楊 瑞

(華電國(guó)際電力股份有限公司鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273500)

隨著Internet技術(shù)與Web技術(shù)的迅速發(fā)展，建立開(kāi)放式、可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)，采用Browser/Server體系結(jié)構(gòu)能夠充分實(shí)現(xiàn)資源共享，使傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)不斷更新和完善，從而提高診斷系統(tǒng)的效率和準(zhǔn)確性。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，把診斷數(shù)據(jù)、診斷專家、診斷系統(tǒng)結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)快速、及時(shí)、正確的診斷，提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

三級(jí)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1

遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)分為廠級(jí)、區(qū)域級(jí)、公司級(jí)三級(jí)，設(shè)備問(wèn)題分層處理與反饋，完成閉環(huán)管理過(guò)程。

分布式故障診斷系統(tǒng)具有執(zhí)行遠(yuǎn)程診斷的能力，對(duì)分布于網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備進(jìn)行管理。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，廠級(jí)診斷中心對(duì)設(shè)備分類，完成對(duì)設(shè)備故障特征的提取及初步分析。廠級(jí)診斷中心完成診斷數(shù)據(jù)壓縮并上傳至區(qū)域級(jí)診斷中心；區(qū)域級(jí)診斷中心為廠維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，并收集設(shè)備故障信息；區(qū)域級(jí)診斷中心對(duì)廠級(jí)診斷數(shù)據(jù)整理匯總分析或上傳公司級(jí)診斷中心；遠(yuǎn)程診斷中心專家接收到診斷數(shù)據(jù)后保存，并進(jìn)行下一步分析，結(jié)果反饋至下一級(jí)。

一、建立廠級(jí)診斷中心

1.遠(yuǎn)程診斷的廠級(jí)系統(tǒng)框架

廠級(jí)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以提供大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測(cè)和分析、分析系統(tǒng)轉(zhuǎn)換接口(UDE8000)、機(jī)組參數(shù)診斷分析系統(tǒng)、機(jī)組性能診斷系統(tǒng)，即機(jī)組泛參數(shù)系統(tǒng)。廠級(jí)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由Web服務(wù)器(或UDE接口)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分站(監(jiān)測(cè)站)等組成；監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集和分析處理，服務(wù)器負(fù)責(zé)運(yùn)行數(shù)據(jù)的集中傳輸以及數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)和管理。廠級(jí)機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)作為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心位于各個(gè)工廠的數(shù)據(jù)采集終端，起到了采集和分析工廠機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過(guò)Internet實(shí)時(shí)傳輸給遠(yuǎn)程診斷中心服務(wù)器的作用。

現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)先經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析工作站的簡(jiǎn)單處理和分析，通過(guò)Internet把數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。一般的用戶則直接通過(guò)Web請(qǐng)求，傳送需要診斷的故障數(shù)據(jù)到診斷中心。由診斷系統(tǒng)分析和處理再寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。診斷系統(tǒng)運(yùn)用專家知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行基于規(guī)則的推理，自動(dòng)推斷故障類型，給出解決問(wèn)題的有效方法。該系統(tǒng)的主要功能模塊有網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)分析、智能診斷、專家診斷、其他資源。系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

圖2

監(jiān)測(cè)分站完成數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析功能；Web服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)與管理功能、專業(yè)圖譜分析和診斷功能。

(1)系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)

采用B/S結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)首先是使用方便，可以使服務(wù)人員對(duì)機(jī)組的分析診斷做到隨時(shí)隨地，特別是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員以及外聘的診斷專家，優(yōu)勢(shì)更加明顯；其次是維護(hù)方便，服務(wù)人員不必?fù)?dān)心自己的計(jì)算機(jī)重新安裝或誤刪除應(yīng)用軟件；再次是升級(jí)方便，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心提供某項(xiàng)新功能或推出某個(gè)升級(jí)軟件版本后，不需要對(duì)所有服務(wù)人員的計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件升級(jí)工作，只需企業(yè)本地服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)下載升級(jí)補(bǔ)丁即可，使用戶免除對(duì)系統(tǒng)老化過(guò)時(shí)的擔(dān)心。最后是維護(hù)費(fèi)用大大降低，供應(yīng)商通過(guò)遠(yuǎn)程維護(hù)，可以解決用戶系統(tǒng)95%以上的問(wèn)題，從而降低系統(tǒng)整體費(fèi)用。

(2)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性

系統(tǒng)采用全集成專用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集分析設(shè)備，不同于傳統(tǒng)系統(tǒng)的工控機(jī)+數(shù)采卡+Windows或Dos操作系統(tǒng)，其穩(wěn)定性和可靠性得到大大提高。在硬件的穩(wěn)定性與可靠方面，系統(tǒng)采用大型的FPGA(大規(guī)模可編程邏輯器件)的多CPU風(fēng)險(xiǎn)分散技術(shù)；采用多個(gè)內(nèi)置結(jié)構(gòu)調(diào)理板，以排除干擾；采用無(wú)硬盤、風(fēng)扇、鍵盤、鼠標(biāo)的All-in-one結(jié)構(gòu)，以減少現(xiàn)場(chǎng)易損部件；并采用完善的系統(tǒng)自檢功能。在軟件的穩(wěn)定性與可靠性方面，采用LINUX嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，更穩(wěn)定、可靠，可完全避免病毒的感染。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性方面，系統(tǒng)的各組成部分都可以獨(dú)立工作，不受其他組成部分的干擾；數(shù)據(jù)處理終端可以作為一個(gè)獨(dú)立的工作站，在服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)，可以獨(dú)立工作，一樣存儲(chǔ)實(shí)時(shí)及變工況數(shù)據(jù)；機(jī)組歷史數(shù)據(jù)可以多方冗余存儲(chǔ)；同時(shí)系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以提高網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。

2.實(shí)施

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)備的范圍包括主機(jī)、主要輔機(jī)、重要旋轉(zhuǎn)設(shè)備、變壓器、加熱器等。

(1)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

現(xiàn)場(chǎng)在線或離線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以用DOS、HNUX等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)使用SOCKET與應(yīng)用程序服務(wù)器通信，服務(wù)器也可以通過(guò)SOCKET對(duì)前端采集系統(tǒng)進(jìn)行控制；還可以采用嵌入式系統(tǒng)，如CORBA可以用于嵌入式系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)。前端采集工控機(jī)具有簡(jiǎn)單運(yùn)算、報(bào)警功能?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是整個(gè)遠(yuǎn)程診斷中心的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性、可靠性與準(zhǔn)確性對(duì)遠(yuǎn)程診斷中心的性能產(chǎn)生直接影響。

①對(duì)已配備本特利振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)、風(fēng)機(jī)、小汽機(jī)、給水泵、凝泵等建立振動(dòng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析系統(tǒng)(硬件為主)。對(duì)其他沒(méi)有配備振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，建立以便攜式振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)采集器為主的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(硬軟件)。

②主設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)與MIS網(wǎng)連通，實(shí)現(xiàn)在全廠MIS網(wǎng)各站點(diǎn)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備振動(dòng)狀況和分析結(jié)果。

③建立全廠重要旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(軟件)。

④建立振動(dòng)數(shù)據(jù)分析、故障診斷、設(shè)備狀態(tài)分析評(píng)估軟件系統(tǒng)。

⑤實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)和離線傳輸，具備遠(yuǎn)程分析、診斷功能。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的建立是遠(yuǎn)程診斷中心開(kāi)發(fā)的核心內(nèi)容之一。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)和診斷中心數(shù)據(jù)庫(kù)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)存放設(shè)備常規(guī)運(yùn)行記錄、故障原始數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)。診斷中心數(shù)據(jù)庫(kù)中應(yīng)包含存放診斷專家系統(tǒng)知識(shí)的診斷數(shù)據(jù)庫(kù)；存放企業(yè)信息、設(shè)備信息的信息數(shù)據(jù)庫(kù)；存放設(shè)備故障特征數(shù)據(jù)的故障數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中存放的數(shù)據(jù)可能有振動(dòng)、位移、壓力、電流和溫度等信息，也可能有設(shè)備的聲信號(hào)甚至圖片信息。

(3)應(yīng)用程序服務(wù)器中各種伺服程序的開(kāi)發(fā)

應(yīng)用程序服務(wù)器完成的功能有接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，按人員的要求向現(xiàn)場(chǎng)采集系統(tǒng)發(fā)送采樣的指令或者更改參數(shù)。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)對(duì)在線實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如時(shí)域、頻域特征值提取、數(shù)據(jù)壓縮等?？膳c離線采集的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互、處理與上傳。

(4)B/S模式客戶端程序的開(kāi)發(fā)

客戶端程序(瀏覽器)是遠(yuǎn)程診斷中心和用戶交互、實(shí)現(xiàn)診斷的平臺(tái)，其性能直接對(duì)遠(yuǎn)程診斷中心的功能產(chǎn)生影響。B/S模式的客戶端程序包含針對(duì)3個(gè)不同對(duì)象的交互式操作界面：遠(yuǎn)程診斷中心專家、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員以及系統(tǒng)管理人員。遠(yuǎn)程診斷中心專家應(yīng)可訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的原始故障數(shù)據(jù)以及診斷中心除管理數(shù)據(jù)庫(kù)以外的數(shù)據(jù)庫(kù)，如診斷方法庫(kù)等。具有較高的權(quán)限用戶則可以瀏覽現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的報(bào)警信息，以及系統(tǒng)提供的常規(guī)分析功能，同時(shí)確定是否向遠(yuǎn)程診斷中心提交診斷申請(qǐng)。系統(tǒng)管理員則主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)及系統(tǒng)參數(shù)的修改等。

(5)系統(tǒng)的信息安全

對(duì)于采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性是系統(tǒng)首先要考慮的因素。解決的方法是采用認(rèn)證、安全規(guī)范、防火墻規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)各種安全策略。

(6)采用高保真數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

采用大規(guī)模、高保真的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)使機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以保證大量機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖偌皶r(shí)性，1s就可以向遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心傳送一組數(shù)據(jù)(包括機(jī)組所有測(cè)點(diǎn)全部原始數(shù)據(jù)，如波形、頻譜、工藝參數(shù)等)。同時(shí)，該系統(tǒng)采用了基于HTTP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸方案，大大降低了機(jī)組數(shù)據(jù)接入遠(yuǎn)程中心的門檻，對(duì)于已具備基本局域網(wǎng)條件的工廠，其網(wǎng)絡(luò)投入成本和數(shù)據(jù)接入工作量為零。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性也有較大的影響，所以研究傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)壓輸方法是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。

(7)系統(tǒng)特點(diǎn)

①大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

以大容量的大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)為平臺(tái)，采用樹(shù)狀目錄結(jié)構(gòu)，分級(jí)分層次結(jié)構(gòu)，對(duì)全部被監(jiān)測(cè)設(shè)備的所有測(cè)點(diǎn)建立正常運(yùn)行、啟停機(jī)或發(fā)生故障等特定工況下的全部狀態(tài)參數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)建立完備的設(shè)備狀態(tài)分析、故障處理等方面的數(shù)據(jù)檔案，為設(shè)備狀態(tài)維修決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

根據(jù)廠里實(shí)際情況和點(diǎn)檢的具體工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)各種數(shù)據(jù)檢索手段，輸入、調(diào)用數(shù)據(jù)便利、快捷；顯示界面設(shè)計(jì)合理，采用多窗口顯示，易于進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的對(duì)比。

②網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行。

以狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)服務(wù)器為中心，運(yùn)行于MIS網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)可以通過(guò)跨網(wǎng)絡(luò)通信接口技術(shù)，與DCS、DEH及其他系統(tǒng)連接，實(shí)時(shí)自動(dòng)獲取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫(kù)；數(shù)據(jù)庫(kù)資源可在授權(quán)的MIS站點(diǎn)調(diào)用查詢。

③在線監(jiān)測(cè)與離線監(jiān)測(cè)相結(jié)合。

本系統(tǒng)的目標(biāo)是匯集狀態(tài)檢修數(shù)據(jù)，并進(jìn)行集中管理，這些數(shù)據(jù)取自DCS、DEH、Bently系統(tǒng)等現(xiàn)有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也包括便攜測(cè)試分析儀表、點(diǎn)檢儀表等離線表計(jì)。

④開(kāi)放式數(shù)據(jù)輸入/輸出接口。

為方便數(shù)據(jù)收集、輸出與管理，提供包括串行通信(Rs-232等)、網(wǎng)絡(luò)通信(TCP/IP)、數(shù)據(jù)庫(kù)連接(ODBC)及各類文件輸入/輸出等多種數(shù)據(jù)接口手段。

⑤精密診斷。

識(shí)別機(jī)組的早期故障，第一時(shí)間捕捉和完整保留機(jī)組有效的診斷數(shù)據(jù)；更強(qiáng)大的啟停機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析，變負(fù)荷、變工況監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)和工藝量數(shù)據(jù)，提供工藝量與振動(dòng)的相關(guān)分析功能；監(jiān)測(cè)汽輪發(fā)電機(jī)組及關(guān)鍵輔機(jī)，為發(fā)電設(shè)備提供更全面的保護(hù)。

二、建立區(qū)域級(jí)診斷中心與公司級(jí)診斷中心

遠(yuǎn)程診斷中心拓補(bǔ)圖見(jiàn)圖3。

圖3

遠(yuǎn)程診斷功能模塊見(jiàn)圖4。

智能診斷是系統(tǒng)的核心。在系統(tǒng)后臺(tái)，應(yīng)用服務(wù)器主要運(yùn)行診斷程序，并訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)遠(yuǎn)程用戶的數(shù)據(jù)首先進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的處理，根據(jù)知識(shí)庫(kù)和故障判斷規(guī)則自動(dòng)給出診斷結(jié)論、診斷解釋和故障處理意見(jiàn)。

圖4

專家診斷是對(duì)智能診斷系統(tǒng)的補(bǔ)充，有的故障單靠自動(dòng)診斷是得不到滿意結(jié)論的，于是要借助技術(shù)專家的參與。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在線，以問(wèn)答的方式，由用戶提供故障征兆、故障描述等，專家根據(jù)自己的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)給出診斷結(jié)果。

遠(yuǎn)程診斷中心的構(gòu)建可以提高企業(yè)的綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，保持企業(yè)持續(xù)不斷的利潤(rùn)增長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型；現(xiàn)在越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外診斷服務(wù)機(jī)構(gòu)已將戰(zhàn)略目光投向加強(qiáng)自身的服務(wù)能力、為用戶提供長(zhǎng)期和有償?shù)姆?wù)價(jià)值上。

由系統(tǒng)功能可以看出，不論是智能診斷還是技術(shù)專家診斷，都要對(duì)知識(shí)庫(kù)的知識(shí)進(jìn)行更新。所以知識(shí)的推理和專家的經(jīng)驗(yàn)都能使診斷系統(tǒng)的知識(shí)得到不斷的完善。

三、構(gòu)建數(shù)字化、可視化和智能化的遠(yuǎn)程診斷中心

將現(xiàn)有的故障診斷技術(shù)與多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合與轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出數(shù)字化、可視化和智能化，并具有快速存儲(chǔ)和處理海量數(shù)據(jù)能力、安全保密性好、信息雙向傳遞速度快、可進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和輔助決策的集成應(yīng)用的遠(yuǎn)程專家診斷中心。

四、遠(yuǎn)程診斷中心實(shí)施效果

(1)企業(yè)減少機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)，每年可節(jié)約大量燃油、廠用電、水等綜合費(fèi)用300萬(wàn)元。

(2)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)紙化工作，減人增效，每年可節(jié)省材料費(fèi)、人工費(fèi)約100萬(wàn)元。

(3)節(jié)省維修費(fèi)用，避免了設(shè)備的盲目檢修，提高備品、備件的利用率。

(4)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

(5)縮短檢修時(shí)間，減少對(duì)發(fā)電量的影響。

(6)降低檢修成本。以出現(xiàn)機(jī)率較多的某臺(tái)大型引風(fēng)機(jī)振動(dòng)處理為例，單臺(tái)轉(zhuǎn)子廠家動(dòng)平衡處理所需要的總費(fèi)用達(dá)5萬(wàn)余元，然而通過(guò)遠(yuǎn)程平臺(tái)在線處理費(fèi)用不足百元，效益相當(dāng)可觀。

五、結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)電廠各個(gè)部門的信息共享；可生成各種設(shè)備狀態(tài)報(bào)表；能對(duì)電廠中常見(jiàn)故障進(jìn)行診斷，為公司管理、運(yùn)行、檢修及其它相關(guān)部門提供及時(shí)準(zhǔn)確的設(shè)備狀態(tài)和故障信息，為有效降低生產(chǎn)成本發(fā)揮重要的作用。