基于LabVIEW的電廠在線監(jiān)測系統(tǒng)

徐春明

(武漢科技大學機械自動化學院，湖北武漢430081)

0 引言

經(jīng)過現(xiàn)場調(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個機組(CCPP機組，15萬機組，3萬機組，6萬機組，TRT機組)，機組地域分布較廣，現(xiàn)在存在下列問題:

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

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

(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)的矛盾日趨嚴重。該系統(tǒng)擬記錄機組主體設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息(位移、振動、差漲、壓力、溫度等實時數(shù)據(jù))，并將其存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，方便故障發(fā)生前，即時做出預(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。

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

本研究以LabVIEW為平臺，設(shè)計一套電廠在線監(jiān)測系統(tǒng)。

1 服務(wù)器的設(shè)計

根據(jù)電廠要求，本研究建立遠程監(jiān)測系統(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，同時要與客戶端通訊，接受客戶端請求［2］。服務(wù)器信號采集的主界面如圖1所示。

圖1 CCPP單位服務(wù)器的主界面

1.1 數(shù)據(jù)采集

高頻信號的采集任務(wù)如圖2所示。測量信號從傳感器信號調(diào)理后通過數(shù)據(jù)采集卡傳輸?shù)接嬎銠C，最后編寫的程序在LabVIEW中提取數(shù)據(jù)［3-4］。要采集的信號有振動信號、位移信號、溫度信號、流量信號、壓力信號、脹差信號，根據(jù)這些信號的類型，本研究創(chuàng)建相應(yīng)的采集任務(wù)，并且把采集任務(wù)的通道信息與實際測點對應(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，服務(wù)器可以根據(jù)實際需求添加與更改這些信息［5］。數(shù)據(jù)庫操作添加更改采集任務(wù)信息的界面如圖3所示。

圖2 高頻信號的采集任務(wù)

1.2 數(shù)據(jù)存儲

圖3 數(shù)據(jù)庫操作

本研究根據(jù)采集的頻率來存儲采集的數(shù)據(jù)，對于振動和位移的高頻信號的采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，不利于長期儲存，所以通過預(yù)處理，求出單位時間內(nèi)的特征值(平均值、最大值、最小值)，再根據(jù)預(yù)先設(shè)定報警閥值與特征值的比較，如果超過報警閥值保存特征值和原始數(shù)據(jù)，特征值用于趨勢分析，原始數(shù)據(jù)用于故障診斷。對于溫度信號、流量信號、壓力信號、脹差信號這些低頻信號可以存儲原始數(shù)據(jù)，也可以預(yù)處理后存儲特征信號。為了方便遠程數(shù)據(jù)訪問，特征值數(shù)據(jù)采用Labview的Tdms格式文件存儲，把一個采集任務(wù)的數(shù)據(jù)存儲在一起，而故障數(shù)據(jù)采用二進制文件存儲，分別為數(shù)據(jù)文件建立數(shù)據(jù)庫，記錄文件的存儲位置與數(shù)據(jù)開始時間、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)與實際測點位置對應(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，必須為數(shù)據(jù)提供一個命名標簽并附加于URL。數(shù)據(jù)連接按照這個命名標簽尋找DataSocket服務(wù)器上某個特定的數(shù)據(jù)項［7］。為每一個采集任務(wù)建立獨有的URL，服務(wù)器再根據(jù)這個URL發(fā)布采集任務(wù)的特征數(shù)據(jù)，同時為了使客服端及時地了解設(shè)備的運行狀況，服務(wù)器也發(fā)布故障數(shù)據(jù)。

2 客服端設(shè)計

設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的作用是在設(shè)備運行中或基本不拆卸機械結(jié)構(gòu)的情況下，對設(shè)備狀態(tài)進行定量測定，通過對所測信號的處理和分析，并結(jié)合診斷對象的歷史狀況，來定量識別機械設(shè)備及其零件、部件的實時狀態(tài)，預(yù)測機械的異常及未來狀態(tài)，并對故障部位、原因進行分析和判斷，及時確定必要對策和最適宜的修理時間。它有利于企業(yè)實行現(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，從而達到設(shè)備壽命周期內(nèi)，實現(xiàn)費用最為經(jīng)濟和設(shè)備綜合效率最高的目標［8-9］。主要分為以下幾個部分:系統(tǒng)設(shè)定模塊、即時信號數(shù)據(jù)顯示模塊、信號監(jiān)測分析模塊、故障只能診斷模塊、事故追憶模塊、設(shè)備運行趨勢統(tǒng)計模塊。

2.1 系統(tǒng)設(shè)定模塊

該模塊的功能有:傳感器的標定設(shè)置，對電廠關(guān)鍵設(shè)備的溫度、電壓、振動、位移等傳感器進行設(shè)置。在使用該模塊時，客戶端生成SQL語句，同時通過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，已達到遠程更改系統(tǒng)參數(shù)的目的［10］。信號監(jiān)測客戶端模塊的接口如圖4所示。

圖4 信號監(jiān)測客戶端模塊的接口

2.2 即時信號顯示模塊

即時信號數(shù)據(jù)采集模塊用于現(xiàn)場即時信號采集、傳輸、存儲、數(shù)據(jù)即時顯示以及即時狀態(tài)分析。根據(jù)檢索情況，用戶可以根據(jù)實際需求選取要監(jiān)測的機組，在從服務(wù)器TCP通訊下載采集任務(wù)的URL和報警信號的URL，然后通過URL獲取DataSocket服務(wù)器發(fā)布的數(shù)據(jù)，同時把這些數(shù)據(jù)顯示出來，通過觀察設(shè)備采集測點的及時信號圖，可以方便了解設(shè)備的運行狀況，報警信號可以方便讓工作人員及時知道［11］?？蛻舻男盘柗治瞿K的接口如圖5所示。

圖5 客戶的信號分析模塊的接口

2.3 信號監(jiān)測分析模塊

信號檢測分析模塊應(yīng)用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析處理，為故障診斷模塊及現(xiàn)場工作人員作出判斷提供數(shù)據(jù)支持，根據(jù)不同設(shè)備特點利用時域圖、自相關(guān)、互相關(guān)、概率密度、時域包絡(luò)對信號進行時域分析。信號監(jiān)測分析包括及時信號分析與故障數(shù)據(jù)分析，及時信號分析是把及時獲取的特征值進行分析(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，DataSocket的File協(xié)議下載故障數(shù)據(jù)，再把這些濾波后進行時域分析，判斷事故原因。

2.4 故障診斷模塊

故障診斷模塊利用即時信號數(shù)據(jù)采集模塊和檢測分析模塊提供的數(shù)據(jù)，對電廠關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)、故障機理、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故障機理分析:針對現(xiàn)場工況采集信號分析情況，利用模糊數(shù)學原理對故障發(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，為人們判斷機組的故障和采取維護措施的決策提供科學的依據(jù);③故障特征分析:設(shè)備故障發(fā)生時的顯著特征，特別是現(xiàn)場采集信號的顯著特征［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)車間進行查詢?？梢愿鶕?jù)設(shè)備名稱查詢?？梢愿鶕?jù)時間查詢?？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)限的用戶可以進行修改。

2.6 設(shè)備運行趨勢統(tǒng)計模塊

設(shè)備運行趨勢統(tǒng)計模塊以設(shè)備的歷史運行數(shù)據(jù)位依據(jù)，直觀地表達關(guān)鍵設(shè)備的運行趨勢，并對設(shè)備故障作出預(yù)測。功能包括:①根據(jù)名稱選擇設(shè)備進行趨勢分析:工廠人員可以根據(jù)設(shè)備名稱對電廠關(guān)鍵設(shè)備進行任意時刻設(shè)備運行趨勢分析;②設(shè)備運行趨勢統(tǒng)計時長選擇:設(shè)備關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析時長包括日、月、年［14］。

3 結(jié)束語

本研究通過LabVIEW圖形化編程語言與DataSocket強大的通訊能力，成功設(shè)計了一套電廠遠程監(jiān)測系統(tǒng)，利用多個服務(wù)器就地儲存數(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)，實現(xiàn)遠程監(jiān)測與故障分析，從而大大提高了故障檢測效率，減少了存儲空間。

［1］郝麗，趙偉.MAX、DAQ助手及DAQmx VI之間的邏輯關(guān)系［J］.實驗室研究與探索，2012，31(6)，82-85.

［2］鄧宏康，郁燕東，吉訓生，等.鍋爐水總堿度在線檢測系統(tǒng)設(shè)計［J］.自動化儀表，2013，34(8):50-52.

［3］韓翠娥，劉東升，米雙山，等.基于LabVIEW的某型液壓系統(tǒng)在線檢測儀設(shè)計［J］.液壓與氣動，2012(10):26-29.

［4］張賢明，潘詩浪，陳彬，等.駐波場中油包水型乳化液分散相液滴運動LabVIEW仿真分析［J］.流體機械，2011，39(1):25-28.

［5］ANJOS J M S，CORACINI G K.A proposal and verification of a software architecture based on LabVIEW for a multifunctional robotic end-effector［J］.Advances in Engineering Software，2013，55(1):32-44.

［6］WANG Zhong-yuan，SHANG Yong-heng，LIU Jia-rui.A LabVIEW based automatic test system for sieving chips［J］.Measurement，2013，46(1):402-410.

［7］武政，嚴學文.基于LabVIEW和DSP的容型設(shè)備介損在線檢測［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(18):154-157.

［8］張濤，陳於學，楊曙年.基于LabVIEW的半軸齒輪徑向及端面跳動在線測量系統(tǒng)［J］.機電一體化，2012，18(11):44-48.

［9］李曉亞.基于LabVIEW和CRIO技術(shù)的液壓AQC伺服缸的加載動態(tài)性能測試臺［J］.液壓氣動與密封，2012(5):77-79.

［10］曾睿，陳於學，楊曙年.圓錐滾子軸承實際寬度高速在線檢測儀［J］.自動化與儀表，2013，28(7):14-17.

［11］劉世杰，王雅萍，朱自成，等，基于LabVIEW平臺的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)［J］.煤礦機械，2010，31(1):155-157.

［12］張宇，黃偉志，郝巖.基于LabVIEW的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.自動化儀表，2013，34(8):24-26.

［13］陳雷，王忠東，陳爽.基于LabVIEW的機床振動信號數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)的研究［J］.組合機床與自動化加工技術(shù)，2013(7):92-94.

［14］李文斌，張建宇.LabVIEW和Matlab混合編成在齒輪箱故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.機械設(shè)計與制造，2011(4):71-73.