氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)

劉 心

（東海氧化鋁有限公司，山東 煙臺(tái) 264001）

氧化鋁廠生產(chǎn)工藝具有很強(qiáng)的連續(xù)性特點(diǎn)，在運(yùn)行過程中如果其中某臺(tái)設(shè)備發(fā)生腐蝕或磨損，甚至個(gè)別零件發(fā)生故障都會(huì)造成整體生產(chǎn)停產(chǎn)[1]。在生產(chǎn)過程中，設(shè)備好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)生產(chǎn)效率，從氧化鋁廠設(shè)備管理流程方面考慮，需要采取設(shè)備管理與設(shè)備流程監(jiān)控兩個(gè)方面考慮。信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)氧化鋁廠運(yùn)行設(shè)備可靠性也提供了新的要求，傳統(tǒng)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控作為一種被動(dòng)保護(hù)模式，對(duì)設(shè)備故障檢測(cè)有著一定盲目性與未知性，造成設(shè)備檢修資源的浪費(fèi)[2]。因此針對(duì)這一缺陷，提出氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，改變當(dāng)下被動(dòng)監(jiān)控模式，將設(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)與歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，確定最佳檢修方案。

1 氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際設(shè)備運(yùn)行需求，以設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加入智能分析模塊，構(gòu)成智能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采集來源以電氣主設(shè)備運(yùn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，專門使用周期性數(shù)據(jù)采集工具，加入到數(shù)據(jù)庫中。

整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用B/S結(jié)構(gòu)，提供整體服務(wù)器強(qiáng)大運(yùn)行分析能力。在MVC模式下，終端將任務(wù)交給服務(wù)器，將動(dòng)態(tài)更新數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，并挖掘原始數(shù)據(jù)，通過挖掘參數(shù)設(shè)置，滿足智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行需求。

1.2 數(shù)據(jù)收集器設(shè)計(jì)

電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)以設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，收集與處理電氣主設(shè)備中實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理器，經(jīng)放大、去噪、補(bǔ)償?shù)忍幚砗?，形成?shù)據(jù)正比信號(hào)處理。數(shù)據(jù)收集器對(duì)設(shè)備運(yùn)行中精確小目標(biāo)或遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)以設(shè)備運(yùn)行點(diǎn)為精準(zhǔn)定位測(cè)量中心，準(zhǔn)直系數(shù)據(jù)獲取方式能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確數(shù)據(jù)采集。采集器采用嵌入式PC/104系列模塊，該模塊具有可靠性高、功能性強(qiáng)、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，能夠適用于大部分硬件系統(tǒng)連接，形成便攜式儀器。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為分類數(shù)據(jù)集，送入到微處理器。數(shù)據(jù)收集模塊將數(shù)據(jù)合理分配，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送。

2 氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)收集器中同步數(shù)據(jù)定時(shí)到數(shù)據(jù)庫中，以時(shí)間為計(jì)量單位，對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模式設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫具有標(biāo)注時(shí)間開始、結(jié)束以及設(shè)備號(hào)等屬性，便于大型數(shù)據(jù)分配。數(shù)據(jù)庫將原始電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通過同步采集形式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘?？紤]到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中存在著數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)突變、數(shù)據(jù)缺失等問題，采用數(shù)據(jù)挖掘算法，提升數(shù)據(jù)庫處理性能。數(shù)據(jù)庫采用移動(dòng)平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)空缺值處理：

其中，f為數(shù)據(jù)空缺值代替數(shù)值；n為數(shù)據(jù)平均值歷史數(shù)據(jù)。考慮到監(jiān)控記錄數(shù)據(jù)數(shù)量大、種類多等，將數(shù)據(jù)庫與OPC接口對(duì)接，其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

中央數(shù)據(jù)庫報(bào)警閾值裝置表 A l a r m V a l u e_S e t t i n g故障事件記錄表 E v e n t_a l a r m事實(shí)數(shù)據(jù)表 D a t a_R T

2.2 故障推理機(jī)制

系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)采用基于產(chǎn)生式規(guī)則與框架的正反混合推理方式，支持離線查詢與在線診斷兩種形式。在線診斷主要通過對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)查詢，經(jīng)分析處理后，得到相關(guān)事實(shí)，直接驅(qū)動(dòng)診斷推理。離線診斷則利用設(shè)備與系統(tǒng)接口相關(guān)診斷故障現(xiàn)象，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷推理，找出設(shè)備運(yùn)行故障部位，指導(dǎo)用戶找到故障原因。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

根據(jù)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控過程特點(diǎn)，對(duì)不同地區(qū)的90臺(tái)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)每臺(tái)主設(shè)備平均采集10個(gè)數(shù)據(jù)條件下，確保設(shè)備顯示數(shù)據(jù)刷新時(shí)間在5s～10s，監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備發(fā)生故障后10s內(nèi)發(fā)出報(bào)警信息。利用氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)分別對(duì)90臺(tái)電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，分別設(shè)置為實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組，對(duì)比兩組監(jiān)控結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

利用兩組系統(tǒng)監(jiān)控主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，首先分析設(shè)備歷史數(shù)據(jù)后，按照百分制分析設(shè)備運(yùn)行健康狀態(tài)，根據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)制定趨勢(shì)曲線，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)誤差分析圖

在設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)誤差分析圖中可以直觀的看出兩組系統(tǒng)監(jiān)控預(yù)測(cè)率，可以看出實(shí)驗(yàn)組趨勢(shì)預(yù)測(cè)誤差情況更小，從而證明其系統(tǒng)有效性。

4 結(jié)束語

針對(duì)氧化鋁廠主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控中存在的弊端，提出氧化鋁廠電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)。將電氣主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)中歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一到數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)處理后建立數(shù)據(jù)挖掘過程，使用智能分析模塊，讓系統(tǒng)執(zhí)行速度更快，有效完成智能氧化鋁廠主設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。