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基于国产DCS系统的智能巡检平台开发与应用

2024-09-04 67 上传者：管理员

摘要：国产分散控制系统（DCS）开发的智能巡检平台已在电厂制水系统中广泛应用，随着国产DCS的进步，本文研究如何通过智能化和自动化技术改进电厂制水系统，特别是通过实时数据采集、巡检管理和智能分析，从而提高系统的效率和安全性。智能巡检平台结合现场巡检、统计分析和设备信息管理，通过集成移动终端、大数据和云计算技术，可有效提升电厂运行的自动化和智能化水平，未来仍需持续优化及更全面的设备管理。

关键词：
国产DCS
国产分散控制系统
数据分析
智能巡检平台
电厂制水系统
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随着科技的快速发展，特别是在工业控制系统领域，国产DCS（分散控制系统）已经经历了从技术引进到自主研发的重要转变。在20世纪80年代末，我国开始了DCS的发展之旅。尽管起步较晚，但通过吸收国外先进技术并结合国内制造业的实际需求，国内DCS制造商如上海新华控制、中控技术等已逐渐缩小了与国际产品的差距[1]。特别是在智能化和自动化方面的提升，为诸如电厂制水系统等关键行业提供了更有效、智能的控制解决方案。在此背景下，基于国产DCS系统的智能巡检平台的开发显得尤为重要。随着电力行业对于安全、可靠和经济供电要求的提高，传统的巡检方式已不能满足现代化生产的需求。智能巡检平台的引入不仅可提高巡检效率，还通过实时数据的采集和分析，极大地增强了电厂制水系统的运行安全性和效率[2]。该平台结合移动终端、数据分析和云计算等技术，为实现制水系统的智能化管理和运维提供了强有力的技术支撑。通过对国产DCS的发展和智能巡检平台的必要性的探讨，本文旨在深入分析智能巡检平台在电厂制水系统中的应用，探索其在提升系统性能、增强数据分析能力方面的潜力。

1、DCS系统发展概述

分散控制系统（DCS）结合过程控制和企业信息管理技术，展现出显著的可靠性和灵活性。核心构成包括基于工业交换机的分散处理单元（DPU）、人机接口、监控软件和控制网络[3]。这些部件通过高效的控制网络互联，形成了一个综合的控制系统（如图1所示）。而DCS的重点在于其工程师站的设计，它允许用户通过通讯总线访问和配置系统内任何DPU，可提高系统的适应性和响应速度。DPU本身采用高性能、低功耗处理器，能确保系统的高效和稳定运行。网络方面，DCS采用过程监控层协议，特点是高速、大容量，并且遵循IEEE标准。全冗余容错技术可确保在复杂工况下数据传输的稳定性和可靠性。这种高效的网络架构使得DCS在国内大型火电厂自控系统中得到广泛应用，并指向未来更高层次的自动化和智能化控制的发展趋势。

2、智能巡检平台的核心技术与功能

在电厂制水系统中，传统巡检方式存在效率低下和数据准确性问题。为提高效率和数据质量，本文设计了基于国产DCS系统的智能巡检平台，核心功能包括：数据实时采集与处理、巡检管理、智能分析与决策支持三种主要功能。智能巡检平台是一个综合性的系统，这些功能的实现是通过客户端和服务器端两个核心部分共同作用实现（如图2所示）。

图1 DCS通信网络结构图

图2 评估软件系统结构

2.1 客户端功能

(1）现场巡检：

是巡检任务的核心环节，平台提供了多种巡检方式，包括扫描二维码、蓝牙识别以及蓝牙识别结合二维码扫描方式。这些方式的灵活性使得用户可以根据实际情况选择合适的巡检方式。在巡检过程中，用户可以实时查看相关设备的参数变化情况，随时录入设备参数状态，并记录任何现场发现的异常问题。此外，平台还提供了详细的巡检进度信息，包括已巡查区域和未巡查区域的情况，以及个人所有线路本月的巡查合格率。这些信息有助于用户全面了解巡检任务的执行情况和质量。

(2）巡检统计：

该功能为用户提供了对巡检任务的全面掌控。根据线路类别，系统显示个人、部门、值次所有巡查线路的巡检进度，以已巡查区域数量与应巡检区域数量的比例来表示。用户可以轻松查看任一线路的详细巡检记录，包括巡检人员、巡检时间、巡检区域以及每一区域合格与否的状态。这些信息有助于监测和评估巡检任务的执行情况，确保任务按计划完成。

(3）指标统计任务：

是数据处理的关键步骤。用户可以创建与指标关联的任务，以实现数据的实时采集和历史恢复。平台支持两种任务类型，包括实时采集和历史恢复。实时采集用于对指标进行实时计算，得出当前计算周期的数据，而历史恢复用于计算指定时间范围内的历史数据。用户可以向任务中添加需要参与统计的指标，并监控任务的执行情况。任务日志记录了任务的启动、停止、中断、执行点信息以及严重错误信息等重要信息。此外，平台还支持自动创建恢复任务，以确保任务的连续性和数据完整性。

2.2 服务器端功能

服务器端负责设备信息的集中管理，包括设备基本信息、巡检数据及其他关键数据的配置和维护，内容如下：

设备信息：设备名称、所属专业、设备图片等基本信息。

设备参数：用于记录设备的各种参数和状态信息。

巡检信息：包括巡检计划、巡检记录等，用于跟踪设备的巡检情况。

维护信息：记录设备的维护历史和维修记录，有助于设备的维护和保养。

此外，该平台支持通过扫描二维码或微信扫描查看设备信息，以便快速获取所需数据。巡检中涉及的设备信息也包含在区域范围内，用户可以在现场巡查中查看这些信息。同时，服务器端的设备信息监测管理是基于局域网和互联网的大型监测和控制网络。它建立了设备的健康档案，集成了与设备状态相关的所有数据。这一平台的关键组成部分包括：位于监测现场，负责实时采集设备数据的前端采集硬件；位于后端，处理数据并提供管理功能的监测服务软件；以及操作人员可以通过这些设备访问监测数据和进行远程操作的移动上网终端设备（如图3所示）。

基于此该平台具有以下特点：实时信息化和数字化，企业管理者可以随时随地实时了解设备运行信息。提供专家诊断软件，支持预知性维修，降低维护成本。低成本和模块集成化，减少了整体投资。安全保障体系，多级报警设置和分频段报警，提高了在线保护系统的可靠性。综合高效率管理，通过多种监测手段，根据设备的安全要求和重要性等级，建立高效的管理流程。系统具有极大的可扩展性，支持数万个通道的并行采集。

图3 系统整体平台流程图

图4 缺陷问题管理页面

2.3 模块化结构

平台设计采用模块化结构，使各功能模块能独立开发和维护，同时也方便后续的扩展和升级。这种模块化结构有助于降低平台的维护成本和提高系统的可维护性。

(1）巡检模块：旨在提高巡检效率和数据质量。巡检人员使用智能移动终端进行巡检，按规定路线检查设备并进行签到打卡记录，同时实时记录设备状态和异常信息。这些信息都会自动上传至巡检记录数据库，支持二维码扫描，可确保巡检的规范性和追溯性。

图5 智能移动终端设备信息页面

(2）缺陷管理模块：用于记录设备缺陷（如图4所示）。值班员可使用文字、语音、图像和视频方式记录缺陷信息，并将其关联到相应设备上。这些信息随后导入至PMIS系统进行处理。检修人员处理缺陷后进行确认和上传，支持现场操作和验收流程。

(3）设备信息及决策分析模块：通过扫描设备二维码，用户可以获取实时和历史数据以及设备信息（如图5所示）。同时，用户可以录入检修信息，将其实时上传至大数据和人工智能系统。系统会对检修质量和安全风险进行评估，为后续检修和日常运行提供决策支持，确保数据完整性和安全性。

通过集成移动终端、大数据分析和云计算技术，智能巡检平台在提升电厂制水系统的自动化和智能化水平方面发挥了重要作用。

2.4 系统实施的技术支撑

为提升电厂制水系统的运维管理水平，基于国内电厂制水系统的运行维护经验和事故教训，本文设计了制水DCS系统智能巡检平台。此平台旨在加强设备巡检的规范性和有效性，通过科学的管理和系统状态评估，发现并消除潜在隐患。这不仅能提高热控设备运行的可靠性和监控参数的准确性，也可确保设备安全运行，并提升DCS系统运行的稳定性。技术上，智能巡检平台在Web端采用A-JAX技术和JQuery框架，提供了更佳的交互性和用户体验。在Android终端，平台遵循标准的官方界面设计原则，使用户能够无需额外培训，从其他应用的使用习惯中无缝切换到本系统。这种设计考虑了用户操作的便捷性，同时保持界面的一致性和直观性。

巡检过程中，采用掌上机进行现场巡检，取代了传统的纸质记录方式。巡检完成后，掌上机连接电脑，自动上传和下载数据，生成报告。这种方式不仅能统一管理模型和数据，还将数据传输至DCS系统，可提高现场效率和控制精确度。通过这种集成化的方法，系统强化监督管理的实效性，规范制水DCS控制系统的管理，减少由热控原因引起的设备跳闸事件，从而稳定制水系统的整体运行。

3、结语

随着科技的快速发展，尤其在工业控制系统领域，我们已见证了国产DCS（分散控制系统）从技术引进到自主研发的重要转变。本研究在这个背景下，成功完成电厂化学水处理和制水系统的基于国产DCS的改造，并开发智能化巡检平台。这不仅可提升系统的控制和运维水平，且已成功投入实际生产，达到了预期目标。

尽管已取得显著成果，但我们意识到，要在这个不断发展的领域保持领先，需要持续的技术创新和优化。未来的研究将聚焦于进一步优化化学水处理和制水过程，通过建立和利用模型来提高运行效率和节能。此外，全生命周期设备管理也将是我们关注的重点。我们计划采集更多的设备传感器和操作数据，利用机器学习和人工智能技术进行深入分析，以达到故障预测、诊断和性能评估的目的。

总之，本研究虽已取得一定成就，但在未来的发展道路上，还有很多工作要做，我们期待通过不断的探索和创新，进一步提升电厂制水系统的自动化和智能化水平，为电厂的稳定运行和效率提升做出更大的贡献。

参考文献:

[1]胡波,李响,陈宏君等.全国产分散控制系统组态软件框架的设计和实现[J].热力发电,2021,50(12):8.

[2]无.国产自主可控智能DCS系统在大型燃煤电站的应用[J].自动化博览,2022,39(7):30-32.

文章来源:冯达.基于国产DCS系统的智能巡检平台开发与应用[J].家电维修,2024,(09):59-61+58.