基于無線網(wǎng)絡(luò)的水電廠在線組態(tài)式點檢系統(tǒng)研究

王向偉

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

基于無線網(wǎng)絡(luò)的水電廠在線組態(tài)式點檢系統(tǒng)研究

王向偉

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

根據(jù)點檢系統(tǒng)在國內(nèi)大多數(shù)發(fā)電企業(yè)，特別是火電廠在管理和運用上總結(jié)出的實踐經(jīng)驗，結(jié)合先進的信息技術(shù)和高效智能的管理平臺，創(chuàng)新思維，優(yōu)化流程，研究一套適合水電廠設(shè)備管理模式的點檢系統(tǒng)，進一步提高管理效率、工作效率，降低設(shè)備故障率，提高綜合經(jīng)濟效益。

水電廠；點檢；無線網(wǎng)絡(luò)AP；系統(tǒng)研究；數(shù)據(jù)融合

隨著先進管理技術(shù)的發(fā)展，計劃預(yù)檢修制度存在著大量過維修、部分欠維修、綜合效率低的問題。近年來，設(shè)備的維修管理方式已得到充分的發(fā)展和提高，發(fā)展方式已由故障維修，到計劃預(yù)維修，再發(fā)展到點檢的演變。據(jù)不完全統(tǒng)計，發(fā)電企業(yè)設(shè)備管理推行點檢定修制后，設(shè)備的故障和事故下降率約為40%，但是國內(nèi)水電廠實行點檢定修制及配備點檢系統(tǒng)的少之又少。本文主要研究水電廠基于無線網(wǎng)絡(luò)的在線組態(tài)式點檢系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)，從廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，到點檢系統(tǒng)的后臺管理、數(shù)據(jù)分析和巡檢終端，再到與計算機監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等綜合平臺的數(shù)據(jù)融合等，旨在通過采用先進的信息技術(shù)實現(xiàn)高效智能的管理平臺，降低設(shè)備故障率，提高綜合管理效率和經(jīng)濟效益。

1　廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

1.1用途及覆蓋范圍

廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要為水電廠的點檢系統(tǒng)提供可靠、安全的服務(wù)基礎(chǔ)平臺，覆蓋電廠大壩、廠房及開關(guān)站等生產(chǎn)區(qū)域所有設(shè)備巡檢點。

1.2設(shè)計原則

結(jié)合水電廠和無線局域網(wǎng)（WLAN）的實際應(yīng)用與發(fā)展要求，廠區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在本著建設(shè)功能完整、技術(shù)成熟先進的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的前提下，應(yīng)遵循以下系統(tǒng)總體原則：

（1）安全可靠性原則：采用目前業(yè)界最先進的無線安全技術(shù)，滿足無線網(wǎng)絡(luò)對用戶的安全以及無線網(wǎng)絡(luò)自身的安全要求，在設(shè)備的選擇和關(guān)鍵設(shè)備的互聯(lián)時，具備冗余備份功能。

（2）成熟和先進性并重原則：系統(tǒng)建設(shè)要有一定的前瞻性，在無線網(wǎng)絡(luò)建成后的3～5年之內(nèi)，不會由于業(yè)務(wù)量的增加導(dǎo)致對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及主要設(shè)備的重大調(diào)整。

（3）開放性和標準化原則：系統(tǒng)設(shè)計所采用的技術(shù)和設(shè)備必須符合WLAN國際標準、國家標準，在設(shè)計時，要求提供開放性好、標準化程度高的技術(shù)方案；設(shè)備的各種接口滿足開放和標準化原則。

（4）可擴展性原則：所有系統(tǒng)設(shè)備不但滿足當前需要，并在擴充模塊后滿足可預(yù)見將來需求，如帶寬和設(shè)備的擴展，應(yīng)用的擴展和辦公地點的擴展等。保證建設(shè)完成后的系統(tǒng)在向新的技術(shù)升級時，能保護現(xiàn)有的投資。

（5）高覆蓋質(zhì)量、無縫漫游：對目標覆蓋區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)100%的覆蓋，接收信號電平≥-70 dBm，單個AP用戶并發(fā)數(shù)≤20個。在目標覆蓋區(qū)域內(nèi)，要求單用戶接入時數(shù)據(jù)傳輸平均速率不低于100Mb/s，支持用戶在覆蓋區(qū)域內(nèi)快速移動，業(yè)務(wù)不中斷。

（6）高安全：實現(xiàn)用戶身份認證、入網(wǎng)行為控制、安全加密、病毒庫、無線入侵檢測、無線電射頻的集中管理和部署，實現(xiàn)非法用戶、非法AP的定位與隔離，打造高安全的無線網(wǎng)絡(luò)。

1.3性能及安全技術(shù)要求

（1）采用支持802.1a/b/g/n的智能無線控制器及室內(nèi)型“胖/瘦”可轉(zhuǎn)換AP的解決方案。瘦AP實現(xiàn)無線信號的處理，而用戶管理、加密、漫游、AP管理等功能全部集中到AC進行，以簡化整個網(wǎng)絡(luò)的管理，提高設(shè)備的工作效率。同時，無線終端AP必須通過EMC電磁認證，確保對電廠發(fā)電設(shè)備無電磁干擾。

（2）無線系統(tǒng)應(yīng)該支持數(shù)據(jù)的集中及分布式交換。對于一般應(yīng)用，可以采用分布式交互以減少網(wǎng)絡(luò)及核心交換設(shè)備的負載，而對于特殊的或者需要進行監(jiān)護或者控制的應(yīng)用，則采用集中轉(zhuǎn)發(fā)。

同時采用千兆POE供電的解決方案，既保障了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，又減少了補裝電源線的工序，以方便維護和管理。

（3）無線局域網(wǎng)系統(tǒng)支持目前各種用戶認證的方式（802.1X、WEB認證、MAC、SSID、VPN等），網(wǎng)絡(luò)管理者可以根據(jù)需求方便的選擇不同認證方式向用戶提供安全的無線接入，并有效阻止非授權(quán)人員訪問網(wǎng)絡(luò),通過AAA/Radius/LDAP/Windows AD服務(wù)器與無線控制設(shè)備的有機結(jié)合，為用戶提供基于用戶角色的策略控制。對非法及惡意AP接入檢測和隔離、針對無線網(wǎng)絡(luò)的DoS攻擊防護、對無線終端的異常流量進行檢測及報警等功能。

1.4網(wǎng)絡(luò)拓撲與AP部署設(shè)計

設(shè)計方案按照AP+AC的結(jié)構(gòu)化無線網(wǎng)絡(luò)解決方案進行設(shè)計，整體框架基于瘦AP方式部署，采用AC（無線控制器）對AP進行集中管理、控制、配置下發(fā)，以及對接入終端的認證、數(shù)據(jù)分布式/集中式轉(zhuǎn)發(fā)、漫游等功能。操作和維護工作現(xiàn)在只需要在AC上進行就可以了。AP只負責(zé)無線信號的收發(fā)，不作MAC層及其以上的協(xié)議層處理，所有的智能工作都由AC完成，具體如圖1所示。

圖1　無線網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

2　點檢系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)水電廠實際工作情況，點檢系統(tǒng)由4大部分（圖2）組成：后臺管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集終端子系統(tǒng)、查詢統(tǒng)計子系統(tǒng)、現(xiàn)場標識與通信。

圖2　點檢系統(tǒng)功能模塊圖

2.1后臺管理子系統(tǒng)

2.1.1基礎(chǔ)編碼管理

點檢系統(tǒng)中存在有多種基礎(chǔ)編碼數(shù)據(jù)（如：選項數(shù)據(jù)定義、點檢周期、點檢專業(yè)等），這些基礎(chǔ)編碼數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，針對不同的基礎(chǔ)編碼數(shù)據(jù)管理人員可以進行各種新增、修改等操作，系統(tǒng)提供友好的界面進行基礎(chǔ)編碼管理。

2.1.2點檢內(nèi)容管理

設(shè)備點檢內(nèi)容構(gòu)成設(shè)備點檢管理的核心。合理確定點檢內(nèi)容是確保點檢管理有效性的重要保證，點檢內(nèi)容應(yīng)在類別的基礎(chǔ)上劃分，并進行結(jié)構(gòu)化和代碼化。點檢內(nèi)容由以下7個對象組成：點檢專業(yè)——點檢崗位——點檢路線——點檢地區(qū)——點檢設(shè)備——點檢部件——點檢項目。如圖3所示，具體要求如下：

圖3　點檢流程圖

（1）點檢專業(yè)及崗位：以專業(yè)為實施點檢作業(yè)的主線，每個專業(yè)下面劃分若干點檢崗位，點檢員在其中的某一個崗位下面工作，且只負責(zé)本崗位的點檢工作。

（2）點檢路線及地點：每個崗位下面根據(jù)點檢計劃和點檢地點，按照最短、最優(yōu)的方法，劃分若干路線，實際作業(yè)中，點檢員應(yīng)沿著規(guī)定的路線去實施作業(yè)。每條點檢路線包含若干個點檢地點，表示點檢人員要到達的地點，每個地點需要對應(yīng)一個射頻卡，以確認點檢人員到達過該地點。

（3）點檢設(shè)備：點檢設(shè)備是點檢管理的核心，是點檢員負責(zé)的對象，設(shè)備采用業(yè)界常用的KKS做為編碼，目的是讓所有數(shù)據(jù)查詢達到統(tǒng)一。

（4）點檢部件：每臺設(shè)備的管理點和維護點，如：滑動部件、回轉(zhuǎn)部件、傳動部件等。

（5）點檢項目：針對每個點檢設(shè)備都會有需要采集記錄的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)就是點檢項目的內(nèi)容，每個項目還能規(guī)定它的檢查方法以及判斷數(shù)據(jù)是否正常的標準。點檢項目是對設(shè)備需要點檢的項目信息進行管理，某區(qū)域、系統(tǒng)的點檢項目應(yīng)包括定期點檢項目、定期巡檢項目、設(shè)備的定期切換、運行數(shù)據(jù)的定期采集、定期試驗等。

（6）特別說明：巡檢工作內(nèi)容相對點檢而言，不分專業(yè)，根據(jù)巡檢值班表或巡檢模式，自動識別巡檢路線。巡檢地點、巡檢設(shè)備、巡檢部件、巡檢項目可與點檢工作公用或單獨設(shè)置，巡檢項目記錄方式較為簡單。

2.1.3點檢任務(wù)管理

點檢任務(wù)管理主要功能如下：周期性生成任務(wù)管理、創(chuàng)建臨時性任務(wù)、點檢歷史數(shù)據(jù)查詢、異常數(shù)據(jù)生產(chǎn)報缺工單。

（1）周期任務(wù)具體規(guī)則如下：按不同類型工作周期生成的周期任務(wù)數(shù)據(jù)之間互相沒有影響，系統(tǒng)對此并不加以鑒別，按照自身的點檢規(guī)則進行選擇使用。同一類型工作周期生成的周期任務(wù)需要避免重復(fù)，同一個工作周期只能產(chǎn)生一個周期點檢任務(wù)不能有重復(fù)。按照日、周和月等多種方式生成周期任務(wù)，生成任務(wù)時，系統(tǒng)會檢測每個點檢項目的周期，并根據(jù)日常點檢、專業(yè)點檢、精密點檢這3種類型生成任務(wù)。

（2）在點檢系統(tǒng)軟件中具備選擇生成臨時任務(wù)的功能，選擇需要采集的點檢項目數(shù)據(jù)，以此得出需要點檢的路線、設(shè)備和部件，組成任務(wù)對應(yīng)的點檢內(nèi)容；再輸入一些任務(wù)的必要數(shù)據(jù)，如：任務(wù)的開始執(zhí)行時間和終止執(zhí)行時間等，最后確定制定出臨時任務(wù)。

2.1.4點檢異常數(shù)據(jù)管理

根據(jù)事先定義的項目數(shù)據(jù)標準，自動統(tǒng)計出超標數(shù)據(jù)（適合數(shù)值類型數(shù)據(jù)），以及缺陷類數(shù)據(jù)（適合選項類型數(shù)據(jù)）。發(fā)現(xiàn)缺陷異常后，可以填寫報缺陷工單發(fā)送到生產(chǎn)管理系統(tǒng)，支持人工手動和計算機自動發(fā)送兩種方式。提供標準報缺模板生成，當發(fā)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)后，計算機根據(jù)模板的定義，自動生成報缺工單并發(fā)送到生產(chǎn)管理系統(tǒng)。

2.1.5點檢臺帳管理

點檢臺帳管理是整個點檢工作數(shù)據(jù)歸集查詢展示的平臺，點檢臺帳主要作用是為全廠用戶提供一個全方位了解點檢過程和結(jié)果的平臺，通過點檢臺帳可以很方便的按照點檢項目編號、點檢專業(yè)、點檢員、點檢時間段、點檢位置、點檢部件、點檢路線查詢點檢歷史數(shù)據(jù)。點檢歷史數(shù)據(jù)趨勢圖展示，系統(tǒng)提供兩種方式的趨勢圖展現(xiàn)：設(shè)定數(shù)據(jù)點數(shù)，系統(tǒng)默認展現(xiàn)設(shè)定趨勢線；設(shè)定時間段，系統(tǒng)展現(xiàn)時間段的趨勢曲線。

2.1.6點檢報告管理

提供規(guī)范的格式，方便填寫各種點檢報告，包括點檢工作日志、點檢員月報表、點檢員周報表、點檢員工作流程表、重大點檢紀事等。其中與設(shè)備有關(guān)的報告，能通過KKS編碼跟生產(chǎn)管理系統(tǒng)的設(shè)備臺帳關(guān)聯(lián)，完成信息的關(guān)聯(lián)和統(tǒng)一查詢。點檢報告可以走審批流程，從而讓各級領(lǐng)導(dǎo)可以查閱審批。

2.2數(shù)據(jù)采集終端子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)主要由平板電腦作為數(shù)據(jù)采集終端，同時運行巡回檢查配備智能手機通過無線技術(shù)進行應(yīng)急通訊。主要功能組成如下：采集任務(wù)、下載任務(wù)、上傳任務(wù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)還原、系統(tǒng)說明、系統(tǒng)注銷等。

（1）硬件技術(shù)要求：根據(jù)目前平板電腦、智能手機的性能分析，廠區(qū)點檢需要配備系統(tǒng)穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、處理數(shù)據(jù)速度快，且在3～5年內(nèi)技術(shù)不落后的智能終端。

（2）主界面：基于IOS/Android平臺開發(fā)C/S版本的客戶端點檢數(shù)據(jù)采集軟件，通過該客戶端軟件，點檢員可以方便的完成點檢數(shù)據(jù)采集工作。

（3）數(shù)據(jù)采集功能：點檢員下載任務(wù)后，按照點檢路線進行點檢，點檢數(shù)據(jù)采集的主要功能有：點檢任務(wù)列表、任務(wù)免檢、地點免檢、點檢查漏、遞減趨勢分析、RFID標簽識別等。

（4）任務(wù)管理：點檢員登錄終端后可以下載自己所在專業(yè)的點檢任務(wù)。點檢工作完成后，通過上傳任務(wù)可以上傳點檢員點檢結(jié)果數(shù)據(jù)到后臺服務(wù)器。

（5）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)功能可以將客戶端系統(tǒng)使用需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)下載到客戶端，主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有：點檢項目、專業(yè)、地點、設(shè)備及部件等。

（6）用戶數(shù)據(jù)：該功能主要將數(shù)據(jù)后臺端定義的點檢員用戶和密碼同步到數(shù)據(jù)采集終端。

（7）系統(tǒng)配置：系統(tǒng)配置主要實現(xiàn)終端系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)定、服務(wù)器IP設(shè)置、任務(wù)本地存儲次數(shù)等基礎(chǔ)配置的設(shè)置。

（8）采集表格數(shù)據(jù)功能：該項功能主要用來采集數(shù)據(jù)量比較大的點檢工作或任務(wù)（表格數(shù)據(jù)），包括點檢任務(wù)下載、表格下載、數(shù)據(jù)采集錄入、趨勢分析、數(shù)據(jù)在線提交等。

2.3查詢統(tǒng)計子系統(tǒng)

查詢統(tǒng)計子系統(tǒng)作為點檢系統(tǒng)的一個功能分支，主要完成數(shù)據(jù)基礎(chǔ)查詢、考核統(tǒng)計管理、數(shù)據(jù)趨勢分析等功能。

2.3.1數(shù)據(jù)基礎(chǔ)查詢

在點檢系統(tǒng)內(nèi)需要對系統(tǒng)內(nèi)的點檢對象數(shù)據(jù)、點檢任務(wù)數(shù)據(jù)、點檢采集數(shù)據(jù)進行查詢、導(dǎo)出和打印。數(shù)據(jù)查詢功能要求如圖4所示：

圖4　數(shù)據(jù)查詢功能圖

數(shù)據(jù)基礎(chǔ)查詢功能主要有：

（1）按設(shè)備進行查詢：查詢一個設(shè)備的點檢項目特定時間段的點檢歷史數(shù)據(jù)，查詢條件有：設(shè)備、點檢項目（默認全部）、點檢時間段、點檢專業(yè)。

（2）按點檢項目查詢：查詢點檢項目執(zhí)行頻次統(tǒng)計表，查詢數(shù)值類型點檢項目的歷史數(shù)據(jù)及形成趨勢圖，查詢條件：點檢項目（可多選）、點檢時間段。

（3）按路線來查詢：查詢點檢路線的點檢歷史數(shù)據(jù)，查詢條件：路線、點檢員、點檢時間段、點檢專業(yè)。

2.3.2考核統(tǒng)計管理

系統(tǒng)以報表的形式提供統(tǒng)一的考核手段，具體包括：

（1）工作記錄統(tǒng)計：以崗位為主線，輸出年、月、日某一時間段內(nèi)的工作記錄，包含：應(yīng)到位的管理點數(shù)量，實際到位的管理點數(shù)量；應(yīng)點檢的抄表項目數(shù)量，實際點檢的抄表項目數(shù)量；應(yīng)點檢的測量項目數(shù)量，實際點檢的測量項目數(shù)量；應(yīng)點檢的觀察項目數(shù)量，實際點檢的觀察項目數(shù)量。

（2）工時情況統(tǒng)計：是對點檢工作的工作量的統(tǒng)計。統(tǒng)計以崗位和人員為主線，輸出某日的工時值。

（3）超標情況統(tǒng)計：以崗位為主線，輸出年、月、日某一時間段內(nèi)的超標統(tǒng)計。

（4）漏檢項目統(tǒng)計：是對工作質(zhì)量的標準管理。它以崗位為主線，輸出年、月、日某一時間段內(nèi)的漏檢項目統(tǒng)計。

（5）缺陷發(fā)現(xiàn)率與正確率：按崗位統(tǒng)計缺陷發(fā)現(xiàn)率。

2.3.3數(shù)據(jù)趨勢分析

具備各種圖形輔助專業(yè)人員對設(shè)備進行劣化分析的功能，找出設(shè)備狀態(tài)變化的趨勢，為設(shè)備的定修（消除劣化）決策提供科學(xué)的依據(jù)。分析圖形包括振動或溫度數(shù)據(jù)的趨勢曲線，觀察類數(shù)據(jù)的棒圖和餅圖等，具備單項目質(zhì)量分析、多項目質(zhì)量對比分析功能。

2.4現(xiàn)場標識與通信

水電廠點檢管理系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)場標識采用超高頻RFID、數(shù)據(jù)通信方式采用藍牙與WiFi相結(jié)合。和平板電腦很好結(jié)合的超高頻RFID讀寫器采用特制的藍牙讀寫筆。該藍牙讀寫筆無縫嵌入高性能的UHFRFID讀寫模塊及藍牙4.0通訊模塊，支持與各種符合標準的RFID電子標簽及智能終端進行通訊，架起RFID與平板智能終端溝通的橋梁。利用隨身攜帶的智能終端及藍牙讀寫筆隨時隨地讀取RFID標簽信息，同時利用智能終端攜帶的無線通信功能與后臺服務(wù)器進行通信，實現(xiàn)基于RFID智能識別技術(shù)。由于廠區(qū)已全部覆蓋了WiFi，因此整個系統(tǒng)在使用過程中主要使用WiFi技術(shù)進行實時通信，對不具備WiFi或者信號較弱的地方，系統(tǒng)同樣支持離線數(shù)據(jù)存儲。

3　點檢系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合

點檢中有很多數(shù)據(jù)需要從計算機監(jiān)控系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)等生產(chǎn)管理系統(tǒng)中獲取，來完成設(shè)備臺帳、缺陷任務(wù)單等數(shù)據(jù)交互和共享。但是，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在辦公網(wǎng)絡(luò)是無法直接獲取的，因此采用隔離裝置進行隔離，然后把計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的部分數(shù)據(jù)送到辦公網(wǎng)絡(luò)進行存儲形成實時數(shù)據(jù)的存儲數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫有兩個作用：①供辦公網(wǎng)絡(luò)中的各系統(tǒng)獲取計算機監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)；②供點檢員在點檢過程中自動獲取點檢的數(shù)據(jù)，具體設(shè)計如圖5所示。

圖5　數(shù)據(jù)融合網(wǎng)絡(luò)圖

4　結(jié)語

水電廠點檢定修制的建立與實施，點檢系統(tǒng)的有效融合，引入超高頻RFID標簽和藍牙讀寫筆替代傳統(tǒng)的二維條碼，智能手機和平板電腦替代傳統(tǒng)的PDA作為點檢終端，實現(xiàn)點檢數(shù)據(jù)在線自動采集，實現(xiàn)點檢過程數(shù)據(jù)自動組態(tài)與在線分析，使檢修質(zhì)量、設(shè)備可靠性得到一定的提升，設(shè)備的劣化得以控制，既解決了設(shè)備維修的問題，又減少了檢修費用和檢修人員，已取得明顯的經(jīng)濟效益和社會效益?？梢灶A(yù)見，在今后幾年中，狀態(tài)檢修和優(yōu)化檢修將快速發(fā)展，取得更大的成就[1]。

[1]楊俊保，鄧敏.點檢在發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修中的應(yīng)用及存在的問題[J].上海電力學(xué)院學(xué)報，2008，24（2）：145-148.

TV737

A

1672-5387（2016）11-0011-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.004

2016-07-28

王向偉（1986-），男，工程師/技師，從事設(shè)備管理、安全管理方面的工作。