芻議動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)化升級措施

張洪波

（中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力行業(yè)也得到了迅速的發(fā)展，其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平以及信息化程度也在不斷提高。在動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中，對其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以有效地提升相關(guān)工作人員對其設(shè)備運(yùn)行狀況以及異常狀況的判斷能力與處理速度。同時(shí)，由于動力數(shù)據(jù)是生產(chǎn)環(huán)節(jié)中最重要最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)之一，如果其數(shù)據(jù)不能夠得到有效的分析與處理，很容易造成工作人員對生產(chǎn)過程中存在的各種問題無法準(zhǔn)確判斷，從而影響相關(guān)工作人員制定有效的措施來解決這些問題。因此，在動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)以及運(yùn)行監(jiān)測系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)。

1 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)模

動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的總線是由動力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集模塊和動力設(shè)備管理平臺組成，是一套完整的動力設(shè)備管理應(yīng)用系統(tǒng)。在電力企業(yè)內(nèi)，根據(jù)實(shí)際需要將網(wǎng)絡(luò)分為很多子系統(tǒng)，如視頻監(jiān)控管理系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警控制網(wǎng)絡(luò)體系、水處理自動化控制網(wǎng)絡(luò)體系、安全用電監(jiān)控系統(tǒng)。從目前應(yīng)用情況來看，對電廠內(nèi)所有的電力電子設(shè)備進(jìn)行有效地監(jiān)控是一項(xiàng)非常重要的工作，而通過動力設(shè)備管理平臺可以實(shí)現(xiàn)所有電力資產(chǎn)（如變電站的保護(hù)、自動化控制等）運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控和日常維護(hù)工作。通過動力設(shè)備管理平臺可以實(shí)現(xiàn)對所有電力設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)和操作情況實(shí)施監(jiān)測和控制。這一套系統(tǒng)主要用于電廠內(nèi)電力負(fù)荷管理，是電廠安全生產(chǎn)、提高經(jīng)濟(jì)效益以及企業(yè)形象建設(shè)的重要組成部分。

1.2 應(yīng)用情況及效果

動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是應(yīng)用于動力專業(yè)的一個(gè)系統(tǒng)，主要是通過安裝在動力機(jī)房內(nèi)的一些傳感器和計(jì)算機(jī)采集和處理數(shù)據(jù)，通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析可以提高對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。該項(xiàng)目自2021 年8 月啟動，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全部的監(jiān)控功能并發(fā)揮了良好的效果。該項(xiàng)目通過傳感器采集各設(shè)備、設(shè)施實(shí)時(shí)參數(shù)并進(jìn)行分析，從而達(dá)到對動力設(shè)備全面掌控管理目的。在此基礎(chǔ)上，還可以提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、實(shí)時(shí)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)查詢等功能，使得設(shè)備運(yùn)行更加科學(xué)高效。該項(xiàng)目主要針對油田現(xiàn)場注水泵進(jìn)行監(jiān)測及控制，保證主提升泵的正常工作，實(shí)現(xiàn)對油田現(xiàn)場注水泵的狀態(tài)監(jiān)控以及參數(shù)分析。同時(shí)對于其他重要設(shè)施設(shè)備和動力運(yùn)行情況，也可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄，并且還可以在后臺系統(tǒng)中隨時(shí)查詢并記錄相關(guān)參數(shù)信息。同時(shí)通過該系統(tǒng)還能對其他機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)行快速處理和定位，保障了油田作業(yè)現(xiàn)場安全生產(chǎn)。

2 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要是根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近、監(jiān)控中心的功能、設(shè)備安裝密度等因素綜合考慮。在這種設(shè)計(jì)中，既要充分考慮網(wǎng)絡(luò)性能、設(shè)備安裝密度及系統(tǒng)維護(hù)工作量等因素，又要注意系統(tǒng)所處地區(qū)的氣候、地理環(huán)境。根據(jù)上述原則，在動力設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)中采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各通信子系統(tǒng)之間通過以太網(wǎng)通信連接，由中心控制站將各子系統(tǒng)之間的信息傳送到相應(yīng)的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)。其中，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)和中心控制站分別為網(wǎng)絡(luò)主干和樞紐節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)主干是整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的樞紐，主要完成網(wǎng)絡(luò)連接和傳輸任務(wù)；主干節(jié)點(diǎn)是各子系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)、發(fā)布命令、傳遞信息的節(jié)點(diǎn)，具有通信能力。系統(tǒng)采用樹形結(jié)構(gòu)時(shí)各模塊間可以采用不同的數(shù)據(jù)傳輸方式連接起來。對于大型系統(tǒng)，通常具有多個(gè)監(jiān)控室和多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)。對于監(jiān)控點(diǎn)比較分散或數(shù)量較少時(shí)，通常采用樹形結(jié)構(gòu)。如集中控制站、水泵房等。同時(shí)也要注意在進(jìn)行這種設(shè)計(jì)時(shí)，要注意通信方式的多樣性，盡量使用統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的通信方式來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕苊庥捎诰W(wǎng)絡(luò)傳輸錯誤而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。

2.2 系統(tǒng)傳輸方式

動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通常采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢在于不需要電纜布線、不需要電力線布線。但因?yàn)槭艿骄W(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，在監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中只能傳輸?shù)胶苌僖徊糠謹(jǐn)?shù)據(jù)。另外，無線通信網(wǎng)絡(luò)容量大、穩(wěn)定性好、可靠性高及可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此，在動力設(shè)備在線監(jiān)測中使用比較廣泛。通常情況下，動力設(shè)備的現(xiàn)場監(jiān)控可通過有線網(wǎng)絡(luò)與上位監(jiān)控中心進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊。有線網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)，也可以通過 GPRS 方式將動力設(shè)備的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔槐O(jiān)控中心。在有線方式下，所有的采集數(shù)據(jù)都通過TCP/IP 協(xié)議進(jìn)行無線傳輸，在不考慮系統(tǒng)帶寬及丟包率的情況下，TCP/IP 協(xié)議傳輸方式可以保證動力設(shè)備信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。無線監(jiān)控系統(tǒng)收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)后由上位機(jī)進(jìn)行信息存儲、分析處理后再把結(jié)果傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心。由于地面監(jiān)控中心不具備對信息進(jìn)行分析處理和控制的能力，因此，在無線通信技術(shù)上無法達(dá)到實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場參數(shù)等功能要求。

2.3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是在工廠原有設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級改造，對數(shù)據(jù)采集和傳輸方式進(jìn)行了創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信和自動化傳輸。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建的動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如下所示：系統(tǒng)主站采用TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，通過交換機(jī)將現(xiàn)場的數(shù)據(jù)信息匯聚到主站服務(wù)器上。主站通過TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器，在接收到采集上來的數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)庫中對該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以得到設(shè)備異常狀態(tài)或故障信息并自動形成報(bào)表。通過軟件客戶端及Web 服務(wù)器等方式將采集過來的信息上傳到監(jiān)控中心，并對這些信息進(jìn)行管理。通過監(jiān)控中心對各現(xiàn)場監(jiān)控終端設(shè)備進(jìn)行集中控制和管理。對現(xiàn)場所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)及工作參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及顯示。在發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，可以迅速地查找出原因，并能在最短時(shí)間內(nèi)排除隱患。通過系統(tǒng)軟件客戶端或Web 服務(wù)器端顯示出故障發(fā)生位置和故障原因。為保障設(shè)備正常運(yùn)行，可以將設(shè)備故障數(shù)據(jù)下發(fā)至各個(gè)現(xiàn)場監(jiān)控終端，對各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行查看和分析。

3 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)升級及優(yōu)化分析和設(shè)計(jì)

3.1 動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化需求分析

為實(shí)現(xiàn)國家電網(wǎng)公司關(guān)于“一強(qiáng)三優(yōu)”戰(zhàn)略目標(biāo)，構(gòu)建安全、可靠、高效的電網(wǎng)運(yùn)行管理體系，提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。通過對電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備的異常情況并及時(shí)通知維護(hù)人員進(jìn)行處理，提高供電可靠性。對所屬區(qū)域內(nèi)所有運(yùn)行設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控。采集分析所轄區(qū)域內(nèi)各個(gè)重要節(jié)點(diǎn)的電壓、電流數(shù)據(jù)等相關(guān)參數(shù)信息，并在本地顯示；通過監(jiān)控管理平臺進(jìn)行存儲和查詢處理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求：（1）監(jiān)控主機(jī)選用高性能、大容量的服務(wù)器作為系統(tǒng)核心處理設(shè)備；（2）監(jiān)控主機(jī)采用B/S 結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器部署模式。

3.2 動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

（1）運(yùn)行分析。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)就是為了提高對電廠工作人員的管理，將相關(guān)數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，方便監(jiān)控人員對電廠內(nèi)動力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)、傳感器、GPRS 無線通訊網(wǎng)絡(luò)等組成的。電廠內(nèi)安裝了許多監(jiān)測裝置，對一些電氣參數(shù)和機(jī)械性能進(jìn)行監(jiān)測和采集。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集卡組成，采用嵌入式微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并實(shí)現(xiàn)各種測量參數(shù)與報(bào)警信息的存儲和顯示。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要用于電廠對發(fā)電機(jī)組、供配電網(wǎng)絡(luò)和蒸汽管道等設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，提高了電力企業(yè)對這些生產(chǎn)設(shè)施的管理水平。

（2）設(shè)備維護(hù)管理。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)管理是對動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備進(jìn)行的定期維護(hù)，是保證動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，只有建立起完善的動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，才能保證動力設(shè)備管理工作順利完成。首先，應(yīng)該做好相關(guān)數(shù)據(jù)信息收集工作，如運(yùn)行參數(shù)、溫度、電流、電壓等數(shù)據(jù)信息；其次，是定期維護(hù)和檢查，在動力設(shè)備監(jiān)控時(shí)應(yīng)保持其狀態(tài)良好并經(jīng)常進(jìn)行檢查。在運(yùn)行中還應(yīng)定期進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)信息檢查。最后，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。因?yàn)槭莿恿υO(shè)備，一旦發(fā)生故障會給生產(chǎn)帶來很大影響，甚至?xí)?dǎo)致事故。因此，需要加強(qiáng)對動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)測儀器儀表的實(shí)時(shí)檢測功能進(jìn)行監(jiān)測維護(hù)；另外，還要注意對其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測維護(hù)。

（3）設(shè)備管理。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)按照實(shí)際需要來設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況來選擇使用。對各種類型動力設(shè)備實(shí)行統(tǒng)一管理，以確保動力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為動力設(shè)備維修人員提供便利條件。對各種能源進(jìn)行監(jiān)測和分析。能源管理信息系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)和要求：①采用集中式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線查詢和下載數(shù)據(jù)；能夠?qū)Ω鞣N能源相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自動采集與存儲；能夠采用多種手段進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及顯示；同時(shí)也可以進(jìn)行報(bào)表生成和打印等。②通過對各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與顯示，實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的集中控制，并通過對各類子系統(tǒng)所存儲信息的分析，為各級管理人員提供決策依據(jù)。③建立相應(yīng)的能源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫（能源數(shù)據(jù)庫）等各種相關(guān)的功能模塊，以便對整個(gè)能源進(jìn)行全面監(jiān)視及合理控制。④建立完善的能源信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢方法和數(shù)據(jù)庫維護(hù)系統(tǒng)，以便于對所有的有關(guān)能源設(shè)備（特別是主要能源設(shè)備）進(jìn)行全面監(jiān)測及動態(tài)分析預(yù)測。

（4）故障管理。針對目前動力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)不佳、故障點(diǎn)多、維護(hù)工作量大等問題，為進(jìn)一步提升動力設(shè)備的自動化水平和管理水平，實(shí)現(xiàn)動力設(shè)備運(yùn)行的全面監(jiān)視與控制，通過對現(xiàn)有動力設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對各機(jī)組故障報(bào)警的分析和處理。根據(jù)對動力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的總體需求分析調(diào)查得知。目前，公司動力設(shè)備故障點(diǎn)多、故障點(diǎn)集中在發(fā)電機(jī)、鍋爐等主要機(jī)組上，且其故障發(fā)生具有一定代表性或周期性。而利用目前廣泛應(yīng)用于各電廠用發(fā)電機(jī)組的分布式控制系統(tǒng)來進(jìn)行動力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控具有較好的可行性與必要性。該系統(tǒng)主要功能為：各機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理管理以及系統(tǒng)維護(hù)管理等功能，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)對所屬發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集；可通過分布式控制系統(tǒng)對各機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理；可按各機(jī)組運(yùn)行工況條件設(shè)定不同運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)對各個(gè)機(jī)組運(yùn)行狀況的全過程實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析。分布式控制系統(tǒng)主要由分布式網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用層組成，主要應(yīng)用于發(fā)電廠內(nèi)各大型發(fā)電機(jī)組（如汽輪機(jī)組）、鍋爐房（如鍋爐房等）等動力設(shè)備上，同時(shí)，也廣泛應(yīng)用于其他各類電廠和其他各類鍋爐系統(tǒng)中，通過分布式控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在同一平臺上對所有電站運(yùn)行情況的數(shù)據(jù)采集及實(shí)時(shí)管理。

（5）設(shè)備健康管理。動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（PCS）是一套由硬件和軟件組成的動力設(shè)備遠(yuǎn)程智能監(jiān)控管理系統(tǒng)，它以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理與存儲技術(shù)為基礎(chǔ)，通過對設(shè)備狀態(tài)信息的采集、存儲以及處理，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備運(yùn)行信息的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測與分析，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測自動化、數(shù)據(jù)傳輸智能化以及系統(tǒng)功能集成化。在電力企業(yè)中，其生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境相對復(fù)雜而又多變，為保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證發(fā)電用電的可靠性，動力設(shè)備廠（站）在對動力設(shè)備進(jìn)行管理時(shí)一般會采用現(xiàn)場在線監(jiān)測與智能分析相結(jié)合的方式進(jìn)行。通過使用動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（PCS），可對各類設(shè)備狀態(tài)信息如振動、溫度、電壓和電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析。當(dāng)某些傳感器出現(xiàn)故障時(shí)或異常告警時(shí)，將及時(shí)報(bào)警提示相關(guān)人員處理故障，避免了不必要的損失。如對于振動監(jiān)測儀的振動檢測、溫度監(jiān)測儀的溫度檢測以及電壓監(jiān)測儀的電壓監(jiān)測等。另外，在使用動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（PCS）對各類電源設(shè)備（如柴油發(fā)電機(jī)組、汽油發(fā)電機(jī)組、燃?xì)馔钙桨l(fā)電機(jī)組等）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)，可隨時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)以及參數(shù)設(shè)置等信息。

4 結(jié)語

綜上所述，對動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級可以為電力行業(yè)提供更好的發(fā)展環(huán)境，有利于促進(jìn)我國電力事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，同時(shí)，也為國民經(jīng)濟(jì)的快速穩(wěn)定增長奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，對于動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)而言，其優(yōu)化升級并不會影響整個(gè)運(yùn)行環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備等各個(gè)方面，但是卻能夠有效地保障整個(gè)電力運(yùn)行環(huán)境和生產(chǎn)設(shè)備等方面的正常發(fā)揮。為了保證國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長以及電力行業(yè)可以健康可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)工作者應(yīng)該加強(qiáng)對動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化升級研究與實(shí)踐工作。