李慶濤,高 鑫,顧霄鷺
(南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司,山東 濟南 250109)
南水北調(diào)東線山東段工程運行管理具有管理機構(gòu)地域分布廣、層次多,管理內(nèi)容復(fù)雜的特點[1],為提高管理效率,需借助先進的科學(xué)技術(shù)手段,使管理信息及時、準(zhǔn)確的上傳下達,確保工程平穩(wěn)運行[2]。針對各類工程設(shè)備故障,應(yīng)采取有效的診斷措施。設(shè)備故障診斷的基本內(nèi)容大致可分為以下幾個方面:信號獲取、特征參數(shù)提取、工況狀態(tài)識別及故障診斷及預(yù)測[3]。當(dāng)前水利工程中設(shè)備的運行監(jiān)控工作需進一步加強對水利工程中設(shè)備的智能運行監(jiān)測分析,強化預(yù)測性維護,以確保設(shè)備正常運行,提高設(shè)備的利用率,從而提升水利工程的經(jīng)濟效益與社會效益。
設(shè)備監(jiān)測與在線診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài),確定其整體或局部正?;虍惓?,早期發(fā)現(xiàn)故障及原因,并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進步和發(fā)展,尤其是監(jiān)測技術(shù)、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,設(shè)備的監(jiān)測與在線診斷技術(shù)日趨成熟。針對南水北調(diào)東線山東段工程自動化、信息化建設(shè)現(xiàn)狀,研究智能監(jiān)測與在線診斷分析技術(shù),搭建平臺實現(xiàn)工程運行監(jiān)測數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)性分析,開發(fā)智能監(jiān)測分析軟件,探索監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)模型,找出存在的可能異常點,可為實現(xiàn)工程運行監(jiān)測數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測及故障診斷提供技術(shù)支撐。
1)監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析是一種簡單、實用的分析技術(shù),其核心是通過大數(shù)據(jù)分析,獲取數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性或相關(guān)性,從而描述了一個事物中某些屬性同時出現(xiàn)的規(guī)律和模式。通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析,可以明確設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)系,建立數(shù)據(jù)關(guān)系模型。
2)關(guān)聯(lián)性監(jiān)測數(shù)據(jù)的擬合曲線。通過運行監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性分析,以及形成的曲線擬合結(jié)果。充分考慮各種工況因素對數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析的影響,采用特定工況條件下,對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行組合分析的方式,以達到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、合理性。
3)基于擬合曲線的離群點檢測。根據(jù)所形成的擬合函數(shù),針對不在該擬合函數(shù)對應(yīng)擬合曲線上的點,計算該點與對應(yīng)擬合函數(shù)上的點之間的距離標(biāo)準(zhǔn)差,該距離標(biāo)準(zhǔn)差超出允許范圍的,即離群點。離群點即可視為可能異常點。
智能監(jiān)控與在線診斷分析技術(shù)研究架構(gòu)分為設(shè)備層、接入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層5 個層級。基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括服務(wù)器、存儲設(shè)備、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)測站等軟硬件相關(guān)設(shè)施,用于支撐平臺環(huán)境搭建及部署使用。采集傳輸層采集實時及歷史監(jiān)測數(shù)據(jù),部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可通過人工錄入方式進行數(shù)據(jù)采集?;A(chǔ)數(shù)據(jù)層包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、設(shè)備基礎(chǔ)資料、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)層通過采集到的業(yè)務(wù)及監(jiān)測數(shù)據(jù)等信息保存至服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫,并提供對系統(tǒng)的權(quán)限、日志的管理,提高系統(tǒng)安全性。服務(wù)層主要包括應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)層是系統(tǒng)的核心層,各項功能均由服務(wù)層的業(yè)務(wù)單元模塊來實現(xiàn)。應(yīng)用服務(wù)層主要包括設(shè)備管理、維修記錄管理以及在線診斷分析。
智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)根據(jù)工程運行中監(jiān)測的大量歷史數(shù)據(jù)進行散點圖分布,然后基于離群點監(jiān)測相關(guān)技術(shù),對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行正態(tài)分布,并形成多個兩兩參數(shù)關(guān)系的曲線擬合函數(shù)。監(jiān)測過程中會將實時數(shù)據(jù)與這些已經(jīng)擬合好的函數(shù)進行比較。正常的數(shù)據(jù)與相關(guān)的擬合函數(shù)相吻合,異常數(shù)據(jù)會偏離函數(shù),在界面上形成離群點,從而觸發(fā)異常數(shù)據(jù)報警。報警信息會根據(jù)該數(shù)據(jù)所偏離的擬合函數(shù),顯示可能影響數(shù)據(jù)異常的各類參數(shù)。運行人員可根據(jù)報警信息給出的內(nèi)容有針性地進行問題原因排查,有助于及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。
1)設(shè)備管理。通過建立設(shè)備臺賬對各工程設(shè)備基礎(chǔ)信息進行管理,包括設(shè)備添加、修改、刪除等維護功能和查詢功能。設(shè)備維護信息包括基本信息、設(shè)備技術(shù)參數(shù)?;A(chǔ)信息包括設(shè)備編號、名稱、類型、分類、供應(yīng)商、聯(lián)系方式、安裝時間、購買時間、質(zhì)保期、使用壽命等信息;設(shè)備技術(shù)參數(shù)信息根據(jù)不同設(shè)備類型進行信息維護。
2)維修記錄。維修記錄是對設(shè)備維修的歷史記錄的匯總,有利于分析設(shè)備狀況,是快速查找故障,縮短維修時間的重要保障。維修記錄主要包括維修單號、設(shè)備名稱、維修類型、下單人、下單時間、處理意見、維修情況說明、維修完成時間等信息。
3)在線診斷分析。智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)以監(jiān)測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析為核心,提供可視化的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析,實現(xiàn)在良好的交互性界面中分析與明確監(jiān)測數(shù)據(jù)之間是否有關(guān)聯(lián)以及影響程度。運用數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)性分析技術(shù)明確各監(jiān)測數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性,有助于進行數(shù)據(jù)建模、預(yù)測性分析,故障診斷,實現(xiàn)科學(xué)管理、合理使用、預(yù)知檢修和安全運轉(zhuǎn)。通過數(shù)據(jù)生成的曲線擬合關(guān)系,找出離群點,及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中所出現(xiàn)的各類隱患、問題,并快速定位問題原因切入點。
4)系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理是整個系統(tǒng)的后臺管理入口,為系統(tǒng)管理員機構(gòu)用戶、系統(tǒng)設(shè)置及日志查詢等操作。機構(gòu)用戶管理包括賬號管理、人員管理、機構(gòu)管理和區(qū)域管理4 個部分,系統(tǒng)設(shè)置模塊包括菜單管理、角色管理及字典管理3 個模塊。平臺為各類用戶提供登錄賬號,賬號作為用戶使用該平臺的唯一認(rèn)證,賬號管理為系統(tǒng)管理員提供了管理整個平臺用戶賬號的管理,模塊通過樹狀形式展示平臺所有用戶的組織架構(gòu),用戶可以在該模塊實現(xiàn)用戶賬號的新增、查詢、信息修改及賬號刪除。
本文基于南水北調(diào)東線山東段工程現(xiàn)狀,研究水利工程設(shè)備智能監(jiān)控與診斷分析技術(shù),通過設(shè)備運行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析,生成擬合曲線,找出離散點,為設(shè)備運行狀態(tài)及故障診斷提供依據(jù),目前完成設(shè)備故障診斷的單一維度分析技術(shù)研究,沒有將業(yè)務(wù)維度納入研究范圍內(nèi),因此有一定的針對性,研究成果的應(yīng)用推廣可能會受到一定限制。后期需要結(jié)合本次研究成果和實際業(yè)務(wù)信息,從多維角度進一步深化設(shè)備健康診斷技術(shù)研究。