智慧电厂背景下设备巡检系统的设计与实现

王红妮，周宏斌，张泽巍，周鹏飞，张传昀

（1.华电青岛发电有限公司，山东青岛 266031；2.华电淄博热电有限公司，山东淄博 255000；3.普天信息技术有限公司，北京 100080）

0 引言

在“中国制造2025”国家战略背景下，随着“两化融合”进程的快速推动，火电企业智慧化建设意义重大。智慧电厂（Smart Power Plant）作为一种新兴理念，融合互联网、人工智能、大数据分析等技术，对电厂设备运行数据进行采集和挖掘，实现电厂的智能化生产运营。电厂设备主要包含发电机、燃煤机、磨煤机、汽轮机、锅炉设备和水泵设备等，设备运行环境恶劣复杂，设备之间的关联耦合性较强，需要实时关注设备的运行状态和异常情况。电厂设备巡检主要是掌控设备运行状况，及时发现隐患并进行检修维护。传统人工巡检方式不仅消耗大量的人力、物力，而且巡检效果不佳，巡检设备巡检任务单一，无法实现数据的实时传输，难以确保电厂设备安全运行。在互联网技术和计算机技术推动下，电厂设备智能巡检系统应运而生，有效利用网络通信以及计算机系统对电厂设备进行动态监控，实现了电厂智能化管理。下面在智慧电厂背景下，分析设备巡检系统的设计与实现过程。

1 电厂设备巡检发展评价

电力行业是国家经济发展的支柱型产业，电力设施的发展不但可以加快社会发展步伐，还可以改善人们生活用电质量。随着电厂数量和规模的不断升级，电力信息化程度越来越高。在电厂设备管理方面，自动化水平将直接影响设备运行的安全性和可靠性，其中设备巡检是提升自动化管理水平过程中的重要环节。以往的设备巡检主要依靠人工进行，巡检工作通过班前准备、工作交接以及班后检查等3 个环节，对设备重点巡检内容进行记录。通过指定相关的工作制度和规范，使得设备巡检工作更加有条理性，巡检人员按照相关流程操作，通过固定模式降低人为因素的影响。但是，随着电厂规模日益扩大，设备巡检工作量越来越大，人工巡检难度不断提升。因此，需要设计一款现代化的智能巡检系统，弥补传统设备巡检的不足，让电厂设备巡检工作变得更加智能化。

在计算机技术高速发展背景下，电厂开始智能化升级，先进的计算机技术代替了传统人工操作，利用智能化巡检系统对电厂设备进行自动巡检。智能化巡检系统可以有效减少人工操作的劳动强度，通过专业软件编辑巡检日志，结合传感器系统实时采集设备运行状态数据信息，通过数据判断设备是否存在故障。巡检系统的介入，减少人为干预，降低人员和设备维修成本，增加巡检可靠性，有效提升了电厂设备巡检的工作效率。

2 智慧电厂背景下设备巡检系统的设计

在智慧电厂背景下，通过互联网实现资源整合，有效结合计算机以及巡检终端，构建电厂设备智能巡检系统，从而有效管理设备运行状态。本文研究的电厂设备智能巡检系统主要由巡检终端和计算机管理系统组成。以下对智慧电厂背景下设备巡检系统的设计进行阐述。

2.1 设备巡检系统的设计原则

电厂设备智能巡检系统采用开放式设计原则，结合硬件设备和软件系统进行升级和扩展，使用通用性的语言接口与计算机进行对接，便于数据传输。巡检系统开发过程中对实用性进行优化，结合电厂实际情况，对巡检工作内容进行自定义。工作人员可以下载相应的巡检任务，根据任务提示进行相关工作，巡检完成后可以将信息保存至数据库，便于日后查看。通过智能终端可以实现对巡检数据的导出，方便工作人员查看数据。

2.2 设备巡检系统架构设计

电厂设备智能巡检系统采用Windows 系统为运行平台，WPF.NET 开发框架，Microsoft framework 4.0 为编程模型。底层数据库搭建，采用Microsoft 研发的SQL Server2012，具有可伸缩性好、相关软件集成程度高等优点。该系统以B/S 架构模式进行研发，简化系统设计、开发、维护和使用成本。借助B/S 系统架构，客户端通过浏览器即可直接进行数据访问，拥有简单的事务逻辑。电厂设备巡检的相关内容都存储在服务器内部，通过客户端进行数据信息的输入/输出，适用范围更广，操作界面也更加简单、实用。在B/S 架构中，服务器承担着数据信息的传输作用，客户端通过浏览器访问时，需要向服务器发送请求。服务器接收访问请求后，会向数据库服务器发送数据库访问指令。数据库服务器用于存储电厂设备巡检过程中产生的所有数据信息，数据安全进行高级别存储，不会出现丢失或者遗漏现象。当数据库服务器收到客户端发送的请求后，会对SQL 语句进行处理，分析运算设备数据信息，汇总用户所要查询的设备状态信息，将返回的结果发送给服务器。服务器将收到的数据结果转换为HTML文本形式，发送给浏览器，最后客户端通过浏览器查看检测结果。系统架构设计如图1 所示。

图1 设备智能巡检系统架构示意

2.3 巡检终端及通信设计

巡检终端主要是实时采集电厂设备运行状态信息，按照任务逻辑顺序对电厂设备进行周期性巡检。巡检结束后将数据信息传输至计算机管理系统。数据采集和传输采用国际电工委员会（International Electro technical Commission） 颁布的IEC 61850 协议通信标准。在设备之间建立网络连接，规范设备间的通信内容。使得接受请求的设备知道发送请求的设备的目的和要求，接受请求的设备进行操作后返回其结果，从而实现特定功能的通信控制。

2.4 设备巡检系统功能设计

计算机管理系统实现对现场设备的远程监控管理。工作人员可以通过浏览器，查看现场设备的工作状态信息，遇到故障可以进行远程协助。计算机管理系统可以实现办公自动化管理，对设备巡检数据信息进行分类整理，通过与检测点的对比分析，判断设备运行状态。对巡检终端的任务进行监督，更新巡检任务并且同步下载到巡检终端，确保电厂设备巡检的有效性。

电厂设备智能巡检系统主要功能模块包括任务管理、设备巡检、设备检修、工作卡管理和数据统计等5 个部分，系统功能结构如图2 所示。任务管理主要是对现场值班人员的工作划分，包括工作日志、设备状态管理和工作内容查询；设备巡检包括检查任务创建、执行、填报、分析等，同时还可以进行自定义巡检。工作人员可以根据电厂设备的实际情况，设定巡检任务和时间，通过自定义的形式，提升巡检系统的适用性；设备检修主要是针对巡检过程中发现的故障隐患进行记录和上报，通过工作任务卡进行故障排查和检修；工作卡管理包括各种工作任务的创建、执行、填报、查询、确认等操作；数据统计包括日常巡检的工作内容、设备运行情况、巡检人员以及巡检内容等，可以通过报表形式进行导出。报表是系统分析处理的结果展示，涉及到数据采集、性能对比以及故障申报等方面。报表内容包含不同设备的性能指标，经过统计分析后直观展示，便于工作人员查阅。数据分析是判断设备运行状态的主要依据，系统依据神经网络系统进行数据处理。对检测点的数据进行分析，与标准数值进行对比，判断是否出现故障。

图2 巡检系统功能结构

2.5 设备巡检系统的数据库设计

电厂设备智能巡检系统的数据库是一个庞大、复杂的系统，是巡检系统工作的重要组成部分。主要负责存储所有电厂设备的运行状态信息，同时具备数据保存、备灾和恢复功能。采用分层设计原理，通过集群提升数据库存储和扩展能力，让数据分散存储。如果某个部分的数据遭受攻击或者篡改，可以确保其他部分数据恢复出来后与原数据进行对比，并得到恢复，保持一致。现场工作人员可以通过数据库随时查阅数据，判断设备的健康状态。电厂设备智能巡检系统对现场采集到的数据信息进行实时采集和动态分析，进一步判断设备的经济指标，对电厂设备进行优化升级，达到最佳工作状态。

3 总结

智慧电厂旨在提高电厂运行设备的安全性和可靠性，主要依赖于电厂设备智能巡检系统的智能化水平。传统人工巡检劳动强度大、工作效率低，无法应用于大规模设备的巡检工作。在电厂智能化升级改造过程中，自动化巡检技术逐渐取代传统人工巡检，得到广泛应用。通过数据采集、网络通信以及数据处理技术，对电厂设备进行有效监控。电力设备巡检系统的主要功能包括对电厂设备进行周期性检查，收集设备工作状态数据信息，分析判断设备存在的故障隐患。