web應用服(fu)務(wu)。可通(tong)過瀏(liu)覽器實(shi)(shi)(shi)現(xian)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)場(chang)實(shi)(shi)(shi)時狀(zhuang)態(tai)的(de)總(zong)體概(gai)覽與成組操(cao)作、單面(mian)定(ding)(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)的(de)詳細(xi)狀(zhuang)態(tai)顯示與操(cao)作。

1

關鍵技術

Netty是一(yi)款基(ji)于NIO（Nonblocking I/O，非阻塞IO）開(kai)發的(de)(de)(de)網(wang)絡通(tong)信框(kuang)架(jia)，基(ji)本模式設計(ji)為異步、事件驅動的(de)(de)(de)模式，可(ke)用于快(kuai)速開(kai)發高(gao)性能、高(gao)可(ke)靠性的(de)(de)(de)網(wang)絡應用框(kuang)架(jia)。HTML5標準融合了(le)HTML、JavaScript、CSS、WebSocket等(deng)多種先進的(de)(de)(de)頁(ye)面技術，使得頁(ye)面內容(rong)更豐富多彩(cai)，同(tong)時又有(you)良好的(de)(de)(de)實時性能和(he)(he)人機(ji)交互體驗。Jquery是一(yi)個快(kuai)速、簡潔的(de)(de)(de)JavaScript框(kuang)架(jia)，它封裝JavaScript常用的(de)(de)(de)功能代碼，提供(gong)一(yi)種簡便的(de)(de)(de)JavaScript設計(ji)模式，優化HTML文(wen)檔操(cao)作、事件處理、動畫(hua)設計(ji)和(he)(he)Ajax交互［3］。

WebSocket是HTML5開始提供的一種(zhong)在單(dan)個TCP連接上(shang)進行全雙(shuang)工通信的協議，使(shi)客戶端和(he)服務器(qi)之間的數據交換(huan)變得更(geng)(geng)加簡單(dan)，允(yun)許服務器(qi)主(zhu)動(dong)向(xiang)客戶端推送數據，能更(geng)(geng)好地節省服務器(qi)資源和(he)帶寬，并且(qie)實時性能更(geng)(geng)好［4］。

2

系統結構

以Siemens PLC 1200作(zuo)(zuo)為分布式設備的(de)(de)控(kong)制(zhi)器(qi)，通過光纖和(he)路由(you)器(qi)等連(lian)接至集(ji)中監控(kong)室。通過Siemens PLC 1200的(de)(de)開放(fang)式通信(xin)接口(kou)組態TCP連(lian)接客(ke)戶端(duan)。通信(xin)服務(wu)器(qi)開放(fang)端(duan)口(kou)監聽連(lian)接，有(you)連(lian)接時建(jian)立(li)連(lian)接接受并處理數據(ju)。Web服務(wu)器(qi)則(ze)將數據(ju)推送(song)至Web頁面展示(shi)給(gei)用(yong)戶，用(yong)戶再(zai)根(gen)據(ju)各種(zhong)工(gong)況在Web頁面上做出相應的(de)(de)操作(zuo)(zuo)，指令由(you)Web頁面傳回Web服務(wu)器(qi)，然后服務(wu)器(qi)以TCP協議送(song)給(gei)相應設備的(de)(de)控(kong)制(zhi)器(qi)去執行任務(wu)，并反(fan)饋執行結果。

3

關鍵功能模塊

3.1基于Netty的TCP通信服務器

通(tong)信服(fu)務(wu)(wu)器(qi)負(fu)責與各(ge)PLC通(tong)信，收(shou)集各(ge)定日鏡的(de)數(shu)(shu)據，并發(fa)送來(lai)自人機(ji)(ji)界面的(de)指令(ling)與參數(shu)(shu)。通(tong)信服(fu)務(wu)(wu)器(qi)與各(ge)PLC間的(de)通(tong)信由基于Netty的(de)TCP服(fu)務(wu)(wu)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)。消息(xi)由長度(du)、功(gong)能(neng)碼(ma)和數(shu)(shu)據組成，在服(fu)務(wu)(wu)器(qi)端通(tong)過(guo)實(shi)現(xian)消息(xi)解(jie)碼(ma)器(qi)來(lai)解(jie)決(jue)粘包/拆包問題，再(zai)根據功(gong)能(neng)碼(ma)做出(chu)相(xiang)(xiang)應的(de)動作，如存檔、推送到前端頁面顯示等。對于從人機(ji)(ji)界面來(lai)的(de)指令(ling)和數(shu)(shu)據以同樣的(de)消息(xi)結構封裝(zhuang)后再(zai)發(fa)送給相(xiang)(xiang)應PLC。另外Netty中可以通(tong)過(guo)將IdleStateHangler類添加進Channel的(de)PipeLine中，實(shi)現(xian)指定時間內沒有(you)讀或(huo)寫時向對方發(fa)送心跳(tiao)包。

3.2邏輯處理功能

系統需處理各種實時數(shu)據和(he)用戶操作指令、自動聚(ju)焦散焦、數(shu)據存儲和(he)參數(shu)管理等任務(wu)。

1）參數管理模塊的主要功能包括：批量上(shang)(shang)傳(chuan)下載定日(ri)鏡(jing)(jing)參數表，并管理定日(ri)鏡(jing)(jing)參數表上(shang)(shang)傳(chuan)下載變更(geng)記錄等。

2）歷(li)史(shi)與報警模塊(kuai)。

3）定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)模(mo)(mo)塊(kuai)。定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)由于安裝或(huo)運行(xing)過程中會產生各(ge)種偏(pian)(pian)差而不能(neng)(neng)精準地(di)把反射的光斑(ban)定(ding)位(wei)在(zai)集熱區，所(suo)以(yi)要(yao)(yao)定(ding)期(qi)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)偏(pian)(pian)差并管理。為了確保(bao)太陽能(neng)(neng)的高效利(li)用和轉化(hua)，并降(jiang)低運維成本(ben)，校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)系統需(xu)要(yao)(yao)做(zuo)到：全鏡(jing)(jing)場自動(dong)(dong)(dong)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)，無(wu)需(xu)值(zhi)守，實(shi)時精確跟(gen)蹤太陽運動(dong)(dong)(dong)軌(gui)跡(ji)，自動(dong)(dong)(dong)檢查(cha)精度，自動(dong)(dong)(dong)重新校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)，滿足長期(qi)跟(gen)蹤精度要(yao)(yao)求。該(gai)模(mo)(mo)塊(kuai)動(dong)(dong)(dong)態計(ji)算(suan)(suan)當(dang)前(qian)太陽位(wei)置結合定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)參數，通過光斑(ban)計(ji)算(suan)(suan)模(mo)(mo)塊(kuai)得出(chu)的光斑(ban)物理坐標計(ji)算(suan)(suan)出(chu)定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)方位(wei)角(jiao)(jiao)(jiao)和俯(fu)仰(yang)(yang)角(jiao)(jiao)(jiao)，與定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)當(dang)前(qian)方位(wei)角(jiao)(jiao)(jiao)和俯(fu)仰(yang)(yang)角(jiao)(jiao)(jiao)之差為定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)新的方位(wei)角(jiao)(jiao)(jiao)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)值(zhi)偏(pian)(pian)差和俯(fu)仰(yang)(yang)角(jiao)(jiao)(jiao)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)值(zhi)偏(pian)(pian)差，偏(pian)(pian)差加入(ru)原(yuan)校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)值(zhi)作為新的校(xiao)(xiao)(xiao)正(zheng)(zheng)(zheng)(zheng)值(zhi)送(song)給定(ding)日(ri)鏡(jing)(jing)。

4）定(ding)日(ri)(ri)鏡自動對焦(jiao)(jiao)與(yu)散焦(jiao)(jiao)模(mo)塊。該(gai)模(mo)塊需實(shi)現(xian)下(xia)述不同工況下(xia)整個(ge)定(ding)日(ri)(ri)鏡場的(de)總體對焦(jiao)(jiao)與(yu)散焦(jiao)(jiao)功能如表1所示。實(shi)現(xian)定(ding)日(ri)(ri)鏡的(de)隨機數（優先級）生成算(suan)(suan)法，結合排(pai)序(xu)(xu)算(suan)(suan)法來滿足定(ding)日(ri)(ri)鏡的(de)隨機調度要求，實(shi)現(xian)定(ding)日(ri)(ri)鏡的(de)排(pai)序(xu)(xu)算(suan)(suan)法，定(ding)日(ri)(ri)鏡可以按照其優先級進行排(pai)序(xu)(xu)，也可以按照特(te)定(ding)的(de)要求，比如其與(yu)某個(ge)特(te)定(ding)點距離(li)進行排(pai)序(xu)(xu)，局部云層遮蓋(gai)判斷等。

塔式光熱發電站由于鏡場設備眾多且分布范圍較大，動輒成千上萬面定日鏡，單面定日鏡通常有上百個非實時數據和數十個實時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足監控要求。提出以先進的通信技術、數據庫技術和Web技術為基礎，構建通信和數據管理服務器，在操作員站可通過瀏覽器來全局、成組和個別監控和操作設備，實時監控網絡狀態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(ji)界面根據功(gong)能主要(yao)有(you)以下幾個主要(yao)視(shi)圖(tu)(tu)：定(ding)(ding)日鏡(jing)場總貌視(shi)圖(tu)(tu)、參數管理視(shi)圖(tu)(tu)、定(ding)(ding)日鏡(jing)場校正系(xi)統(tong)(tong)視(shi)圖(tu)(tu)、定(ding)(ding)日鏡(jing)場自動(dong)對焦系(xi)統(tong)(tong)視(shi)圖(tu)(tu)、網(wang)絡(luo)設備監控視(shi)圖(tu)(tu)、歷史與(yu)報(bao)警(jing)視(shi)圖(tu)(tu)。

以定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)場總貌視(shi)圖為例詳細介(jie)紹。定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)場總貌視(shi)圖如圖1所示(shi)(shi)，其中每(mei)個小方(fang)塊代表一面(mian)定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)，不同(tong)的(de)(de)顏色(se)代表不同(tong)的(de)(de)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，如圖1右(you)側列表所示(shi)(shi)，小方(fang)塊上綠色(se)的(de)(de)斜線(xian)代表定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)處于就地狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，小方(fang)塊上紅色(se)的(de)(de)斜線(xian)代表定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)處于掛(gua)起狀(zhuang)(zhuang)態(tai)。當鼠(shu)標移入(ru)小方(fang)塊區域內時會顯示(shi)(shi)出該定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)的(de)(de)詳細信息。操(cao)作(zuo)時應(ying)先選擇(ze)定(ding)日(ri)(ri)(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)，再發出相(xiang)應(ying)操(cao)作(zuo)指令(ling)。

圖(tu) 1 鏡場總貌(mao)視圖(tu)

有多種(zhong)定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)選(xuan)擇(ze)模(mo)式(shi)(shi)：單(dan)面、行、環、對焦面、散焦組(zu)、區和自由選(xuan)擇(ze)，點擊(ji)小方塊時(shi)會根據不同的(de)選(xuan)擇(ze)模(mo)式(shi)(shi)選(xuan)擇(ze)相應區域內的(de)所有定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)，再次點擊(ji)時(shi)取消選(xuan)擇(ze)。當選(xuan)擇(ze)模(mo)式(shi)(shi)為單(dan)個時(shi)，僅有該定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)被選(xuan)中(zhong)，同時(shi)會在總貌視圖(tu)(tu)(tu)的(de)右側顯示(shi)(shi)出單(dan)面定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)的(de)詳(xiang)細視圖(tu)(tu)(tu)與(yu)操作(zuo)視圖(tu)(tu)(tu)，如圖(tu)(tu)(tu)2所示(shi)(shi)。也(ye)能(neng)根據圖(tu)(tu)(tu)2中(zhong)的(de)下拉列(lie)表選(xuan)擇(ze)單(dan)面定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)并顯示(shi)(shi)出單(dan)面定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)的(de)詳(xiang)細視圖(tu)(tu)(tu)與(yu)操作(zuo)視圖(tu)(tu)(tu)。定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)場主要參數顯示(shi)(shi)，顯示(shi)(shi)定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)場當前的(de)天氣狀況、機組(zu)出力(li)和定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)場定(ding)日(ri)(ri)(ri)鏡(jing)的(de)狀態統計信息等(deng)。

圖 2 單面(mian)定日鏡詳(xiang)細視(shi)(shi)圖與操作(zuo)視(shi)(shi)圖

如圖2所示(shi)(shi)，圖中(zhong)上部(bu)(bu)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)該定日鏡(jing)(jing)的(de)(de)詳(xiang)細信息(xi)與報(bao)警列表及報(bao)警確認、報(bao)警抑制(zhi)操作，并以(yi)(yi)(yi)動(dong)畫形式(shi)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)定日鏡(jing)(jing)當前的(de)(de)位置(zhi)信息(xi)。圖中(zhong)下部(bu)(bu)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)的(de)(de)是(shi)該定日鏡(jing)(jing)的(de)(de)模(mo)式(shi)切換(huan)按(an)鈕(niu)，運(yun)行人(ren)員(yuan)(yuan)可(ke)點擊相關按(an)鈕(niu)進(jin)行定日鏡(jing)(jing)的(de)(de)模(mo)式(shi)切換(huan)操作。以(yi)(yi)(yi)黑(hei)色文本(ben)顯(xian)(xian)示(shi)(shi)當前生效指令。在OP Setpoint模(mo)式(shi)下，運(yun)行人(ren)員(yuan)(yuan)也(ye)可(ke)以(yi)(yi)(yi)直(zhi)接在輸入框中(zhong)輸入定日鏡(jing)(jing)位置(zhi)的(de)(de)設定值。

4

結束語

基于Web的鏡(jing)(jing)(jing)場控制系統(tong)可通過(guo)瀏覽器(qi)實現定(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)場實時狀態(tai)的總(zong)體(ti)概覽與(yu)成組操(cao)作(zuo)、單(dan)面(mian)定(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)的詳細狀態(tai)顯(xian)示與(yu)操(cao)作(zuo)、參數管理(li)、定(ding)日(ri)(ri)鏡(jing)(jing)(jing)校正、聚焦與(yu)散焦、歷史(shi)與(yu)報(bao)警等功能(neng)。

▏作(zuo)者：劉志(zhi)聲  西(xi)門子能(neng)源自(zi)動化(hua)（南京）有限公司

參考文獻

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