徐春明

(武漢科技大學(xué)機(jī)械自動(dòng)化學(xué)院，湖北武漢430081)

0 引言

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，根據(jù)信息系統(tǒng)的需求，目前邯鋼電廠生產(chǎn)系統(tǒng)有5個(gè)機(jī)組(CCPP機(jī)組，15萬(wàn)機(jī)組，3萬(wàn)機(jī)組，6萬(wàn)機(jī)組，TRT機(jī)組)，機(jī)組地域分布較廣，現(xiàn)在存在下列問題:

(1)地域分布比較廣，邯鋼電廠生產(chǎn)點(diǎn)多、各控制系統(tǒng)需要連接的工作量大。

(2)長(zhǎng)期以來依靠人工取紙、人工抄表統(tǒng)計(jì)，獲取的生產(chǎn)信息少、傳輸速度慢、處理周期長(zhǎng)、能源浪費(fèi)大，不利于問題隱患的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)的波動(dòng)。

(3)生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜，各分廠車間互相不完全協(xié)調(diào)的矛盾日趨嚴(yán)重。該系統(tǒng)擬記錄機(jī)組主體設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息(位移、振動(dòng)、差漲、壓力、溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))，并將其存儲(chǔ)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)，方便故障發(fā)生前，即時(shí)做出預(yù)警，以及故障發(fā)生后，方便工程技術(shù)人員調(diào)用歷史數(shù)據(jù)，判斷故障原因。

由于機(jī)組之間的距離較遠(yuǎn)，采集的測(cè)點(diǎn)較多，如果把所有的信號(hào)集中存貯，服務(wù)器的負(fù)荷較大，遠(yuǎn)距離傳輸采集數(shù)據(jù)成本大，該系統(tǒng)采用C/S模式，根據(jù)地域關(guān)系，為每個(gè)機(jī)組配置一個(gè)服務(wù)器，所有的服務(wù)器與客戶端通過交換機(jī)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，客服端可以訪問任何一個(gè)服務(wù)器的數(shù)據(jù)［1］。

本研究以LabVIEW為平臺(tái)，設(shè)計(jì)一套電廠在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1 服務(wù)器的設(shè)計(jì)

根據(jù)電廠要求，本研究建立遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中服務(wù)器的主要任務(wù)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)存貯，數(shù)據(jù)發(fā)布，同時(shí)要與客戶端通訊，接受客戶端請(qǐng)求［2］。服務(wù)器信號(hào)采集的主界面如圖1所示。

圖1 CCPP單位服務(wù)器的主界面

1.1 數(shù)據(jù)采集

高頻信號(hào)的采集任務(wù)如圖2所示。測(cè)量信號(hào)從傳感器信號(hào)調(diào)理后通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，最后編寫的程序在LabVIEW中提取數(shù)據(jù)［3-4］。要采集的信號(hào)有振動(dòng)信號(hào)、位移信號(hào)、溫度信號(hào)、流量信號(hào)、壓力信號(hào)、脹差信號(hào)，根據(jù)這些信號(hào)的類型，本研究創(chuàng)建相應(yīng)的采集任務(wù)，并且把采集任務(wù)的通道信息與實(shí)際測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的關(guān)系，采集頻率，采集樣本數(shù)等信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)器可以根據(jù)實(shí)際需求添加與更改這些信息［5］。數(shù)據(jù)庫(kù)操作添加更改采集任務(wù)信息的界面如圖3所示。

圖2 高頻信號(hào)的采集任務(wù)

1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

圖3 數(shù)據(jù)庫(kù)操作

本研究根據(jù)采集的頻率來存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)于振動(dòng)和位移的高頻信號(hào)的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，不利于長(zhǎng)期儲(chǔ)存，所以通過預(yù)處理，求出單位時(shí)間內(nèi)的特征值(平均值、最大值、最小值)，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定報(bào)警閥值與特征值的比較，如果超過報(bào)警閥值保存特征值和原始數(shù)據(jù)，特征值用于趨勢(shì)分析，原始數(shù)據(jù)用于故障診斷。對(duì)于溫度信號(hào)、流量信號(hào)、壓力信號(hào)、脹差信號(hào)這些低頻信號(hào)可以存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)，也可以預(yù)處理后存儲(chǔ)特征信號(hào)。為了方便遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問，特征值數(shù)據(jù)采用Labview的Tdms格式文件存儲(chǔ)，把一個(gè)采集任務(wù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一起，而故障數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制文件存儲(chǔ)，分別為數(shù)據(jù)文件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄文件的存儲(chǔ)位置與數(shù)據(jù)開始時(shí)間、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)關(guān)系［6］。

1.3 數(shù)據(jù)發(fā)布

數(shù)據(jù)的發(fā)布采用LabVIEW的DataSocket傳輸協(xié)議，在使用該協(xié)議時(shí)，必須為數(shù)據(jù)提供一個(gè)命名標(biāo)簽并附加于URL。數(shù)據(jù)連接按照這個(gè)命名標(biāo)簽尋找DataSocket服務(wù)器上某個(gè)特定的數(shù)據(jù)項(xiàng)［7］。為每一個(gè)采集任務(wù)建立獨(dú)有的URL，服務(wù)器再根據(jù)這個(gè)URL發(fā)布采集任務(wù)的特征數(shù)據(jù)，同時(shí)為了使客服端及時(shí)地了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，服務(wù)器也發(fā)布故障數(shù)據(jù)。

2 客服端設(shè)計(jì)

設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的作用是在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行定量測(cè)定，通過對(duì)所測(cè)信號(hào)的處理和分析，并結(jié)合診斷對(duì)象的歷史狀況，來定量識(shí)別機(jī)械設(shè)備及其零件、部件的實(shí)時(shí)狀態(tài)，預(yù)測(cè)機(jī)械的異常及未來狀態(tài)，并對(duì)故障部位、原因進(jìn)行分析和判斷，及時(shí)確定必要對(duì)策和最適宜的修理時(shí)間。它有利于企業(yè)實(shí)行現(xiàn)代設(shè)備管理，克服維修工作中“過剩維修”及“維修不足”問題，從而達(dá)到設(shè)備壽命周期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)費(fèi)用最為經(jīng)濟(jì)和設(shè)備綜合效率最高的目標(biāo)［8-9］。主要分為以下幾個(gè)部分:系統(tǒng)設(shè)定模塊、即時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)顯示模塊、信號(hào)監(jiān)測(cè)分析模塊、故障只能診斷模塊、事故追憶模塊、設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)模塊。

2.1 系統(tǒng)設(shè)定模塊

該模塊的功能有:傳感器的標(biāo)定設(shè)置，對(duì)電廠關(guān)鍵設(shè)備的溫度、電壓、振動(dòng)、位移等傳感器進(jìn)行設(shè)置。在使用該模塊時(shí)，客戶端生成SQL語(yǔ)句，同時(shí)通過TCP通訊把它發(fā)送給服務(wù)器，由服務(wù)器來操作數(shù)據(jù)庫(kù)，已達(dá)到遠(yuǎn)程更改系統(tǒng)參數(shù)的目的［10］。信號(hào)監(jiān)測(cè)客戶端模塊的接口如圖4所示。

圖4 信號(hào)監(jiān)測(cè)客戶端模塊的接口

2.2 即時(shí)信號(hào)顯示模塊

即時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊用于現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)信號(hào)采集、傳輸、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)即時(shí)顯示以及即時(shí)狀態(tài)分析。根據(jù)檢索情況，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選取要監(jiān)測(cè)的機(jī)組，在從服務(wù)器TCP通訊下載采集任務(wù)的URL和報(bào)警信號(hào)的URL，然后通過URL獲取DataSocket服務(wù)器發(fā)布的數(shù)據(jù)，同時(shí)把這些數(shù)據(jù)顯示出來，通過觀察設(shè)備采集測(cè)點(diǎn)的及時(shí)信號(hào)圖，可以方便了解設(shè)備的運(yùn)行狀況，報(bào)警信號(hào)可以方便讓工作人員及時(shí)知道［11］。客戶的信號(hào)分析模塊的接口如圖5所示。

圖5 客戶的信號(hào)分析模塊的接口

2.3 信號(hào)監(jiān)測(cè)分析模塊

信號(hào)檢測(cè)分析模塊應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析處理，為故障診斷模塊及現(xiàn)場(chǎng)工作人員作出判斷提供數(shù)據(jù)支持，根據(jù)不同設(shè)備特點(diǎn)利用時(shí)域圖、自相關(guān)、互相關(guān)、概率密度、時(shí)域包絡(luò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析。信號(hào)監(jiān)測(cè)分析包括及時(shí)信號(hào)分析與故障數(shù)據(jù)分析，及時(shí)信號(hào)分析是把及時(shí)獲取的特征值進(jìn)行分析(客戶的信息分析模塊的接口如圖5所示)，故障數(shù)據(jù)分析是通過檢索服務(wù)器故障數(shù)據(jù)庫(kù)，DataSocket的File協(xié)議下載故障數(shù)據(jù)，再把這些濾波后進(jìn)行時(shí)域分析，判斷事故原因。

2.4 故障診斷模塊

故障診斷模塊利用即時(shí)信號(hào)數(shù)據(jù)采集模塊和檢測(cè)分析模塊提供的數(shù)據(jù)，對(duì)電廠關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)、故障機(jī)理、故障原因作出判斷，并為工程人員提供故障解決措施提供參考意見。功能包括:①故障機(jī)理分析:針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況采集信號(hào)分析情況，利用模糊數(shù)學(xué)原理對(duì)故障發(fā)生的原因作出判斷;②故障的主要原因:設(shè)備故障發(fā)生的主要原因，為人們判斷機(jī)組的故障和采取維護(hù)措施的決策提供科學(xué)的依據(jù);③故障特征分析:設(shè)備故障發(fā)生時(shí)的顯著特征，特別是現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)的顯著特征［12］;④解決措施:設(shè)備故障的建議解決措施，以供工程人員參考。

2.5 事故追憶模塊

事故追憶模塊存儲(chǔ)電廠關(guān)鍵設(shè)備的歷史事故數(shù)據(jù)信息，并為工程人員提供各種查詢方式。功能:可以根據(jù)車間進(jìn)行查詢?？梢愿鶕?jù)設(shè)備名稱查詢?？梢愿鶕?jù)時(shí)間查詢?？梢愿鶕?jù)事故名稱查詢，只需要在事故名稱文本框中輸入設(shè)備名稱的關(guān)鍵字就可以模糊查詢［13］。用戶點(diǎn)擊設(shè)備的使用名稱，就可以鏈接到該設(shè)備所有的歷史事故記錄?？梢圆榭丛撛O(shè)備的所有事故記錄信息。有修改權(quán)限的用戶可以進(jìn)行修改。

2.6 設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)模塊

設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)模塊以設(shè)備的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)位依據(jù)，直觀地表達(dá)關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行趨勢(shì)，并對(duì)設(shè)備故障作出預(yù)測(cè)。功能包括:①根據(jù)名稱選擇設(shè)備進(jìn)行趨勢(shì)分析:工廠人員可以根據(jù)設(shè)備名稱對(duì)電廠關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行任意時(shí)刻設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)分析;②設(shè)備運(yùn)行趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)選擇:設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析時(shí)長(zhǎng)包括日、月、年［14］。

3 結(jié)束語(yǔ)

本研究通過LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言與DataSocket強(qiáng)大的通訊能力，成功設(shè)計(jì)了一套電廠遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用多個(gè)服務(wù)器就地儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，通過DataSocket服務(wù)器發(fā)布數(shù)據(jù)，局域網(wǎng)客服端可以通過TCP協(xié)議與服務(wù)器通訊，同時(shí)利用DataSocket的dstp協(xié)議接受數(shù)據(jù)和file協(xié)議下載故障數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障分析，從而大大提高了故障檢測(cè)效率，減少了存儲(chǔ)空間。

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