基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

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平台设计

图5 轴心轨迹功能界面

硬件率定

状态监测系统的可用性以及给电厂带来的经济价值,既取决于其在电厂的应用程度和使用人员的专业水平,也取决于硬件系统的采集可靠性。试想一下,一套采集信号数据不准确甚至错误的监测系统,根本无法为电厂运行或检修提供分析依据,最终只会在现场荒废或被拆卸掉。但现阶段而言,水电厂每年都有例行的检修任务,因此每次的检修工作,都会对状态监测系统安装的传感器有一定程度的影响,有时甚至会进行相关传感器的拆卸和再安装工作。

图1 监测系统结构图

目前信号测点数目为32个通道,因此采用一块PXI6229 M系列采集卡进行信号采集。该采集卡采用了4路16位模拟输出和最高48位数字输出。

结构设计

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振动波形图:详细显示当前选定信号的实时波形,区别于静态的曲线图片,这里的波形可以自由放大缩小和数据导出;

基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

图3 传感器率定界面

基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

图2 数据采集程序界面

首先,安装在机组各个部位的传感器将信号实时数据传输到机旁控制室的采集机柜,采集机柜的本地采集软件即时分析保存数据,并通知本地入库程序读取本地数据;同时,采集机柜将经过分析处理的实时数据送往数据服务器,数据服务器对其整理储存,以便定期提供机组运行状态日志、信号趋势和异常信息等。

表1 系统测点表

水电发电机组状态监测综合分析系统的设计构思,是通过实用而有效的功能定位和开放式的构成体系,分步、分块有计划逐步实现机组全状态监测的蓝图。系统在功能上突出了监测、查询和分析三部分,其中监测部分包括主监视图、振动波形图、振动棒图、轴心轨迹图、效率曲线等,以2~5s的速度即时刷新。功能介绍如下:

基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

系统功能

主监视图:用形象的图示方法,给出了监测系统中各个传感器实时传回的数据,并且给出机组当前的运行状态和基本参数,如果有报警信息,对应的通道数据会变红报警,并且状态栏显示当前所有的报警信息;

而在电厂进行状态监测系统的安装配置,是实现机组状态检修的基础。由于状态监测系统的数据采集平台一般放置在机组单元控制室或安放在现地,系统必须具有较好的抗振和抗干扰能力,才能保证数据的实时可靠采集。我们根据水电厂的实际需求,应用NI公司数据采集的PXI硬件平台和LabVIEW软件开发平台,设计开发了一套水电机组远程在线监测分析系统(HM9000 2.0系统),该系统综合应用了NI公司高性能、高精度和带隔离抗干扰的数据采集硬件模块和高可靠性的LabVIEW开发软件,不仅满足了水电机组监测系统对抗环境恶劣性、实时性和长期稳定运行的要求,也极大缩短了开发周期,节约了开发成本。

数据采集程序充分考虑了采集程序的可扩展性,可以通过选择界面进行采集卡的增加,以便监测更多的机组项目。采集程序对过来的信号进行分析判断,确认传感器信号是否有误。采集通道出错的信号通道红色显示,以便在现地提醒运行人员。32通道信号经过采集后保存成波形文件,文件每2秒钟更新一次。

基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

基于PC测量和自动化平台的水电远程监测系统的设计

因此,我们采用LabVIEW 8.2开发了整个状态监测系统安装阶段的信号调节和硬件率定模块软件,基于LabVIEW良好的人机界面控件,和集成DAQ驱动后简易的数据采集编程,能够让电厂人员,在最短时间内熟悉传感器的率定和信号检测任务,从而大大保证了采集系统的数据可靠性。软件具体界面如下所示:

系统软件平台的开发采用了采集和分析监测分离的模式,由于LabVIEW跟底层硬件结合较好,采集部分采用LabVIEW开发,进行数据采集和存储,并显示基本的数据状态信息。界面如下图所示:

水电远程监测系统虽然是远程网络监测系统,但鉴于电厂对数据安全性和可靠性较高的要求,采用了本地版(Local Mode)和远程版(Remote Mode)相结合的模式,在网络环境不佳或出现问题时,现地仍可以进行监测分析显示,并能保证实时数据的连续可靠存储。与完全基于web网页技术的监测系统相比,拥有更高的可靠性,有效克服了状态监测系统网络化、远程化以后,过于依赖网络环境的问题。

通过提供实时趋势分析和瀑布图分析,可以帮助运行人员及时掌握机组最新的运行状态及瞬态过程的特征,并可对频率、相位、峰峰值等各种参数输出趋势曲线,也可按时间、功率、水头和运行工况等参数进行数据检索后生成趋势曲线。

NI公司的PXI (PCI eXtensions for Instrumentation,面向仪器系统的PCI扩展)设备, 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台,PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性,并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台,因此系统全线采用其PXI系列产品。

图4 系统主监视图

监测系统能够提供完善的相关趋势分析功能,可以分析任意两个或多个参数之间的相互关系,其中横轴和纵轴可任意选定,时间段可任意设定,既可以以时间作为坐标轴,也可以选择某一过程参数作为坐标轴。如振动摆度和转速、负荷、水头、励磁电流、励磁电压之间的相互关系,为查找故障原因提供分析手段。

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