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★李澤浩  北京亞控科技發(fā)展有限公司

關(guān)鍵詞：水電站；機(jī)組碳刷；工業(yè)軟件；信創(chuàng)；監(jiān)控

1　項(xiàng)目概況

1.1　項(xiàng)目背景

白鶴灘超級世紀(jì)工程先后兩次在習(xí)近平總書記的重要講話上被提及。其通過近70年的努力打破了國外的壟斷，實(shí)現(xiàn)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(shè)的綜合技術(shù)難度是當(dāng)今世界最高的，而且創(chuàng)造了單機(jī)容量100萬千瓦世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一、300米級高拱壩抗震參數(shù)世界第一、無壓泄洪洞群規(guī)模世界第一等6個(gè)世界第一。

1.2　項(xiàng)目目標(biāo)

亞控科技連續(xù)多年在國內(nèi)SCADA監(jiān)控市場位列第一。本工程項(xiàng)目由亞控合作伙伴華能水電基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，該公司本著科技創(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(shè)，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)組碳刷采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代。依托監(jiān)控系統(tǒng)的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實(shí)現(xiàn)了高效遷移，為支撐企業(yè)未來業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

水電站發(fā)電機(jī)滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及各個(gè)傳感器通過信號集中器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，并通過內(nèi)部局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理、統(tǒng)計(jì)以及診斷分析。在線監(jiān)測計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)滑環(huán)裝置的智能在線監(jiān)測。

1.3　應(yīng)用場景

發(fā)電機(jī)滑環(huán)裝置是水電站發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其不僅數(shù)量多且長期處于磨損和高溫工作環(huán)境中。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流是通過碳刷、滑環(huán)輸送到勵(lì)磁繞組的。發(fā)電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)導(dǎo)致電刷和滑環(huán)瞬間產(chǎn)生電火花，火花強(qiáng)度超過一定限度時(shí)就會(huì)給發(fā)電機(jī)帶來損傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起滑環(huán)燒蝕、碳刷超溫燃燒、發(fā)電機(jī)停機(jī)等重大事故。因此，在運(yùn)行過程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測碳刷的工況。

碳刷智能在線監(jiān)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(yīng)工況的重要指標(biāo)進(jìn)行在線監(jiān)測，并可將這些工況數(shù)據(jù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)采集進(jìn)行綜合分析以此準(zhǔn)確表征碳刷的當(dāng)前性能，以保障發(fā)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的安全。

2　平臺(tái)方案

2.1　平臺(tái)架構(gòu)

平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)架構(gòu)圖

（1）設(shè)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(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)。

（2）采集通訊層：包括內(nèi)部局域網(wǎng)、防火墻、網(wǎng)閘等。信號集中器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，通過內(nèi)部局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（3）監(jiān)控業(yè)務(wù)層：包括數(shù)據(jù)服務(wù)器、在線監(jiān)測服務(wù)器、PC等。數(shù)據(jù)服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理、統(tǒng)計(jì)以及診斷分析，在線監(jiān)測計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)滑環(huán)裝置的智能在線監(jiān)測。

2.2　平臺(tái)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(tǒng)的高端工業(yè)自動(dòng)化全組態(tài)監(jiān)控軟件，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡單、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(tǒng)、PLC設(shè)備、數(shù)據(jù)庫聯(lián)合使用。

（2）實(shí)現(xiàn)了對水電站發(fā)電機(jī)組的全面在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現(xiàn)了軟件平臺(tái)系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2.3　核心優(yōu)勢

2.3.1　平臺(tái)功能

（1）工程開發(fā)包含變量信息、采集配置、報(bào)警配置、存儲(chǔ)配置、腳本計(jì)算、視頻配置、頁面內(nèi)容等修改熱部署（即部署即生效，無需重啟服務(wù)程序）。

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

（3）報(bào)警配置針對常規(guī)限值、偏差、離散型、變化率報(bào)警，系統(tǒng)需提供內(nèi)置功能，支持開發(fā)態(tài)在線配置與excel表格導(dǎo)入導(dǎo)出兩種報(bào)警配置方式，支持自定義報(bào)警判斷、報(bào)警確認(rèn)、報(bào)警刪除邏輯。

（4）可與達(dá)夢、人大金倉、MySQL、PostgreSQL、SQLserver等數(shù)據(jù)庫交互，將報(bào)警、操作事件等信息存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫中。

（5）頁面編輯器集成了easyUI組件，包含水平布局、垂直布局、表單布局、停靠布局、手風(fēng)琴布局、選項(xiàng)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(biāo)事件。

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

（7）可通過腳本方式進(jìn)行服務(wù)端數(shù)據(jù)的邏輯計(jì)算與處理，支持如下多種類型的后臺(tái)腳本：

·系統(tǒng)啟動(dòng)與關(guān)閉時(shí)自動(dòng)執(zhí)行；

·按照不同的時(shí)間周期執(zhí)行；

·參數(shù)發(fā)生變化時(shí)可觸發(fā)執(zhí)行；

·按照條件的存續(xù)狀態(tài)觸發(fā)執(zhí)行；

·自定義腳本執(zhí)行。

2.3.2　平臺(tái)性能

2.3.2.1　自主程度方面

平臺(tái)系統(tǒng)功能完善，實(shí)現(xiàn)了對水電站發(fā)電機(jī)組的全面在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現(xiàn)了軟件平臺(tái)系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行。平臺(tái)服務(wù)器硬件規(guī)格更高，響應(yīng)速度更快；操作系統(tǒng)可用性、可維護(hù)性更好。平臺(tái)構(gòu)建了基于可信安全架構(gòu)的信息安全技術(shù)的安全防御體系，滿足信息安全等級保護(hù)2.0三級要求，安全等級提升。平臺(tái)系統(tǒng)基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，其具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品特性以及模塊化開發(fā)、可視化操作、分布式部署、操作簡單、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(tǒng)、PLC設(shè)備聯(lián)合使用，具有自主研發(fā)、安全可控、穩(wěn)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(yùn)行可靠，具有極強(qiáng)的可移植和可擴(kuò)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)異常或通訊中斷時(shí)，進(jìn)行異常提示。

（3）軟件在發(fā)生系統(tǒng)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(shù)據(jù)文件完整有效。

2.3.2.3　安全性

（1）可通過https進(jìn)行加密的通訊訪問。

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

2.3.2.4　易用性

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

（2）具有在線幫助文檔，便于開發(fā)流程學(xué)習(xí)、問題定位。

2.3.2.5　可移植性

頁面、圖形模型的導(dǎo)出/導(dǎo)入支持json格式文件，可實(shí)現(xiàn)快速復(fù)用；支持工程的快速遷移與替換。

3　應(yīng)用效果

本次項(xiàng)目對白鶴灘水電站發(fā)電機(jī)滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行了研究。本項(xiàng)目采集碳粉吸收裝置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，對各類傳感器進(jìn)行集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)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(jī)組滑環(huán)裝置智能監(jiān)測系統(tǒng)。該項(xiàng)目基于KingSCADA4.0信創(chuàng)版二次開發(fā)，可實(shí)現(xiàn)功能如下：

（1）完成基于Linux系統(tǒng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及優(yōu)化，解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。

（2）采集碳粉吸收裝置風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，對各類傳感器進(jìn)行集成優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷。

（3）解決無線數(shù)據(jù)傳輸丟失和錯(cuò)誤問題，提升智能監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

4　推廣價(jià)值

4.1　推廣價(jià)值

本項(xiàng)目工程投入以后，在降低設(shè)備維護(hù)成本、減少故障次數(shù)等方面優(yōu)勢明顯，在安全范圍內(nèi)達(dá)到國際先進(jìn)水平。該項(xiàng)目運(yùn)行在全信創(chuàng)化的運(yùn)行環(huán)境，不依托任何國際技術(shù)，在水電站大型裝備系統(tǒng)在線安全監(jiān)測、趨勢預(yù)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(xiàn)了采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代。在現(xiàn)狀分析與需求調(diào)研方面，該公司確定由產(chǎn)品、研發(fā)與交付的同事牽頭，梳理產(chǎn)品及行業(yè)所需替代的如德國talvent、pvss等對標(biāo)產(chǎn)品與技術(shù)特性。對如SCADA、數(shù)據(jù)庫等產(chǎn)品尋找國內(nèi)替代廠商進(jìn)行的調(diào)研與技術(shù)交流，確定可替代方案，后期擇機(jī)開展兼容適配。依托監(jiān)控系統(tǒng)的高性能及高兼容度，新的全棧體系化替代方案實(shí)現(xiàn)了高效遷移。

4.3　經(jīng)濟(jì)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(jī)滑環(huán)裝置開發(fā)的智能監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對機(jī)組碳刷采集監(jiān)控的全棧國產(chǎn)替代，方案將平臺(tái)效率提升了10%～30%，并降低了IT投資和運(yùn)維成本，有效提高了整體運(yùn)營效率，為支撐企業(yè)未來業(yè)務(wù)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

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(jī)滑環(huán)裝置開發(fā)的智能監(jiān)測系統(tǒng)，可采集風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，可對設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測、趨勢分析、故障智能診斷，實(shí)現(xiàn)了軟件平臺(tái)系統(tǒng)的自主、安全和可控，保障了發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

作者簡介

李澤浩（1999-），男，黑龍江大慶人，學(xué)士，現(xiàn)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。

參考文獻(xiàn)：

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摘自《自動(dòng)化博覽》2025年1月刊