★李澤浩  北京亞控科技發(fā)展有限公司

關(guān)鍵詞：水電站；機組碳刷；工業(yè)軟件；信創(chuàng )；監控

1　項目概況

1.1　項目背景

白鶴灘超級世紀工程先后兩次在習近平總書(shū)記的重要講話(huà)上被提及。其通過(guò)近70年的努力打破了國外的壟斷，實(shí)現了高端裝備國產(chǎn)化自主可控的技術(shù)突破。舉國重器白鶴灘水電站建設的綜合技術(shù)難度是當今世界最高的，而且創(chuàng )造了單機容量100萬(wàn)千瓦世界第一、地下洞室群規模世界第一、300米級高拱壩抗震參數世界第一、無(wú)壓泄洪洞群規模世界第一等6個(gè)世界第一。

1.2　項目目標

亞控科技連續多年在國內SCADA監控市場(chǎng)位列第一。本工程項目由亞控合作伙伴華能水電基于KingSCADA4.0信創(chuàng )版二次開(kāi)發(fā)，該公司本著(zhù)科技創(chuàng )新振興民族工業(yè)的理念積極參與白鶴灘水電站的建設，實(shí)現了對機組碳刷采集監控的全棧國產(chǎn)替代。依托監控系統的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實(shí)現了高效遷移，為支撐企業(yè)未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻。

水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置智能監測系統解決方案實(shí)時(shí)采集熱成像儀的溫度和圖像、PLC控制系統監測數據以及各個(gè)傳感器通過(guò)信號集中器轉換的數據，并通過(guò)內部局域網(wǎng)將數據傳輸到中央監控系統的數據服務(wù)器，由服務(wù)器對數據進(jìn)行統一處理、統計以及診斷分析。在線(xiàn)監測計算機實(shí)現對發(fā)電機滑環(huán)裝置的智能在線(xiàn)監測。

1.3　應用場(chǎng)景

發(fā)電機滑環(huán)裝置是水電站發(fā)電機的關(guān)鍵部件之一，其不僅數量多且長(cháng)期處于磨損和高溫工作環(huán)境中。發(fā)電機的勵磁電流是通過(guò)碳刷、滑環(huán)輸送到勵磁繞組的。發(fā)電機在運轉中會(huì )產(chǎn)生震動(dòng)導致電刷和滑環(huán)瞬間產(chǎn)生電火花，火花強度超過(guò)一定限度時(shí)就會(huì )給發(fā)電機帶來(lái)?yè)p傷，嚴重時(shí)會(huì )引起滑環(huán)燒蝕、碳刷超溫燃燒、發(fā)電機停機等重大事故。因此，在運行過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監測碳刷的工況。

碳刷智能在線(xiàn)監測裝置可對碳刷的磨損程度、碳刷與滑環(huán)間的放電情況、碳刷溫度等反應工況的重要指標進(jìn)行在線(xiàn)監測，并可將這些工況數據和狀態(tài)實(shí)時(shí)采集進(jìn)行綜合分析以此準確表征碳刷的當前性能，以保障發(fā)電機正常運轉的安全。

2　平臺方案

2.1　平臺架構

平臺架構如圖1所示。

圖1 平臺架構圖

（1）設備層：包括熱成像儀、PLC控制器、信號集中器等。該層實(shí)時(shí)采集熱成像儀的溫度和圖像、PLC控制系統監測數據以及各個(gè)傳感器數據。

（2）采集通訊層：包括內部局域網(wǎng)、防火墻、網(wǎng)閘等。信號集中器將數據轉換后，通過(guò)內部局域網(wǎng)將數據傳輸到中央監控系統的數據服務(wù)器。

（3）監控業(yè)務(wù)層：包括數據服務(wù)器、在線(xiàn)監測服務(wù)器、PC等。數據服務(wù)器對數據進(jìn)行統一處理、統計以及診斷分析，在線(xiàn)監測計算機實(shí)現對發(fā)電機滑環(huán)裝置的智能在線(xiàn)監測。

2.2　平臺創(chuàng )新點(diǎn)

（1）KingSCADA4.0信創(chuàng )版適用于“全信創(chuàng )”工業(yè)控制系統的高端工業(yè)自動(dòng)化全組態(tài)監控軟件，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開(kāi)發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡(jiǎn)單、性能卓越等諸多優(yōu)點(diǎn)，完美支持與多種國產(chǎn)CPU、操作系統、PLC設備、數據庫聯(lián)合使用。

（2）實(shí)現了對水電站發(fā)電機組的全面在線(xiàn)監測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現了軟件平臺系統的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩定可靠運行。

2.3　核心優(yōu)勢

2.3.1　平臺功能

（1）工程開(kāi)發(fā)包含變量信息、采集配置、報警配置、存儲配置、腳本計算、視頻配置、頁(yè)面內容等修改熱部署（即部署即生效，無(wú)需重啟服務(wù)程序）。

（2）可與數據采集軟件進(jìn)行數據交互，支持快速添加采集應用和采集軟件中的變量分組及變量信息。

（3）報警配置針對常規限值、偏差、離散型、變化率報警，系統需提供內置功能，支持開(kāi)發(fā)態(tài)在線(xiàn)配置與excel表格導入導出兩種報警配置方式，支持自定義報警判斷、報警確認、報警刪除邏輯。

（4）可與達夢(mèng)、人大金倉、MySQL、PostgreSQL、SQLserver等數據庫交互，將報警、操作事件等信息存儲數據庫中。

（5）頁(yè)面編輯器集成了easyUI組件，包含水平布局、垂直布局、表單布局、?？坎季?、手風(fēng)琴布局、選項卡布局等多種布局容器；集成echarts圖表，可自定義樣式，可綁定鼠標事件。

（6）頁(yè)面中可添加2D工藝圖，可繪制直線(xiàn)、曲線(xiàn)、矩形、橢圓、扇形、多邊形等多種圖形單元，支持配置動(dòng)畫(huà)鏈接，支持圖形單元的收藏與復用。

（7）可通過(guò)腳本方式進(jìn)行服務(wù)端數據的邏輯計算與處理，支持如下多種類(lèi)型的后臺腳本：

·系統啟動(dòng)與關(guān)閉時(shí)自動(dòng)執行；

·按照不同的時(shí)間周期執行；

·參數發(fā)生變化時(shí)可觸發(fā)執行；

·按照條件的存續狀態(tài)觸發(fā)執行；

·自定義腳本執行。

2.3.2　平臺性能

2.3.2.1　自主程度方面

平臺系統功能完善，實(shí)現了對水電站發(fā)電機組的全面在線(xiàn)監測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現了軟件平臺系統的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩定可靠運行。平臺服務(wù)器硬件規格更高，響應速度更快；操作系統可用性、可維護性更好。平臺構建了基于可信安全架構的信息安全技術(shù)的安全防御體系，滿(mǎn)足信息安全等級保護2.0三級要求，安全等級提升。平臺系統基于KingSCADA4.0信創(chuàng )版二次開(kāi)發(fā)，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開(kāi)發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡(jiǎn)單、性能卓越等諸多優(yōu)點(diǎn)，完美支持與多種國產(chǎn)CPU、操作系統、PLC設備聯(lián)合使用，具有自主研發(fā)、安全可控、穩定可靠等特性，致力于保障國家公共安全和工業(yè)及信息化安全，運行可靠，具有極強的可移植和可擴展性。

2.3.2.2　可靠性

（1）服務(wù)異常退出可自動(dòng)重啟服務(wù)。

（2）軟件服務(wù)異?；蛲ㄓ嵵袛鄷r(shí)，進(jìn)行異常提示。

（3）軟件在發(fā)生系統服務(wù)崩潰、服務(wù)器斷電、服務(wù)程序異常退出時(shí)，能保證數據文件完整有效。

2.3.2.3　安全性

（1）可通過(guò)https進(jìn)行加密的通訊訪(fǎng)問(wèn)。

（2）軟件可進(jìn)行分級授權功能，管理員用戶(hù)可為用戶(hù)配置不同的管理角色，可按照時(shí)間段配置授權，過(guò)期后權限自動(dòng)回收；授權變更有日志記錄。

2.3.2.4　易用性

（1）可多人協(xié)同開(kāi)發(fā)同一個(gè)工程，不需進(jìn)行工程合并。

（2）具有在線(xiàn)幫助文檔，便于開(kāi)發(fā)流程學(xué)習、問(wèn)題定位。

2.3.2.5　可移植性

頁(yè)面、圖形模型的導出/導入支持json格式文件，可實(shí)現快速復用；支持工程的快速遷移與替換。

3　應用效果

本次項目對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置智能監測系統軟硬件進(jìn)行了研究。本項目采集碳粉吸收裝置風(fēng)機轉速、風(fēng)壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環(huán)境溫度、濕度等數據，對各類(lèi)傳感器進(jìn)行集成優(yōu)化，實(shí)現在線(xiàn)監測、趨勢分析、故障智能診斷，并在左右岸各安裝1套發(fā)電機組滑環(huán)裝置智能監測系統。該項目基于KingSCADA4.0信創(chuàng )版二次開(kāi)發(fā)，可實(shí)現功能如下：

（1）完成基于Linux系統的在線(xiàn)監測系統開(kāi)發(fā)及優(yōu)化，解決網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題。

（2）采集碳粉吸收裝置風(fēng)機轉速、風(fēng)壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量，環(huán)境溫度、濕度等數據，對各類(lèi)傳感器進(jìn)行集成優(yōu)化，實(shí)現在線(xiàn)監測、趨勢分析、故障智能診斷。

（3）解決無(wú)線(xiàn)數據傳輸丟失和錯誤問(wèn)題，提升智能監測系統的運行可靠性。

4　推廣價(jià)值

4.1　推廣價(jià)值

本項目工程投入以后，在降低設備維護成本、減少故障次數等方面優(yōu)勢明顯，在安全范圍內達到國際先進(jìn)水平。該項目運行在全信創(chuàng )化的運行環(huán)境，不依托任何國際技術(shù)，在水電站大型裝備系統在線(xiàn)安全監測、趨勢預判和智能診斷方面具有非常好的推廣價(jià)值。

4.2　示范意義

亞控科技助力白鶴灘水電站碳刷實(shí)現了采集監控的全棧國產(chǎn)替代。在現狀分析與需求調研方面，該公司確定由產(chǎn)品、研發(fā)與交付的同事?tīng)款^，梳理產(chǎn)品及行業(yè)所需替代的如德國talvent、pvss等對標產(chǎn)品與技術(shù)特性。對如SCADA、數據庫等產(chǎn)品尋找國內替代廠(chǎng)商進(jìn)行的調研與技術(shù)交流，確定可替代方案，后期擇機開(kāi)展兼容適配。依托監控系統的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實(shí)現了高效遷移。

4.3　經(jīng)濟效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創(chuàng )版針對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置開(kāi)發(fā)的智能監測系統，實(shí)現了對機組碳刷采集監控的全棧國產(chǎn)替代，方案將平臺效率提升了10%～30%，并降低了IT投資和運維成本，有效提高了整體運營(yíng)效率，為支撐企業(yè)未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻。

4.4　社會(huì )效益

亞控科技基于KingSCADA4.0信創(chuàng )版針對白鶴灘水電站發(fā)電機滑環(huán)裝置開(kāi)發(fā)的智能監測系統，可采集風(fēng)機轉速、風(fēng)壓，滑環(huán)裝置碳刷溫度、電流、磨損量、環(huán)境溫度、濕度等數據，可對設備進(jìn)行在線(xiàn)監測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現了軟件平臺系統的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機組穩定可靠運行。

作者簡(jiǎn)介

李澤浩（1999-），男，黑龍江大慶人，學(xué)士，現就職于北京亞控科技發(fā)展有限公司，主要從事工業(yè)軟件、智能制造等方面的研究。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2025年1月刊