摘要：發電廠爐水的各種化學成分含量能體現鍋爐和輸水管道遭受侵蝕的狀態。及時監測這些數據，可明確鍋爐和輸水管道的工作狀況和壽命，實現狀態預知維修，確保機組穩定安全運行。系統由在線數據巡檢儀和系統管理軟件組成。
　　
　　0引言
　　
　　隨著我國電力工業發展，高參數、大容量火電機組相繼投人運行，人們對鍋爐水汽品質的重要性也有了進一步認識和重視。如果鍋爐和輸水管道出現腐蝕問題，機組可能發生降負荷和停機[1]。我國工業鍋爐每年因爐水侵蝕性狀況判斷不明而導致受熱面結垢、腐蝕，造成的經濟損失極大。目前大部分電廠化學監督工作還停留在人工抄表、人工數據分析階段。由于采集數據不連續和分析控制不及時，導致無法準確及時地反映鍋爐水汽品質，難以做出趨勢預測。因此建立完善的專家診斷系統，對水汽質量故障作出正確判斷并及時處理，為機組狀態檢修提供準確的狀態判據有十分重大的經濟和社會效益。
　　
　　本文介紹的系統通過熱力設備水汽取樣系統、在線數據巡檢儀和計算機管理的有關內容，對爐水的侵蝕性進行量化分析，確定腐蝕程度與監測指標的關系。并據此對鍋爐受熱面內表面遭受的腐蝕狀態作出判斷，為在機組大修時對熱力設備腐蝕狀況能有全面的了解，達到預知檢修的目的；同時對機組化學監測數據進行監測，提高水質參數監測的實時性和可靠性。該系統為開放式專家診斷系統，除可對水汽取樣系統運行狀態進行監測外，還對出現的故障進行分析診斷，提出處理意見。
　　
　　1系統結構
　　
　　該系統具體的關系和規模如圖1所示。系統從邏輯關系上分為數據采集層、分析監測層、管理層和交流傳輸層。利用自動采集的數據、化驗站人工化驗產生的數據和實驗室周查產生的數據三者結合來作為數據源。數據巡檢儀采集2臺機組的pH值、電導率、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、鐵離子質量濃度、漏水率等數據需人工化驗分析或經系統軟件計算得出。其中，人工每2h化驗的數據68項，每周化驗的數據88項。以日期、時間、監測點、水樣、監測指標作為數據的標識和啟動條件，進行數據處理。分析監測層是對各路數據進行限值判斷：高于量程上限和低于量程下限，高于合格指標上限和低于合格指標下限，高于注意值上限和低于注意值下限。同時進行數據趨勢分析，適時數據和曲線顯示，報警和事故追憶，并判斷是否啟動專家判據模塊。管理層是對歷史數據和適時數據的管理，數據和曲線的查詢，報表打印，專家診斷，結果處理。交流傳輸層是對數據的網絡管理功能。　　
　　數據巡檢儀采集發電廠監督水樣取樣變送器出口數據。它應用12位A／D采集器、STD總線和分布式模塊結構，保證采集精度和穩定性。上位機應用軟件用VB6.0企業版調用SQL-SERVER數據庫，實現圖形用戶界面，并可和MIS系統接口。
　　
　　2數據巡檢儀
　　
　　發電廠一些化學量如爐水電導率、pH值及溶解氧等經采樣器件送到變送器，變送器把信號變為4~20mA電流信號輸送到儀表和巡檢儀。變送器采用法國的ZELLWEGERANALYTICS公司生產的電導／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行I／V變換，然后進行高精度A／D采集。數據巡檢儀除完成以上所述功能外，還要暫時保存數據36h，計算平均值，形成數據幀，與上位機通信。數據巡檢儀的硬件結構如圖2所示。　　
　　該巡檢儀使用的數據存儲器是2片DALLAS公司生產的不易揮發RAM蕊片DS1644。它們是32kBx8的NVSRAM，并自帶鋰電池數據保護和時鐘日歷，*可以在不改變電路的情況下，代替62256。它的數據可保持10a不丟失。而時鐘日歷可通過編程來校準。還使用了MAXl232CPU監控芯片，具有電源監測、復位控制和WATCHDOG功能。通信方式采用RS-232串口通信。
　　
　　由于發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。根據監測指標數目和巡檢儀數據存儲容量的大小，選擇采樣周期為2s。對每2min采集的60個數據取平均值，將24路平均結果和時間信息存在RAM中。經計算，巡檢儀的RAM中共可保存38h數據。估計數據存儲空間可用下式考慮：
　　
　　2x24x38x30+2x24x60=58kB
　　
　　即每一平均值數據占用2字節（12位A／D轉換器），共24路數據，38h，每小時30個。在加上2s采集的用來計算平均值的瞬時數據共24路及時間標志：年、月、日、時、分占用5B（但不是每一個數據都要保存時間）。經上式計算總占用外部數據存儲空間至少大約為58kB，故總數據存儲空間為64kB足夠。
　　
　　采用中斷方式處理上位機的通信請求，根據上位機發出的不同命令執行時鐘校準、地址復位和數據傳送操作。整個巡檢儀的工作狀態由WATCHDOG進行監控，當巡檢儀由于干擾等原因死機時可自動重新啟動巡檢儀系統，并可回到死機前的運行狀態點繼續運行。對目前可以想象到的故障進行模擬，包括通信線路受到電磁信號干擾造成的數據丟失、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時的WATCHDOG功能。調試結果是：在以上各種故障條件下上位機和巡檢儀都可以可靠地完成通信，在系統無法自恢復的故障條件下，上位機可判斷故障類型。在實際測試中，當上位機和巡檢儀進行一次長達幾分鐘的數據通信過程時，巡檢儀被人為地反復重啟動，但結果通信過程一直繼續直至順利完成。連續運行的實驗結果表明，巡檢儀和上位機的通信模塊完成了系統要求達到的功能，通信可靠，運行穩定。
　　
　　響應上位機通信請求的協議格式為：響應頭、長度、響應碼、數據、校驗字節。　　
　　主程序流程圖如圖3。如果接收到上位機來的通信信號，通信端口將向CPU申請中斷。中斷服務程序接收命令碼，并判斷命令碼的正確性。如命令碼正確則調用執行命令子程序。該流程圖見圖4。　　
　　3上位機應用軟件
　　
　　上位機應用軟件是該系統的核心。從概念上分為初始化部分、前臺界面程序和后臺數據處理。用VB調用SQL-SERVER數據庫來實現。數據庫的分類框圖見圖5。
　　
　　后臺數據庫用來存儲數據和管理診斷所需要的各種信息。完備的數據及靈活的數據管理是進行有效診斷的前提。實時數據庫實際是一組內存數組變量，可靈活載入內存和從內存釋放。它的映象保留到后臺數據庫。參數設置庫存放在線數據巡檢儀的180路指標的參數，其字段為：索引號，監測點，水樣，監測指標，指標單位，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。
　　
　　歷史數據庫和備份數據庫存放當前時刻之前的數據。實時數據庫、歷史數據庫和備份數據庫的字段為：索引號、各路指標對應的參數設置庫的監測點值、水樣值、監測指標值的合并（即：參數設置庫.Recordset（“監測點”）&參數設置庫.Recordset（“水樣”）&參數設置庫.Recordset（“監測指標”）、日期、時間、注意值標記、正常標記、合格標記、有效標記。維修建議和結論庫為索引號、監測點、水樣、監測指標、故障持續時間要求、故障原因、規則索引、推理解釋索引、知識索引、結論、備注。
　　
　　整個系統的信息流程可鳥瞰系統全貌和工作情況。見圖6。　　
　　上位機軟件流程概括為圖7。啟動軟件系統時，首先讀取系統配置文件，以便繼承上一次的操作。然后進行數據庫和變量的初始化，并對巡檢儀進行時鐘校對、數據讀取。如系統出錯或數據越限，報警并啟動專家診斷系統。在正常工作時，則進行一維和二維合格率統計計算，打印報表。并利用現有數據來分析運行發展趨勢。因為系統故障有一個發生和發展過程，故障征兆也隨時間進展而逐步暴露。趨勢分析和預測功能，可跟蹤狀態變化，對故障進行早期預報，有利于及時發現和排除故障，避免更嚴重的故障擴展。系統首先采用時間推移和數據壓縮技術，存儲趨勢數據，反映參數的歷史變化趨向，然后建立混合回歸模型，預測參數的未來取值。
　　
　　4專家診斷模塊
　　
　　本模塊是基于事例（CASE-BASED）的故障診斷系統[2]，即從故障事例的統計規律來認識故障特征．實現故障類型識別。工作原理是用數據庫中的征兆和知識庫中的專家知識經系列推理得出的診斷結果，是整個系統的主要部分。
　　
　　進入系統的數據經域值檢測來判斷是否調用專家模塊。該模塊任務是通過故障征兆解釋出現的化學問題，提供相關的化學監督知識，提出可行的消除或預防措施。
　　
　　判據的索引庫結構為：故障名稱，顯示特性，參量數據，根節點，父故障名稱，子故障個數，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：根節點（監測點）→父故障（水樣）一子故障（監測指標）。
　　
　　“根節點”、“父故障名稱”、“子故障個數”和“子故障集合”構成了“樹”狀鏈表。表明了故障之間的層次與結構之間的關系。根節點為1、2號機組名稱。父故障的結構為：父故障名稱，機組類別，給水，爐水，飽和蒸汽，過熱蒸汽，再熱蒸汽，凝結水，熱網水，除氧水，內冷水，疏水，除鹽水。作為子故障之一的爐水的結構為：子故障名稱，爐水，電導率，pH值，電極電位值，Si02，P03-4，甲基橙堿度，*堿度，硬度，R值，外狀。
　　
　　現舉一例。表1數據為1999年10月16日7個小時爐水的3個指標數據。　　
　　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分別開始出現持續報警。專家診斷系統啟動。診斷結果如表2所示。　　
　　5系統實施
　　
　　5．1靜電屏蔽與接地
　　
　　統計資料表明，60％以上的電子器件損壞是來源于靜電的沖擊[3]，系統硬件連接要注意靜電屏蔽。各種機箱采用金屬外殼。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。電路板之間應保持一定距離，防止板與板之間的電磁干擾。機箱的外殼要與大地相聯，將外殼與大地等電位。大地地線不能與電源的零線相聯，因為發電廠大地的電勢較高，二線相聯必然引入干擾，甚至損壞電器。電路板上的數字信號地線和模擬信號地線應相對集中，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，避免線間電感產生振蕩干擾。接線端子的松動會引起接觸不良而產生噪聲，設備安裝要牢固可靠，排列規則整齊，便于檢修。信號都要經過隔離、濾波等前置處理，避免噪聲進入計算機。還應采用光電隔離，保證主要電路和計算機安全。
　　
　　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轉換和數字電路都主要使用電壓信號。但電壓信號抗*力差，不適合遠距離傳輸。電流信號因其內阻很小，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，要適當增加功率驅動和阻抗變換環節。電源功率不夠或電路板間信號不匹配，都會導致系統工作不正常。
　　
　　5．3系統現場試運行
　　
　　本系統已在內蒙古豐鎮發電廠投入使用。現對該電廠1、2號機的化學取樣系統進行實時監測和診斷。現場有關技術人員認為：該系統監測項目比較全面、實用，各項功能和性能指標都基本達到設計要求，初步運行效果良好。它*取代了人工抄數和工作人員靠經驗判斷設備有無污損的問題，提高了發電廠自動化和現代化運營水平。根據調研顯示，該系統推廣前景十分廣闊。