火电厂远程诊断系统的构建

杨 瑞

(华电国际电力股份有限公司邹县发电厂，山东 邹城 273500)

随着Internet技术与Web技术的迅速发展，建立开放式、可扩展的远程诊断系统成为现实，采用Browser/Server体系结构能够充分实现资源共享，使传统的专家系统知识库的知识不断更新和完善，从而提高诊断系统的效率和准确性。通过网络，把诊断数据、诊断专家、诊断系统结合为一体，实现对复杂系统快速、及时、正确的诊断，提高社会效益和经济效益。

三级远程诊断系统结构框图如图1所示。

图1

远程诊断系统分为厂级、区域级、公司级三级，设备问题分层处理与反馈，完成闭环管理过程。

分布式故障诊断系统具有执行远程诊断的能力，对分布于网络上的设备进行管理。监测系统完成对设备数据的采集，厂级诊断中心对设备分类，完成对设备故障特征的提取及初步分析。厂级诊断中心完成诊断数据压缩并上传至区域级诊断中心；区域级诊断中心为厂维护数据库，并收集设备故障信息；区域级诊断中心对厂级诊断数据整理汇总分析或上传公司级诊断中心；远程诊断中心专家接收到诊断数据后保存，并进行下一步分析，结果反馈至下一级。

一、建立厂级诊断中心

1.远程诊断的厂级系统框架

厂级机组监测系统可以提供大型旋转机械在线监测和分析、分析系统转换接口(UDE8000)、机组参数诊断分析系统、机组性能诊断系统，即机组泛参数系统。厂级机组监测系统由Web服务器(或UDE接口)、现场数据采集分站(监测站)等组成；监测站负责数据的采集和分析处理，服务器负责运行数据的集中传输以及数据的本地存储和管理。厂级机组监测系统作为远程监测中心位于各个工厂的数据采集终端，起到了采集和分析工厂机组运行数据并将数据通过Internet实时传输给远程诊断中心服务器的作用。

现场采集的数据先经过数据分析工作站的简单处理和分析，通过Internet把数据传输到数据库服务器。一般的用户则直接通过Web请求，传送需要诊断的故障数据到诊断中心。由诊断系统分析和处理再写入数据库。诊断系统运用专家知识库，进行基于规则的推理，自动推断故障类型，给出解决问题的有效方法。该系统的主要功能模块有网络安全、数据分析、智能诊断、专家诊断、其他资源。系统框架结构图见图2。

图2

监测分站完成数据采集、存储、分析功能；Web服务器完成数据的长期存储与管理功能、专业图谱分析和诊断功能。

(1)系统采用B/S结构

采用B/S结构的优点首先是使用方便，可以使服务人员对机组的分析诊断做到随时随地，特别是对于现场维护人员以及外聘的诊断专家，优势更加明显；其次是维护方便，服务人员不必担心自己的计算机重新安装或误删除应用软件；再次是升级方便，远程监测中心提供某项新功能或推出某个升级软件版本后，不需要对所有服务人员的计算机进行软件升级工作，只需企业本地服务器通过网络自动下载升级补丁即可，使用户免除对系统老化过时的担心。最后是维护费用大大降低，供应商通过远程维护，可以解决用户系统95%以上的问题，从而降低系统整体费用。

(2)提高系统稳定性和可靠性

系统采用全集成专用现场数据采集分析设备，不同于传统系统的工控机+数采卡+Windows或Dos操作系统，其稳定性和可靠性得到大大提高。在硬件的稳定性与可靠方面，系统采用大型的FPGA(大规模可编程逻辑器件)的多CPU风险分散技术；采用多个内置结构调理板，以排除干扰；采用无硬盘、风扇、键盘、鼠标的All-in-one结构，以减少现场易损部件；并采用完善的系统自检功能。在软件的稳定性与可靠性方面，采用LINUX嵌入式实时操作系统，更稳定、可靠，可完全避免病毒的感染。在系统结构的稳定性与可靠性方面，系统的各组成部分都可以独立工作，不受其他组成部分的干扰；数据处理终端可以作为一个独立的工作站，在服务器或网络故障时，可以独立工作，一样存储实时及变工况数据；机组历史数据可以多方冗余存储；同时系统采用标准的TCP/IP网络通信协议，以提高网络连接的可靠性。

2.实施

远程监测设备的范围包括主机、主要辅机、重要旋转设备、变压器、加热器等。

(1)现场监测系统开发

现场在线或离线监测系统可以用DOS、HNUX等系统实现，同时使用SOCKET与应用程序服务器通信，服务器也可以通过SOCKET对前端采集系统进行控制；还可以采用嵌入式系统，如CORBA可以用于嵌入式系统中的开发。前端采集工控机具有简单运算、报警功能。现场监测系统是整个远程诊断中心的基础，其稳定性、可靠性与准确性对远程诊断中心的性能产生直接影响。

①对已配备本特利振动监测系统的主机、风机、小汽机、给水泵、凝泵等建立振动数据采集、存储、分析系统(硬件为主)。对其他没有配备振动监测系统的旋转机械，建立以便携式振动测试数据采集器为主的监测系统(硬软件)。

②主设备振动数据与MIS网连通，实现在全厂MIS网各站点可实时监测设备振动状况和分析结果。

③建立全厂重要旋转机械振动数据库管理系统(软件)。

④建立振动数据分析、故障诊断、设备状态分析评估软件系统。

⑤实现振动数据的远程实时和离线传输，具备远程分析、诊断功能。

(2)数据库系统的建立

数据库系统的建立是远程诊断中心开发的核心内容之一。数据库系统可分为现场数据库和诊断中心数据库。现场数据库存放设备常规运行记录、故障原始数据、特征数据。诊断中心数据库中应包含存放诊断专家系统知识的诊断数据库；存放企业信息、设备信息的信息数据库；存放设备故障特征数据的故障数据库。数据库系统中存放的数据可能有振动、位移、压力、电流和温度等信息，也可能有设备的声信号甚至图片信息。

(3)应用程序服务器中各种伺服程序的开发

应用程序服务器完成的功能有接收现场数据采集系统上传的数据，按人员的要求向现场采集系统发送采样的指令或者更改参数。同时也实现对在线实时采集的数据进行处理，如时域、频域特征值提取、数据压缩等。可与离线采集的系统进行数据交互、处理与上传。

(4)B/S模式客户端程序的开发

客户端程序(浏览器)是远程诊断中心和用户交互、实现诊断的平台，其性能直接对远程诊断中心的功能产生影响。B/S模式的客户端程序包含针对3个不同对象的交互式操作界面：远程诊断中心专家、现场技术人员以及系统管理人员。远程诊断中心专家应可访问现场级的原始故障数据以及诊断中心除管理数据库以外的数据库，如诊断方法库等。具有较高的权限用户则可以浏览现场设备的报警信息，以及系统提供的常规分析功能，同时确定是否向远程诊断中心提交诊断申请。系统管理员则主要实现系统维护及系统参数的修改等。

(5)系统的信息安全

对于采用网络结构的系统，系统的安全性是系统首先要考虑的因素。解决的方法是采用认证、安全规范、防火墙规范来实现各种安全策略。

(6)采用高保真数据压缩技术

采用大规模、高保真的数据压缩技术使机组监测系统可以保证大量机组运行数据传输的快速及时性，1s就可以向远程监测中心传送一组数据(包括机组所有测点全部原始数据，如波形、频谱、工艺参数等)。同时，该系统采用了基于HTTP协议的数据传输方案，大大降低了机组数据接入远程中心的门槛，对于已具备基本局域网条件的工厂，其网络投入成本和数据接入工作量为零。数据压缩技术对系统的实时性也有较大的影响，所以研究传输过程中的数据压输方法是一个关键的问题。

(7)系统特点

①大型数据库管理。

以大容量的大型数据库管理系统为平台，采用树状目录结构，分级分层次结构，对全部被监测设备的所有测点建立正常运行、启停机或发生故障等特定工况下的全部状态参数的数据库，同时建立完备的设备状态分析、故障处理等方面的数据档案，为设备状态维修决策提供基础数据。

根据厂里实际情况和点检的具体工作，系统设计各种数据检索手段，输入、调用数据便利、快捷；显示界面设计合理，采用多窗口显示，易于进行数据参数的对比。

②网络化运行。

以状态数据库及数据服务器为中心，运行于MIS网络系统，同时可以通过跨网络通信接口技术，与DCS、DEH及其他系统连接，实时自动获取设备状态数据并存入数据库；数据库资源可在授权的MIS站点调用查询。

③在线监测与离线监测相结合。

本系统的目标是汇集状态检修数据，并进行集中管理，这些数据取自DCS、DEH、Bently系统等现有在线监测系统，也包括便携测试分析仪表、点检仪表等离线表计。

④开放式数据输入/输出接口。

为方便数据收集、输出与管理，提供包括串行通信(Rs-232等)、网络通信(TCP/IP)、数据库连接(ODBC)及各类文件输入/输出等多种数据接口手段。

⑤精密诊断。

识别机组的早期故障，第一时间捕捉和完整保留机组有效的诊断数据；更强大的启停机数据采集和分析，变负荷、变工况监测；监测振动数据和工艺量数据，提供工艺量与振动的相关分析功能；监测汽轮发电机组及关键辅机，为发电设备提供更全面的保护。

二、建立区域级诊断中心与公司级诊断中心

远程诊断中心拓补图见图3。

图3

远程诊断功能模块见图4。

智能诊断是系统的核心。在系统后台，应用服务器主要运行诊断程序，并访问数据库。对远程用户的数据首先进行数据信号的处理，根据知识库和故障判断规则自动给出诊断结论、诊断解释和故障处理意见。

图4

专家诊断是对智能诊断系统的补充，有的故障单靠自动诊断是得不到满意结论的，于是要借助技术专家的参与。通过网络在线，以问答的方式，由用户提供故障征兆、故障描述等，专家根据自己的知识或经验给出诊断结果。

远程诊断中心的构建可以提高企业的综合竞争优势，保持企业持续不断的利润增长，进而实现企业的战略转型；现在越来越多的国内外诊断服务机构已将战略目光投向加强自身的服务能力、为用户提供长期和有偿的服务价值上。

由系统功能可以看出，不论是智能诊断还是技术专家诊断，都要对知识库的知识进行更新。所以知识的推理和专家的经验都能使诊断系统的知识得到不断的完善。

三、构建数字化、可视化和智能化的远程诊断中心

将现有的故障诊断技术与多媒体技术、网络技术、人工智能等现代信息技术进行结合与转化，进一步开发出数字化、可视化和智能化，并具有快速存储和处理海量数据能力、安全保密性好、信息双向传递速度快、可进行远程诊断和辅助决策的集成应用的远程专家诊断中心。

四、远程诊断中心实施效果

(1)企业减少机组非计划停运次数，每年可节约大量燃油、厂用电、水等综合费用300万元。

(2)实现远程无纸化工作，减人增效，每年可节省材料费、人工费约100万元。

(3)节省维修费用，避免了设备的盲目检修，提高备品、备件的利用率。

(4)延长设备使用寿命。

(5)缩短检修时间，减少对发电量的影响。

(6)降低检修成本。以出现机率较多的某台大型引风机振动处理为例，单台转子厂家动平衡处理所需要的总费用达5万余元，然而通过远程平台在线处理费用不足百元，效益相当可观。

五、结语

远程故障诊断系统充分发挥了网络优势，可实现电厂各个部门的信息共享；可生成各种设备状态报表；能对电厂中常见故障进行诊断，为公司管理、运行、检修及其它相关部门提供及时准确的设备状态和故障信息，为有效降低生产成本发挥重要的作用。