孫 偉
(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司,湖北 宜昌 443000)
水布埡水電站位于湖北省巴東縣水布埡鎮(zhèn),是清江干流三級梯級開發(fā)方案的最上一級工程,也是清江流域綜合利用開發(fā)的龍頭工程。水布埡電站樞紐地理位置適中,上距恩施市117公里,下距隔河巖電廠92公里,調(diào)節(jié)性能好,是華中地區(qū)不可多得的具有多年調(diào)節(jié)性能的水電工程。電站建成后連同下游隔河巖水電站(裝機容量1200MW)和高壩洲水電站(裝機容量270MW)將成為華中電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻基地,在華中電網(wǎng)和湖北省網(wǎng)中將發(fā)揮巨大的調(diào)峰調(diào)頻及補償調(diào)節(jié)作用。
水布埡電站地下廠房安裝4臺單機460MW的水輪發(fā)電機組,總裝機容量1840MW,最大水頭203m,額定水頭170m,具有多年調(diào)節(jié)能力,裝機年利用小時數(shù)2450h,年平均發(fā)電量為39.85億kWh。截止到2008年11月,水布埡電廠四臺機已順利全部投產(chǎn)發(fā)電。
作為清江流域最大、應(yīng)用技術(shù)最新的一座水電站,隨著整個流域電廠自動化水平的提高,以及 “無人值守”的普及,水電廠巡檢逐漸受到重視。過去早期開發(fā)的水電廠,部門人員充足,巡檢方式以手工抄錄表格為主,但是該種方式弊端很多,如:巡檢使用不方便,巡檢人員勞動工作量比較大,巡檢成效無法考核、沒有規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)可依,巡檢記錄的數(shù)據(jù)還要人工來處理(如手工做表或者錄入電腦進行進一步處理分析)等等,已經(jīng)越來越不適應(yīng)電廠實際管理的需要。
在近幾年投運的電廠中,盡管目前有全自動化的實時監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)視控制設(shè)備的運行狀況,但監(jiān)控系統(tǒng)和工業(yè)電視等系統(tǒng)不僅成本高昂,而且存在盲區(qū),人工巡檢仍是必不可少的補充。為防止巡檢工作疏漏和提高設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)利用率,克服以上所述的缺點,開發(fā)一套巡檢系統(tǒng)來替代過去老廠手工抄表的巡檢方式是必要的,目前的技術(shù)水平對開發(fā)一套巡檢系統(tǒng)也是完全可行的。該巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用,不僅可以減少巡檢工作量,還可有效提高巡檢到位率[1],從而進一步保障電廠設(shè)備缺陷和故障的及時發(fā)現(xiàn)、處理。
水布埡電廠設(shè)備巡檢系統(tǒng)基于條碼識別和SQL數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)使用便攜式數(shù)據(jù)采集器采集設(shè)備參數(shù)以及用數(shù)據(jù)庫的方式來管理巡檢所得數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可通過通訊接口與監(jiān)控系統(tǒng)或電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)(如MIS)共享數(shù)據(jù),通過查詢和發(fā)布巡檢信息,可分析設(shè)備運行趨勢,查看任意兩參數(shù)間的關(guān)系曲線,給運行和管理人員提供決策的輔助依據(jù),能有效地及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷,確保電力設(shè)備運行安全。
巡檢系統(tǒng)針對不同的設(shè)備進行不同的編碼,并制作條碼標(biāo)簽置于設(shè)備現(xiàn)場,值班巡檢人員攜帶便攜式數(shù)據(jù)采集器對設(shè)備進行識別,并人工輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)及狀態(tài),數(shù)據(jù)輸入時超出正常范圍值可報警。每次巡檢返回后,將數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)讀入運行設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)庫。每個數(shù)據(jù)后面都附有采集時間。巡檢數(shù)據(jù)可隨時查詢、打印。每次巡檢所得到的數(shù)據(jù)如有疏漏,該系統(tǒng)會及時報警,提示巡檢人員對相關(guān)設(shè)備進行檢查和數(shù)據(jù)補充,這樣可有效保證所巡檢設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集的完整性和正確性。該系統(tǒng)還有有比較強的分析功能,通過對相關(guān)設(shè)備進行趨勢分析,生成各類圖表和報表。
該系統(tǒng)由計算機工作站、條形碼系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、數(shù)據(jù)服務(wù)器等構(gòu)成。[2]其硬件組成如圖1所示。
圖1 設(shè)備巡檢系統(tǒng)硬件組成示意圖
水電廠的設(shè)備眾多,需要采集的參數(shù)亦多,如果采用射頻和智能卡技術(shù),在價格上就難以承受,性價比非常低,而采用條形碼識別技術(shù)則成本低,可擴展性好,故我廠巡檢系統(tǒng)采用條碼識別技術(shù)。
經(jīng)過統(tǒng)計,水布埡電廠所需巡檢點數(shù)為800個,每個巡檢點設(shè)為需要100個字節(jié)來存儲相應(yīng)參數(shù)狀態(tài)量,則一共需要0.08M的存儲容量,數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E的用戶存儲區(qū)為1.6M,如此大的冗余空間(20倍存儲所需容量)完全夠用了,有利于將來進一步添加巡檢點[3]。
條形碼又稱條碼,它隱含著數(shù)字信息、字母信息、標(biāo)志信息、符號信息,這種條紋由若干個粗細(xì)不等黑色的 “條”和白色的 “空”的單元所組成,其中,黑色條對光的反射率低而白色的空對光的反射率高,再加上條與空的寬度不同,就能使掃描光線產(chǎn)生不同的反射接收效果,在光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上轉(zhuǎn)換成不同的電脈沖,形成了可以傳輸?shù)碾娮有畔?。條形碼的字符結(jié)構(gòu)如圖2所示。在設(shè)備巡檢過程中,貼在具體設(shè)備上的打印出來的條形碼標(biāo)簽可以表示設(shè)備以及設(shè)備需要采集的參數(shù)量。
圖2 條形碼的字符結(jié)構(gòu)
Code-39即三九碼是1975年推出的一種一維條碼,編碼規(guī)則簡單、誤碼率低,因此在各個領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。39碼僅有兩種單元寬度—分別為寬單元和窄單元。寬單元的寬度為窄單元的1到3倍,一般多選用2倍、2.5倍或3倍。隨著 FA (Factory Automation,工廠自動化)的廣泛實現(xiàn),三九碼被大量應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。由此可得,僅用0-9這10個數(shù)字采用5位對設(shè)備編碼就足以標(biāo)示出我廠需要巡檢的設(shè)備(800個點),故我廠條形碼編碼采用Code-39編碼[4]。
(1)條形碼的優(yōu)越性
巡檢系統(tǒng)采用條形碼識別技術(shù)具有如下的特點:
① 數(shù)據(jù)采集速度快。因條形碼識別技術(shù)采用了光電技術(shù),能夠很迅速的對數(shù)據(jù)進行采集。三九碼在讀取方面,允許讀碼機進行雙向的掃瞄讀??;也就是說,如果使用者把三九碼倒著讀取也是得到相同的結(jié)果,三九碼的起始碼與終止碼均為*字符。
② 信息豐富。條形碼可以很完備的反映出設(shè)備及其參數(shù)的相關(guān)信息。
③ 數(shù)據(jù)傳輸方便。由于條形碼識別技術(shù)采用了數(shù)據(jù)通信技術(shù),可以很方便的把采集得到的數(shù)據(jù)傳送到采集器中。
④ 可靠性高。條碼技術(shù)誤碼率低(如果是鍵盤輸入,鍵盤的誤讀率為1/300),條碼的誤讀率為 1/15000~1/100000000。
⑤ 靈活實用。條碼標(biāo)識既可以作為一種識別手段單獨使用,也可以和有關(guān)識別設(shè)備組成一個系統(tǒng)實現(xiàn)自動化識別,還可與其他控制設(shè)備聯(lián)接起來實現(xiàn)自動化管理。
⑥ 條碼標(biāo)簽制作簡單,所需設(shè)備和材料成本低,設(shè)備操作容易。
(2)我廠巡檢系統(tǒng)條形碼打印所用設(shè)備
圖3 打印出的條形碼
巡檢系統(tǒng)打印設(shè)備采用Zebra斑馬888-TT條碼標(biāo)簽打印機,打印軟件采用武漢廣智科技提供的Label matrix來生成和打印條形碼,打印出來的條形碼如圖3所示(采用Code-39編碼)[5]。
(1)數(shù)據(jù)采集終端
水布埡電廠巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端采用了CASIO新上市的數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E,它不僅提高了條碼讀取性能,還提高了抗沖擊性和耐水性,主要特點見表1[6]。
圖4 數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E
由表1知,該數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E完全能夠適應(yīng)水電廠的潮濕、電磁干擾強的工作環(huán)境,且各項具體參數(shù)出眾,非常適合工業(yè)化要求。數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E的外觀如圖4所示。
(2)數(shù)據(jù)采集器的特點及功能
采用該便攜采集設(shè)備的優(yōu)點在于性價比高、攜帶方便、操作簡單。采集程序運行在數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E上,它為巡檢人員提供了一個無紙化記錄平臺,操作時非常方便,根據(jù)采集器顯示屏幕的提示即可。它具有如下功能:
表1 數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E的主要參數(shù)
① 數(shù)據(jù)錄入:系統(tǒng)開發(fā)時就分析分類了采集量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),簡化了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),提高了系統(tǒng)運行性能。又加入了輸入檢錯功能,排除一些明顯不合理的數(shù)據(jù)有效防止了輸入錯誤。另外還具有缺省值設(shè)置,提高了輸入速度。
② 巡檢路線導(dǎo)航:高效的采集路線可以減少巡檢員的 “折返”時間,提高巡檢效率。我廠采用在便攜式設(shè)備上實現(xiàn)巡視路線的選擇,這樣巡檢人員可根據(jù)實際情況靈活地選擇最佳路線。
③ 巡檢工作監(jiān)督:為了避免有意或無意的漏檢情況,提高巡檢效果,在任意一個設(shè)備采集點上的條碼標(biāo)簽如果沒有掃到,采集器會自動提醒巡檢員漏檢的具體設(shè)備。
④ 巡檢點數(shù)據(jù)備份及修改:在實際巡檢過程中,盡管CASIO DT930M51E的穩(wěn)定性很高,為了防止系統(tǒng)死機等意外情況,采集程序會將已經(jīng)采集數(shù)據(jù)存貯到永久性存儲器中,重啟采集器后可保證采集數(shù)據(jù)不丟失。另外,還可查詢、統(tǒng)計巡檢結(jié)果,如發(fā)現(xiàn)巡檢輸入數(shù)據(jù)有誤,可調(diào)出相關(guān)數(shù)據(jù)做相應(yīng)修改。
數(shù)據(jù)采集器的操作系統(tǒng)是以C語言的基礎(chǔ)開發(fā)的。C語言既有高級語言的特點,又具有匯編語言的特點,其編寫不依賴計算機的硬件。數(shù)據(jù)采集器的軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對比較簡單,功能單一, C語言完美的實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集器的功能且程序的可靠性非常高,實踐也證明使用C語言編寫的程序可靠性很高[7]。
水布埡電廠巡檢系統(tǒng)軟件主要包括如下三個主模塊,如圖5所示。該軟件安裝在計算機工作站中。
(1)采集模塊
它主要在便攜式設(shè)備即數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E上實現(xiàn),可用以指導(dǎo)巡檢人員按正確的巡檢路線進行數(shù)據(jù)采集,含有巡檢導(dǎo)航、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)修改、任務(wù)監(jiān)督以及數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能,這些在3.2.2.(2)已有述及。
(2)通信模塊
圖5 巡檢系統(tǒng)的功能模塊圖
圖6 通訊底座Casio DT960
巡檢系統(tǒng)的通信模塊負(fù)責(zé)巡檢任務(wù)的下載和巡檢結(jié)果的上傳??梢园蜒矙z系統(tǒng)的通訊看作為一個 “存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”過程,數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E采集好現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)狀態(tài)相當(dāng)于“存儲”,跟計算機工作站的通訊相當(dāng)于 “轉(zhuǎn)發(fā)”。通訊是通過數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E和通訊底座Casio DT960相連接實現(xiàn)的,通訊前需要安裝通訊底座的USB/RS232驅(qū)動程序并設(shè)置通訊端口為COM1。其通訊底座如圖6所示,用USB口連接電腦,通過CASIO的通訊軟件MultiDrop與電腦進行數(shù)據(jù)通訊巡檢結(jié)束后,需把巡檢所得數(shù)據(jù)上傳到巡檢系統(tǒng),其具體步驟如下:首先把CASIO DT930M51E放到通訊座上,調(diào)出采集器的數(shù)據(jù)上裝通訊狀態(tài);啟動計算機工作站通訊軟件,按下 ‘上裝’按鈕后,將啟動CASIO DT930M51E的通訊程序multi32e.exe,把CASIO DT930M51E中的數(shù)據(jù)傳入計算機中并生成一個數(shù)據(jù)文件,如圖7所示。
圖7 巡檢數(shù)據(jù)上傳過程
當(dāng)上傳一部分巡檢數(shù)據(jù) (如只有地下廠房巡檢部分)后,系統(tǒng)會自動提示你盡快上傳另一部分(如地面廠房)的巡檢數(shù)據(jù)(因我廠共有兩個數(shù)據(jù)采集器CASIO DT930M51E,巡檢時基本是一個采集地下廠房設(shè)備數(shù)據(jù),一個采集地面廠房設(shè)備數(shù)據(jù)),設(shè)計非常人性化。
本系統(tǒng)通訊程序舍棄了過去老式的串口通訊,而用C++開發(fā)了新的通訊軟件,滿足了巡檢系統(tǒng)通訊高速度,大數(shù)據(jù)量,高可靠性的要求。
巡檢系統(tǒng)的軟件其功能主要是由動態(tài)鏈接庫 (DLL)實現(xiàn)的。程序包含很多不同的模塊,而該程序的每個模塊都包含在 DLL中并從中分發(fā)。 DLL是一個包含可由多個程序同時使用的代碼和數(shù)據(jù)的庫。使用DLL有助于促進代碼的模塊化、代碼重用、內(nèi)存的有效使用和減少所占用的磁盤空間。因此,操作系統(tǒng)和程序能夠更快地加載和運行,并且在計算機中占用較少的磁盤空間。正是由于我們的程序應(yīng)用了DLL調(diào)用,因此通訊程序在數(shù)據(jù)傳輸時較原來的速度和可靠性都有很大的提高。從而也提高了整個巡檢系統(tǒng)的可靠性。
3.3.1.3 管理模塊
該功能在計算機工作站上實現(xiàn),主要是對巡檢數(shù)據(jù)進行管理,進行各種分析并生成各種類型的報表。計算機工作站同時也作為數(shù)據(jù)服務(wù)器使用,在通訊軟件安裝前應(yīng)該先安裝好SQL Server2000數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。
由圖5可知,巡檢系統(tǒng)的管理模塊包括七個軟件模塊,以下?lián)褚榻B,管理模塊功能在本文第四部分會有詳細(xì)敘述。
(1)系統(tǒng)模塊:主要功能是權(quán)限管理,即用戶管理,一類是巡檢員,另一類是數(shù)據(jù)管理員。
(2)輸入模塊:通過通訊模塊錄入基本信息,即設(shè)備采集點的信息通過通訊軟件寫入SQL Sever2000數(shù)據(jù)庫,
(3)維護模塊:主要是對SQL Sever2000數(shù)據(jù)庫進行維護,包括備份和恢復(fù)。實際巡檢系統(tǒng)在運行時其數(shù)據(jù)量取決于數(shù)據(jù)采集的頻率與每次數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)量,水電廠設(shè)備巡檢系統(tǒng)中每天至少巡檢一次,并且每次數(shù)據(jù)記錄數(shù)達(dá)到上千條,這樣數(shù)據(jù)庫的記錄數(shù)增長非??欤藭r數(shù)據(jù)庫的備份與導(dǎo)人導(dǎo)出功能將顯得尤為重要[8]。
(4)查詢模塊:包括查詢方式選擇與數(shù)據(jù)表示。查詢方式選擇覆蓋了各種可能的查詢方式,包括一些基本的查詢方式如單次巡檢任務(wù)的所有數(shù)據(jù)查看、某個采集點在某個時間段的所有數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)表示也就是以怎樣的形式展示給查詢者,這其中有Email數(shù)據(jù)發(fā)布方式,IE網(wǎng)頁數(shù)據(jù)發(fā)布等方式。另外,數(shù)據(jù)表示的格式多樣化,可以是圖表方式、文本方式或動畫方式,尤其是曲線圖能直觀的反映數(shù)據(jù)變化趨勢。
基于Web的信息發(fā)布系統(tǒng)功能主要是用戶用于巡檢信息查詢、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計、條碼管理、人員管理、數(shù)據(jù)庫管理等功能。它基于B/S結(jié)構(gòu),用戶不需要另外安裝客戶端軟件,只需要在IE瀏覽器中輸入相應(yīng)網(wǎng)址即可。B/S結(jié)構(gòu)是隨著Internet技術(shù)的發(fā)展,對C/S結(jié)構(gòu)的一種變化或者改進的結(jié)構(gòu),它大大簡化客戶端電腦載荷,減輕了系統(tǒng)維護與升級的成本和工作量,降低了用戶的總體成本。
信息發(fā)布系統(tǒng)利用時下最為安全的ASP.NET技術(shù)構(gòu)建。ASP.NET是分布式 Web應(yīng)用程序的核心,它提供豐富而且容易訪問的安全級別,從而方便了安全的Web應(yīng)用程序的創(chuàng)建。ASP.NET 與 Internet Information Services(IIS)的現(xiàn)有安全能力相兼容,同時它也非常靈活,易于擴展。[9]
以下僅舉幾個畫面,作為基于Web的信息發(fā)布系統(tǒng)界面的代表,詳見圖8–圖10。
進入信息發(fā)布系統(tǒng)主頁面后可見左邊的信息欄和上面的菜單欄,其中左邊的信息欄包含信息服務(wù)指南,資料下載和軟件下載3個部分;菜單欄包含首頁、條碼管理、人員管理、信息管理、信息查詢、信息統(tǒng)計、數(shù)據(jù)庫管理、退出系統(tǒng)7個部分,單擊后可進入相應(yīng)模塊界面進行操作[10]。圖11所示為巡檢項目中有故障或缺陷的統(tǒng)計結(jié)果。
圖8 信息發(fā)布系統(tǒng)的登錄界面
圖9 登錄信息發(fā)布系統(tǒng)后的主界面
圖10 巡檢項目故障項查詢頁面
圖11 數(shù)據(jù)庫管理頁面
鑒于信息發(fā)布系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理的要求比較高,開發(fā)此巡檢系統(tǒng)的時候采用了SQL Server2000。SQL是一個非過程化的語言,因為它一次處理一個記錄,對數(shù)據(jù)提供自動導(dǎo)航。SQL允許用戶在高層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上工作,而不對單個記錄進行操作,可操作記錄集,所有SQL語句接受集合作為輸入,返回集合作為輸出。SQL的集合特性允許一條SQL語句的結(jié)果作為另一條SQL語句的輸入[11]。
SQL Server 2000是一項全面完整的數(shù)據(jù)庫與分析產(chǎn)品。借助瀏覽器可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫查詢功能且對擴展標(biāo)記語言(XML)完全支持,與此同時,SQL Server 2000還在可伸縮性與可靠性方面保持著多項基準(zhǔn)測試紀(jì)錄。
SQL不要求用戶指定對數(shù)據(jù)的存放方法,這就使用戶集中精力于要得到的結(jié)果;所有SQL語句均使用查詢優(yōu)化器,查詢速度快。
因巡檢系統(tǒng)數(shù)據(jù)是電廠設(shè)備運行狀況的關(guān)鍵性資料,為了防止系統(tǒng)的崩潰而造成整個數(shù)據(jù)庫的丟失,在程序設(shè)計時設(shè)計了一鍵恢復(fù)數(shù)據(jù)庫這個功能。只要在系統(tǒng)正常運行的時候經(jīng)常備份數(shù)據(jù)庫,并將數(shù)據(jù)庫文件導(dǎo)出至不同硬盤或者刻錄成光盤,當(dāng)系統(tǒng)崩潰等無法使用當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的時候只需輕點鍵盤就能恢復(fù)到系統(tǒng)崩潰前的數(shù)據(jù)庫狀態(tài),將數(shù)據(jù)損失減少到最小。
在巡檢系統(tǒng)的信息發(fā)布網(wǎng)頁中登錄后點擊進入數(shù)據(jù)庫管理可以看到如圖11所示的界面,該功能方便了用戶對數(shù)據(jù)庫的備份/恢復(fù)操作,用戶不需要學(xué)習(xí)SQL Server 2000的任何知識即可完成操作,減小了操作難度,方便了電廠用戶,省去了相關(guān)培訓(xùn)過程。
點擊數(shù)據(jù)庫備份,可以備份當(dāng)前數(shù)據(jù)庫里的所有信息。該備份文件放在巡檢系統(tǒng)安裝目錄下的BAK文件里。
當(dāng)要還原數(shù)據(jù)庫時可以點擊 “請選擇備份文件”下拉框來選擇我們要備份文件的文件名,點擊數(shù)據(jù)庫還原就可還原數(shù)據(jù)庫。
水布埡電廠設(shè)備巡檢系統(tǒng)的應(yīng)用,減少了巡檢工作量,提高了巡檢到位率,有效避免了因巡檢疏漏所未發(fā)現(xiàn)的缺陷和故障。給電廠運行人員巡檢提供了一個無紙化巡檢平臺,當(dāng)巡檢結(jié)果上傳之后,運行管理人員可對上傳的巡檢數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行各種分析,進一步可生成各類圖表[12]。另外,清江流域整個局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺計算機都能以瀏覽Web網(wǎng)頁的形式登錄巡檢發(fā)布系統(tǒng)查詢、打印報表,實現(xiàn)了信息共享。
隨著巡檢系統(tǒng)在水布埡電廠一年多的穩(wěn)定運行,證明該系統(tǒng)能有效輔助巡檢人員完成巡檢任務(wù),并積累了一批寶貴的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),有利于設(shè)備的運行分析。
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