王紅妮，周宏斌，張澤巍，周鵬飛，張傳昀

（1.華電青島發(fā)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(shù)有限公司，北京 100080）

0 引言

在“中國制造2025”國家戰(zhàn)略背景下，隨著“兩化融合”進(jìn)程的快速推動，火電企業(yè)智慧化建設(shè)意義重大。智慧電廠（Smart Power Plant）作為一種新興理念，融合互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，對電廠設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和挖掘，實現(xiàn)電廠的智能化生產(chǎn)運(yùn)營。電廠設(shè)備主要包含發(fā)電機(jī)、燃煤機(jī)、磨煤機(jī)、汽輪機(jī)、鍋爐設(shè)備和水泵設(shè)備等，設(shè)備運(yùn)行環(huán)境惡劣復(fù)雜，設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)耦合性較強(qiáng)，需要實時關(guān)注設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和異常情況。電廠設(shè)備巡檢主要是掌控設(shè)備運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行檢修維護(hù)。傳統(tǒng)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(shè)備巡檢任務(wù)單一，無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸，難以確保電廠設(shè)備安全運(yùn)行。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)推動下，電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，有效利用網(wǎng)絡(luò)通信以及計算機(jī)系統(tǒng)對電廠設(shè)備進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)了電廠智能化管理。下面在智慧電廠背景下，分析設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)過程。

1 電廠設(shè)備巡檢發(fā)展評價

電力行業(yè)是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)，電力設(shè)施的發(fā)展不但可以加快社會發(fā)展步伐，還可以改善人們生活用電質(zhì)量。隨著電廠數(shù)量和規(guī)模的不斷升級，電力信息化程度越來越高。在電廠設(shè)備管理方面，自動化水平將直接影響設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，其中設(shè)備巡檢是提升自動化管理水平過程中的重要環(huán)節(jié)。以往的設(shè)備巡檢主要依靠人工進(jìn)行，巡檢工作通過班前準(zhǔn)備、工作交接以及班后檢查等3 個環(huán)節(jié)，對設(shè)備重點巡檢內(nèi)容進(jìn)行記錄。通過指定相關(guān)的工作制度和規(guī)范，使得設(shè)備巡檢工作更加有條理性，巡檢人員按照相關(guān)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(guī)模日益擴(kuò)大，設(shè)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(shè)計一款現(xiàn)代化的智能巡檢系統(tǒng)，彌補(bǔ)傳統(tǒng)設(shè)備巡檢的不足，讓電廠設(shè)備巡檢工作變得更加智能化。

在計算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展背景下，電廠開始智能化升級，先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)代替了傳統(tǒng)人工操作，利用智能化巡檢系統(tǒng)對電廠設(shè)備進(jìn)行自動巡檢。智能化巡檢系統(tǒng)可以有效減少人工操作的勞動強(qiáng)度，通過專業(yè)軟件編輯巡檢日志，結(jié)合傳感器系統(tǒng)實時采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)判斷設(shè)備是否存在故障。巡檢系統(tǒng)的介入，減少人為干預(yù)，降低人員和設(shè)備維修成本，增加巡檢可靠性，有效提升了電廠設(shè)備巡檢的工作效率。

2 智慧電廠背景下設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計

在智慧電廠背景下，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)資源整合，有效結(jié)合計算機(jī)以及巡檢終端，構(gòu)建電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)，從而有效管理設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。本文研究的電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)主要由巡檢終端和計算機(jī)管理系統(tǒng)組成。以下對智慧電廠背景下設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行闡述。

2.1 設(shè)備巡檢系統(tǒng)的設(shè)計原則

電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)采用開放式設(shè)計原則，結(jié)合硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級和擴(kuò)展，使用通用性的語言接口與計算機(jī)進(jìn)行對接，便于數(shù)據(jù)傳輸。巡檢系統(tǒng)開發(fā)過程中對實用性進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合電廠實際情況，對巡檢工作內(nèi)容進(jìn)行自定義。工作人員可以下載相應(yīng)的巡檢任務(wù)，根據(jù)任務(wù)提示進(jìn)行相關(guān)工作，巡檢完成后可以將信息保存至數(shù)據(jù)庫，便于日后查看。通過智能終端可以實現(xiàn)對巡檢數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，方便工作人員查看數(shù)據(jù)。

2.2 設(shè)備巡檢系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)采用Windows 系統(tǒng)為運(yùn)行平臺，WPF.NET 開發(fā)框架，Microsoft framework 4.0 為編程模型。底層數(shù)據(jù)庫搭建，采用Microsoft 研發(fā)的SQL Server2012，具有可伸縮性好、相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點。該系統(tǒng)以B/S 架構(gòu)模式進(jìn)行研發(fā)，簡化系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、維護(hù)和使用成本。借助B/S 系統(tǒng)架構(gòu)，客戶端通過瀏覽器即可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，擁有簡單的事務(wù)邏輯。電廠設(shè)備巡檢的相關(guān)內(nèi)容都存儲在服務(wù)器內(nèi)部，通過客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)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(gòu)中，服務(wù)器承擔(dān)著數(shù)據(jù)信息的傳輸作用，客戶端通過瀏覽器訪問時，需要向服務(wù)器發(fā)送請求。服務(wù)器接收訪問請求后，會向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)庫訪問指令。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲電廠設(shè)備巡檢過程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)安全進(jìn)行高級別存儲，不會出現(xiàn)丟失或者遺漏現(xiàn)象。當(dāng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器收到客戶端發(fā)送的請求后，會對SQL 語句進(jìn)行處理，分析運(yùn)算設(shè)備數(shù)據(jù)信息，匯總用戶所要查詢的設(shè)備狀態(tài)信息，將返回的結(jié)果發(fā)送給服務(wù)器。服務(wù)器將收到的數(shù)據(jù)結(jié)果轉(zhuǎn)換為HTML文本形式，發(fā)送給瀏覽器，最后客戶端通過瀏覽器查看檢測結(jié)果。系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)架構(gòu)示意

2.3 巡檢終端及通信設(shè)計

巡檢終端主要是實時采集電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，按照任務(wù)邏輯順序?qū)﹄姀S設(shè)備進(jìn)行周期性巡檢。巡檢結(jié)束后將數(shù)據(jù)信息傳輸至計算機(jī)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集和傳輸采用國際電工委員會（International Electro technical Commission） 頒布的IEC 61850 協(xié)議通信標(biāo)準(zhǔn)。在設(shè)備之間建立網(wǎng)絡(luò)連接，規(guī)范設(shè)備間的通信內(nèi)容。使得接受請求的設(shè)備知道發(fā)送請求的設(shè)備的目的和要求，接受請求的設(shè)備進(jìn)行操作后返回其結(jié)果，從而實現(xiàn)特定功能的通信控制。

2.4 設(shè)備巡檢系統(tǒng)功能設(shè)計

計算機(jī)管理系統(tǒng)實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。工作人員可以通過瀏覽器，查看現(xiàn)場設(shè)備的工作狀態(tài)信息，遇到故障可以進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)助。計算機(jī)管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)辦公自動化管理，對設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類整理，通過與檢測點的對比分析，判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。對巡檢終端的任務(wù)進(jìn)行監(jiān)督，更新巡檢任務(wù)并且同步下載到巡檢終端，確保電廠設(shè)備巡檢的有效性。

電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)主要功能模塊包括任務(wù)管理、設(shè)備巡檢、設(shè)備檢修、工作卡管理和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等5 個部分，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2 所示。任務(wù)管理主要是對現(xiàn)場值班人員的工作劃分，包括工作日志、設(shè)備狀態(tài)管理和工作內(nèi)容查詢；設(shè)備巡檢包括檢查任務(wù)創(chuàng)建、執(zhí)行、填報、分析等，同時還可以進(jìn)行自定義巡檢。工作人員可以根據(jù)電廠設(shè)備的實際情況，設(shè)定巡檢任務(wù)和時間，通過自定義的形式，提升巡檢系統(tǒng)的適用性；設(shè)備檢修主要是針對巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的故障隱患進(jìn)行記錄和上報，通過工作任務(wù)卡進(jìn)行故障排查和檢修；工作卡管理包括各種工作任務(wù)的創(chuàng)建、執(zhí)行、填報、查詢、確認(rèn)等操作；數(shù)據(jù)統(tǒng)計包括日常巡檢的工作內(nèi)容、設(shè)備運(yùn)行情況、巡檢人員以及巡檢內(nèi)容等，可以通過報表形式進(jìn)行導(dǎo)出。報表是系統(tǒng)分析處理的結(jié)果展示，涉及到數(shù)據(jù)采集、性能對比以及故障申報等方面。報表內(nèi)容包含不同設(shè)備的性能指標(biāo)，經(jīng)過統(tǒng)計分析后直觀展示，便于工作人員查閱。數(shù)據(jù)分析是判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的主要依據(jù)，系統(tǒng)依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。對檢測點的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對比，判斷是否出現(xiàn)故障。

圖2 巡檢系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

2.5 設(shè)備巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是一個龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)，是巡檢系統(tǒng)工作的重要組成部分。主要負(fù)責(zé)存儲所有電廠設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，同時具備數(shù)據(jù)保存、備災(zāi)和恢復(fù)功能。采用分層設(shè)計原理，通過集群提升數(shù)據(jù)庫存儲和擴(kuò)展能力，讓數(shù)據(jù)分散存儲。如果某個部分的數(shù)據(jù)遭受攻擊或者篡改，可以確保其他部分?jǐn)?shù)據(jù)恢復(fù)出來后與原數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并得到恢復(fù)，保持一致。現(xiàn)場工作人員可以通過數(shù)據(jù)庫隨時查閱數(shù)據(jù)，判斷設(shè)備的健康狀態(tài)。電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實時采集和動態(tài)分析，進(jìn)一步判斷設(shè)備的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對電廠設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級，達(dá)到最佳工作狀態(tài)。

3 總結(jié)

智慧電廠旨在提高電廠運(yùn)行設(shè)備的安全性和可靠性，主要依賴于電廠設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的智能化水平。傳統(tǒng)人工巡檢勞動強(qiáng)度大、工作效率低，無法應(yīng)用于大規(guī)模設(shè)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(shù)逐漸取代傳統(tǒng)人工巡檢，得到廣泛應(yīng)用。通過數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對電廠設(shè)備進(jìn)行有效監(jiān)控。電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)的主要功能包括對電廠設(shè)備進(jìn)行周期性檢查，收集設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，分析判斷設(shè)備存在的故障隱患。