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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。對自然的敬畏、對生命的熱愛，讓我們一次又一次地探尋與自然和諧共處的方式。在數(shù)字化時代，我們將開啟怎樣的探尋之旅？請跟隨研華一起來吧！
專訪：金老師
■ 就職于哈爾濱工業(yè)大學
■ 負責葛洲壩水電機組項目集成
葛洲壩水電站全息監(jiān)測系統(tǒng)，采用國產(chǎn)Linux操作系統(tǒng)，對水電站的發(fā)電機、水輪機、調(diào)速器、輔助系統(tǒng)、主變壓器等設(shè)備，利用紅外熱成像、光纖測溫、高速采集、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，對上導(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，轉(zhuǎn)子電流、溫度，風洞環(huán)境、水輪機振擺等信號進行現(xiàn)場實時采集、處理、傳輸、分析及呈現(xiàn)，通過大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，避免意外停機造成經(jīng)濟損失和安全事故，提高了設(shè)備壽命和發(fā)電效率，為建設(shè)智慧電站打下堅實的基礎(chǔ)。
被譽為“萬里長江第一壩”的葛洲壩，是新中國成立后長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、施工建設(shè)、裝備制造、運行維護等方面屢屢突破，開啟了我國水電科技完全自主創(chuàng)新時代，我國也由此躋身世界水電強國之列。
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。在運營的30多年間，葛洲壩電站不斷進行硬件和軟件的更新升級，為電力安全、資源優(yōu)化配置、生產(chǎn)效益、當?shù)丨h(huán)境和經(jīng)濟做出新的貢獻。在信息科技賦能產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，葛洲壩水電站率先采用數(shù)字化全息監(jiān)測系統(tǒng)布局數(shù)字化戰(zhàn)略，開啟國產(chǎn)化數(shù)字運維的新一輪變革。
全息監(jiān)測
實現(xiàn)數(shù)字化運維的第一步
“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之一，指明要充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，研發(fā)和建立數(shù)字流域及數(shù)字水電，促進智能水電站、智能電網(wǎng)、智能能源網(wǎng)間友好互動。
水電站是重資產(chǎn)運行模式，主要設(shè)備包括發(fā)電機、水輪機、調(diào)速器、輔助系統(tǒng)、主變壓器等，設(shè)備種類多，安全性要求高，SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)已經(jīng)無法滿足其數(shù)字化運維需求，全息監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)運而生。
全息監(jiān)測是基于多類型、海量、實時數(shù)據(jù)構(gòu)建的全時空、全目標、全關(guān)系、全場景、全態(tài)勢的感知系統(tǒng)。“全息在線監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)數(shù)字化運維的第一步，可全面掌握電站機組實時狀態(tài)，提高設(shè)備運行效率和運營效益。”哈爾濱工業(yè)大學的金老師作為項目系統(tǒng)集成的負責人如是說。
全息監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)示意
葛洲壩全息監(jiān)測系統(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、光纖測溫等多類型傳感器和高速采集卡、通訊和控制設(shè)備組成，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行采集、處理、傳輸、分析及呈現(xiàn)。
促成水電機組實時工作狀態(tài)監(jiān)測、實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲及共享、利用實時狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析進行預(yù)防性維護，在現(xiàn)有控制及信息系統(tǒng)下，實現(xiàn)全面感知、共享整合、智慧管理和智能展示。顯而易見，客戶的殷切希望正在變?yōu)楝F(xiàn)實。金老師卻對全息監(jiān)測系統(tǒng)有著更深遠的期望：“全息監(jiān)測系統(tǒng)為大數(shù)據(jù)、分布式存儲、云計算、5G等各類先進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現(xiàn)數(shù)字化管理，將為智慧能源平臺構(gòu)建和相互協(xié)同提供支撐?！?/p>
智能水電站
又一張锃亮的“中國名片”
我國水電站的數(shù)字化升級挑戰(zhàn)來源自“國產(chǎn)化”，優(yōu)勢同樣源自“國產(chǎn)化”。中國崛起面臨重重封鎖，尤其是高端制造和控制技術(shù)等領(lǐng)域更是如此。作為我國能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，水電站的數(shù)字化升級必須實現(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，實現(xiàn)數(shù)字賦能。這個項目，是一個承諾，更是一份責任。面對系統(tǒng)對接挑戰(zhàn)，以研華工控機為核心，基于國產(chǎn)操作系統(tǒng)進行開發(fā)，所有底層驅(qū)動具半開源性質(zhì)，擺脫對國外插件的依賴，也為之后的升級供保障。
國產(chǎn)化水電站全息檢測系統(tǒng)示意圖（圖片源自網(wǎng)絡(luò)）
全息監(jiān)測系統(tǒng)不僅對操作系統(tǒng)有極高要求，7*24兆級高速連續(xù)數(shù)據(jù)采集高強度作業(yè)，也對系統(tǒng)中的國產(chǎn)產(chǎn)品尤其是工控機的性能提出了嚴苛的要求，防水/塵/振動的防護力、穩(wěn)定的產(chǎn)品性能、數(shù)據(jù)分析/存儲/傳輸能力都是必須達到的“硬指標”。
全息檢測系統(tǒng)“UNO+Linux+DAQ”三層架構(gòu)
同時，全息監(jiān)測系統(tǒng)涵蓋產(chǎn)品種類多，項目實施參與方眾多，對項目管理及每位參與者都提出了極大考驗?！昂献鞣蕉际菄鴥?nèi)廠家，項目中多線并行，在極短時間內(nèi)圓滿完成了任務(wù)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，真正體現(xiàn)了中國品質(zhì)、中國效率和中國速度?！苯鹄蠋熯@樣評價。機遇與挑戰(zhàn)并存，正是由于諸多嚴苛要求，才造就了國內(nèi)水電完全自主的控制系統(tǒng)，成為“中國制造”的有力注釋。
數(shù)據(jù)采集
“智能容器”的價值來源
數(shù)字化時代，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)場非常復(fù)雜，因此數(shù)據(jù)采集的方式和種類相應(yīng)大幅度增加，且整體信號處理非常復(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)采集板卡實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)采集外，研華嵌入式工控機的硬件資源還可對應(yīng)板卡多樣性，通過多線程、異步回調(diào)、文件寫入等操作，保障數(shù)據(jù)處理時平穩(wěn)順暢。金老師認為，數(shù)字化時代，邊緣計算對于減輕存儲壓力、保持通訊通道暢通、系統(tǒng)輕量化運行具有重要作用，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗保證數(shù)據(jù)品質(zhì)，再通過專家模型和算法，根據(jù)傳感器的原理針對不同信號進行處理。
金老師還將工控機類比為“智能容器”，其具有開放的接口，兼容各種應(yīng)用方案，在深厚的行業(yè)知識和行業(yè)經(jīng)驗積累下，工控機作為數(shù)據(jù)和算法的承接平臺，將為智能水電站的國產(chǎn)化釋放出更強勁的推動力。
精誠合作
攜手共建完善系統(tǒng)
哈爾濱工業(yè)大學與研華的合作已經(jīng)超十二年，雙方對行業(yè)趨勢的洞察以及技術(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…2019年的3月到5月，短短3個月時間，一群志同道合的人匯聚葛洲壩水電站，在原有的2臺水電機組和系統(tǒng)上進一步升級，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)測項目中，研華作為核心部件供應(yīng)商，從備貨運輸，到現(xiàn)場安裝及調(diào)試，對接人員都是7*24小時待命。“全息監(jiān)測項目全部是定制化需求，需要及時的技術(shù)支持和現(xiàn)場服務(wù)。這次項目中一個板卡驅(qū)動出現(xiàn)問題，研華臺灣和北京的技術(shù)支持同時研究，48小時之內(nèi)發(fā)現(xiàn)了癥結(jié)所在，并及時解決了這一難題。這種專業(yè)、主動、持續(xù)的服務(wù)，是我們長久合作的基礎(chǔ)。”
平臺戰(zhàn)略
熔鑄中國制造的數(shù)字能力
全息監(jiān)測系統(tǒng)有效改變了水電站例行維護及意外故障后才維修的傳統(tǒng)做法，通過實時狀態(tài)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，避免意外停機造成經(jīng)濟損失和安全事故，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)勢保存機組運行關(guān)鍵數(shù)字，形成數(shù)字資產(chǎn)；便捷呈現(xiàn)機組內(nèi)部運行狀態(tài)和趨勢分析，便于管理和決策；通過數(shù)字分析，深度挖掘數(shù)字價值，持續(xù)優(yōu)化工藝模型。
然而，全息監(jiān)測系統(tǒng)的作用遠不止于此?！爸悄芑娬靖采w前期數(shù)據(jù)采集、中期存儲、后期平臺管理，全息監(jiān)測系統(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)字化平臺初具規(guī)模。未來，我們需要依托平臺功能，為智能化水電站提供高性能、全場景一體化聯(lián)合的解決方案?！苯鹄蠋熤赋隽怂娬緮?shù)字化升級的關(guān)鍵及研華打造WISE-PaaS平臺的戰(zhàn)略意圖正在于此，通過支持多種云端解決方案和設(shè)備的無縫集成，協(xié)同合作伙伴進行應(yīng)用開發(fā)，為客戶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)營造數(shù)字化新生態(tài)。
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