基于火电厂控制系统模拟量的小时均值计算系统及方法与流程

1.本发明涉及火电厂dcs控制技术领域，具体涉及一种基于火电厂控制系统模拟量的小时均值计算系统及方法。


背景技术：

2.现阶段环保要求越来越严格，各个火电厂都配备了自己的在线监测系统，用来实时监测燃烧后的烟气中硫化物和氮氧化物的实时值，并对一小时内这些污染物的平均值有着严格考核制度。由于一些控制系统开发都比较早，没有针对污染物的小时均值开发专门的逻辑运算块，因此现阶段采用进口dcs系统的火电厂的小时均值要么通过上位机实现，要么通过组态简单的累加，通过上位机实现的方式没办法跟dcs系统进行紧密耦合，通过逻辑组态简单累加的方式大多到1小时后全部清空，无法实现连续的统计，所以有必要提供一种能够直接在dcs系统里实现从1分钟到24小时的连续统计方法。


技术实现要素：

3.本发明为克服现有技术中的问题，目的在于提供一种基于火电厂控制系统模拟量的小时均值计算系统及方法。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.基于火电厂控制系统模拟量的小时均值计算方法，包括以下步骤：
6.将设定时间周期均分为第一时段、第二时段、第三时段与第四时段；采集火电厂烟气出口的第一时段模拟量检测采样数据、第二时段模拟量检测采样数据、第三时段模拟量检测采样数据与第四时段模拟量检测采样数据，将第一时段模拟量检测采样数据进行第一时段累加，得到第一时段累加结果；
7.当第一时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第二时段模拟量检测采样数据进行第二时段累加，得到第二时段累加结果；
8.当第二时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第三时段模拟量检测采样数据进行第三时段累加，得到第三时段累加结果；
9.当第三时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第四时段模拟量检测采样数据进行第四时段累加，得到第四时段累加结果；
10.将第一时段累加结果、第二时段累加结果、第三时段累加结果与第四时段累加结果进行平均，得到设定时间周期中模拟量的平均采集模拟量。
11.进一步的，通过烟气传感器实时采集火电厂烟气出口的第一时段模拟量检测采样数据、第二时段模拟量检测采样数据、第三时段模拟量检测采样数据与第四时段模拟量检测采样数据。
12.进一步的，阈值最小为60个，最大为900个。
13.进一步的，设定时间周期为1分钟到24小时。
14.基于火电厂控制系统模拟量的小时均值计算系统，包括：
15.设置在控制器中的第一时段的小时均值逻辑组态单元、第二时段的小时均值逻辑组态单元、第三时段的小时均值逻辑组态单元、第四时段的小时均值逻辑组态单元以及小时平均数计算逻辑组态单元；
16.第一时段的小时均值逻辑组态单元，用于采集烟气出口的第一时段模拟量检测采样数据、第二时段模拟量检测采样数据、第三时段模拟量检测采样数据与第四时段模拟量检测采样数据，然后将第一时段模拟量检测采样数据进行第一时段累加，得到第一时段累加结果；
17.第二时段的小时均值逻辑组态单元，用于当第一时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第二时段模拟量检测采样数据进行第二时段累加，得到第二时段累加结果；
18.第三时段的小时均值逻辑组态单元，用于当第二时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第三时段模拟量检测采样数据进行第三时段累加，得到第三时段累加结果；
19.第四时段的小时均值逻辑组态单元，用于当第三时段模拟量检测采样数据量超过阈值时，将第四时段模拟量检测采样数据进行第四时段累加，得到第四时段累加结果；
20.小时平均数计算逻辑组态单元，用于将第一时段累加结果、第二时段累加结果、第三时段累加结果与第四时段累加结果进行平均，得到设定时间周期中模拟量的平均采集模拟量。
21.进一步的，第一时段的小时均值逻辑组态单元、第二时段的小时均值逻辑组态单元、第三时段的小时均值逻辑组态单元与第四时段的小时均值逻辑组态单元均包括输入单元和逻辑单元；
22.输入单元，用于接收当前时段模拟量检测采样数据并传输给逻辑单元；
23.逻辑单元，用于对接收到的当前时段的模拟量检测采样数据进行累加，得到当前时段的累加结果；当前时段的模拟量检测采样数据量超过阈值时，将超过阈值的标记传输给下一时段的小时均值逻辑组态单元，将当前时段的模拟量检测采样数据量与累加结果，传输给小时平均数计算逻辑组态单元。
24.进一步的，小时平均数计算逻辑组态单元包括第五输入单元、第一加和单元、第二加和单元、第三加和单元、第四加和单元、第五加和单元、第六加和单元以及相除单元；
25.第五输入单元，用于将接收到的第一时段累加结果以及第二时段累加结果，传输给第一加和单元；
26.第一加和单元，用于对接收到的第一时段累加结果和第二时段累加结果，进行加和计算，得到第一加和结果，并将第一加和结果传输给第三加和单元；
27.第五输入单元，用于将接收到的第三时段累加结果和第四时段累加结果，传输给第二加和单元；
28.第二加和单元，用于对接收到的第三时段累加结果和第四时段累加结果，进行加和计算，得到第二加和结果，并将第二加和结果传输给第三加和单元；
29.第五输入单元，用于将接收到的第一时段模拟量检测采样数据量与第二时段模拟量检测采样数据量，传输给第四加和单元；
30.第四加和单元，用于对接收到的第一时段模拟量检测采样数据量与第二时段模拟量检测采样数据量进行加和计算，得到第四加和计算结果，并将第四加和计算结果传输给第六加和单元；
31.第五输入单元，用于将接收到的第三时段模拟量检测采样数据量与第四时段模拟量检测采样数据量，传输给第五加和单元；
32.第五加和单元，用于对接收到的第三时段模拟量检测采样数据量与第四时段模拟量检测采样数据量进行加和计算，得到第五加和计算结果，并将第五加和计算结果传输给第六加和单元；
33.第六加和单元，用于对接收到的第四加和计算结果和第五加和计算结果，进行加和计算，得到第六加和结果，并将第六加和结果传输给相除单元；
34.第三加和单元，用于对接收到的第一加和结果和第二加和结果进行加和计算，得到第三加和结果，并将第三加和结果传输给相除单元；
35.相除单元，用于对接收的第六加和结果和第三加和结果进行相除，得到小时均值计算结果。
36.进一步的，通过烟气传感器实时采集火电厂烟气出口的第一时段模拟量检测采样数据、第二时段模拟量检测采样数据、第三时段模拟量检测采样数据与第四时段模拟量检测采样数据。
37.进一步的，阈值最小为60个，最大为900个。
38.进一步的，设定时间周期为1分钟到24小时。
39.和现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
40.本发明中通过设置第一时段的小时均值逻辑组态单元、第二时段的小时均值逻辑组态单元、第三时段的小时均值逻辑组态单元、第四时段的小时均值逻辑组态单元以及小时平均数计算逻辑组态单元相连，模拟量输入采用直接采集存储，无需算法拟合，能够直接用于小时均值计算过程，且每次计算仅对新采样的模拟量进行，减小计算负担，计算量小，统计结果比较精确。本发明通过在每个小时均值逻辑组态单元中，利用组态手段，和对参数修改，实现对采样周期、样本容量的设置，实现灵活、可靠的统计，跨度可达到从1分钟到24小时的覆盖范围。
41.本发明中通过采集不同时段的模拟量检测采样数据，并且分别进行累加后再进行平均，能实现模拟量的小时均值的统计计算，结束只能在上位机进行统计的历史，使控制器具备统计能力；组态人员可以任意拖放每个时段的小时均值逻辑组态单元到指定的执行周期内，并且能适应全部执行任务周期，通过空间换时间的理念很大程度上降低在统计计算时的负荷。
附图说明
42.图1为本发明的系统结构示意图。
43.图2为1小时中，第一时段的小时均值逻辑组态单元图。
44.图3为1小时中，第二时段的小时均值逻辑组态单元图。
45.图4为1小时中，第三时段的小时均值逻辑组态单元图。
46.图5为1小时中，第四时段的小时均值逻辑组态单元图。
47.图6为小时平均数计算逻辑组态单元图。
48.图7为本发明基于火电厂控制系统迭代方式小时均值块的方法流程图。
49.图8为本发明的流程框图。
50.图9为本发明中的staavg2的输入管脚图。
51.图10为本发明中的staavg2的输出管脚图。
52.图11为本发明中的staavg2的参数图。
53.图中，1为第一时段的小时均值逻辑组态单元，2为第二时段的小时均值逻辑组态单元，3为第三时段的小时均值逻辑组态单元，4为第四时段的小时均值逻辑组态单元，5为小时平均数计算逻辑组态单元。
具体实施方式
54.下面结合附图对本发明进行详细描述。
55.参见图1，本发明的基于火电厂控制系统中模拟量的小时均值计算系统，包括第一时段的小时均值逻辑组态单元1、第二时段的小时均值逻辑组态单元2、第三时段的小时均值逻辑组态单元3、第四时段的小时均值逻辑组态单元4以及小时平均数计算逻辑组态单元5；第一时段的小时均值逻辑组态单元1、第二时段的小时均值逻辑组态单元2、第三时段的小时均值逻辑组态单元3、第四时段的小时均值逻辑组态单元4均设置在控制器中，且均与小时平均数计算逻辑组态单元5相连。
56.参见图2，第一时段的小时均值逻辑组态单元1包括第一输入单元hai1和第一逻辑单元staavg2；
57.本发明中的模拟量检测可以为氮氧化物或硫化物。下面以模拟量检测为no的浓度为例进行说明。
58.将设定时间周期均分为第一时段、第二时段、第三时段与第四时段；通过烟气传感器采集烟气出口中第一时段no的浓度、第二时段no的浓度、第三时段no的浓度与第四时段no的浓度，并传输给第一输入单元hai1。
59.第一输入单元hai1用于接收第一时段no的浓度并传输给第一逻辑单元staavg2，第一逻辑单元staavg2用于对接收到的第一时段no浓度数据进行累加，得到第一时段累加结果，同时可以得到超过阈值后顶出的第一时段no浓度数据(本发明中阈值设置为900个)、超过阈值的标记以及当前存放的第一时段no浓度数据数量；并将超过阈值的标记以及存满后顶出的第一个数据传输给第二时段的小时均值逻辑组态单元。将第一时段累加结果传输给小时平均数计算逻辑组态单元。
60.参见图3，第二时段的小时均值逻辑组态单元2包括第二输入单元和第二逻辑单元staavg2，第二输入单元用于接收第二时段no浓度数据，并将第二时段no浓度数据传输给第二逻辑单元staavg2，第二逻辑单元staavg2用于对接收到的第二时段no浓度数据进行累加，得到第二时段累加结果，同时可以得到超过阈值后顶出的第二时段no浓度数据(本发明中阈值设置为900个)、超过阈值的标记以及当前存放的第二时段no浓度数据数量；并将超过阈值的标记以及存满后顶出的第一个数据传输给第三时段的小时均值逻辑组态单元。将第二时段累加结果传输给小时平均数计算逻辑组态单元。
61.参见图4，第三时段的小时均值逻辑组态单元3包括第三输入单元和第三逻辑单元staavg2，第三输入单元用于接收第三时段no浓度数据，并将第三时段no浓度数据传输给第三逻辑单元staavg2，第三逻辑单元staavg2用于对接收到的第三时段no浓度数据进行累加，得到第三时段累加结果，同时可以得到超过阈值后顶出的第三时段no浓度数据(本发明
中阈值设置为900个)、超过阈值的标记以及当前存放的第三时段no浓度数据数量；并将超过阈值的标记以及存满后顶出的第一个数据传输给第四时段的小时均值逻辑组态单元。将第三时段累加结果传输给小时平均数计算逻辑组态单元。
62.参见图5，第四时段的小时均值逻辑组态单元4包括第四输入单元和第四逻辑单元staavg2；第四输入单元用于接收第四时段no浓度数据，并将接收到的第四时段no浓度数据传输给第四逻辑单元staavg2，第四逻辑单元staavg2用于对接收到的第四时段no浓度数据进行累加，得到第四时段累加结果，同时可以得到超过阈值后顶出的第四时段no浓度数据(本发明中阈值设置为900个)、超过阈值的标记以及当前存放的第四时段no浓度数据数量；并将超过阈值的标记传输给小时平均数计算逻辑组态单元。
63.参见图6，小时平均数计算逻辑组态单元包括第五输入单元、第一加和单元、第二加和单元、第三加和单元、第四加和单元、第五加和单元、第六加和单元以及相除单元；
64.第五输入单元用于接收第一时段累加结果、第二时段累加结果、第三时段累加结果、第四时段累加结果、第一时段no浓度数据数量、第二时段no浓度数据数量、第三时段no浓度数据数量与第四时段no浓度数据数量，并将接收到的第一时段累加结果以及第二时段累加结果传输给第一加和单元；
65.第一加和单元用于对接收到的第一时段累加结果以及第二时段累加结果，进行加和计算，得到第一加和结果，并将第一加和结果传输给第三加和单元；
66.第五输入单元将接收到的第三时段累加结果和第四时段累加结果传输给第二加和单元；
67.第二加和单元用于对接收到的第三时段累加结果和第四时段累加结果，进行加和计算，得到第二加和结果，并将第二加和结果传输给第三加和单元；
68.第五输入单元将接收到的第一时段no浓度数据数量与第二时段no浓度数据数量传输给第四加和单元；
69.第四加和单元用于对接收到的第一时段no浓度数据数量与第二时段no浓度数据数量，进行加和计算，得到第四加和计算结果，并将第四加和计算结果传输给第六加和单元；
70.第五输入单元将接收到的第三时段no浓度数据数量与第四时段no浓度数据数量，传输给第五加和单元；
71.第五加和单元用于对接收到的第三时段no浓度数据数量与第四时段no浓度数据数量，进行加和计算，得到第五加和计算结果，并将第五加和计算结果传输给第六加和单元；
72.第六加和单元用于对接收到的第四加和计算结果和第五加和计算结果，进行加和计算，得到第六加和结果，并将第六加和结果传输给相除单元；
73.第三加和单元用于对接收到的第一加和结果第二加和结果进行加和计算，得到第三加和结果，并将第三加和结果传输给相除单元；
74.相除单元用于对接收的第六加和结果和第三加和结果进行相除，得到no的小时均值计算结果。
75.理论上逻辑单元的实际计算过程为：第一逻辑单元staavg2从输入管脚x中将数据取得放入第一时段的小时均值逻辑组态单元中的第一逻辑单元staavg2的第i个存储区，同
时输出管脚count ，输出管脚sum ＝x，输出管脚avg＝sum/count，以此类推，当输出管脚count＝＝输入管脚amount时，输出管脚fin＝1，输出管脚out＝x(1)，此时标志第一逻辑单元staavg2数据区全部填满，此时与之相连的第二逻辑单元staavg2开始统计，以此类推，后续的执行周期输出管脚out＝x(n)；此时第二逻辑单元staavg2的输入管脚x为第一时段中第一逻辑单元staavg2的第一次输入out(1)，以此类推，后续的执行周期第二逻辑单元staavg2的输入x为第一逻辑单元staavg2的输入out(n)，直到第二逻辑单元staavg2也填满后，传递给第三逻辑单元staavg2，第三逻辑单元staavg2填满后再填第四逻辑单元staavg2，如果第一、第二、第三与第四逻辑单元staavg2同时都在1秒的运行周期运行并且填满后，即可计算出1小时的总和以及平均值。
76.本发明中每个时段no浓度数据量的阈值最小均为60个，最大均为900个；本发明中阈值为900个为例进行说明。
77.本发明以设定时间周期为1小时间为例进行说明。
78.从图9-图11可以看出，本发明中的第一时段的小时均值逻辑组态单元中的staavg2、第二时段的小时均值逻辑组态单元中的staavg2、第三时段的小时均值逻辑组态单元中的staavg2与第四时段的小时均值逻辑组态单元中的staavg2的输入管脚、输出管脚以及参数。
79.本发明中每个时段no浓度数据和采样间隔周期倍数作为staavg2的参数。
80.采样间隔周期倍数默认设置为1，也可以设置为2、3、4
……
等倍数，其含义代表当前逻辑单元staavg的采样周期为当前运行周期的倍数。根据实际的采样频率灵活设置逻辑单元staavg，可以更充分节约逻辑单元staavg的存储空间，或者在相同存储空间的条件下提高采样时长。
81.参见图8，基于火电厂控制系统中模拟量的小时均值计算方法，具体包括以下步骤：
82.将1小时分均为第一时段(1-15min)、第二时段(16-30min)、第三时段(31-45min)与第四时段(46-60min)。
83.通过烟气传感器实时采集火电厂烟气出口的第一时段no浓度数据、第二时段模拟量检测采样数据、第三时段模拟量检测采样数据与第四时段模拟量检测采样数据，然后将第一时段no浓度数据进行第一时段累加，得到第一时段累加结果；
84.当第一时段no浓度数据量超过阈值时，第二时段no浓度数据进行第二时段累加，得到第二时段累加结果；
85.当第二时段no浓度数据量超过阈值时，第三时段no浓度数据进行第三时段累加，得到第三时段累加结果；
86.当第三时段no浓度数据量超过阈值时，第四时段no浓度数据进行第四时段累加，得到第四时段累加结果；
87.将第一时段累加结果、第二时段累加结果、第三时段累加结果与第四时段累加结果进行平均，得到1小时中no的小时均值。
88.具体的，将第一时段的小时均值逻辑组态单元、第二时段的小时均值逻辑组态单元、第三时段的小时均值逻辑组态单元、第四时段的小时均值逻辑组态单元、小时平均数计算逻辑组态单元下装到1秒的运行周期中。并且每时段逻辑组态单元中每个逻辑单元
staavg2的参数ite为1、amount为900，通过传感器采集烟气出口采集每时段的no浓度数据，第一时段no浓度数据通过第一输入单元hai1采集，并传递给第一逻辑单元staavg2的输入管脚x，此时输入管脚x的第一个采集值x(1)被存放到第一逻辑单元staavg2的先进先出的队列第一个位置，此时第一逻辑单元staavg2中的count ，第一逻辑单元staavg2中的fin＝false，第一逻辑单元staavg2中的sun＝第一逻辑单元staavg2的x(1)，第一逻辑单元staavg2中的out输出0，直到第901个第一输入单元hai1采集的no浓度数据被传递给第二逻辑单元staavg2的x，此时第二逻辑单元staavg2中的count＝＝900，第一逻辑单元staavg2中的fin＝ture，认为先进先出的队列填满，第一逻辑单元staavg2中的sun＝900为采集量之和，第一逻辑单元staavg2中的out输出x(1)，当第一逻辑单元staavg2中的fin＝ture时，通过第一时段的小时均值逻辑组态单元中的pdo4传递给第二时段的小时均值逻辑组态单元中的pdi1，第二逻辑单元staavg2开始按照第一时段的小时均值逻辑组态单元中的步骤进行统计，当第二逻辑单元staavg2中的fin＝ture时，通过第二时段的小时均值逻辑组态单元中的pdo5传递给第三时段的小时均值逻辑组态单元中的pdi1，当第三逻辑单元staavg2中的fin＝ture时，通过第三时段的小时均值逻辑组态单元中的pdo4传递给第四时段的小时均值逻辑组态单元中的pdi1，当第四逻辑单元staavg2中的fin＝ture，当四个时段的fin都为ture时，通过小时平均数计算逻辑组态单元计算后，通过div15.out可以输出一个小时中no的小时均值。
89.下面以第一时段的小时均值逻辑组态单元、第二时段的小时均值逻辑组态单元的计算过程为例进行说明。
90.参见图7，初始化功能模块中参数数据存储数量，数据存储数量默认为900个(对应15分钟)，对于第一个逻辑单元staavg2：初始化第一逻辑单元staavg2中参数采样间隔周期倍数，默认为1，判断输入管脚start是否为1，若不是1，结束，若是1，判断输入管脚x是否已经连线，若没有连线，结束，若已经连线，则将采样下标i初始化为0，然后计算实际运行周期数与采样间隔周期的倍数，若余数不为0，结束，若余数为0，则循环存入数据，存储数量为900个下标为i的位置，根据数据存储数量，判断是否全部存满，若存满，则返回到采样下标i初始化为0，并将输出fin置为1，若没有存满，则输出fin为0，并输出out为第一个输入的模拟量，结束。
91.对于第二个逻辑单元staavg2：初始化参数数据存储数量，数据存储数量默认为900个(对应15分钟)，初始化第二个逻辑单元staavg2中参数采样间隔周期倍数，默认为1，判断输入管脚start是否为1，若不是1，结束，若是1，判断输入管脚x是否已经连线，若没有连线，结束，若已经连线，则将采样下标i初始化为0，然后计算实际运行周期数与采样间隔周期的倍数，若余数不为0，结束，若余数为0，则循环存入数据，存储数量为900个下标为i的位置，根据数据存储数量，判断是否全部存满，若存满，则返回到采样下标i初始化为0，并将输出fin置为1，若没有存满，则输出fin为0，并输出out为第二个逻辑单元staavg中存储的第一个输入的模拟量，结束；其中，第一时段的小时均值逻辑组态单元的输出为第二时段的小时均值逻辑组态单元的输入，即第一时段的小时均值逻辑组态单元中输出的fin为1作为第二时段的小时均值逻辑组态单元中管脚start的输入。