iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王力平，郭 潔，田春思，范慧敏，王京紅

（北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著信息技術(shù)、傳感器與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的升級(jí)和更新迭代，特別在“中國(guó)制造2025”“工業(yè)4.0”“互聯(lián)網(wǎng)＋”等國(guó)家戰(zhàn)略下，在電力市場(chǎng)化的大趨勢(shì)下，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，更快地提高生產(chǎn)效率和效益，使得水電智能化技術(shù)的同步升級(jí)與縱深發(fā)展迫在眉睫。在金沙江下游白鶴灘電廠自動(dòng)化系統(tǒng)智能化建設(shè)過(guò)程中，我們?cè)陔娬局悄苓\(yùn)行方面取得了豐碩的成果。通過(guò)多次組織國(guó)內(nèi)外本行業(yè)資深專(zhuān)家進(jìn)行方案評(píng)審及咨詢(xún)，同時(shí)結(jié)合專(zhuān)家建議與多年在水電控制領(lǐng)域積累的經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)海量數(shù)據(jù)有效篩選、水電廠機(jī)組和各類(lèi)設(shè)備的在線健康監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)分析、隱患預(yù)警與故障追溯、智能診斷決策、人性化生產(chǎn)管理等進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)代先進(jìn)智能化手段與工程實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行深度融合的主要現(xiàn)實(shí)需求[1]，在iP9000 水電智能一體化對(duì)象平臺(tái)的基礎(chǔ)上，研制開(kāi)發(fā)了iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)，以智能感知、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ)，以智能算法、深度學(xué)習(xí)為依托，達(dá)到智能規(guī)劃、指導(dǎo)與決策建議一體的智能系統(tǒng)[2]，本文對(duì)這一研制成果在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹。

1 報(bào)表系統(tǒng)概況

電力系統(tǒng)的自動(dòng)化在保障發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行、保持發(fā)電裝機(jī)容量穩(wěn)定增長(zhǎng)等方面有著極大作用。目前大多數(shù)水電廠都達(dá)到了“少人值守”的水平，但是在電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)在線健康監(jiān)測(cè)和趨勢(shì)分析、智能診斷、智慧運(yùn)行等方面，缺少智能化的分析處理能力。經(jīng)過(guò)實(shí)際項(xiàng)目調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市場(chǎng)已有報(bào)表系統(tǒng)普遍存在以下問(wèn)題：

（1）格式固定，隨著時(shí)代發(fā)展和潮流趨勢(shì)變遷，人們審美也隨之變化，用戶需要可自定義報(bào)表樣式與功能的新一代報(bào)表程序；

（2）功能簡(jiǎn)單，無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜邏輯計(jì)算，仍需耗費(fèi)大量人力與時(shí)間來(lái)分析設(shè)備狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠機(jī)電運(yùn)行設(shè)備的自動(dòng)智能化診斷分析；

（3）應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況反應(yīng)較差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)的需求；

（4）無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)指定關(guān)注設(shè)備數(shù)據(jù)信息進(jìn)行趨勢(shì)分析和提前預(yù)警；

（5）無(wú)法對(duì)已發(fā)生故障設(shè)備進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)追溯、智能分析故障源頭事件，為用戶提供維護(hù)方案；

（6）制作復(fù)雜，無(wú)法清楚簡(jiǎn)便的制作報(bào)表；

（7）瀏覽不便，對(duì)于大型電站，無(wú)法實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)各類(lèi)報(bào)表的整理歸納，以及在線瀏覽。

隨著新技術(shù)、新理念的創(chuàng)新發(fā)展，基于人工智能、云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的智慧型水電廠建設(shè)正在各個(gè)電廠探索與創(chuàng)新，電力自動(dòng)化下游應(yīng)用領(lǐng)域需求均呈穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)。以發(fā)電管理的數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化、智能化、虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，由自動(dòng)化到智慧化、由人工決策到機(jī)器決策的智慧水電廠建設(shè)，是時(shí)代發(fā)展的要求，是水電企業(yè)發(fā)展變革的必經(jīng)之路。

因此，我們需要充分利用信息通信技術(shù)，構(gòu)建一體化信息通信系統(tǒng)和適用于海量數(shù)據(jù)的計(jì)算分析和決策平臺(tái)，整合智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源，挖掘信息和數(shù)據(jù)資源價(jià)值，全面提升電力系統(tǒng)信息處理和智能決策能力，為各類(lèi)能源接入、調(diào)度運(yùn)行、用戶服務(wù)和經(jīng)營(yíng)管理提供支撐。在統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全防護(hù)的基礎(chǔ)上，建設(shè)覆蓋規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、檢修、服務(wù)等各領(lǐng)域信息應(yīng)用系統(tǒng)[3]。

2 原理與方案設(shè)計(jì)

2.1 基本原理

本研究作為iP9000 一體化平臺(tái)的功能性子系統(tǒng)，以iP9000 為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過(guò)調(diào)用iP9000 服務(wù)端口，以Python 為主體開(kāi)發(fā)工具，深入挖掘數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)設(shè)備縱向和橫向數(shù)據(jù)，采用面向多維向量的協(xié)同推理機(jī)制，開(kāi)發(fā)集成具有豐富的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、分析與統(tǒng)計(jì)處理功能的智能分析算法，采用可視化方法設(shè)計(jì)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果以周期生成方式或在iP9000 人機(jī)交互界面中觸發(fā)生成方式放入模板文件生成預(yù)期報(bào)表。同時(shí)，研發(fā)基于B/S 構(gòu)架的WEB 報(bào)表查詢(xún)系統(tǒng)，為用戶提供人性化的操作界面，實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷分析，滿足電廠主輔設(shè)備的智能分析需要[4]。

工業(yè)革命及其帶來(lái)的巨大變革是法國(guó)成人教育的第二個(gè)關(guān)鍵發(fā)展時(shí)期。從19世紀(jì)起，法國(guó)開(kāi)始萌發(fā)職業(yè)教育和成人教育。受工業(yè)革命的影響，大多數(shù)勞動(dòng)力迫切需要算術(shù)、寫(xiě)作和閱讀方面的基本技能，以便適應(yīng)新的工作方式和工作場(chǎng)所的持續(xù)變革。因此，催生了以職業(yè)為導(dǎo)向的成人基礎(chǔ)教育。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際調(diào)研需求，設(shè)計(jì)方案如圖1 所示。

圖1 iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)主體方案示意圖

（1）數(shù)據(jù)獲取模塊

系統(tǒng)通過(guò)iP9000 服務(wù)實(shí)現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)，程序上限制系統(tǒng)只能單向獲取數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)庫(kù)安全可靠。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊

通過(guò)關(guān)聯(lián)專(zhuān)家分析模塊的專(zhuān)家分析模型，可根據(jù)專(zhuān)家規(guī)則形成設(shè)備診斷分析結(jié)論；通過(guò)關(guān)聯(lián)智能分析模塊的智能分析模型，以機(jī)器學(xué)習(xí)方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能分析，自動(dòng)描述設(shè)備健康狀況。

（3）報(bào)表制作模塊

采用模塊化、“所見(jiàn)即所得”的可視化設(shè)計(jì)，整合接入符合用戶使用習(xí)慣的常用文本編輯軟件（如WPS/OFFICE 等），開(kāi)發(fā)便捷易用的報(bào)表助手，用戶可通過(guò)參數(shù)配置的方式自定義模板樣式，滿足用戶定制化需求。

報(bào)表系統(tǒng)滿足用戶根據(jù)實(shí)際需要自定義指定報(bào)表的運(yùn)行方式，包括定時(shí)或周期自動(dòng)生成、事件觸發(fā)生成以及在iP9000-OIX 人機(jī)交互觸發(fā)生成等方式。

（5）在線交互模塊

通過(guò)與瀏覽器交互的方式，應(yīng)用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）構(gòu)架，使用戶無(wú)需在主機(jī)上配置任何客戶端軟件，通過(guò)訪問(wèn)指定的報(bào)表系統(tǒng)的網(wǎng)址即可使用系統(tǒng)的功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

3.1 穩(wěn)定性與復(fù)用性

系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如圖2 所示，采用模塊化建模方法構(gòu)建整體框架，直觀建模，將整個(gè)系統(tǒng)按級(jí)別、層次、功能分解成由若干個(gè)基本單元構(gòu)成的子模塊，包括：對(duì)外接口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及具體邏輯算法模塊，分界清晰，便于程序的后續(xù)維護(hù)調(diào)試與修改擴(kuò)充。

圖2 iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)整體框架示意圖

此外，具體算法設(shè)計(jì)上，將具體邏輯算法子系統(tǒng)中復(fù)雜的算法邏輯模塊分解成數(shù)個(gè)小模塊并封裝，每次制作報(bào)告時(shí)只需調(diào)用各個(gè)封裝好的模塊即可。解決程序建模不具有復(fù)用性的問(wèn)題，可最大程度降低整體程序耦合，精簡(jiǎn)代碼量，減少出錯(cuò)概率。

3.2 可視化設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用“所見(jiàn)即所得”的可視化自定義設(shè)計(jì)，接入常用文本編輯軟件，迎合大眾使用習(xí)慣。

在文本編輯軟件中，用戶可以任意定義報(bào)告樣式，包括圖形、數(shù)據(jù)、表格以及自動(dòng)故障描述等信息，解決用戶對(duì)分析報(bào)告格式清晰，樣式多樣的需求；同時(shí)，程序與瀏覽器進(jìn)行交互可將具體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成形象直觀的分析圖像，便于用戶觀察分析，切實(shí)符合用戶實(shí)際需要。

3.3 即時(shí)性與人機(jī)交互

系統(tǒng)具有先進(jìn)的即時(shí)報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)任何一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障或越限等異常情況時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成故障分析報(bào)告。除此之外，系統(tǒng)還進(jìn)行了人機(jī)交互相關(guān)設(shè)計(jì)，在iP9000 監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面中嵌入接口，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)在監(jiān)控系統(tǒng)畫(huà)面中勾選或輸入特定參數(shù)，對(duì)歷史、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，生成特定分析報(bào)告。

研究采用面向?qū)ο蟮娜诵曰O(shè)計(jì)，對(duì)執(zhí)行人進(jìn)行最大程度的引導(dǎo)，簡(jiǎn)化運(yùn)維過(guò)程，對(duì)于提升水電廠工作效率，降低工作難度，提高電站智能化水平意義重大[4]。項(xiàng)目研究成果可顯著提高水電廠設(shè)備智能診斷運(yùn)維的勞動(dòng)生產(chǎn)率，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用需求。

3.4 WEB 在線交互

智慧水利水電最重要的標(biāo)志之一就是實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通以及融合共享。為實(shí)現(xiàn)用戶便捷查詢(xún)，iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)利用WEB 相關(guān)技術(shù)制作在線交互查詢(xún)界面，允許其它主機(jī)訪問(wèn)報(bào)表工作站，啟動(dòng)網(wǎng)站的指定網(wǎng)址即可查詢(xún)具體報(bào)表文件，實(shí)現(xiàn)報(bào)表共享。

用戶成功輸入指定網(wǎng)址后即可進(jìn)入到系統(tǒng)的瀏覽界面中。系統(tǒng)的瀏覽界面共分為3 大部分：報(bào)表目錄樹(shù)，控制生成區(qū)，報(bào)表展示區(qū)。報(bào)表目錄樹(shù)可按照不同專(zhuān)業(yè)或不同設(shè)備等分級(jí)展示；控制生成區(qū)能夠讓用戶查看指定時(shí)間報(bào)表、重新生成指定時(shí)間的報(bào)表以及按照文件名或按照選擇時(shí)間批量下載生成好的報(bào)表；報(bào)表展示區(qū)則是用戶查看具體設(shè)備信息的主要界面。

3.5 使用與配置

為方便用戶使用，系統(tǒng)利用Node.js 技術(shù)和JavaScript 技術(shù)制作報(bào)表助手小程序，將復(fù)雜的模板標(biāo)簽做成小模塊，實(shí)現(xiàn)通過(guò)拖拽模塊并添加參數(shù)的方法配置模板標(biāo)簽，方便使用人員操作以及避免人工編寫(xiě)標(biāo)簽導(dǎo)致的失誤，使及界面更加干凈整潔，讓模板制作更簡(jiǎn)單快捷。制作報(bào)表的一般流程如圖3 所示。

圖3 報(bào)表制作流程

根據(jù)制作報(bào)表模板文件的報(bào)表助手界面展示依次點(diǎn)擊并制作報(bào)表模板標(biāo)簽，在方法中點(diǎn)擊需要的函數(shù)方法并填入合適的參數(shù)即可生成一份符合用戶需要的智能報(bào)表。

3.6 整體優(yōu)勢(shì)

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)試運(yùn)行后，白鶴灘電廠實(shí)際反饋良好。iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)提供報(bào)表模板配置功能，采取動(dòng)態(tài)文字及曲線、棒圖、表計(jì)等圖形分析描述設(shè)備健康狀況，自動(dòng)生成報(bào)告靜態(tài)和動(dòng)態(tài)內(nèi)容，以滿足水電廠設(shè)備運(yùn)維智能化的需求。此外，本系統(tǒng)所開(kāi)發(fā)的基于B/S 構(gòu)架的報(bào)表查詢(xún)系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┹^好的操作界面、較高的可維護(hù)性并實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的精準(zhǔn)訴求，針對(duì)電廠常用數(shù)據(jù)形成一套適用性強(qiáng)的典型報(bào)表報(bào)告，便捷高效獲取數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在一定程度上可以提高電力企業(yè)工作效率和管理水平，減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作負(fù)擔(dān)[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以白鶴灘電廠為背景，展現(xiàn)了iP9000 平臺(tái)智能化報(bào)表系統(tǒng)在海量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與系統(tǒng)分析方面，利用大數(shù)據(jù)及AI 技術(shù)整合各類(lèi)電網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)各類(lèi)設(shè)備進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷，并以設(shè)備健康狀態(tài)模型作為支撐，深入挖掘有效的電網(wǎng)信息，輔助設(shè)備運(yùn)行與檢修人員進(jìn)行分析與決策。在節(jié)省人力物力、降低系統(tǒng)使用維護(hù)成本以及顯著提高生產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，大幅提升設(shè)備診斷分析的準(zhǔn)確性和可靠性，提供設(shè)備健康監(jiān)測(cè)、故障診斷分析能力，提高水電廠智慧分析水平與效率。