CN117193240A - 一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，涉及预警系统技术领域，包括采集模块、分析模块、故障预测模块、控制模块、警示模块、管理模块，通过采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，分析模块获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比后，完成对多项参数的分析，故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，从而能够在电气控制柜使用过中进行故障预测。本发明不仅有效对电气控制柜进行提前管理，避免生产计划延误，而且提前预测故障，能够保证生产效率以及避免管理资源的浪费。

Description

一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统

技术领域

本发明涉及预警系统技术领域，具体涉及一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统。

背景技术

铝最初由化学方法分离自矾土(铝氧化物矿石)，但这种方法非常昂贵，1886年，两位独立的科学家，法国的保罗·赛隆和美国的查尔斯·马丁·霍尔，分别发明了一种电解法，用于在铝氧化物中提取铝，这一方法成为了现代电化铝生产的基础；

电化铝生产是一种重要的铝生产工艺，它通常指的是利用电解方法从铝氧化物中提取纯铝的过程，并涉及大量的电气和电子设备，电气控制柜在电解槽、熔炼炉、输送系统、冷却系统等多个方面发挥作用。

现有的电气控制柜在运行过程中，没有故障预测和分析处理，容易导致以下问题发生：

1、电气控制柜用于控制电化铝生产中的电气设备运行，当电气控制柜出现故障时，会导致电气设备无法正常运行，若在电气控制柜发生故障时才能发出警报提示，则无法提前作出管理，会导致生产计划的延误、交货期的推迟，对企业的生产效率和客户满意度造成负面影响；

2、在电气控制柜故障发生时没有提前预测，则会导致资源的浪费和生产效率的降低，例如，由于未能及时发现故障，可能会造成铝成品质量下降，并需要更多的人力、物力和时间来处理问题，增加生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，以解决背景技术中不足。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，包括采集模块、分析模块、故障预测模块、控制模块、警示模块、管理模块；

采集模块：定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，并对多项参数进行预处理；

分析模块：获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比完成分析；

故障预测模块：依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，当预测电气控制柜未来运行会出现故障时，向控制模块发送预警信号；

控制模块：接收预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态对电气控制柜作出相应控制，并向警示模块发送启动指令；

警示模块：接收启动指令后，依据启动指令发出光警示或声光警示；

管理模块：在定期维护车间所有电气控制柜时，获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，将电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表。

在一个优选的实施方式中，所述采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，多项数据包括脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间。

在一个优选的实施方式中，所述分析模块获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后；

将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数gt_x，计算表达式为：

式中，xy_j为指令响应时间，bd_p为电源输出频率波动幅值，qt_d为气体浓度变化速率，gl_z为控制柜功率因数，ls_z为脉冲信号离散值，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂分别为指令响应时间、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数、脉冲信号离散值的比例系数，且a₁、a₂、a₃、b₁、b₂均大于0。

在一个优选的实施方式中，所述分析模块获取控制柜系数gt_x后，将控制柜系数gt_x与梯度阈值进行对比，梯度阈值包括第一异常阈值gt_m、第二异常阈值gt_n，且第一异常阈值gt_m＜第二异常阈值gt_n。

在一个优选的实施方式中，所述故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障；

若控制柜系数gt_x≥第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行不会出现故障，不发出预警信号；

若第一异常阈值gt_m≤控制柜系数gt_x＜第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第二预警信号；

若控制柜系数gt_x＜第一异常阈值gt_m，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第一预警信号。

在一个优选的实施方式中，所述控制模块接收第一预警信号时，需要及时控制电气控制柜停机，并向警示模块发送第一启动指令；

所述控制模块接收第二预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态，若电气控制柜处于某一作业运行中，则控制模块等待电气控制柜完成当前作业后控制电气控制柜停机，若电气控制柜处于空闲状态控制模块直接控制电气控制柜停机，并向警示模块发送第二启动指令。

在一个优选的实施方式中，所述脉冲信号离散值的计算表达式为：

式中，N为脉冲信号的观测次数，Mi为每个观测脉冲信号值，为所有观测脉冲信号值的平均值；

所述气体浓度变化速率的计算表达式为：式中，ldq为当前时间点浓度，ld_s为上一时间点浓度，t₂为当前时间点，t₁为上一时间点。

在一个优选的实施方式中，所述电源输出频率波动幅值的计算表达式为：

式中，bd_s为实时电源输出频率，bd_min～bd_max为电源输出频率稳定运行范围。

在一个优选的实施方式中，所述控制柜功率因数的计算表达式为：gl_z＝gl_y/gl_s，式中，gl_y为实际有功功率，gl_s为实际视在功率。

在一个优选的实施方式中，所述管理模块获取每台电气控制柜的控制柜系数平均值，计算表达式为：

式中，j为{1、2、3、...、n}，n为大于0的正整数，kz_j表示第j个控制柜系数求和值，Tm/10表示控制柜系数的数量；

将电气控制柜在Tm时间段内的总运行时长标记为Tc，电气控制柜的运行频率计算表达式为：yx_p＝Tc/Tm，式中，yx_p为电气控制柜的运行频率；

控制柜系数平均值gt_avg以及电气控制柜的运行频率yx_p进行加权计算获取管理赋值，计算表达式为：式中，glz为管理赋值。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

1、本发明通过采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，分析模块获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比后，完成对多项参数的分析，故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，从而能够在电气控制柜使用过中进行故障预测，不仅有效对电气控制柜进行提前管理，避免生产计划延误，而且提前预测故障，能够保证生产效率以及避免管理资源的浪费；

2、本发明通过管理模块在定期维护车间所有电气控制柜时，获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序，有效提高对车间所有电气控制柜的管理效率；

3、本发明通过分析模块获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后，将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数，从而提高对电气控制柜分析的全面性，并提高对数据的处理效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统模块图。

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作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。

实施例1：请参阅图1所示，本实施例所述一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，包括采集模块、分析模块、故障预测模块、控制模块、警示模块、管理模块；

采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，对多项参数进行预处理后，将多项参数发送至分析模块；

分析模块获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比后，完成对多项参数的分析，对比结果发送至故障预测模块，控制柜系数发送至管理模块；

故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，当预测电气控制柜未来运行会出现故障时，向控制模块发送预警信号；

控制模块接收预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态对电气控制柜作出相应控制，并向警示模块发送启动指令；

警示模块接收启动指令后，依据启动指令发出光警示或声光警示，车间管理人员收到光警示或声光警示时，需要对电气控制柜作出相应管理，包括提前检修电气控制柜；

在定期维护车间所有电气控制柜时，管理模块获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序。

本申请通过采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，分析模块获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比后，完成对多项参数的分析，故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，从而能够在电气控制柜使用过中进行故障预测，不仅有效对电气控制柜进行提前管理，避免生产计划延误，而且提前预测故障，能够保证电化铝的生产效率以及避免管理资源的浪费。

本申请通过管理模块在定期维护电化铝生产车间所有电气控制柜时，获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序，有效提高对车间所有电气控制柜的管理效率。

采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，对多项参数进行预处理后，将多项参数发送至分析模块；

采集模块定时(每10分钟)采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，多项数据包括脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间；

采集模块对脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行预处理包括以下步骤：

A、数据清洗：

A1、去除异常值：检测并去除采集数据中的异常值，如采样误差、传感器故障等。

A2、缺失值处理：处理任何缺失的数据点，可以进行插值或填充操作，以确保数据的完整性。

B、数据平滑：

B1、平均滤波：采用滑动平均或其他平均滤波算法，平滑脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值等数据，以减少噪声和突发波动的影响。

B2、滞后滤波：应用滞后滤波器以平滑气体浓度变化速率等数据，减少短期变动对分析的干扰。

C、特征提取：

C1、提取关键特征：从采集的数据中提取与目标指标相关的特征，例如脉冲信号的幅值、频率等，以及控制柜功率因数的统计特征。

C2、计算变化率：对气体浓度变化速率等指标进行差分或其他计算，以获取变化速率的信息。

在定期维护车间所有电气控制柜时，管理模块获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序；

本实施例中，由于每10分钟采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，因此，控制柜系数为每10分钟生成一次，设车间电气控制柜为Tm分钟维护一次，则每台电气控制柜的控制柜系数平均值计算表达式为：

式中，j为{1、2、3、...、n}，n为大于0的正整数，kz_j表示第j个控制柜系数求和值，Tm/10表示控制柜系数的数量。

将电气控制柜在Tm时间段内的总运行时长标记为Tc，电气控制柜的运行频率计算表达式为：yx_p＝Tc/Tm，式中，yx_p为电气控制柜的运行频率；

获取电气控制柜的控制柜系数平均值gt_avg以及电气控制柜的运行频率yx_p后，将的控制柜系数平均值gt_avg以及电气控制柜的运行频率yx_p进行加权计算获取管理赋值，计算表达式为：式中，gl_z为管理赋值。

获取管理赋值gl_z后，将车间所有电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序。

实施例2：分析模块获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比后，完成对多项参数的分析，对比结果发送至故障预测模块，控制柜系数发送至管理模块；

故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，当预测电气控制柜未来运行会出现故障时，向控制模块发送预警信号。

分析模块获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后；

将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数gt_x，计算表达式为：

式中，xy_j为指令响应时间，bd_p为电源输出频率波动幅值，qt_d为气体浓度变化速率，gl_z为控制柜功率因数，ls_z为脉冲信号离散值，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂分别为指令响应时间、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数、脉冲信号离散值的比例系数，且a₁、a₂、a₃、b₁、b₂均大于0。

分析模块获取控制柜系数gt_x后，将控制柜系数gt_x与梯度阈值进行对比，梯度阈值包括第一异常阈值gt_m、第二异常阈值gt_n，且第一异常阈值gt_m＜第二异常阈值gt_n。

故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障；

若控制柜系数gt_x≥第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行不会出现故障，不发出预警信号；

若第一异常阈值gt_m≤控制柜系数gt_x＜第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第二预警信号；

若控制柜系数gt_x＜第一异常阈值gt_m，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第一预警信号；

当故障预测模块发出第一预警信号时，表明电气控制柜发生故障的几率大，需要及时进行处理，当故障预测模块发出第二预警信号时，表明电气控制柜发生故障的几率小，可以缓和处理。

控制模块接收预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态对电气控制柜作出相应控制，并向警示模块发送启动指令；

当控制模块接收第一预警信号时，表明电气控制柜的运行状态极不稳定，此时控制模块需要及时控制电气控制柜停机，避免出现故障恶化等现象，从而降低电气控制柜的维修成本，并保障电气控制柜的安全运行，控制模块向警示模块发送第一启动指令；

当控制模块接收第二预警信号时，表明电气控制柜的运行状态不稳定，此时控制模块结合电气控制柜的当前工作状态，若电气控制柜处于某一作业运行中，则控制模块需要等待电气控制柜完成当前作业后，才控制电气控制柜停机，若电气控制柜处于空闲状态，则直接控制电气控制柜停机，从而保障车间作业的稳定进行，控制模块向警示模块发送第二启动指令。

警示模块接收启动指令后，依据启动指令发出光警示或声光警示，车间管理人员收到光警示或声光警示时，需要对电气控制柜作出相应管理，包括提前检修电气控制柜；

警示模块接收第一启动指令时，发出声光警示，此时需要车间管理人员及时检修电气控制柜，警示模块接收第二启动指令时，发出光警示，车间管理人员需要进入准备检修状态，当电气控制柜完成作业后，控制模块再向警示模块发送第一启动指令，警示模块发出声光警示，提示车间管理人员检修电气控制柜。

本申请通过分析模块获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后，将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数，从而提高对电气控制柜分析的全面性，并提高对数据的处理效率。

脉冲信号离散值的计算表达式为：

式中，N为脉冲信号的观测次数，Mi为每个观测脉冲信号值，为所有观测脉冲信号值的平均值，脉冲信号离散值越大，表示脉冲信号的变动性越大，脉冲信号离散值越小，表示脉冲信号的稳定性越高。

脉冲信号离散值越大时，会导致电气控制柜出现以下故障：

1)电气干扰：脉冲信号的标准差增大可能会引入更多的电气干扰，影响其他电子设备的正常运行，这些干扰可能会导致电气设备的故障或不稳定性；

2)信号失真：脉冲信号标准差的增大可能会导致信号失真，使得信号的形状和特征发生变化，信号失真可能会影响到控制柜中的电路和传感器，导致错误的测量或控制结果；

3)电气设备过载：脉冲信号标准差增大可能会导致电气设备过载，较大的脉冲信号可能会产生更高的峰值电流或功率，超过设备的额定负荷能力，导致设备过热、损坏或发生故障；

4)不稳定控制：脉冲信号标准差的增大可能会影响控制系统的稳定性，不稳定的脉冲信号可能导致控制回路的震荡或不良响应，使控制柜的控制过程变得不可靠或失效。

气体浓度变化速率的计算表达式为：式中，ld_q为当前时间点浓度，ld_s为上一时间点浓度，t₂为当前时间点，t₁为上一时间点，气体浓度变化速率越大，则表示电气控制柜可能出现以下问题：

1)泄漏或故障：较大的气体浓度变化速率可能意味着气体泄漏或系统故障，例如，某些气体的浓度迅速增加可能表明泄漏源的存在，而无法控制的浓度下降可能暗示着某些设备的故障；

2)不正常操作：电气控制柜中的气体浓度变化速率异常增大可能意味着系统正在经历异常的操作或运行模式，这可能导致设备的不正常工作或对环境和操作人员的潜在风险；

3)安全问题：气体浓度变化速率的显著增大可能与安全问题相关，某些气体的突然浓度变化可能对人员健康或设备安全构成威胁，需要及时采取适当的安全措施。

指令响应时间的获取逻辑为：在发送指令的同时，在指令数据中添加一个时间戳，接收到指令的控制柜系统会记录接收时间，并在执行完指令后记录完成时间，通过计算接收时间和完成时间之间的时间差，即可获取指令响应时间，电气控制柜发出的指令响应时间越大，可能表明控制柜系统出现了故障或错误，导致指令的执行时间延长，这可能与传感器故障、通信故障、软件错误或硬件故障等问题有关。

电源输出频率波动幅值的计算表达式为：

式中，bd_s为实时电源输出频率，bd_min～bd_max为电源输出频率稳定运行范围，电源输出频率波动幅值越大，表明电气控制柜的输出频率变化越大，越不稳定。

控制柜功率因数的计算表达式为：gl_z＝gl_y/gl_s，式中，gl_y为实际有功功率，gl_s为实际视在功率，实际有功功率是指电气控制柜实际消耗的有功功率，实际视在功率是指电气控制柜实际消耗的视在功率，实际有功功率和实际视在功率是通过测量电气控制柜中电流和电压的数值来获得的；

控制柜功率因数越大，表示有功功率与视在功率之间的比例关系较高，意味着电气控制柜能够更有效地利用输入电力，将电能转化为有用的功率输出，这样可以减少无效功率的损耗，提高能源利用效率，降低能源消耗和成本；

控制柜功率因数越小，数会导致电网电流的畸变和电压的波动增加，可能引起电网稳定性下降、损耗电力线路容量和电气设备过载等问题，此外，还可能对其他电力用户造成负面影响，例如电网电压降低和电力线路负荷不平衡等。

实施例3：本实施例所述一种电气控制柜的故障预警方法，所述预警方法包括以下步骤：

采集端定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，对多项参数进行预处理后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比，完成对多项参数的分析，依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，当预测电气控制柜未来运行会出现故障时，控制端结合电气控制柜的当前工作状态对电气控制柜作出相应控制，并发出光警示或声光警示，车间管理人员收到光警示或声光警示时，需要对电气控制柜作出相应管理，包括提前检修电气控制柜，在定期维护车间所有电气控制柜时，获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表，维护人员依据排序表正序选择所有电气控制柜的维护顺序。

获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后；

将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数gt_x，计算表达式为：

式中，xy_j为指令响应时间，bd_p为电源输出频率波动幅值，qt_d为气体浓度变化速率，gl_z为控制柜功率因数，ls_z为脉冲信号离散值，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂分别为指令响应时间、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数、脉冲信号离散值的比例系数，且a₁、a₂、a₃、b₁、b₂均大于0。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

上述实施例，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时，上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A,B可以是单数或者复数。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系，但也可能表示的是一种“和/或”的关系，具体可参考前后文进行理解。

本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a,b,或c中的至少一项(个)，可以表示：a,b,c,a-b,a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c可以是单个，也可以是多个。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：包括采集模块、分析模块、故障预测模块、控制模块、警示模块、管理模块；

采集模块：定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，并对多项参数进行预处理；

分析模块：获取多项参数后，通过多项参数综合分析建立控制柜系数，将控制柜系数与梯度阈值进行对比完成分析；

故障预测模块：依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障，当预测电气控制柜未来运行会出现故障时，向控制模块发送预警信号；

控制模块：接收预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态对电气控制柜作出相应控制，并向警示模块发送启动指令；

警示模块：接收启动指令后，依据启动指令发出光警示或声光警示；

管理模块：在定期维护车间所有电气控制柜时，获取电气控制柜的控制柜系数平均值，结合电气控制柜的运行频率计算获取电气控制柜的管理赋值，将电气控制柜依据管理赋值由大到小排序，生成排序表。

2.根据权利要求1所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述采集模块定时采集与电气控制柜运行状态相关的多项参数，多项数据包括脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间。

3.根据权利要求2所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述分析模块获取脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间后；

将脉冲信号离散值、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数以及指令响应时间进行综合计算，获取控制柜系数gt_x，计算表达式为：

式中，xy_j为指令响应时间，bd_p为电源输出频率波动幅值，qt_d为气体浓度变化速率，gl_z为控制柜功率因数，ls_z为脉冲信号离散值，a₁、a₂、a₃、b₁、b₂分别为指令响应时间、电源输出频率波动幅值、气体浓度变化速率、控制柜功率因数、脉冲信号离散值的比例系数，且a₁、a₂、a₃、b₁、b₂均大于0。

4.根据权利要求3所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述分析模块获取控制柜系数gt_x后，将控制柜系数gt_x与梯度阈值进行对比，梯度阈值包括第一异常阈值gt_m、第二异常阈值gt_n，且第一异常阈值gt_m＜第二异常阈值gt_n。

5.根据权利要求4所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述故障预测模块依据对比结果预测电气控制柜未来运行是否会出现故障；

若控制柜系数gt_x≥第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行不会出现故障，不发出预警信号；

若第一异常阈值gt_m≤控制柜系数gt_x＜第二异常阈值gt_n，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第二预警信号；

若控制柜系数gt_x＜第一异常阈值gt_m，故障预测模块预测电气控制柜未来运行会出现故障，发出第一预警信号。

6.根据权利要求5所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述控制模块接收第一预警信号时，需要及时控制电气控制柜停机，并向警示模块发送第一启动指令；

所述控制模块接收第二预警信号时，结合电气控制柜的当前工作状态，若电气控制柜处于某一作业运行中，则控制模块等待电气控制柜完成当前作业后控制电气控制柜停机，若电气控制柜处于空闲状态控制模块直接控制电气控制柜停机，并向警示模块发送第二启动指令。

7.根据权利要求6所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述脉冲信号离散值的计算表达式为：

式中，N为脉冲信号的观测次数，Mi为每个观测脉冲信号值，为所有观测脉冲信号值的平均值；

所述气体浓度变化速率的计算表达式为：式中，ld_q为当前时间点浓度，ld_s为上一时间点浓度，t₂为当前时间点，t₁为上一时间点。

8.根据权利要求7所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述电源输出频率波动幅值的计算表达式为：

式中，bd_s为实时电源输出频率，bd_min～bd_max为电源输出频率稳定运行范围。

9.根据权利要求8所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述控制柜功率因数的计算表达式为：gl_z＝gl_y/gl_s，式中，gl_y为实际有功功率，gl_s为实际视在功率。

10.根据权利要求9所述的一种电化铝生产电气控制柜故障预警系统，其特征在于：所述管理模块获取每台电气控制柜的控制柜系数平均值，计算表达式为：

式中，j为{1、2、3、...、n}，n为大于0的正整数，kz_j表示第j个控制柜系数求和值，Tm/10表示控制柜系数的数量；

将电气控制柜在Tm时间段内的总运行时长标记为Tc，电气控制柜的运行频率计算表达式为：yx_p＝Tc/Tm，式中，yx_p为电气控制柜的运行频率；

控制柜系数平均值gt_avg以及电气控制柜的运行频率yx_p进行加权计算获取管理赋值，计算表达式为：式中，gl_z为管理赋值。