CN110929898A - 水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统及方法 - Google Patents
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Abstract
水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统和方法，包括系统服务器，所述系统服务器内部设置综合信息数据库，所述系统还包括运行在系统服务器中的智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统；所述智能运维系统包括用于采集启闭设备工作状态的信息采集模块、与信息采集模块连接的运维数据数据库；所述故障监测及预警系统包括采集故障信息的信息采集模块、与信息采集模块连接的故障报警数据库，所述在线评估系统包括设备评估数据库。本发明可使相关人员对启闭设备运行状态进行全面的了解和把握，及时对可能出现的故障进行排除和修复，既可以提高设备的使用寿命，又保障了设备的安全运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统和方法。
背景技术
水电站的启闭设备属国家重点监管的特种设备之一，是水电站日常开闭闸门、泄洪及事故紧急落门等必不可少的机电设备，一旦发生安全事故，涉及的人员伤亡、财产损失等都十分巨大，同时水电站启闭设备受到其功能及工作制的限制，加上目前监控系统并不具备故障预警及运维提醒功能，往往容易忽略对该类设备的维护和保养，存在巨大的安全隐患。
目前大部分水电站启闭设备都存在长期不运行，维护保养不及时的情况，导致设备故障频发，因此对水电站启闭设备进行科学合理的维护保养及故障在线监测评估是非常有必要的，无论从安全角度，还是经济角度都具有重大意义。
发明内容
本发明提供一种水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统和方法，以解决现有技术存在的问题。
本发明采用以下技术方案：
水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统，包括系统服务器，所述系统服务器内部设置综合信息数据库，所述综合信息数据库包括运维数据数据库、故障报警数据库、专家系统；
所述系统还包括运行在系统服务器中的智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统，且所述智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统之间通信连接；且所述智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统与所述系统服务器之间可进行相互调用；
所述智能运维系统包括用于采集启闭设备工作状态的信息采集模块、与信息采集模块连接的运维数据数据库；
所述故障监测及预警系统包括采集故障信息的信息采集模块、与信息采集模块连接的故障报警数据库；
所述在线评估系统包括设备评估数据库。
所述系统服务器连接多台人机交互模块。
水电站启闭设备运维及故障监测在线评估方法，包括：
智能运维系统的信息采集模块采集启闭设备工作状态数据并发送给系统服务器后在人机交互模块的图形化显示界面上进行实时图形化显示；同时运维数据库根据预存的数据和获取的数据对启闭设备工作状态数据进行匹配判断是否需要进行维护保养，如果需要则发出维护保养的提醒；
故障监测及预警系统的信息采集模块将采集的故障信息发送给系统服务器，系统服务器中的专家系统对信息采集模块采集的故障信息进行分析并进行检测和预警；
在线评估系统获取智能运维系统和故障监测及预警系统的信息采集模块采集的数据后，通过专家系统分析并输出设备运行状态评估报告。
智能运维系统通过采集到的设备工作状态数据获取设备中每个机构的运行时长，当运行时长达到设定值时，进行维护保养提醒；同时，如果设备长期不运行使运行时长未达到设定值，但距离上次维护保养的时长达到设定值时，进行维护保养提醒。
所述专家系统包括针对不同故障类型设置的不同的故障信息匹配规则，当信息采集模块采集到的故障信息专家系统中的一种或者几种规则相匹配时，将匹配到的故障信息输出到故障报警数据库中进行保存和记录并展现在人机交互模块的显示模块中。
系统服务器中预置故障检测、预警自学习模块，所述故障检测、预警自学习模块首先通过大于设定数量的异常数据进行训练，所述训练过程为输入大于设定数量的异常数据，故障检测、预警自学习模块不断记录每一种异常数据的特征，生成通用模型，通用模型再与信息采集模块采集的实时数据进行匹配和验证，如果匹配正确则会记录匹配过程，并将该规则输入至专家系统知识库，作为匹配规则的一部分，如果不正确则会舍弃。
本发明的有益效果：
（1）本发明可使相关人员对启闭设备运行状态进行全面的了解和把握，及时对可能出现的故障进行排除和修复，既可以提高设备的使用寿命，又保障了设备的安全运行。
（2）通过在线监测评估系统，可以为设备管理者和相关技术人员提供维修决策，改变目前普遍实行的“定期维护”的体制，使维护保养体制逐步向“智能化”方向发展，在保障设备可靠运行的同时，实现维护保养的科学性、合理性和经济性。
（3）配备有人机交互界面，实现了维护保养及故障处理过程的信息化、程序化，便于水电站启闭设备科学规范的现代化管理。
附图说明
图1为本发明的系统图。
图2为智能运维系统架构图。
图3为故障监测及预警系统架构图。
图4为在线评估系统架构图。
图5为智能运维系统控制流程图。
图6为故障监测及预警系统控制流程图。
图7为在线评估系统工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
本发明的水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统的系统包括三个子系统，如图1所示，包含：（1）智能运维系统；（2）故障监测及预警系统；（3）在线评估系统。所述的三个子系统运行在系统服务器中作为三个软件实现的功能模块，三个子系统是整个系统的三大功能模块，每个子系统均有自己的客户端人机交互模块，且均与系统服务器连接，该人机交互模块包括但不限于显示器和键盘，或者触摸显示屏。本发明系统可基于B/S架构设计，该架构设计保证客户端人机交互模块在取得相应权限后，即可在任何一个客户端人机交互模块的显示屏上显示水电站启闭设备三个子系统的所有信息所述的系统服务器中存储在系统服务器的综合信息数据库，所述的综合信息数据库包含运维数据库、故障报警数据库、设备评估数据库，这三个数据库为综合信息数据库的不同分区，且三个子系统的数据库之间能够相互通信和进行数据交互。
如图1所示，为智能运维系统的架构图。本发明的智能运维系统包括对水电站启闭设备的工作状态信息进行采集的现地信息采集模块、设置在系统服务器中的运维数据库和连接系统服务器的人机交互模块。所述现地信息采集模块连接水电站控制系统，用于获取水电站启闭设备的运行状态和数据，然后发送给系统服务器的运维数据库。现地信息采集模块采集所有机构的运行状态数据，所述的运行状态和数据包括但不限于：上升、下降、前进、后退、左行、右行、运行档位、风速、抱闸状态、起升高度、起升载荷、运行距离、电机转速、电机电流以及各种传感器的运行数据、设备及元器件的故障信息等，这些数据均为水电站现有的控制系统中所具有的数据，本发明获取数据后通过通信网络传输给系统服务器进行分类存储，将数据分类存储在运维数据库、故障报警数据库中，同时系统还在运维数据库中记录存储每次维护保养的相关数据，例如维护保养的时间、维护保养的设备维护前的参数、维护后的参数等。
所述的现地信息采集模块包括但不限于现有的PLC、工控机、可编程控制器等设备，现地信息采集模块用于对获取的水电站运行状态数据进行简单的格式转换，使之能够通过通信网络发送给系统处理器。
智能运维系统获取水电站启闭设备的运行状态数据后，对水电站启闭设备各个运行机构的工作状态、参数以及工作时间等信息进行采集，信息采集模块通过网络通信与运维系统数据库进行连接，运维数据库结合预置程序对已采集的信息进行汇总、整理、分类、分析，最终实现对水电站启闭设备运行状态的实时监测以及维护保养的智能提醒。通过智能运维系统对运行状态进行实时监测时，把采集的运行状态和数据实时的显示在客户端运行界面，供用户进行实时监测，比如采集到的数据中包含上升、高度50米，则在客户端运行界面上显示此时的状态为上升，高度50米，用户实时进行检测。本发明进行维护保养的智能提醒有两种情况：第一种是通过采集到的设备运行状态和数据获取设备中每个机构的运行时长，当运行时长达到设定值时，进行维护保养提醒；第二种就是设备长期不运行，运行时长未达到设定值，而距离上次维护保养的时长达到设定值时，此时也会进行维护保养的提醒。
智能运维系统进行控制时，如图5所示，系统运行时先进行系统初始化，当检测到系统故障时，转到系统本身的故障处理子程序，如果系统正常，则进入数据采集和处理子程序，数据采集和处理子程序用于获取信息采集模块采集的数据，并对数据进行整理分类，然后将设备的运行状态、参数等通过运行状态子程序进行实时显示，使工作人员进行实时监测，同时会自动判断是否需要进行维护保养，如果需要则进入维护保养子程序，维护保养子程序的功能为对用户发出维护保养的提醒。
如图3所示，为本发明的故障监测及预警系统子系统。故障监测及预警系统包含故障报警数据库、故障报警数据库内置的专家系统以及作为人机交互模块的客户端显示界面，该子系统读取智能运维系统的现地信息采集模块采集的设备故障信息，并将所有故障信息记录、存储于故障报警数据库中，系统服务器中预置专家系统和故障检测、预警自学习程序。所述的专家系统构建方法为现有的专家系统构建方法，其数据构成为启闭设备行业各专家提供的知识以及本领域技术人员常年积累的相关经验，对上述数据构成进行汇总和数字化处理后，针对不同故障类型设置不同的故障信息匹配规则和维修建议，现地信息采集模块采集到的故障信息与知识库中的一种或者几种规则相匹配时，就会将匹配到的故障信息输出到故障报警数据库中进行保存和记录，并以故障代码形式展现在客户端运行界面中，如果达到故障信息中的数据达到预设的预警阈值，则给出预警信息，最终实现对水电站启闭设备的智能故障监测及预警。
系统服务器中预置故障检测、预警自学习程序，该程序进行自学习程序的训练和通用模型的建立，用于丰富专家系统知识库、提高专家系统检测、预警精度。自学习程序最初需要通过大量异常数据对程序进行训练，训练过程就是输入大量的异常数据，让程序不断的记录每一种异常数据的特征，生成通用模型，通用模型再与现地信息采集模块采集的实时数据进行匹配和验证，如果匹配正确则会记录匹配过程，并将该规则输入至专家系统知识库，作为匹配规则的一部分，如果不正确则会舍弃，该过程需要不断的重复，数据量越大后期专家系统的检测和预测精度越高。
如图6所示，故障监测及预警系统控制过程为：系统上电时先进行系统初始化，当检测到故障时，转到系统本身的故障处理子程序，如果系统正常，则进入故障数据的提取和分析过程，同时结合预置的专家系统和自学习程序对系统进行训练，最后分别进入设备故障监测子程序和设备故障预警子程序。
所述的设备故障监测子程序用于在人机交互模块的客户端显示界面上实时显示检测到的故障信息，比如设备上的变频器出现故障，信息采集模块会收到一个变频器故障的开关量信号，系统综合服务器收到该信号，将客户端运行界面上的变频器状态实时显示为故障，而专家系统收到该信号会结合其他数据和状态，对该故障进行分析和匹配，最终输出故障代码和维修建议。故障预警是针对采集到的各种数据来说的，如果达到预警阈值，经过匹配就会给出预警信息，通过专家系统完成对设备的故障进行实时监测和预警并进行显示，方便相关人员查看以及故障修复。
如图4所示，本发明还提供一种在线评估系统，该在线评估系统包含设备评估数据库，当智能运维系统有维护信息输和/或故障监测及预警系统有故障代码输出时，则其相对应的维护数据和故障数据除了在其数据库中存储，还会在设备评估数据库中进行存储，作为设备评估系统的匹配源数据，设备评估系统的匹配源数据发送给专家系统后，该专家系统通过整合智能运维系统、故障监测及预警系统采集的设备运行状态、参数、故障报警等信息，也可同时结合国家相关标准的要求，输出水电站启闭设备的整体运行状态评估报告，为设备管理者或相关技术人员提供相关决策的依据。
该水电站设备的整体运行状态评估报告为对水电站长期运行状态的一个报告，该报告为针对系统服务器中的数据进行分析后给出的报告，其反应的是水电站设备的长期运行问题，因此其分析对象是各种长期记录的数据，技术人员根据需要对数据进行分析，得出需要的评估报告，该评估报告中的内容至少包括水电站各设备在运行时间内或者选取的时间段内的故障率或者预警率，或者各设备发生重大故障的次数，报告以数据形式生成并可显示在人机交互模块的显示界面上并保存在数据库中，报告的内容可在水电站运行中根据需求进行增加或者删除。
如图7所示，在线评估系统运行时，先进行系统初始化，当检测到故障时，转到系统故障处理子程序，如果系统正常，则进入设备运行状态评估数据的提取和分析过程，首先要把国家相关标准以及水电站的要求进行数字化处理，并存储在设备评估数据库中，同时与设备评估数据库中采集到的设备运行状态、参数、故障报警信息等进行设备整体运行状态的匹配分析，同时会调用专家系统，对提取和分析过的数据进行评估，最后进入设备在线评估子程序，输出设备运行状态评估报告。
所述系统的故障处理子程序用于在系统发生故障时进行处理，该处理包括但不限于在人机交互模块的客户端显示界面上进行故障提醒。
本发明的优点：
（1）建立启闭设备综合信息数据库以及故障原因专家信息库，实现启闭设备的运维及故障在线评估；
（2）系统基于B/S架构，数据安全性高、实时性强、维护简单成本较低，可实现跨平台的在线监测和评估。
（3）依据国家相关标准，建立检验规则及提醒机制，结合专家库系统出具详细的的检查、维护和故障处理的建议。
（4）系统集成GIS地图功能，可实现自动/手动定位，根据行政区域划分，具体为根据各地图软件供应商提供的调用接口，可在线或离线使用GIS地图服务，如果启闭设备上安装有GPS定位设备，即可实现自动定位，如果没有安装GPS定位设备，可通过手动输入设备所在的经度和纬度数据，来实现手动定位，以此对相关启闭设备进行展示，方便集团公司管理自己所辖区域启闭设备的数量和相关制造、使用、质检等信息。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应该涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统，其特征在于：包括系统服务器，所述系统服务器内部设置综合信息数据库，所述综合信息数据库包括运维数据数据库、故障报警数据库、专家系统；
所述系统还包括运行在系统服务器中的智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统，且所述智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统之间通信连接；且所述智能运维系统、故障监测及预警系统、在线评估系统与所述系统服务器之间可进行相互调用；
所述智能运维系统包括用于采集启闭设备工作状态的信息采集模块、与信息采集模块连接的运维数据数据库；
所述故障监测及预警系统包括采集故障信息的信息采集模块、与信息采集模块连接的故障报警数据库；
所述在线评估系统包括设备评估数据库。
2.根据权利要求1所述的水电站启闭设备运维及故障监测在线评估系统，其特征在于，包括：
所述系统服务器连接多台人机交互模块。
3.水电站启闭设备运维及故障监测在线评估方法，应用于权利要求1~2任一项所述的系统，其特征在于，包括：
智能运维系统的信息采集模块采集启闭设备工作状态数据并发送给系统服务器后在人机交互模块的图形化显示界面上进行实时图形化显示；同时运维数据库根据预存的数据和获取的数据对启闭设备工作状态数据进行匹配判断是否需要进行维护保养，如果需要则发出维护保养的提醒；
故障监测及预警系统的信息采集模块将采集的故障信息发送给系统服务器，系统服务器中的专家系统对信息采集模块采集的故障信息进行分析并进行检测和预警；
在线评估系统获取智能运维系统和故障监测及预警系统的信息采集模块采集的数据后，通过专家系统分析并输出设备运行状态评估报告。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
智能运维系统通过采集到的设备工作状态数据获取设备中每个机构的运行时长，当运行时长达到设定值时，进行维护保养提醒；同时，如果设备长期不运行使运行时长未达到设定值，但距离上次维护保养的时长达到设定值时，进行维护保养提醒。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述专家系统包括针对不同故障类型设置的不同的故障信息匹配规则，当信息采集模块采集到的故障信息专家系统中的一种或者几种规则相匹配时，将匹配到的故障信息输出到故障报警数据库中进行保存和记录并展现在人机交互模块的显示模块中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
系统服务器中预置故障检测、预警自学习模块，所述故障检测、预警自学习模块首先通过大于设定数量的异常数据进行训练，所述训练过程为输入大于设定数量的异常数据，故障检测、预警自学习模块不断记录每一种异常数据的特征，生成通用模型，通用模型再与信息采集模块采集的实时数据进行匹配和验证，如果匹配正确则会记录匹配过程，并将该规则输入至专家系统的知识库，作为匹配规则的一部分，如果不正确则舍弃。
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