水電控制系統(tǒng)優(yōu)化維護研究

摘要：大型水電廠中，象勵磁、調(diào)速這樣主要的控制系統(tǒng)，本身具有較高的可靠性，特別是微機化以后，系統(tǒng)初步有一些自診斷功能，對提高設(shè)備維護效率有一定的促進作用，但如何將控制系統(tǒng)的控制、維護、狀態(tài)檢測與管理功能進行有機結(jié)合，把現(xiàn)代的信息技術(shù)、智能技術(shù)引入到電廠的日常維護工作當(dāng)中，還是一個全新的課題，本文將就控制系統(tǒng)優(yōu)化維護系統(tǒng)的構(gòu)成作一些探討研究。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)狀態(tài)檢測仿真技術(shù)優(yōu)化維護

1前言

水電廠控制系統(tǒng)的優(yōu)化維護系統(tǒng)的建立，主要是得益目前技術(shù)的發(fā)展，控制系統(tǒng)本身從原來的常規(guī)控制發(fā)展到大規(guī)模集成電路，一直到現(xiàn)在控制核心都是CPU，包括外圍的數(shù)據(jù)采集也使用了DSP技術(shù)，這樣系統(tǒng)自診斷功能加強了，另一方面與其他系統(tǒng)交換信息的能力也大大提高，使得現(xiàn)場維護人員可以更多更充分了解系統(tǒng)的運行信息，建立一套綜合系統(tǒng)故障信息和狀態(tài)檢測，并能夠進行綜合的評價，提出必要的運行維護指導(dǎo)系統(tǒng)，對目前水電廠無人值班發(fā)展大方向的前提下，減少維護人員，提高處理設(shè)備故障能力，是很有好處的。

2優(yōu)化維護的基本概念

優(yōu)化維護是在根據(jù)設(shè)備運行狀態(tài)決定維護策略的狀態(tài)維護基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)的管理、控制等其他方面的信息，使企業(yè)獲得最佳經(jīng)濟效益的原則，提出相應(yīng)的維護決策的維護方法。從其概念中，很容易知道優(yōu)化維護包含了控制、維護、管理相容的思想，這是在九十年代在歐洲逐步興起的一門技術(shù)，稱其為CMMS技術(shù)。

優(yōu)化維護系統(tǒng)則是建立在優(yōu)化維護的概念基礎(chǔ)上設(shè)計發(fā)展的系統(tǒng)。它應(yīng)該是以現(xiàn)成的控制設(shè)備為基礎(chǔ)和維護對象，在確保不影響原系統(tǒng)控制功能的基礎(chǔ)上，添加適當(dāng)?shù)牟杉O(shè)備實時的檢測控制系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出，判斷系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障，并對異常進行定量的分析，判明異常變化的類型、時間、表現(xiàn)形式和危害程度，同時與系統(tǒng)的控制、管理等其他信息進行交換，提出全局性的優(yōu)化維護措施。因此，水電廠控制系統(tǒng)的優(yōu)化維護系統(tǒng)可以作為電廠水輪發(fā)電機組故障診斷與狀態(tài)檢修的作成部分和補充，但作為控制系統(tǒng)的優(yōu)化維護，與機組本身的檢測，又有其特殊性。

3優(yōu)化維護系統(tǒng)基本功能

控制系統(tǒng)的優(yōu)化維護系統(tǒng)與機組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)相比，有許多相似之處，其主要功能包括狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷、故障預(yù)測和維護決策等幾方面的內(nèi)容?？刂葡到y(tǒng)的優(yōu)化維護決策系統(tǒng)檢測的范圍不僅僅是控制系統(tǒng)本身，還包含其隨動系統(tǒng)，如調(diào)速系統(tǒng)的電氣控制部分和液壓隨動系統(tǒng)。

控制系統(tǒng)的特點是實時性、動態(tài)連續(xù)控制，一般都是閉環(huán)系統(tǒng)，具有反饋環(huán)節(jié)，正是由于這樣的特點，在控制系統(tǒng)出現(xiàn)控制偏差或控制不穩(wěn)定時，很難區(qū)分環(huán)節(jié)中影響的因素，而不象機組的狀態(tài)檢測與故障診斷，對于信號檢測和采集，異常信號分析比較容易分離，因此應(yīng)用于控制系統(tǒng)的優(yōu)化維護決策系統(tǒng)，采用仿真技術(shù)是非常必要的，以此來區(qū)分控制中哪個環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，逐步的縮小故障范圍。

優(yōu)化維護是我們建立該系統(tǒng)的最終目的。因此，該系統(tǒng)應(yīng)該具備對控制系統(tǒng)進行一些水電廠檢修維護過程中的試驗功能，并對試驗數(shù)據(jù)進行分析比較，優(yōu)化控制參數(shù)。系統(tǒng)有能力向控制系統(tǒng)安全、可靠的注入擾動量，進行試驗，而在控制系統(tǒng)投入正式運行時，又不干擾控制系統(tǒng)的正常運行。

4建立優(yōu)化維護系統(tǒng)對控制系統(tǒng)的要求

作為優(yōu)化維護系統(tǒng)的對象，控制系統(tǒng)應(yīng)該具備一些基本的條件：

1)以微處理器為控制核心，具備基本的信息相互交換能力，以讀取和輸入數(shù)據(jù)；

2)具有比較豐富的檢測點，用于優(yōu)化維護系統(tǒng)采集控制系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)的狀態(tài)數(shù)據(jù)；

3)有良好的隔離措施，可以方便的加裝必要的傳感器；

4)核心單元的自診斷能力；

5)控制系統(tǒng)的隨動機構(gòu)，能夠檢測其狀態(tài)。

5隔河巖電廠優(yōu)化維護系統(tǒng)的建立

隔河巖電廠的勵磁系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)，都是從國外進口的設(shè)備，以微處理器為控制核心，可靠性較高，具備建立優(yōu)化維護系統(tǒng)的基本條件，電廠的調(diào)速、勵磁優(yōu)化維護系統(tǒng)作為電廠機組狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)的有機組成部分，為機組狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)提供足夠的狀態(tài)信息和診斷分析信息，形成機組總體故障診斷的依據(jù)。隔河巖電廠的勵磁和調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)化維護系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件功能設(shè)計上有許多共同的思想，下面僅以勵磁系統(tǒng)的優(yōu)化維護系統(tǒng)作以說明。

優(yōu)化維護系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)優(yōu)化維護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮以下幾個因素：

1)控制運行時，系統(tǒng)的信息特征值變化規(guī)律；

2)故障的發(fā)生、發(fā)展過程；

3)優(yōu)化維護系統(tǒng)的各種復(fù)雜應(yīng)用場合；

4)系統(tǒng)本身的擴展性；

5)信息的交換能力。

基于以上因素的考慮，`隔河巖電廠的優(yōu)化維護系統(tǒng)采用了如下所示的三層結(jié)構(gòu)。

圖1優(yōu)化維護系統(tǒng)總體框圖

從上圖可以很清楚的看出，第一層次主要完成系統(tǒng)運行狀態(tài)信號、參數(shù)設(shè)置和相應(yīng)信號的采集，由于我們現(xiàn)場目前運行的大多數(shù)運行的控制系統(tǒng)，并沒有特別考慮與其他維護系統(tǒng)的信息交換功能，避免控制系統(tǒng)因與優(yōu)化維護系統(tǒng)頻繁交換數(shù)據(jù)而影響控制功能，因此對于控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)設(shè)置，都采用工業(yè)控制機觸發(fā)請求的方式；第二層次主要完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集分析，進行控制系統(tǒng)的仿真，并將仿真的結(jié)果與控制系統(tǒng)的控制輸出進行比較，差異向維護工作站傳送；第三層次是一個智能的維護決策系統(tǒng)，接受第二層次信息，在出現(xiàn)故障征兆時，發(fā)出報警，并與歷史記錄相比較，提出優(yōu)化控制和維護要求，同時能夠記錄故障綜合情況。

優(yōu)化維護系統(tǒng)中的仿真技術(shù)

機組的控制系統(tǒng)僅僅利用監(jiān)測其狀態(tài)顯然是不夠的，它還需要有比較符合實際測試功能完備的測試系統(tǒng)，而仿真技術(shù)提供了比較好的技術(shù)支持平臺，優(yōu)化維護系統(tǒng)把仿真技術(shù)應(yīng)用于控制系統(tǒng)的在線分析和控制優(yōu)化，是一個很好的創(chuàng)新。``

圖2優(yōu)化維護系統(tǒng)中的勵磁仿真

利用這樣一套系統(tǒng)，既可以實現(xiàn)系統(tǒng)的在線仿真監(jiān)視，也可以完成離線仿真和系統(tǒng)試驗，最終達到可以利用優(yōu)化維護系統(tǒng)根據(jù)仿真結(jié)果和機組的綜合狀態(tài)，改變控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化控制的理想效果。

6優(yōu)化維護系統(tǒng)工作站設(shè)計

該系統(tǒng)的工作站屬于第三層次設(shè)備，也是最重要的，相當(dāng)與決策機構(gòu)，其重點在于軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計，隔河巖電廠的軟件構(gòu)成如圖3。

圖3優(yōu)化維護系統(tǒng)工作站軟件構(gòu)成

維護工作站適時的采集現(xiàn)場信息，以數(shù)據(jù)管理為紐帶，以知識庫為核心，以推理機作為系統(tǒng)的靈魂，它根據(jù)控制系統(tǒng)的運行信息和歷史狀態(tài)，激活知識庫中的有關(guān)規(guī)則，對控制系統(tǒng)出現(xiàn)的現(xiàn)象和控制情況，得出合理的解釋，提供維護策略。

7結(jié)論

隔河巖電廠在控制、維護、管理實現(xiàn)設(shè)備一體化管理上進行了有益的嘗試，系統(tǒng)的投入運行，改變了我們常規(guī)的維護思維方式。目前，對于優(yōu)化維護系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連運行，還存在兩系統(tǒng)的相互通訊過程中，是否會造成控制系統(tǒng)通訊服務(wù)繁忙，導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障，檢測點的隔離是否安全等許多方面有存疑慮，也影響到優(yōu)