发电机组的赛远远程在线监控系统

一、       发电机组简介

    发电机组是指能将机械能或其它可再生能源转变成电能的发电设备。一般我们常见的发电机组通常由汽轮机、水轮机或内燃机(汽油机、柴油机等发动机)驱动,而近年来所说的可再生新能源包括核能、风能、太阳能、生物质能、海洋能等。由于柴油发电机组的容量较大,可并机运行且持续供电时间长,还可独立运行,不与地区电网并列运行,不受电网故障的影响,可靠性较高。尤其对某些地区常用市电不是很可靠的情况下,把柴油发电机组作为备用电源,既能起到应急电源的作用,又能通过低压系统的合理优化,将一些平时比较重要的负荷在停电时使用,因此在工程中得到广泛的使用。

柴油发电机组

    柴油机驱动发电机运转,将柴油的能量转化为电能,根据其用途的不同,可分为陆用柴油发电机组及船用柴油发电机组;如果按品牌的不同,可分为国产柴油发电机组和进口柴油发电机组;按转速不同,可分为低速发电机组和高速发电机组。

柴油发电机组基本原理

    柴油机驱动发电机运转,将柴油的能量转化为电能。在柴油机汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装,就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子,利用‘电磁感应’原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出,还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。

柴油发电机组结构分析

    一台普通型柴油发电机组主要由柴油机、发电机以及控制系统三部分组成,柴油机和发电机有两种连接方式,一为柔性连接,即用连轴器把两部分对接起来,二为刚性连接,用高强度螺栓将发电机钢性连接片和柴油机飞轮盘连接而成,目前市场上的柴油发电机组使用刚性连接的比较多一些,柴油机和发电机连接好之后安装在公共底架上,然后配上各种起保护作用的传感器,如水温传感器,通过这些传感器,直观地把柴油机的运行状态显示给操作员,而且有了这些传感器,就可以设定一个上限,当达到或超过这个限定值的时候控制系统会预先报警,这个时候如果操作员没有采取措施,控制系统会自动将机组停掉,柴油发电机组就是采取这种方式起自我保护作用的。传感器起接收和反馈各种信息的作用,真正显示这些数据和执行保护功能的是柴油发电机组的控制系统,控制屏一般安装在发电机上,称为背包式控制屏,也有部分是独立一个屏放置在操作室内,称为分体式控制屏,控制屏通过电缆和发电机以及传感器连接,分别显示电参数和柴油机运行参数。此外,发电机组还有底盘、联轴器、散热器、燃油箱,有的还装设有消声器和外罩。

二、发电机组故障分析及远程诊断

    发电机组在长期运行后,会出现各种故障。为了保证各个设备正常运行,应该对发电机组故障进行及时处理,才能有效保证发电机组的正常运行。如何排除发电机组故障呢?

熔丝烧断

⑴发电机组故障原因: 

①   定、转子绕组有断路(一相断线)或电源一相失电; 

②   绕组引出线始末端接错或绕组内部接反; 

③   电源回路接点松动,接触电阻大; 

④   发电机组负载过大或转子卡住; 

⑤   电源电压过低; 

⑥   小型发电机组装配太紧或轴承内油脂过硬; 

⑦   轴承卡住。

⑵发电机组故障分析: 

①   查明断点予以修复;

②   检查绕组极性;判断绕组末端是否正确;

③    紧固松动的接线螺丝,用万用表判断各接头是否假接,予以修复;是否由于电源导线过细使压降过大,予以纠正;

④   重新装配使之灵活;更换合格油脂;

轴承过热

⑴发电机组故障原因: 

①   滑脂过多或过少; 

②   轴承与轴颈或端盖配合不当(过松或过紧); 

③   发电机组端盖或轴承盖未装平; 

④   发电机组与负载间联轴器未校正,或皮带过紧; 

⑵发电机组故障分析: 

①   按规定加润滑脂(容积的1/3~2/3); 

②   更换清洁的润滑滑脂; 

③   过松可用粘结剂修复,过紧应车,磨轴颈或端盖内孔,使之适合; 

④   重新校正,调整皮带张力; 

⑤   校正电机轴或更换转子。行时响声不正常

⑴发电机组故障原因: 

①   转子与定子绝缘纸或槽楔相擦;

②   轴承磨损或油内有砂粒等异物; 

③   定转子铁芯松动;

④   定子绕组错接或短路。 

⑵发电机组故障分析: 

①   修剪绝缘,削低槽楔;

②   更换轴承或清洗轴承;

③   检修定、转子铁芯;

④   消除擦痕,必要时车内小转子;

⑤   消除定子绕组故障。

上述专业的故障诊断分析,源于发电机组厂家的经验,但用户大部分由于非专业维护,对于故障发生之后,通常很难排除所有故障,依赖于厂家的售后服务队伍,而对于厂家来说,售后服务的就近布局也是一个很大的问题。

如何依赖于信息化的通路,将售后服务长期以来的方式,派人去现场进行改变呢?将维护的成本最大化的节省呢?

随着计算机网络技术的广泛应用,ERP和MES也逐步在各行各业推广应用。为了工厂的协调运营需要DCS系统、ERP、MES相互间进行通讯及信息交换。对于全集成自动化解决方案,西门子,施耐德,罗克韦尔等知名工控厂商都提出了各自的解决方案,目的在于将工业网络协议和互联网技术应用于工业自动化领域。作为一个完整的全集成自动化解决方案,包括如下的内容:TCP/IP Ethernet 提供厂级信息无缝交换的结构;面向对象的软件组织信息并使其更易于共享;嵌入式服务器创造基于WEB的工厂自动化。实际上,这就是工业物联网的一种行业应用。

    在工业物联网中,具有三层的不同分工:应用层、网络层、感知层。对于工业物联网,是以工业系统为对象的网络。具有要求的实时性高,稳定性强。对于发电机组,通常是在分散化使用,这对于机组维护企业来说,如何就近布局,及时维护就成了比较大的问题。如何将每个发电机组的生产信息集中化,成为了机组生产和维护企业ERP和现场的机组控制器生产过程如何对接的关键问题,这个就是MES软件的功能。需要解决的是工业现场总线和标准局域网的连接,以及通过广域网如何实现远程数据的问题。面对专业工控协议,要求解析准确。

    国际上部分发电机组生产企业也跟紧信息化的脚步,在信息化建设方面领先于国内企业。部分企业采集系统实时采集发电机组的运行数据、告警等信息并同步传输到对应的现场监控终端,实现本地监控同时所有数据和信息通过GPRS、3G网络传回到远程服务管理中心,实现多级一体化监控及设备管理。

    通过对发电机组生产和服务企业的信息化需求和对信息化发展模式的分析,我们能够看到发电机组企业与其他流程制造业一样,自动化的生产线是企业的核心管理对象和取得效益的重要物质资源。对于自动化生产线的控制过程又是核心中的核心。对于大量的发电机组生产和使用单位来说,大量的生产过程控制数据只是局限于局域网络中,对于企业的管理层、应用层均无法打破时间与空间的限制,各种信息仍旧处在一种相对孤立的状态下而不能有效集成。

    通过建立管理和诊断维护一体化集成平台,能够将企业的各种软件系统集成,尤其是将现场控制器系统与管理系统集成,将现场设备的运行画面还原到远程管理维护中心,并通过中心专业工程师的经验,为使用企业的专业的设备工程师、工艺管理人员提供设备故障分析与生产优化分析工具,从而提高发电机组产品的“安全、稳定、便捷”的使用维护管理目标。

    完成上述的功能,必须结合融合工业网络通讯技术、上位计算机技术、互联网通讯技术,赛远所提供的工业远程通讯产品,在上述发电机组的远程数据采集和视频监控中,用来实现每个发电机组的数据集中化管理,将现场的控制器的数据通过3G或者ADSL宽带传输至远端集中监控和运行保障室,也可以将现场的视频信号远传至远端集中监控和运行保障室,实现分散的发电机组数据的集中远程监控和管理。

    发电机组设备管理是生产管理重点:发电机组一旦工作,必须是在连续下进行的,对设备运行维护要求较高,意外停产损失大,因此除必要的设备定时检修外,还要进行设备运行监控与运行检查,企业生产管理重点是保证设备正常运行、稳步提高产量和质量。 

三、远程预警和诊断系统

    发电机组系统采用专用控制器,具有MODBUS协议接口,通过赛远的SY-NC2协议转换器,转换为以太网,接入工业通讯模块SY-RSCM302,再连接到3G(电信的CDMA-1X制式)的上网模块SY-3G,上到Internet网络。

    在远程诊断和维护中心,本地的工控机装有上位机的组态软件,通过SY-RSCM302连接到Internet网络。通过维护中心的SY-RSCM302和远端现场的SY-RSCM302的硬件设备的握手和通讯,通过公共的网络建立了最高1536位私钥加密的安全传输通道,完成远程的控制系统程序级的在线诊断、现场视频查看、数据采集和控制等多种功能,为设备提供分钟级别的维护和诊断响应,并能够依据客户的要求提供运行的预警保障。

    在具备有线宽带条件的现场,采用专用网络进行连接。如果布置网络线不太方便,可以通过3G网络,快速搭建通讯通道。用户可以根据现场不同的3G网络信号强度,选择不同的运营商,现有的有三种可选:中国电信的CDMA-2000,中国联通的WCDMA,中国移动的TD-SCDMA。

    该中心,可以连接到多个现场,并具有同时采集多站点的数据和视频信息,并能实现远程的程序级的维护和诊断的功能,进行路由诊断和参数、程序修改。

举例,系统工程实时采集现场每台发电机组的运行数据信息,自动进行数据分析和存储,操作员通过本地人机交互界面监视各个发电机组的状态。

    IO数据采集:通过专用控制器实时采集现场各个机组的实时运行状态、机组的电压电流等数据。

控制功能:通过触摸屏,对发电机组进行控制。

数据存储:系统需要对采集到的发电机组的使用数据进行分析,并保存至本地数据库中,并可根据需要进行数据的备份。

    查询统计:根据操作员设定的条件(时间、编号),从本地数据库中检索出符合查询条件的结果集,通过数据库访问浏览器呈现给用户。

    报警功能:对发电机组等关键信息进行报警。

    安全管理功能:通过对系统管理员、操作人员、维护人员的不同权限的设计,有效保证系统的安全,远端的中控室,和本地保持实时的通讯,数据采取同步方式进行。

    系统采用赛远工业远程安全通讯SY-RSCM系列产品,搭建出一个工业安全的设备远程运营保障中心,满足企业对于内部加工设备的远程调试、数据采集、集中监控、远程预警和管理、远程程序诊断、远程升级等设备全生命周期的需求。

本系统针对现场设备的数据进行实时远程监控,完成如下功能:

1、最大可同时监控10000台发电机组。

2、实时传输发电机组运行数据、视频和音频信息,集中传输到监控中心。数据页面分为表格显示和地图分布统计指示(按省份显示停机、运行、故障数量)。

3、每台机组装一个固定摄像机,需要时可以人工移动。

4、监控中心中通过投影仪或者拼接屏(尺寸如:2160mm×4000mm)显示相关参数。

5、发电机组运行信息通过工业远程通讯模块采集和传输。数据主要有:油压、水温、蓄电池电压、转速、频率、三相电压、三相电流、功率因数、运行信号、各种故障报警信息。中心服务存储机组所有的运行数据、保养记录、维修记录等信息为数据挖掘、统计分析优化保养方案故障快速排除等提供了坚实可靠的基础。

6、完整的历史数据存储和简明美观的曲线分析图表,能够回放任何时刻机组的运行数据和状态方便数据分析快速排除故障。

7、通过开发良好的用户界面实现从设备远程监控到管理设备的保养、维修、零配件等以及数据统计分析数据挖掘等。

8、系统收集大量的技术文献并为各种故障和保养项目提供一对一的对接,为故障排除和规范的保养提供信息基础为设备可靠运行提供坚实基础。

9、专家组可轻松对设备数据和信息及时准确地进行在线分析及时制定故障排除方案,从而不断提高设备的维修管理水平优化保养方案降低设备的故障率。完善和优化机组的运行方案,降低机组故障率,保证机组可持续运行。

10、实现配件库存、设备故障、维护保养到期等实时告警,减少不可预见停机计划,提高设备利用率和生产效率。

11、不管身在何处,只要有网络存在,通过浏览器访问服务管理中心,就可以随时随地掌控设备的状态。

12、基于成熟稳定的B/S构架实现不同的人员,从不同的地点以不同的接入方式,比如LAN、WAN、Internet/Intranet等访问和操作共同的数据库,它能有效地保护数据平台和管理访问权限等。

13、根据现场的需求,现场监控可以增加稳定可靠的IPC作为本地终端监控需要,满足复杂多变环境。

14、固定场所的发电机组通过有线专网与监控中心通信,野外或其他没有有线场所用的发电机组采用3G无线专网与监控中心通信。

15、监控画面采用上部视频下部数据的模式,保持机组视频和数据一一对应。

16、监控界面循环显示各正常运行机组的数据和视频。监控软件自动生成报表,包括有当前停机机组数量,当前运行机组数量,当前故障机组数量;每台机组运行报表(工作时间,负荷情况,故障分布等)。

17、运行中机组发生故障时,监控中心会发出警报,显示故障机组的视频画面和信息,同时将故障信息以短消息的形式发送到指定手机上。

18、为保持网络通畅,视频监控画面可通过监控中心远程控制开机,并传输数据,需要时传输视频。 

19、发电机组端的通讯采集模块,采用DC24V(有的是DC12V)直流供电模式,发电机停机时,通过UPS供电,保持间断查询运行状态(如30分查一次是否开机)。

本系统的核心在于,数据传输和数据处理。

    在数据传输方面,不管是有线宽带还是无线3G方式,针对工业控制器,赛远的传输稳定、准确、安全。对于数据处理方面,推荐使用标准的平台组态软件,将采集到的信息进行集中的存储、报表以及及时控制和分析。

    易控软件是由北京九思易公司开发的成熟的软件平台系统。易控(INSPEC)是全球首款完全基于.NET平台开发的新一代组态软件,实现大量最新IT技术和设计理念(如WPF、WCF、XAML、SOA、SaaS、Webservices)在自动化软件领域的同步应用,引领了新一代组态软件的技术趋势。软件基于分布式和开放式架构设计,稳定可靠,其无与伦比的图形系统、多语言和C#用户程序等众多功能给客户带来人机体验的卓越提升,帮助提高效率,轻松实现工厂自动化和信息化的融合。

系统以1000台发电机组为一个单位,将该机组的数据统一到中心站,中心站队每个发电机组的信号进行采集,存储,对应的视频可以实时在需要的时候进行查看。

    监控10000台发电机组的时候,将每台数据服务器进行联网,建立云储存平台和分析平台。

考虑时间的采集间隔,如果数据量大的时候,数据库容量有限,得采用另外的数据储存和算法进行。

四、配置清单

中控总控制站(每1000台发电机组为一单元):

序号                名称                    型号                      数量

1              数据采集服务器               IPC                         2

2              组态软件(易控)              INSPEC                       1

3      远程安全通讯模块(带软硬件防火墙)   SY-RSCM500                    1

4                  ADSL                   20M宽带专线                   1

5        软件开发:数据库、报警、存储等                                 1

6              拼接显示屏,                  2.2m×4m                   1

7            数据分析服务器                   IPC                       2

8            数据WEB发布服务器                IPC                       2

9                 拼接屏                                                1

10              硬件防火墙                                              1

11           交换机(20口,千兆)                                       1

12                固定域名                                              1

13               短信GSM MODEM                                          1 

每个现场控制站:

序号                名称                    型号                      数量

1     远程安全通讯模块(带软硬件防火墙)    SY-RSCM302                    1

2            串口MODBUS协议转换器          SY-NC2                       1

3        3G通讯模块(如现场未有ADSL)         SY-3G                       1

4         ADSL上网(如现场未有3G,选其一)                                1

5        GPS或者LBS(室内定位)模块

         (该项根据需要来决定,也可以通过

        安装时确定地理位置,手动输入上位软件系统)                      1

五、系统小结

    本发电机组的在线监控系统实时采集现场每台发电机组的运行数据信息,自动进行数据分析和存储,及时预警故障状态,为保障发电机组的正常运行,提供了有力的保障。

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