智慧電廠背景下設備巡檢系統的設計與實現

王紅妮，周宏斌，張澤巍，周鵬飛，張傳昀

（1.華電青島發電有限公司，山東青島 266031；2.華電淄博熱電有限公司，山東淄博 255000；3.普天信息技術有限公司，北京 100080）

0 引言

在“中國制造2025”國家戰略背景下，隨著“兩化融合”進程的快速推動，火電企業智慧化建設意義重大。智慧電廠（Smart Power Plant）作為一種新興理念，融合互聯網、人工智能、大數據分析等技術，對電廠設備運行數據進行采集和挖掘，實現電廠的智能化生產運營。電廠設備主要包含發電機、燃煤機、磨煤機、汽輪機、鍋爐設備和水泵設備等，設備運行環境惡劣復雜，設備之間的關聯耦合性較強，需要實時關注設備的運行狀態和異常情況。電廠設備巡檢主要是掌控設備運行狀況，及時發現隱患并進行檢修維護。傳統人工巡檢方式不僅消耗大量的人力、物力，而且巡檢效果不佳，巡檢設備巡檢任務單一，無法實現數據的實時傳輸，難以確保電廠設備安全運行。在互聯網技術和計算機技術推動下，電廠設備智能巡檢系統應運而生，有效利用網絡通信以及計算機系統對電廠設備進行動態監控，實現了電廠智能化管理。下面在智慧電廠背景下，分析設備巡檢系統的設計與實現過程。

1 電廠設備巡檢發展評價

電力行業是國家經濟發展的支柱型產業，電力設施的發展不但可以加快社會發展步伐，還可以改善人們生活用電質量。隨著電廠數量和規模的不斷升級，電力信息化程度越來越高。在電廠設備管理方面，自動化水平將直接影響設備運行的安全性和可靠性，其中設備巡檢是提升自動化管理水平過程中的重要環節。以往的設備巡檢主要依靠人工進行，巡檢工作通過班前準備、工作交接以及班后檢查等3 個環節，對設備重點巡檢內容進行記錄。通過指定相關的工作制度和規范，使得設備巡檢工作更加有條理性，巡檢人員按照相關流程操作，通過固定模式降低人為因素的影響。但是，隨著電廠規模日益擴大，設備巡檢工作量越來越大，人工巡檢難度不斷提升。因此，需要設計一款現代化的智能巡檢系統，彌補傳統設備巡檢的不足，讓電廠設備巡檢工作變得更加智能化。

在計算機技術高速發展背景下，電廠開始智能化升級，先進的計算機技術代替了傳統人工操作，利用智能化巡檢系統對電廠設備進行自動巡檢。智能化巡檢系統可以有效減少人工操作的勞動強度，通過專業軟件編輯巡檢日志，結合傳感器系統實時采集設備運行狀態數據信息，通過數據判斷設備是否存在故障。巡檢系統的介入，減少人為干預，降低人員和設備維修成本，增加巡檢可靠性，有效提升了電廠設備巡檢的工作效率。

2 智慧電廠背景下設備巡檢系統的設計

在智慧電廠背景下，通過互聯網實現資源整合，有效結合計算機以及巡檢終端，構建電廠設備智能巡檢系統，從而有效管理設備運行狀態。本文研究的電廠設備智能巡檢系統主要由巡檢終端和計算機管理系統組成。以下對智慧電廠背景下設備巡檢系統的設計進行闡述。

2.1 設備巡檢系統的設計原則

電廠設備智能巡檢系統采用開放式設計原則，結合硬件設備和軟件系統進行升級和擴展，使用通用性的語言接口與計算機進行對接，便于數據傳輸。巡檢系統開發過程中對實用性進行優化，結合電廠實際情況，對巡檢工作內容進行自定義。工作人員可以下載相應的巡檢任務，根據任務提示進行相關工作，巡檢完成后可以將信息保存至數據庫，便于日后查看。通過智能終端可以實現對巡檢數據的導出，方便工作人員查看數據。

2.2 設備巡檢系統架構設計

電廠設備智能巡檢系統采用Windows 系統為運行平臺，WPF.NET 開發框架，Microsoft framework 4.0 為編程模型。底層數據庫搭建，采用Microsoft 研發的SQL Server2012，具有可伸縮性好、相關軟件集成程度高等優點。該系統以B/S 架構模式進行研發，簡化系統設計、開發、維護和使用成本。借助B/S 系統架構，客戶端通過瀏覽器即可直接進行數據訪問，擁有簡單的事務邏輯。電廠設備巡檢的相關內容都存儲在服務器內部，通過客戶端進行數據信息的輸入/輸出，適用范圍更廣，操作界面也更加簡單、實用。在B/S 架構中，服務器承擔著數據信息的傳輸作用，客戶端通過瀏覽器訪問時，需要向服務器發送請求。服務器接收訪問請求后，會向數據庫服務器發送數據庫訪問指令。數據庫服務器用于存儲電廠設備巡檢過程中產生的所有數據信息，數據安全進行高級別存儲，不會出現丟失或者遺漏現象。當數據庫服務器收到客戶端發送的請求后，會對SQL 語句進行處理，分析運算設備數據信息，匯總用戶所要查詢的設備狀態信息，將返回的結果發送給服務器。服務器將收到的數據結果轉換為HTML文本形式，發送給瀏覽器，最后客戶端通過瀏覽器查看檢測結果。系統架構設計如圖1 所示。

圖1 設備智能巡檢系統架構示意

2.3 巡檢終端及通信設計

巡檢終端主要是實時采集電廠設備運行狀態信息，按照任務邏輯順序對電廠設備進行周期性巡檢。巡檢結束后將數據信息傳輸至計算機管理系統。數據采集和傳輸采用國際電工委員會（International Electro technical Commission） 頒布的IEC 61850 協議通信標準。在設備之間建立網絡連接，規范設備間的通信內容。使得接受請求的設備知道發送請求的設備的目的和要求，接受請求的設備進行操作后返回其結果，從而實現特定功能的通信控制。

2.4 設備巡檢系統功能設計

計算機管理系統實現對現場設備的遠程監控管理。工作人員可以通過瀏覽器，查看現場設備的工作狀態信息，遇到故障可以進行遠程協助。計算機管理系統可以實現辦公自動化管理，對設備巡檢數據信息進行分類整理，通過與檢測點的對比分析，判斷設備運行狀態。對巡檢終端的任務進行監督，更新巡檢任務并且同步下載到巡檢終端，確保電廠設備巡檢的有效性。

電廠設備智能巡檢系統主要功能模塊包括任務管理、設備巡檢、設備檢修、工作卡管理和數據統計等5 個部分，系統功能結構如圖2 所示。任務管理主要是對現場值班人員的工作劃分，包括工作日志、設備狀態管理和工作內容查詢；設備巡檢包括檢查任務創建、執行、填報、分析等，同時還可以進行自定義巡檢。工作人員可以根據電廠設備的實際情況，設定巡檢任務和時間，通過自定義的形式，提升巡檢系統的適用性；設備檢修主要是針對巡檢過程中發現的故障隱患進行記錄和上報，通過工作任務卡進行故障排查和檢修；工作卡管理包括各種工作任務的創建、執行、填報、查詢、確認等操作；數據統計包括日常巡檢的工作內容、設備運行情況、巡檢人員以及巡檢內容等，可以通過報表形式進行導出。報表是系統分析處理的結果展示，涉及到數據采集、性能對比以及故障申報等方面。報表內容包含不同設備的性能指標，經過統計分析后直觀展示，便于工作人員查閱。數據分析是判斷設備運行狀態的主要依據，系統依據神經網絡系統進行數據處理。對檢測點的數據進行分析，與標準數值進行對比，判斷是否出現故障。

圖2 巡檢系統功能結構

2.5 設備巡檢系統的數據庫設計

電廠設備智能巡檢系統的數據庫是一個龐大、復雜的系統，是巡檢系統工作的重要組成部分。主要負責存儲所有電廠設備的運行狀態信息，同時具備數據保存、備災和恢復功能。采用分層設計原理，通過集群提升數據庫存儲和擴展能力，讓數據分散存儲。如果某個部分的數據遭受攻擊或者篡改，可以確保其他部分數據恢復出來后與原數據進行對比，并得到恢復，保持一致。現場工作人員可以通過數據庫隨時查閱數據，判斷設備的健康狀態。電廠設備智能巡檢系統對現場采集到的數據信息進行實時采集和動態分析，進一步判斷設備的經濟指標，對電廠設備進行優化升級，達到最佳工作狀態。

3 總結

智慧電廠旨在提高電廠運行設備的安全性和可靠性，主要依賴于電廠設備智能巡檢系統的智能化水平。傳統人工巡檢勞動強度大、工作效率低，無法應用于大規模設備的巡檢工作。在電廠智能化升級改造過程中，自動化巡檢技術逐漸取代傳統人工巡檢，得到廣泛應用。通過數據采集、網絡通信以及數據處理技術，對電廠設備進行有效監控。電力設備巡檢系統的主要功能包括對電廠設備進行周期性檢查，收集設備工作狀態數據信息，分析判斷設備存在的故障隱患。