CN116147805B - 一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法和系统。方法包括:在每路测量通道采用预定义测量机制的温度传感器;基于当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;如果当前时刻测量通道的监测值与历史监测值的序列的均值的差值的绝对值大于阈值,则舍弃测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;对正确监测通道的监测值加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。本发明提出的方案,通过各测量通道的监测值和异常值判断阈值相结合,完成在动态变化的检测对象的异常值检测,进而提出工作异常的传感器通道。
Description
技术领域
本发明属于检测技术与传感器数据处理领域,尤其涉及一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法和系统。
背景技术
在泵站自动化系统种,水泵填料函温度是判断水泵正常运行状态的重要参数。在监测填料函温度时,各种不同检测机制的温度传感器具有不同的特点,为了使各类传感器取长补短,常需要在同一填料函配置多种不同监测机制的温度传感器,对填料函温度进行冗余监测,使各类不同类型的传感器形成相互校验,保证填料函温度监测的稳定性和可靠性。
在多种传感器同时工作时,尤其是某一个或多个传感器出现异常时,现有技术无法判断是哪个传感器产生了异常。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提出一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法的技术方案,以解决上述技术问题。
本发明第一方面公开了一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法,所述方法包括:
步骤S1、设置两路或多路传感器测量通道,在每路测量通道采用预定义测量机制的温度传感器;
步骤S2、基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
步骤S3、根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
步骤S4、如果当前时刻测量通道的监测值与历史监测值的序列的均值的差值的绝对值大于所述阈值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
步骤S5、对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S1中,所述预定义测量机制的温度传感器采用红外温度传感器计、热电阻温度传感器、热电偶温度传感器或光栅温度传感器中的至少一种。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S2中,所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值的方法包括:
步骤S21、根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
步骤S22、计算先验估计协方差矩阵;
其中,P t -为先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
步骤S23、计算估计增益;
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
步骤S24、计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
步骤S25、计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S3中,所述根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的方法包括:
步骤S31、计算所述历史监测值的序列的标准差;
步骤S32、采用监测值序列的标准差的3倍数值,作为当前通道测量异常值判断的阈值。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S5中,所述对正确监测通道的监测值进行加权求平均值的方法包括:
步骤S51、对正确监测通道的监测值赋予权重;
步骤S52、将正确监测通道的监测值乘以对应的权重,得到加权监测值;
步骤S53、将所有正确监测通道的加权监测值相加,得到最终监测值。
根据本发明第一方面的方法,在所述步骤S5中,对正确监测通道的监测值赋予权重的方法包括:
对设置红外温度传感器计和光栅温度传感器的监测通道,监测值的权重设置为7:3。
本发明第二方面公开了一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测系统,所述系统包括:
第一处理模块,被配置为,基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
第二处理模块,被配置为,根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
第三处理模块,被配置为,如果当前时刻测量通道的监测值与当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的差值的绝对值大于预设值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
第四处理模块,被配置为,对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
根据本发明第二方面的系统,第一处理模块,被配置为,所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值包括:
根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
计算先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
计算估计增益:
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵。
根据本发明第二方面的系统,第二处理模块,被配置为,所述根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值包括:
计算所述历史监测值的序列的标准差;
采用监测值序列的标准差的3倍数值,作为当前通道测量异常值判断的阈值。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块,被配置为,所述对正确监测通道的监测值进行加权求平均值包括:
对正确监测通道的监测值赋予权重;
将正确监测通道的监测值乘以对应的权重,得到加权监测值;
将所有正确监测通道的加权监测值相加,得到最终监测值。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块,被配置为,对正确监测通道的监测值赋予权重包括:
对设置红外温度传感器计和光栅温度传感器的监测通道,监测值的权重设置为7:3。
本发明第三方面公开了一种电子设备,电子设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现本公开第一方面中任一项的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现本公开第一方面中任一项的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤。
本发明提出的方案,通过各测量通道的监测值和异常值判断阈值相结合,完成在动态变化的检测对象的异常值检测,进而提出工作异常的传感器通道。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法的流程图;
图2为根据本发明实施例的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测系统的结构图;
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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,显然,所描述的实施例只是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明第一方面公开了一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法。图1为根据本发明实施例的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法的流程图,如图1所示,所述方法包括:
步骤S1、设置两路或多路传感器测量通道,在每路测量通道采用预定义测量机制的温度传感器;
步骤S2、基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
步骤S3、根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
步骤S4、如果当前时刻测量通道的监测值与历史监测值的序列的均值的差值的绝对值大于所述阈值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
步骤S5、对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
在步骤S1,设置两路或多路传感器测量通道,在每路测量通道采用预定义测量机制的温度传感器。
在一些实施例中,在所述步骤S1中,所述预定义测量机制的温度传感器采用但不限于红外温度传感器计、热电阻温度传感器、热电偶温度传感器或光栅温度传感器。
具体地,设置两路或多路传感器测量通道,通过各种传感器监测到填料函温度数据并收集。例如,红外温度传感器和光栅温度传感器分别收集了一组温度测量值。
在步骤S2,基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值。
在一些实施例中,在所述步骤S2中,所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值的方法包括:
步骤S21、根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
步骤S22、计算先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
步骤S23、计算估计增益;
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
步骤S24、计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
步骤S25、计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵。
经过该方法后,可以使数据更加接近真实值。
具体地,步骤E21、计算先验估计值,状态转移矩阵为1,控制矩阵为0,当前时刻的先验估计值等于前一时刻后验估计值,后验估计值初始值一般设为0。例如前一时刻后验估计值为28.9(℃),那么当前时刻的先验估计值也等于28.9(℃);
步骤E22:计算先验估计协方差,状态转移矩阵为1,那么先验估计协方差就等于前一时刻后验估计协方差与状态噪声协方差之和,后验估计协方差初始值一般取1,状态噪声协方差矩阵为0.2,那么当前时刻的先验估计协方差矩阵为1.2;
步骤E23:计算估计增益K t ,测量噪声协方差取0.003,那么结合步骤2的先验估计协方差,经过计算,得出当前时刻估计增益为约0.9975;
步骤E24:计算后验估计值,测量系统参数矩阵为1,结合步骤E21的当前时刻的先验估计值为28.9(℃),若当前时刻的测量值为30.0(℃),那么测量值与先验估计值的差值为0.1(℃),结合步骤E23的估计增益,差值与估计增益相乘得到0.09975,最后与先验估计值相加得到28.9975(℃),即为当前时刻的后验估计值;
步骤A25:更新后验估计协方差P t ,单位矩阵为1,由单位矩阵与步骤3的估计增益相减后,再与当前时刻的先验估计协方差相乘,得到0.003,即为当前时刻的后验估计协方差。
在步骤S3,根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值。
在一些实施例中,在所述步骤S3中,所述根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的方法包括:
步骤S31、计算所述历史监测值的序列的标准差;
步骤S32、采用监测值序列的标准差的3倍数值,作为当前通道测量异常值判断的阈值。
具体地,
步骤E31、计算监测值序列平均值:
步骤E32、计算残差:
步骤E33、计算样本标准差
标准误差反映了监测数据在正常情况下的波动水平。
在步骤S4,如果当前时刻测量通道的监测值与历史监测值的序列的均值的差值的绝对值大于所述阈值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值。
具体地,若温度监测向量中各个传感器通道的监测估计值都在合理偏差范围内,则两个值均被采用;若只有某些传感器通道的估计值正确,这种情况下,认为错误的传感器通道对应的温度监测机制发生异常,则要摒弃该通道的估计值,并只能采用正确通道的估计值并触发告警。
在步骤S5,对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
在一些实施例中,在所述步骤S5中,所述对正确监测通道的监测值进行加权求平均值的方法包括:
步骤S51、对正确监测通道的监测值赋予权重;
步骤S52、将正确监测通道的监测值乘以对应的权重,得到加权监测值;
步骤S53、将所有正确监测通道的加权监测值相加,得到最终监测值。
对正确监测通道的监测值赋予权重的方法包括:
对设置红外温度传感器计和光栅温度传感器的监测通道,监测值的权重设置为7:3。
具体地,
步骤E51、对于正确监测通道,根据它们的优缺点,设置权重值,例如,红外温度传感器特点是可以非接触安装,不易受外界环境影响,但测量精度略差,采用单一红外测温容易出现虚警;光栅测温传感器的特点是精度高,但需要接触式安装,容易在机组震动的环境中,出现接触不良等异常情况。根据红外温度传感器和光栅温度传感器的优缺点,将其权重设置为7:3;
步骤E52、通过对正确监测通道的估计值进行加权平均,计算出t时刻填料函温度的最终监测值;若某一时刻只有一条通道的监测值为正确时,则此通道的监测值作为最终监测值,计算公式如下:
综上,本发明提出的方案能够通过各测量通道的监测值和异常值判断阈值相结合,完成在动态变化的检测对象的异常值检测,进而提出工作异常的传感器通道。
本发明第二方面公开了一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测系统。图2为根据本发明实施例的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测系统的结构图;如图2所示,所述系统100包括:
第一处理模块101,被配置为,基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
第二处理模块102,被配置为,根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
第三处理模块103,被配置为,如果当前时刻测量通道的监测值与当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的差值的绝对值大于预设值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
第四处理模块104,被配置为,对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
根据本发明第二方面的系统,第一处理模块101,被配置为,所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值包括:
根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
计算先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
计算估计增益:
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵。
根据本发明第二方面的系统,第二处理模块102,被配置为,所述根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值包括:
计算所述历史监测值的序列的标准差;
采用监测值序列的标准差的3倍数值,作为当前通道测量异常值判断的阈值。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块104,被配置为,所述对正确监测通道的监测值进行加权求平均值包括:
对正确监测通道的监测值赋予权重;
将正确监测通道的监测值乘以对应的权重,得到加权监测值;
将所有正确监测通道的加权监测值相加,得到最终监测值。
根据本发明第二方面的系统,第四处理模块104,被配置为,对正确监测通道的监测值赋予权重包括:
对设置红外温度传感器计和光栅温度传感器的监测通道,监测值的权重设置为7:3。
本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤。
图3为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图,如图3所示,电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中,该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图3中示出的结构,仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图,并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定,具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现本发明公开第一方面中任一项的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤中的步骤。
请注意,以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤S1、设置两路或多路传感器测量通道,在每路测量通道采用预定义测量机制的温度传感器;
步骤S2、基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
步骤S3、根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
步骤S4、如果当前时刻测量通道的监测值与历史监测值的序列的均值的差值的绝对值大于所述阈值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
步骤S5、对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值;
在所述步骤S1中,所述预定义测量机制的温度传感器采用红外温度传感器计、热电阻温度传感器、热电偶温度传感器或光栅温度传感器中的至少一种;
在所述步骤S2中,所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值的方法包括:
步骤S21、根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
步骤S22、计算先验估计协方差矩阵;
其中,P t -为先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
Q为状态噪声协方差矩阵;
步骤S23、计算估计增益;
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
步骤S24、计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
步骤S25、计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵。
2.根据权利要求1所述的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法,其特征在于,在所述步骤S3中,所述根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的方法包括:
步骤S31、计算所述历史监测值的序列的标准差;
步骤S32、采用监测值序列的标准差的3倍数值,作为当前通道测量异常值判断的阈值。
3.根据权利要求1所述的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法,其特征在于,在所述步骤S5中,所述对正确监测通道的监测值进行加权求平均值的方法包括:
步骤S51、对正确监测通道的监测值赋予权重;
步骤S52、将正确监测通道的监测值乘以对应的权重,得到加权监测值;
步骤S53、将所有正确监测通道的加权监测值相加,得到最终监测值。
4.根据权利要求3所述的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法,其特征在于,在所述步骤S5中,对正确监测通道的监测值赋予权重的方法包括:
对设置红外温度传感器计和光栅温度传感器的监测通道,监测值的权重设置为7:3。
5.一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测系统,其特征在于,所述系统采用权利要求1的方法,所述系统具体包括:
第一处理模块,被配置为,基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值;
所述预定义测量机制的温度传感器采用红外温度传感器计、热电阻温度传感器、热电偶温度传感器或光栅温度传感器中的至少一种;
第二处理模块,被配置为,根据每路测量通道当前时刻之前的历史监测值的序列,计算当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值;
所述基于每路测量通道的温度传感器测量的当前时刻之前的历史测量值,计算当前时刻测量通道的监测值包括:
根据泵站填料函系统的状态方程计算先验估计值:
F为状态转移矩阵;
B为控制矩阵;
u t-1为系统控制量;
计算先验估计协方差矩阵;
其中,P t -为先验估计协方差矩阵;
P t-1为第t-1时刻的后验估计协方差矩阵;
Q为状态噪声协方差矩阵;
步骤S23、计算估计增益;
其中,K t 为估计增益;
H为测量系统参数矩阵;
R为测量噪声协方差矩阵;
计算后验估计值,所述后验估计值为监测值;
z t 为第t时刻的历史测量值;
计算第t时刻的后验估计协方差矩阵;
其中,I为单位矩阵;
第三处理模块,被配置为,如果当前时刻测量通道的监测值与当前时刻测量通道的测量异常值判断的阈值的差值的绝对值大于预设值,则舍弃所述测量通道的监测值,得到正确测量通道的监测值;
第四处理模块,被配置为,对正确监测通道的监测值进行加权求平均值,求得当前时刻的填料函温度的最终监测值。
6.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现权利要求1至4中任一项所述的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤。
7.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至4中任一项所述的一种用于泵站填料函温度监测的冗余监测方法中的步骤。
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