水電控制系統優化維護研究報告
一、前言
水電廠控制系統的優化維護系統的建立，主要是得益目前技術的發展，控制系統本身從原來的常規控制發展到大規模集成電路，一直到現在控制核心都是cpu，包括外圍的數據采集也使用了dsp技術，這樣系統自診斷功能加強了，另一方面與其他系統交換信息的能力也大大提高，使得現場維護人員可以更多更充分了解系統的運行信息，建立一套綜合系統故障信息和狀態檢測，并能夠進行綜合的評價，提出必要的運行維護指導系統，對目前水電廠無人值班發展大方向的前提下，減少維護人員，提高處理設備故障能力，是很有好處的。
二、 優化維護的基本概念
優化維護是在根據設備運行狀態決定維護策略的狀態維護基礎上，結合企業的管理、控制等其他方面的信息，使企業獲得最佳經濟效益的原則，提出相應的維護決策的維護方法。從其概念中，很容易知道優化維護包含了控制、維護、管理相容的思想，這是在九十年代在歐洲逐步興起的一門技術，稱其為cmms技術（control_maintenance_management system）。
優化維護系統則是建立在優化維護的概念基礎上設計發展的系統。它應該是以現成的控制設備為基礎和維護對象，在確保不影響原系統控制功能的基礎上，添加適當的采集設備，，實時的檢測控制系統的狀態和輸出，判斷系統是否出現故障，并對異常進行定量的分析，判明異常變化的類型、時間、表現形式和危害程度，同時與系統的控制、管理等其他信息進行交換，提出全局性的優化維護措施。因此，水電廠控制系統的優化維護系統可以作為電廠水輪發電機組故障診斷與狀態檢修的作成部分和補充，但作為控制系統的優化維護，與機組本身的檢測，又有其特殊性。
三、 優化維護系統基本功能
控制系統的優化維護系統與機組的狀態監測與故障診斷系統相比，有許多相似之處，其主要功能包括狀態監測、分析診斷、故障預測和維護決策等幾方面的內容。控制系統的優化維護決策系統檢測的范圍不僅僅是控制系統本身，還包含其隨動系統，如調速系統的電氣控制部分和液壓隨動系統。
控制系統的特點是實時性、動態連續控制，一般都是閉環系統，具有反饋環節，正是由于這樣的特點，在控制系統出現控制偏差或控制不穩定時，很難區分環節中影響的因素，而不象機組的狀態檢測與故障診斷，對于信號檢測和采集，異常信號分析比較容易分離，因此應用于控制系統的優化維護決策系統，采用仿真技術是非常必要的，以此來區分控制中哪個環節出現偏差，逐步的縮小故障范圍。
優化維護是我們建立該系統的最終目的。因此，該系統應該具備對控制系統進行一些水電廠檢修維護過程中的試驗功能，并對試驗數據進行分析比較，優化控制參數。系統有能力向控制系統安全、可靠的注入擾動量，進行試驗，而在控制系統投入正式運行時，又不干擾控制系統的正常運行。
四、建立優化維護系統對控制系統的要求
作為優化維護系統的對象，控制系統應該具備一些基本的條件：
1)以微處理器為控制核心，具備基本的信息相互交換能力，以讀取和輸入數據；
2)具有比較豐富的檢測點，用于優化維護系統采集控制系統不同環節的狀態數據；
3)有良好的隔離措施，可以方便的加裝必要的傳感器；
4)核心單元的自診斷能力；
5)控制系統的隨動機構，能夠檢測其狀態。
五、隔河巖電廠優化維護系統的建立
隔河巖電廠的勵磁系統和調速系統，都是從國外進口的設備，以微處理器為控制核心，可靠性較高，具備建立優化維護系統的基本條件，電廠的調速、勵磁優化維護系統作為電廠機組狀態檢測與故障診斷系統的有機組成部分，為機組狀態檢測與故障診斷系統提供足夠的狀態信息和診斷分析信息，形成機組總體故障診斷的依據。隔河巖電廠的勵磁和調速系統的優化維護系統在系統結構和軟件功能設計上有許多共同的思想，下面僅以勵磁系統的優化維護系統作以說明。
5.1 優化維護系統總體結構
控制系統優化維護系統的結構設計要考慮以下幾個因素：
1)控制運行時，系統的信息特征值變化規律；
2)故障的發生、發展過程；
3)優化維護系統的各種復雜應用場合；
4)系統本身的擴展性；
5)信息的交換能力。
基于以上因素的考慮，`隔河巖電廠的優化維護系統采用了如下所示的三層結構。
圖1 優化維護系統總體框圖
從上圖可以很清楚的看出，第一層次主要完成系統運行狀態信號、參數設置和相應信號的采集，由于我們現場目前運行的大多數運行的控制系統，并沒有特別考慮與其他維護系統的信息交換功能，避免控制系統因與優化維護系統頻繁交換數據而影響控制功能，因此對于控制系統的數據設置，都采用工業控制機觸發請求的方式；第二層次主要完成對現場數據的采集分析，進行控制系統的仿真，并將仿真的結果與控制系統的控制輸出進行比較，差異向維護工作站傳送；第三層次是一個智能的維護決策系統，接受第二層次信息，在出現故障征兆時，發出報警，并與歷史記錄相比較，提出優化控制和維護要求，同時能夠記錄故障綜合情況。
5.2優化維護系統中的仿真技術
機組的控制系統僅僅利用監測其狀態顯然是不夠的，它還需要有比較符合實際測試功能完備的測試系統，而仿真技術提供了比較好的技術支持平臺，優化維護系統把仿真技術應用于控制系統的在線分析和控制優化，是一個很好的創新。``
圖2優化維護系統中的勵磁仿真
利用這樣一套系統，既可以實現系統的在線仿真監視，也可以完成離線仿真和系統試驗，最終達到可以利用優化維護系統根據仿真結果和機組的綜合狀態，改變控制系統的調節參數，實現優化控制的理想效果。
六、優化維護系統工作站設計
該系統的工作站屬于第三層次設備，也是最重要的，相當與決策機構，其重點在于軟件結構設計，隔河巖電廠的軟件構成如圖3。
圖3優化維護系統工作站軟件構成
維護工作站適時的采集現場信息，以數據管理為紐帶，以知識庫為核心，以推理機作為系統的靈魂，它根據控制系統的運行信息和歷史狀態，激活知識庫中的有關規則，對控制系統出現的現象和控制情況，得出合理的解釋，提供維護策略。
七、結論
隔河巖電廠在控制、維護、管理實現設備一體化管理上進行了有益的嘗試，系統的投入運行，改變了我們常規的維護思維方式。目前，對于優化維護系統與控制系統相連運行，還存在兩系統的相互通訊過程中，是否會造成控制系統通訊服務繁忙，導致控制系統故障，檢測點的隔離是否安全等許多方面有存疑慮，也影響到優化維護系統全面的投入和功能發揮，是水電行業在建立類似系統必須面對的實際問題。
[參考文獻]
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