（电力电子与电力传动专业论文）基于掌上电脑技术的水电厂巡检系统研究.pdf

垒! ! 竺竺塑坚茎兰堡主堂焦堡苎 a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft h ea u t o m a t i o no fs u b s t a t i o n , t h e i n s p e c t i o n o f s u b s t a t i o ni s b e c o m i n gm o r ei m p o r t a n t i n o r d e rt oa v o i dt h ei n a d v e r t e n c eo f i n s p e c t i o nt o u ra n di n c r e a s et i l ed a t au t i l i z a t i o nr a t i o ，an e w p o r t a b l ei n s p e c t i o nt o u r i n s t a l l a t i o nh a sb e e nb r o u g h ti n t os e r v i c ei nt h i sf i e l d t h e i n s p e c t i o nt o u rs y s t e m a d o p t st h eb a rc o d et oi d e n t i f yt h ep o w e re q u i p m e n t ，c o l l e c t st h ep a r a m e t e r sw i t ha p o c k e t p ca n dt h e nm a n a g e st h e m b y d a t a b a s e t h es y s t e mc a n a n a l y z et h eo p e r a t i o n t e n d e n c yo fe q u i p m e n tm a dd i s p l a y st h ec u r v e sb e t w e e na n yt w op a r a m e t e r s t h e r e s u k sc a l lb eb r o w s e di nt h ew e bs i t e i ti sp r o v e db y p r a c t i c et h a tt h ei n s p e c t i o nt o u r s y s t e mc a ne n s u r et h ei n s p e c t i o nt o u rb eo n t i m ea n do ns p o t t h i sp a p e re m p h a s i z e st h ea p p l i c a t i o no f p o c k e tp c t e c h n o l o g yi nt h ei n s p e c t i o n s y s t e m t h ep a l mw i t hs c a n n e ri sa d o p t e da st h ei n s p e c t i o nf a c i l i t y t h a tc a l le a s i l y r e c o r d e q u i p m e n tb u ga n d r u n p a r a m e t e r s oi n s p e c t i o n r a t i ow i l lb ei m p r o v e d a v a i l a b l y t h es i g n i f i c a n c eo ft h es y s t e mm e a n si m p r o v i n go fi n s p e c t i o ne f f i c i e n c y a n de q u i p m e n t ss a f e t y k e yw o r d s ：i n s p e c t i o ns y s t e m b a rc o d e ；p o c k e tp c ；d a t a b a s e i i 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 i 1 课题的提出 第一章绪论 1 1 1 巡检系统的重要性 随着社会的不断发展和科技现代化程度的不断提高，电在社会生活和社会生产中发挥着 越来越重大的作用。电力是目前最主要的能源来源，绝大多数的家庭电器和生产设备都依赖 电力运行。一旦某个电厂的安全运行出现故障和事故，轻则给一定区域内的人民生活和生产 带来不便，重则使人民生活和生产陷入瘫痪，并可能波及所在的整个网络，造成巨大的社会 影响和经济损失。可以说，电厂的安全运行是关系到国计民生的火事。电厂的运行是个系统 工程，是由电厂的所有电气设各的安全运行来实现的，所以电厂设备的安全运行是切工作 的重中之重1 ”。 目前保证生产设备的稳定、安全运行的方法有很多，但是就实效性来分，主要有两种： 实时监控系统和设备巡检系统。实时监控系统针对实时数据监控和突发性事故的预警是行之 有效的，但存在一定的不足： 首先，水电厂和供电线路中电力设备的许多状态参数难以单纯依靠监控系统自动采集， 需人工巡检，如水电机组的噪声、振动、摆度等。其次，监控系统为了强调实时性，其数据 往往采用覆盖刷新方式，数据用于显示后没有进行存储就被后期数据覆盖，很难对数据进行 二次利用。再次，对于设备的外观性检查等非数据揖无法监控。如开关工作状态，发备运 行状态等等。 一个行之有效的设备巡检系统可以弥补以上的不足。设备巡检系统和实时监控系统互为 补充，取长补短，协同工作，电厂的安全运行才有良好保障。可以说，设备巡检系统和实时 监控系统同等重要。然而，电厂对实时监控系统往往十分重视，投资金额巨大，采用了网络 化、自动化、现代化监控系统。而对于设备巡检系统却一直采用传统方法，投入少，停留在 传统的人员手_ l _ = 抄录阶段，存在很多弊端。显然要改变这种不平衡的状态，就是要改进设备 巡检系统。 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 1 1 2 设备巡检系统的作用 在设备投资、厂房建设等硬件投资上，很多电厂往往大量投入，比如采用国外机组。 从总体而言，无疑，其技术性能是一流的，但是对于设备的管理仍是国内普遍采用的定期维 修和事后维修( 故障后维修) 相结合的模式。这种模式有许多弊病：为了防止非计划停机，而 进行过量维修，浪费了大量的入力、财力和物力。体现在各专业大、小修项目安排上都力求 面面俱到、检修的许多项目都是前一次检修的翻版，由于对设备状况缺乏动态掌握，检修中 不能突出重点有些有隐患的设备反而没有得到充分而彻底的检修。使得往往有些时候小修 才刚刚结束没几天，有的设备却又需要检修；在运行过程中发生强迫停运设备的抢修工作往 往直接影响机组的发电量和安全运行。 因此，一种更为科学的检修模式预测维修模式进入到实际- t 作中。这种模式简单 地讲就是通过测量机器的状态，来预测维修需要，实现真正意义上的“应修必修”，从而达 到控制维修总费用和减少检修活动对正常生产过程破坏的目的。要实现两种检修模式之间的 转变，关键就是“预测”。目前，在实际工作中“预测”的最简单基本、最具体可操作的工 作方式就是设备巡检，它是保证及时发现设备故障，将事故消除在萌芽状态的十分有效的方 法。它对提高机组启动成功率和机组可用率起着重要的作弭j ，也是电厂的无人值班的基础和 必要条件。 综上所述，加强电厂的设备巡检工作意义重大，对设备巡检系统的研究很有实用价值。 1 1 3 传统巡检模式及其弊端 传统设备巡检系统，就是手工抄录系统。作为两票三制的一个重要组成部分，设备的 巡检、定期切换以及试验制度是按照记录本进行巡检( 或签到) ，并手t 记录巡检、定期切换 和试验情况，或者现场手工采集数据后登录到相应表格上，然后录入到电脑，由分析软件( 如 e x c e l ) ；i 茬行处理，对于发现的缺陷还要重新在计算机录入。这种巡检方法存在很多弊端： 1 浪费人力物力。由于表格采集的数据需要录入计算机系统，必须增加专职人员负责 数据录入的相关工作，这就要花费大量的入力、精力和时间，同时由于缺少对工作人员进行 巡检时的信息帮助和约束，难以保证巡检质量，极易出现漏检、错检等现象。 2 不方便。由于包含巡检条目的表格是统一定制的，在设备进行更新的时候需要重新 定制表格的内容，给巡检工作带来了一定的不便。巡检人员拿着宽大的报表在现场到处抄写 2 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 很不方便，尤其对于机组分布不是很集中的水电厂，巡检人员往往不能完整地对全厂设备进 行巡检。 3 事实上加大了巡检人员的劳动强度。巡检工作量大，经历时间长，巡检人员四处走 动，精力下降，不可避免地出现主观性的工作失误。由于设各在生产过程中的地位和重要性 不一样，导致各个设备的巡检频率应该不一致，但是如果每次巡检都要检查所有的设备，那 么事实上增加了巡检人员的劳动强度。 4 人为延长巡视间隔时间，对设备安全运行极为不利。一天中本应按照有关规定巡视 若干次。但如果有的巡检人员责任心不强，工作不认真，抱有侥幸心理而任意延长巡视间隔 时间的话，则有可能使本来可以尽早发现的设备缺陷隐患，没能被及时发现。这样一来，便 延误了抢修时间，错失了抢修良机，加重和加快了故障设备的恶化程度，严重时甚至可能引 发成事故。 5 ，巡视人员的技术水平参差不齐，经验的丰富程度也各有不同，对设备的性能、结构、 原理掌握和r 解的程度不同，必然在巡视设备的效果上产生差异。巡视人员对设备不熟悉是 没备缺陷不能被及时发现的原冈之一。而工作经验丰富的人，发现缺陷的几率就高，刚刚参 加工作的年轻人，发现缺陷的几率就低。 6 数据依靠人来输入电脑，速度慢，工作量大，而且容易出错。数据不便保存、查询， 且数据分析统训较差。且报表格式不能随意增减项目，有些非量化结论不便表述或无法记录。 传统的巡检模式带来的弊端越来越明显，跟不上新技术发展的潮流。比如现在手持设 备技术的发展和自动识别技术的发展，完全可以实现巡检系统数据采集的便捷化，摆脱以往 依赖宽大报表在现场到处抄写的繁忙景象。同时可以保证采集数据的准确性。 一个巡检人员只需要携带一个巴掌大小的掌上电脑就可以进行数据采集工作，采集完 数据后只要将采集器和电脑进行通讯，采集的数据就上传到了电脑的数据库里，工作显的异 常轻松，可以大大提高工作效率。 同时，由于数据库技术的飞速发展也，采用数据库进行数据的存储和维护十分方便有 效。而且可以通过相关软件方便的进行各种数据处理、统计分析、报表的编制等等。利用软 件技术的发展可以对巡检系统进行优化，充分避免一些由于巡检人员主观原因而造成的失 误。网络化的发展可阻使采集到的数据有更好的方法对外发布。依靠网络，可以让其他地方 的相关部门方便的进行数据查询和检索，及时了解电厂的运行情况。 而且现在电厂运行普遍需要实现“无人值班( 少人值守) ”。巡检人员的减少，使得传统 的巡检方式更加无法满足设备巡检的要求技术上的革新势在必行。正是由于新技术的不断 3 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 发展，为巡检工作的技术改革提供了强有力的基础。实用、方便、高效、准确的巡检系统完 全可以实现。 1 2 巡检系统及相关技术的研究现状 巡检系统方面的研究与应用，在国内虽然起步较晚，但由于设备巡检工作对巡检系统的 迫切需要，目前，结合己有技术及应用环境，已经有一些巡检管理系统被研制与开发并在具 体的应用中发挥了一定的作用。巡检系统的建立主要考虑数据采集、数据传输、数据处理等 几个方而，综合采用各种先进的软、硬件技术完成系统的设计、集成与运用。 很多文献中提到的得到应用的巡检系统【1 8 l 【1 9 】【2 3 阱1 ，分别采用不同的硬件、软件或系统 集成技术，在只读信息钮、信息钮识读器、通信座的研制与开发、系统的组成以及管理软件 的主要功能模块的实现等方面，各具特色，都表现出了一定的适用性，在各自的应用环境中 取得了较好的应用效果。 纵观巡检系统的研制、开发与应用，我们不难发现，巡检系统的具体实现在很大程度上 受各种软、硬件开发技术的制约，其中，尤以巡检信息采集技术的发展、计算机通信技术的 发展表现得最为明显。 线路巡检中的信息采集，目前国内外主要采用的技术有条码技术、g p s 技术、信息钮 技术和射频技术等。条码技术需将包线员途经光缆的重要之处安装上具有不同编码的条码标 识，巡检时用手持激光条码数据采集器对条码进行识读，并用条码采集器 ：l ；l 的应用软件记录 时间；g p s 技术应用于长途线路巡检系统时，每个包线员需配置手持g p s 接收机，处理中 心的g p s 接收装置实时接收各包线员位置信息进行存储、分析及处理；信息纽技术应用于 长途线路巡检系统时，将具有不同编号的信息钮沿光缆重要地段安放，包线员在巡检时，将 所携带的信息钮识读器对信息钮中的数据进行读取，然后再将数据传送至计算机中进行分析 处理；射频技术利用逻辑芯片和接收线圈，采用非接触方式读写数据，其工作性能与信息钮 基本相同，同属自动识别技术。 从现有的文献资料来看【3 6 i 【3 7 】【4 6 】【5 2 】。水电厂巡检管理具有较强的领域性、行业性。巡检 管理系统的研究与开发所涉及的相关技术相当广泛，e t 前，它们各自的发展与应用研究也在 不断地深入，主要包括g i s 技术、专家系统技术、可视化技术、数据库技术等等【1 5 1 。把这 些先进的技术应用到水电厂巡检工作中，不仅拓宽了这些技术的应用领域，更重要的是能够 极大地提高线路巡检工作的效率和管理水平。 4 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 1 2 1 巡检系统与g i s 技术的结合 地理信息系统( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 是一项以计算机为基础的新兴技 术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了- - 1 7 交叉性、边缘性的学科。在计算机软硬 件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理，对数据进行有效管理， 研究各种空间实体及相互关系。通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要 的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。 现存的地理信息系统软件很多，但对于它的研究应用，总结归纳起来有二种：一是利用 g i s 系统来处理用户的数据；二是在g i s 的基础上，利用它的开发函数库二次开发山用户的 专用的地理信息系统软件。目前已成功地应用到了包括资源管理、自动制图、设施管理、城 市和区域的规划、人口和商业管理、交通运输、石油和天然气、教育、军事等九人类别的一 白多个领域。在美国等发达国家，地理信息系统的应用遍及环境保护、资源保护、灾害预测、 投资评价、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来，随我国经济建设的迅速发展，加 速了地理信息系统应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环保等领域发挥了重要 的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。 g i s 的核心是地理数据库，地理数据库需要存储、管理、查询那些具有空间定位特征、 属性特征、空间关系和时间特征的数据。对于水电厂而言，一个大的电厂会含有很多彼此独 立的厂房与发电机组，而不同厂房、机组之间往往相隔甚远，这就在客观上需要利用g i s 技术来帮助管理。因此，设备巡检技术与g i s 技术的结合有良好的研究与发展空间。 1 2 2 巡检系统与专家系统技术的结合 专家系统是人工智能领域的一个重要分支，是一个具有大量专门知识的程序系统，它应 用人工智能技术，根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识，模拟人类专家的推理来解 决那些需要人类专家解决的复杂问题。专家系统的出现和它的迅速发展使人工智能的理论和 技术渗透到了社会的许多领域。 ， 一个专家系统的组成，通常可以分为两个部分：知识库、推理机。知识库要以便于使用 的方式存储为完成任务所需要的各种知识集合，包括常识的、书本的和经验的。推理机是一 个控制机构，根据待处理的对象来决定用哪些知识，并运用知识进行推理，解决用户对系统 提出的特定问题。专家系统的性能取决于知识库中的知识质量( 结构、完备性、有效性、一 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 致性) 以及使用知识的方式( 推理等) 。 目前，对专家系统的应j = j 研究主要集中在适于特定应用的知识库和推理机的构建上。在 知识库系统中，知识表示、知识结构、知识获取和知识利用是四个主要的关键问题：推理机 推理规则的研究有正向推理、反向推理、混合推理、模糊推理、人工神经网络等等，需要根 据具体的专家知识来选择合适、高效的推理规则。 从专家系统在多种领域的应用可以看出，利用建立的专家知识库模拟人类专家的思维 进行推理并作出正确的决策，在现实中的应用异常活跃。目前。把专家系统与巡检系统结合 用以指导巡检系统作出正确决策方面的研究还不多，但如何评定巡检系统中存在的许多非结 构性因素在制订巡检计划中所起的作用的大小，是迫切需要解决的问题，从而使专家系统在 解决此类问题中的优势得以凸现。因此，值得在巡检系统与专家系统技术的结合方面作些有 益的探索。 1 2 3 巡检系统与可视化技术的结合 可视化( v i s e m l i z a t i o ni ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ) ，最早是1 9 8 7 年在美国自然科学基金会发 表的一份报告中提出的。该报告给科学训算可视化下了这样一个定义，即“可视化是一种计 算方法，它将符号或数据转换为直观的几何图形，便于研究人员观察其模拟和计算过程”。 可视化包括了图像综合，这就是说，可视化是用来解释输入到计算机中的图像数据，并从复 杂的多维数据中生成图像的一种工具。可见，可视化的最初出现是侧重于复杂数据的计算机 图形处理与表达的。 近年来，国内外各大学、研究机构都对科学计算可视化技术作了深入的研究，其核心是 三维空间数据场的可视化，其成果己应用到多个领域。当前。可视化技术发展的一个重要趋 势是由科学计算可视化扩展到信息可视化。由于计算机在各个领域的广泛使用每日每时都 在产生着大量的数据和信息，计算机网络技术的发展( 特别是i n t e r n e t 的发展) ，又为人们提 供了通过网络快速查询、检索数据和信息的可能性。 但是，与科学计算可视化处理的三维空间数据场不同，信息可视化面对的是非空间数据， 具有维数高、数据量大、动态变化的特点，难以用科学计算可视化的技术来显示非空问的信 息。信息可视化研究的目的不仅是如何显示高级、大量及动态变化的数据及其相互之间的关 系，而且耍采用可视化技术来改善人机交互界面以利于信息检索过程的进行。 可视化技术优越性的不断体现，使得它与巡检系统的结台异常紧密，可视化的实现和 6 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 开发技术也越来越丰富多样。目前，界面可视化、数据可视化等可视化技术在水电厂设备巡 检系统中正得到越来越广泛的应用。 1 2 4 巡检系统与数据库技术的结合 数据库是数据管理的技术，具有强大的数据存储和管理能力，并且能动态地进行数据输 入和输出。数据库己由第代的层次型、网络型数据库，第二代的关系型数据库发展到今天 以面向对象为主要模型的数据库，即第三代数据库。数据库技术和网络通信技术、面向对象 编程技术、并行计算机技术、人工智能技术相互融合、相互渗透，促进了数据库技术的广泛 应崩。 传统的集中式数据库将数据存储于单个计算机上，而分布式数据库则是数据库技术与计 算机网络技术相结合的产物，它是将数据分布于一个计算机网络的各个计算机内，网络的每 个节点具有独立的处理能力，并且具有执行局部应用的能力。它具有以下特点：既能对数据 进行全局管理，又能使各节点自主管理本节点数据；数据具有独立性且分布透明：增大了数据 的容量；提高了数据的可靠性与可用度：改善了系统的性能和并行处理能力。关系数据库管 理系统具有坚实的理沧基础，可满足许多应用。 由于c a d c a m c a p p , c i m s 等领域存在复杂对象的定义，新的数据类型的定义和处 理，系统模式的定义和修改，对大型对象的存储和操作，定义新的存储方法等诸多问题。这 些并不是依靠传统数据库技术所能解决的，因而人们将面向对象的方法引入数据库领域而形 成了面向对象数据库管理系统( o o d b m s ) 。它的总目标是把数据库技术和面向对象技术集成 在同一个系统中，使o o d b m s 首先是一个数据库系统，即系统具备数据库系统的处理能力， 其次又是一个面向对象的系统，即包含对象的概念、方法和技术。 与传统的数据库相比，o o d b m s 在复杂系统的模拟、表达和处理能力等方面具有优势， 不足之处是理论技术还相当不成熟、不够完善。但随着数据库技术和面向对象技术的不断发 展和完善，o o d b m s 必将得到广泛应用。 随着i n t o m e t 的兴起，电子文档、图片、视频、空间信息、i n t e m e t w e b 等的应用如潮 水般涌入i t 行业，使人们可以通过网络获得大量信息，这些信息来自各种数据库。w e b 与 现有数据库的结合技术关键是用w e b 测览器界面存取数据库内部的数据，接口为其关键技 术。w e b 网与数据库技术的统一成为一个新的研究课题。 数据库技术与网络技术、多媒体技术等的相互渗透与融合，为数据库解决各类型的应 7 笫一章绪论 浙江大学硕士学位论文 用提供了基础，各种数据库体系结构、访问技术层出不穷，为巡检系统数据的存储、管理和 访问提供了高效的解决方法。可以说，没有数据库的支持，巡检系统根本无法发挥它在巡检 管理中的作用。 1 3 本文的主要研究内容与总体结构 1 3 1 本文的主要研究内容 本文针对水电厂设备巡检工作的实际和巡检信息管理的需求，结合当今计算机技术掌上 电脑技术的发展和水电厂的运行特点，对设各巡检的相关技术进行了研究。主要研究内容包 括： 一，巡检系统结构设计 通过分析鸟溪江水电厂的实际情况，剖析了传统巡检工作的不足。之后根据对微机巡检 及故障诊断系统提出的总体要求，讨论得出了安全、快速、便捷、可扩展的系统开发原则， 之后通过比较得出结构化生命周期法的系统开发方法，并在此基础上提出了系统的总体结构 与软件功能划分方法。 二，掌上电脑技术的应用 介绍了条码自动识别技术的发展和自身特点。通过分析水电厂所处的工作环境和巡检工 作的具体要求，经比较得出采用的掌上电脑型号。总结了掌上电脑适应巡检工作的独特优势， 分析了不同条件下软件编程的不同方法。介绍了系统数据采集模块的软件开发以及相应的工 作流程。 二，巡检系统功能模块的实现 从安全性、完整性、集中控制和合理分配工作等方面讨论了系统的开发模式，介绍了系 统软件的开发和运行环境，结合具体实例介绍了系统软件功能模块组成，并分析了功能模块 的作用与实现方式。 1 3 2 本文的体系结构 本论文共分五章，其总体结构如图1 ，l 所示 8 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 图1 1 本论文体系结构图 9 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 第二章系统要求分析与解决方案 2 1 系统开发的要求 2 1 1 水电厂简介 乌溪江水电厂下辖湖南镇电站和黄坛口电站，厂部设在衢州。全厂共1 1 台机，总装机 3 5 9 5 m w ，共有4 个厂房，其中湖南镇电站5 # 机厂房距l 牡4 # 机j 一房有2 k m 左右，湖、黄 二站相距2 5 k i n 左右。湖站、黄站、衢州基地光缆已于1 9 9 9 年铺设完成并投入使用，千兆 主干网络也于2 0 0 1 年改造完毕，全厂的网络构架已经形成。电厂已建成监控系统、m i s 系 统、事故处理专家系统。电厂于2 0 0 0 年1 1 月通过了国电公司“无人值班( 少人值守) 验收。 厂内监控系统实现全厂机电设备的遥控( 遥调) 、遥测、遥信。全厂机电设备的模拟最、 扫查量，中断量等数据和信号实时地存入厂内通讯服务器，同时与厂内局域网相联。 厂内m i s 运行子系统通过厂内通讯服务器，自动提取的数据，生成运行日志报表，进 行电量报表统计，并可进行运行值班记录、运行定期工作记录、操作票修改、生成以及简单 的运行分析。该系统通过厂内局域网进行历史报表查询。 厂内事故处理专家系统利用厂内通讯服务器中的数据，在事故时进行事故处理指导，并 具有模拟事故演习、仿真培训、事故记录、运行分析等功能。通过厂内局域网进行历史记录 奄询。 2 1 2 系统开发总体要求 微机巡检及故障诊断系统应符合乌溪江水电厂的实际情况，满足一厂二站四厂房的耍 求。并具有如下特点： 系统应为开放型分布式系统，要求具有良好的兼容性和可扩充性。 所采用设备、技术先进、成熟，系统稳定性好，抗干扰能力强，防霄防潮技术过关。 要求系统使用灵活。操作界面友好，维护方便。 系统应能够满足运行巡检和故障分析的各项要求。故障分析功能强大。 能够为厂m i s 系统、事故处理专家系统提供数据接口。 1 0 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 系统经济实用，具有较高的性价比。 2 1 3 系统功能要求 对于本巡检系统，其功能要求如下： 数据采集功能 巡检人员通过数据采集器激光扫描设备条码，手工输入设备参数。 数据采集器内存不小于i o m ；采集周期和项目可任意设置：l c d 显示能满足黑暗的工作 环境中清楚阅读和输入数据，一次显示汉字不少于3 2 个。 通讯功能 设置三台下位机，下位机能方便地将数据采集器中的数据读入，分别存储在厂m i s 中心 数据库和巡检故障诊断系统的数据库中，同时能方便地将不同巡检周期的扫描条目送入扫描 器中i 通过w e b 服务器获取厂内m i s 系统中数据；所有信息通过w e b 服务器进行发布，厂内 任一台联网的电脑可通过w e b 进行查询、打印和报表输出。其结构框图如下【6 8 】： 亘叵囝巨 i 匹堕匡亟 童臣塑 圆匦 巡检情况分析功能 建立运行设备图片库，设备缺陷图片库，能利用图片进行设备运行状态分析，并具有打 印、方便查询等功能。 数据分析功能 能利用上传数据及m i s 系统、事故处理专家系统中数据进行各种数据分析：各台机不同 工况条件下( 如相同负荷) 某时间段各温度量的分析；m - - i 况t p 类机组各模拟量之间的 比较分析；各水头下机组运行状态的分析；机组振动、摆度、效率的分析为机组优化运行提 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 供依据。分析数据可选、方便。分析结果可生成各类图表，并支持图表浏览、打印，查询方 便。 报表功能 根据上传数据，可生成选定时间段的指定设备或任何设备的报表，以便于管理人员的分 析，并具有存储、打印、方便查询等功能。 运行管理功能 运行管理模块设置设备缺陷通知单、工作票、操作票、值班记录、定期工作。要求维护 方便、查询功能强，并提供打印、预览。 系统维护功能 系统维护模块给系统管理员提供一个修改数据库的接口。系统管理员可以修改设备数据 库、巡检人员数据库、历史数据库。提供历史数据备份、数据导入导出及删除历史数据记录 的功能。 2 2 系统开发的原则 乌溪江水电厂微机巡检及故障诊断系统的设计，应该遵循以下原则】： ( 1 ) 在系统结构上，针对系统的数据通信方式和系统模型，舍理的配置系统接口的性 能和层次结构，避免数据传输瓶颈情况的发生，便于系统维护。 ( 2 ) 在扩展性上，能通过简便的方法进行系统升级。 ( 3 ) ，在性能上，耍很好满足系统现有的要求，充分考虑今后一定时期内巡检系统发展的 进一步需求。 ( 4 ) 在开放性上，系统采用的软硬件设备都应采用基于国际标准的开放协议，便于系统 扩容和增加软什功能模块。 ( 5 ) ，在保证系统先进性的同时，保证巡检设备和巡检技术的稳定性和实用性，并具各较 高的性价比。系统采用的设备和技术均应符合当今技术发展的趋势，使系统具有进一步发展 的潜力。 ( 6 ) 在安全性上，系统的设计应采取完善可靠的安全措旌，保证应用系统数据的安全， 制定合理权限，防止非授权的访问。 ( 7 ) ，此外，系统还应考虑容错性能和数据备份的功能，从而进一步加强系统的可靠性， 虽大程度上保证应用系统的正常运行。 1 2 第二章系统要求分析与解决方案 浙江大学硕士学位论文 本课题根据以上原则，形成一种将数据采集、信息管理和通信于一体的集成应用模型。 系统的各个功能模块相互联系，与实际需要相符合，实现了微机巡检与故障诊断系统功能的 全面性，达到系统的目的。 2 3 系统的开发方法和开发环境 2 3 1 系统开发遵循的方法 信息系统的开发是一个复杂的工程，它涉及到计算机处理技术、系统理论、组织结构、 管理功能、管理知识等各方面的问题，至今没有一种统一完备的开发方法。但是，每一种开 发方法都要遵循相应的开发策略。任何一种开发策略都要明确以下问题【”1 ： 系统要解决的问题，如采取何种方式解决组织管理和信息处理方面的问题，对企业提出 的新的管理需求该如何满足等。 系统可行性研究，确定系统所要实现的目标。通过对企业状况的初步调研得出现状分析 的结聚，然扁提出可行性方案并进行论证。系统可行性的研究包括目标和方案卸叫行性、 技术的可行性、经济方面的可行性和社会影响方面的考虑。 系统开发的原则。在系统开发过程中，要遵循领导参与、优化创新、实用高效、处理规 范化的原则。 系统开发前的准备工作，作好开发人员的组织准备和企业基础准备工作。 系统开发方法的选择和开发计划的制定。针对己经确定的开发策略选定相应的开发方 法，是采用结构化系统分析和设计方法，还是采用选择原型法或面向对象的方法。开发 计划的制定是要明确系统开发的工作计划、投资计划、工程进度计划和资源利用计划， 使得进一步的工作方便进行。 目前最常用开发方法有结构化生命周期法( s t r u c t u r a ls y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g n ， s s a & d ) 、原型法、面向对象的分析与设计方法等。结构化生命周期法要求系统开发人员和用 户在系统开发的初期就要对整个系统的功能有全面深刻的认识，系统开发的每一个阶段都要 制定计划和说明书，以后的工作使围绕着这些文档来进行。这种开发方法工作安排条理清楚， 便丁：计划管理和控制。对于水电厂来说，系统的开发和文档的编写都有严格的要求，电厂对 于信息系统的建设也很重视。因此，采用结构化生命周期法的思路作为系统开发的基本出发 点是适宜的。 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 而原型法则更多地遵循了人们认识事物的规律它是在认识信息系统开发规律道路上 的否定之否定。其开发结构如图2 2 。原型法在开发小型系统时是一种快速、有效的开发方 法。但对于大型的复杂系统，直接使用原型法很难有效管理整个开发过程，系统模型的反复 修改也是不合适的。 2 3 2 结构化生命周期法简介 结构化生命周期开发方法是目前较为流行的系统开发方法，其基本思想是：用系统的 思想和系统工程的方法，按用户至上的原则，结构化、模块化地自上而下对生命周期进行分 析与设计。 圈2 2 原型法的开发结构 用结构化生命周期开发方法开发一个系统，将整个开发过程划分为五个依次连接的阶 段： ( 1 ) 系统规划阶段，主要任务是明确系统开发的请求，并进行初步的调查，通过可行 性研究确定下一阶段的实施。系统规划方法有战略目标集转化法( s s t ，s t r a t e g y s e t t r a n s f o r m a t i o n ) 、关键成功因素法( c s f ，c r i t i c a ls u c c e s sf a c t o r s ) 和企业规划法( b s p ， b u s i n e s ss y s t e mp l a n n i n g ) 。 ( 2 ) 系统分析阶段，主耍任务是对组织结构与功能进行分析，理清企业业务流程和数据 流程的处理，并且将企业业务流程与数据流程抽象化，通过对功能数据的分析，提出新系统 1 4 第二章系统要求分析与解决方案浙汀大学硕士学位论文 的逻辑方案。 t 3 ) 系统设硝阶段主要任务是确定系统的总体设计方案，划分子系统功能确定共享 数据的组织，然后进行详细设计如处理模块的设计、数据库系统的设计、输八输出界面的 设计和编码的设计等。该阶段的成果为下一阶段的实施提供了编程指导书。 ( 4 ) 系统实施阶段，主要任务是讨论确定设计方案、对系统模块进行调试、进行系统 运行所需数据的准备、对相关人员进行培训等。 ( 5 ) 系统运行阶段，主要任务是进行系统的日常运行管理，评价系统的运行效率，对运 行费用和效果进 r 监理审计，如出现问题则对系统进行修改、调整。 这五个阶段共同构成了系统开茇的生命周期。 结构化生命周期法的特点： ( 1 ) 在开发整个阶段，树立系统的总体观点。首先从总体出发考虑垒局的问题，在保 征总体方寰正确的情况，接口问题解决的条件下，按照自上而下，层层地研制。 ( 2 ) 开发全过程是一个连续有序、循环往复不断提高的过程。每一循环就是一个生命周 期。要严格划分工作阶段，保证阶段任务完成，只有前一阶段完成之后，才能开始下一阶段 一作。 ( 3 ) 用结构化的方法构筑系统逻辑模型和物理模型。 ( 4 ) 充分预料可能发生的变化。 ( 5 ) 树立面向用户的观念。 ( 6 ) 采用直观的工具刻画系统。 闰23 结构化生命周期法( 瀑布模型) 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 上述观念可以用图来表示，其图结构就像瀑布，故也称之为“瀑布法”。如图2 3 所示。 这样每个阶段都有明确的标准化图表和文字说明组成的文档，便于全过程各阶段的管理 和控制。 结构化生命周期开发方法严格区分了开发阶段，非常重视文档工作，对于开发过程中出 现的问题可以得到及时的纠正，避免了出现混乱状态。其缺点是不可避免地出现开发周期过 长、系统预算超支的情况，而且在开发过程中用户的需求一旦发生变化，系统将很难做出调 整。基于以上的分析和比较，并结合乌溪江水电厂巡检系统开发的实际情况，确定系统的开 发将采用以结构化生命周期法为系统开发方法。 系统开发具体流程如图2 4 所示。 图2 4 系统开发方法流程图 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 2 3 3 系统的开发环境 系统的开发方法确定了，系统开发环境的选取也很重要，好的开发环境的选择可以为系 统的实现提供更好的技术支持、更好的体系结构、更好的运行性能。 在开发软件的选择上，系统采用5 0 版本的可视化编程工具d e l p h i 。因为d e l p h i 有如 下的性能优点： 提供了一个性能优异的可视化编程环境。 同时编译器的速度快，己编译的代码效率高。 _ 编程语言功能强大。 数据库结构的灵活性和可扩展性强。 - 框架模式对设计和使用模式的扩充能力强。 后台数据库则采用稳定安全可靠的8 o 版本的o r a c l e 数据库。采用o r a c l e 的原因如下： 为了和乌溪江水电厂其他m i s 系统更好的兼容。因为水电厂其他数据库系统均 使用o r a c l e 。 o r a c l e 是一款优秀的数据库管理软件，提供了使用与多种应用的高效的、可 靠的、安全的数据管理，包括大负荷的联杌事物处理系统及基于i n t e r n e t 的 应用为管理数据的复杂性提供了新的能力，同时还提供了开放的系统管理工具 o r a c l ee n t e r p r i s em a n a g e r ，可以高效地管理整个o k c l e 环境，包括系统、 数据库和应用程序，大大降低了系统管理的复杂程度。 掌上电脑程序设计采用m e t r o w e r k s 公司的c o d e w a r r i o rf o rp a l mo s 开发。w e b 服 务器运行w i n d o w sn t4 0 操作系统，w e b 服务采用a s p 技术，f 位机运行w i n d o w s 2 0 0 0 p r o f e s s i o n a l 操作系统。w e b 服务器与下位机通信采削h t t p 协议。 2 4 巡检系统结构设计与软件功能划分 2 4 1 系统结构设计 结合上面几个小节的讨论，我们解决了系统开发前期的所有闻题，并结合实际情况进行 系统设计。整个系统按照数据流向逻辑上可以分为三个部分。分别是前端数据采集，中端数 据处理和后端数据发布。 1 7 第二章系统要求分析与解决方案浙江大学硕士学位论文 数据采集部分主要内容为：采用条形码标识电力设备，利用掌上电脑采集数据，然后借 助红外方式通过串行口上传到p c 机。在结构框图中为现场设备和数据采集器部分。这个模 块采用自动识别技术和掌上电脑解决了人员减少和巡检工作量和质的提高之间的矛盾，是系 统的核心模块之一，在下面的章节中会对其进行详细的分析和设计。 数据处理部分主要内容为：采用数据库方式存储数据的软件平台。包含了系统需要的功 能：数据采集模块、数据分析模块、通信模块、故障诊断模块，报表和查询模块、w e b 数据 发布模块、辅助功能模块( 运行管理模块、系统维护模块、帮助及用户培训模块) 。数据采集 模块与前端数据采集器逻辑相联，用于编写数据采集器的应用程序。w e b 查询及发布模块和 后端数据发布逻辑相联。在结构框图中，除了前端数据采集和后端数据发布部分，其它都为 本部分内容。 后端的数据发布部分主要内容为：两个通用数据接口，一个用于b s 模式的w e b 数据发 布，一个用于厂内其他m i s 系统的数据请求。在结构框图中为w e b 服务器部分。w e b 服务器， 兼作事故诊断和专家系统的数据库服务器。另外该w e b 服务器除了接受巡检数据之外，同时 还获取厂内m i s 系统中的数据，所有的信息都可以通过w e b 服务器进行旋布，提供巡检和 m i s 数据及其统计分析结果的网络查阅功能。水电厂内的任何一台联网的电脑都能以浏览网 页的形式通过舵b 进行查询、打印和报表的输出，实现全厂的信息共享。具体实现将在后面 章节中介绍。其结构框幽如下： 图2 5 巡检系统原理框图 1 8 第二章系统要求分析与解决方案 浙江大学硕士学位论文 2 4 2 软件功能划分 按照系统要求及系统结构，本系统软件部分功能划分结构框图如下图所示： 巡 检 参 数 下 载 微机巡检系统 通 信 功 能 巡 检 结 果 上! 二 传 数 据 采 集 功 能 巡 检 结 果 分 析 查 询 分 析 功 能 数 据 查 询 分 析 we b 查 询 与 信 息 发 布 功 能 历 史 数 据 库 维 护 系 统 维 护 功 能 图2 6 巡检系统功能划分框图 设 备 数 据 库 维 护 系 统 参 数 维 护 报 表 功 能 人 员 数 据 库 维 护 帮 助 和 培 训 功 能 其中完成各项管理、查询、报表功能的相应软件采用可视化编程语言d e l p h i 编制，而 其相应功能在p c 机上实现，主要是对巡检数据进行入库管理，进行接收、查询、编辑及各 种分析并生成报表格式。 而数据采集功能和通信功能则均和掌上电脑密切相关。其中采集模块的功能主要是指导 巡检人员按正确的巡检路线进行数据采集，并在此过程中保证没有错检、漏检。通信模块则 负责巡检任务的下载和巡检结果值的上传。 1 9 第三章掌上电脑技术在系统中的开发与应用浙江大学硕士学位论文 第三章掌上电脑技术在系统中的开发与应用 对于整个巡检系统来说，使用掌上电脑代替手工抄录进行巡检数据的采集与整理是其最 突出的特点与优点。本章首先介绍了条码自动识别技术发展和特点，之后着重介绍了本系统 所采用的掌上电脑的特点、优点和掌上电脑部分软件的设计方法及其在巡检系统数据采集模 块中的具体应用。 3 1 条形码自动识别技术 当今信息社会离不开计算机，而自动识别技术的崛起，提供了快速、准确地进行数据采 集输入的有效手段，解决了由于计算机数据输入速度慢、错误率高等造成的“瓶颈”难题， 因而自动识别技术作为一种革命性的高新技术，正迅速为人们所接受。 自动识别技术是信息数据自动识读、自动输入计算机的重要方法和手段，它是以计算机 技术和通信技术的发展为基础的综合性科学技术。自动识别技术近几十年在全球范围内得到 了迅猛发展，初步形成了一个包括条码技术、磁条( 卡) 技术、光学字符识别、系统集成他、 射频技术、声音识别及视觉识别等集计算机、光、机电、通信技术为一体的高新技术学科。 每种识别技术都有各自的优点和缺点，有其适用的场合，不同的工程麻用需要结合自身的实 际情况，进行合理的选择，只有这样，才能充分发挥自动采集技术的优势为自己服务。 3 1 1 条码技术 说起自动识别技术就必然要提到条形码，因为它在当今自动识别技术中占有重要的地 位。自动识别技术的形成过程是与条形码的发明、使用和发展分不开的。条形码是由一组规 则排列的条和空、相应的数字组成，这种用条、空组成的数据编码可以供机器识读，而且很 容易译成二进制数和十进制数。这些条和空可吼有各种不同的组合方法，构成不同的图形符 号，即各种符号体系，也称码制，适用于不同的应用场合3 8 3 9 h 4 ”。 条形码( b a r c o d e ) 简称条码，它隐含着数字信息、字母信息、标志信息、符号信息，在设 备巡检过程中可以表示设各名称以及设备需要采集的参量。 条码是一组黑白相间的条纹，这种条纹由若干个黑白的“条”和白色的“空”的单元所 组成，其中，黑色条对光的反射率低而白色的空对光的反射率高，再加上条与空的宽度不同， 2 0 第兰章掌上电脑技术在系统中的开发与应用浙江大学硕士学位论文 就能使扫描光线产生不同的反射接收效果，在光电转换设备上转换成不同的电脉冲，形成了 可以传输的电子信息。条形码的字符结构如图3 1 所示。 旧 起数校终空 始据验止 白 图3 1 条形码字符结构 目前使用频率最高的几种码制是f a n 、u p c 、3 9 码，交插2 5 码和e a n l 2 8 码，其中u p c 条码主要用于北美地区，e a n 条码是国际通用符号体系，它* j 是一种定长、无含义的条码， 主要用下商品标识。e a n l 2 8 条码是由国际物品编码协会( e a ni n t e r n a t i o n a l ) 和美国统一 代码委员会( u c c ) 联合开发、共同采用的一种特定的条码符号。它是一种连续型、非定长有 含义的高密度代码，用以表