CN101526586A - 一种发电机组嵌入式远程状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机组嵌入式远程状态监测系统，系统包括本地监测与诊断中心和远程监测与诊断中心，两部分通过Internet网络连接各自的实时数据库和Web服务器，远程监测用户和诊断专家可通过网络从监测与诊断中心的服务器获得机组的实时数据进行实时远程状态监测和诊断分析。通过本发明内容的实施可充分掌握发电机组的运行状态，提高大型发电机组运行的经济性、可靠性和运行效率，提高电力企业现代化科学管理水平，达到电力生产企业的节能降耗。

Description

一种发电机组嵌入式远程状态监测系统

技术领域

本发明涉及一种发电机组的远程状态监测技术，特别涉及一种发电机组嵌入式远程状态监测系统。

背景技术

电力工业是国民经济可持续发展的先行工业。随着电力工业的迅速发展，越来越多的大型机组陆续投入运行，300MW、600MW机组已非常成熟并广泛应用，1000MW超超临界发电机组也得到了迅速发展。2008年底，全国发电装机容量接近8亿千瓦，其中煤电的装机容量约占全国总装机容量的78％左右。据预测，到2015年，中国电力装机容量将超过12亿千瓦。我国的能源结构决定了未来以煤为主的火电机组仍将占主导地位，占整个装机容量的70％以上。因此，提高火电机组效率和资源利用率、降低污染物排放、改善环境质量，是我国发电行业技术进步的永恒主题，更是当前我国火电结构调整的重要任务。

虽然我国电力工业得到了长足发展，但是当前全国电力需求增长仍然十分迅猛，电力供应短缺状况时时出现。目前我国新建机组与发达国家的新建机组的效率、可靠性、环保性能等基本持平。但是由于我国较多地区仍然出现供电紧张及严重缺电现象，使得许多电站设备长期处于超负荷运行状态，设备的安全性也随之下降，这就要求对电站设备及生产过程的各种参数进行实时监测和检修维护以保证锅炉、汽轮机、发电机等主机设备及主要辅机设备的正常运行和电厂正常发电；此外，机组容量的增大使其结构和系统日趋复杂，如何保证这些机组能安全、可靠和经济高效运行，对国民经济的发展具有十分重要的意义。

随着设备状态监测、故障诊断与预测维护方法的研究和发展，很多国家逐步认识到设备状态监测与故障诊断技术的发展前景和巨大的经济效益，开始了改变设备维修体制的准备工作。但尽管国内外对于发电设备状态监测与故障诊断系统的研究从开始到现在已经取得了较大的进展，也有了许多理论研究成果，并开发了一些实际的应用系统，但是能满足现场实用性要求的系统并不多见，而且还存在着不少理论与应用的难题，尤其在对于发电设备的远程状态监测和故障诊断研究方面尚未有较好的解决方案。同时，随着电力系统“厂网分开、竞价上网”改革的不断深入，提高发电设备的可靠性和降低维修成本将是发电企业不断追求的目标。而如何通过监测和评估发电设备的当前运行状态，并对其未来的健康情况进行实时在线监测就成了故障诊断与预测理论及应用技术研究的核心思想。因此，研究真正能满足电力企业生产现场实际需要的发电设备状态监测和诊断分析系统是当前一个极具理论及应用价值的重要研究课题。

目前，用于工控领域的数据采集与监测系统平台，在现场控制级中多数仍然采用工控机或PC机来构建，由于工控机或PC机在体积、能耗上的不可避免的劣势，使得它们实际上很难实现控制现场化的目的。而嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪的专用计算机系统。嵌入式系统能够很好地适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积及功耗方面的严格要求，以高性能嵌入式微处理器为核心构建新一代的嵌入式数据采集与监测系统平台是数据采集和监测技术一个重要的发展方向。

发明内容

本发明提出了一种发电机组嵌入式远程状态监测系统，设计了具有多种通信方式的嵌入式数据采集与监测平台，开发了发电机组远程状态监测与诊断分析系统，该系统不仅为电力企业上层管理人员、现场运行人员、发电企业集团公司、设备制造商、领域专家等充分掌握发电机组的运行状态，掌握发生故障的原因，并能及时进行正确处理，把发生故障后对发电机组的影响限制在最小范围内。

本发明的技术方案为：一种发电机组嵌入式远程状态监测系统，包括本地监测与诊断中心、Internet网络和远程监测与诊断中心，本地监测与诊断中心包括嵌入式数据采集与监测平台、实时数据库服务器、Web服务器、监测工作站、诊断工作站，远程监测与诊断中心包括实时数据库服务器、Web服务器、故障诊断案例库、专家知识库、远程管理中心，本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台将采集数据进行预处理后通过以太网发送到本地监测与诊断中心的实时数据库服务器，通过故障诊断专家系统平台分析处理后，以供本地监测和诊断工作站对机组进行实时状态监测和诊断分析，将监测与诊断分析结果送入Web服务器，实时数据库服务器和Web服务器通过Internet网络与远程监测与诊断中心的实时数据库服务器和Web服务器连接，将本地的实时数据和监测与诊断分析结果存入远程监测与诊断中心的实时数据库服务器和Web服务器中，远程监测与诊断中心的故障诊断案例库、专家知识库对机组的故障诊断和分析，通过远程管理中心发布的诊断分析结果。

所述本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台将采集数据进行预处理，所述数据为从发电机组的DCS、SIS、DEH、TSI系统或者从各种传感器中通过嵌入式I/O数据采集器实时在线采集机组各种工艺参数的运行数据。

所述本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台支持Modbus/RTU、Modbus/TCP、CAN、ZigBee等工业以太网、现场总线及无线网络通信技术。

本发明的有益效果在于：本发明发电机组嵌入式远程状态监测系统，进一步提高大型发电机组运行的经济性、可靠性和运行效率，提高电力企业现代化科学管理水平，降低发电机组维修费用，实现大型发电机组的预测维修和操作，达到电力生产企业的节能降耗。

附图说明

图1是本发明的发电机组嵌入式远程状态监测系统总体架构图；

图2是本发明的实时数据在线监视与远程传输系统结构图；

图3是本发明的实时数据远程通信模块程序流程图。

具体实施方式

系统包括两个部分：本地监测与诊断中心和远程监测与诊断中心。两者通过Internet网络连接各自的实时数据库和Web服务器，远程监测用户和诊断专家可通过Internet从监测与诊断中心的实时数据库服务器获得机组的实时数据进行实时远程状态监测，并与服务器上的数据库连接获得历史数据进行状态分析。为了保护远程监测与诊断系统的安全，在本地网关上架设防火墙，以阻止有攻击意图的网络包发往远程监测与诊断中心的服务器。

本地监测与诊断中心主要建设在发电企业现场，企业领导和机组运行与检修人员可通过企业内部高速局域网直接访问应用服务器，这种连接方式最快捷，主要可用于机组状态的实时监测和诊断。本地监测与诊断中心主要由嵌入式数据采集与监测平台、实时数据库服务器、Web服务器、监测工作站、诊断工作站等部分组成。嵌入式数据采集与监测平台可通过串口、工业以太网、现场总线及无线传输等通信方式从机组分散控制系统DCS、厂级监控信息系统SIS、汽轮机数字电液控制系统DEH、汽轮机振动监测仪表TSI等或者通过嵌入式远程I/O数据采集器从传感器中实时采集机组各种工艺参数的运行数据，采集数据经过傅立叶变换信号、小波分析等信号分析处理技术进行预处理后通过局域网发送到本地监测与诊断中心的实时数据库服务器，通过故障诊断专家系统平台分析处理后形成各种监测画面，如棒图、趋势、报表、特征图谱等，以供本地监测和诊断工作站对机组进行实时状态监测和诊断分析。同时将监测与诊断分析结果通过Web服务器向远程监测与诊断平台发布，供出差在外的企业领导、远程监测用户和诊断专家等进行远程监测和分析使用。

远程监测与诊断中心主要建设在机组设备制造商、发电集团公司和研究院所等单位，主要由实时数据库服务器、Web服务器、故障诊断案例库、专家知识库、远程管理中心等部分组成。设备制造商或发电集团公司根据自己对机组监测和诊断工作的需要，通过实时数据在线监视与远程传输系统软件从本地监测与诊断中心的实时数据库服务器获取所要监测和诊断分析的机组相关运行数据，然后存入远程监测与诊断中心的实时数据库服务器，用于设计和制造新型发电机组，或者研究机组各种故障机理等，通过故障诊断案例库、专家知识库等实现对机组的故障诊断和分析。同时，可以集中各个方面的专家，通过远程监测与诊断分析系统观察机组的运行情况，综合计算机故障诊断专家系统和人类专家的诊断结论，通过中心服务器发布的诊断分析结果，为机组的运行和实施状态检修计划提供指导性意见。

系统的总体架构如图1所示。包括本地监测与诊断中心和远程监测与诊断中心两个部分，两者通过Internet网络连接各自的实时数据库和Web服务器。本地监测与诊断中心主要供电厂领导和机组运行检修人员通过企业内部高速局域网进行机组状态的实时监测和分析，同时可将监测与分析结果通过Web服务器向远程监测与诊断平台发布，供出差在外的企业领导、远程监测用户和诊断专家等进行远程监测和分析使用。远程监测与诊断中心用户根据对机组监测和诊断工作的需要，通过实时数据在线监视与远程传输系统软件从本地监测与诊断中心的实时数据库服务器获取所要监测和诊断分析的机组相关运行数据，然后存入远程监测与诊断中心的实时数据库服务器，然后集中各个方面的专家，通过远程监测与诊断系统观察机组的运行情况，并通过中心服务器发布的诊断分析结果，为机组运行和实施状态检修计划提供指导性意见。

本发明的嵌入式数据采集与监测平台的主要功能是从发电机组的DCS、SIS、DEH、TSI等系统或者从各种传感器中通过嵌入式I/O数据采集器实时在线采集机组各种工艺参数的运行数据。这些数据经过快速傅立叶变换信号、小波分析等信号分析处理技术预处理后，通过局域网发送到本地监测与诊断中心的实时数据库服务器和Web服务器，以供远程监测用户和诊断专家等进行实时监测和状态分析。嵌入式数据采集与监测平台中主要采用目前流行的PowerPC和ARM等嵌入式系统硬件平台，操作系统根据需要可采用uC/OS-II实时操作系统内核和嵌入式Linux操作系统等，软件开发为C、C++等语言。在嵌入式平台支持Modbus/RTU、Modbus/TCP、CAN、ZigBee等工业以太网、现场总线及无线网络通信技术，然后通过标准以太网接口与实时数据库服务器通信。如果有些数据不在上述系统中，则可新增加传感器测点，然后通过嵌入式远程I/O数据采集器进行数据采集。嵌入式数据采集与监测平台主要完成数据采集、数据处理与分析及网络通讯等功能，对外提供数据采集接口、网络通信接口和人机交互接口。同时，该平台也集成了嵌入式Web服务器和嵌入式实时数据库。通过移植和修改成熟的嵌入式Web服务器到目标平台，支持CGI、JSP、ASP等脚本语言，根据具体应用自主实现所需的Web服务，也可通过Internet对现场设备进行参数设置、远程监控和管理。

本发明的发电机组状态监测系统采用B/S结构，机组生产过程实时监测、实时趋势、数据报表、报警等基础功能可以由实时数据库的功能模块实现，高级应用功能如机组运行优化与操作指导、机组性能计算与优化、设备状态监测与故障诊断、设备寿命评价与管理、远程监测与诊断服务等需要由实时数据库提供的二次开发接口进行设计开发，采用C#作为开发语言进行功能模块的设计与开发，用户和诊断专家可以通过Internet网络由IE浏览器进行实时远程监测和分析机组的运行状况。

本发明的实时数据在线监视与远程传输系统包括电厂侧客户端和远程服务器端两部分，系统结构如图2所示。在电厂侧客户端，实现对电厂DCS或SIS等的实时数据库进行连接，读取实时数据库中的实时数据，并在系统主界面上显示，显示内容包括实时数据、测点名、测点描述、单位等测点信息。通过TCP/TP协议，客户端的数据测点可实时发送到远程监测与诊断中心的服务器端。在远程服务器端，系统将接收到从电厂侧客户端传输过来的实时数据并在主界面上显示。同时，将接收到的实时数据写入到远程监测与诊断中心服务器端的实时数据库。实时数据的TCP/IP远程通信模块程序流程如图3所示。此外，在电厂侧客户端和远程服务器端均能实现测点信息的管理，主要功能包括对需要显示实时数据的测点信息进行增加、删除和修改。在界面上方的表格中单击某一行测点信息，就可以在下面的框中显示出来，然后就可以对它做一些删除和修改的工作。

实时数据在线监测模块的任务是对电厂的现场测点信号进行实时监测，获得电厂机组的运行状态。如图3所示流程图，具体过程为：在客户端，系统首先从Access数据中读取测点信息并在客户端界面上显示出来，然后连接实时数据库，从中实时读取测点的实时值并在客户端主界面上显示出来。通过TCP/IP协议，客户端将测点的实时值实时发送到远程服务器端。在服务器端，系统仍然首先从Access数据中读取测点信息并显示在客户端主界面上，然后将从客户端接收到的测点实时值在界面上显示，并连接实时数据库，将测点实时值写入到数据库服务器。

当客户端或者服务器访问实时数据库时，必须先与数据库建立连接。客户端与实时数据库建立连接之后，定时从数据库中读取测点实时值并在主界面上显示。客户端与服务器建立TCP/IP连接之后，客户端定时将测点实时值发送到服务器端并在服务器端的主界面上显示。一旦服务器与本机的实时数据库建立连接，服务器端就可以将从客户端发送过来的测点实时值写入数据库中。

Claims (3)

1、一种发电机组嵌入式远程状态监测系统，其特征在于，包括本地监测与诊断中心、Internet网络和远程监测与诊断中心，本地监测与诊断中心包括嵌入式数据采集与监测平台、实时数据库服务器、Web服务器、监测工作站、诊断工作站，远程监测与诊断中心包括实时数据库服务器、Web服务器、故障诊断案例库、专家知识库、远程管理中心，本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台采集数据进行预处理后通过以太网发送到本地监测与诊断中心的实时数据库服务器，通过故障诊断专家系统平台分析处理后，以供本地监测和诊断工作站对机组进行实时状态监测和诊断分析，同时将监测与诊断分析结果送入Web服务器，实时数据库服务器和Web服务器通过Internet网络与远程监测与诊断中心的实时数据库服务器和Web服务器连接，将本地的实时数据和监测与诊断分析结果存入远程监测与诊断中心的实时数据库服务器和Web服务器中，远程监测与诊断中心的故障诊断案例库、专家知识库对机组的故障诊断和分析，通过远程管理中心发布的诊断分析结果。

2、根据权利要求1所述的发电机组嵌入式远程状态监测系统，其特征在于，所述本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台将采集数据进行预处理，所述数据为从发电机组的DCS、SIS、DEH、TSI系统或者从各种传感器中通过嵌入式I/O数据采集器实时在线采集机组各种工艺参数的运行数据。

3、根据权利要求1所述的发电机组嵌入式远程状态监测系统，其特征在于，所述本地监测与诊断中心的嵌入式数据采集与监测平台支持Modbus/RTU、Modbus/TCP、CAN、ZigBee工业以太网、现场总线及无线网络通信技术。

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