汽輪機組回?zé)嵯到y(tǒng)是火電廠熱力系統(tǒng)的核心喘玄，回?zé)嵯到y(tǒng)故障已成為影響汽輪機組穩(wěn)定發(fā)電滿負(fù)荷發(fā)電的主要原因之一虐唠。為保證火電廠回?zé)嵯到y(tǒng)的安全經(jīng)濟運行蓝晒，實現(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷及故障排除幻妓，采用虛擬儀器系統(tǒng)作為開發(fā)平臺蹦误，構(gòu)建了火電廠回?zé)嵯到y(tǒng)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與多種診斷知識的故障診斷專家系統(tǒng)。在介紹虛擬儀器特點的基礎(chǔ)上肉津，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)强胰、系統(tǒng)組成、系統(tǒng)功能及設(shè)計妹沙。實踐證明偶洋，該系統(tǒng)具有有效性、靈活性和可擴展性等特點距糖。
0  引言
    汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)是火電廠熱力系統(tǒng)的核心玄窝。由于其長期運行于高溫高壓的狀態(tài)，同時還受到機組負(fù)荷突變慢杜、給水泵故障讼崔、旁路切換等因素的影響凌宫，在某些情況下將導(dǎo)致回?zé)嵯到y(tǒng)頻繁發(fā)生故障，從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失死辫。因此甥轿，利用當(dāng)前先進(jìn)的計算機技術(shù)來開發(fā)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)，對高壓加熱器品庞、除氧器、低壓加熱器存裁、連接管道及閥門等部件的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測斋垫、記錄、分析郊纱、報警和診斷届饰，對確保電廠回?zé)嵯到y(tǒng)，保障整個火電機組長周期臼蔼、安全狸眼、可靠并有效地運行具有重要的意義[1-3]。
    基于虛擬儀器實驗室虛擬儀器工程平臺LabVIEW(laborato virtual instrument engineering work bench）的汽輪機組回?zé)嵯到y(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)浴滴，它是在各部件狀態(tài)數(shù)據(jù)實時采集的基礎(chǔ)上拓萌，進(jìn)行數(shù)據(jù)實時顯示、存儲升略、趨勢分析微王、報表打印、報警和診斷品嚣。該系統(tǒng)能在數(shù)據(jù)信號異晨惶龋或者自身異常觸發(fā)下，自動加載故障診斷專家系統(tǒng)子模塊翰撑，從而完成汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)的實時運行狀態(tài)報告罩旋、各種可能故障的準(zhǔn)確定位和提供各種維修參考意見。
1  LabVIEW簡介
    LabviEW是美國M公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具[4]眶诈，主要應(yīng)用于儀器控制涨醋，數(shù)據(jù)采集、分析逝撬、顯示等領(lǐng)域东帅，并使用于Windows CE、Windows95/98/2000/XP/2003修梭、Macintosh茴茁、Unix、Linux纸级、Sun等多種不同的操作系統(tǒng)平臺泣奏。與傳統(tǒng)語言不同客洁，LabviEw采用G語言編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員县堰，編程方便垢类，人機交互界面直觀友好，具有強大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點茴支。
    將LabVIEW應(yīng)用于汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷革襟，具有以下優(yōu)點[5]：①LabviEw具有強大的數(shù)據(jù)采集和IVI儀器驅(qū)動能力，搭建外圍采集硬件過程更快卓您；②LabVIEW自身集成了豐富而功能強大的數(shù)學(xué)工具以及數(shù)字信號處理子VIS鸭嗡，給回?zé)嵯到y(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)的相關(guān)計算和分析帶來了方便；③LabVIEW具有運行控制技術(shù)和多線程技術(shù)浙炼，這些技術(shù)使該系統(tǒng)各程序模塊間數(shù)據(jù)傳輸無錯化份氧，同時能使系統(tǒng)整體實現(xiàn)高速穩(wěn)定運行；④LabVIEW 具有強大的外部接口能力弯屈，可以實現(xiàn) LabVIEW 與外部應(yīng)用軟件（如Word蜗帜、Excel等）、C語言资厉、C++語言厅缺、Windows, API、Matlab以及HIQ等編程語言的通信宴偿。特別是可以利用Matlab ScriPt來搭建模糊專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型店归，為系統(tǒng)提供方便；⑤LabVIEW具有強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能酪我，支持TCP/IP協(xié)議消痛、UDP協(xié)議，具有Data Socket技術(shù)和Rmote Panels技術(shù)都哭，簡化了該設(shè)計系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化秩伞，使用戶很容易在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)高速實時數(shù)據(jù)交換及遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷。
2  回?zé)嵯到y(tǒng)監(jiān)測與故障診斷專家系統(tǒng)
2.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)
    以型號N300-16.7/538/538機組為研究對象欺矫，對應(yīng)的回?zé)嵯到y(tǒng)主要包括3個高壓加熱器烟渴、4個低壓加熱器和1個除氧器。狀態(tài)監(jiān)測的測量參數(shù)直接影響采集到的信息能否真實地反映回?zé)嵯到y(tǒng)的運行狀態(tài)姥憋。參數(shù)太多會使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測復(fù)雜化差按，而且成本高；而參數(shù)太少又不能反映真實情況拼肥。因此聋账，測量參數(shù)的合理選擇是本系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。根據(jù)回?zé)嵯到y(tǒng)的特點并結(jié)合故障診斷專家系統(tǒng)境仁，需要監(jiān)測的有以下參數(shù)：①各加熱器進(jìn)（出）口水溫度毕察；各加熱器進(jìn)（出）口蒸汽壓力和溫度匹氯；②疏水水位、水溫度和調(diào)節(jié)門開度库绩；③給水泵轉(zhuǎn)速重抑、后母管壓力和水溫度；④除氧器水位峡蓖、內(nèi)部水溫亿永、出口水溫、抽汽壓力换怖、水位調(diào)節(jié)門開度甩恼、管閥位；⑤ 系統(tǒng)外圍疏（水）汽管道漏損裂紋源信號狰域；⑥ 加熱器和除氧器整體的振動信號等。
             

    結(jié)合上述回?zé)嵯到y(tǒng)故障敏感信號和文獻(xiàn)[3]可知黄橘，在信號數(shù)量多且特征不同的情況下兆览，可以將其分為瞬變信號和緩變信號。根據(jù)實際的需要和上述信號特性可知塞关，系統(tǒng)的采集硬件使用分布式體系結(jié)構(gòu)抬探。監(jiān)測與智能故障診斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。洲采集卡和工控機完成實時數(shù)據(jù)的采集帆赢、保存小压、顯示以及異常狀態(tài)特征提取、報警椰于，并作為服務(wù)器向遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷專家系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)和初態(tài)診斷報警結(jié)果等怠益。工控機的數(shù)據(jù)庫用來存儲原始數(shù)據(jù)，并可通過網(wǎng)卡與企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接姻眼，以實現(xiàn)資源共享团春。如果把工控機看成服務(wù)器，運行在廠級監(jiān)測分析中心的計算機則可看作是客戶機娄缴，實現(xiàn)對由服務(wù)器傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和精確診斷兔卤；相對于遠(yuǎn)程公司診斷中心、遠(yuǎn)程服務(wù)中心及專家會診意見作為客戶端而言摊梯，廠級實時監(jiān)測與診斷專家系統(tǒng)可以作為服務(wù)器云盲。此時，利用 Remote Rlllels技術(shù)可以實現(xiàn)汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)廠級實時監(jiān)測與診斷專家系統(tǒng)的遠(yuǎn)程面板的操作和控制杀乃，從而完成遠(yuǎn)程專家會診等功能球逢。
2.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)
    系統(tǒng)的開發(fā)軟件以LabVIEW為主，以Matlab和C語言為輔碳环，以模塊化設(shè)計思想進(jìn)行設(shè)計播瓦。系統(tǒng)模塊主要包括多線程控制驮觅、信號采集、用戶界面操作众琼、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理闯捎、監(jiān)測報警、故障診斷專家系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)化通信這7個模塊许溅。對應(yīng)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示瓤鼻。
              
    各模塊功能及實現(xiàn)方法如下。
    ① 多線程中央?yún)f(xié)調(diào)模塊完成硬件與軟件贤重、軟件模塊與模塊之間的協(xié)調(diào)運行茬祷。利用LabviEW 本身的多線程技術(shù)可以實現(xiàn)這一功能。
    ② 信號采集模塊采集回?zé)嵯到y(tǒng)狀態(tài)的相關(guān)信號并蝗，供其他模塊利用祭犯；由于回?zé)嵯到y(tǒng)的復(fù)雜性以及要采集信號的多樣性，實現(xiàn)方法要求比較嚴(yán)格滚停。硬件采集采用分布式體系機構(gòu)沃粗，將物理測量位置、信號頻率特性相近的信號用同一采集卡接口采集键畴，經(jīng)現(xiàn)場處理后發(fā)往數(shù)據(jù)庫管理模塊最盅。同時，網(wǎng)絡(luò)化通信模塊起惕、故障診斷專家模塊涡贱、監(jiān)測模塊、人機交互模塊也可以采用多線程來實時地利用這些數(shù)據(jù)牌骚。
    ③ 數(shù)據(jù)庫管理模塊的功能是實時采集數(shù)據(jù)翎女，為操作者設(shè)置參數(shù)的導(dǎo)出導(dǎo)入、生成報表缘荧，以及為其他模塊提供歷史數(shù)據(jù)調(diào)用等誉梳。可以利用LabVIEW用戶開發(fā)的數(shù)據(jù)庫訪問工具包Lab SQL完成這些功能兰险。Lab SQL是一個免費的骇俏、多數(shù)據(jù)庫、跨平臺的LabviEW 數(shù)據(jù)庫訪問工具脚培，它利用ADO及SQL操作封裝成一系列的Lab SQL VIS北郁，支持任何基于ODBC的數(shù)據(jù)庫。當(dāng)然纺围，如果有經(jīng)濟基礎(chǔ)用劲，可以選擇利用M公司的SQL Toolkit 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)的設(shè)計。
    ④ 監(jiān)測報警模塊對實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理僧旬，并通過特定的算法來完成監(jiān)測報警炉奴、得出故障初步診斷結(jié)果逼庞，自動加載調(diào)用故障診斷專家系統(tǒng)模塊。利用Lab-VIEW 中的數(shù)學(xué)分析函數(shù)庫完成分析處理瞻赶；監(jiān)測赛糟、報警、故障診斷利用加權(quán)平均值與閥值差進(jìn)行歸一化量化砸逊；然后利用信息融合的方法（采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行綜合處理鬧璧南，給出系統(tǒng)的故障診斷初步結(jié)果。同時师逸，完成工況惡劣程度的聲色報警和維修參考意見司倚。
    ⑤ 故障診斷模塊可根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)并結(jié)合系統(tǒng)的故障診斷初步結(jié)果或人工輸人進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷。汽輪機回?zé)嵯到y(tǒng)機構(gòu)的復(fù)雜性使其故障具有多層次篓像、模糊不確定性动知，因高低加熱器、除氧器設(shè)備不同等特點员辩，很難用單一的判斷方式將各種故障診斷精確化盒粮。因此，故障診斷模塊采用基于多種診斷知識的故障診斷專家系統(tǒng)和上述監(jiān)測報警中的初步結(jié)果來共同完成診斷任務(wù)[7-10]止既。故障診斷模塊工作時柔朽，診斷系統(tǒng)會自動調(diào)用監(jiān)測數(shù)據(jù)管理庫中的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分類垂暖，歸一化處理后核瘤，進(jìn)人多種診斷知識的專家系統(tǒng)程序，然后通過使用信息融合方法穗阐，將報警中的初步結(jié)果和專家系統(tǒng)結(jié)果兩種判斷融合涉泡，從而得到比較精確的診斷結(jié)果。系統(tǒng)診斷推理流程如圖3 所示能莫。
            
      這些功能是在LabVIEW環(huán)境下政茄，調(diào)用Matlab并結(jié)合LabviEW自身的數(shù)學(xué)分析函數(shù)庫來完成搭建的。
    ⑥人機交互界面提供該軟件系統(tǒng)整體的管理工作妇愉，包括數(shù)據(jù)采集通道設(shè)置彭闷、實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理顯示以及各子系統(tǒng)控制（點擊可以進(jìn)入對應(yīng)的子系統(tǒng)界面）等功能芳企。各種顯示效果可以通過Lab來設(shè)計烛蘑，各VI之間的通信可以用Queue技術(shù)來完成。
    ⑦ 網(wǎng)絡(luò)化通信模塊實現(xiàn)系統(tǒng)與Intemet的通信造过，從而實現(xiàn)該系統(tǒng)的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與診斷唱较。設(shè)計的過程中主要采用Data Socket技術(shù)和Remote Panels技術(shù)，使用戶很容易在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)高速實時數(shù)據(jù)交換和系統(tǒng)的遠(yuǎn)程面板發(fā)布召川。
2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
       在LabVIEW軟件平臺下[9-11]南缓，利用LabVIEW外部接口調(diào)用Matlab神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和Matlah程序搭建基于多知識診斷的專家系統(tǒng)[10]胸遇，同時，利用該軟件下基本的函數(shù)功能模塊以及Data Socket技術(shù)和Remote Panels技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的整體開發(fā)[5]汉形。對應(yīng)的故障診斷子系統(tǒng)可以點擊對應(yīng)的按鈕來手動加載纸镊，當(dāng)出現(xiàn)異常或故障時获雕，系統(tǒng)會自動加載薄腻。
3  結(jié)束語
       基于多種診斷知識的回?zé)嵯到y(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)，在LahVIEW下調(diào)用Matlab軟件程序届案，并利用 Data Socket 技術(shù)和 Remote Panels 技術(shù)實現(xiàn)了實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化高速傳輸和診斷專家系統(tǒng)的遠(yuǎn)程面板控制庵楷，使回?zé)嵯到y(tǒng)運行狀態(tài)和運行趨勢一目了然。系統(tǒng)強大的軟件功能為火電廠專業(yè)人員進(jìn)行狀態(tài)分析和故障診斷提供了十分便捷的工具楣颠，在一定程度上提高了火電廠回?zé)嵯到y(tǒng)的安全性和發(fā)電機組的經(jīng)濟性尽纽。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)監(jiān)測儀表中的實時信號監(jiān)測的全部功能，而且對其不足給予了補充拯拓；它可以取代傳統(tǒng)監(jiān)測儀表中除傳感器披贰、采集卡以外的所有與體現(xiàn)回?zé)嵯到y(tǒng)信號有關(guān)的硬件，是一個輕型涌咪、穩(wěn)定臣碟、相對經(jīng)濟化的監(jiān)測診斷系統(tǒng)。