摘　要：針對馬鋼熱電廠生產情況，本文所設計的整體故障檢測與診斷系統，可快速地判斷故障點并作出及時的處理，以保證設備高效運行及全面地安排檢修計劃。
    關鍵詞：故障診斷　數據采集　狀態監測

0　引　言
　　國內外汽輪發電機組多數運用分散型控制系統DCS，只在發電廠的局部采用狀態監測與控制技術，而沒有對發電廠的整體采用故障檢測與診斷技術。本設計針對馬鋼熱電廠汽輪發電機組和其它設備的綜合狀況，進行數據采集、狀態監測、故障診斷、專家系統的知識獲取與學習，以及設備的維修咨詢為一體的多任務信息處理系統。本文主要介紹馬鋼熱電廠的故障檢測與診斷系統的總體結構及各子系統的分布設計情況。
1　故障檢測與診斷系統功能簡介
　　馬鋼熱電廠的故障檢測與診斷系統的總體結構如圖1所示，廠部計算機服務器通過廠內的局域網絡同各部分的工控計算機相聯（同時可與上層的公司網絡連接），各部分的工控計算機作為子系統與不同的物理量傳感器連接。具體設計內容如下：

　（1）廠部計算機服務器設有綜合全廠設備的故障診斷的專家系統，可根據各部分子系統的工控計算機故障診斷信息作出綜合的故障診斷。所設計的專家系統自動進行知識獲取與學習，用于完成征兆獲取、知識的獲取（包括規則的獲取和事例的獲取），根據新舊故障處理的情況和操作者處理的經驗，不斷地增加和更新處理故障診斷的能力，提示故障的特點及發展趨勢，警示故障的危害和處理建議，咨詢后安排出適時檢修的計劃建議供用戶參考。廠部計算機服務器可設有多個終端監視器、打印機等外設，打印機可處于等待狀態，一旦有了報警就將報警文件打印輸出。廠部計算機服務器還可與上層的公司網絡聯網。
　　（2）汽輪機的工作狀況是發電機組的核心，一般分散型控制系統僅著重對汽輪機進行控制設計。而汽輪機工控機的子系統則根據傳感器測得的機殼膨脹量、膨差量、軸向位移量、閥門開啟量、蒸汽流量、軸瓦溫度量、汽輪機轉速量信號，進行汽輪機部分的故障診斷。
　　（3）同步發電機處的工控計算機子系統負責將傳感器測得的三相電流量、電壓量、頻率量、機座和軸承的振動量、繞組溫度和絕緣老化信息、勵磁機的電流電壓量進行發電機的狀態檢測和故障診斷。
　　（4）發配電工控機的子系統主要進行主送變壓器、廠用變壓器、發配電母線上設備和外電網的三相電流量、電壓量、頻率量、溫度量、各開關動作狀態及變壓器的工作狀態的數據采集，狀態檢測及故障診斷。
　　（5）水處理工控機的子系統則根據傳感器測得的陽床、陰床、混床及有關中間水箱和再生水水箱的PH酸堿度、存儲量、工作泵流量和脫碳器工作信息，進行數據采集，狀態檢測及故障診斷。
　　（6）燃氣、燃煤鍋爐的工控機則根據傳感器測得的煤氣壓力、煤倉儲存量、煤氣泄露量、爐膛負壓量、汽包水位及壓力、主汽流量、給水量、爐門及觀察口溫度、除塵器和煙囪排煙溫度等工作信息，進行數據采集，狀態檢測及故障診斷。
　　上述各部分工控計算機的子系統在進行局部的狀態檢測及故障診斷的同時，也向上位機發送各量信息及局部故障診斷結果，并接受上位機傳來的專家系統故障診斷指令。
2　系統硬件結構
    系統硬件結構如圖2所示。

　　中央控制站是故障監控、故障診斷和綜合數據處理的主要機構，通過它可以完成故障診斷軟件和管理軟件的組態工作；同時在正常生產中，完成各種生產過程流程顯示、歷史趨勢顯示、參數顯示、報警以及各種報表的打印等管理功能。系統在中文Windows界面下操作，采用多級菜單、圖表形式，操作十分方便。現場工業控制機選用IPC－610工業控制微機系統作為主機，各工控機之間由通用PCL743接口卡完成整個網絡的通訊協調與控制功能，PCL743內插各工控機主機內，是中央控制站與各子站進行數據交流、參數修正、調度指令傳達的橋梁與紐帶。通訊系統充分的隔離保護增加了系統的可靠性，每個站具有2個RS422接口，通信緩沖區；128KRAM；速率：50 56K波特率，通信距離長達1230m，當某子站工控機發生故障時，其他系統仍能保持正常工作。
3　系統軟件結構
　　GENESIS是第一個用于IBM個人計算機和兼容系統的，以圖形為基礎的監控軟件，它可以用圖形方式來生成、模擬和執行實時的數據采集和監控方案，其軟件系統結構為：

　　根據實際要求，廠部總站與車間分站分別安裝了一套GEN－6－SC和五套GEN－1－SC，按工藝流程和現場不同類型的數據進行模塊設置和分級組態，通過I／O組態菜單定義相應的I／O設備，利用圖形的布置來決定邏輯信號的走向，每一模塊都有一份相應的組態菜單，根據模塊在監測方案中的作用而定義菜單中各參數、數值和模塊之間的連接，整個系統實現了工藝流程的實時動態顯示；實時多筆趨勢顯示；報警和操作事件的自動打印；歷史數據在線的表格式和圖形式重放等多種功能。
4　本系統的軟、硬件的特點
　　（1）各信息量攝取的傳感器選擇和合理設定能準確反映狀態檢測與故障診斷系統的信息來源。傳感器主要包括：測量振動的電渦流位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器、測量機殼膨脹、膨差的伸縮壓敏傳感器；測量電流、電壓的高精度電流、電壓互感器，測量同步發電轉子繞組溫度的紅外傳感器，測量定子繞組老化程度的氣敏傳感器，還有測量閥位、溫度、壓力、流量、酸堿度等傳感器。
　　（2）數據信號的抗干擾過濾及預處理采用FFT譜分析與校正、數字濾波。也可以對采集的數據進行二次處理，如主要特征的抽取，數據壓縮。
　　（3）整個故障診斷的子系統均可獨立完成各部分的在線實時狀態檢測任務，具備數據記錄和存儲功能，并建立各種數據庫文件。數據的采集方式可實現等時間或等空間采樣，采集好的數據在監視及子系統上顯示，并隔五秒刷新一次。顯示方式采用了模擬顯示和數字顯示相結合的形式，并通過綠、黃、紅三種顏色給出了正常、異常和危險指示。
　　（4）信號的分析是對發電廠的狀態檢測與故障診斷的重要手段，可以對采集的實時數據進行分析與處理，并以數據或圖形的方式給出分析的結果。信號的分析主要包括動態數據分析和趨勢分析；對電機啟動、停轉過程中的信號分析和顯示（包括轉速時間曲線、波特圖、三維頻譜圖以及各種參數隨轉速的變化圖），對發電機等設備的長期運行中各種狀態和經過分析處理后的數據綜合進行趨勢分析，作出趨勢圖，得到故障征兆預期性告示。
　　（5）在故障診斷方法上設有多種推理機制，設計系統采用了基于框架、基于規則和基于事例的知識性組合與推理，并提供了不確定性推理、模糊推理，從而增強了系統解決問題的能力。
5　結　論
　　系統設有故障診斷的診斷咨詢專家系統。根據汽輪發電機等設備的故障特點，針對常易出現的故障，分別提供了專家的維修和處理經驗，以便在故障診斷中提供維修和處理的報告。此外，還提供了人機對話的窗口，完全對用戶開放，便于用戶不斷輸入專家及技術人員在這方面的經驗，使得以后的故障診斷功能越來越完善。