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從大禹疏導(dǎo)治水到孫叔敖引水灌溉，從都江堰建成到靈渠鑿?fù)?，從京杭大運(yùn)河貫通到三峽工程竣工……華夏文明在這片土地上孕育、壯大、融通、連綿。對(duì)自然的敬畏、對(duì)生命的熱愛(ài)，讓我們一次又一次地探尋與自然和諧共處的方式。在數(shù)字化時(shí)代，我們將開(kāi)啟怎樣的探尋之旅？請(qǐng)跟隨研華一起來(lái)吧！
專(zhuān)訪(fǎng)：金老師
■ 就職于哈爾濱工業(yè)大學(xué)
■ 負(fù)責(zé)葛洲壩水電機(jī)組項(xiàng)目集成
葛洲壩水電站全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用國(guó)產(chǎn)Linux操作系統(tǒng)，對(duì)水電站的發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、調(diào)速器、輔助系統(tǒng)、主變壓器等設(shè)備，利用紅外熱成像、光纖測(cè)溫、高速采集、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，對(duì)上導(dǎo)冷卻水溫度、壓力、流量，推力冷卻水溫度、壓力、流量，集油槽、上導(dǎo)、推力軸承等加排油流量、油質(zhì)，定子振動(dòng)，轉(zhuǎn)子電流、溫度，風(fēng)洞環(huán)境、水輪機(jī)振擺等信號(hào)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)采集、處理、傳輸、分析及呈現(xiàn)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，避免意外停機(jī)造成經(jīng)濟(jì)損失和安全事故，提高了設(shè)備壽命和發(fā)電效率，為建設(shè)智慧電站打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
被譽(yù)為“萬(wàn)里長(zhǎng)江第一壩”的葛洲壩，是新中國(guó)成立后長(zhǎng)江干流上修建的第一座大型水利樞紐，也是世界上最大的低水頭大流量、徑流式水電站，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、裝備制造、運(yùn)行維護(hù)等方面屢屢突破，開(kāi)啟了我國(guó)水電科技完全自主創(chuàng)新時(shí)代，我國(guó)也由此躋身世界水電強(qiáng)國(guó)之列。
自主創(chuàng)新不僅是葛洲壩水電站的自然基因，也是其先天使命。在運(yùn)營(yíng)的30多年間，葛洲壩電站不斷進(jìn)行硬件和軟件的更新升級(jí)，為電力安全、資源優(yōu)化配置、生產(chǎn)效益、當(dāng)?shù)丨h(huán)境和經(jīng)濟(jì)做出新的貢獻(xiàn)。在信息科技賦能產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，葛洲壩水電站率先采用數(shù)字化全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布局?jǐn)?shù)字化戰(zhàn)略，開(kāi)啟國(guó)產(chǎn)化數(shù)字運(yùn)維的新一輪變革。
全息監(jiān)測(cè)
實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)維的第一步
“十三五”規(guī)劃中，將建設(shè)“互聯(lián)網(wǎng)+”智能水電站作為主要目標(biāo)之一，指明要充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，研發(fā)和建立數(shù)字流域及數(shù)字水電，促進(jìn)智能水電站、智能電網(wǎng)、智能能源網(wǎng)間友好互動(dòng)。
水電站是重資產(chǎn)運(yùn)行模式，主要設(shè)備包括發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、調(diào)速器、輔助系統(tǒng)、主變壓器等，設(shè)備種類(lèi)多，安全性要求高，SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足其數(shù)字化運(yùn)維需求，全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
全息監(jiān)測(cè)是基于多類(lèi)型、海量、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建的全時(shí)空、全目標(biāo)、全關(guān)系、全場(chǎng)景、全態(tài)勢(shì)的感知系統(tǒng)。“全息在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)維的第一步，可全面掌握電站機(jī)組實(shí)時(shí)狀態(tài)，提高設(shè)備運(yùn)行效率和運(yùn)營(yíng)效益。”哈爾濱工業(yè)大學(xué)的金老師作為項(xiàng)目系統(tǒng)集成的負(fù)責(zé)人如是說(shuō)。
全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)示意
葛洲壩全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括現(xiàn)地采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)服務(wù)中心兩部分，利用紅外熱成像、光纖測(cè)溫等多類(lèi)型傳感器和高速采集卡、通訊和控制設(shè)備組成，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、傳輸、分析及呈現(xiàn)。
促成水電機(jī)組實(shí)時(shí)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及共享、利用實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，在現(xiàn)有控制及信息系統(tǒng)下，實(shí)現(xiàn)全面感知、共享整合、智慧管理和智能展示。顯而易見(jiàn)，客戶(hù)的殷切希望正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。金老師卻對(duì)全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有著更深遠(yuǎn)的期望：“全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為大數(shù)據(jù)、分布式存儲(chǔ)、云計(jì)算、5G等各類(lèi)先進(jìn)科技解決方案提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，幫助葛洲壩智能水電站實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理，將為智慧能源平臺(tái)構(gòu)建和相互協(xié)同提供支撐。”
智能水電站
又一張锃亮的“中國(guó)名片”
我國(guó)水電站的數(shù)字化升級(jí)挑戰(zhàn)來(lái)源自“國(guó)產(chǎn)化”，優(yōu)勢(shì)同樣源自“國(guó)產(chǎn)化”。中國(guó)崛起面臨重重封鎖，尤其是高端制造和控制技術(shù)等領(lǐng)域更是如此。作為我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，水電站的數(shù)字化升級(jí)必須實(shí)現(xiàn)完全自主，在功能安全、信息安全和網(wǎng)絡(luò)安全的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字賦能。這個(gè)項(xiàng)目，是一個(gè)承諾，更是一份責(zé)任。面對(duì)系統(tǒng)對(duì)接挑戰(zhàn)，以研華工控機(jī)為核心，基于國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，所有底層驅(qū)動(dòng)具半開(kāi)源性質(zhì)，擺脫對(duì)國(guó)外插件的依賴(lài)，也為之后的升級(jí)供保障。
國(guó)產(chǎn)化水電站全息檢測(cè)系統(tǒng)示意圖（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）
全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅對(duì)操作系統(tǒng)有極高要求，7*24兆級(jí)高速連續(xù)數(shù)據(jù)采集高強(qiáng)度作業(yè)，也對(duì)系統(tǒng)中的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品尤其是工控機(jī)的性能提出了嚴(yán)苛的要求，防水/塵/振動(dòng)的防護(hù)力、穩(wěn)定的產(chǎn)品性能、數(shù)據(jù)分析/存儲(chǔ)/傳輸能力都是必須達(dá)到的“硬指標(biāo)”。
全息檢測(cè)系統(tǒng)“UNO+Linux+DAQ”三層架構(gòu)
同時(shí)，全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涵蓋產(chǎn)品種類(lèi)多，項(xiàng)目實(shí)施參與方眾多，對(duì)項(xiàng)目管理及每位參與者都提出了極大考驗(yàn)?！昂献鞣蕉际菄?guó)內(nèi)廠(chǎng)家，項(xiàng)目中多線(xiàn)并行，在極短時(shí)間內(nèi)圓滿(mǎn)完成了任務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，真正體現(xiàn)了中國(guó)品質(zhì)、中國(guó)效率和中國(guó)速度?！苯鹄蠋熯@樣評(píng)價(jià)。機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，正是由于諸多嚴(yán)苛要求，才造就了國(guó)內(nèi)水電完全自主的控制系統(tǒng)，成為“中國(guó)制造”的有力注釋。
數(shù)據(jù)采集
“智能容器”的價(jià)值來(lái)源
數(shù)字化時(shí)代，數(shù)據(jù)采集是“能量”汲取和傳輸?shù)闹匾ǖ篮突A(chǔ)保障。大型水電站現(xiàn)場(chǎng)非常復(fù)雜，因此數(shù)據(jù)采集的方式和種類(lèi)相應(yīng)大幅度增加，且整體信號(hào)處理非常復(fù)雜，并且要求完成連續(xù)高速率數(shù)據(jù)采集。
除利用數(shù)據(jù)采集板卡實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)采集外，研華嵌入式工控機(jī)的硬件資源還可對(duì)應(yīng)板卡多樣性，通過(guò)多線(xiàn)程、異步回調(diào)、文件寫(xiě)入等操作，保障數(shù)據(jù)處理時(shí)平穩(wěn)順暢。金老師認(rèn)為，數(shù)字化時(shí)代，邊緣計(jì)算對(duì)于減輕存儲(chǔ)壓力、保持通訊通道暢通、系統(tǒng)輕量化運(yùn)行具有重要作用，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗保證數(shù)據(jù)品質(zhì)，再通過(guò)專(zhuān)家模型和算法，根據(jù)傳感器的原理針對(duì)不同信號(hào)進(jìn)行處理。
金老師還將工控機(jī)類(lèi)比為“智能容器”，其具有開(kāi)放的接口，兼容各種應(yīng)用方案，在深厚的行業(yè)知識(shí)和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累下，工控機(jī)作為數(shù)據(jù)和算法的承接平臺(tái)，將為智能水電站的國(guó)產(chǎn)化釋放出更強(qiáng)勁的推動(dòng)力。
精誠(chéng)合作
攜手共建完善系統(tǒng)
哈爾濱工業(yè)大學(xué)與研華的合作已經(jīng)超十二年，雙方對(duì)行業(yè)趨勢(shì)的洞察以及技術(shù)理念始終高度一致。建立數(shù)字化通訊網(wǎng)絡(luò)、完善大數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)、建設(shè)信息管理平臺(tái)…2019年的3月到5月，短短3個(gè)月時(shí)間，一群志同道合的人匯聚葛洲壩水電站，在原有的2臺(tái)水電機(jī)組和系統(tǒng)上進(jìn)一步升級(jí)，為葛洲壩水電站镕鑄出新的數(shù)字化能力。
在葛洲壩全息監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中，研華作為核心部件供應(yīng)商，從備貨運(yùn)輸，到現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試，對(duì)接人員都是7*24小時(shí)待命?！叭⒈O(jiān)測(cè)項(xiàng)目全部是定制化需求，需要及時(shí)的技術(shù)支持和現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。這次項(xiàng)目中一個(gè)板卡驅(qū)動(dòng)出現(xiàn)問(wèn)題，研華臺(tái)灣和北京的技術(shù)支持同時(shí)研究，48小時(shí)之內(nèi)發(fā)現(xiàn)了癥結(jié)所在，并及時(shí)解決了這一難題。這種專(zhuān)業(yè)、主動(dòng)、持續(xù)的服務(wù)，是我們長(zhǎng)久合作的基礎(chǔ)?！?/p>
平臺(tái)戰(zhàn)略
熔鑄中國(guó)制造的數(shù)字能力
全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有效改變了水電站例行維護(hù)及意外故障后才維修的傳統(tǒng)做法，通過(guò)實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，避免意外停機(jī)造成經(jīng)濟(jì)損失和安全事故，也提高了設(shè)備壽命和發(fā)電效率。以數(shù)字全息技術(shù)優(yōu)勢(shì)保存機(jī)組運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)字，形成數(shù)字資產(chǎn)；便捷呈現(xiàn)機(jī)組內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)和趨勢(shì)分析，便于管理和決策；通過(guò)數(shù)字分析，深度挖掘數(shù)字價(jià)值，持續(xù)優(yōu)化工藝模型。
然而，全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的作用遠(yuǎn)不止于此?！爸悄芑娬靖采w前期數(shù)據(jù)采集、中期存儲(chǔ)、后期平臺(tái)管理，全息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)幫助我們搭建了涵蓋采集、控制和呈現(xiàn)于一體的系統(tǒng)，數(shù)字化平臺(tái)初具規(guī)模。未來(lái)，我們需要依托平臺(tái)功能，為智能化水電站提供高性能、全場(chǎng)景一體化聯(lián)合的解決方案。”金老師指出了水電站數(shù)字化升級(jí)的關(guān)鍵及研華打造WISE-PaaS平臺(tái)的戰(zhàn)略意圖正在于此，通過(guò)支持多種云端解決方案和設(shè)備的無(wú)縫集成，協(xié)同合作伙伴進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)，為客戶(hù)提供定制化解決方案，為智能水電站、智慧能源，乃至智慧產(chǎn)業(yè)營(yíng)造數(shù)字化新生態(tài)。
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