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基于組態王的大型煙機監測診斷系統研究論文
摘 要：為保障煙機的安全可靠運行，實現科學維護，研究了基于組態王的大型煙機監測診斷系統。闡述了該系統的組成、監測診斷系統所實現的功能，基于組態王開發的人機接口可視化界面等。該系統可實現采樣參數設置、實時監控、實時曲線顯示、超限報警、報表查詢、歷史曲線顯示、時頻域分析、趨勢預測等功能。基于組態王設計的系統具有界面友好、易于操作、運行可靠、便于升級等特點，組態化設計為監測診斷系統的研發提供了一種新方法。
關鍵詞：大型煙機;組態王;監測;診斷
Abstract: The monitoring and diagnosis system of large stack gas Turbine based on Kingview is studied to ensure the safety and reliability of the equipment running and achieve scientific maintenance. The system structure and the function achieved by the monitoring and diagnosis system and human-machine interface （HMI） are described. The system can achieve sampling parameters setting, real time monitoring, real time curves showing, over-limit alarming, report query, history curves showing, time-frequency field diagnosis, trend predicting etc. The system designed based on Kingview possesses friendly interface, operation easily, running reliably and updating conveniently. Configuration design provides a new way for the research on the monitoring and diagnosis system.
Key words: large stack gas turbine Kingview monitoring diagnosis
1.引言
大型煙機機組是以石油催化裂化生產過程中產生的高壓廢煙氣為介質，膨脹輸出軸功，帶動發電機發電，且具有顯著的節能和環保效益的大型機組，是關鍵性設備，保證機組的安全運行、實現科學維護具有很大的經濟效益 。
亞控公司的組態王軟件，是運行于Microsoft Windows 98/2000/NT/XP中文平臺的中文界面的人機界面軟件，采用了多線程、COM+組件等新技術，實現了實時多任務、軟件運行穩定可靠。具有優秀的性能、純中文界面、編程風格簡單、實時性能好，且與其他應用程序交換方便，易調試，支持數百種國內流行的設備等特點。
本文以燕山石化的大型煙機機組為對象進行了基于組態王軟件的監測診斷系統研究。
2.煙機發電機組結構
煙機機組主要由煙氣輪機、聯軸器、減速機、發電機、勵磁機等組成，煙氣輪機為
YLTV18000GA、減速器PHILADELPHIA、氣輪發電機為上海電機廠QF-20-2、無刷勵磁機為上海電機廠ZLWS6-450＊180，結構如圖1所示。
圖1煙機機組結構
其中煙氣輪機的入口出口溫度、冷卻水壓力、煙氣入口出口壓力、煙氣輪機、發電機的振動、聯接軸的溫度及軸向位移都是表征機組正常運行與否的重要參數，為了能夠掌握機組的運行狀況，特別是機組的振動和軸位移狀況，機組上安裝了振動和位移傳感器（主要是非接觸式的電渦流傳感器）等，來監測參數變化為監測診斷提供數據。
3.監測診斷系統設計
煙機工況監測與診斷技術是一門綜合性和應用性很強的技術，包括了信號檢測、特征提取和故障診斷決策三個部分 。組態王軟件在工控領域的成功應用為軟件開發提供了很好的思路，用這種“柔性化”方法開發的工控軟件具有很好的開發效率，并且能很好的適應外部需求變化。
基于組態王的煙機監測診斷系統設計的主要功能應包括：（1）監測與數據采集功能。通過高性能、高速I/O驅動程序直接與外設進行通訊，達到數據采集目的;一旦采集到數據，應用程序對數據進行處理和加工，通過動畫和數據報表等方式，達到監控目的;（2）人機界面操作環境。在開發系統中采用可視化風格界面，并利用強大的數字、文本、圖像處理，為操作人員提供最完善的人機界面;在運行系統中，提供給操作人員友好直觀的操作界面來改變設定值和其他關鍵值的功能，并與監測數據顯示圖形相結合;具有多種直觀的離散值報警和模擬值報警，并能以多種途徑將得到的報警通知操作人員;（3）分析診斷功能。這是監測診斷分析組態軟件的特點之一;（4）報表功能。系統以用戶指定的速率采集數據并將數據存儲在數據文件中，用戶在任何時候都能從數據文件中檢查數據、創建歷史數據的顯示。
圖2給出了監測診斷分析系統的整體結構圖。
圖2 監測診斷分析系統整體結
針對監測診斷系統所要實現的功能，在組態王中新建工程“基于組態的煙機研究”，在工程瀏覽器中建立三個畫面main test、 monitoring test和diagnosis test，定義外部設備和重要參數變量，完成數據庫構造等。切換到“開發系統”借助于組態王的工具和編輯功能進行界面設計和功能設計，在“運行系統”驗證系統實現的功能 。
3.1監測系統設計
基于組態王的監測系統運行界面如圖3，該系統可以實現數據采集與分析顯示功能。用戶可以進行采樣參數如監視機組的采樣長度、采樣通道、數據保存的時間間隔、組數等設置;系統根據設定的參數進行實時數據顯示，包括煙氣輪機的入口出口溫度、冷卻水壓力、煙氣入口出口壓力、煙氣輪機、發電機的振動、聯接軸的溫度及軸向位移等;用戶在界面上可以通過發電機的振動、聯接軸的軸向位移等實時數據繪制的波形圖，直觀觀察機組重要數據的變化。
圖3 監測系統界面
采集、分析顯示是通過調用驅動程序完成對硬件的操作，數據采集并不直接與硬件打交道，而是通過驅動程序來控制硬件，完成硬件的初始化、數據采集和發送等與硬件控制有關的任務。組態王提供了封裝好的設備驅動程序模塊負責處理與硬件通訊和控制過程，為用戶提供簡單接口，用戶通過接口就可以方便的實現數據采集。當監測要求改變需要更換新的儀器硬件時，只需更改相應驅動程序，那么新儀器就能在原來系統中正常運行。
大量的機組起停數據，日常數據、故障數據等，保存在數據庫內。數據庫技術凝聚了數據處理最為精華的思想 , 是管理信息的先進工具，是數據交換和數據處理的中心。組態軟件的數據庫分為兩種：實時數據庫和歷史數據庫。數據采集的得到數據將存入實時數據庫，可以通過DDE供其他外部程序調用。
3.2診斷系統設計
診斷系統建立在監測系統上，數據根據用戶的選擇從歷史數據庫（存放報警、短期、中期和長期數據庫形成設備運行歷史檔案，供用戶對其調用，以便對設備進行監視）調出。基于組態王設計的診斷系統運行界面如圖4，能夠實現報警、報表、歷史曲線、診斷分析等功能。報警窗口記錄了重要參數的報警狀況和重要事件的發生情況等，可以使用戶了解設備運行狀況;用戶可以在報表查詢面板上選擇所要查詢的報表，方便用戶查詢數據信息;在歷史曲線中可以查看多個變量的變化情況，可以動態增加和刪除曲線，曲線變量顯示列表給出了參數變量的統計信息等描述，還可以進行曲線的動態比較和曲線打印等。
為了提高設備故障診斷的準確率, 系統提供了預處理模塊、時域分析模塊、頻域分析模塊和小波分析等分析模塊，通過點擊就可以實現相應的功能。為了更進一步了解設備運行的發展狀況,系統提供了趨勢預測模塊, 從而使故障診斷系統具有更大的柔性。
圖4診斷系統界面
診斷系統中完成不同功能的程序代碼被封裝成函數形式，在組態王中通過編寫簡單的“膠水代碼” ，將這些代碼按照診斷系統要求封裝成模塊，完成診斷分析功能開發。診斷功能采用可擴展的接口方式，用戶可以隨意擴充模塊功能，便于升級。
監測系統與診斷系統是既相互獨立又緊密聯系，這種獨立性使得各個部分可以被重復使用，提高了可復用性，還使得可以對某一部分進行單獨的升級，卻不影響整個系統的運行。
4.結論
本文作者創新點：采用組態化軟件組態王對大型煙機監測診斷系統進行了研究，能很好的實現大型煙機的監測和診斷分析要求，大幅提高了系統的研發效率，可隨意擴充監測診斷系統功能，升級方便。基于組態王設計的大型煙機監測診斷系統，界面友好、操作方便、運行穩定，可以及時的發現設備的運行故障先兆，為生產和維修提供了決策依據，是保證煙機機組可靠運行，防止惡性事故發生的有效手段，基于組態王的組態化設計為監測診斷系統的研發提供了一種新的發展方向。
參考文獻
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