王貴海 羅中 芮立雪

摘要：數(shù)字孿生設(shè)備健康診斷平臺基于數(shù)字孿生、三維可視化、物聯(lián)網(wǎng)、設(shè)備運行機理等技術(shù)融合應(yīng)用的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測模塊，通過對重要設(shè)備全量數(shù)據(jù)的感知，從而輔助設(shè)備管理人員實現(xiàn)基于設(shè)備運行全量數(shù)據(jù)的健康評估，是智慧電廠應(yīng)用的深度體現(xiàn)。基于此，本文對其設(shè)計展開了詳細探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；智慧電廠；平臺設(shè)計

DOI：10.12433/zgkjtz.20241319

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備可靠性評估是電廠機組安全生產(chǎn)的重要保障，因此，在設(shè)備的全壽命周期中，通過對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控及狀態(tài)評估來實現(xiàn)機組可靠性和經(jīng)濟性的優(yōu)化平衡，對電廠的生產(chǎn)經(jīng)營具有重要意義。近年來，隨著智能電廠建設(shè)越來越廣泛，以數(shù)字孿生技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)評估為核心的設(shè)備管理在我國發(fā)電行業(yè)得到了積極推廣。

一、總體結(jié)構(gòu)和模塊外部設(shè)計

平臺架構(gòu)采用低耦合的B/S開發(fā)架構(gòu)，采用二三維交互、前后端分離、模塊化設(shè)計方式。無需在固定環(huán)境安裝客戶端，直接通過瀏覽器網(wǎng)頁端或移動端登錄，避免了采用C/S模式所帶來的安裝繁瑣和對硬件性能的嚴苛要求。平臺架構(gòu)如圖1。

二、主要功能及技術(shù)特點

（一）駕駛艙

通過多維圖表展示設(shè)備健康狀況及預(yù)警情況，可幫助管理人員快速了解電廠設(shè)備情況，包括重大預(yù)警列表、未解決預(yù)警列表、未檢修列表、健康設(shè)備占比、電廠整體設(shè)備健康評估等信息。

（二）模型中心

模型中心列出系統(tǒng)中所有的模型文件信息?？蓪θS模型進行管理，可進行模型上傳、下載、修改信息等操作。

查詢：可以通過選擇模型類型、選擇/輸入模型名稱、上傳時間查詢對應(yīng)三維模型。

上傳：上傳三維模型及模型信息，包括模型名冊、縮略圖、模型類型、版本等信息。

刪除：輸入正確操作密碼可刪除對應(yīng)模型。

（三）數(shù)據(jù)采集

將機組DCS系統(tǒng)或者已有的SIS系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進行接入，并對采集到的數(shù)據(jù)進行校驗，可根據(jù)機組名稱進行查詢。

（四）設(shè)備實時監(jiān)控

基于三維模型進行測點信息展示，可根據(jù)選擇機組、設(shè)備類型、選擇/輸入設(shè)備名稱查詢對應(yīng)設(shè)備，點擊設(shè)備測點按鈕可查看實時測點數(shù)據(jù)。

當設(shè)備有預(yù)警時，該設(shè)備將在機組設(shè)備畫面中呈現(xiàn)紅色閃爍，提醒相關(guān)人員進行關(guān)注和檢查。

（五）模型詳情

可查看模型相關(guān)信息。

操作：三維模型瀏覽器提供常用的基本操作，主要包含點平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、點選、隱藏/顯示。

平移：鼠標中鍵平移模型。

旋轉(zhuǎn)：鼠標左鍵旋轉(zhuǎn)，單擊修改錨點（旋轉(zhuǎn)中心點），右鍵默認旋轉(zhuǎn)。

縮放：中鍵滾輪滾動放大或縮小模型。

點選：點擊點選按鈕，左鍵切換為點擊模型對象。

隱藏：左鍵點擊對象后，點擊隱藏按鈕則當前對象被隱藏，一般模型存在遮擋物影響查看時，可使用此功能。

顯示上一個：點擊按鈕，逐個恢復(fù)被隱藏的對象。

顯示全部：點擊按鈕，恢復(fù)全部被隱藏的對象。

查看信息：展開模型樹列表，可以查看模型對象信息，包括屬性、關(guān)聯(lián)位號、上下級。點擊關(guān)聯(lián)文檔，可以查看有關(guān)聯(lián)的圖紙資料，并實現(xiàn)二三維聯(lián)動，系統(tǒng)圖中帶KKS編碼，則會自動居中。

用戶通過模型文件進行資產(chǎn)對象快速檢索、定位和查閱相關(guān)信息，結(jié)合實地快速解決問題。模型文件同時也可以模擬項目工程施工進度情況，在接入第三方系統(tǒng)進行集成時，會有更廣泛的應(yīng)用。

（六）設(shè)備信息庫

設(shè)備信息庫是設(shè)備管理的基礎(chǔ)，可對設(shè)備信息、文件進行管理，并可自動解析文件，自動與三維模型進行關(guān)聯(lián)，可支持模型中心點擊模型部件查看。

查詢：可根據(jù)選擇機組、設(shè)備類型、選擇/輸入設(shè)備名稱查詢對應(yīng)設(shè)備信息。

增加：可增加設(shè)備及設(shè)備信息、文件，包括全廠設(shè)備全生命周期的規(guī)格型號、設(shè)備圖紙、說明書、運行檢修規(guī)程、行業(yè)標準、檢修記錄（包含技改記錄）、備品備件等相關(guān)信息，支持對設(shè)備投運前信息、運行信息、檢修試驗信息、運行環(huán)境信息、家族缺陷信息等進行全方位收集和展示。

編輯：對設(shè)備及設(shè)備信息、文件進行修改。

刪除：輸入操作密碼可刪除對應(yīng)設(shè)備信息。

（七）設(shè)備故障庫

設(shè)備故障庫以設(shè)備的實時數(shù)據(jù)和標準算法為基礎(chǔ)，搭建結(jié)合電廠各專業(yè)工程師設(shè)備故障經(jīng)驗，實現(xiàn)電廠每一臺設(shè)備建立獨立的故障庫。

查詢：可以通過機組、區(qū)域以及設(shè)備類型等進行分類形成設(shè)備列表，方便用戶找尋所需信息；同時支持設(shè)備名稱的模糊查詢，以及按照專業(yè)檢索相關(guān)的信息。

增加：針對設(shè)備不同故障類型增加故障經(jīng)驗。

刪除：輸入操作密碼可刪除對應(yīng)設(shè)備信息。

編輯：對故障經(jīng)驗進行修改。

（八）設(shè)備預(yù)警

故障庫平臺中實時數(shù)據(jù)滿足故障庫設(shè)置條件時，平臺將在預(yù)警模塊中將故障信息進行展示，信息內(nèi)容包括預(yù)警時間、機組、設(shè)備名稱、預(yù)警名稱、預(yù)警類型等相關(guān)信息，同時支持在線完成業(yè)務(wù)流程操作，實現(xiàn)預(yù)警功能的閉環(huán)管理；同時平臺可通過機組或者類型實現(xiàn)預(yù)警數(shù)量的統(tǒng)計，并通過圖形的方式進行展示。

當設(shè)備有預(yù)警時，該設(shè)備將在機組設(shè)備畫面中呈現(xiàn)紅色閃爍，提醒相關(guān)人員進行關(guān)注和檢查。

（九）專家診斷庫

對故障預(yù)警信息相關(guān)檢修內(nèi)容的預(yù)設(shè)，當預(yù)警發(fā)生時系統(tǒng)可自動彈出對應(yīng)設(shè)備檢修信息，幫助檢修人員高效快捷地完成相關(guān)檢修任務(wù)。

查詢：可以通過選擇故障類型、故障時間、設(shè)備類型、選擇/輸入設(shè)備名稱，查詢對應(yīng)專家診斷信息。

增加：對故障預(yù)警增加指導(dǎo)檢修內(nèi)容，包括工作票、所需工器具及消耗品、工作風(fēng)險及預(yù)防措施、檢修方案以及所需人員和預(yù)計工期等。

刪除：輸入操作密碼可刪除對應(yīng)專家指導(dǎo)信息。

編輯：對指導(dǎo)內(nèi)容進行修改。

（十）設(shè)備檢修管理

設(shè)備檢修管理可對檢修信息進行增刪改查操作。

查詢：可以通過選擇設(shè)備類型、檢修時間、選擇/輸入設(shè)備名稱，查詢對應(yīng)檢修信息。

檢修詳情：可查看設(shè)備檢修詳情，包括工作票、所需工器具及消耗品、工作風(fēng)險及預(yù)防措施、檢修方案以及所需人員和預(yù)計工期等信息。

刪除：輸入操作密碼可刪除對應(yīng)檢修信息。

編輯：可對檢修信息進行修改。

三、接口設(shè)計

（一）接口設(shè)計原則

使用簡單、快捷，通用性好，可靠性強；

充分考慮接口所涉及的各個系統(tǒng)的應(yīng)用擴展情況，能靈活地支撐需求變化；

保證接口數(shù)據(jù)在接口所涉及的各個系統(tǒng)間的一致性；

接口數(shù)據(jù)能夠自動導(dǎo)出和導(dǎo)入。

（二）外部接口

對外接口設(shè)計是確保不同系統(tǒng)或應(yīng)用之間能夠進行有效數(shù)據(jù)交互和通信的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

對外接口包括從DCS、SIS系統(tǒng)等獲取數(shù)據(jù)，接口設(shè)計原則包括：

接口需求分析：在開始設(shè)計接口之前，首先要明確接口的需求，包括輸入輸出格式、參數(shù)、異常處理等。這有助于確保接口的功能性和可用性。

接口標準化：采用標準的接口規(guī)范，例如RESTful API或SOAP等，以實現(xiàn)跨平臺的數(shù)據(jù)交互。這有助于提高接口的兼容性和可擴展性。

接口安全性：確保接口的安全性，例如，進行身份驗證和訪問權(quán)限控制，以免未經(jīng)授權(quán)的訪問和數(shù)據(jù)泄露。同時，應(yīng)考慮加密傳輸數(shù)據(jù)，以增強數(shù)據(jù)的安全性。

接口文檔：提供詳細的接口文檔，以幫助使用方了解和掌握接口的使用方法、參數(shù)、返回值等。這有助于提高接口的易用性和可維護性。

接口性能優(yōu)化：通過優(yōu)化接口性能，例如，采用緩存技術(shù)、負載均衡等措施，以提高接口的響應(yīng)速度和并發(fā)能力。同時，應(yīng)定期監(jiān)控接口的性能指標，及時發(fā)現(xiàn)和解決問題。

接口擴展性：在設(shè)計接口時，要考慮到未來的擴展需求，例如，添加新的參數(shù)、功能等。這有助于保持接口的可擴展性和靈活性。

接口穩(wěn)定性：確保接口的穩(wěn)定性，例如，采取容錯機制、備份方案等措施，以保證接口的可用性和可靠性。同時，應(yīng)定期對接口進行測試，以確保其功能正常、性能達標。

對外接口設(shè)計通過標準化、文檔化、優(yōu)化和測試等方面的努力，可以打造高效、可靠的對外接口，為不同系統(tǒng)或應(yīng)用之間的交互和通信提供有力支持。

（三）內(nèi)部接口

內(nèi)部接口設(shè)計主要指系統(tǒng)內(nèi)部各模塊之間的交互和通信方式。在軟件工程中，內(nèi)部接口設(shè)計是實現(xiàn)軟件模塊化、提高軟件可維護性和可重用性的關(guān)鍵。內(nèi)部接口設(shè)計需要考慮到模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸、函數(shù)調(diào)用、事件觸發(fā)等交互方式。

定義明確的接口規(guī)范：制定接口的訪問級別、參數(shù)要求、返回值等規(guī)范，使得各模塊之間的交互有章可循。

采用標準化的接口：采用業(yè)界標準的接口，如RESTful API、SOAP等，可以提高軟件的可重用性和易用性。

接口參數(shù)校驗：對傳遞的參數(shù)進行校驗，確保數(shù)據(jù)的有效性和安全性。

接口文檔編寫：編寫接口文檔，詳細說明接口的用途、參數(shù)、返回值等信息，方便開發(fā)人員使用和維護。

接口測試：對接口進行測試，確保接口的穩(wěn)定性和可靠性。

內(nèi)部接口設(shè)計是軟件開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)，需要考慮到軟件的模塊化、可維護性、可重用性和可擴展性等因素，以提高軟件的整體質(zhì)量和性能。

四、結(jié)語

總之，數(shù)字孿生技術(shù)憑借自身多項優(yōu)勢，能夠?qū)﹄娏Ξa(chǎn)業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化發(fā)展起到有力推動作用。將其應(yīng)用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及設(shè)備可靠性評估等方面，能夠讓設(shè)備運行的可靠性和經(jīng)濟性得到顯著提升，并降低總體經(jīng)營成本。通過結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)以及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等手段，能夠進一步提高電廠生產(chǎn)效率。

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