CN117724418A - 一种制水厂工控设备状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制水厂工控设备状态监测系统，包括电力数据检测模块、运行管控分析模块、运行状态分析模块、运行维稳判定模块和性能评估预警模块。本发明根据设备的电力数据对设备的运行状态进行归类划分，分析出设备由当前运行状态转移至不同运行状态下的维稳系数，采用设备在当前运行状态以及运行维持时间等进行综合分析，实现对监测状态下的设备运行性能的评估，一旦评估的性能评估系数小于设定的阈值，及时对设备的运行状态进行预警提示并实施运行状态衰减的阻断措施，具有智能监测预警的效果，有利于提高工控资产的运维管理效率，降低设备故障率。

Description

一种制水厂工控设备状态监测系统

技术领域

本发明属于制水厂设备监测技术领域，涉及到一种制水厂工控设备状态监测系统。

背景技术

制水厂是指对自然水源进行取水、处理和分配的场所，其供水的重要性和意义非常显著，具体意义如下:1.保障人们生活和健康。水是生命之源，人们需要安全可靠的饮用水来维持健康。水厂通过对水源的取水、净化和消毒等处理过程，能够有效地保障人们的饮用水安全和卫生。2.推动城市和经济的发展。水是城市和经济发展的基础，制水厂供水能够满足人们的饮用、生产、农业、工业等各方面的需求，促进城市和经济的发展。3.保护生态环境。水厂通过对水源进行处理，能够减少水源污染和水质恶化，从而保护生态环境和水生物的生存环境。4.提高水资源利用效率。水厂对水源进行处理和分配，能够提高水资源的利用效率和水资源的利用率，使得水资源的供需平衡得到维持。因此，制水厂对于人们的生活、健康、城市和经济的发展、生态环境和水资源的利用都有着非常重要的意义。

现有制水厂在制水过程中，由于缺乏对制水环节相关联的设备的运行状态的监测以及无法对设备运行状态根据设备性能退化呈现的多态化对设备从正常运行到故障运行进行多运行状态区分与定义，导致无法根据设备运行状态进行设备在运行过程中的维稳程度准确判定以及无法对设备运行性能进行智能监测预警；且由于制水厂内设备种类多，设备运行、维护等信息缺乏，导致相邻两制水环节的设备运行与制水存储量缺乏均衡协调，易出现制水环节的存储量溢出或停滞状态，无法保证设备运行和存储量间的制水管控，造成制水效率差以及资源利用均衡性差等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种制水厂工控设备状态监测系统，解决了现有背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种制水厂工控设备状态监测系统，包括检测制水厂各制水环节的设备运行过程中的电力数据的电力数据检测模块，还包括运行管控分析模块、运行状态分析模块、运行维稳判定模块和性能评估预警模块；

运行管控分析模块用于建立各设备间的关联性，提取与各工控设备相映射的制水环节的制水量，基于与各工控设备相映射的制水环节的制水量对各工控设备的当前运行进行管控分析；

运行状态分析模块提取各设备在运行状态下的电力数据，分析各设备在当前运行状态下的工作效率，根据设备的工作效率对设备的运行状态进行归类分析，确定设备运行过程中的运行状态；

运行维稳判定模块用于提取各设备的运行状态，训练各设备由当前运行状态转移至不同运行状态下的维稳系数，并建立同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数；

性能评估预警模块用于提取经运行调整后的设备当前运行状态以及在该运行状态下的运行维持时长，结合设备在该运行状态下的状态维稳系数，对设备在制水环节的运行性能进行评估，获得性能评估系数，判断性能评估系数是否小于设定的性能评估阈值，若小于设定的性能评估阈值，则发出性能维护预警提醒。

进一步地，运行管控分析模块对各工控设备的当前运行进行管控分析，分析方法：

步骤1、提取第i个制水环节的设备当前所允许的最大水处理量Dimax；

步骤2、判断相邻的第i+1个水处理环节的设备的水处理量是否在允许的范围内，允许的范围(0.95-1.02)Dimax由第i个水处理环节的设备的制水量所决定；

步骤3、若不在允许的范围内，获取当前第i个工控设备运行状态下的功率，并继续判断，若小于所允许的范围内，执行步骤4，若大于所允许的范围内，执行步骤5；

步骤4、判断当前第i+1个设备运行状态下的功率是否等于额定功率，若等于额定功率，无法继续对当前设备的运行进行调整，若小于额定功率，对该工控设备的运行状态下的功率进行增加，直至等于额定功率或第i个水处理环节的工控设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内；

步骤5、对第i+1个设备的运行状态下的功率进行降低，直至第i+1个制水环节的设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内。

进一步地，对各设备划分成若干运行状态，h个运行状态构成状态集合Ri，Ri＝{r_i1,r_i2,...,r_if,...,r_ih}，各设备的运行状态由设备的工作效率所决定，i＝1,2,...,n,n为影响制水厂的制水效率或品质的设备数量，r_i1为第i个设备处于第1个运行状态，为正常运行状态，r_if为第i个设备处于第f个运行状态，为故障运行状态同一设备在各运行状态r_i1,r_i2,...,r_if下的性能状态逐渐降低。

进一步地，构建设备状态维稳系数集合：Pi＝{p_i1,p_i2,...,p_if,...,p_ih},各设备在实际运行过程中，随着时间增长，该设备的运行状态发生的概率将趋于一稳定值，即且p_if≥0，p_if表示为第i个设备在第f个运行状态下的状态维稳系数，f∈h，/>

进一步地，训练各设备在状态维持过程中获得各设备在各运行状态的状态维稳系数的方法，包括以下步骤：

步骤1、获得以往检测数据中各设备从第k个运行状态直接切换至第f个运行状态下的状态发生率α_ikf；

步骤2、同时提取设备从第f个运行状态切换至第k个运行状态的维修发生率β_ifk；

步骤3、分析设备在各运行状态的状态维稳系数。

进一步地，采用维稳状态下设备的运行状态的转换模型，分别构建设备在各运行状态下处于状态维稳系数表达式：

k＝1,2,...,h，当k分别取值1,2，...，h时，获得h个表达式组，并结合最终获得第i个设备在第f个运行状态的状态维稳系数p_if具体数值，且f＝1,2,...,h。

进一步地，同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数：

μ_ikf＝p_ik*a_ikf，通过状态转换系数能够预测出各设备在不同运行状态下转换至其他运行状态下的概率程度。

进一步地，所述性能评估系数的计算公式： 表示为第i个设备经运行调整后运行状态所对应的性能评估系数，性能评估系数与设备性能呈正相关，e为自然数，s表示为设备的工作效率低于设定工作效率阈值的运行状态，t_i表示为第i个设备在当前运行状态x_i下的运行维持时长，p_ix_i表示为第i个设备在当前运行状态下所对应的状态维稳系数，/>表示为从第i个设备由其他运行状态切换至当前运行状态x_i开始计算，计算由运行状态x_i切换切换至第f个运行状态的平均切换时长。

进一步地，本系统还包括存储适配容量分析模块、暂存预警分析模块和运行管控协调模块；

存储适配容量分析模块用于获取各设备所对应的制水环节的存储容纳量以及检测当前各制水环节的临时存储量，分析出当前各制水环节所允许的最大额外暂存量；

暂存预警分析模块用于提取各制水环节的设备在当前运行状态以及状态维稳系数，预测出随着时间的累计各制水环节的存储附加量；

运行管控调节模块用于提取各制水环节的存储附加量，分析出各制水环节的存储附加量大于该制水环节所允许的最大额外暂存量所需的溢出运行时长或各制水环节的存储附加量与存储适配容量分析模块获得的该制水环节的临时存储量之和小于0的停滞运行时长，基于运行时长对各制水环节的设备的运行状态进行均衡协调管控。

进一步地，对各制水环节的设备运行状态进行均衡协调管控，方法步骤如下：

步骤1、提取各制水环节达到溢出情况下的溢出运行时长以及制水环节存在停滞情况下的停滞运行时长，筛选出所有溢出运行时长和停滞运行时长中的最小运行时长；

步骤2、筛选出最小运行时长下的制水环节j的设备运行状态，并确定最小运行时长下的异常类型，异常类型包括溢出或停滞；

步骤3、同时筛选出与最小运行时长下的制水环节j的设备相邻的上一制水环节j-1的设备运行状态；

步骤4、根据异常类型，判断制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数是否大于制水环节j-1的设备的运行状态的状态维稳系数；

步骤5、当为存储停滞状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级提高制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6，反之，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级降低，并重复执行步骤1-6；

步骤6、当为存储溢出状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级降低制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6；反之，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级提高，并重复执行步骤1-6。

本发明的有益效果：

本发明通过提取与各工控设备相映射的制水环节的制水量，对各工控设备的当前运行进行管控分析并进行运行调整，能够对相关联的两制水环节的工控设备在当前运行下的制水量以及功率进行分析，平衡相邻两制水环节的设备间的运行制水量，实现设备运行过程中的制水量初步小范围调控。

本发明通过对各制水环节的工控设备的运行过程中的电力数据进行分析，确定设备的工作效率，根据设备的工作效率对设备的运行状态进行归类划分，并分析出设备由当前运行状态转移至不同运行状态下的维稳系数以及状态转换系数，进而能够准确地评定设备在各运行状态下的稳定程度，为后期根据设备在当前运行状态下的状态维稳系数对下一制水环节进行调整奠定基础。

本发明通过性能评估预警模块对设备在当前运行状态以及运行维持时间等进行综合分析，实现对设备在对应的制水环节的运行性能的评估，一旦评估的性能评估系数小于设定的阈值，及时对设备的运行状态进行预警提示并实施运行状态衰减的阻断措施，实现对设备运行状态的智能监测预警。

本发明通过各制水环节的额外暂存量与整个制水环节中各相邻的制水环节的制水产生速率进行分析，筛选出各制水环节存在停滞或溢出的最小运行时长，并根据最小运行时长对各制水环节的设备的运行状态和存储量进行均衡协调管控，以提高各制水环节的设备的运行状态对整个制水环节的制水均衡性，并能够保证对溢出运行时长和阻碍运行时长的限制下对各制水环节的设备运行状态进行有效管控处理，实现协调整个制水环节的存储与设备运行的综合协调均衡化监控管理，有利于提高制水厂的制水效果，减小相邻制水环节的溢出或停滞问题，实现促进了设备运行的合理化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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的一些实施例，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为本发明中设备运行状态切换示意图。

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，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

现有制水厂在制水过程中，一旦水厂重要设备的突发性或临时性故障问题，无法组织人员立即进行故障排查，导致制水线停产等待，消耗人力物力；以及自来水厂设备种类多，设备运行、维护等信息缺乏状态维稳程度判断，各制水环节的设备的平衡管控差，导致各制水环节的设备的运维时效性较差。

实施例一

水厂设备在制水运行过程中，设备老化将导致制水性能退化，传统意义上的“故障”和“正常”的两种状态与设备性能退化呈现的多态化存在较大偏差，因此，难以实现对各制水环节的设备的制水性能的精准建模及分析。

一种制水厂工控设备状态监测系统，包括电力数据检测模块、运行管控分析模块、运行状态分析模块、运行维稳判定模块和性能评估预警模块。

电力数据检测模块用于对制水厂各制水环节的设备运行过程中的电力数据进行检测，并将检测的电力数据发送至运行状态分析模块。

水厂制水过程包括沙滤、碳滤、精滤、增压、反渗透、除磷除氮、吸附、消毒以及水质调节等工艺步骤，每个步骤均至少有一工控设备，各工控设备在不同制水环节过程中，需持续对上一制水环节处理后的水进行处理，以达到经制水厂加工后的饮用水满足人们的生活需求，制水环节的设备运行的耗电量、负载率、电压、电流以及温度反映出设备运行过程中的电力参数信息，通过将以上电力数据上传至工控分析模块，便于对该工控设备的运行进行分析，实现对耗电设备实时电能数据监测。

运行管控分析模块用于建立各设备间的关联性，提取与各工控设备相映射的制水环节的制水量，基于与各工控设备相映射的制水环节的制水量对各工控设备的当前运行进行管控分析，并进行运行调整。

其中，各工控设备间的关联性由原水经加工处理后达到饮用水的过程中各处理工艺步骤所需的工控设备所决定，制水环节按照顺序依次包括沙滤、碳滤、精滤、增压、反渗透、除磷除氮、吸附、消毒以及水质调节等，分别对制水环节进行编号e，e＝1,2,...,E,E为制水环节总步骤数量，相邻两制水环节所对应的工控设备间的关联系数aij为1，即

运行管控分析模块对各工控设备的当前运行进行管控分析，分析方法：

步骤1、提取第i个制水环节的设备当前所允许的最大水处理量Dimax；

步骤2、判断相邻的第i+1个水处理环节的设备的水处理量是否在允许的范围内，允许的范围(0.95-1.02)Dimax由第i个水处理环节的设备的制水量所决定；

步骤3、若不在允许的范围内，获取当前第i个工控设备运行状态下的功率，并继续判断，若小于所允许的范围内，执行步骤4，若大于所允许的范围内，执行步骤5；

步骤4、判断当前第i+1个设备运行状态下的功率是否等于额定功率，若等于额定功率，无法继续对当前设备的运行进行调整，若小于额定功率，对该工控设备的运行状态下的功率进行增加，直至等于额定功率或第i个水处理环节的工控设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内；

步骤5、对第i+1个设备的运行状态下的功率进行降低，直至第i+1个制水环节的设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内。

通过对相关联的两水处理环节的工控设备在当前运行下的制水量以及功率进行分析，平衡相邻两制水环节的设备间的运行制水量，能够避免上一水处理环节的供给量无法满足下一水处理环节的需求量以及上一水处理环节的供给量大于满足下一水处理环节的需求量等问题，实现了对各工控设备的运行效率以及制水量的初级化平衡协调问题，最大化地利用各工控设备前提下，提高了各工控设备的使用寿命，并且能够缓解设备性能退化导致各设备间的运行效率的差异化，避免处于制水环节前端的设备因后端设备运行受阻无法继续前端的工作运行，造成后端待加工的水量堆积，影响制水效率，当其中一环节的工控设备故障，会导致后续制水工序无法继续。

运行状态分析模块提取各设备在运行状态下的电力数据，分析各设备在当前运行状态下的工作效率，根据设备的工作效率对设备的运行状态进行归类分析，确定设备运行过程中的运行状态。

各设备的工作效率为设备在额定电压和电流下工作的实际制水量与额定电压和电流下的额定制水输出量间的比值。

由于各设备在运行过程中，设备从正常状态到故障状态过程中有其他运行状态，为了便于对设备的运行进行理解和分析，对各设备划分成若干运行状态，h个运行状态构成状态集合Ri，Ri＝{r_i1,r_i2,...,r_if,...,r_ih}，各设备的运行状态由该设备的工作效率所决定，即每个运行状态对应一工作效率区间，i＝1,2,...,n,n为影响制水厂的制水效率或品质的设备数量，r_i1为第i个设备处于第1个运行状态，为正常运行状态，此时工作效率在0.95-1之间，r_if为第i个设备处于第f个运行状态，为故障运行状态，此时该设备的工作效率在0-0.2之间，且同一设备在各运行状态r_i1,r_i2,...,r_if下的性能状态逐渐降低，同一工作模式下同一设备的各运行状态为不同故障程度下所对应的设备运行状态。

运行维稳判定模块用于提取各设备的运行状态，训练各设备由当前运行状态转移至不同运行状态下的维稳系数，并建立同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数，其中，维稳系数反应出各设备在不同运行状态下的稳定程度。

如附图1所示，展示出各设备从第f个运行状态切换至第h个运行状态下的分布示意图。

构建设备状态维稳系数集合：Pi＝{p_i1,p_i2,...,p_if,...,p_ih},各设备在实际运行过程中，随着时间增长，该设备的运行状态发生的概率将趋于一稳定值，即且p_if≥0，p_if表示为第i个设备在第f个运行状态下的状态维稳系数，f∈h，/>

训练各设备在状态维持过程中获得各设备在各运行状态的状态维稳系数的方法，包括以下步骤：

步骤1、获得以往检测数据中各设备从第k个运行状态直接切换至第f个运行状态下的状态发生率α_ikf，c_ikf表示为第i个设备从第k个状态直接切换至第f个运行状态下的次数，/>表示为第i个设备从第k个状态进行运行状态切换的总次数，k∈h；

步骤2、同时提取设备从第f个运行状态切换至第k个运行状态的维修发生率β_ifk，d_ifk表示为第i个设备从第f个状态经维修后切换至第f个运行状态下的次数，/>表示为第i个设备从第f个状态经维修后切换至其他运行状态下的总次数；

步骤3、分析设备在各运行状态的状态维稳系数。

采用维稳状态下设备的运行状态的转换模型，分别构建设备在各运行状态下处于状态维稳系数表达式：

k＝1,2,...,h，当k分别取值1,2，...，h时，获得h个表达式组，并结合最终获得第i个设备在第f个运行状态的状态维稳系数p_if具体数值，且f＝1,2,...,h。

通过训练设备的运行状态下的转换模型并结合使用过程中设备的运行状态切换的状态发生率以及故障维修率，分析出设备在各运行状态下的状态维稳系数，采用状态维稳系数反应出设备在各运行状态下的维持稳定的程度，为后期根据设备在当前运行状态下的状态维稳系数对下一制水环节进行调整。

同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数：

μ_ikf＝p_ik*a_ikf，通过状态转换系数能够预测出各设备在不同运行状态下转换至其他运行状态下的概率程度。

性能评估预警模块用于提取经运行调整后的设备当前运行状态以及在该运行状态下的运行维持时长，结合设备在该运行状态下的状态维稳系数，对设备在制水环节的运行性能进行评估，获得性能评估系数，判断性能评估系数是否小于设定的性能评估阈值，若小于设定的性能评估阈值，则发出性能维护预警提醒，以保证设备的运行状态能够基本满足各制水环节的正常生产加工需求。

性能评估系数： 表示为第i个设备经运行调整后运行状态所对应的性能评估系数，性能评估系数与设备性能呈正相关，e为自然数，s表示为设备的工作效率低于设定工作效率阈值的运行状态，t_i表示为第i个设备在当前运行状态x_i下的运行维持时长，p_ix_i表示为第i个设备在当前运行状态下所对应的状态维稳系数，/>表示为从第i个设备由其他运行状态切换至当前运行状态x_i开始计算，计算由运行状态x_i切换切换至第f个运行状态的平均切换时长，采用性能评估系数的计算，进而分析出由当前运行状态切换至小于设定工作效率阈值的运行状态的性能衰减风险概率，一旦小于设定的性能评估阈值，存在设备运行状态的衰减无法满足各制水环节的生产处理需求，需及时对设备的运行状态进行预警提示并实施运行状态衰减的阻断措施，为后期应急措施的准确提供指导性建议。

实施例二

本实施例一对制水厂内各制水环节的设备进行状态监测预警，实现对设备运行状态的有效化监测，但是无法根据各制水环节所对应的设备的运行状态，对各制水环节的效率进行处理，进而存在相邻制水环节的制水处理效率不同，随着时间的累计，导致下一制水环节因上一制水环节的制水量不足而出现停滞，以及下一制水环节的设备运行状态对制水量进行阻碍导致上一制水环节产生的制水量溢出等不平衡问题，而制水厂的制水效率受设备的运行状态与各制水环节的存储量的相关关联影响，需协调设备的运行状态和存储量的平衡性，为了解决此问题，在实施例一的基础上额外增加新的技术特征，满足均衡相邻制水环节的制水量需求的前提下，能够最大化地保证各制水环节的设备制水处理效率。

本系统还包括存储适配容量分析模块、暂存预警分析模块和运行管控协调模块。

存储适配容量分析模块用于获取各设备所对应的制水环节的存储容纳量以及检测当前各制水环节的临时存储量，分析出当前各制水环节所允许的最大额外暂存量；

其中，各制水环节所允许的最大附加暂存量等于存储容纳量与实时存储量间的差值，且实时存储量小于等于存储容纳量。

暂存预警分析模块用于提取各制水环节的设备在当前运行状态以及状态维稳系数，预测出随着时间的累计各制水环节的存储附加量。

存储附加量的计算公式：

，p_i+1x_i+1和p_ix_i分别表示为第i+1个设备和第i个设备在当前运行状态下所对应的状态维稳系数，和/>分别表示为第i+1个设备和第i个设备在当前运行状态下的制水产生速率，/>和/>分别表示为第i+1个设备和第i个设备在第f个运行状态下的制水产生速率，不同设备在同一运行状态下的制水产生速率不同且同一设备在不同运行状态下的制水产生速率不同，工作效率越高，对应的制水产生速率越大。

运行管控调节模块用于提取各制水环节的存储附加量，分析出各制水环节的存储附加量大于该制水环节所允许的最大额外暂存量所需的溢出运行时长或各制水环节的存储附加量与存储适配容量分析模块获得的该制水环节的临时存储量之和小于0的停滞运行时长，基于运行时长(包括溢出运行时长和停滞运行时长)限制对各制水环节的设备的运行状态进行均衡协调管控，以提高各制水环节的设备的运行状态对整个制水环节的制水均衡性，并能够保证对溢出运行时长和阻碍运行时长的限制对各制水环节的设备运行状态进行有效管控处理，实现协调整个制水环节的存储与设备运行维稳状态下的综合协调均衡化管理，在保证各制水环节稳定前提下，大大提高制水效率。

对各制水环节的设备运行状态进行均衡协调管控，方法步骤如下：

步骤1、提取各制水环节达到溢出情况下的溢出运行时长以及制水环节存在停滞情况下的停滞运行时长，筛选出所有溢出运行时长和停滞运行时长中的最小运行时长；

步骤2、筛选出最小运行时长下的制水环节j的设备运行状态，并确定最小运行时长下的异常类型，异常类型包括溢出或停滞；

步骤3、同时筛选出与最小运行时长下的制水环节j的设备相邻的上一制水环节j-1的设备运行状态；

步骤4、根据异常类型，判断制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数是否大于制水环节j-1的设备的运行状态的状态维稳系数；

步骤5、当为存储停滞状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级提高制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6，若制水环节j-1的设备的运行状态的状态维稳系数大，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级降低，以缓解向第j-1个制水环节的设备的制水压力以及第j+41各制水环节的存储压力，并重复执行步骤1-6，实现保持设备运行状态稳定前提下，对相邻制水环节的设备的运行状态进行调控；

步骤6、当为存储溢出状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级降低制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6；若制水环节j-1的设备的运行状态的状态维稳系数大，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级提高，以提高向第j个制水环节的制水量，并重复执行步骤1-6。

采用均衡协调管控方法，根据各制水环节中设备的运行状态对各制水环节中的最小运行时长进行确定，并根据与最小运行时长所对应的制水环节相邻的制水环节的设备运行状态的状态维稳系数对相邻设备的运行状态进行调控，借助循环调节方式，以实现各制水环节内的存储与各设备运行间的智能协调处理，实现对制水厂内设备运行的智能检测与监控管理，有利于提高制水厂的制水效果，减小相邻制水环节的溢出或停滞问题，实现促进了设备运行的合理化。

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，公式中的预设数值由本领域的技术人员根据实际情况进行设置，系数大小是为了将各个参数进行量化得到的一个具体的数值，便于后续比较，关于系数和大小，只要不影响参数与量化后数值的比例关系即可。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种制水厂工控设备状态监测系统，包括检测制水厂各制水环节的工控设备运行过程中的电力数据的电力数据检测模块，其特征在于：还包括运行管控分析模块、运行状态分析模块、运行维稳判定模块和性能评估预警模块；

运行管控分析模块用于建立各设备间的关联性，提取与各工控设备相映射的制水环节的制水量，基于与各工控设备相映射的制水环节的制水量对各工控设备的当前运行进行管控分析；

运行状态分析模块提取各设备在运行状态下的电力数据，分析各设备在当前运行状态下的工作效率，根据设备的工作效率对设备的运行状态进行归类分析，确定设备运行过程中的运行状态；

运行维稳判定模块用于提取各设备的运行状态，训练各设备由当前运行状态转移至不同运行状态下的维稳系数，并建立同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数；

性能评估预警模块用于提取经运行调整后的设备当前运行状态以及在该运行状态下的运行维持时长，结合设备在该运行状态下的状态维稳系数，对设备在制水环节的运行性能进行评估，获得性能评估系数，判断性能评估系数是否小于设定的性能评估阈值，若小于设定的性能评估阈值，则发出性能维护预警提醒。

2.根据权利要求1所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：运行管控分析模块对各工控设备的当前运行进行管控分析，分析方法：

步骤1、提取第i个制水环节的设备当前所允许的最大水处理量Dimax；

步骤2、判断相邻的第i+1个水处理环节的设备的水处理量是否在允许的范围内，允许的范围(0.95-1.02)Dimax由第i个水处理环节的设备的制水量所决定；

步骤3、若不在允许的范围内，获取当前第i个工控设备运行状态下的功率，并继续判断，若小于所允许的范围内，执行步骤4，若大于所允许的范围内，执行步骤5；

步骤4、判断当前第i+1个设备运行状态下的功率是否等于额定功率，若等于额定功率，无法继续对当前设备的运行进行调整，若小于额定功率，对该工控设备的运行状态下的功率进行增加，直至等于额定功率或第i个水处理环节的工控设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内；

步骤5、对第i+1个设备的运行状态下的功率进行降低，直至第i+1个制水环节的设备的制水量在上一制水环节的工控设备允许的范围内。

3.根据权利要求1所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：对各设备划分成若干运行状态，h个运行状态构成状态集合Ri，Ri＝{r_i1,r_i2,...,r_if,...,r_ih}，各设备的运行状态由设备的工作效率所决定，i＝1,2,...,n,n为影响制水厂的制水效率或品质的设备数量，r_i1为第i个设备处于第1个运行状态，为正常运行状态，r_if为第i个设备处于第f个运行状态，为故障运行状态同一设备在各运行状态r_i1,r_i2,...,r_if下的性能状态逐渐降低。

4.根据权利要求1所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：构建设备状态维稳系数集合：Pi＝{p_i1,p_i2,...,p_if,...,p_ih},各设备在实际运行过程中，随着时间增长，该设备的运行状态发生的概率将趋于一稳定值，即且p_if≥0，p_if表示为第i个设备在第f个运行状态下的状态维稳系数，f∈h，/>

5.根据权利要求4所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：训练各设备在状态维持过程中获得各设备在各运行状态的状态维稳系数的方法，包括以下步骤：

步骤1、获得以往检测数据中各设备从第k个运行状态直接切换至第f个运行状态下的状态发生率α_ikf；

步骤2、同时提取设备从第f个运行状态切换至第k个运行状态的维修发生率β_ifk；

步骤3、分析设备在各运行状态的状态维稳系数。

6.根据权利要求5所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：采用维稳状态下设备的运行状态的转换模型，分别构建设备在各运行状态下处于状态维稳系数表达式：k＝1,2,...,h，当k分别取值1,2，...，h时，获得h个表达式组，并结合/>最终获得第i个设备在第f个运行状态的状态维稳系数p_if具体数值，且f＝1,2,...,h。

7.根据权利要求6所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：同一设备由不同运行状态转换至其他运行状态下的状态转换系数：

μ_ikf＝p_ik*a_ikf，通过状态转换系数能够预测出各设备在不同运行状态下转换至其他运行状态下的概率程度。

8.根据权利要求7所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：所述性能评估系数的计算公式： 表示为第i个设备经运行调整后运行状态所对应的性能评估系数，性能评估系数与设备性能呈正相关，e为自然数，s表示为设备的工作效率低于设定工作效率阈值的运行状态，t_i表示为第i个设备在当前运行状态x_i下的运行维持时长，p_ix_i表示为第i个设备在当前运行状态下所对应的状态维稳系数，/>表示为从第i个设备由其他运行状态切换至当前运行状态x_i开始计算，计算由运行状态x_i切换切换至第f个运行状态的平均切换时长。

9.根据权利要求1所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：本系统还包括存储适配容量分析模块、暂存预警分析模块和运行管控协调模块；

存储适配容量分析模块用于获取各设备所对应的制水环节的存储容纳量以及检测当前各制水环节的临时存储量，分析出当前各制水环节所允许的最大额外暂存量；

暂存预警分析模块用于提取各制水环节的设备在当前运行状态以及状态维稳系数，预测出随着时间的累计各制水环节的存储附加量；

运行管控调节模块用于提取各制水环节的存储附加量，分析出各制水环节的存储附加量大于该制水环节所允许的最大额外暂存量所需的溢出运行时长或各制水环节的存储附加量与存储适配容量分析模块获得的该制水环节的临时存储量之和小于0的停滞运行时长，基于运行时长对各制水环节的设备的运行状态进行均衡协调管控。

10.根据权利要求9所述的一种制水厂工控设备状态监测系统，其特征在于：对各制水环节的设备运行状态进行均衡协调管控，方法步骤如下：

步骤1、提取各制水环节达到溢出情况下的溢出运行时长以及制水环节存在停滞情况下的停滞运行时长，筛选出所有溢出运行时长和停滞运行时长中的最小运行时长；

步骤2、筛选出最小运行时长下的制水环节j的设备运行状态，并确定最小运行时长下的异常类型，异常类型包括溢出或停滞；

步骤3、同时筛选出与最小运行时长下的制水环节j的设备相邻的上一制水环节j-1的设备运行状态；

步骤4、根据异常类型，判断制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数是否大于制水环节j-1的设备的运行状态的状态维稳系数；

步骤5、当为存储停滞状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级提高制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6，反之，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级降低，并重复执行步骤1-6；

步骤6、当为存储溢出状态时，若制水环节j的设备的运行状态的状态维稳系数大，则逐级降低制水环节j-1的设备的运行状态，并重复执行步骤1-6；反之，则对制水环节j的设备的运行状态进行逐级提高，并重复执行步骤1-6。