CN109766448A - 一种远程预防性变频管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远程预防性变频管理系统，其包括各个物理节点工业设备变频器、人机交互界面、知识处理模块、变频器故障数据采集模块、变频器专家系统知识库、工作存储器、变频器专家系统动态数据库、变频器专家系统推理机、变频器专家系统解释器和故障预警模块；变频器专家系统推理机根据变频器故障数据采集模块采集的变频器故障数据与知识库进行模糊匹配，推理诊断当前水泥生产线上变频器设备的运行状况，推理机输出所述故障处理策略，采用阈值算法对并通过无线通讯模块和/或TCP/IP网络通信远程发送预警信息到服务端。本发明远程水泥生产线变频器设备的预防性管理维护。
Description
技术领域
本发明涉及水泥生产技术领域，尤其涉及一种远程预防性变频管理系统。
背景技术
水泥生产企业中变频器的应用已经十分广泛，由于变频调速系统具有故障率低、调速精度高、保护功能多、节能效果显著等优点。
水泥行业在全国各地均有生产基地，各生产基地的变频器运行管理一般均由各生产基地自行维保。但因水泥生产基地一般地处较偏避的地方，现场技术人员的技术水平一般不太高，如果维保工作不到位，变频器一旦出现故障，修复变频器时间较长，对于现代化的连续水泥生产线来说，非计划停机造成的经济损失是很大的。因此，迫切需要一种以实时监测为目标的远程预防性变频管理系统，早期发现问题，防患于未然。
发明内容
本发明提供一种远程预防性变频管理系统，实现远程水泥生产线变频器设备的预防性管理维护。
本发明采用以下技术方案：
远程预防性变频管理系统包括：各个物理节点工业设备变频器、人机交互界面、知识处理模块、变频器故障数据采集模块、变频器专家系统知识库、工作存储器、变频器专家系统动态数据库、变频器专家系统推理机、变频器专家系统解释器和故障预警模块；
所述变频器故障数据采集模块，用于监视采集各个物理节点工业设备变频器的使用过程中的实时状态数据；
所述变频器专家系统知识库，其包括故障诊断规则和故障参量；该知识库用于存储工业设备变频器可能出现的故障现象、产生故障的原因、故障处理策略和专家经验；
所述变频器专家系统动态数据库，用于存放所述各个物理节点工业设备变频器的基本信息、变频器故障信息、操作系统信息以及用户信息；
知识处理模块，用于通过所述人机交互界面向领域专家提供智能编辑器，实现所述变频器专家系统知识库的扩充及维护；
所述变频器专家系统推理机，其包括推理机制和控制功能，所述推理机制用于根据所述变频器专家系统知识库中的信息和内容，从所述变频器专家系统动态数据库获取变频器故障征兆事件或变频器故障子模块目标，采用搜索策略和冲突消解策略，在所述变频器专家系统知识库中找到可能满足目标的所有前提，根据相应的知识通过所述人机交互界面向用户提问，将用户的回答和所述所有前提进行模糊匹配，根据置信度传递算法，计算变频器故障子模块目标的置信度，当满足时，进行下一层搜索，否则回溯，如此反复知道找出最初的变频器故障原因；所述变频器专家系统推理机根据用户选择，遍历所述变频器专家系统知识库以变频器故障征兆事件特征匹配故障诊断规则的条件集获得推理结果，将所述推理结果输出给所述的诊断解释系统；所述控制功能将根据推理结果对应的结论和维修建议输出给所述人机交互界面，以及将故障处理策略形成控制输出，直接作用于变频器或生产过程；
工作存储器，用于所述推理机在推理过程中的中间信息、变频机故障假设和变频机故障结论；
所述变频器专家系统解释器，用于向用户说明推理过程，对所述推理结果做出必要的解释；
预警模块，用于将所述变频器专家系统推理机输出的所述故障处理策略，采用阈值算法对变频器故障子模块目标可能产生的故障进行预测并通过无线通讯模块和/或TCP/IP网络通信远程发送预警信息。
有益效果
本发明通过针对水泥生产线上的变频器设备的运行控制和数据分析，可以找出关键工艺设备的运行规律，提高设备的运行效率，利用网络通信技术、数据采集技术及面向对象等软件技术实现了整个系统的系统管理、用户管理、变频器设备监控数据显示及报警，其优点是充分利用了现有的局域网资源和广域网资源，以最高的性能价格比，以信息的实时获取和实时控制为中心，实现信息、资源及任务的综合共享和全局一体化的管理。监控系统将变频器设备运行情况提供给服务器，并由服务器发送到各个节点客户机，工作人员在客户机端(一般为远端)便可了解整个系统的工作状态及运行情况。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种远程预防性变频管理系统的实施环境的客户端环境示意图；
图2是本发明实施例提供的一种远程预防性变频管理系统的实施环境的服务端环境示意图；
图3是本发明实施例提供的一种远程预防性变频管理系统的变频器故障诊断流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
远程预防性变频管理系统包括服务端软件、客户端软件和各个物理节点工业设备变频器。
服务端软件
参见图1，服务端软件包括数据库层和服务器管理层。
其中，数据库层包括变频器专家系统动态数据库103和变频器专家系统知识库105，变频器专家系统动态数据库103又包括变频器故障信息、操作系统信息和用户信息等。
该变频器专家系统知识库105其包括故障诊断规则和故障参量；该知识库用于存储工业设备变频器可能出现的故障现象、产生故障的原因、故障处理策略和专家经验。
其中，所述服务器管理层包括发布补丁或新版本模块、故障信息显示模块和知识处理模块110。
该知识处理模块110用于通过人机交互界面向领域专家提供智能编辑器，实现所述变频器专家系统知识库的扩充及维护。
该故障信息显示模块用于响应客户端变频器故障信息显示的请求。
客户端软件
参见图2，客户端软件包括软件信息采集层、软件信息处理层和客户端服务管理层。
其中，软件信息采集层包括变频器故障数据采集模块101、操作系统环境信息采集模块、用户输入说明信息采集模块和应用系统日志采集模块等。
该变频器故障数据采集模块101用于监视采集各个物理节点工业设备变频器的使用过程中的实时状态数据，当应用软件出现故障，此功能模块启动，搜集变频器故障信息；例如报警(操作错误)，变频器运行过电流，系统进行电压过高、逆变模块温度过高等。
该操作系统环境信息采集模块用于环境温度超高，环境灰尘堵住进风口需要用户进行清理，以及用于对客户端操作系统的相关信息进行采集，记录下变频器故障当时的系统环境。
该用户输入说明信息采集模块用于用户的参数修改记录，比如巡检个人修改了环境空调温度和/或开了通风系统等，以及用于用户需要特别说明的情况，可以随上述信息一起发送给维护人员，供其参考。
该应用系统日志采集模块用于采集变频器当天的运行日志，比如工作电流、运行功率和环境温度等；以及用于搜集应用软件日志发送到服务器端，有助于维护人员分析故障。
其中，软件信息处理层包括征兆获取模块102、工作存储器104、变频器专家系统推理机106、变频器专家系统解释器107和变频器故障报告生成模块108。
该变频器专家系统推理机106包括推理机制和控制功能，所述推理机制用于根据所述变频器专家系统知识库中的信息和内容，从变频器专家系统动态数据库获103取变频器故障征兆事件或变频器故障子模块目标，采用搜索策略(搜索策略为启发式深度优先搜索方法及回溯方法)和冲突消解策略，在变频器专家系统知识库105中找到可能满足目标的所有前提，根据相应的知识通过所述人机交互界面109向用户提问，将用户的回答和所述所有前提进行模糊匹配，根据置信度传递算法，计算变频器故障子模块目标的置信度，当满足时，进行下一层搜索，否则回溯，如此反复知道找出最初的变频器故障原因；所述变频器专家系统推理机106根据用户选择，遍历变频器专家系统知识库105以变频器故障征兆事件特征匹配故障诊断规则的条件集获得推理结果，将所述推理结果输出给所述的诊断解释系统；所述控制功能将根据推理结果对应的结论和维修建议输出给所述人机交互界面，以及将故障处理策略形成控制输出，直接作用于变频器或生产过程。
所述冲突消解策略为采取从变频器设备外部到内部故障诊断规则和规则置信度相结合的优选法，当有多条规则匹配时，按变频器设备外部到内部诊断规则，置信度从大到小的顺序依次选取；当规则置信度相等时，所述变频器专家系统推理机将按照其在所述变频器专家系统知识库的故障诊断规则中存放的先后顺序依次选取；但当有明显的感官、直观现象时，存在感官和直观现象的规则优先级别最高，其次是从变频器设备外部到内部诊断规则和规则置信度从大到小的选取原则。
数字推理的最大优点是推理中无需规则前提与结论逐步匹配，而是直接进行数字计算，因此速度较快.故障诊断推理算法中引入数字推理是为了减少多层次匹配，提高推理效率。
本实施例中，该变频器专家系统推理机还可以采用模糊正向数字推理算法，模糊正向数字推理算法是在反向推理算法模糊规则匹配及置信度传播方法的基础上，省略模糊规则搜索及多层次匹配，将算法全部凝结为一数学公式.推理中直接用公式计算，即可快速获得结论置信度.
对于“与”模糊产生式规则：
IFA1(b1)andA2(b2)and...andAn(bn)THENQ(u)，
其中Ai为前提条件；bi为前提的置信度，i＝1，2，…，n；Q为结论；u为规则的置信度.
假设获得的初始证据为A′1(b′1)，A′2(b′2)，…，A′n(b′n)，其中A′i为初始证据，b′i为证据的置信度，则结论的置信度为
e与＝(t1∧t2∧…∧tn)u即e与＝min(t1，t2，…，tn)u，其中t1＝1-max{0，b1-b′1}；t2＝1-max{0，b2-b′2}；…；tn＝1-max{0，bn-b′n}.
对于“或”模糊产生式规则：
IFAl(b1)THENQ(u1)...IFAn(bn)THENQ(un)，
则结论的置信度为
e或＝1-[(1-tlul)(1-t2u2)，…，(1-tnun)]，
其中t1，t2，…，tn值同上式.}。
该工作存储器用于所述推理机在推理过程中的中间信息、变频机故障假设和变频机故障结论。
该变频器专家系统解释器用于向用户说明推理过程，对所述推理结果做出必要的解释，并通过所述变频器故障报告生成模块生成变频器故障报告，通过所述人机交互界面显示、打印、传输。
其中，客户端服务管理层包括人机交互界面109、预警模块、智能检测版本、远程自动升级模块和系统设定模块。
该预警模块用于将所述变频器专家系统推理机输出的所述故障处理策略，采用阈值算法对并通过无线通讯模块和/或TCP/IP网络通信远程发送预警信息到服务端。
参见图3，本实施例远程预防性变频管理系统基于CAN总线连接所述各个物理节点工业设备变频器，通过工控通讯协议软件和无线通讯软件，对水泥生产线上的变频器设备进行运行控制，通过变频器故障数据采集模块101对变频器实时数据采集，征兆获取模块102获取变频器故障数据，将该变频器故障数据存储于变频器专家系统动态数据库103，变频器专家系统推理机106根据变频器故障数据与从变频器专家系统动态数据库105中的变频器故障数据进行模糊匹配，所述推理机制以故障诊断规则对变频器进行故障诊断，变频器专家系统推理机106在推理过程中的中间信息、变频机故障假设和变频机故障结论存储于工作存储器104中，变频器专家系统推理机106将推理结果输出给变频器专家系统解释器107对推理结果做出必要的解释；变频器专家系统推理机106将推理结果输出给变频器故障报告生成模块108生成变频器故障报告，通过所述人机交109互界面显示、打印、传输；变频器专家系统推理机106对变频器故障子模块目标可能产生的故障进行预测，输出故障处理策略通过控制功能控制生产过程从而提高设备的运行效率，提高设备可用率。预警模块通过集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信来预防性管理维护生产过程，优化生产工艺，降低生产成本。
知识处理模块110通过人机交互界面109向领域专家提供智能编辑器，实现变频器专家系统知识库105的扩充及维护。
另一个实施例中，变频器故障诊断专家系统，还包括设备数据库和征兆事实库。在设备数据库中加入变频器设备有关功能结构和参数以及维修保养记录等，可用于变频器专家系统的设备故障诊断，还可以用于变频设备的维护。
变频器专家系统知识库105问题求解知识的集合，丰富的反映了变频器故障本质的领域专家的经验，经知识处理模块的处理，存储于知识库中。变频器专家系统知识库105主要包括诊断参量和规则两部分，诊断参量是进行故障诊断所利用的反映变频器状态的基本参数，比如电流值、逆变模块的运行温度，进线电压的输入值等；规则一般是专家的启发经验知识，表现了故障现象与故障性质、原因之间的内在联系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.远程预防性变频管理系统，其特征在于，包括：各个物理节点工业设备变频器、人机交互界面、知识处理模块、变频器故障数据采集模块、变频器专家系统知识库、工作存储器、变频器专家系统动态数据库、变频器专家系统推理机、变频器专家系统解释器和故障预警模块；
所述变频器故障数据采集模块，用于监视采集各个物理节点工业设备变频器的使用过程中的实时状态数据；
所述变频器专家系统知识库，其包括故障诊断规则和故障参量；该知识库用于存储工业设备变频器可能出现的故障现象、产生故障的原因、故障处理策略和专家经验；
所述变频器专家系统动态数据库，用于存放所述各个物理节点工业设备变频器的基本信息、变频器故障信息、操作系统信息以及用户信息；
知识处理模块，用于通过所述人机交互界面向领域专家提供智能编辑器，实现所述变频器专家系统知识库的扩充及维护；
所述变频器专家系统推理机，其包括推理机制和控制功能，所述推理机制用于根据所述变频器专家系统知识库中的信息和内容，从所述变频器专家系统动态数据库获取变频器故障征兆事件或变频器故障子模块目标，采用搜索策略和冲突消解策略，在所述变频器专家系统知识库中找到可能满足目标的所有前提，根据相应的知识通过所述人机交互界面向用户提问，将用户的回答和所述所有前提进行模糊匹配，根据置信度传递算法，计算变频器故障子模块目标的置信度，当满足时，进行下一层搜索，否则回溯，如此反复知道找出最初的变频器故障原因；所述变频器专家系统推理机根据用户选择，遍历所述变频器专家系统知识库以变频器故障征兆事件特征匹配故障诊断规则的条件集获得推理结果，将所述推理结果输出给所述的诊断解释系统；所述控制功能将根据推理结果对应的结论和维修建议输出给所述人机交互界面，以及将故障处理策略形成控制输出，直接作用于变频器或生产过程；
工作存储器，用于所述推理机在推理过程中的中间信息、变频机故障假设和变频机故障结论；
所述变频器专家系统解释器，用于向用户说明推理过程，对所述推理结果做出必要的解释；
预警模块，用于将所述变频器专家系统推理机输出的所述故障处理策略，采用阈值算法对变频器故障子模块目标可能产生的故障进行预测并通过无线通讯模块和/或TCP/IP网络通信远程发送预警信息。
2.如权利要求1所述的远程预防性变频管理系统，其特征在于，所述搜索策略为启发式深度优先搜索方法及回溯方法。
3.如权利要求1所述的远程预防性变频管理系统，其特征在于，所述冲突消解策略为采取从变频器设备外部到内部故障诊断规则和规则置信度相结合的优选法，当有多条规则匹配时，按变频器设备外部到内部诊断规则，置信度从大到小的顺序依次选取；当规则置信度相等时，所述变频器专家系统推理机将按照其在所述变频器专家系统知识库的故障诊断规则中存放的先后顺序依次选取；但当有明显的感官、直观现象时，存在感官和直观现象的规则优先级别最高，其次是从变频器设备外部到内部诊断规则和规则置信度从大到小的选取原则。
4.如权利要求1所述的远程预防性变频管理系统，其特征在于，还包括操作系统环境信息采集、用户输入说明信息采集以及应用系统日志采集。
5.如权利要求1所述的远程预防性变频管理系统，其特征在于，所述故障参量包括电流值、逆变模块的运行温度和/或进线电压的输入值。
6.如权利要求1所述的远程预防性变频管理系统，其特征在于，还包括远程自动升级模块，用于对所述变频器专家系统知识库、操作系统和/或管理软件版本的升级。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190517 |
|
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