摘要：發(fā)電廠爐水的各種化學(xué)成分含量能體現(xiàn)鍋爐和輸水管道遭受侵蝕的狀態(tài)。及時監(jiān)測這些數(shù)據(jù)，可明確鍋爐和輸水管道的工作狀況和壽命，實現(xiàn)狀態(tài)預(yù)知維修，確保機(jī)組穩(wěn)定安全運行。系統(tǒng)由在線數(shù)據(jù)巡檢儀和系統(tǒng)管理軟件組成。
　　
　　0引言
　　
　　隨著我國電力工業(yè)發(fā)展，高參數(shù)、大容量火電機(jī)組相繼投人運行，人們對鍋爐水汽品質(zhì)的重要性也有了進(jìn)一步認(rèn)識和重視。如果鍋爐和輸水管道出現(xiàn)腐蝕問題，機(jī)組可能發(fā)生降負(fù)荷和停機(jī)[1]。我國工業(yè)鍋爐每年因爐水侵蝕性狀況判斷不明而導(dǎo)致受熱面結(jié)垢、腐蝕，造成的經(jīng)濟(jì)損失極大。目前大部分電廠化學(xué)監(jiān)督工作還停留在人工抄表、人工數(shù)據(jù)分析階段。由于采集數(shù)據(jù)不連續(xù)和分析控制不及時，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確及時地反映鍋爐水汽品質(zhì)，難以做出趨勢預(yù)測。因此建立完善的專家診斷系統(tǒng)，對水汽質(zhì)量故障作出正確判斷并及時處理，為機(jī)組狀態(tài)檢修提供準(zhǔn)確的狀態(tài)判據(jù)有十分重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
　　
　　本文介紹的系統(tǒng)通過熱力設(shè)備水汽取樣系統(tǒng)、在線數(shù)據(jù)巡檢儀和計算機(jī)管理的有關(guān)內(nèi)容，對爐水的侵蝕性進(jìn)行量化分析，確定腐蝕程度與監(jiān)測指標(biāo)的關(guān)系。并據(jù)此對鍋爐受熱面內(nèi)表面遭受的腐蝕狀態(tài)作出判斷，為在機(jī)組大修時對熱力設(shè)備腐蝕狀況能有全面的了解，達(dá)到預(yù)知檢修的目的；同時對機(jī)組化學(xué)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，提高水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測的實時性和可靠性。該系統(tǒng)為開放式專家診斷系統(tǒng)，除可對水汽取樣系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測外，還對出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析診斷，提出處理意見。
　　
　　1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　該系統(tǒng)具體的關(guān)系和規(guī)模如圖1所示。系統(tǒng)從邏輯關(guān)系上分為數(shù)據(jù)采集層、分析監(jiān)測層、管理層和交流傳輸層。利用自動采集的數(shù)據(jù)、化驗站人工化驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和實驗室周查產(chǎn)生的數(shù)據(jù)三者結(jié)合來作為數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)巡檢儀采集2臺機(jī)組的pH值、電導(dǎo)率、溶解氧、電極電位值共24路。其它含氧量、堿度、磷酸根、氨含量、硅離子、鈉離子、鐵離子質(zhì)量濃度、漏水率等數(shù)據(jù)需人工化驗分析或經(jīng)系統(tǒng)軟件計算得出。其中，人工每2h化驗的數(shù)據(jù)68項，每周化驗的數(shù)據(jù)88項。以日期、時間、監(jiān)測點、水樣、監(jiān)測指標(biāo)作為數(shù)據(jù)的標(biāo)識和啟動條件，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。分析監(jiān)測層是對各路數(shù)據(jù)進(jìn)行限值判斷：高于量程上限和低于量程下限，高于合格指標(biāo)上限和低于合格指標(biāo)下限，高于注意值上限和低于注意值下限。同時進(jìn)行數(shù)據(jù)趨勢分析，適時數(shù)據(jù)和曲線顯示，報警和事故追憶，并判斷是否啟動專家判據(jù)模塊。管理層是對歷史數(shù)據(jù)和適時數(shù)據(jù)的管理，數(shù)據(jù)和曲線的查詢，報表打印，專家診斷，結(jié)果處理。交流傳輸層是對數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)管理功能。　　
　　數(shù)據(jù)巡檢儀采集發(fā)電廠監(jiān)督水樣取樣變送器出口數(shù)據(jù)。它應(yīng)用12位A／D采集器、STD總線和分布式模塊結(jié)構(gòu)，保證采集精度和穩(wěn)定性。上位機(jī)應(yīng)用軟件用VB6.0企業(yè)版調(diào)用SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)圖形用戶界面，并可和MIS系統(tǒng)接口。
　　
　　2數(shù)據(jù)巡檢儀
　　
　　發(fā)電廠一些化學(xué)量如爐水電導(dǎo)率、pH值及溶解氧等經(jīng)采樣器件送到變送器，變送器把信號變?yōu)?~20mA電流信號輸送到儀表和巡檢儀。變送器采用法國的ZELLWEGERANALYTICS公司生產(chǎn)的電導(dǎo)／電阻測量器件TRANSMITTER9125。其輸出電纜zui大長度為100m，輸出電阻為800Ω，精度為0.1mA。變送器來的信號須由巡檢儀進(jìn)行I／V變換，然后進(jìn)行高精度A／D采集。數(shù)據(jù)巡檢儀除完成以上所述功能外，還要暫時保存數(shù)據(jù)36h，計算平均值，形成數(shù)據(jù)幀，與上位機(jī)通信。數(shù)據(jù)巡檢儀的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。　　
　　該巡檢儀使用的數(shù)據(jù)存儲器是2片DALLAS公司生產(chǎn)的不易揮發(fā)RAM蕊片DS1644。它們是32kBx8的NVSRAM，并自帶鋰電池數(shù)據(jù)保護(hù)和時鐘日歷，*可以在不改變電路的情況下，代替62256。它的數(shù)據(jù)可保持10a不丟失。而時鐘日歷可通過編程來校準(zhǔn)。還使用了MAXl232CPU監(jiān)控芯片，具有電源監(jiān)測、復(fù)位控制和WATCHDOG功能。通信方式采用RS-232串口通信。
　　
　　由于發(fā)電廠爐水腐蝕過程是一個漸變過程，所以不必要用特別快的速度去獲取瞬時值。根據(jù)監(jiān)測指標(biāo)數(shù)目和巡檢儀數(shù)據(jù)存儲容量的大小，選擇采樣周期為2s。對每2min采集的60個數(shù)據(jù)取平均值，將24路平均結(jié)果和時間信息存在RAM中。經(jīng)計算，巡檢儀的RAM中共可保存38h數(shù)據(jù)。估計數(shù)據(jù)存儲空間可用下式考慮：
　　
　　2x24x38x30+2x24x60=58kB
　　
　　即每一平均值數(shù)據(jù)占用2字節(jié)（12位A／D轉(zhuǎn)換器），共24路數(shù)據(jù)，38h，每小時30個。在加上2s采集的用來計算平均值的瞬時數(shù)據(jù)共24路及時間標(biāo)志：年、月、日、時、分占用5B（但不是每一個數(shù)據(jù)都要保存時間）。經(jīng)上式計算總占用外部數(shù)據(jù)存儲空間至少大約為58kB，故總數(shù)據(jù)存儲空間為64kB足夠。
　　
　　采用中斷方式處理上位機(jī)的通信請求，根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的不同命令執(zhí)行時鐘校準(zhǔn)、地址復(fù)位和數(shù)據(jù)傳送操作。整個巡檢儀的工作狀態(tài)由WATCHDOG進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)巡檢儀由于干擾等原因死機(jī)時可自動重新啟動巡檢儀系統(tǒng)，并可回到死機(jī)前的運行狀態(tài)點繼續(xù)運行。對目前可以想象到的故障進(jìn)行模擬，包括通信線路受到電磁信號干擾造成的數(shù)據(jù)丟失、誤碼、誤接收；巡檢儀重啟動、掉電，通信電纜斷開造成的通信過程中斷等，并檢測了巡檢儀由于各種原因死機(jī)時的WATCHDOG功能。調(diào)試結(jié)果是：在以上各種故障條件下上位機(jī)和巡檢儀都可以可靠地完成通信，在系統(tǒng)無法自恢復(fù)的故障條件下，上位機(jī)可判斷故障類型。在實際測試中，當(dāng)上位機(jī)和巡檢儀進(jìn)行一次長達(dá)幾分鐘的數(shù)據(jù)通信過程時，巡檢儀被人為地反復(fù)重啟動，但結(jié)果通信過程一直繼續(xù)直至順利完成。連續(xù)運行的實驗結(jié)果表明，巡檢儀和上位機(jī)的通信模塊完成了系統(tǒng)要求達(dá)到的功能，通信可靠，運行穩(wěn)定。
　　
　　響應(yīng)上位機(jī)通信請求的協(xié)議格式為：響應(yīng)頭、長度、響應(yīng)碼、數(shù)據(jù)、校驗字節(jié)。　　
　　主程序流程圖如圖3。如果接收到上位機(jī)來的通信信號，通信端口將向CPU申請中斷。中斷服務(wù)程序接收命令碼，并判斷命令碼的正確性。如命令碼正確則調(diào)用執(zhí)行命令子程序。該流程圖見圖4。　　
　　3上位機(jī)應(yīng)用軟件
　　
　　上位機(jī)應(yīng)用軟件是該系統(tǒng)的核心。從概念上分為初始化部分、前臺界面程序和后臺數(shù)據(jù)處理。用VB調(diào)用SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫的分類框圖見圖5。
　　
　　后臺數(shù)據(jù)庫用來存儲數(shù)據(jù)和管理診斷所需要的各種信息。完備的數(shù)據(jù)及靈活的數(shù)據(jù)管理是進(jìn)行有效診斷的前提。實時數(shù)據(jù)庫實際是一組內(nèi)存數(shù)組變量，可靈活載入內(nèi)存和從內(nèi)存釋放。它的映象保留到后臺數(shù)據(jù)庫。參數(shù)設(shè)置庫存放在線數(shù)據(jù)巡檢儀的180路指標(biāo)的參數(shù)，其字段為：索引號，監(jiān)測點，水樣，監(jiān)測指標(biāo)，指標(biāo)單位，注意值上下限，合格值上下限，儀表量程，變送器輸出量程，是否有效。
　　
　　歷史數(shù)據(jù)庫和備份數(shù)據(jù)庫存放當(dāng)前時刻之前的數(shù)據(jù)。實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和備份數(shù)據(jù)庫的字段為：索引號、各路指標(biāo)對應(yīng)的參數(shù)設(shè)置庫的監(jiān)測點值、水樣值、監(jiān)測指標(biāo)值的合并（即：參數(shù)設(shè)置庫.Recordset（“監(jiān)測點”）&參數(shù)設(shè)置庫.Recordset（“水樣”）&參數(shù)設(shè)置庫.Recordset（“監(jiān)測指標(biāo)”）、日期、時間、注意值標(biāo)記、正常標(biāo)記、合格標(biāo)記、有效標(biāo)記。維修建議和結(jié)論庫為索引號、監(jiān)測點、水樣、監(jiān)測指標(biāo)、故障持續(xù)時間要求、故障原因、規(guī)則索引、推理解釋索引、知識索引、結(jié)論、備注。
　　
　　整個系統(tǒng)的信息流程可鳥瞰系統(tǒng)全貌和工作情況。見圖6。　　
　　上位機(jī)軟件流程概括為圖7。啟動軟件系統(tǒng)時，首先讀取系統(tǒng)配置文件，以便繼承上一次的操作。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和變量的初始化，并對巡檢儀進(jìn)行時鐘校對、數(shù)據(jù)讀取。如系統(tǒng)出錯或數(shù)據(jù)越限，報警并啟動專家診斷系統(tǒng)。在正常工作時，則進(jìn)行一維和二維合格率統(tǒng)計計算，打印報表。并利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)來分析運行發(fā)展趨勢。因為系統(tǒng)故障有一個發(fā)生和發(fā)展過程，故障征兆也隨時間進(jìn)展而逐步暴露。趨勢分析和預(yù)測功能，可跟蹤狀態(tài)變化，對故障進(jìn)行早期預(yù)報，有利于及時發(fā)現(xiàn)和排除故障，避免更嚴(yán)重的故障擴(kuò)展。系統(tǒng)首先采用時間推移和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，存儲趨勢數(shù)據(jù)，反映參數(shù)的歷史變化趨向，然后建立混合回歸模型，預(yù)測參數(shù)的未來取值。
　　
　　4專家診斷模塊
　　
　　本模塊是基于事例（CASE-BASED）的故障診斷系統(tǒng)[2]，即從故障事例的統(tǒng)計規(guī)律來認(rèn)識故障特征．實現(xiàn)故障類型識別。工作原理是用數(shù)據(jù)庫中的征兆和知識庫中的專家知識經(jīng)系列推理得出的診斷結(jié)果，是整個系統(tǒng)的主要部分。
　　
　　進(jìn)入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)經(jīng)域值檢測來判斷是否調(diào)用專家模塊。該模塊任務(wù)是通過故障征兆解釋出現(xiàn)的化學(xué)問題，提供相關(guān)的化學(xué)監(jiān)督知識，提出可行的消除或預(yù)防措施。
　　
　　判據(jù)的索引庫結(jié)構(gòu)為：故障名稱，顯示特性，參量數(shù)據(jù)，根節(jié)點，父故障名稱，子故障個數(shù)，子故障集合，故障原因，推理解釋，維修建議。
　　
　　故障推理的層次安排為：根節(jié)點（監(jiān)測點）→父故障（水樣）一子故障（監(jiān)測指標(biāo)）。
　　
　　“根節(jié)點”、“父故障名稱”、“子故障個數(shù)”和“子故障集合”構(gòu)成了“樹”狀鏈表。表明了故障之間的層次與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。根節(jié)點為1、2號機(jī)組名稱。父故障的結(jié)構(gòu)為：父故障名稱，機(jī)組類別，給水，爐水，飽和蒸汽，過熱蒸汽，再熱蒸汽，凝結(jié)水，熱網(wǎng)水，除氧水，內(nèi)冷水，疏水，除鹽水。作為子故障之一的爐水的結(jié)構(gòu)為：子故障名稱，爐水，電導(dǎo)率，pH值，電極電位值，Si02，P03-4，甲基橙堿度，*堿度，硬度，R值，外狀。
　　
　　現(xiàn)舉一例。表1數(shù)據(jù)為1999年10月16日7個小時爐水的3個指標(biāo)數(shù)據(jù)。　　
　　爐水R值在11：00，爐水磷酸鹽在12：10，爐水pH值在11：40分別出現(xiàn)低于注意值的情況。并且，爐水R值在11：40，爐水磷酸鹽在15：16，爐水pH值在12：40分別開始出現(xiàn)持續(xù)報警。專家診斷系統(tǒng)啟動。診斷結(jié)果如表2所示。　　
　　5系統(tǒng)實施
　　
　　5．1靜電屏蔽與接地
　　
　　統(tǒng)計資料表明，60％以上的電子器件損壞是來源于靜電的沖擊[3]，系統(tǒng)硬件連接要注意靜電屏蔽。各種機(jī)箱采用金屬外殼。電路板的周圍和板中間的空白處填充地線可有效地抑制干擾。電路板之間應(yīng)保持一定距離，防止板與板之間的電磁干擾。機(jī)箱的外殼要與大地相聯(lián)，將外殼與大地等電位。大地地線不能與電源的零線相聯(lián)，因為發(fā)電廠大地的電勢較高，二線相聯(lián)必然引入干擾，甚至損壞電器。電路板上的數(shù)字信號地線和模擬信號地線應(yīng)相對集中，有利于抑制干擾。
　　
　　5．2信號傳輸
　　
　　信號傳輸過程很容易引入噪聲，信號輸出一定要采用雙屏蔽電纜。電纜盡可能走直線，避免線間電感產(chǎn)生振蕩干擾。接線端子的松動會引起接觸不良而產(chǎn)生噪聲，設(shè)備安裝要牢固可靠，排列規(guī)則整齊，便于檢修。信號都要經(jīng)過隔離、濾波等前置處理，避免噪聲進(jìn)入計算機(jī)。還應(yīng)采用光電隔離，保證主要電路和計算機(jī)安全。
　　
　　信號傳輸要注意信號特性和范圍。一般電壓信號易處理，A／D轉(zhuǎn)換和數(shù)字電路都主要使用電壓信號。但電壓信號抗*力差，不適合遠(yuǎn)距離傳輸。電流信號因其內(nèi)阻很小，有較強的抗*力，但功率損失較大。硬件各模塊的信號匹配很重要，要適當(dāng)增加功率驅(qū)動和阻抗變換環(huán)節(jié)。電源功率不夠或電路板間信號不匹配，都會導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。
　　
　　5．3系統(tǒng)現(xiàn)場試運行
　　
　　本系統(tǒng)已在內(nèi)蒙古豐鎮(zhèn)發(fā)電廠投入使用。現(xiàn)對該電廠1、2號機(jī)的化學(xué)取樣系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測和診斷?，F(xiàn)場有關(guān)技術(shù)人員認(rèn)為：該系統(tǒng)監(jiān)測項目比較全面、實用，各項功能和性能指標(biāo)都基本達(dá)到設(shè)計要求，初步運行效果良好。它*取代了人工抄數(shù)和工作人員靠經(jīng)驗判斷設(shè)備有無污損的問題，提高了發(fā)電廠自動化和現(xiàn)代化運營水平。根據(jù)調(diào)研顯示，該系統(tǒng)推廣前景十分廣闊。