热电厂故障检测与诊断系统设计

　　摘　要：针对马钢热电厂生产情况，本文所设计的整体故障检测与诊断系统，可快速地判断故障点并作出及时的处理，以保证设备高效运行及全面地安排检修计划。
    关键词：故障诊断　数据采集　状态监测

0　引　言
　　国内外汽轮发电机组多数运用分散型控制系统DCS，只在发电厂的局部采用状态监测与控制技术，而没有对发电厂的整体采用故障检测与诊断技术。本设计针对马钢热电厂汽轮发电机组和其它设备的综合状况，进行数据采集、状态监测、故障诊断、专家系统的知识获取与学习，以及设备的维修咨询为一体的多任务信息处理系统。本文主要介绍马钢热电厂的故障检测与诊断系统的总体结构及各子系统的分布设计情况。
1　故障检测与诊断系统功能简介
　　马钢热电厂的故障检测与诊断系统的总体结构如图1所示，厂部计算机服务器通过厂内的局域网络同各部分的工控计算机相联（同时可与上层的公司网络连接），各部分的工控计算机作为子系统与不同的物理量传感器连接。具体设计内容如下：

　（1）厂部计算机服务器设有综合全厂设备的故障诊断的专家系统，可根据各部分子系统的工控计算机故障诊断信息作出综合的故障诊断。所设计的专家系统自动进行知识获取与学习，用于完成征兆获取、知识的获取（包括规则的获取和事例的获取），根据新旧故障处理的情况和操作者处理的经验，不断地增加和更新处理故障诊断的能力，提示故障的特点及发展趋势，警示故障的危害和处理建议，咨询后安排出适时检修的计划建议供用户参考。厂部计算机服务器可设有多个终端监视器、打印机等外设，打印机可处于等待状态，一旦有了报警就将报警文件打印输出。厂部计算机服务器还可与上层的公司网络联网。
　　（2）汽轮机的工作状况是发电机组的核心，一般分散型控制系统仅着重对汽轮机进行控制设计。而汽轮机工控机的子系统则根据传感器测得的机壳膨胀量、膨差量、轴向位移量、阀门开启量、蒸汽流量、轴瓦温度量、汽轮机转速量信号，进行汽轮机部分的故障诊断。
　　（3）同步发电机处的工控计算机子系统负责将传感器测得的三相电流量、电压量、频率量、机座和轴承的振动量、绕组温度和绝缘老化信息、励磁机的电流电压量进行发电机的状态检测和故障诊断。
　　（4）发配电工控机的子系统主要进行主送变压器、厂用变压器、发配电母线上设备和外电网的三相电流量、电压量、频率量、温度量、各开关动作状态及变压器的工作状态的数据采集，状态检测及故障诊断。
　　（5）水处理工控机的子系统则根据传感器测得的阳床、阴床、混床及有关中间水箱和再生水水箱的PH酸碱度、存储量、工作泵流量和脱碳器工作信息，进行数据采集，状态检测及故障诊断。
　　（6）燃气、燃煤锅炉的工控机则根据传感器测得的煤气压力、煤仓储存量、煤气泄露量、炉膛负压量、汽包水位及压力、主汽流量、给水量、炉门及观察口温度、除尘器和烟囱排烟温度等工作信息，进行数据采集，状态检测及故障诊断。
　　上述各部分工控计算机的子系统在进行局部的状态检测及故障诊断的同时，也向上位机发送各量信息及局部故障诊断结果，并接受上位机传来的专家系统故障诊断指令。
2　系统硬件结构
    系统硬件结构如图2所示。

　　中央控制站是故障监控、故障诊断和综合数据处理的主要机构，通过它可以完成故障诊断软件和管理软件的组态工作；同时在正常生产中，完成各种生产过程流程显示、历史趋势显示、参数显示、报警以及各种报表的打印等管理功能。系统在中文Windows界面下操作，采用多级菜单、图表形式，操作十分方便。现场工业控制机选用IPC－610工业控制微机系统作为主机，各工控机之间由通用PCL743接口卡完成整个网络的通讯协调与控制功能，PCL743内插各工控机主机内，是中央控制站与各子站进行数据交流、参数修正、调度指令传达的桥梁与纽带。通讯系统充分的隔离保护增加了系统的可靠性，每个站具有2个RS422接口，通信缓冲区；128KRAM；速率：50 56K波特率，通信距离长达1230m，当某子站工控机发生故障时，其他系统仍能保持正常工作。
3　系统软件结构
　　GENESIS是第一个用于IBM个人计算机和兼容系统的，以图形为基础的监控软件，它可以用图形方式来生成、模拟和执行实时的数据采集和监控方案，其软件系统结构为：

　　根据实际要求，厂部总站与车间分站分别安装了一套GEN－6－SC和五套GEN－1－SC，按工艺流程和现场不同类型的数据进行模块设置和分级组态，通过I／O组态菜单定义相应的I／O设备，利用图形的布置来决定逻辑信号的走向，每一模块都有一份相应的组态菜单，根据模块在监测方案中的作用而定义菜单中各参数、数值和模块之间的连接，整个系统实现了工艺流程的实时动态显示；实时多笔趋势显示；报警和操作事件的自动打印；历史数据在线的表格式和图形式重放等多种功能。
4　本系统的软、硬件的特点
　　（1）各信息量摄取的传感器选择和合理设定能准确反映状态检测与故障诊断系统的信息来源。传感器主要包括：测量振动的电涡流位移传感器、速度传感器、加速度传感器、测量机壳膨胀、膨差的伸缩压敏传感器；测量电流、电压的高精度电流、电压互感器，测量同步发电转子绕组温度的红外传感器，测量定子绕组老化程度的气敏传感器，还有测量阀位、温度、压力、流量、酸碱度等传感器。
　　（2）数据信号的抗干扰过滤及预处理采用FFT谱分析与校正、数字滤波。也可以对采集的数据进行二次处理，如主要特征的抽取，数据压缩。
　　（3）整个故障诊断的子系统均可独立完成各部分的在线实时状态检测任务，具备数据记录和存储功能，并建立各种数据库文件。数据的采集方式可实现等时间或等空间采样，采集好的数据在监视及子系统上显示，并隔五秒刷新一次。显示方式采用了模拟显示和数字显示相结合的形式，并通过绿、黄、红三种颜色给出了正常、异常和危险指示。
　　（4）信号的分析是对发电厂的状态检测与故障诊断的重要手段，可以对采集的实时数据进行分析与处理，并以数据或图形的方式给出分析的结果。信号的分析主要包括动态数据分析和趋势分析；对电机启动、停转过程中的信号分析和显示（包括转速时间曲线、波特图、三维频谱图以及各种参数随转速的变化图），对发电机等设备的长期运行中各种状态和经过分析处理后的数据综合进行趋势分析，作出趋势图，得到故障征兆预期性告示。
　　（5）在故障诊断方法上设有多种推理机制，设计系统采用了基于框架、基于规则和基于事例的知识性组合与推理，并提供了不确定性推理、模糊推理，从而增强了系统解决问题的能力。
5　结　论
　　系统设有故障诊断的诊断咨询专家系统。根据汽轮发电机等设备的故障特点，针对常易出现的故障，分别提供了专家的维修和处理经验，以便在故障诊断中提供维修和处理的报告。此外，还提供了人机对话的窗口，完全对用户开放，便于用户不断输入专家及技术人员在这方面的经验，使得以后的故障诊断功能越来越完善。