数据采集全息监测 开启葛洲坝水电站数字化蜕变

被誉为“万里长江第一坝”的葛洲坝，是新中国成立后长江干流上修建的第一座大型水利枢纽，也是世界上最大的低水头大流量、径流式水电站，在规划设计、施工建设、装备制造、运行维护等方面屡屡突破，开启了我国水电科技完全自主创新时代，我国也由此跻身世界水电强国之列。

自主创新不仅是葛洲坝水电站的自然基因，也是其先天使命。在运营的30多年间，葛洲坝电站不断进行硬件和软件的更新升级，为电力安全、资源优化配置、生产效益、当地环境和经济做出新的贡献。在信息科技赋能产业升级转型的关键时期，葛洲坝水电站率先采用数字化全息监测系统布局数字化战略，开启国产化数字运维的新一轮变革。

水电站是重资产运行模式，主要设备包括发电机、水轮机、调速器、辅助系统、主变压器等，设备种类多，安全性要求高，SCADA系统采集数据已经无法满足其数字化运维需求，全息监测系统应运而生。

葛洲坝全息监测系统包括现地采集系统和数据服务中心两部分，利用红外热成像、光纤测温等多类型传感器和高速采集卡、通讯和控制设备组成，将现场数据进行采集、处理、传输、分析及呈现。

促成水电机组实时工作状态监测、实现大容量数据存储及共享、利用实时状态监测和大数据分析进行预防性维护，在现有控制及信息系统下，实现全面感知、共享整合、智慧管理和智能展示。显而易见，客户的殷切希望正在变为现实。金老师却对全息监测系统有着更深远的期望：“全息监测系统为大数据、分布式存储、云计算、5G等各类先进科技解决方案提供数据基础，帮助葛洲坝智能水电站实现数字化管理，将为智慧能源平台构建和相互协同提供支撑。”

我国水电站的数字化升级挑战来源自“国产化”，优势同样源自“国产化”。中国崛起面临重重封锁，尤其是高端制造和控制技术等领域更是如此。作为我国能源产业的重要组成部分，水电站的数字化升级必须实现完全自主，在功能安全、信息安全和网络安全的基础上，实现数字赋能。这个项目，是一个承诺，更是一份责任。面对系统对接挑战，以研华工控机为核心，基于国产操作系统进行开发，所有底层驱动具半开源性质，摆脱对国外插件的依赖，也为之后的升级供保障。

国产化水电站全息检测系统示意图（图片源自网络）

全息监测系统不仅对操作系统有极高要求，7*24兆级高速连续数据采集高强度作业，也对系统中的国产产品尤其是工控机的性能提出了严苛的要求，防水/尘/振动的防护力、稳定的产品性能、数据分析/存储/传输能力都是必须达到的“硬指标”。

同时，全息监测系统涵盖产品种类多，项目实施参与方众多，对项目管理及每位参与者都提出了极大考验。“合作方都是国内厂家，项目中多线并行，在极短时间内圆满完成了任务，系统运行稳定，真正体现了中国品质、中国效率和中国速度。”金老师这样评价。机遇与挑战并存，正是由于诸多严苛要求，才造就了国内水电完全自主的控制系统，成为“中国制造”的有力注释。

数字化时代，数据采集是“能量”汲取和传输的重要通道和基础保障。大型水电站现场非常复杂，因此数据采集的方式和种类相应大幅度增加，且整体信号处理非常复杂，并且要求完成连续高速率数据采集。

除利用数据采集板卡实现高速率数据采集外，研华嵌入式工控机的硬件资源还可对应板卡多样性，通过多线程、异步回调、文件写入等操作，保障数据处理时平稳顺畅。金老师认为，数字化时代，边缘计算对于减轻存储压力、保持通讯通道畅通、系统轻量化运行具有重要作用，经过数据清洗保证数据品质，再通过专家模型和算法，根据传感器的原理针对不同信号进行处理。

金老师还将工控机类比为“智能容器”，其具有开放的接口，兼容各种应用方案，在深厚的行业知识和行业经验积累下，工控机作为数据和算法的承接平台，将为智能水电站的国产化释放出更强劲的推动力。

在葛洲坝全息监测项目中，研华作为核心部件供应商，从备货运输，到现场安装及调试，对接人员都是7*24小时待命。“全息监测项目全部是定制化需求，需要及时的技术支持和现场服务。这次项目中一个板卡驱动出现问题，研华台湾和北京的技术支持同时研究，48小时之内发现了症结所在，并及时解决了这一难题。这种专业、主动、持续的服务，是我们长久合作的基础。”

然而，全息监测系统的作用远不止于此。“智能化水电站覆盖前期数据采集、中期存储、后期平台管理，全息监测系统帮助我们搭建了涵盖采集、控制和呈现于一体的系统，数字化平台初具规模。未来，我们需要依托平台功能，为智能化水电站提供高性能、全场景一体化联合的解决方案。”金老师指出了水电站数字化升级的关键及研华打造WISE-PaaS平台的战略意图正在于此，通过支持多种云端解决方案和设备的无缝集成，协同合作伙伴进行应用开发，为客户提供定制化解决方案，为智能水电站、智慧能源，乃至智慧产业营造数字化新生态。