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数据采集全息监测 开启葛洲坝水电站数字化蜕变

* 来源: 工业数据采集君 研华工业物联网 * 作者: admin * 发表时间: 2020-08-28 9:58:41 * 浏览: 13

案例 · 前言






从大禹疏导治水到孙叔敖引水灌溉,从都江堰建成到灵渠凿通,从京杭大运河贯通到三峡工程竣工……华夏文明在这片土地上孕育、壮大、融通、连绵。对自然的敬畏、对生命的热爱,让我们一次又一次地探寻与自然和谐共处的方式。在数字化时代,我们将开启怎样的探寻之旅?请跟随研华一起来吧!


专访:金老师

 就职于哈尔滨工业大学

 负责葛洲坝水电机组项目集成

葛洲坝水电站全息监测系统,采用国产Linux操作系统,对水电站的发电机、水轮机、调速器、辅助系统、主变压器等设备,利用红外热成像、光纤测温、高速采集、网络通讯技术,对上导冷却水温度、压力、流量,推力冷却水温度、压力、流量,集油槽、上导、推力轴承等加排油流量、油质,定子振动,转子电流、温度,风洞环境、水轮机振摆等信号进行现场实时采集、处理、传输、分析及呈现,通过大数据分析发现并排除故障隐患,避免意外停机造成经济损失和安全事故,提高了设备寿命和发电效率,为建设智慧电站打下坚实的基础。




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。

全息监测

 实现数字化运维的第一步

“十三五”规划中,将建设“互联网+”智能水电站作为主要目标之一,指明要充分利用物联网、云计算和大数据等技术,研发和建立数字流域及数字水电,促进智能水电站、智能电网、智能能源网间友好互动。

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。

全息监测是基于多类型、海量、实时数据构建的全时空、全目标、全关系、全场景、全态势的感知系统。“全息在线监测系统是实现数字化运维的第一步,可全面掌握电站机组实时状态,提高设备运行效率和运营效益。”哈尔滨工业大学的金老师作为项目系统集成的负责人如是说。

全息监测系统架构示意

葛洲坝全息监测系统包括现地采集系统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相互协同提供支撑。”

智能水电站

又一张锃亮的“中国名片”

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”。

全息检测系统“UNO+Linux+DAQ”三层架构

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。

葛洲坝水电机组全息检测系统架构图

数据采集

 “智能容器”的价值来源

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。

方案价值优势

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。

精诚合作

携手共建完善系统

哈尔滨工业大学与研华的合作已经超十二年,双方对行业趋势的洞察以及技术理念始终高度一致。建立数字化通讯网络、完善大数据采集基础、建设信息管理平台…2019年的3月到5月,短短3个月时间,一群志同道合的人汇聚葛洲坝水电站,在原有的2台水电机组和系统上进一步升级,为葛洲坝水电站镕铸出新的数字化能力。

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。”

平台战略

 熔铸中国制造的数字能力

全息监测系统有效改变了水电站例行维护及意外故障后才维修的传统做法,通过实时状态监测大数据分析发现并排除故障隐患,避免意外停机造成经济损失和安全事故,也提高了设备寿命和发电效率。以数字全息技术优势保存机组运行关键数字,形成数字资产;便捷呈现机组内部运行状态和趋势分析,便于管理和决策;通过数字分析,深度挖掘数字价值,持续优化工艺模型

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