火電廠遠程診斷系統的構建

楊 瑞

(華電國際電力股份有限公司鄒縣發電廠，山東 鄒城 273500)

隨著Internet技術與Web技術的迅速發展，建立開放式、可擴展的遠程診斷系統成為現實，采用Browser/Server體系結構能夠充分實現資源共享，使傳統的專家系統知識庫的知識不斷更新和完善，從而提高診斷系統的效率和準確性。通過網絡，把診斷數據、診斷專家、診斷系統結合為一體，實現對復雜系統快速、及時、正確的診斷，提高社會效益和經濟效益。

三級遠程診斷系統結構框圖如圖1所示。

圖1

遠程診斷系統分為廠級、區域級、公司級三級，設備問題分層處理與反饋，完成閉環管理過程。

分布式故障診斷系統具有執行遠程診斷的能力，對分布于網絡上的設備進行管理。監測系統完成對設備數據的采集，廠級診斷中心對設備分類，完成對設備故障特征的提取及初步分析。廠級診斷中心完成診斷數據壓縮并上傳至區域級診斷中心；區域級診斷中心為廠維護數據庫，并收集設備故障信息；區域級診斷中心對廠級診斷數據整理匯總分析或上傳公司級診斷中心；遠程診斷中心專家接收到診斷數據后保存，并進行下一步分析，結果反饋至下一級。

一、建立廠級診斷中心

1.遠程診斷的廠級系統框架

廠級機組監測系統可以提供大型旋轉機械在線監測和分析、分析系統轉換接口(UDE8000)、機組參數診斷分析系統、機組性能診斷系統，即機組泛參數系統。廠級機組監測系統由Web服務器(或UDE接口)、現場數據采集分站(監測站)等組成；監測站負責數據的采集和分析處理，服務器負責運行數據的集中傳輸以及數據的本地存儲和管理。廠級機組監測系統作為遠程監測中心位于各個工廠的數據采集終端，起到了采集和分析工廠機組運行數據并將數據通過Internet實時傳輸給遠程診斷中心服務器的作用。

現場采集的數據先經過數據分析工作站的簡單處理和分析，通過Internet把數據傳輸到數據庫服務器。一般的用戶則直接通過Web請求，傳送需要診斷的故障數據到診斷中心。由診斷系統分析和處理再寫入數據庫。診斷系統運用專家知識庫，進行基于規則的推理，自動推斷故障類型，給出解決問題的有效方法。該系統的主要功能模塊有網絡安全、數據分析、智能診斷、專家診斷、其他資源。系統框架結構圖見圖2。

圖2

監測分站完成數據采集、存儲、分析功能；Web服務器完成數據的長期存儲與管理功能、專業圖譜分析和診斷功能。

(1)系統采用B/S結構

采用B/S結構的優點首先是使用方便，可以使服務人員對機組的分析診斷做到隨時隨地，特別是對于現場維護人員以及外聘的診斷專家，優勢更加明顯；其次是維護方便，服務人員不必擔心自己的計算機重新安裝或誤刪除應用軟件；再次是升級方便，遠程監測中心提供某項新功能或推出某個升級軟件版本后，不需要對所有服務人員的計算機進行軟件升級工作，只需企業本地服務器通過網絡自動下載升級補丁即可，使用戶免除對系統老化過時的擔心。最后是維護費用大大降低，供應商通過遠程維護，可以解決用戶系統95%以上的問題，從而降低系統整體費用。

(2)提高系統穩定性和可靠性

系統采用全集成專用現場數據采集分析設備，不同于傳統系統的工控機+數采卡+Windows或Dos操作系統，其穩定性和可靠性得到大大提高。在硬件的穩定性與可靠方面，系統采用大型的FPGA(大規模可編程邏輯器件)的多CPU風險分散技術；采用多個內置結構調理板，以排除干擾；采用無硬盤、風扇、鍵盤、鼠標的All-in-one結構，以減少現場易損部件；并采用完善的系統自檢功能。在軟件的穩定性與可靠性方面，采用LINUX嵌入式實時操作系統，更穩定、可靠，可完全避免病毒的感染。在系統結構的穩定性與可靠性方面，系統的各組成部分都可以獨立工作，不受其他組成部分的干擾；數據處理終端可以作為一個獨立的工作站，在服務器或網絡故障時，可以獨立工作，一樣存儲實時及變工況數據；機組歷史數據可以多方冗余存儲；同時系統采用標準的TCP/IP網絡通信協議，以提高網絡連接的可靠性。

2.實施

遠程監測設備的范圍包括主機、主要輔機、重要旋轉設備、變壓器、加熱器等。

(1)現場監測系統開發

現場在線或離線監測系統可以用DOS、HNUX等系統實現，同時使用SOCKET與應用程序服務器通信，服務器也可以通過SOCKET對前端采集系統進行控制；還可以采用嵌入式系統，如CORBA可以用于嵌入式系統中的開發。前端采集工控機具有簡單運算、報警功能。現場監測系統是整個遠程診斷中心的基礎，其穩定性、可靠性與準確性對遠程診斷中心的性能產生直接影響。

①對已配備本特利振動監測系統的主機、風機、小汽機、給水泵、凝泵等建立振動數據采集、存儲、分析系統(硬件為主)。對其他沒有配備振動監測系統的旋轉機械，建立以便攜式振動測試數據采集器為主的監測系統(硬軟件)。

②主設備振動數據與MIS網連通，實現在全廠MIS網各站點可實時監測設備振動狀況和分析結果。

③建立全廠重要旋轉機械振動數據庫管理系統(軟件)。

④建立振動數據分析、故障診斷、設備狀態分析評估軟件系統。

⑤實現振動數據的遠程實時和離線傳輸，具備遠程分析、診斷功能。

(2)數據庫系統的建立

數據庫系統的建立是遠程診斷中心開發的核心內容之一。數據庫系統可分為現場數據庫和診斷中心數據庫。現場數據庫存放設備常規運行記錄、故障原始數據、特征數據。診斷中心數據庫中應包含存放診斷專家系統知識的診斷數據庫；存放企業信息、設備信息的信息數據庫；存放設備故障特征數據的故障數據庫。數據庫系統中存放的數據可能有振動、位移、壓力、電流和溫度等信息，也可能有設備的聲信號甚至圖片信息。

(3)應用程序服務器中各種伺服程序的開發

應用程序服務器完成的功能有接收現場數據采集系統上傳的數據，按人員的要求向現場采集系統發送采樣的指令或者更改參數。同時也實現對在線實時采集的數據進行處理，如時域、頻域特征值提取、數據壓縮等。可與離線采集的系統進行數據交互、處理與上傳。

(4)B/S模式客戶端程序的開發

客戶端程序(瀏覽器)是遠程診斷中心和用戶交互、實現診斷的平臺，其性能直接對遠程診斷中心的功能產生影響。B/S模式的客戶端程序包含針對3個不同對象的交互式操作界面：遠程診斷中心專家、現場技術人員以及系統管理人員。遠程診斷中心專家應可訪問現場級的原始故障數據以及診斷中心除管理數據庫以外的數據庫，如診斷方法庫等。具有較高的權限用戶則可以瀏覽現場設備的報警信息，以及系統提供的常規分析功能，同時確定是否向遠程診斷中心提交診斷申請。系統管理員則主要實現系統維護及系統參數的修改等。

(5)系統的信息安全

對于采用網絡結構的系統，系統的安全性是系統首先要考慮的因素。解決的方法是采用認證、安全規范、防火墻規范來實現各種安全策略。

(6)采用高保真數據壓縮技術

采用大規模、高保真的數據壓縮技術使機組監測系統可以保證大量機組運行數據傳輸的快速及時性，1s就可以向遠程監測中心傳送一組數據(包括機組所有測點全部原始數據，如波形、頻譜、工藝參數等)。同時，該系統采用了基于HTTP協議的數據傳輸方案，大大降低了機組數據接入遠程中心的門檻，對于已具備基本局域網條件的工廠，其網絡投入成本和數據接入工作量為零。數據壓縮技術對系統的實時性也有較大的影響，所以研究傳輸過程中的數據壓輸方法是一個關鍵的問題。

(7)系統特點

①大型數據庫管理。

以大容量的大型數據庫管理系統為平臺，采用樹狀目錄結構，分級分層次結構，對全部被監測設備的所有測點建立正常運行、啟停機或發生故障等特定工況下的全部狀態參數的數據庫，同時建立完備的設備狀態分析、故障處理等方面的數據檔案，為設備狀態維修決策提供基礎數據。

根據廠里實際情況和點檢的具體工作，系統設計各種數據檢索手段，輸入、調用數據便利、快捷；顯示界面設計合理，采用多窗口顯示，易于進行數據參數的對比。

②網絡化運行。

以狀態數據庫及數據服務器為中心，運行于MIS網絡系統，同時可以通過跨網絡通信接口技術，與DCS、DEH及其他系統連接，實時自動獲取設備狀態數據并存入數據庫；數據庫資源可在授權的MIS站點調用查詢。

③在線監測與離線監測相結合。

本系統的目標是匯集狀態檢修數據，并進行集中管理，這些數據取自DCS、DEH、Bently系統等現有在線監測系統，也包括便攜測試分析儀表、點檢儀表等離線表計。

④開放式數據輸入/輸出接口。

為方便數據收集、輸出與管理，提供包括串行通信(Rs-232等)、網絡通信(TCP/IP)、數據庫連接(ODBC)及各類文件輸入/輸出等多種數據接口手段。

⑤精密診斷。

識別機組的早期故障，第一時間捕捉和完整保留機組有效的診斷數據；更強大的啟停機數據采集和分析，變負荷、變工況監測；監測振動數據和工藝量數據，提供工藝量與振動的相關分析功能；監測汽輪發電機組及關鍵輔機，為發電設備提供更全面的保護。

二、建立區域級診斷中心與公司級診斷中心

遠程診斷中心拓補圖見圖3。

圖3

遠程診斷功能模塊見圖4。

智能診斷是系統的核心。在系統后臺，應用服務器主要運行診斷程序，并訪問數據庫。對遠程用戶的數據首先進行數據信號的處理，根據知識庫和故障判斷規則自動給出診斷結論、診斷解釋和故障處理意見。

圖4

專家診斷是對智能診斷系統的補充，有的故障單靠自動診斷是得不到滿意結論的，于是要借助技術專家的參與。通過網絡在線，以問答的方式，由用戶提供故障征兆、故障描述等，專家根據自己的知識或經驗給出診斷結果。

遠程診斷中心的構建可以提高企業的綜合競爭優勢，保持企業持續不斷的利潤增長，進而實現企業的戰略轉型；現在越來越多的國內外診斷服務機構已將戰略目光投向加強自身的服務能力、為用戶提供長期和有償的服務價值上。

由系統功能可以看出，不論是智能診斷還是技術專家診斷，都要對知識庫的知識進行更新。所以知識的推理和專家的經驗都能使診斷系統的知識得到不斷的完善。

三、構建數字化、可視化和智能化的遠程診斷中心

將現有的故障診斷技術與多媒體技術、網絡技術、人工智能等現代信息技術進行結合與轉化，進一步開發出數字化、可視化和智能化，并具有快速存儲和處理海量數據能力、安全保密性好、信息雙向傳遞速度快、可進行遠程診斷和輔助決策的集成應用的遠程專家診斷中心。

四、遠程診斷中心實施效果

(1)企業減少機組非計劃停運次數，每年可節約大量燃油、廠用電、水等綜合費用300萬元。

(2)實現遠程無紙化工作，減人增效，每年可節省材料費、人工費約100萬元。

(3)節省維修費用，避免了設備的盲目檢修，提高備品、備件的利用率。

(4)延長設備使用壽命。

(5)縮短檢修時間，減少對發電量的影響。

(6)降低檢修成本。以出現機率較多的某臺大型引風機振動處理為例，單臺轉子廠家動平衡處理所需要的總費用達5萬余元，然而通過遠程平臺在線處理費用不足百元，效益相當可觀。

五、結語

遠程故障診斷系統充分發揮了網絡優勢，可實現電廠各個部門的信息共享；可生成各種設備狀態報表；能對電廠中常見故障進行診斷，為公司管理、運行、檢修及其它相關部門提供及時準確的設備狀態和故障信息，為有效降低生產成本發揮重要的作用。