华中科技大学硕士学位论文多煤种掺烧优化配煤系统的设计与实现姓名：姚斯亮申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：高伟20080605 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1摘 要 近年来，由于中国经济建设速度的加快，电煤供应日趋紧张，国内很多火电厂在实际运行中所燃用的都不是设计煤种，而是将大量劣质煤与其他煤种进行掺烧。从理论上说，如果掺烧煤种选择恰当，配比合理，能给电厂更大的煤种选择余地，为锅炉的安全和经济运行提供保障。反之，掺烧比例不恰当时，不但降低锅炉的经济运行，而且极可能威胁到锅炉的安全运行。因此，针对锅炉混煤进行掺烧优化分析，对提高火电厂的安全性和经济性都显得尤为重要。 本文综述了多煤种掺烧优化配煤系统的发展状况，提出系统的总体构建，确定了系统结构、 软硬件设置以及功能设置， 采用基于 Web 的三层分布式应用模式来实现多煤种掺烧优化配煤系统。论文从数据库的基本概念出发，分析了多煤种掺烧优化配煤系统的数据应用需求，设计了数据库的组成结构，详细定义数据库中各种数据库表的结构、索引以及表之间的关系，并对数据库接口设计进行了详细说明。 该系统能根据燃煤煤质分析数据、实验室数据和现场试验数据进行优化配煤计算，预测出多煤种掺烧的最佳配煤比例、混煤特性，基本满足了电厂锅炉进行多煤种掺烧的要求， 对电厂工作人员进行锅炉混煤掺烧起到了很好的指导作用， 其经济效益、环境效益和社会效益都是巨大的。 关键词：多煤种掺烧 数据库 数据库接口技术 系统设计 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2Abstract With Chinas rapid economic growth, increased demand for coal, many of the domestic power plant in the actual operation can only mix a lot of low quality coal with other coal to combustion instead of designed coal. If the coal-doped options appropriate, reasonable ratio, the plant will give greater choice of coal for the boiler operation to provide security and economic security. If the coal-doped options not appropriate, not only will reduce the economic of boiler, but is likely to pose a threat to the safe operation of boilers. Therefore, it is particularly important to improve the safety and economy of mixing coal of thermal power plant. After summarizing the development of mixing coal blending system optimization, this paper put forward the overall design of the system, including system configuration, hardware and software settings, and function setting of this system according to the scene of the actual situation and the needs of the Jinwan power plant. This paper did a needs analysis on the multi-coal blending system optimization, designed the composition of the database structure, detailed definition of various database tables in the database structure, index and table of the relationship between the database and interface design. The system can be based on coal quality analysis of data, laboratory data and field test data to optimize coal calculation, and then to predict the best ratio of multi-coal blended and characteristic of mixed coal. The system have met the needs of multi-coal blended of power plant boiler, and played a very good guide of mixed coal blending for the plant staff. The economic benefits, environmental and social benefits of this system are enormous. Keywords: Multi-coal Combustion Database Database Interface Technology System Design 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 51 绪 论 1.1 课题的提出 近年来，国家经济飞速发展，而能源作为国民经济的重要物质基础，是国家经济可持续发展的重要保证。能源包括煤、石油、天然气、水能、地热、太阳能以及核能等。煤是中国最主要的能源物质，但中国煤炭资源有限，分布不均，近年来随着经济发展，煤炭需求量急速上升，煤炭市场供应形势十分严峻，作为煤耗大户的火电厂煤炭供应常常得不到保障，再加上国家有关对锅炉等燃烧设备尽量燃用劣质煤的政策等多种因素的影响，很多电厂在实际运行中所燃用的煤种已经偏离了设计煤种，不得不使用大量劣质煤与其他煤种进行掺烧。 混煤掺烧在一定程度是能使混煤在发热量等参数上接近或达到设计值，但却无法保证其稳定性和热效率，掺烧不合理还会加大设备损耗、严重时还会危及机组运行安全，因此在燃用混煤之前一定要对燃用混煤进行试验研究，以确保燃烧的混煤能够满足锅炉负荷及各种安全、环保指标。按照优势互补的原则，不同煤种按照一定的比例进行混合燃烧，是能够弥补燃用单一煤种带来的各种问题，保证锅炉效率和设备安全的。但是，单就试验而言，它存在以下弊端： 首先，由于电厂运行不是固定在一定负荷下，往往是根据电网要求，调峰要求等在不断的变化；由于煤炭市场需求巨大，煤炭价格、进煤渠道不稳定，电厂进行掺烧的煤种来源也不稳定，隔一段时间就可能更换煤种。因此，由试验确定的混煤方案只能获得有限方案下的有限数据，只能在特定情况下才能满足要求。 其次，机组运行工况复杂，在不同的负荷下面运行，即使燃用同种类的混煤，其最佳配比也是不一样的，同样，试验只能在某些负荷下的进行，以确定在该负荷下，该种混煤的最佳配比。当负荷变化时，若采用原配比混煤，可能会造成燃烧不稳定、结渣加剧、污染严重；或者会造成磨煤机出力较低，影响磨煤机经济性和安全性。 最后，火力发电厂是一个非常复杂的系统，包括了种类繁多、数量庞大的仪器设备，因此要求在电厂这个庞大的系统的实际运行工况与前期试验过程中所设定的标准华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6工况完全一致是很难做到的。即使电厂燃用了同种煤炭，但是前期的元素分析、工业分析和现场试验所采用的同一种煤种的质量、燃烧特性在不同阶段也会有所不同，即使同一车来煤，其质量和燃烧特性也会有所不同。因此，即使在特定情况下，试验所决定的混煤种类和混煤配比也不一定是最佳选择。 由此可见，单单凭借试验确定电厂燃用混煤的合适的配比作为电厂实际需求的最佳配比是不太合理的，试验结果不能完全反映电厂掺烧煤种在任意负荷下的最佳配比。 因此，对实际工况点进行正确识别，提高配煤正确率、缩短配煤时间及减少运行人员工作量显得越来越重要。在这种情况下，电厂工作人员希望有一种软件来指导他们进行电厂混煤掺烧，根据电厂的负荷、煤种等要求提供合适的配比。从理论上讲，如果煤种选择恰当，掺烧比例合适，能给电厂更大的煤种选择余地，发挥混合煤种各自的优越性，为机组运行的安全和经济运行提供保障。 1.2 国内外概况 1.2.1 国内发展状况 国家近年来开展了大量混煤研究工作，如煤炭科学院北京煤化所、浙江大学、西安热工所、哈尔滨发电设备成套设计研究所，华中理工大学煤燃烧国家重点实验室等进行了一些研究。但动力配煤的基础研究还很薄弱。 目前国家已有许多电厂将配煤优化的思想应用到了生产实践当中，并获得了可观的经济效益。因此，优化配煤的专家系统也得到了进一步的发展1。 中国煤炭工业洁净煤工程技术研究中心针对当时动力配煤技术的生产、设计及建设中存在的普遍问题， 在90年代就提出并开发集成优化动力配煤技术(IOBSC技术)2。该软件在保证商品煤多品种煤质适应用户的前提下，达到工业运行的可操作性及最佳经济效益。 煤炭科学院北京煤化所对动力配煤进行了研究，提出了动力配煤优化配方的数学模型，并开发了动力配煤优化配比的应用软件。北京煤化学研究所开发的动力配煤软件是利用线性规划原理建立目标函数以及约束条件，一般仅根据煤的发热量和挥发分华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7的要求进行加权平均，而未综合考虑煤的着火、燃尽、结渣及脱硫等因素。其操作平台为 DOS3.3， 开发平台为 FOXBASE， 这种编程环境已经不能适合用户对软件界面的要求3。 浙江大学热能工程研究所在国家“八五”重点攻关项目的资助下，针对性能各异的数十种无烟煤、烟煤、褐煤及混煤的热解、着火、燃烧、结渣、固硫及助燃特性进行了广泛深入的研究，提出了混煤的煤质特性和燃烧特性与各组成单煤之间并非是简单的加权关系，而是具有复杂的非线性特征这一重要结论。并在此基础上综合考虑了混煤的煤质特性和着火、燃尽、结渣以及排放等指标，运用神经网络技术和模糊数学等现代数学方法建立了非线性的优化动力配煤模型，成功开发了优化配煤专家系统4。优化配煤专家系统主要有配煤方案的优化计算、混煤性质预测、在线检测、专家系统诊断、煤场管理、销售查询、成本核算和在线帮助与打印等功能。目前，该优化配煤专家系统已经成功的应用于杭州 300 万配煤生产线上，并经过改进运用于内蒙古元宝山发电厂5。 阳春华6等人建立具有焦炭质量预测、配煤比计算、配煤流量控制功能的两级结构专家控制系统(ECS)。 上一级专家系统(ES)基于配煤生产过程工艺和长期配煤的经验知识，根据给定的焦炭质量指标和各单种煤的质量指标，运用定性定量综合的智能控制算法，求得各单种煤配比，并运用焦炭质量预测模型预测焦炭质量以验证配煤比的准确性。ES 由信息获取与处理单元、知识库、推理机构、综合信息处理机构组成。ES 的输出集 U 为各单种煤的配比， 作为下一级集散控制系统(DCS)的控制目标值 DCS实时监视生产过程、实时管理生产过程数据，由 7 个控制器实现各配煤槽配煤流量的控制，完成各配煤槽圆盘给料机的自动起动与自动停止。DCS 还具备实时故障报警与多级后备， 历史趋势曲线、 报表的打印与显示功能。 ECS 由两台工业控制计算机 ESC、MMC 和 HoneywellS9000e 控制器实现，于 1994 年 12 月正式投入工厂运行。 中国矿业大学戴财胜1采用 Delphi 语言开发工具，建立动力配煤专家系统，应用于株洲洗煤厂。该动力配煤专家系统能根据单种煤及配混煤的煤质指标，简单、方便地计算动力配煤的优化配方，既保证配煤产品的质量要求，又确保配煤企业获得最大经济效益。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8马革非7在 windows98 状态下利用 BorlandC+Builder 语言开发工具编制了动力配煤优化配方计算机软件。应用于某煤炭运销公司。经济效益不错。靳智平8等人用VB6.0 开发的动力配煤适用软件，应用于山西中部某电厂和山西部分煤矿企业。 梁景坤9等人采用 Microsoft Visual Basic 6.0 和 Visual Fortran5.0 语言，基于 Windows 9x/2000、Windows NT 4.0 平台开发设计了一套系统，整个系统就将成为以煤为燃料的电厂的一个实时顾问的最佳系统，面对煤质的变化，系统将推荐最好的控制方案以达到预先确定的操作目标，根据从操作者、在线分析家、电厂实时数据、装置运行预测和煤的流动模型等收集来的大量信息，确定合适的方案。软件将系统费用计算，配煤比例计算，效率计算做为主要功能加以实现。该系统目前应用于锡林浩特二电厂。 张广军10等人结合具体生产工艺和设备布置， 以施耐德 Quantum 系列可编程控制器、施耐德 ATV58 系列变频器、澳大利亚 MCI 公司 CoalScan2100 系列在线灰分仪和徐州拉姆齐公司高精度电子皮带秤等为关键设备构成现场总线方式配煤过程集散控制系统，经安装调试投入运行。 山东科技大学研究开发出一套优化动力配煤专家系统。该系统是基于 Microsoft Visual FoxPro6.0 平台开发而成。该系统集数据库、知识库、专家库、工具库为一体，包括配煤管理（优化配煤专家向导、来煤登记、销售日志、成本核算） 、动力配煤（线性加权法、神经网络法、结构参数法、适应性评价、校正配方） 、工具（配煤标准、煤质计算、煤质统计、各工业用煤技术要求及分级标准、国标咨询） 、查询（锅炉数据查询、动力煤数据查询、库存煤种查询、库存配煤煤种查询、统计）等主要功能模块，功能强大、界面友好、使用方便，为优化动力配煤的现代化工业生产和管理提供了一种科学、实用、简便的工具。 东北大学材料与冶金学院，河北理工大学化工与生物技术学院，河北理工大学冶金与能源学院谢海深、 孟军波、 刘永新、 吕庆11等人共同设计并建立了一套能够准确、快速地预测焦炭质量、计算低成本配煤方案的配煤优化专家系统，较好地解决了炼焦配煤周期长和炼焦煤市场供应变化快之间的矛盾。在生产状况稳定的条件下，通过入炉煤的质量(直接输人配合煤的质量，或者输人各单种煤的质量及其配比)预测焦炭的华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9质量，即：将入炉煤的质量指标输人系统，并在推理机的作用下，通过相应的预测模型预测出焦炭的质量。 邓俊12，李超斌13，郑志军14等人开发的“焦炉配煤专家控制系统和集散控制系统”己于 2006 年 9 月在湖南华菱涟源钢铁有限公司焦化厂三座焦炉中得到了有效应用预测准确率达 90%以上15。其服务端主要为系统的质量预测模型。配比计算和配比优化模型。模型在服务器端一直运行，通过数据库与客户端程序交换数据。其开发利用了 Oracle9i 分布式数据库通信技术，使用了数据库链路、多表联和视图、触发器、存储过程等数据库对象，在 Windows2000/XP 系统上采用 VisualC+6.0 语言开发。客户端则主要包括用户管理模块、优化计算模块、数据查询模块、配比管理模块、曲线显示模块、参数设置模块、数据导出与打印模块。客户端程序由用户控制运行，利用多线程技术，在 Windows2000/XP 系统上采用 Power Builder8 开发。系统客户端的两个版本均需要运行环境支持，因此安装系统前至少需要安装软件包。系统在原有 IFIX集散控制系统组态平台的运行环境下，利用与之兼容的 VisualC+语言进行优化应用软件的编写；用 OPC 技术对优化应用软件和集散系统进行无缝连接，使应用软件能够通过集散系统对现场的执行设备进行控制，从而把优化应用软件纳入到整个控制系统。系统建立了基于神经网络和模拟退火算法的炼焦配煤智能优化系统，已于 2006年 10 月初投入运行，融合了线性模型和神经网络模型的质量预测模型。 该焦化厂炼焦配煤过程采用施奈德 PLC 为现场控制器， 工控组态软件作为上位机的监控平台。系统分为优化计算模块、数据查询模块参数设置模块、配比管理模块、曲线显示模块及数据导出模块等六个功能模块。 刘洪春等人16，根据炼焦生产工艺的实际情况，建立了一套炼焦配煤优化系统，包括煤场管理系统、焦炭质量预测系统、配煤优化系统和数据库四个部分。其中煤场管理系统是保证优化配煤的基础和前提焦炭质量预测系统是通过对焦化厂生产历史数据进行逐步回归分析，得出焦炭质量与各单种煤质量参数之间的相关关系，建立焦炭质量预测模型和回归方程配煤优化系统是根据焦炭质量预测模型和回归方程、用户对焦炭质量的要求、煤场各种煤的质量、价格和库存量，计算出满足焦炭质量要求的最低成本的配煤比。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10寇传乾17提出了一种优化配煤系统，实现了联锁控制、实时监控、故障诊断与报警处理、权限管理、参数调节、远程监控等功能。在配煤控制中，下位系统使用美国Rockwel Automation(罗克韦尔自动化)公司的 PLC 型来完成现场监测层、数据处理层的工作，上位系统则采用 RSview 平台来实现远距离的现场数据采集、监控、传输和分布式管理。 周洁、袁镇福18等人对混煤燃烧特性充分研究的基础上，提出了在炉膛内分层混配掺烧方式，以降低火力发电厂的发电成本且保证锅炉安全运行。利用微机开发的配煤优化指导系统以最小标煤单价为目标函数，结合负荷曲线，对分层燃烧煤量的配比进行最优化处理，以指导操作人员对混煤进行合理调配。 李胜19首先在原始生产数据的基础上，采用统计回归的方法，建立了煤质参数与焦炭质量参数之间动态联系的数学模型，以反映系统的动态性。其次，通过建立综合技术经济模型把上述各有关技术参数、有关数学模型、综合技术经济模型的建立，敏感性分析以及所有的数据分析计算过程，均由计算机来完成。在不同配比方案的确定过程中还应用了 Visual Fox Pro 编制了专用计算软件，通过进一步完善形成一套完整的实时动态的炼焦配煤优化系统。同时也为应用别的炼焦配煤原理，进行焦炭质量预测和技术经济分析提供了完整的思路和方法。对包钢焦化厂由过去传统的经验配煤向最优化科学配煤的转变，将起到重大的促进作用，也为应用信息化管理来改造传统工业企业提供了技术支持和基础。 李天20以沙角 A 电厂的配煤系统为具体对象，开展了混煤的堆放、存取、配比及燃烧方式的研究，对煤场分段堆煤时煤段之间原煤的混合情况和堆取煤操作进行了模拟试验；进行了混煤的炉内混烧、分层掺烧的分析计算，其结果为该电厂的混配煤燃烧提供依据。 基于非线性优化配煤及煤场分堆堆放存取所建立沙角 A 电厂优化配煤系统，已应用于该厂的配煤过程。 1.2.2 国外发展状况 在国外，混煤和配煤的概念在六十年代或六十年代以前就有报导。早期的混煤使用，科学性差。最先的混煤研究，主要是炼焦工业的需要。混煤在锅炉上的使用只是近几十年的事情，而对其特性研究约始于 70 年代中期。随着电力工业的迅速发展，华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11燃煤锅炉越来越多，因而混煤在电站锅炉上的使用日益广泛。 西方一些国家使用混煤的主要目的是采用低硫煤与高硫煤混合以降低的排放、降低高炉的结渣、沾污和积灰，充分利用高热值煤，保证灰分和发热量稳定等。而日本等国家混煤则主要是为了节约煤炭，减少运输费用。 作为实际应用，许多专家系统咨询软件都可以评价动力配煤对燃煤电厂运行的影响，估算所需费用的大小，其中著名的应用软件包括 Compliance Advisor 和 CQIM21。Compliance Advisor 是由美国 PSI PowerServe 公司开发，它在设计中考虑了灰粒捕获二氧化硫的能力，可以对电厂掺配煤种做出正确的决策，减少锅炉运行上可能出现的问题。美国电力工程协会（EPRI）在二十世纪八十年代初建立了一个“煤质对发电厂运行和成本影响的研究”课题， 并开发出“煤质影响模型” （CQIM） 。 在 EPRI 的资助下，美国还开发了煤质评估系统（COAL QUALITY EVALUATION SYSTEM，简称 CQUEL） ， 它是在 CQIM 的基础上结合一些新的软件和煤质在线实时测量装置， 使电厂运行人员在煤尚未进入燃烧前就获知煤质情况和对运行影响的预测9。1994 年美国Black and Veatch 公司的工程技术人员 Pavlish 在文章中利用 CQIM 专家系统对一台采用配煤方式运行的 500MW 机组做出较为全面的评价。该机组的设计用煤为含硫量较高的东部煤种，为达到环保要求，拟采用东西部煤种掺配燃烧的运行方式。为寻求合适的待配煤种和掺配比例，电厂制定了多种配煤方案，并依靠 CQIM 专家系统对各个配煤方案做出评价，从中进一步分析在经济、排放效率上最为合适的配煤方案。该理论研究成果虽然仅仅是针对美国东、西部煤种而言，但却对配煤理论的研究具有十分重要的意义。 此外，美国的 Paxis 公司、日本的 Kawasaki 钢铁公司和 ABB 等公司相继开发了优化配煤专家系统，使一般的操作人员迅速具备了专家级的知识，取得了良好的经济效益。 例如美国Pennsylvania电厂在使用了Paxis公司开发的优化配煤专家系统 （CBAS)后，一改往日只使用固定煤种的情况，而采用多煤种的配煤燃烧，仅此一项每年可节约达$2,000,000. Kawasaki 钢铁公司开发的优化配煤专家系统运行于规则库上， 只需要两小时运算就可以完成 90 天的配煤计划，而过去完成这项任务需要专业人员四天的努力，因此生产效率得以提高。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 121.3 本论文的选题与研究内容 1.3.1 本论文的选题来源 广东珠海金湾发电公司是广东省粤电集团、珠海市有关单位与香港长江实业公司合资建设的火力发电厂，是珠三角地区电力供应的主力电厂，现有一期 2600MW 超临界燃煤机组（称为 3#、4#机组） ，机组设计煤种为神府东胜煤（神华煤） ，校核煤种为晋北烟煤。但近几年来，神华煤供应无法保证，只能购买其它煤进行补充，多煤种入炉掺烧。 金湾发电公司 600MW 超临界机组锅炉采用从阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。 燃烧器共设置六层煤粉喷嘴， 锅炉配置六台 HP1003 型中速磨煤机，每台磨的出口由四根煤粉管接至炉膛四角的同一层煤粉喷嘴， 锅炉 MCR 和 ECR 负荷时均投五层，另一层备用。金湾发电公司采用的混煤方式是以六层燃烧器分层掺烧，进入磨煤机的煤种为单一煤。由于电厂煤来源不稳定，煤种多变，掺烧时机组的各指标均出现较大地偏离设计值的情况，严重影响锅炉燃烧的经济性和安全性，为使锅炉在燃烧不同的非设计煤种（如大同、印尼煤等）时均能运行在较佳状态，保证锅炉高效安全稳定运行并降低污染物排放，需要对锅炉燃煤进行拓宽适应性高效清洁燃烧优化，通过一系列的计算、试验和调整，以确定最佳的运行方案，解决燃用非设计煤种而涉及的诸如锅炉安全稳定、高效低污染物排放等问题。 本项目由金湾电厂、华中科技大学及广东省电力试验研究所共同开发研究，双方各委派专业技术研究人员共同进行研究与实施。金湾发电公司负责项目的组织管理与监督，华中科技大学煤燃烧国家重点实验室与电力试验研究院分别负责实验室和现场的实验工作，而华中科技大学热能动力研究所主要负责多煤种掺烧优化配煤系统的开发，这是一套适用于金湾电厂掺烧优化运行的软件，根据实验室分析数据，现场实验数据，通过系统优化算法，预测出电厂在不同负荷下面，不同混煤种类的最佳配比，及混煤特性，指导运行人员控制机组以最佳状况运行。本文作者作为热能动力研究所成员参与了这套软件的开发。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 131.3.2 本论文的主要内容 本文作者作为主要设计人员之一，与研究所徐星同学共同负责设计系统数据库和功能界面，开发出针对金湾发电公司两台 600MW 超临界机组锅炉的多煤种掺烧优化配煤系统。本文主要内容安排如下： 第一章介绍了课题研究的背景，来源，进行混煤掺烧研究的目的，开发混煤掺烧软件的必要性，以及混煤研究的国内外概况。 第二章介绍了与本系统开发相关的数据库和数据库接口知识。包括关系型数据库，SQL 语言以及 SQL Server 的代表产品 SQL Server 2005；另外还介绍两种简单实用的数据库连接技术 ODBC、OLE DB/ADO。 第三章分析了金湾电厂的需求，根据现场的实际情况对系统进行总体设计，确定系统结构、软硬件设置和功能分配。 第四章对多煤种掺烧优化配煤系统（MCBC）的数据库设计和数据库接口设计进行了详细叙述。 第五章对多煤种掺烧优化配煤系统的软件功能进行设计，介绍了每个软件界面的功能与作用。 第六章是介绍多煤种掺烧系统软件嵌入厂级监控系统（SIS）的应用情况，从功能和信息角度阐述了与 SIS 实现互联的可行性。 第七章对本文工作进行了总结和展望，并针对系统还存在的不足之处提出了进一步研究与探索的建议和看法。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 142 相关数据库技术 数据库(Data Base，DB)作为最重要的数据交互处理工具，是长期储存在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合22。 在本系统中，存在着大量实时数据处理。一方面，采集机组运行时的大量实时数据进行存储，另一方面，其他任务要对采集进来的实时数据及时地进行各种处理，如实时数据显示、参数列表显示、趋势跟踪等都要用到这些数据。不仅如此，操作员要利用当前及过去一段时间的数据进行变化趋势分析，通过由这些数据绘制的趋势曲线调整合适的控制参数；管理人员则要求将这些数据组织成表格以帮助进行如节能、提高掺烧稳定性、经济性等各种高层次的综合分析。这些都需要一个强大的数据库来提供存储、传输数据的平台。下文将专门介绍一下本系统相关的数据库和数据库接口技术。 2.1 关系数据库 关系数据库是目前各类数据库中最重要、最流行的数据库。关系数据库应用数学方法来处理数据库数据，是目前使用最广泛的数据库系统。20 世纪 70 年代以后开发的数据库管理系统产品几乎都是基于关系的。在数据库发展的历史上，最重要的成就就是关系模型。 关系数据库系统与非关系数据库系统的区别是：关系系统只有“表”这一种数据结构；而非关系数据库系统还有其他数据结构，对这些数据结构有其他的操作23。 关系数据库系统一般都由许多不同的关系构成，其中每个关系就属一个数据元素，可以用一张二维表表示，数据元素间的每一组联系也是一个关系，也用一张二维表表示。一个关系(表)被赋予一个名称，叫做关系名。 一个关系(表)由元组、属性、域、框架、码、主码等要素构成。一般说一个关系要能成立，应当具备下列一些基本性质： (1)表格中的每一列都是基本数据项(不可再分割)； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15(2)表格中每一列的数据都具有相同的数据类型； (3)表格中的每一列都有一个名称，而且在整个表格中，各列的名称都是唯一的； (4)表格中的一行为一个元组，不允许完全相同的元组重复出现； (5)表格中行与行的顺序是可以任意排列的； (6)表格中的列与列的顺序也可以任意排列22。 2.2 SQL 语言介绍 2.2.1 SQL 语言简介 SQL(Structured Query Language)是关系数据库管理系统中的一种简明扼要、面向集合的语言。自从 IBM 的圣约瑟研究实验室开发出 SQL 之后，它就以结构简洁，功能强大，简单易学，得到了广泛的应用。如今无论是像 Oracle, Sybase, Informix, SQL Server 这些大型的数据库管理系统，还是像 Visual Foxporo, PowerBuilder 这些微机上常用的数据库开发系统，都支持 SQL 语言作为查询语言24。 SQL 是高级的非过程化编程语言， 允许用户在高层数据结构上工作。 SQL 不要求用户指定对数据的存放方法，也不需要用户了解具体的数据存放方式，所以具有完全不同底层结构的不同数据库系统可以使用相同的 SQL 语言作为数据输入与管理的接口。它以记录集合作为操纵对象，所有 SQL 语句接受集合作为输入，返回集合作为输出， 这种集合特性允许一条 SQL 语句的输出作为另一条 SQL 语句的输入， 所以 SQL语言可以嵌套，这使它具有极大的灵活性和强大的功能，在多数情况下，在其 SQL语言中需要一大段程序实现的一个单独事件只需要一个 SQL 语句就可以达到目的，这也意味着用 SQL 语言可以写出非常复杂的语句。 SQL 同时也是数据库文件格式的扩展名。SQL 语言包含 4 个部分： 数据定义（DDL）语言（如 CREATE, DROP,ALTER 等语句） 数据操纵(DML)语言（INSERT, UPDATE, DELETE 语句） 数据查询语言（SELECT 语句） 数据控制语言（如 GRANT, REVOKE, COMMIT, ROLLBACK 等语句） 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 162.2.2 SQL Server 代表性产品SQL Server 2005 通过全面的功能集、和现有系统的集成性、以及对日常任务的自动化管理能力，SQL Server 2005 为不同规模的企业提供了一个完整的数据解决方案。SQL Server 2005 为 IT 专家和信息工作者带来了强大的、熟悉的工具，同时减少了在从移动设备到企业数据系统的多平台上创建、部署、管理及使用企业数据和分析应用程序的复杂度。 虽然微软公司已经发布了 SQL Server 的最新产品SQL Server 2008， 但是 SQL Server 2005 仍是 SQL Server 系列中应用最广泛、最受客户推崇的产品。 根据微软公司官方网站上的说明，SQL Server 2005 相对于 SQL Server 前面的产品具有以下几个显著特点： （1）易管理 SQL Server 2005 能够更为简单的部署、管理和优化企业数据和分析应用程序。作为一个企业数据管理平台，SQL Server 2005 提供了一个唯一的管理控制台，使得数据管理人员能够在组织内的任何地方监视、管理和调谐企业中所有的数据库和相关的服务。它还提供了一个可扩展的管理架构，可以更容易的用 SQL 管理对象（SMO）来编程，使得用户可以定制和扩展自己的管理环境，独立软件开发商（ISV）也能够创建附加的工具和功能来更好的扩展应用。 SQL Server 2005 通过提供一个集成的管理控制台来管理和监视 SQL Server 关系型数据库、集成服务、分析服务、报表服务、通知服务、以及分布式服务器和数据库上的 SQL Mobile，从而大大简化了管理的复杂度。数据库管理员可用同时执行如下任务：编写和执行查询， 查看服务器对象， 管理对象， 监视系统活动， 查看在线帮助。 SQL Server管理工具集包括一个使用 T-SQL、MDX、XMLA 和 SQL Server Mobile 版等来完成编写、编辑和管理脚本、存储过程的开发环境。管理工具集很容易和源码控制相集成，同时，管理工具集也包括一些工具可用来调度 SQL Server Agent 作业和管理维护计划以自动化每日的维护和操作任务。管理和脚本编写集成在单一工具中，同时，该工具具有管理所有类型的服务器对象的能力，为数据库管理员们提供了更强的生产力。 SQL Server 2005 开放了 70 多个新的内部数据库性能和资源使用的指标，包手内存、锁、到对交易、网络和磁盘 I/O 的调度等。新的动态管理视图（DMV）提供了对华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17数据库和强大的基础架构的更大的透明度和可见性，可以实现主动监视数据库的健康和性能。 SQL 管理对象（SMO）是一个新的可编程对象集，它可实现所有 SQL Server 数据库的管理功能。事实上，管理工具集就是构建在 SMO 之上的。SMO 是Microsoft .NET Framework Assembly. 你可以使用 SMO 来自动化常用的 SQL Server 管理任务，如编程检索配置设置，创建新的数据库，应用 T-SQL 脚本，创建 SQL Server Agent 作业，以及调度备份等。SMO 对象模型比以前 SQL Server 版本中的 DMO 更加安全、可靠并具有更高的可伸缩性。 （2）可用性 在高可用技术、额外的备份和恢复功能，以及复制增强上的投资使企业能够构建和部署高可用的应用系统。SQL Server 2005 在高可用上的创新有：数据镜像，故障转移集群，数据库快照和增强的联机操作，这有助于最小化宕机时间和确保企业的关键系统可用。下面本文将更为详细的介绍这些增强特性。 数据库镜像允许事务日志以连续的方式从源服务器传递到单台目标服务器上。当主系统出现故障时，应用程序可以立即重新连接到辅助服务器上的数据库。辅助实例几秒钟内即可检测到主服务器发生了故障，并能立即接受数据库连接。数据库镜像工作在标准服务器硬件下，不需要特定的存储或控制器。表 2-1 显示了数据库镜像的基本配置。 图 2-1 数据库镜像配置 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 18故障转移集群是一个高可用解决方案，它使用 Microsoft Windows Clustering Services 创建容错虚拟服务器，一旦数据库服务器宕机，便可提供快速故障转移。在SQL Server 2005 中，SQL Server 分析服务，通知服务，与 SQL Server 复制现在都已支持故障转移集群。集群节点的最大数量也增加到 8 个，SQL Server 故障转移集群现已是一个完整的容错服务器解决方案。 SQL Server 2005 所引入的这一功能使数据库管理员可以生成数据库的稳定的只读视图。数据库快照提供了一个稳定的视图，而不必花时间或存储开销来创建数据库的完整副本。由于主数据库背离了快照，快照将在原始页被更改时自行获取有关副本。快照可被用于快速恢复数据库的意外更改，只要通过对主数据库重新应用来自快照的页就能实现。 SQL Server 2005 通过一个新的快速恢复选项提高了 SQL Server 数据库的可用性。在事务日志前滚之后，用户可以重新连接到恢复数据库。SQL Server 早期版本要求即便用户无需访问数据库中受影响的部分，也需等到不完整的事务回滚之后才能进行重新连接。 SQL Server 2005 引入了一个专用的管理员连接来访问正在运行的服务器，即便该服务器没有响应或者不可用。这样，用户就可以执行诊断功能或 Transact-SQL 语句， 以便对服务器进行故障诊断。 该连接需通过 sysadmin 固定服务器角色的成员来激活，并仅通过 SQLCMD 命令提示符实用工具在本地或从远程计算机才能加以调用。 联机创建、重建或删除索引的功能是 SQL Server 2005 的一个增强功能。SQL Server 2005 加强了 SQL Server 早期版本的索引功能。 联机索引选项允许在执行索引数据定义语言（DDL）时，对基础表或聚集索引数据以及任何关联的索引进行并发修改（更新、删除和插入） 。例如，当某个聚集索引正在重建时，可以继续更新基础数据并对这些数据执行查询。有了对联机索引操作的支持，用户可以在不干预对表或其它现有索引的访问的情况下添加索引。此外，服务器工作负荷允许索引操作充分利用并行处理的高效性。 SQL Server 2005 引入联机恢复功能以便在 SQL Server 实例运行时执行还原操作。联机还原功能提高了 SQL Server 的可用性，因为只有被还原的数据不可用。数据库的其它部分仍保持联机且可用。SQL Server 的早期版本要求用户在执行还原操作之前让数据库脱机。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 19复制通过为多个数据库分发数据来提高数据的可用性。通过允许应用程序在数据库间外扩 scale out SQL Server 读负载，从而提高了可用性。通过使用一个新的点对点模型，SQL Server 2005 增强了复制功能。这个新模型提供了一个新拓扑结构，使数据库可以与任何同级数据库进行事务同步。 （3）可伸缩性 提供了诸如表分区、快照隔离、64 位支持等方面的高级可伸缩性功能，使你能够使用 SQL Server 2005 构建和部署最关键的应用。表和索引的分区功能显著的增强了对大型数据库的查询性能。 表和索引分区把数据库分成更小、更易管理的块，从而简化了大型数据库的管理。对数据库世界而言，在表、数据库和服务器之间的数据分区已不是一个新的概念，SQL Server 2005 提供了在数据库的文件组之间表分区的功能，水平分区允许把表按分区scheme 分为多个小的组。 表分区用于非常大的， 从几百 GB 到 TB、 甚至更大的数据库。 一旦数据被拷贝、转换和归档到一个面向分析的数据库，它必须被周期性的维护和重建。 用户所看到的数据库版本是事务一致性的， 然而， 数据的版本不再是当前的。快照隔离级别通过使用一个数据库的事务一致视图来允许用户访问最后被提交的行，新的隔离级别提供了如下优点： 为只读应用程序增加数据可用性； 允许在 OLTP 环境对读操作不加锁； 对写事务自动进行强制冲突检测，简化应用程序从Oracle 移植到SQL Server 复杂度； 复制监视工具在管理复杂数据复制操作的易用性方面建立了新的标准，它提供了直观的用户界面和大量的数据指标。 （4）安全性 SQL Server 2005 在数据库平台的安全模型上有了显著的增强， 由于提供了更为精确和灵活的控制，数据安全更为严格。为了给企业数据提供更高级别的安全，微软做了相当多的投资，实现了很多特性： 在认证空间里强制 SQL Server login 密码策略； 在认证空间里可根据不同的范围上指定的权限来提供更细的粒度； 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 20在安全管理空间中允许分离所有者和模式（schema） ； 一个 SQL Server 2005 中新的安全模型允许管理员在某个粒度等级上和某个指定范围内管理权限，这样，管理权限更加容易并且权限最低原则得到遵循。SQL Server 2005 允许为一个模块中语句的执行指定上下文。 这个功能同时也在细化权限管理时起了很重要的作用。 SQL Server 2005集群支持针对SQL Server 2005虚拟服务器的Kerberos身份验证。管理员能够对标准登录帐号指定和 Windows 类型的策略， 这样， 同一个策略就能应用到域中所有的帐号上了。 SQL Server 2005 本身就具有加密功能，它完全集成了一个密钥管理架构。默认情况下，客户端/服务器之间的通讯是被加密的。为了保证安全，服务器端策略可定义为拒绝不加密的通讯。 “可信赖计算计划”详细描述了支持安全计算的必要步骤和部署及维护一个安全环境的有益措施。这些步骤能在软件生命周期的每一阶段从设计、发布到维护，保护您的系统和数据的机密性、完整性和可用性。 2.3 数据库接口技术 2.3.1 概述 由上文可知，在本系统的开发中，数据库的作用非常重要，煤质分析数据、优化配煤分析数据库的存储，传输都要依靠前台软件程序和系统数据库之间的接口连接，保存到数据库。数据库接口也变得非常的重要。 数据库接口技术一般都需要用到下面一种或几种特殊的数据类型或变量： （1）数据库连接字符串(Database Connection String) 数据库连接字符串是一个与数据库进行连接的连接对象，包含了与数据源创建连接的信息，并且可以返回或是设定一个字符串类型值25。 （2）数据源(Data Source) 数据源是一个数据库的名字， 表示了与哪个数据库进行连接.在编程软件中通过数据源才可以知道用户连接的是哪一种数据库。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21（3）数据集(Data Set) Data Set 是数据的内存驻留表示形式，它提供了独立于数据源的一致关系编程模型。Data Set 表示整个数据集，其中包含表、约束和表之间的关系。由于 Dataset 独立于数据源，Data Set 可以包含应用程序本地的数据，也可以包含来自多个数据源的数据。与现有数据源的交互通过 Data Adapter 来控制26。 （4）数据适配器(Data Adapter) 数据适配器是可由应用程序用于将数据从数据库读入数据集并将其写回数据库的 SQL 命令，它是应用程序和数据库之间的通信工具27。 2.3.2 常用的数据库接口技术之一ODBC 接口 开放数据库互连(Open Database Connectivity，ODBC)是微软公司开放服务结构(Windows Open Service Architecture，WOSA)中有关数据库的一个组成部分， ODBC把数据源通信方法、数据传输协议和 DBMS 等多种技术有机地结合起来，定义了ODBC API(Application Program Interface)，在这个标准接口下，应用程序可以在各种应用和数据源之间以最方便的格式互相传递数据28。 ODBC API 的主要内容包括：ODBC 函数库、ODBCSQL 语法、数据类型以及一套错误代码等。其中 ODBC 函数库的配置最为重要，它提供了两大类型函数 核心级函数和扩展级函数，应用程序发出函数调用就可以与一个或多个 DBMS 联结。应用程序对数据实施操纵，向 ODBC 提交的 SQL 语句，也是以 ODBC 函数的参数形式给出29。 ODBC SQL 不依赖于具体的 DBMS，应用程序只需遵从 ODBCSQL 语法就可获得互操作性。应用程序不必关心 ODBC 与 DBMS 之间的底层通信协议，应用程序可以不依赖于具体的 DBMS 而单独开发， 数据源的选择可以在程序运行后再确定。 目前所有的关系数据库都提供了 ODBC 驱动程序，因此 ODBC 的应用非常广泛，基本上可用于所有的关系数据库。 但是 ODBC 访问数据库的速度相对其它一些访问方式是比较慢的，这限制了 ODBC 在某些方面的使用。另外 ODBC 只能用于关系数据库，对于对象数据库及其它非关系数据库， ODBC 就无能为力了， 需要借助其它的访问方式。一个完整的 ODBC 由以下四部件组成：应用程序；ODBC 管理器，其主要任务是管理安装的 ODBC 驱动程序和管理数据源； 驱动程序管理器对用户是透明的， 其任务是管理 ODBC 驱动程序。是 ODBC 中最重要的部件；ODBC 驱动程序，是一些 DLL，提华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 22供了 ODBC 和数据库之间的接口； 数据源包含了数据库位置和数据库类型等信息， 实际上是一种数据连接的抽象30。各部件之间的关系如图 2-2 所示 图 2-2 ODBC 的组成部件框图 ODBC 定义了一个 SQL 语法。为了满足不同级别 ODBC 符合级的需要，ODBC定义了最小级 SQL、核心级 SQL 和扩充级 SQL.SQL 符合级别如表 2-1： 表 2-1 SQL 的符合性级别 数据定义语言（DDL）：Create Table 和 Drop Table 数据操纵语言（DML）：简易 SQLInsert、Delete 和 Updata 表达式：简易型 最小级 数据类型：Char、Varchar、Long Varchar 最小级 SQL 语法和数据类型 数据定义语言（DDL）：Alter Table、Create Index、Drop Index、 Create View、Drop View、Grant 和 Revoke 数据操纵语言（DML）：全部 Select 表达式：子查询和一组函数 核心级 数据类型：Decimal、Numeric、Smallint、Integer、Real、Float 和 Double 最小级和核心级 SQL 语法和数据类型 数据操纵语言（DML）：外连接、定位 Updata、定位 Delete、Select for Updata、联合操作 扩充级 表达式：数量函数，如 Substring、ABS、日期、时间等 数据源名 （DSN） 应用程序 ODBC 管理器 ODBC API （SQL） 应用层 ODBC 驱动程序 管理器 ODBC 驱动程序 数据源 数据层 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 23数据类型：Bit Tinyint Bigint Varbinary Data Time Timestamp 等 ODBC 的优点 （1）ODBC 实现了类型透明性。对于大规模开放系统中的用户来讲，异种数据库是他们常会面临的客观现实，不同数据库管理系统的数据结构、SQL 语法、应用编程界面都可能不一样，如果数据库类型对用户是不透明的，则用户不得不了解每一种数据库的编程界面和使用细节，而当发生数据库变迁时，必须相应地修改应用。而ODBC 实现了数据库类型的透明性，所有数据库都对应用呈现完全一样的访问界面，由系统自己产生和激发对不同数据库系统的映射，完成模式匹配、数据格式和类型的转换等工作，用户无需了解数据库的细节。 （2）ODBC 实现了位置透明性。在规模大的开放系统中，由于数据库 常分散在系统的多个节点上，即使是单个应用(用户)，也可能先后访问存放在不同服务器上的数据库，为此，用户除了必须知道所要访问的数据库的名字外，还必须知道数据库所在服务器的网络地址和服务端口号。 而 ODBC 实现了数据库位置的透明性，客户应用只需指定数据源的名字，而无需关心其类型和位置，驱动程序管理器根据前端客户的配置信息确定目标数据库的驱动程序和服务器地址。 （3）一个应用程序可以访问多个物理存储点上的数据;应用程序不必重新编译、连接就可动态地、并发地访问多种不同类型的 DBMS；提供统一的数据存取 API，大大简化了应用程序的开发，同一界面和访问技术可在不同的平台上移植，易于推广标准化接口。 ODBC 的缺点 （1）ODBC 是基于关系模型概念的，它不支持关系模型以外的其它模型。因此，ODBC 并未真正解决异构数据库的互操作问题。 （2） ODBC 要求客户方的用户(系统管理员)事先在客户系统上建立数据源与服务器地址、类型的映射关系，并安装所需数据库驱动程序。当数据库服务器的地址或类型发生变化时，该服务器的所有客户都必须及时了解这些变化并对客户系统配置做出相应更新。并且，如果要增加新类型的数据源，还必须在所有客户方安装新的驱动程序，这样不仅增加了系统管理的负担，同时也降低了数据源配置的灵活性。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 24（3）使用 ODBC 访问远程数据库，会造成客户端的负担过重。ODBC 是定义在客户端的应用程序连接件，模式转换、数据转换都在客户端完成，而且当同时访问多个数据库时，查询分解和组合也是在客户端完成。一般而言，服务器要比客户端机器在性能上占优，若把任务偏重在客户端一侧，会造成客户端负担过重。当并发访问的数据库较多时，系统的整体性能受限于客户端3132。 2.3.3 常用的数据库接口技术之二OLE DB/ADO 接口 OLE DB(Object Link and Embedding Data Base)是基于COM 接口的访问数据库的新技术。OLE DB 提供了所有文件系统的统一接口。OLE DB 为任何数据源提供了高性能的访问，这些数据源包括关系和非关系数据库、电子邮件和文件系统、文本和图形、自定义业务对象等。也就是说，OLE DB 并不局限于 ISAM，Jet 甚至关系数据源，它能够处理任何类型的数据，而不考虑数据的格式和存储方法30。OLE DB 的对象模型非常简单，主要包括四个 COM 对象（如图） ： （1）数据源(Data Source)对象它对应于一个数据提供者，负责管理用户权限、建立与数据源的连接等初始操作； （2）会话(Session)对象一一在数据源连接的基础上建立会话对象，会话对象提供了事务控制机制； （3）命令(Command)数据使用者使用命令对象执行各种数据操作，如查询命令、修改命令等； （4）行集(Rowset)对象提供了数据的抽象表示，它可以是命令执行的结果，也可以直接由会话对象产生，它是应用程序主要的操作对象口。 图 2-3 OLE DB 的对象模型 OLE DB 与 ODBC 相比，虽然都是为了提供一致的数据访问接口，但 ODBC 标准的对象是基于 SQL 的数据源，而 OLE DB 标准的对象则是更为广泛的任何数据存Data Source Session Command Rowset 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 25储。因此，符合 ODBC 标准的数据源实际上是符合 OLE DB 标准的数据存储的一个子集。符合 ODBC 标准的数据源要符合 OLE DB 标准，还必须提供相应的 OLE DB服务程序(OLE DB Provider)。如数据源提供相应的 OLE DB Provider，则应用程序可使用 ADO 直接调用 OLE DB Provider，如数据源没有相应的 OLE DB Provider, Microsoft已经为所有的ODBC数据源提供了一个统一的OLE DB Provider， 即OLE DB Provider for ODBC， 应用程序可使用 ADO 调用 OLE DB Provider for ODBC， 再由 OLE DB Provider for ODBC 调用相应的 ODBC 程序。 OLE DB 的目的是为各种应用程序提供最佳的功能，它并不符合简单化的要求。大多数应用程序开发人员通常使用不支持函数指针和其它 C+调用机制的高级编程语言，他们感兴趣的并不是 OLE DB 提供的底层数据访问控制功能，如内存管理、手工集合组件等31， 对他们来说最理想的 API 应该是一座连接应用程序和 OLE DB 的桥梁，这就是 ADO。ADO (ActiveX Data Object)是一组基于 OLE DB 数据的高级自动化应用层接口。 OLE DB 中使用了大量的 COM 接口， 而 ADO 封装了这些接口33。 ADO的对象模型包括七个：Connection, Command, Recordset, Parameter, Field, Error, Property。其中前三个为主体对象： Connection 对象封装了 OLE DB 的 Data Source 和 Session 对象，定义了和数据源间的简单会话。Connection 对象提供以下基本操作：定义连接属性，指定局部事务的范围，提供错误的精确定位等。 Command 对象封装了 OLE DB 的 Command 对象， 说明要执行的数据定义或数据操作语句。 如使用关系数据库， 则这些语句为 SQL 语句。 Command 对象通过 Parameter对象集指定操作参数、定义要执行语句的行为。 Recordset 对象封装了 OLE DB 的 Rowset 对象，不管是查询结果还是由其它方式产生，Recordset 对象都提供了实际的数据接口。Recordset 对象提供了以下控制：锁定机制、游标类型的选择、一次存取的记录等。Recordset 对象使用一个 Field 对象集，其中包含了记录集各列的元数据(Metadata)，如名称、类型、长度、精度以及实际数据值。开发人员使用 Recordset 对象来操作记录、改变数据31。 因此，ADO 使编写的应用程序得以通过 OLE DB 提供者访问和操作数据库服务华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 26器中的数据，而且操作更简便，速度也更快。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 273 多煤种掺烧优化配煤系统总体设计 3.1 需求分析 近年来，由于煤炭供应、国家政策等原因，国内很多火电厂在实际运行中所燃用都不是设计煤种，而是将大量劣质煤与其它煤种进行掺烧。如果掺烧煤种选择恰当，混合均匀，配比合理，能给电厂更大的煤种选择余地，发挥混合煤种各自的优越性，为锅炉的安全和经济运行提供保障。反之，混煤燃烧比例不恰当时，不但降低锅炉的经济运行，而且极可能威胁到锅炉的安全运行。因此，提高电厂混煤掺烧的安全性和经济性都显得尤为重要。 金湾发电公司 600MW 超临界机组锅炉采用从阿尔斯通能源公司引进的摆动式四角切圆燃烧技术。燃烧器共设置六层煤粉喷嘴，由六台磨煤机分别送煤，锅炉 MCR和 ECR 负荷时均投五层，另一层备用。按照金湾电厂描述，操作人员在选择混煤比例时，经常需要根据煤场的煤种、煤质进行手工计算，包括不同的煤种混煤后的煤质发热量、结渣特性、灰分、硫分、SO2 的排放等等。由于计算量大，算法不合理，以及一些人为因素，常常造成锅炉结渣严重，排放污染严重，严重时还会造成锅炉运行的不稳定。 这不仅对机组运行的经济性产生不好的影响， 甚至威胁到机组的安全运行。根据本项目中金湾电厂的要求，确立主要对 4 种煤（印尼 1、印尼 2、山西优混、神华）之间的配煤掺烧进行研究分析。广东电力科学研究院负责电厂现场掺烧实验，华中科技大学煤燃烧国家重点实验室负责实验室煤质分析，华中科技大学热能动力研究所会开发一套适用于金湾电厂掺烧优化运行的软件系统，根据现场实验数据、实验室煤质分析数据以及机组运行的实时数据构建算法模型，对煤场中来煤的煤种和煤质，自动计算既符合锅炉安全稳定运行又能减少 SO2, NOx 及有害元素的排放的混煤燃烧比例。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 283.2 系统总体设计 本系统采用 B/S 结构，B/S 是 Brower/Server 的缩写，客户机上只要安装一个浏览器(Browser)， 如Mozilla Firefox或Internet Explorer， 服务器安装Oracle, Sybase, Informix或 SQL Server 等数据库。浏览器通过 Web Server 同数据库进行数据交互34。B/S 最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。甚至可以在线申请，通过公司内部的安全认证(如以证书)后， 不需要人的参与， 系统可以自动分配给用户一个账号进入系统25。 整个系统由系统数据库和操作站/煤质分析站组成，系统服务器与 SIS 服务器相连，保证了 SIS 服务器的安全性（数据连接在下文 6.3.2 中将会详细说明）下面是系统网络结构图 图 3-1 系统结构图 系统服务器：服务器采用两层结构，前台运行的是实现配比优化的软件；数据库系统数据库系统数据库 操 作 站 放在集控室，实 现 各 种配 煤 操 作功能放 在 煤 质分析车间，主 要 实 现数 据 录 入功能.操作站操作站 煤质分析站煤质分析站 实现优化计算功能， 通过数据接口与SIS数据库连接， 存入系统动态数据库 电厂 SIS 数据库， 实现实时数据传输 SIS 数据库数据库 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 29模块在后台运行。 配比优化软件实现功能有：优化配比核心软件的运行；实时数据的显示；运行结果的显示；输出打印；界面管理等功能。 数据库模块实现的功能有：根据前台软件模块的需要对动、静态数据的读取，存储，更新和查询（包括定时输出显示和操作人员的特殊需要查询） ，实现数据库和数据的管理功能。 数据采集接口的主要功能有：根据运行软件的需要，从厂级 SIS 数据库读取实时数据，并且通过数据格式转换器，将数据格式转换成本身系统数据库能识别的格式，输出到系统数据库，以备调用。 操作站：设置在集控室内，主要实现的是操作功能。电厂运行人员发出配煤操作指令，并通过配煤计算结果给配煤人员指令，指导配煤人员配煤。功能包括混煤优化配比操作及显示、混煤煤质特性、燃烧特性、热效率、经济性、结焦特性、排放指数等的综合评价结论等。 煤质分析站：数据录入功能。由于燃烧过程中煤质变化的原因，要间隔一定时间段进行煤质分析， 录入数据， 存入系统动态数据库， 以便系统能够实时分析给出提示。 3.3 软硬件配置 3.3.1 硬件配置 根据金湾电厂的要求，本系统的硬件配置主要是系统服务器，操作站和煤质分析站由金湾电厂提供，根据电厂的要求，系统服务器选用的是 DELL Power Edge 2950。这是一款 2U 机架式服务器，搭配四核 Xeon5405 处理器，2.0GHz 主频，前端总线为1333MHz，配备了 1 块 15K 146GB 硬盘组成 RAID 5 磁盘阵列模式，2GB FB-DIMM内存，面板上有一个 LED 显示屏幕，主要是用来监测服务器实时状态。服务器提供了串口、VGA、USB、以太网等接口，设置了冗余电源，这是企业级关键应用服务器必不可少的设计之一，保证了服务器长期、稳定、不间断地工作。因此，DELL Power Edge 2950 作为本系统服务器是个不错的选择。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 303.3.2 软件开发平台 开发平台的选择涉及三个方面，即操作系统、编程语言和数据库系统。 系统服务器的操作系统均选择 Windows Server 2003， Windows Server 2003 是目前微软推出的使用最广泛的服务器操作系统。具有可靠性、高效率、安全性和联网等优点。 （1）可靠性。Windows Server 2003 提供集成结构，用于确保商务信息的安全性；提供可靠性、可用性和可伸缩性，提供用户需要的网络结构35。 （2）高效。Windows Server 2003 提供各种工具，允许用户部署、管理和使用网络结构以获得最大效率。Windows Server 2003 通过以下方式实现这一目的：提供灵活易用的工具，有助于使用户的设计和部署与单位和网络的要求相匹配；通过加强策略、使任务自动化以及简化升级来帮助用户主动管理网络； 通过让用户自行处理更多的任务来降低支持开销。（3）安全性。Windows Server 2003 在安全性方面提供了许多重要的新功能和改进，首先是包括一个公共语言运行库，这个软件引擎是 Windows Server 2003 的关键部分，它提高了可靠性并有助于保证计算环境的安全。它降低了错误数量，并减少了由常见的编程错误引起的安全漏洞，因此，攻击者能够利用的弱点就更少了。公共语言运行库还验证应用程序是否可以无错误运行，并检查适当的安全性权限，以确保代码只执行适当的操作。同时，微软公司在 Windows Server 2003 中也升级了信息服务器（IIS） ，极大增强了 Web 服务器的安全性36。另外，Windows Server 2003 提供了最可靠、最高效、连接最通畅以及集成度最高的 Web 服务器解决方案，该方案具有容错性、请求队列。应用程序状态监控、自动应用程序循环、高速缓存以及其它更多功能。 （4）网络服务。连接 Windows Server 2003 可以帮助用户创建业务解决方案结构，以便与雇员、合作伙伴、 系统和用户更好地沟通。 Windows Server 2003 通过以下方式实现这一目的：提供集成的 Web 服务器和流媒体服务器，帮助用户快速、轻松和安全地创建动态Intranet 和 Internet Web 站点；提供集成的应用程序服务器，帮助用户轻松地开发、部署和管理 XML Web 服务；提供多种工具，使用户得以将 XML Web 服务与内部应用程序、供应商和合作伙伴连接起来。 编程工具选用 Delphi 7。Delphi 是一套可视化、面向对象的高级程序语言，它提供了 Windows 应用程序接口(API)、动态链接库(DLL)支持、开放数据库访问(ODBC)华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 31等技术37，在设计阶段即可看到设计效果，编程与调试方便，开发效率非常高，可以高效、快速地构建出 Windows 环境下功能强大、图形界面丰富的控制系统软件。使用它开发出的应用程序便于维护、移植和扩充38。 数据的存储选用 SQL Server 2005 数据库来完成。SQL Server 是一种关系数据库管理系统，使用了工业界先进的数据库构架，具有完全的网络支持，提供了许多高级管理和数据分布能力，使用户能够方便、快捷、有效地管理数据库、开发应用程序39。 3.4 系统模块划分和功能分配 根据金湾电厂的实际情况以及系统设计的需要，系统主要功能包括：数据采集功能、优化计算功能、数据查询功能以及辅助功能（如图 3-2） 。功能细化设计将放在下文第 5 章进行详细说明。 图 3-2 系统功能设置 密码登录 数据采集功能 优化计算功能 数据查询功能 辅助功能 系统管理功能 电厂来煤录入 结渣数据录入 实验室数据录入实验室数据查询结渣数据查询 掺烧数据查询 电厂来煤查询 多煤种掺烧优化配煤系统（MCBC）华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 324 多煤种掺烧优化配煤系统的数据库设计与实现 4.1 数据库设计 参照本研究所设计系统的经验，在与其他几位设计人员商量后决定为本系统设计DB，DB0 两个数据库，具体见表 DB 和 DB0 DB 用户数据库用户数据库 表号表号 表名表名 表名描述表名描述 数据来源数据来源 状态状态 表 1 UserParams 用户信息表 静态 表 2 ServerLoad 服务器负荷/日志表 静态 DB0 配煤数据库配煤数据库 表号表号 表名表名 表名描述表名描述 数据来源数据来源 状态状态 表 1 SLabMixData 实验室配煤分析结果表 煤燃烧实验室实验分析 静态 表 2 STestInformation_3 锅炉热力试验信息表 现场热力试验 静态 表 3 RPlantCIndustry 全厂单煤工业分析表 电厂工业分析（化学分析） 表 4 RBoilerData_3 3#锅炉实时数据表 SIS 实时 表 5 RBoilerData_4 4#锅炉实时数据表 SIS 实时 表 6 SCalParam_3 3#算法参数设置表 电厂人员录入 表 7 SCalParam_4 4#算法参数设置表 电厂人员录入 表 8 SCalQZ_3 3#算法权重设置表 电厂人员录入 表 9 SCalQZ_4 4#算法权重设置表 电厂人员录入 表 10 RCalculateCoalResult_3 3#炉配煤计算结果表 配煤算法结果 表 11 RCalculateCoalResult_4 4#炉配煤计算结果表 配煤算法结果 表 12 RJZResult_3 3#锅炉结渣状态表 电厂人员录入 表 13 RJZResult_4 4#锅炉结渣状态表 电厂人员录入 表 14 RMixOperation_3 3#锅炉实际燃烧配煤表 电厂人员录入 表 15 RMixOperation_3 3#锅炉实际燃烧配煤表 电厂人员录入 如上表所示用户，数据库 DB 包括 2 个数据库表，用户信息表和服务器负荷/日志华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 33表；配煤数据库 DB0 包括 15 个数据库表。由于篇幅所限，现只将部分数据库表列出： 表表 1 用户信息表用户信息表 UserParams 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 UserName 是 聚集 char(20) 否 用户帐号 Password 否 否 char(20) 否 用户密码 Power 否 否 smallint 否 用户权限，0:管理员，1:普通账户，默认值 1 CreateTime 否 否 datetime 否 创建时间 表表 2 服务器负荷服务器负荷/日志表日志表 ServerLoad 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 LogID 是 聚集 int 否 日志号 LogType 否 否 tinyint 否 日志类型。0:Server Starts;1:Login;2:Logout;3:Server Stops IP 否 否 char(15) 否 连接计算机 IP 地址 Host 否 否 char(20) 否 连接计算机名 LogTime 否 否 datetime 否 日志发生时间 SocketID 否 否 samllint 否 SocketID LoadNum 否 否 smallint 否 Login/Logout 后连接数(负荷) 表表 4 3#锅炉实时燃烧数据表锅炉实时燃烧数据表 RBoilerData_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 Time 是 聚集 datetime 否 实时燃烧时间 BoilerLoad 否 否 real 否 锅炉负荷 gonghao 否 否 real 否 供电煤耗率 eff 否 否 real 否 锅炉效率 pl 否 否 real 否 炉膛负压 SO2 否 否 real 否 SO2 排放 tpy 否 否 real 否 排烟温度 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 34G 否 否 real 否 锅炉蒸发量 T 否 否 real 否 主汽温度 V1 否 否 real 否 总风量 D 否 否 real 否 给水量 Power 否 否 real 否 总煤量 Status_A 否 否 Char(2) 否 燃烧层 A 状态 A:启用 B:备用 C:故障Status_B 否 否 Char(2) 否 燃烧层 B 状态 A:启用 B:备用 C:故障 Status_C 否 否 Char(2) 否 燃烧层 C 状态 A:启用 B:备用 C:故障 Status_D 否 否 Char(2) 否 燃烧层 D 状态 A:启用 B:备用 C:故障Status_E 否 否 Char(2) 否 燃烧层 E 状态 A:启用 B:备用 C:故障 Status_F 否 否 Char(2) 否 燃烧层 F 状态 A:启用 B:备用 C:故障 表表 6 3#炉算法参数设置表炉算法参数设置表 SCalParam_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 RecPam_ID 是 聚集 int 否 算法参数设置记录号 SQnet_2 否 否 bit 是 低位发热量选择状态 Qnet_2 否 否 char 是 低位发热量下限值 SAad_1 否 否 bit 是 灰分选择状态 Aad_1 否 否 char 是 灰分上限值 SSad_1 否 否 bit 是 硫分选择状态 Sad_1 否 否 char 是 硫分上限值 ST2_2 否 否 bit 是 灰熔点选择状态 T2_2 否 否 char 是 灰熔点下限值 SVdaf_1 否 否 bit 是 干燥无灰基挥发分选择状态 Vdaf_1 否 否 char 是 干燥无灰基挥发分下限值 Time 否 否 Datetime 否 配煤时间 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 35表表 8 3#炉算法权重设置表炉算法权重设置表 SCalQZ_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 RecQZ_ID 是 聚集 int 否 算法权重设置记录号 SPri 否 否 bit 是 煤种价格指标选择状态 Pri 否 否 char 是 煤种价格权重因子 SR 否 否 bit 是 综合结渣指标选择状态 R 否 否 char 是 综合结渣权重因子 SSO2 否 否 bit 是 SO2排放指标选择状态 SO2 否 否 char 是 SO2排放权重因子 SQ 否 否 bit 是 发热量指标选择状态 Q 否 否 char 是 发热量权重因子 SVdaf 否 否 bit 是 挥发分指标选择状态 Vdaf 否 否 char 是 挥发分权重因子 Time 否 否 Datetime 否 配煤时间 表表 10 3#炉配煤计算结果表炉配煤计算结果表 RCalculateCoalResult_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 CBcoal_ID 是 聚集 int 否 配煤记录 ID RecPam_ID 否 否 int 否 算法参数设置记录号 RecQZ_ID 否 否 int 否 算法权重设置记录号 Time 否 否 datetime 否 保存的日期 PCoalType 否 否 String 否 配煤煤种比 PCoalFloor 否 否 string 否 配煤数值比例 Vdaf 否 否 real 否 Vdaf Aar 否 否 real 否 Aar Star 否 否 real 否 Star FCad 否 否 real 否 FCad Qnetar 否 否 real 否 Qnetar ST 否 否 int 否 ST R 否 否 real 否 结渣指数 WR 否 否 real 否 稳燃指数 Fz 否 否 real 否 燃尽指数 SO2 否 否 real 否 SO2 排放 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 36表表 12 3#锅炉结渣状态表锅炉结渣状态表 RJZResult_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 JZ_ID 是 聚集 int 否 结渣记录号 Bcoal_ID 否 否 int 否 配煤记录 ID Time 否 否 datetime 否 记录时间 chuihui 否 否 bit 否 是否吹过灰 0：否 1：是 Status_LZ 否 否 varchar(20) 否 炉膛左墙结渣评价 Status_LY 否 否 varchar(20) 否 炉膛右墙结渣评价 Status_PG 否 否 varchar(20) 否 分隔屏结渣评价 Status_ZZ 否 否 varchar(20) 否 折烟角左侧结渣评价 Status_ZY 否 否 varchar(20) 否 折烟角右侧结渣评价 RecordText 否 否 varchar(200)否 运行日志 结渣状态评价为无、轻微、中等、严重、特别严重五种情况。 表表 14 3#锅炉实际燃烧配煤表锅炉实际燃烧配煤表 RmixOperation_3 字段名 主键 索引 数据类型 允许空值备注 Bcoal_ID 是 聚集 int 否 配煤记录 ID Time 否 否 datatime 否 实际配煤时间 PCoalNameA 否 否 Char(20) 是 A 层燃烧煤种名称 PCoalNameB 否 否 Char(20) 是 B 层燃烧煤种名称 PCoalNameC 否 否 Char(20) 是 C 层燃烧煤种名称 PCoalNameD 否 否 Char(20) 是 D 层燃烧煤种名称 PCoalNameE 否 否 Char(20) 是 E 层燃烧煤种名称 PCoalNameF 否 否 Char(20) 是 F 层燃烧煤种名称 4.2 数据库接口设计 由前文 2.3 可知， ODBC 出现得较早， 缺点比较多， 但它也最简单实用。 虽然 ODBC不能允许数据库用户说明表与表之间的关系，但它能以统一的方式处理所有的关系型数据库，尤其是在开发 BrowerServer 结构的应用程序时，用 ODBC 有较好的性能。华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 37ODBC 是基于关系模型的， 在处理 SQL 时能力较强； 而处理其它数据库时， ADO(OLE DB)则具有非常明显的优势30。对于访问量很大的数据库服务器以及要求访问速度较快的情况，应使用 ADO(OLE DB)。 4.2.1 系统前台程序与后台数据库接口设计 本系统以 SQLServer2005 构建数据库，开发的 B/S 结构的系统，因此采用简单实用的 ODBC 作为前台程序与后台数据库连接的接口技术。 首先，打开 Windows 操作系统管理工具中的数据源（ODBC） ，创建一个以 SQL Server 为驱动程序的系统 DSN，然后设置好用户名、密码，最后将其默认数据库设置为本系统的 DB0 数据库，图 4-1 显示 ODBC 设置完成，图 4-2 显示数据库连接成功。本系统的应用程序通过设置 DSN、应用服务器的用户名、密码和 IP 地址即可访问数据库。 图 4-1ODBC 设置完成 图 4-2 数据库连接成功 4.2.2 系统与 SIS 的实时数据库接口设计 本系统要求与金湾电厂 SIS 连接， 通过 SIS 的实时/历史数据库获取机组运行的一些重要参数进行数据挖掘，因此需要从 SIS 的实施/历史数据库中实时读取大量数据，然后写入本系统的 SQL 数据库进行数据挖掘。 而金湾电厂由上海麦杰公司提供的 SIS华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 38系统，采用麦杰公司自行研发的 openPlant 实时数据库，在与麦杰公司沟通后，对方提供了 VB 编写的数据库接口。由于时间要求较紧，读取数据实时性要求又比较高，因此本系统采用了访问速度较快， 操作更简便的 ADO 技术作为连接 openPlant 实时数据库和本系统的接口技术。 首先，需要从 SIS 数据库中读取的实时数据。通过与金湾电厂项目负责人沟通以及系统设计时的综合考虑，本系统确定了 26 个机组运行中重要的实时运行参数： 3#机组负荷 W3.UNIT3.30MAINC:MW1110301B 3#机组总风量 W3.UNIT3.30FDF:CALC2_RO01 3#机组锅炉蒸发量 W3.UNIT3.30DAS11.FLOW_MS 3#机组主汽温度 W3.UNIT3.30DAS52:TE5211804 3#机组给水流量 W3.UNIT3.30DAS11.FT1111706 3#机组总煤量 W3.CALC.U3_COAL_ALL_T_H 3#机组排烟温度 W3.UNIT3.30DAS41:RT4112308 3#机组炉膛负压 W3.UNIT3.30DAS11:PT1111501 3#机组供电标准煤耗率 W3.PM3.UNIT_BG 3#机组 SO2 排放 W3.CEMS.U3_SO2ZSA 3#机组 NOx 排放 W3.CEMS.U3_NOZSA 3#机组锅炉效率 W3.PM3.BLR_EFF_D 3#机组厂用电率 W3.PM3.UNIT_HLR 4#机组负荷 W3.UNIT4.40MAINC:MW1110301B 4#机组总风量 W3.UNIT4.40FDF:CALC2_RO01 4#机组锅炉蒸发量 W3.UNIT4.40DAS11.FLOW_MS 4#机组主汽温度 W3.UNIT4.40DAS52:TE5211804 4#机组给水流量 W3.UNIT4.40DAS11.FT1111706 4#机组总煤量 W3.CALC.U4_COAL_ALL_T_H 4#机组排烟温度 W3.UNIT4.40DAS41:RT4112308 4#机组炉膛负压 W3.UNIT4.40DAS11:PT1111501 4#机组供电标准煤耗率 W3.PM4.UNIT_BG 4#机组 SO2 排放 W3.CEMS.U4_SO2ZSA 4#机组 NOx 排放 W3.CEMS.U4_NOZSA 4#机组锅炉效率 W3.PM4.BLR_EFF_D 4#机组厂用电率 W3.PM4.UNIT_HLR 本系统使用 Visual Basic 6.0 编写程序，步骤如下： （1） 设置端口，声明变量 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 39Const opserver As String = 10.192.187.125 Const port As Long = 8200 Dim h As Long, num As Long Dim value3(0 To 25) As Single 3#实时数据 Dim status3(0 To 25) As Integer 3#实时状态 Dim s3(0 To 25) As String 3#测点 Dim rc As Long Dim Sql4 As String 创建两个字符串变量分别存放两个集合的 SQL 语句代码段 Dim Sql3 As String “10.192.187.125”为 SIS 系统的 IP 地址，端口号 8200，声明数组 value3 存放实时数据，数组 status3 存放实时状态，数组 s2 对应 26 个测点，Sql3、Sql4 分别存放 3#机组、4#机组测点的 SQL 语句代码段。 （2） 初始化，设置测点获取数据 rc = op_init(opserver, port, 30) num = 26 h = op_new_group(num) s3(0) = W3.UNIT3.30MAINC:MW1110301B s3(1) = W3.UNIT3.30FDF:CALC2.RO01 s3(2) = W3.UNIT3.30DAS11:FLOW_MS s3(3) = W3.UNIT3.30DAS52:TE5211804 s3(4) = W3.UNIT3.30DAS11:FT1111706 s3(5) = W3.CALC.U3_COAL_ALL_T_H s3(6) = W3.UNIT3.30DAS41:RT4112308 s3(7) = W3.UNIT3.30DAS11:PT1111501 s3(8) = W3.PM3.UNIT_BG s3(9) = W3.CEMS.U3_SO2ZSA s3(10) = W3.CEMS.U3_NOZSA s3(11) = W3.PM3.BLR_EFF_D s3(12) = W3.PM3.UNIT_HLR s3(13) = W3.UNIT4.40MAINC:MW1110301B 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 40s3(14) = W3.UNIT4.40FDF:CALC2.RO01 s3(15) = W3.UNIT4.40DAS11:FLOW_MS s3(16) = W3.UNIT4.40DAS52:TE5211804 s3(17) = W3.UNIT4.40DAS11:FT1111706 s3(18) = W3.CALC.U4_COAL_ALL_T_H s3(19) = W3.UNIT4.40DAS41:RT4112308 s3(20) = W3.UNIT4.40DAS11:PT1111501 s3(21) = W3.PM4.UNIT_BG s3(22) = W3.CEMS.U4_SO2ZSA s3(23) = W3.CEMS.U4_NOZSA s3(24) = W3.PM4.BLR_EFF_D s3(25) = W3.PM4.UNIT_HLR op_set_group_point h, s3(0), 1 op_set_group_point h, s3(1), 2 op_set_group_point h, s3(2), 3 op_set_group_point h, s3(3), 4 op_set_group_point h, s3(4), 5 op_set_group_point h, s3(5), 6 op_set_group_point h, s3(6), 7 op_set_group_point h, s3(7), 8 op_set_group_point h, s3(8), 9 op_set_group_point h, s3(9), 10 op_set_group_point h, s3(10), 11 op_set_group_point h, s3(11), 12 op_set_group_point h, s3(12), 13 op_set_group_point h, s3(13), 14 op_set_group_point h, s3(14), 15 op_set_group_point h, s3(15), 16 op_set_group_point h, s3(16), 17 op_set_group_point h, s3(17), 18 op_set_group_point h, s3(18), 19 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 41op_set_group_point h, s3(19), 20 op_set_group_point h, s3(20), 21 op_set_group_point h, s3(21), 22 op_set_group_point h, s3(22), 23 op_set_group_point h, s3(23), 24 op_set_group_point h, s3(24), 25 op_set_group_point h, s3(25), 26 rc = op_get_multi_value(h, value3(0), status3(0) op_free_group (h) op_set_group_point, op_get_multi_value, op_free_group 都是 openPlant 数据库定义中的 OPAPI 动态库例程。op_set_group_point 用于设定点组成员的点名，调用顺序为 void op_set_group_point(OPGROUPHANDLE gh, char *pname, int i)， 其中 gh 代表点组句柄，pname 代表点名，i 代表将要设置点名的成员在点组中的索引。op_get_multi_value用 于 取 多 点 实 时 数 据 ， 调 用 顺 序 为void op_set_group_point(OPGROUPHANDLE gh, floating *value, short *status)，gh 代表点组句柄，value 指向返回点的实时值的临时数组，status 指向返回点的实时状态的临时数组。op_free_group 用于释放点组分配的内存资源，调用顺序为 void op_free_group (OPGROUPHANDLE gh)，gh 代表点组句柄。在这里，op_set_group_point 表示设置测点名，op_get_multi_value 表示请求实时数据，op_free_group 表示释放组。 （3） 将获取的数据写入 SQL 数据库 Sql3 = select * from RBoilerData_3 SQL 查询语句 Adodc1.ConnectionString = Provider=SQLOLEDB.1;Integrated Security=SSPI; Persist Security Info=False; User ID=HUSTMCBC; Initial Catalog=DB0; Data Source=SQLServerForMCBC Adodc1.RecordSource = Sql3 Adodc1.Refresh Adodc1.Recordset.AddNew 每分钟记录一组数据 Adodc1.Recordset(Time) = Now 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 42Adodc1.Recordset(BoilerLoad) = value3(0) 记录数据 Adodc1.Recordset(V1) = value3(1) 记录数据 Adodc1.Recordset(G) = value3(2) 记录数据 Adodc1.Recordset(T) = value3(3) 记录数据 Adodc1.Recordset(D) = value3(4) 记录数据 Adodc1.Recordset(Power) = value3(5) 记录数据 Adodc1.Recordset(tpy) = value3(6) 记录数据 Adodc1.Recordset(pl) = value3(7) 记录数据 Adodc1.Recordset(gonghao) = value3(8) 记录数据 Adodc1.Recordset(SO2) = value3(9) 记录数据 Adodc1.Recordset(NOx) = value3(10) 记录数据 Adodc1.Recordset(eff) = value3(11) 记录数据 Adodc1.Recordset(dianhao) = value3(12) 记录数据 Adodc1.Recordset.Update Sql4 = select * from RBoilerData_4 Adodc1.ConnectionString = Provider=SQLOLEDB.1; Integrated Security=SSPI; Persist Security Info=False; User ID=HUSTMCBC; Initial Catalog=DB0; Data Source=SQLServerForMCBC Adodc1.RecordSource = Sql4 Adodc1.Refresh Adodc1.Recordset.AddNew 每分钟记录一组数据 Adodc1.Recordset(Time) = Now Adodc1.Recordset(BoilerLoad) = value3(13) Adodc1.Recordset(V1) = value3(14) Adodc1.Recordset(G) = value3(15) Adodc1.Recordset(T) = value3(16) Adodc1.Recordset(D) = value3(17) 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 43Adodc1.Recordset(Power) = value3(18) Adodc1.Recordset(tpy) = value3(19) Adodc1.Recordset(pl) = value3(20) Adodc1.Recordset(gonghao) = value3(21) Adodc1.Recordset(SO2) = value3(22) Adodc1.Recordset(NOx) = value3(23) Adodc1.Recordset(eff) = value3(24) Adodc1.Recordset(dianhao) = value3(25) Adodc1.Recordset.Update 先设定路径， 通道号、 密码， 并指向 SQL 数据库的 RBoilerData_3 和 RBoilerData_4表，然后将获取的实时数据一一写入 SQL 数据库，本程序用到了 ADODC，它是 VB中定义的一个连接数据库的控件，封装了一些 ADO 功能，使操作更加简便。 最后运行 VB 程序，打开 SQL Server Management Studio，查看 3#和 4#锅炉实时数据表中已经写入数据，证实本系统与 SIS 连接成功（如图 4-3） 。 图 4-3. 4#锅炉实时数据表（部分） 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 44 5 多煤种掺烧优化配煤系统的软件功能设计与实现 多煤种掺烧优化配煤系统通过采集电厂煤质数据、实验室数据，现场实验数据，通过系统优化算法，预测出电厂在不同负荷下面，不同混煤种类的最佳配比和混煤特性结果，指导运行人员控制混煤掺烧，保证机组安全、经济运行。 图 5-1 系统功能模块关系图 系统功能包括：密码登录、数据采集功能、优化计算功能、数据查询功能以及辅助功能以及系统管理功能。 优化计算 预测计算模块 现场试验结果 现场实验数据 动态数据库 静态数据库 实时数据采集模块 掺烧分析数据录入 数据查询 实验室数据查询结渣数据查询 掺烧数据查询 电厂来煤查询 历史曲线 配比方案显示现场试验结果 预测分析结果 辅助模块：报表打印，帮助等 约束条件设置 权重设置 实验室数据 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 455.1 密码登录 图 5-2 用户登陆界面 出于运行管理的需要以及数据的安全性考虑，只有输入正确的用户名、密码才能进入系统操作界面。另外，客户端软件也通过登陆界面上的链接进行下载。 5.2 数据采集功能 数据采集功能，采集与本项目相关的原始数据进入数据库中。本项目所需要的数据主要有以下三个来源： （1）煤质实验室试验获得的特性数据（静态数据） （2）煤粉掺烧的现场实验数据（静态数据） （3）电厂运行实时数据（包括机组运行参数记录、掺烧分析数据等等） 实验室实验数据和现场实验数据都是静态数据，在系统开发过程中已经存入数据库。而电厂运行实时数据则通过两种方式进入数据库，一是从电厂 SIS 服务器获取，掺烧分析界面的顶部即为实时数据显示，如图 5-3： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 46 图 5-3 掺烧分析界面 二是现场运行人员手工录入的方式存入数据库。图 5-4、4-5、4-6 即结渣数据录入界面、电厂来煤录入界面、实验室数据录入界面： 图 5-4 结渣数据录入界面 通过结渣录入界面，运行人员现场检查锅炉各受热面（左右侧炉膛、分隔屏、锅炉左右侧折焰角）的结渣情况后，将锅炉各受热面的结渣情况进行录入，且将当前锅炉混烧的煤种、 掺烧比例一并保存到系统数据库。 如上图所示结渣情况包括特别严重、华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 47严重、中等、轻微和无五个级别，结渣情况一天记录五次，早班、中班各两次，晚班一次。右侧的运行日志可以记录值班人员对此次结渣情况的详细说明，为今后对运行数据进行挖掘，找出关联规律提供依据。 图 5-5 电厂来煤录入界面 通过电厂来煤录入界面，用户可以将来煤的实际参数情况录入，包括煤种名称、价格、入厂日期和基本的煤质参数分析等。电厂来煤煤质数据是本系统的关键数据，系统将通过这些煤质资料信息，对配煤掺烧进行有效的分析预测。 图 5-6 实验室数据录入界面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 48通过实验室数据录入界面，实验人员可以将实验室的配煤实验数据录入，包括配煤名称、配煤比例、实验室常规分析、灰分分析等。实验室数据较之电厂现场煤质分析项目更多，更准确。实验室配煤实验数据是对电厂主要煤种的常用配比进行掺烧的数据，是对现场煤质分析的补充，在用户进行掺烧分析的过程中，如果现场参数出现不足的情况下，系统会建议使用实验室数据代替。 5.3 优化计算功能 优化计算功能是本系统的核心，目的是根据用户要求预测出掺烧配煤的各种情况。 按数据来源不同， 分为两个计算模块。 一个是以电厂系统中常用的算法构建模型，以电厂煤煤质分析数据为依据，参考中试所的现场实验数据设计的计算模块。 图 5-7 计算设置 图 5-8 权重与约束条件设置 图 5-9 预测分析结果 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 49用户首先进行计算设置， 选择负荷、 磨煤机台数以及掺烧的煤种、 船号 （如图 5-7） ，再对预测计算的约束条件低位发热量、灰分、硫分、灰熔点、挥发分进行设置，对预测结果的指标权重进行选择（如图 5-8） ，最后得出各种可行比例下的预测分析结果，包括结渣特性、燃尽特性、稳燃特性、SO2 排放、低位发热量、灰分、硫分、灰熔点和挥发分（如图 5-9） 。 图 5-10 中试所实验数据 另一种计算模块则是以中试所的现场实验结果为主，将用户选择的负荷、掺烧煤种直接与中试所现场实验数据相对应，得出试验情况，包括煤种比例、燃烧层次、锅炉效率以及运行建议等。现场实验数据出现不足时，系统会建议以实验室数据代替。 通过掺烧分析界面， 用户可以在参考了两种预测结果之后， 决定现场的掺烧煤种，并在此界面中输入每层的掺烧煤种。 5.4 数据查询功能 数据查询功能，包括电厂来煤、实验室配煤实验、结渣情况、掺烧分析的数据查询。按显示方式可分为表格查询和曲线查询两种。先介绍表格查询，图 5-11、5-12、5-13、5-14 为电厂来煤查询、实验室数据查询、结渣数据查询、掺烧数据查询。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 50 图 5-11 电厂来煤查询界面 通过电厂来煤查询界面，用户可以选择查询时间和查询参数，方便地查看任意时间段内所需要的电厂来煤的煤质信息。 图 5-12 实验室数据查询界面 通过实验室数据查询界面，用户可以查看实验室参数情况。在计算过程中，如果现场参数出现不足的情况下，会提示是否用实验室数据代替的情况，此时，如果用户华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 51对实验室数据不了解的话，可能对软件计算结果有所顾虑。因此，如果用户调用此界面查看实验室数据后可以自己做决定是否调用实验室数据进行优化计算。 图 5-13 结渣数据查询界面 通过实验室数据查询界面，用户可以选择查询时间和机组号，查看该机组运行期间值班人员录入的结渣情况。 图 5-14 掺烧数据查询界面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 52通过掺烧数据查询界面，用户可以选择查询时间和机组号，查询这段时间内的掺烧情况（机组全部 6 层燃烧器的工作状态：使用、备用、故障；每层燃烧的煤种） 。此外，在该界面中，用户还可以查询到每种掺烧情况下的结渣情况以及机组在这段时间的多个参数的运行数据。掺烧数据查询中涉及的掺烧情况、结渣情况以及参数运行数据是根据电厂运行人员的建议设计的。电厂运行人员认为这三组数据之间可能有很强的关联性，在数据积累到一定程度后，如果能确定其中的规律性，将大大提高机组运行的经济性和安全性。 图 5-15 历史曲线界面 本系统将四个曲线图设计到一个界面中，以方便用户进行比较、分析。通过历史曲线界面，选择运行期间的任意一个时间段，界面上就会以曲线的形式显示所选参数的历史趋势。 历史曲线界面可以同时显示四条曲线， 用户可以看到机组负荷、 煤耗率、锅炉效率、SO2 排放、厂用电率等的变化趋势，分析本年度的运行情况。 使用蓝色直线可以查看与红线交点处的具体数据和具体时间，然后用户可以根据这个时间和数据进入到相关参数查询里进行详细查询。此外，在数据积累到一定程度之后，操作人员可以通过不同参数的曲线查看某些因数对负荷、煤耗率、锅炉效率、SO2 排放等的影响，为找出某些参数之间的关联性，进行下一步的探索性挖掘。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 535.5 辅助功能 为了使系统功能设置更加完整，实用性更强，本系统还提供了系统简介，使用手册以及打印功能。打印功能不仅有全界面打印，考虑到数据表格查询中数据量较大，故设置报表打印功能。由于篇幅所限，略去辅助功能的界面图片。 5.6 系统管理功能 图 5-16 系统管理界面 为了系统管理员能对不同的岗位、用户授以不同的权限，方便全厂各个不同岗位或用户能方便的使用掺烧系统，在系统管理界面中，设置了两种权限管理方式。一是级别管理，包括管理员、高级用户、普通用户和煤质分析师四个级别，每个级别拥有不同的权限。二是细分权限管理，考虑到按级别划分可能满足不了一些用户的权限要求，对本系统是个功能界面设置了细分权限管理，管理员可以对用户的每个权限进行不同的设置。例如：对某普通用户授权只有化学班组成员才可对电厂来煤煤质进行录入的权限，对某高级用户授权才有的系统管理权限等。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 546 多煤种掺烧系统软件嵌入 SIS 的应用 6.1 SIS 概述 SIS 不是一个外来名词，它诞生于中国，最早于 1997 年由时任中国电力规划设计总院专家委员会委员的侯子良教授提出。按照侯子良教授的定义，SIS 系统“主要为全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统”，是介于底层控制系统（DCS）和管理信息系统（MIS）之间的“中间件”4041。 从总体上看，SIS 系统可分为三层，分别为： SIS 数据接口层： 该层的主要功能是建立与物理设备(DCS、 PLC 等控制系统总线上挂接的设备)的连接，通过设备接口站读取各物理设备的信息和实时数据。 SIS 数据处理层：系统的关键层，主要负责处理来自数据接口层的实时数据，同时进行快速的压缩和存储，同时还支持实时数据更新、查询、订阅和发布等。该层直接体现了实时数据库的性能42。 SIS 应用访问层：提供各种功能模块，确保数据得到有效利用，建立在数据库基础上的功能软件是 SIS 系统成功推广应用的关键。 图 6-1 SIS 系统结构图 性能 计算 故障诊断寿命管理MIS 网络防火墙 SIS 应用访问层 实 时 /历 史数据库 冗余 数据库 SIS 数据接口层 1#DCS接口 n#DCS接口输煤 接口 除灰 接口 化水 接口 1# DCS n# DCS输煤PLC除灰PLC化水 PLC SIS 数据处理层 负荷 调节 经济性优化 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 55SIS 系统中包括的功能主要有： （1）生产过程信息监测和统计 通过系统图、趋势曲线、棒图、表格等形式实时显示全厂各机组、车间、系统、设备的运行状态参数，为生产管理人员提供直观的实时生产过程信息，并对历史数据进行有效的统计整理，形成全厂各类生产统计报表。 该功能实际就是将各现场的实时数据采集到 SIS 中后，通过 SIS 的图形组态界面将之在 SIS 工作站、WEB 上发布43。 （2）性能监测和优化 依据 ASME、国标和行标等电厂性能计算标准，利用高效有序的数值计算引擎，对面向具体设备、系统、机组搭建的性能数学模型模块进行在线计算，量化其各项性能参数，从而达到性能监测的目的，并且提供相应手段对机组进行性能优化。 该子系统会实时计算主机及其主要辅机的各项性能参数，如功率、效率、热耗、出力、汽蚀度、端差、温升、传热系数、清洁度等，并将当前性能参数与基于数学仿真模型计算所得理想（期望）性能指标进行比较，给出每项偏差造成的损失，并指导应采取的运行或维护措施，以达到期望的性能状态。另外，该子系统不但能够使运行人员实时监测当前运行工况，而且，在机组变工况运行前，可提供离线试运行方式并预测变工况的各项性能参数，为运行人员提供特定工况运行的预学习手段，从而达到优化运行的目的41。 （3）经济性分析和优化 目的在于降低机组运行可控损失，改进机组热耗。其主要方法是将主要可控参数的实时状态参数与其目标值进行计算、比较、分析。这些可控参数由用户根据生产过程的需要进行选择，并能人为加以控制调节。可控参数对热耗率的影响由实际值与目标值的偏差计算而来，常称作耗差分析。对耗差超出允许范围的损失，系统可根据历史信息、 专家系统工具等诊断出造成大偏差的原因， 并给出可供选择的操作指导意见。 （4）设备寿命监测和管理 通过实时监测机组主要设备状态参数，像温度、压力、流量和负荷等，在机组启停过程和甩负荷等负荷激烈变化过程中，根据数学模型计算其机械应力和热应力，并华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 56根据交变应力转化为当前运行工况下的寿命损耗率，从而量化和评估锅炉、汽机等主要设备的寿命损耗，以达到维持机组运行可靠性，减少设备检修、更换费用，延长设备使用寿命，提高发电产出的目的。设备寿命监测和管理子系统使用户可以同时实时监测高温压力容器的蠕变和疲劳损伤43。 （5）设备状态监测和故障诊断 监测电厂设备的运行状态，判断其是否正常，预测、诊断、消除故障，指导设备的管理和维修。它由状态监测和故障诊断两部分组成。 （6）厂级优化负荷分配 根据电网发电计划和机组煤耗，计算全厂各机组应发经济功率，将全厂总负荷优化分配到各单元机组。该功能与 AGC（自动发电控制）功能对应，如果电厂已安装AGC 功能，则一般不需要该功能。 6.2 多煤种掺烧软件嵌入 SIS 的意义 现在，越来越多的火力发电厂无法获得足够的设计煤种，只能将多煤种进行混合掺烧。从理论上说，如果掺烧煤种选择恰当，配比合理，能给电厂更大的煤种选择余地，为锅炉的安全和经济运行提供保障。如果掺烧比例不恰当，不但会影响锅炉的经济运行，严重时可能导致锅炉无法稳定燃烧，直接威胁生产安全。因此，混煤掺烧的分析研究对电厂运行的安全性和经济性而言都显得尤为重要。 但就目前来看，SIS 系统对大多数电厂机组在混煤掺烧方面的各项性能参数却无法做出有效的监测，SIS 系统可以为机组搭建性能数学模型进行在线计算，量化其各项性能参数，如功率、效率、热耗、出力、汽蚀度、端差、温升、传热系数、清洁度等，并将当前性能参数与基于数学仿真模型计算所得理想性能指标进行比较分析，并指导应采取的运行或维护措施，但是鲜有 SIS 系统功能在混煤掺烧方面能进行有效的监测、分析比较。这其中的原因有二：一是电厂建设时的设计的都是单一煤种，多煤种混煤掺烧的情况最近几年才大量出现，这方面的研究还处在探索阶段；二是目前混煤掺烧的性能优化办法不多，相关的性能计算模型非常少，对其进行有效的优化分析比较困难。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 57多煤种掺烧优化配煤系统以电厂煤煤质分析数据为依据，参考中试所的现场实验数据， 预测出各种煤混合掺烧的可行比例， 以及各比例下的预测结果， 包括结渣特性、燃尽特性、稳燃特性、SO2 排放、低位发热量、灰分、硫分、灰熔点和挥发分（见上图 4-11） 。目前 MCBC 只提供各种工况下掺烧煤种的最佳比例，对于掺烧煤种具体投入哪一层燃烧器的燃烧效果更好，由于缺乏理论依据而无法给出有效建议。因此，本系统还提供了数据录入和数据查询等功能，这不仅方便电厂人员的工作，也是为将来能够有效判断掺烧煤种具体投入哪一层燃烧器提供数据依据，系统运行一段时间以后，对机组每次掺烧后的重要运行参数的做详细的历史趋势分析，对各参数之间的变化做类比，从中发现掺烧运行中某些运行参数之间隐藏着的以规则形式存在的关联关系。然后，可以依托 SIS 系统中强大的实时/历史数据库，充分利用数据库强大的存储能力，对庞大的运行数据进行进一步的关联性挖掘，利用经典的关联规则算法，通常使用两个测度（即支持度和置信度）来度量：支持度用来衡量规则的重要性，而置信度用来衡量规则的显著性，最后将这种关联关系定量化的反映出来，这不仅会对提高金湾电厂的经济运行、安全运行产生极大的影响，也会为今后研究人员在掺烧分析的探索积累宝贵的经验4445。 由此可见，在 SIS 中加入煤种掺烧预测分析功能是对 SIS 功能的一个强有力的补充，会给火电厂厂级监控系统带来一个质的飞跃。无论是从产品功能的完整性还是从产品竞争力角度来说，在 SIS 中加入混煤掺烧分析功能都是非常必要的。 6.3 实现多煤种掺烧软件与 SIS 的互联 6.3.1 界面连接 SIS 与 MCBC 的界面连接有几种途径： （1）在 SIS 中加入 MCBC 的界面链接。由于 MCBC 采用 B/S 架构，用户通过网页就可以访问 MCBC 页面，将相关链接添加到 SIS 界面即可。 （2）在进行 SIS 设计时，将 MCBC 作为 SIS 系统中性能检测与优化功能的一部分，完全纳入 SIS 系统软件中，供用户使用。 在给金湾电厂安装 MCBC 过程中，就考虑过与 SIS 的界面连接问题。金湾电厂华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 58SIS 系统也是采用 B/S 构架，因此，既可以做一个链接，也可以对 SIS 进行重新设计，将 MCBC 完全嵌入 SIS 软件中，但涉及知识版权，只能以链接的形式作界面连接。 6.3.2 数据连接 SIS 与多煤种掺烧软件（以下简称 MCBC）的数据连接是直接在 SIS 的实时/历史数据库与 MCBC 数据库之间进行，下图 6-2 显示了 SIS 与 MCBC 之间的数据连接，虚线框内是 MCBC 数据库。 在上文 4.2.2 已经对 SIS 与 MCBC 之间的数据连接进行了详细阐述，这里不再多写，下面谈一谈 SIS 与 MCBC 之间数据连接的安全性。 图 6-2 SIS 与 MIS 数据连接示意图 随着电厂信息化程度越来越高，为确保系统的安全运行、电厂生产的安全稳定，对系统采取一定的安全防范措施是非常必要的。而且本系统需要获取机组运行的实时数据， 如果在数据传输过程中， DCS、 PLC 等重要的现场单元控制系统受到恶意攻击，后果不堪设想。 如图 5-2 虚线所示，本系统在设计时使本系统和 SIS 系统的数据连接完全在系统数据库和 SIS 数据库之间进行，这样就实现了两个网络的有效隔离，而且减少了通信的复杂性，提高了两个网络的独立性和可靠性。另外，设计人员关闭写入 SIS 端口，使 MCBC 与 SIS 之间进行单向数据传输，MCBC 将从 SIS 获取实时数据存入自己的性能 计算 故障诊断寿命管理MIS 网络 防火墙实 时 /历 史数据库 冗余 数据库 MCBC 数据库 1#DCS接口 n#DCS接口 输煤 接口 除灰 接口 化水 接口 1# DCS n# DCS 输煤PLC除灰PLC化水PLC负荷 调节 经济性 优化 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 59数据库， 再作进一步的分析挖掘。 这样就完全保证了 MCBC 与 SIS 系统数据连接的安全性。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 607 总结与展望 7.1 总结 当前电煤紧张，煤炭价格不断上扬的形势下，大力开展混煤掺烧的分析研究，对于合理利用资源，拓宽用煤渠道，解决火力发电企业燃煤供应紧张局面、舒缓社会上紧张的用电局面具有积极、重要的现实意义。 多煤种掺烧优化配煤系统依据电厂燃煤煤质分析数据、实验室数据和中试所实验数据，对金湾电厂目前燃用的三种煤进行不同负荷下的掺烧分析预测，并且能根据用户对煤质、发热量、结渣特性、挥发分、SO2 排放的不同要求做出调整，得出相应的配比结果。该系统混煤煤种不限于目前的三种煤，只需通过电厂来煤录入界面将煤质分析数据录入数据库，系统就可根据实际情况调整煤种，进行其他煤种的掺烧分析。 该系统在金湾电厂运行以后，能根据电厂实际情况得出混煤预测分析结果，基本符合电厂目前的混煤掺烧要求，对电厂运行人员进行混煤掺烧时减少结渣、降低污染排放，实现机组安全、稳定、高效运行起到了很好的指导作用。 7.2 展望 本文规划设计并实现了一个多煤种掺烧优化配煤系统，从此现场运行情况来看，本系统基本符合电厂混煤掺烧的各项要求，对今后电厂的混煤掺烧具有很好的指导意义。但是系统开发与研究的角度来说，本系统仍有很多需要改进的地方： （1）增加系统自学习能力，电厂机组是一个非常复杂的系统，长期运行造成设备损耗很大，因此一段时间以后，先前的实验数据就无法对应机组现在的工作状况，因此要使系统能根据近期机组运行的参数数据和结渣情况自动调整其掺烧预测结果，适应机组的当前工况。 （2）增加对机组运行数据进行关联性挖掘。本系统提供选定煤种的掺烧比例，但无法给出关于掺烧煤种具体投入哪一层燃烧器的合理建议。关于这一点，由于机组华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 61之间差异性很大，因此缺乏理论依据，只能依靠工作人员的经验。因此，在以后的工作中，本系统将加入自学习功能，对数据库中积累的机组运行数据作进一步地数据挖掘，运用关联算法，找出与投煤层次关联性强的参数，找到数据之间的量化关系，最后将这种关联关系定量化的反映出来。 （3）改进多煤种掺烧系统界面，使界面更加友好，操作更加方便。比如增加煤场管理功能界面，实现煤场的自动化管理。 （4）将多煤种掺烧优化配煤功能嵌入到本研究所的 SIS 系统。SIS 系统中的耗差分析功能是对运行参数与目标值的偏差进行的量化分析，给出指导意见。但是这种分析一直是基于锅炉烧的同一种煤，没有考虑目前电厂混煤掺烧的煤种、配比一直在变化，如果将多煤种掺烧系统嵌入 SIS，指导 SIS 系统对相同煤种的相同配比进行耗差分析，将大大提高耗差分析的准确性和实用性。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 62致 谢 首先感谢我的导师高伟教授，在我攻读硕士学位的两年时间里一直得到了高老师的辛勤指导，高老师渊博的知识，崇高的人格和平易近人的作风，给我留下了深刻的印象；感谢黄树红教授在我硕士学习期间的热心帮助，黄老师严谨的治学态度，活跃的学术思想和踏实的工作作风，对我产生了很大的影响。在此特向两位老师致以衷心的感谢和崇高的敬意；师恩如父，莫齿难忘！ 感谢韩守木、贺国强、张燕平、李建兰、李爱军、杨涛、王坤等诸位老师，在本论文写作期间，几位老师在实验室硬件设备和环境上为我们提供了很多便利，并且对本课题提出了许多很好的建议。 本课题在开发过程中也得到了课题组其他同学的帮助，陈非博士、汪勇博士、卢绪祥博士，硕士生张春伟、张聘亭、韩彦广、张乐义、陈凡、陈永申，另外还有徐星、徐送文、吴旭辉、吕方明、吕文豪、赵龙、李强强、唐磊等师弟们。在这个温暖的大家庭中，我们愉快地讨论，真诚地交流，彼此之间建立了深厚的友谊。 六年的大学生活转身即逝，本文代表了硕士生涯的结束，更意味着博士生涯的开始，我仍将在喻家山下继续前行！ 最后，我要感谢我的父母，是他们一直在背后默默地支持我。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 63参考文献 1 戴财胜动力配煤的理论与应用研究： 博士论文 。北京：中国矿业大学（北京校区） ，2000 2 成玉琪， 杜铭华， 李文华等 优化动力配煤是符合中国燃煤特点的洁净煤技术 洁净煤技术，1997，3（1） ：912 3 唐春潮，陈鸿复，高秋潮专家系统与模式识别在炼焦配煤种的应用燃料与化工，1995，26（6） ：273278 4 阮伟，周俊虎，曹欣玉等优化配煤专家系统的研究及应用动力工程，2001，21（6） ：5362 5 阮伟， 周俊虎， 程军等优化配煤专家系统的构造与应用电站系统工程， 1999，15（6） ：36 6 阳春华，沈德耀，吴敏等焦炉配煤专家系统的定性定量综合设计方法自动化学报，2000， （2） 7 马革非 动力配煤最优配煤指标及配煤方案的确定 中州煤炭， 2000， （5） ：2123 8 靳智平，李东雄用 VB6.0 开发动力配煤适用软件电力学报，2002，17（3） ：3539 9 梁景坤基于煤质工质分析的动力配煤优化研究：硕士学位论文。华北电力大学，2004 10 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模式的高校实验室管理信息系统的设计与实现：硕士学位论文 。电子科技大学，2007 26 Simon Robinson，Christian NagelC#高级编程第一版李敏波译北京清华大学出版社：20051226 27 Glenn Johnson ADO.NET2.0 高级编程 第一版 段超译 北京清华大学出版社：200626 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6528 陈新，梁选勤，崔智等ODBC 的原理、结构和开发技术探讨小型微型计算机系统，1997，18（2） ：2128 29 Udall JConnecting Windows To Data With ODBCByte，1993（3） ：1317 30 宋青，郑冰，李国辉VC 与数据库接口技术的研究软件技术，2007， （22） ：7276 31 陆国平基于 C/S 结构的硕士研究生招生管理系统的设计与实现：硕士学位论文。南京大学，2002 32 夏庆梅，熊华钢VB 访问 SQL Server 的三种数据访问接口的研究计算机应用研究，2001， （12） ：4447 33 刘钧，马旭东，施健VB 访问 SQL Server 的几种编程接口及其应用微型电脑应用，2007，17（6） ：5153 34 郑人杰，殷人昆软件工程概论第一版北京清华大学出版社：20021030 35 Advantech Co.， LtdADAM 4000 Data Acquisition Modules Users Manual (Edition 10.0) ：2005210 36 Charles Calvert， Marjorie Calvert， John Kaster et al Kylix Developers Guide Sams Publishing：2001212 37 Steve Teixeira，Xavier PachecoBorland Delphi 6 Developers GuideSams Publishing：2001225 38 飞思科技Delphi7 基础教程第一版电子工业出版社：200338 39 Michael Widenius，David AxmarkMySQL Reference Manual. OReilly. 2002 40 侯子良再论火电厂厂级监控信息系统电力系统自动化，2002：58 41 康新霞基于关联规则汽轮机组运行优化参数最优值的确定：硕士学位论文。华北电力大学，2007 42 陈卫火力发电厂 SIS 系统建设的思考电力信息化，2006，5（3）：2123 43 杨波， 郭勇 电厂 SIS 系统的功能设置及其实现问题研究 电站系统工程， 2005，7（2）：2527 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6644 R. Agrawal， T. Imielinski， A. Swami Mining association rules between sets of items in large databases Proceedings of the ACM SIGMOD Conference on Management of data，1993：207216 45 Ogilvie，Tony，E Swidenbank，B.W HoggUse of data mining techniques in the performance monitoring and optimization of a thermal power plant The Institution of Electrical Engineers，IEEE，1998，7/1-7/4 0963-330 多煤种掺烧优化配煤系统的设计与实现多煤种掺烧优化配煤系统的设计与实现作者：姚斯亮学位授予单位：华中科技大学 相似文献(3条)相似文献(3条)1.期刊论文 姚斯亮.杨涛.张燕平.黄树红.高伟.YAO Si-liang.YANG Tao.ZHANG Yan-ping.HUANG Shu-hong.GAO Wei 多煤种掺烧智能配煤系统的设计与开发 -发电设备2010,24(3) 为解决广东某大型电厂在多煤种掺烧中存在的问题.开发了一套智能配煤系统.介绍了该系统的框架、开发环境、功能模块划分和主要功能.系统建立了高效的计算模型,充分考虑了混煤和单煤之间复杂的关系,可以对任意煤种进行配煤计算,并且利用实验室掺烧数据、中试所试验数据及过去的掺烧经验,通过多目标模糊决策法确定最优的配煤方案.2.期刊论文 叶文华 智能配煤系统的实际应用与评价 -电力信息化2009,7(8) 金湾发电公司面对煤价快速上涨、燃煤供应紧张、国家对环保要求越来越高的局面,通过开发应用以安全、环保为基础的多煤种掺烧智能配煤系统,总结出了大量多煤种掺烧的技术规律和运行经验,取得了较高的经济效益、环境效益和社会效益.3.学位论文 张春伟 多煤种掺烧优化配煤系统的开发 2008 中国以煤为主的能源结构决定了燃煤电厂必须解决好煤原料的长期保障问题。由于我国煤炭资源有限、分布不均、企业运输压力大、价格上涨以及国家对燃煤锅炉尽量燃用劣质煤的相关政策等因素，造成电厂不可能长期燃用单一煤种。为提高电厂效益，保障煤质稳定，配煤燃烧不可避免的成为了大型火电厂必须解决的课题。 煤燃烧是一个极其复杂的物理化学过程，在其煤粉燃烧过程中，各煤粉之间相互影响，相互制约，使混煤表现出不同于单一煤种的燃烧特性。影响配煤燃烧的因素较单一煤种多，其中，配比是混煤燃烧特性的重要影响因素，确定合适的配比是电厂燃用混煤时首先需要解决的问题。 本文首先分析了电厂配煤的必然性及其意义，并对国内外动力配煤的发展历史及研究现状作了介绍。在研究某电厂两台600MW发电机组燃煤拓展适应性的基础上，分析评价了主要煤质参数对锅炉燃烧的影响，并且详细介绍了煤质参数的稳燃特性、燃尽特性、结渣特性和排放特性及其判别指标。 其次，本文通过对现有煤质参数可加性理论的分析、实验室验证和数学论证，认为燃煤低位发热量、干燥无灰基挥发分、硫分、灰分及灰熔点温度在炉内分层燃烧的特定情况下是符合线性相加规律的。另外，本文还从电厂实际出发，确定了电厂配煤约束条件和优化目标，在此基础上建立了线性关系数学模型，提出一种基于试验的插值优化算法，通过模糊数学的多目标模糊决策法确定最佳的配煤方案。 最后，采用Delphi语言和SQLserver2005数据库开发工具开发出了多煤种掺烧优化配煤系统，进行了初步的可靠性验证，能够较好的进行优化配比的预测计算，并对系统以后的发展提出了建议。 本文链接：http:/d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_D063832.aspx授权使用：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：7df8fe4b-5b7c-4067-b318-9de0013bcfe6下载时间：2010年8月28日