水利工程設(shè)備智能監(jiān)控與診斷系統(tǒng)分析

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。

1 研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 研究目標(biāo)

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。

1.2 研究內(nèi)容

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。

2 智能監(jiān)控與在線診斷分析

2.1 技術(shù)架構(gòu)

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。

2.2 運行監(jiān)測與在線診斷分析系統(tǒng)

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。

2.3 系統(tǒng)功能

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。

3 結(jié) 語

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。