基于无线网络的水电厂在线组态式点检系统研究

王向伟

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

基于无线网络的水电厂在线组态式点检系统研究

王向伟

（嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪 628400）

根据点检系统在国内大多数发电企业，特别是火电厂在管理和运用上总结出的实践经验，结合先进的信息技术和高效智能的管理平台，创新思维，优化流程，研究一套适合水电厂设备管理模式的点检系统，进一步提高管理效率、工作效率，降低设备故障率，提高综合经济效益。

水电厂；点检；无线网络AP；系统研究；数据融合

随着先进管理技术的发展，计划预检修制度存在着大量过维修、部分欠维修、综合效率低的问题。近年来，设备的维修管理方式已得到充分的发展和提高，发展方式已由故障维修，到计划预维修，再发展到点检的演变。据不完全统计，发电企业设备管理推行点检定修制后，设备的故障和事故下降率约为40%，但是国内水电厂实行点检定修制及配备点检系统的少之又少。本文主要研究水电厂基于无线网络的在线组态式点检系统的设计和开发，从厂区无线网络架构，到点检系统的后台管理、数据分析和巡检终端，再到与计算机监控系统、生产管理系统等综合平台的数据融合等，旨在通过采用先进的信息技术实现高效智能的管理平台，降低设备故障率，提高综合管理效率和经济效益。

1　厂区无线网络建设

1.1用途及覆盖范围

厂区无线网络建设主要为水电厂的点检系统提供可靠、安全的服务基础平台，覆盖电厂大坝、厂房及开关站等生产区域所有设备巡检点。

1.2设计原则

结合水电厂和无线局域网（WLAN）的实际应用与发展要求，厂区无线网络设计在本着建设功能完整、技术成熟先进的网络系统的前提下，应遵循以下系统总体原则：

（1）安全可靠性原则：采用目前业界最先进的无线安全技术，满足无线网络对用户的安全以及无线网络自身的安全要求，在设备的选择和关键设备的互联时，具备冗余备份功能。

（2）成熟和先进性并重原则：系统建设要有一定的前瞻性，在无线网络建成后的3～5年之内，不会由于业务量的增加导致对网络结构及主要设备的重大调整。

（3）开放性和标准化原则：系统设计所采用的技术和设备必须符合WLAN国际标准、国家标准，在设计时，要求提供开放性好、标准化程度高的技术方案；设备的各种接口满足开放和标准化原则。

（4）可扩展性原则：所有系统设备不但满足当前需要，并在扩充模块后满足可预见将来需求，如带宽和设备的扩展，应用的扩展和办公地点的扩展等。保证建设完成后的系统在向新的技术升级时，能保护现有的投资。

（5）高覆盖质量、无缝漫游：对目标覆盖区域内实现100%的覆盖，接收信号电平≥-70 dBm，单个AP用户并发数≤20个。在目标覆盖区域内，要求单用户接入时数据传输平均速率不低于100Mb/s，支持用户在覆盖区域内快速移动，业务不中断。

（6）高安全：实现用户身份认证、入网行为控制、安全加密、病毒库、无线入侵检测、无线电射频的集中管理和部署，实现非法用户、非法AP的定位与隔离，打造高安全的无线网络。

1.3性能及安全技术要求

（1）采用支持802.1a/b/g/n的智能无线控制器及室内型“胖/瘦”可转换AP的解决方案。瘦AP实现无线信号的处理，而用户管理、加密、漫游、AP管理等功能全部集中到AC进行，以简化整个网络的管理，提高设备的工作效率。同时，无线终端AP必须通过EMC电磁认证，确保对电厂发电设备无电磁干扰。

（2）无线系统应该支持数据的集中及分布式交换。对于一般应用，可以采用分布式交互以减少网络及核心交换设备的负载，而对于特殊的或者需要进行监护或者控制的应用，则采用集中转发。

同时采用千兆POE供电的解决方案，既保障了网络的传输速度，又减少了补装电源线的工序，以方便维护和管理。

（3）无线局域网系统支持目前各种用户认证的方式（802.1X、WEB认证、MAC、SSID、VPN等），网络管理者可以根据需求方便的选择不同认证方式向用户提供安全的无线接入，并有效阻止非授权人员访问网络,通过AAA/Radius/LDAP/Windows AD服务器与无线控制设备的有机结合，为用户提供基于用户角色的策略控制。对非法及恶意AP接入检测和隔离、针对无线网络的DoS攻击防护、对无线终端的异常流量进行检测及报警等功能。

1.4网络拓扑与AP部署设计

设计方案按照AP+AC的结构化无线网络解决方案进行设计，整体框架基于瘦AP方式部署，采用AC（无线控制器）对AP进行集中管理、控制、配置下发，以及对接入终端的认证、数据分布式/集中式转发、漫游等功能。操作和维护工作现在只需要在AC上进行就可以了。AP只负责无线信号的收发，不作MAC层及其以上的协议层处理，所有的智能工作都由AC完成，具体如图1所示。

图1　无线网络拓扑图

2　点检系统功能设计

根据水电厂实际工作情况，点检系统由4大部分（图2）组成：后台管理子系统、数据采集终端子系统、查询统计子系统、现场标识与通信。

图2　点检系统功能模块图

2.1后台管理子系统

2.1.1基础编码管理

点检系统中存在有多种基础编码数据（如：选项数据定义、点检周期、点检专业等），这些基础编码数据是系统运行的基础，针对不同的基础编码数据管理人员可以进行各种新增、修改等操作，系统提供友好的界面进行基础编码管理。

2.1.2点检内容管理

设备点检内容构成设备点检管理的核心。合理确定点检内容是确保点检管理有效性的重要保证，点检内容应在类别的基础上划分，并进行结构化和代码化。点检内容由以下7个对象组成：点检专业——点检岗位——点检路线——点检地区——点检设备——点检部件——点检项目。如图3所示，具体要求如下：

图3　点检流程图

（1）点检专业及岗位：以专业为实施点检作业的主线，每个专业下面划分若干点检岗位，点检员在其中的某一个岗位下面工作，且只负责本岗位的点检工作。

（2）点检路线及地点：每个岗位下面根据点检计划和点检地点，按照最短、最优的方法，划分若干路线，实际作业中，点检员应沿着规定的路线去实施作业。每条点检路线包含若干个点检地点，表示点检人员要到达的地点，每个地点需要对应一个射频卡，以确认点检人员到达过该地点。

（3）点检设备：点检设备是点检管理的核心，是点检员负责的对象，设备采用业界常用的KKS做为编码，目的是让所有数据查询达到统一。

（4）点检部件：每台设备的管理点和维护点，如：滑动部件、回转部件、传动部件等。

（5）点检项目：针对每个点检设备都会有需要采集记录的数据，这些数据就是点检项目的内容，每个项目还能规定它的检查方法以及判断数据是否正常的标准。点检项目是对设备需要点检的项目信息进行管理，某区域、系统的点检项目应包括定期点检项目、定期巡检项目、设备的定期切换、运行数据的定期采集、定期试验等。

（6）特别说明：巡检工作内容相对点检而言，不分专业，根据巡检值班表或巡检模式，自动识别巡检路线。巡检地点、巡检设备、巡检部件、巡检项目可与点检工作公用或单独设置，巡检项目记录方式较为简单。

2.1.3点检任务管理

点检任务管理主要功能如下：周期性生成任务管理、创建临时性任务、点检历史数据查询、异常数据生产报缺工单。

（1）周期任务具体规则如下：按不同类型工作周期生成的周期任务数据之间互相没有影响，系统对此并不加以鉴别，按照自身的点检规则进行选择使用。同一类型工作周期生成的周期任务需要避免重复，同一个工作周期只能产生一个周期点检任务不能有重复。按照日、周和月等多种方式生成周期任务，生成任务时，系统会检测每个点检项目的周期，并根据日常点检、专业点检、精密点检这3种类型生成任务。

（2）在点检系统软件中具备选择生成临时任务的功能，选择需要采集的点检项目数据，以此得出需要点检的路线、设备和部件，组成任务对应的点检内容；再输入一些任务的必要数据，如：任务的开始执行时间和终止执行时间等，最后确定制定出临时任务。

2.1.4点检异常数据管理

根据事先定义的项目数据标准，自动统计出超标数据（适合数值类型数据），以及缺陷类数据（适合选项类型数据）。发现缺陷异常后，可以填写报缺陷工单发送到生产管理系统，支持人工手动和计算机自动发送两种方式。提供标准报缺模板生成，当发现有异常数据后，计算机根据模板的定义，自动生成报缺工单并发送到生产管理系统。

2.1.5点检台帐管理

点检台帐管理是整个点检工作数据归集查询展示的平台，点检台帐主要作用是为全厂用户提供一个全方位了解点检过程和结果的平台，通过点检台帐可以很方便的按照点检项目编号、点检专业、点检员、点检时间段、点检位置、点检部件、点检路线查询点检历史数据。点检历史数据趋势图展示，系统提供两种方式的趋势图展现：设定数据点数，系统默认展现设定趋势线；设定时间段，系统展现时间段的趋势曲线。

2.1.6点检报告管理

提供规范的格式，方便填写各种点检报告，包括点检工作日志、点检员月报表、点检员周报表、点检员工作流程表、重大点检纪事等。其中与设备有关的报告，能通过KKS编码跟生产管理系统的设备台帐关联，完成信息的关联和统一查询。点检报告可以走审批流程，从而让各级领导可以查阅审批。

2.2数据采集终端子系统

该子系统主要由平板电脑作为数据采集终端，同时运行巡回检查配备智能手机通过无线技术进行应急通讯。主要功能组成如下：采集任务、下载任务、上传任务、基础数据、用户数据、系统配置、系统还原、系统说明、系统注销等。

（1）硬件技术要求：根据目前平板电脑、智能手机的性能分析，厂区点检需要配备系统稳定、响应速度快、处理数据速度快，且在3～5年内技术不落后的智能终端。

（2）主界面：基于IOS/Android平台开发C/S版本的客户端点检数据采集软件，通过该客户端软件，点检员可以方便的完成点检数据采集工作。

（3）数据采集功能：点检员下载任务后，按照点检路线进行点检，点检数据采集的主要功能有：点检任务列表、任务免检、地点免检、点检查漏、递减趋势分析、RFID标签识别等。

（4）任务管理：点检员登录终端后可以下载自己所在专业的点检任务。点检工作完成后，通过上传任务可以上传点检员点检结果数据到后台服务器。

（5）基础数据：通过基础数据功能可以将客户端系统使用需要的基础数据下载到客户端，主要基础数据有：点检项目、专业、地点、设备及部件等。

（6）用户数据：该功能主要将数据后台端定义的点检员用户和密码同步到数据采集终端。

（7）系统配置：系统配置主要实现终端系统基础参数设定、服务器IP设置、任务本地存储次数等基础配置的设置。

（8）采集表格数据功能：该项功能主要用来采集数据量比较大的点检工作或任务（表格数据），包括点检任务下载、表格下载、数据采集录入、趋势分析、数据在线提交等。

2.3查询统计子系统

查询统计子系统作为点检系统的一个功能分支，主要完成数据基础查询、考核统计管理、数据趋势分析等功能。

2.3.1数据基础查询

在点检系统内需要对系统内的点检对象数据、点检任务数据、点检采集数据进行查询、导出和打印。数据查询功能要求如图4所示：

图4　数据查询功能图

数据基础查询功能主要有：

（1）按设备进行查询：查询一个设备的点检项目特定时间段的点检历史数据，查询条件有：设备、点检项目（默认全部）、点检时间段、点检专业。

（2）按点检项目查询：查询点检项目执行频次统计表，查询数值类型点检项目的历史数据及形成趋势图，查询条件：点检项目（可多选）、点检时间段。

（3）按路线来查询：查询点检路线的点检历史数据，查询条件：路线、点检员、点检时间段、点检专业。

2.3.2考核统计管理

系统以报表的形式提供统一的考核手段，具体包括：

（1）工作记录统计：以岗位为主线，输出年、月、日某一时间段内的工作记录，包含：应到位的管理点数量，实际到位的管理点数量；应点检的抄表项目数量，实际点检的抄表项目数量；应点检的测量项目数量，实际点检的测量项目数量；应点检的观察项目数量，实际点检的观察项目数量。

（2）工时情况统计：是对点检工作的工作量的统计。统计以岗位和人员为主线，输出某日的工时值。

（3）超标情况统计：以岗位为主线，输出年、月、日某一时间段内的超标统计。

（4）漏检项目统计：是对工作质量的标准管理。它以岗位为主线，输出年、月、日某一时间段内的漏检项目统计。

（5）缺陷发现率与正确率：按岗位统计缺陷发现率。

2.3.3数据趋势分析

具备各种图形辅助专业人员对设备进行劣化分析的功能，找出设备状态变化的趋势，为设备的定修（消除劣化）决策提供科学的依据。分析图形包括振动或温度数据的趋势曲线，观察类数据的棒图和饼图等，具备单项目质量分析、多项目质量对比分析功能。

2.4现场标识与通信

水电厂点检管理系统建设现场标识采用超高频RFID、数据通信方式采用蓝牙与WiFi相结合。和平板电脑很好结合的超高频RFID读写器采用特制的蓝牙读写笔。该蓝牙读写笔无缝嵌入高性能的UHFRFID读写模块及蓝牙4.0通讯模块，支持与各种符合标准的RFID电子标签及智能终端进行通讯，架起RFID与平板智能终端沟通的桥梁。利用随身携带的智能终端及蓝牙读写笔随时随地读取RFID标签信息，同时利用智能终端携带的无线通信功能与后台服务器进行通信，实现基于RFID智能识别技术。由于厂区已全部覆盖了WiFi，因此整个系统在使用过程中主要使用WiFi技术进行实时通信，对不具备WiFi或者信号较弱的地方，系统同样支持离线数据存储。

3　点检系统与计算机监控系统、生产管理等系统的数据融合

点检中有很多数据需要从计算机监控系统、MIS系统等生产管理系统中获取，来完成设备台帐、缺陷任务单等数据交互和共享。但是，计算机监控系统的数据在办公网络是无法直接获取的，因此采用隔离装置进行隔离，然后把计算机监控系统中的部分数据送到办公网络进行存储形成实时数据的存储数据库，这个数据库有两个作用：①供办公网络中的各系统获取计算机监控系统的数据；②供点检员在点检过程中自动获取点检的数据，具体设计如图5所示。

图5　数据融合网络图

4　结语

水电厂点检定修制的建立与实施，点检系统的有效融合，引入超高频RFID标签和蓝牙读写笔替代传统的二维条码，智能手机和平板电脑替代传统的PDA作为点检终端，实现点检数据在线自动采集，实现点检过程数据自动组态与在线分析，使检修质量、设备可靠性得到一定的提升，设备的劣化得以控制，既解决了设备维修的问题，又减少了检修费用和检修人员，已取得明显的经济效益和社会效益。可以预见，在今后几年中，状态检修和优化检修将快速发展，取得更大的成就[1]。

[1]杨俊保，邓敏.点检在发电企业设备检修中的应用及存在的问题[J].上海电力学院学报，2008，24（2）：145-148.

TV737

A

1672-5387（2016）11-0011-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.004

2016-07-28

王向伟（1986-），男，工程师/技师，从事设备管理、安全管理方面的工作。