白 潔，司冬雨，劉立偉

（1. 哈動國家水力發(fā)電設(shè)備工程技術(shù)研究中心有限公司，哈爾濱 150040；2. 黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院，哈爾濱 150040）

0 前言

當(dāng)今社會知識爆炸、競爭日趨激烈，發(fā)電設(shè)備制造企業(yè)若僅僅停留在基礎(chǔ)制造層面上，將無法滿足企業(yè)對經(jīng)濟(jì)效益的追求，在整個行業(yè)的制造技術(shù)達(dá)到階段性高峰的狀態(tài)下，無法向客戶展現(xiàn)出制造廠商特有的優(yōu)勢。在此背景下，本文基于SOA架構(gòu)思想、依托互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)，構(gòu)建了發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺，對集成環(huán)境的搭建、異構(gòu)數(shù)據(jù)的可靠集成以及集成數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用進(jìn)行討論和研究，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程發(fā)電設(shè)備的實(shí)時監(jiān)測[1]，為遠(yuǎn)程診斷奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的同時，促進(jìn)企業(yè)由制造向制造服務(wù)升級轉(zhuǎn)型，有效推動現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)服務(wù)的智能化發(fā)展。

1 遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)平臺的SOA架構(gòu)

本文構(gòu)建的基于SOA的發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺的工作流程如圖1所示：

本遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為三個層面，展現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和底層數(shù)據(jù)層。展現(xiàn)層包括電廠用戶和領(lǐng)域?qū)＜覂纱箢悾ㄒ韵陆y(tǒng)稱為用戶），用戶通過瀏覽器發(fā)送HTTP請求，業(yè)務(wù)邏輯層接收到請求后，進(jìn)行相應(yīng)的邏輯運(yùn)算，最后通過HTML向用戶做出響應(yīng)。

業(yè)務(wù)邏輯層根據(jù)業(yè)務(wù)流程的需要，按照具體邏輯規(guī)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理。一般情況下，WEB服務(wù)器接收用戶請求，并將處理后的請求傳送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，最后將結(jié)果原路返回，送至客戶端。本平臺在傳統(tǒng)的WEB服務(wù)器基礎(chǔ)上，還利用了LabVIEW的Web通訊模塊接收數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，并與客戶端保持實(shí)時通訊。通過對等的方式向底層服務(wù)器提出請求并從 WEB服務(wù)器接收數(shù)據(jù)庫返回的響應(yīng)，最終送至客戶端。

底層數(shù)據(jù)層是由實(shí)時數(shù)據(jù)庫，歷史數(shù)據(jù)庫以及模型庫共同組成的一個協(xié)同數(shù)據(jù)庫，對實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、存儲，并對底層的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和建模，最終通過推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同數(shù)據(jù)庫的更新和完善。

通過三層之間的實(shí)時通信，為電廠用戶描述現(xiàn)場發(fā)電機(jī)和水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，領(lǐng)域?qū)＜裔槍ΡO(jiān)測和分析數(shù)據(jù)向電廠用戶發(fā)送操作指導(dǎo)與建議，從而實(shí)現(xiàn)雙方的信息共享與交換，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)測的目的。

圖1 基于SOA的發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程

2 基于互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸與應(yīng)用

在發(fā)電設(shè)備現(xiàn)場部署數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對發(fā)電機(jī)組植入的感知器件進(jìn)行實(shí)時采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換發(fā)送到電站服務(wù)器上，再通過電力專線送至測控中心和“云谷”科研部門與制造廠，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)VPN技術(shù)搭建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境將數(shù)據(jù)傳輸并存儲到實(shí)時數(shù)據(jù)庫后，如何安全可靠的集成跨平臺異構(gòu)數(shù)據(jù)、如何有效利用集成數(shù)據(jù)對機(jī)組進(jìn)行全面監(jiān)測成為本平臺的關(guān)鍵。

2.1 跨平臺環(huán)境搭建

本平臺涉及包括關(guān)系數(shù)據(jù)、實(shí)時數(shù)據(jù)、樣本信息、領(lǐng)域知識、專家技術(shù)等多平臺、多形式的數(shù)據(jù)，為了充分利用這些數(shù)據(jù)資源，首先搭建跨平臺應(yīng)用環(huán)境，如圖2所示，該環(huán)境從多個層面支持行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有力支撐發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測平臺的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 跨平臺應(yīng)用環(huán)境體系結(jié)構(gòu)

2.2 異構(gòu)數(shù)據(jù)的可靠集成

本平臺基于 TCP/IP協(xié)議[2-5]創(chuàng)建不同平臺之間的傳輸接口，實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成，但TCP/IP協(xié)議傳輸存在網(wǎng)絡(luò)安全隱患，考慮結(jié)合經(jīng)典的加密算法DES[6-8]和RSA[9-11]。DES算法的加密和解密過程使用相同密鑰，速度快，但安全性稍差；RSA使用不同的密鑰進(jìn)行加、解密，安全性更高，但運(yùn)算慢，無法處理發(fā)電設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的海量數(shù)據(jù)。本文基于以上兩種算法，提出了一種混合算法，算法原理如圖3所示。其中F為待加密明文，CF為加密后密文，K為DES算法密鑰，CK為加密后的密鑰，Ka為 RSA算法加密密鑰，Kb為RSA算法解密密鑰。

以本系統(tǒng)內(nèi)實(shí)時數(shù)據(jù)庫與關(guān)系數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)傳輸為例，采用混合算法在數(shù)據(jù)發(fā)送端加密如圖4所示，數(shù)據(jù)接收端解密如圖5所示，驗(yàn)證采用單次測試模式，單次發(fā)送數(shù)據(jù)量為4.27K，加密后的密文與解密后的明文分別如圖所示，解密后數(shù)據(jù)與加密原文相同，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

圖3 混合算法流程圖

圖4 數(shù)據(jù)加密發(fā)送端

圖5 數(shù)據(jù)解密接收端

分別采用傳統(tǒng)DES加密算法、傳統(tǒng)RSA算法和本文提出的混合算法對相同的 1M 數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，將加密時間記錄如表1所示，可以看出混合算法在加密時間上明顯優(yōu)于RSA算法。RSA算法運(yùn)算速度慢，不適用于大量數(shù)據(jù)的加密，本文將其用來加密數(shù)據(jù)量較小的密鑰；DES算法加密速度快但不夠安全，加密數(shù)據(jù)信息存在安全隱患，本文使用RSA算法對其密鑰進(jìn)行加密，通過保護(hù)DES密鑰的方式，增強(qiáng)DES算法的安全性。DES和RSA結(jié)合得到的混合算法可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，將改混合算法應(yīng)用在本監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)異構(gòu)平臺之間傳輸數(shù)據(jù)中，既保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行裕直ＷC了網(wǎng)絡(luò)通訊的安全性。

表1 不同算法加密時間對比

2.3 集成數(shù)據(jù)的處理及應(yīng)用

本系統(tǒng)在傳統(tǒng)監(jiān)測基礎(chǔ)上，對不同平臺的異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行了可靠的傳輸，集成了水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的重要性能指標(biāo)，并對這些集成數(shù)據(jù)進(jìn)行了信號處理和展現(xiàn)[12]，采用如圖6所示的流程，分別實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)定子鐵心、定子線棒溫度監(jiān)測，發(fā)電機(jī)推力軸承、上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承溫度監(jiān)測，推力軸瓦溫差監(jiān)測，發(fā)電機(jī)電氣性能監(jiān)測，定子與轉(zhuǎn)子氣隙監(jiān)測，水輪機(jī)水導(dǎo)軸承監(jiān)測，水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)以及錐管、肘管性能監(jiān)測，蝸殼壓力脈動、波形頻譜、大軸擺度等指標(biāo)的全面監(jiān)測和初步評估。

本系統(tǒng)采用2.2節(jié)所提混合算法傳輸數(shù)據(jù)，集成不同平臺的異構(gòu)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用集成數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。圖7為應(yīng)用本文技術(shù)實(shí)現(xiàn)的某電站遠(yuǎn)程監(jiān)測界面（以機(jī)組性能監(jiān)測主視圖為例）。圖中給出了所監(jiān)視機(jī)組的機(jī)組號、數(shù)據(jù)時間、現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速、開度、工作水頭、有功功率、勵磁電壓以及勵磁電流，遠(yuǎn)程監(jiān)測了上機(jī)架振動，定子機(jī)架、定子鐵芯振動，頂蓋振動，上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承振動，無葉區(qū)壓力脈動，蝸殼進(jìn)口壓力脈動，頂蓋下壓力脈動以及尾水上、下游壓力脈動數(shù)值。通過對這些指標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)測，可以實(shí)時了解發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。

圖6 集成數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用

圖7 機(jī)組性能監(jiān)測主視圖

3 結(jié)論

集成多方面異構(gòu)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)在發(fā)電設(shè)備行業(yè)中的應(yīng)用是國內(nèi)外企業(yè)由制造型向服務(wù)型轉(zhuǎn)型升級的必然趨勢。本文借助數(shù)據(jù)采集、Internet傳輸、數(shù)據(jù)庫協(xié)同、跨平臺數(shù)據(jù)應(yīng)用等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程情況下對發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測，提高了制造廠的服務(wù)能力，為用戶提供優(yōu)良的服務(wù)，提高客戶的滿意度。它作為遠(yuǎn)程診斷平臺的前端，具有易擴(kuò)展，易移植，易維護(hù)的特點(diǎn)，能夠有效推進(jìn)故障診斷以及狀態(tài)預(yù)測方面的工作。

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