本發(fā)明涉及工業(yè)自動化控制領域，尤其涉及一種水電站輔機控制裝置的智能化升級方法和系統(tǒng)。
背景技術：
目前水電站輔機的控制采用可編程邏輯控制器（簡稱plc）、模擬量傳感器和執(zhí)行控制的元件構成，主要實現(xiàn)對水電站油、水和氣等輔機系統(tǒng)的預設目標值控制，實現(xiàn)方法主要是基于對目標值的固定流程的邏輯控制，以確保水電站輔機系統(tǒng)的壓力、液位和溫度等控制在目標值的一定范圍內。
模擬量傳感器檢測壓力、液位和溫度等輔機系統(tǒng)的重要控制參數(shù)，輸入到以plc為核心的控制裝置，完成對模擬量、狀態(tài)量的信號的采集，通過基于對目標值的預定控制流程處理后，輸出控制至執(zhí)行機構，執(zhí)行機構主要包括：電動機、油泵、水泵、空壓機、電磁閥和電動閥等，將壓力、液位和溫度控制在一定的范圍內，同時實現(xiàn)基本的故障診斷、異常報警和輸出保護控制。
輔機控制系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線將自身的主要數(shù)據(jù)單向傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元（簡稱lcu），通過輸入設備接收來自lcu的控制指令，同時將自身的重要事件信號通過輸出設備傳輸給lcu。各個輔機控制系統(tǒng)按照管理權歸屬的lcu實行一對一的監(jiān)視控制，各輔機控制系統(tǒng)之間沒有數(shù)據(jù)的交換、分享和相關分析。
現(xiàn)有水電站輔機控制系統(tǒng)存在如下問題：
1、現(xiàn)有輔機控制系統(tǒng)是一個面向輔機對象的獨立控制系統(tǒng)，主要實現(xiàn)基于對目標值的固定程序的控制，實現(xiàn)的控制功能簡單，主要解決的是輔機設備自動化的問題，而非信息化問題，所以其信息化功能很弱，每套輔機控制系統(tǒng)采集完成自身控制所需的信號，不與其它輔機控制系統(tǒng)進行信息、數(shù)據(jù)交換和控制關聯(lián)。每套輔機控制系統(tǒng)都是一個信息和控制的孤島，不能進行數(shù)據(jù)的傳輸、共享、分析和應用等高級功能。
2、不能實現(xiàn)基于特征識別、數(shù)據(jù)應用、關聯(lián)分析、有效性判別等對傳感器、電機、水泵、油泵、空壓機、閥門和系統(tǒng)狀態(tài)進行診斷功能；不能進行歷史數(shù)據(jù)分析和未來趨勢分析預測；在控制系統(tǒng)某一個器件和設備故障時不能進行容錯運行方式。
3、系統(tǒng)維護和故障處理比較困難，需要有經(jīng)驗的專業(yè)人員進行故障識別、分析、判斷和處理，有時候還需要設備供應商派專業(yè)人員赴現(xiàn)場處理。
4、很多信息只能通過輸入輸出實現(xiàn)，基于經(jīng)濟方面和合理性的考慮，對重要事件信息進行了合并處理，只知道事件發(fā)生的結果，而不知道事件發(fā)生的原因便是常態(tài)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的水電站輔機控制裝置的智能化升級方法和系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術中水電站輔機控制系統(tǒng)不能實現(xiàn)與全站控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、以及實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的控制和診斷功能的缺陷。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種水電站輔機控制的智能化升級方法，包括但不限于升級步驟和控制步驟；所述的升級步驟包括：
s11：對待升級的水電站輔機及控制裝置分別連接各自的前置數(shù)據(jù)控制單元，所述的前置數(shù)據(jù)控制單元用于獲取對應水電站輔機及控制裝置數(shù)據(jù)；
s12：將前置數(shù)據(jù)控制單元通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)控制服務器進行連接；
所述的控制步驟包括但不限于：
s21：前置數(shù)據(jù)控制單元獲取水電站輔機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，進行處理后通過網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)據(jù)控制服務器；
s22：數(shù)據(jù)控制服務器對收集到的與水電站輔機及控制裝置相關的數(shù)據(jù)進行應用分析并形成控制執(zhí)行指令，將控制執(zhí)行指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元，由前置數(shù)據(jù)控制單元對水電站輔機控制系統(tǒng)進行基于數(shù)據(jù)的智能控制。
步驟s11中所述的獲取水電站輔機及控制裝置的運行數(shù)據(jù)包括但不限于水電站輔機控制系統(tǒng)的包括模擬量、開關量在內的輸入輸出信號，以及水電站輔機及控制裝置中的其他設備的通信數(shù)據(jù)。
步驟s21中的所述的運行數(shù)據(jù)包括但不限于實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，所述的進行處理包括但不限于故障判別、故障恢復和自診斷；
步驟s22所述的加工分析包括但不限于：
s221：對數(shù)據(jù)進行甄別、分解、相關性分析，做出必要的溯源、排除誤信號、信息有效性判別；
s222：基于大數(shù)據(jù)運算對采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)進行分析，包括但不限于優(yōu)化控制分析和元件故障時進行的容錯控制分析。
所述的控制步驟還包括：
s23：前置數(shù)據(jù)控制單元采集經(jīng)過智能控制后的水電站輔機及控制裝置的反饋信息，并將反饋信息通過網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)控制服務器；
s24：所述的數(shù)據(jù)控制服務器對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別與分析，包括但不限于在僅有控制輸出而沒有執(zhí)行操作時判別執(zhí)行元件的故障與否，用于對輔機控制的行為分析；根據(jù)判別與分析形成控制指令，將控制指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元，由前置數(shù)據(jù)控制單元對水電站輔機控制系統(tǒng)進行智能控制，并返回步驟s23。
步驟s22還包括但不限于對所有前置數(shù)據(jù)控制單元進行編程、在線調試、在線維護和在線診斷。
一種水電站輔機控制裝置的智能化升級系統(tǒng)，包括但不限于多個水電站輔機控制系統(tǒng)，還包括但不限于：
多個前置數(shù)據(jù)控制單元：各自分別與對應的水電站輔機及控制裝置連接，用于采集水電站輔機及控制裝置的數(shù)據(jù)、將所述數(shù)據(jù)進行處理后通過網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)據(jù)控制服務器，接收來自數(shù)據(jù)控制服務器的控制指令、根據(jù)所述控制指令向對應的水電站輔機及控制系統(tǒng)進行對應的智能控制；
數(shù)據(jù)控制服務器：通過網(wǎng)絡與前置數(shù)據(jù)控制單元連接，用于獲取水電站輔機及控制裝置的數(shù)據(jù)，前置數(shù)據(jù)控制單元將所述數(shù)據(jù)進行處理后通過網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)據(jù)控制服務器，接收來自數(shù)據(jù)控制服務器的控制指令，根據(jù)所述控制指令向對應的水電站輔機及控制裝置進行對應的智能控制。
所述的數(shù)據(jù)包括但不限于模擬量/開關量在內的輸入輸出信號，以及水電站輔機及控制裝置中的其他設備的通信數(shù)據(jù)。
所述的運行數(shù)據(jù)包括但不限于實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，所述的進行處理包括但不限于故障判別、故障恢復和自診斷；
所述的應用分析包括但不限于：對數(shù)據(jù)進行甄別、分解、相關性分析，做出必要的溯源、排除誤信號、信息有效性判別以及基于數(shù)據(jù)運算對采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)進行分析，包括但不限于優(yōu)化控制分析和元件故障時進行的容錯控制分析。
所述的前置數(shù)據(jù)控制單元還用于：采集經(jīng)過智能控制后的水電站輔機及控制裝置的反饋信息、將所述反饋信息通過網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)控制服務器；
所述的數(shù)據(jù)控制服務器還用于：獲取前置數(shù)據(jù)控制單元發(fā)送的反饋信息、根據(jù)所述反饋信息對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別與分析、根據(jù)判別與分析的結果形成控制指令、將控制指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元；所述的對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別包括但不限于在僅有控制輸出而沒有執(zhí)行操作時判別執(zhí)行元件的故障與否，用于對輔機控制的行為分析。
所述的數(shù)據(jù)控制服務器還用于對前置數(shù)據(jù)控制單元進行編程、在線調試、在線維護和在線診斷；所述的前置數(shù)據(jù)控制單元還用于接收數(shù)據(jù)控制服務器的編程、在線調試、在線維護和在線診斷的控制。
本發(fā)明的有益效果是：
1、通過本發(fā)明的升級方式，在不改變現(xiàn)有設備及控制系統(tǒng)、控制流程和運行方式的前提下，便可實現(xiàn)輔機控制的智能化升級，實施升級改造簡單易行、快捷方便，不需要大量投資和大規(guī)模更新改造。
2、通過本發(fā)明的升級方式，還實現(xiàn)了水電站全站輔機控制裝置之間數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享以及基于數(shù)據(jù)的控制方式。
3、通過本發(fā)明的控制方式，實現(xiàn)現(xiàn)有輔機控制的基于信號的邏輯控制升級為基于信息和數(shù)據(jù)的智能化控制，全站控制系統(tǒng)實現(xiàn)扁平化、透明化結構，能實現(xiàn)遠程的編程、調試、診斷、故障處理，同時能實現(xiàn)水電站輔機的基于數(shù)據(jù)的智能控制功能和優(yōu)化運行方式。
附圖說明
圖1為本發(fā)明結構方框圖。
具體實施方式
下面結合附圖進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案：一種水電站輔機控制裝置的智能化升級方法，包括不限于升級步驟和控制步驟；所述的升級步驟包括：
s11：對待升級的水電站輔機控制系統(tǒng)分別連接到按照空間位置設置的前置數(shù)據(jù)控制單元，所述的前置數(shù)據(jù)控制單元用于獲取對應水電站輔機及控制系統(tǒng)的相關數(shù)據(jù)；
s12：將前置數(shù)據(jù)控制單元通過網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)控制服務器進行高速連接。
其中，在本實施例中，所述的前置數(shù)據(jù)控制單元為dcu。進一步的，升級步驟是在對水電站現(xiàn)有輔機控制裝置任務、功能、控制保留不變的前提下，針對水電站一個或多個輔助控制裝置增設一個dcu，每個dcu通過接口連接到全站的網(wǎng)絡中，同時增設數(shù)據(jù)控制服務器。
進一步地，在本實施例中，每個水電站輔機及控制裝置至少對應一個前置數(shù)據(jù)控制單元，而一個前置數(shù)據(jù)控制單元對應于一個或一個以上的輔機控制裝置；數(shù)據(jù)控制服務器可以根據(jù)水電站規(guī)模設置一個或多個。
對應升級步驟，其解決的問題是：1、保留了現(xiàn)有輔機及控制裝置，避免大的重復改造和設備購置，現(xiàn)有輔機控制裝置仍然繼續(xù)執(zhí)行其原有控制功能。2、升級過程簡單易行、方便快捷，見效快。dcu的設置靈活，可擴展性好。3、通過升級系統(tǒng)實現(xiàn)了水電站全站輔機控制裝置之間數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享及基于數(shù)據(jù)的控制方式。
所述的控制步驟包括：
s21：前置數(shù)據(jù)控制單元獲取水電站輔機及控制裝置的數(shù)據(jù)，進行處理后通過網(wǎng)絡發(fā)送至數(shù)據(jù)控制服務器；
s22：數(shù)據(jù)控制服務器對收集到的與水電站輔機及控制系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)進行應用分析并形成控制指令，將控制指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元，由前置數(shù)據(jù)控制單元對水電站輔機及控制裝置進行基于數(shù)據(jù)的智能控制；
s23：前置數(shù)據(jù)控制單元采集經(jīng)過智能控制后的水電站輔機及控制裝置的反饋信息，并將反饋信息通過網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)控制服務器；
s24：所述的數(shù)據(jù)控制服務器對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別與分析，包括在僅有控制輸出而沒有執(zhí)行操作時判別執(zhí)行元件的故障與否，用于對輔機控制的行為分析；根據(jù)判別與分析形成控制執(zhí)行指令，將控制執(zhí)行指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元，由前置數(shù)據(jù)控制單元對水電站輔機及控制裝置進行智能控制，并返回步驟s23。
具體地，增設前置數(shù)據(jù)控制單元dcu在控制步驟中主要完成如下任務：
1、采集智能控制必須獲取或增加獲取的模擬量、開關量信號，同時智能控制輸出和現(xiàn)有輔機控制裝置的輸入輸出信號。
2、通過網(wǎng)絡通信獲得現(xiàn)有系統(tǒng)中的其他設備的通信數(shù)據(jù)，用于監(jiān)視它們的工作狀態(tài)和故障信息。
3、不同dcu之間通過網(wǎng)絡通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，達到不同dcu之間數(shù)據(jù)交換、共享的目的。
4、dcu通過網(wǎng)絡為數(shù)據(jù)控制服務器提供現(xiàn)場數(shù)據(jù)，接收來自數(shù)據(jù)控制服務器分析的結果，并將這些分析結果應用于設備診斷和控制。
5、實時數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)、故障判別、故障恢復、自診斷、數(shù)據(jù)遠傳、智能控制等功能由新的分散布置的dcu執(zhí)行；同時執(zhí)行的反饋也由dcu執(zhí)行。
其中對于第3點，本實施例中按設備就近原則設置dcu，某個dcu需要的信號自己沒有采集，而是在其它dcu中采集的，通過本實施例進行網(wǎng)絡通信每個dcu都可以獲得自身需要的信號（而有的信號是來自其它dcu）。
增設的數(shù)據(jù)控制服務器在控制步驟中完成任務如下：
1、通過網(wǎng)絡通信獲得網(wǎng)絡中所有dcu的數(shù)據(jù)和現(xiàn)有設備的數(shù)據(jù)。
2、對收集到的與輔機設備相關的數(shù)據(jù)進行應用分析，將分析的結果通過網(wǎng)絡傳輸至相關dcu用于對原輔機控制裝置的智能控制。
3、實現(xiàn)現(xiàn)有輔機控制裝置無法實現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、優(yōu)化運行等智能化、信息化任務。
4、通過對網(wǎng)絡中所有dcu進行編程、在線調試、在線維護和在線診斷。
比如一臺電動機，我們要監(jiān)視其工作電流，在正常情況下其工作電流有一個變化范圍，這個變化范圍是通過長期記錄其實時電流，通過計算獲得其變化范圍，一旦電動機工作電流超過了變化范圍，就需要發(fā)出報警，提示操作人員注意；可以通過不同時間段，將該電動機的工作電流進行比較分析，可以判斷電動機工作電流是在增加還是維持在一個合理的范圍內變化。通過這些信息可以對該電動機的工作狀態(tài)進行評估。這些工作可由dcu完成，也可由計算機（在本實施例中為數(shù)據(jù)控制服務器）來完成。計算機首先要記錄（這需要大的存儲空間來存放這些信息），對記錄的數(shù)據(jù)按設計的算法進行加工處理。
因此，對于控制步驟，主要是通過數(shù)據(jù)控制服務器實現(xiàn)對水電站輔機的數(shù)據(jù)分析、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、優(yōu)化運行等信息化和智能化任務。數(shù)據(jù)控制服務器運算的優(yōu)化控制策略通過dcu直接輸出到現(xiàn)有輔機控制裝置的輸入端，執(zhí)行優(yōu)化控制或元件故障時進行的容錯控制等智能功能。現(xiàn)有輔機控制裝置的故障信號經(jīng)智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行甄別、分解、相關性分析、做出必要的溯源、排除誤信號、信息有效性判別；對輸入的信號的合理性、有效性進行判別，可排除誤信號帶來的錯誤控制執(zhí)行。
進一步的，步驟s11中所述的獲取水電站輔機及控制裝置的運行數(shù)據(jù)包括但不限于模擬量/開關量在內的輸入輸出信號，以及水電站輔機及控制裝置中的其他設備的通信數(shù)據(jù)；其中，其他設備的通信數(shù)據(jù)用于監(jiān)視它們的工作狀態(tài)和故障信息。
進一步的，步驟s21中的所述的運行數(shù)據(jù)包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，所述的進行處理包括故障判別、故障恢復和自診斷；
步驟s22所述的加工分析包括：
s221：對數(shù)據(jù)進行甄別、分解、相關性分析，做出必要的溯源、排除誤信號、信息有效性判別；
s222：基于大數(shù)據(jù)運算對采集到的實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)進行分析，包括優(yōu)化控制分析和元件故障時進行的容錯控制分析。
進一步的，步驟s22還包括對所有前置數(shù)據(jù)控制單元進行編程、在線調試、在線維護和在線診斷。
基于上述方法的實現(xiàn)，如圖1所示，本實施例還提供一種水電站輔機控制裝置的智能化升級系統(tǒng)，包括多個水電站輔機及控制裝置，還包括：
多個前置數(shù)據(jù)控制單元：各自分別與對應的水電站輔機及控制裝置連接，用于采集水電站輔機及控制裝置的運行數(shù)據(jù)、將所述運行數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后通過發(fā)送至數(shù)據(jù)控制服務器、接收來自數(shù)據(jù)控制服務器的控制執(zhí)行指令，根據(jù)所述控制執(zhí)行指令向對應的水電站輔機及控制系統(tǒng)進行相應智能控制；
數(shù)據(jù)控制服務器：通過網(wǎng)絡與前置數(shù)據(jù)控制單元連接，用于獲取水電站輔機及控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行應用分析并形成控制指令、將所述控制指令通過網(wǎng)絡發(fā)送至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元。
對應地，所述的數(shù)據(jù)包括但不限于模擬量/開關量在內的輸入輸出信號，以及水電站輔機及控制裝置中的其他設備的通信數(shù)據(jù)。
對應地，所述的數(shù)據(jù)包括實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)，所述的進行處理包括故障判別、故障恢復和自診斷；所述的應用分析包括：對數(shù)據(jù)進行甄別、分解、相關性分析，做出必要的溯源、排除誤信號、信息有效性判別；以及基于大數(shù)據(jù)運算對采集到的實時數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)相對于歷史數(shù)據(jù)進行分析，包括優(yōu)化控制分析和元件故障時進行的容錯控制分析。
對應地，所述的前置數(shù)據(jù)控制單元還用于：采集經(jīng)過智能控制后的水電站輔機及控制裝置的反饋信息、將所述反饋信息通過網(wǎng)絡傳輸至數(shù)據(jù)控制服務器；
對應地，所述的數(shù)據(jù)控制服務器還用于：獲取前置數(shù)據(jù)控制單元發(fā)送的反饋信息、根據(jù)所述反饋信息對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別與分析、根據(jù)判別與分析的結果形成新的控制指令、將控制指令通過網(wǎng)絡傳輸至對應的前置數(shù)據(jù)控制單元；所述的對水電站輔機及控制裝置的輸出執(zhí)行情況進行判別包括在僅有控制輸出而沒有執(zhí)行操作時判別執(zhí)行元件的故障與否，用于對輔機控制的行為分析。
對應地，所述的數(shù)據(jù)控制服務器還用于對前置數(shù)據(jù)控制單元進行編程、在線調試、在線維護和在線診斷；所述的前置數(shù)據(jù)控制單元還用于接收數(shù)據(jù)控制服務器的編程、在線調試、在線維護和在線診斷的控制。
本實施例的優(yōu)點如下：
1、保留了現(xiàn)有輔機控制裝置，避免大的重復改造，現(xiàn)有輔機控制裝置仍然繼續(xù)執(zhí)行其原有控制功能。
2、升級過程簡單易行、方便快捷，dcu的增設靈活，可擴展性好。
2、通過升級系統(tǒng)實現(xiàn)了水電站全站輔機控制裝置之間數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享和基于數(shù)據(jù)的控制方式。
3、實現(xiàn)了原有輔機控系統(tǒng)無法實現(xiàn)的高級功能，如：基于實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)的故障判別、故障恢復、自診斷、數(shù)據(jù)遠傳。
4、可以實現(xiàn)針對被控對象個性特征的柔性控制策略。