随着信息技术的进步和制造工业的不断发展，越来越多的水电站正在根据自己的设备特点，探索"运行状态检修"策略，即运用机组在线监测技术，在对机组运行状态进行分析的基础上，主要以设备的实际运行状态为依据，根据科学分析的结果来安排检修项目和时间，以达到既能确保设备运行安全，又能限度地提高电站经济效益的目的。

    研制水电机组状态监测与故障诊断系统是当今水电运行保障技术发展的必然趋势。近年来陆续投产运行的大型水电站和泵站因水力不稳定造成的有害振动问题不断出现，新建电站和泵站都有安装机组状态监测与故障诊断系统的需求。今后20年内将要竣工的三峡工程、溪洛渡、向家坝等一系列特大型电站，需要更加强有力的监测与诊断系统来提供可靠的技术保障。针对这一现状，在总结几十年来现场试验经验，吸收先进的设备监测、诊断技术的基础上，进行了自主化的水电机组状态监测与故障诊断系统研制。

    而在电厂进行状态监测系统的安装配置，是实现机组状态检修的基础。由于状态监测系统的数据采集平台一般放置在机组单元控制室或安放在现地，系统必须具有较好的抗振和抗干扰能力，才能保证数据的实时可靠采集。我们根据水电厂的实际需求，应用NI公司数据采集的PXI硬件平台和LabVIEW软件开发平台，设计开发了一套水电机组远程在线监测分析系统（HM9000 2.0系统），该系统综合应用了NI公司高性能、高和带隔离抗干扰的数据采集硬件模块和高可靠性的LabVIEW开发软件，不仅满足了水电机组监测系统对抗环境恶劣性、实时性和长期稳定运行的要求，也极大缩短了开发周期，节约了开发成本。

    NI公司的PXI （PCI eXtensions for Instrumentation,面向仪器系统的PCI扩展）设备， 是一种坚固的基于PC的测量和自动化平台，PXI结合了PCI的电气总线特性与CompactPCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台，因此系统全线采用其PXI系列产品。

    结构设计

    由于不同用户对水电机组监测系统的要求也不尽相同，监测系统采用了基于因特网的可扩展结构。同组态监测软件不同的是，这种扩展性不仅体现在监测功能的自由定制组合上，还体现在能满足不同的现场环境需求，限度适应电厂不同的基础条件。

    水电远程监测系统虽然是远程网络监测系统，但鉴于电厂对数据安全性和可靠性较高的要求，采用了本地版（Local Mode）和远程版（Remote Mode）相结合的模式，在网络环境不佳或出现问题时，现地仍可以进行监测分析显示，并能保证实时数据的连续可靠存储。与完全基于web网页技术的监测系统相比，拥有更高的可靠性，有效克服了状态监测系统网络化、远程化以后，过于依赖网络环境的问题。

    监测系统分为数据层、服务器层和客户层，硬件分别包括信号传感器、采集机柜（集成PXI采集设备）、数据库服务器、监测系统客户端等几个部分。

    首先，安装在机组各个部位的传感器将信号实时数据传输到机旁控制室的采集机柜，采集机柜的本地采集软件即时分析保存数据，并通知本地入库程序读取本地数据；同时，采集机柜将经过分析处理的实时数据送往数据服务器，数据服务器对其整理储存，以便定期提供机组运行状态日志、信号趋势和异常信息等。

    电厂局域网内所有用户和连接在互联网上的用户，只要拥有管理和查看权限，就可以通过监测系统远程版浏览、查询、分析数据服务器上的机组状态数据。

    系统结构如下图所示：

图1 监测系统结构图

    平台设计

    监测系统要适应电厂复杂的运行环境，必须具有良好的硬件平台；同时又要利于开发人员进行模块化扩展开发，因此必须具有良好的软件开发支持。由于LabVIEW开发软件对于采集平台的良好支持，而且采集部分有NI-DAQ驱动程序的支持，能在保证采集部分稳定性的情况下，较方便的进行后续开发，其开发软件采用了LabVIEW 8.2.

    硬件平台采用了PXI 1031机箱、PXI8185嵌入式控制器和PXI6229多功能M系列采集卡。PXI 1031通用机箱采用了4个扩展槽，支持3U PXI模块，自动温控风扇速度，经过高加速寿命试验（HALT），可在50°C环境中无风险运行。集成PXI 1031机箱的采集机柜位于电厂厂房，因此必须有较好的耐温和抗振能力，PXI 1031能较好的满足此需求。

    基于产品总体成本考虑，系统采用了中等配置的PXI 8185嵌入式控制器，该控制器集成了硬盘、USB、以太网及其他外设，采用了256MB SDRAM内存和1.2GHz Inter Celeron处理器，能够通过PXI Advisor配置完整的PXI系统，而且控制器已经安装好Windows操作环境和驱动程序，不需要额外添加系统软件购置费用。在实际应用中证明该配置能满足本地数据采集软件的硬件需求。

    目前信号测点数目为32个通道，因此采用一块PXI6229 M系列采集卡进行信号采集。该采集卡采用了4路16位模拟输出和48位数字输出。

    系统软件平台的开发采用了采集和分析监测分离的模式，由于LabVIEW跟底层硬件结合较好，采集部分采用LabVIEW开发，进行数据采集和存储，并显示基本的数据状态信息。界面如下图所示：

图2 数据采集程序界面