劉 心

（東海氧化鋁有限公司，山東 煙臺 264001）

氧化鋁廠生產(chǎn)工藝具有很強的連續(xù)性特點，在運行過程中如果其中某臺設(shè)備發(fā)生腐蝕或磨損，甚至個別零件發(fā)生故障都會造成整體生產(chǎn)停產(chǎn)[1]。在生產(chǎn)過程中，設(shè)備好壞直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)生產(chǎn)效率，從氧化鋁廠設(shè)備管理流程方面考慮，需要采取設(shè)備管理與設(shè)備流程監(jiān)控兩個方面考慮。信息技術(shù)的快速發(fā)展，對氧化鋁廠運行設(shè)備可靠性也提供了新的要求，傳統(tǒng)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控作為一種被動保護模式，對設(shè)備故障檢測有著一定盲目性與未知性，造成設(shè)備檢修資源的浪費[2]。因此針對這一缺陷，提出氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)，改變當(dāng)下被動監(jiān)控模式，將設(shè)備實時運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)與歷史運行數(shù)據(jù)對比，掌握設(shè)備運行狀態(tài)，確定最佳檢修方案。

1 氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)框架設(shè)計

氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實際設(shè)備運行需求，以設(shè)備運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，加入智能分析模塊，構(gòu)成智能監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫采集來源以電氣主設(shè)備運行實時數(shù)據(jù)，專門使用周期性數(shù)據(jù)采集工具，加入到數(shù)據(jù)庫中。

整體系統(tǒng)設(shè)計使用B/S結(jié)構(gòu)，提供整體服務(wù)器強大運行分析能力。在MVC模式下，終端將任務(wù)交給服務(wù)器，將動態(tài)更新數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫，并挖掘原始數(shù)據(jù)，通過挖掘參數(shù)設(shè)置，滿足智能監(jiān)控系統(tǒng)運行需求。

1.2 數(shù)據(jù)收集器設(shè)計

電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)以設(shè)備運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，收集與處理電氣主設(shè)備中實時運行數(shù)據(jù)，將原始數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)處理器，經(jīng)放大、去噪、補償?shù)忍幚砗?，形成?shù)據(jù)正比信號處理。數(shù)據(jù)收集器對設(shè)備運行中精確小目標或遠距離目標進行測量，測量時以設(shè)備運行點為精準定位測量中心，準直系數(shù)據(jù)獲取方式能夠?qū)崿F(xiàn)更加精確數(shù)據(jù)采集。采集器采用嵌入式PC/104系列模塊，該模塊具有可靠性高、功能性強、功耗低等優(yōu)點，能夠適用于大部分硬件系統(tǒng)連接，形成便攜式儀器。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成為分類數(shù)據(jù)集，送入到微處理器。數(shù)據(jù)收集模塊將數(shù)據(jù)合理分配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時傳送。

2 氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)收集器中同步數(shù)據(jù)定時到數(shù)據(jù)庫中，以時間為計量單位，對數(shù)據(jù)庫進行模式設(shè)計。數(shù)據(jù)庫具有標注時間開始、結(jié)束以及設(shè)備號等屬性，便于大型數(shù)據(jù)分配。數(shù)據(jù)庫將原始電氣主設(shè)備運行狀態(tài)通過同步采集形式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘。考慮到實時數(shù)據(jù)中存在著數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)突變、數(shù)據(jù)缺失等問題，采用數(shù)據(jù)挖掘算法，提升數(shù)據(jù)庫處理性能。數(shù)據(jù)庫采用移動平均法進行數(shù)據(jù)空缺值處理：

其中，f為數(shù)據(jù)空缺值代替數(shù)值；n為數(shù)據(jù)平均值歷史數(shù)據(jù)?？紤]到監(jiān)控記錄數(shù)據(jù)數(shù)量大、種類多等，將數(shù)據(jù)庫與OPC接口對接，其數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

中央數(shù)據(jù)庫報警閾值裝置表 A l a r m V a l u e_S e t t i n g故障事件記錄表 E v e n t_a l a r m事實數(shù)據(jù)表 D a t a_R T

2.2 故障推理機制

系統(tǒng)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)采用基于產(chǎn)生式規(guī)則與框架的正反混合推理方式，支持離線查詢與在線診斷兩種形式。在線診斷主要通過對實時運行數(shù)據(jù)查詢，經(jīng)分析處理后，得到相關(guān)事實，直接驅(qū)動診斷推理。離線診斷則利用設(shè)備與系統(tǒng)接口相關(guān)診斷故障現(xiàn)象，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)進行故障診斷推理，找出設(shè)備運行故障部位，指導(dǎo)用戶找到故障原因。

3 仿真實驗

3.1 實驗準備

根據(jù)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控過程特點，對不同地區(qū)的90臺氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控。對每臺主設(shè)備平均采集10個數(shù)據(jù)條件下，確保設(shè)備顯示數(shù)據(jù)刷新時間在5s～10s，監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)備發(fā)生故障后10s內(nèi)發(fā)出報警信息。利用氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)分別對90臺電氣主設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，分別設(shè)置為實驗組與對照組，對比兩組監(jiān)控結(jié)果。

3.2 實驗結(jié)果分析

利用兩組系統(tǒng)監(jiān)控主設(shè)備運行狀態(tài)，首先分析設(shè)備歷史數(shù)據(jù)后，按照百分制分析設(shè)備運行健康狀態(tài)，根據(jù)實時運行數(shù)據(jù)制定趨勢曲線，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 設(shè)備運行狀態(tài)誤差分析圖

在設(shè)備運行狀態(tài)誤差分析圖中可以直觀的看出兩組系統(tǒng)監(jiān)控預(yù)測率，可以看出實驗組趨勢預(yù)測誤差情況更小，從而證明其系統(tǒng)有效性。

4 結(jié)束語

針對氧化鋁廠主設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控中存在的弊端，提出氧化鋁廠電氣主設(shè)備運行狀態(tài)智能監(jiān)控系統(tǒng)。將電氣主設(shè)備運行狀態(tài)中歷史數(shù)據(jù)與實時運行數(shù)據(jù)統(tǒng)一到數(shù)據(jù)庫中，經(jīng)處理后建立數(shù)據(jù)挖掘過程，使用智能分析模塊，讓系統(tǒng)執(zhí)行速度更快，有效完成智能氧化鋁廠主設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控。