动力设备远程诊断系统介绍

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专业模块1 Matlab 开发
数据发布
数据读取 结果写入
设备通用异常检测
专业分析模块
数据读取 结果写入
专业模块2 Java 开发
排温异常检测 振动系统专家系统 动态经济性分析 ………………
数据中介
数据读取
结果写入
专业模块n C 开发
四、通用异常检测系统
555
550
通用异常检测的意义
由于设计、安装的缺陷以及长期运行引起的老化,设 备的某些部件或者子系统在运行过程中难免会出现性能下 降、甚至产生故障,从而导致整个系统性能下降、可靠性 得不到保障。通用异常检测的目的就是通过远程监设备的 状态参数、识别系统的状态和变化趋势,在设备自身发生 故障报警前进行状态预警,以维护设备性能,大大减少重 大事故发生的概率。
300
400
500
600
故障输出
正常输出
544 542
异常输出
400 500
540 538 600 0
正常输出
100 200 300 400 500 600
异常的几种常见形式
设备的大多数潜在故障对设备 的正常运行有持续的影响,但 设备自身的监测系统是无法发 现设备性能的缓变现象!
序号 F1 F2 F3 F4 F5 F6 障 F7 F8
550 545 540 535 530 525
550 540 530 520 510 500 490 480 0 100 200 300
故障输出
545 540 535 530
正常输出
故障输出
正常输出
0 100 200 300 400 500
525 520 515 600 0 548
546
100
200
设计通用的数据接口方便各种专业分析 的模块进行链接、读写
系统软件结构
丰富多元的数据组态
三、数据支撑平台
多源模块的无缝嵌入
专业分析模块如设备通用异常检 测、燃机排温异常检测、振动故 障检测等模块均可以通过通用数 据接口进行无缝嵌入,这些系统 的开发可以在多元化的环境中进 行,极大的方便了系统的二次开 发。


转发来自分公司 及数据中心的数据包 接收配置更新指 令
转发服务器
各分公司端
数据管理系统


陆地数据库
采集服务器
从原数据库中 采集数据 组织压缩数据 发送至总公司侧 通讯服务器 接收配置更新指 令
原远程系统(海上端)
原远程系统(海上端)
设备现场

振动采集服务器 转发服务器

状态数据采集
振动采集
动力设备远程健康管理系统
哈尔滨工业大学
先进动力技术研究所
2014年9月3日
提纲
一、背景和科研团队简介
二、系统总体设计
三、数据支撑平台 四、设备通用异常检测 五、设备动态经济性监测与分析 六、(燃气轮机)排温分布异常检测 七、振动系统故障诊断专家系统 八、设备远程健康管理系统的工业应用
一、研究背景和意义
例如:燃机行业面临巨大的发展机会
根据2014年5月21日签署的《中俄东线管道 供气购销合同》,从2018年起,俄罗斯开 始通过中俄天然气管道东线向中国供气, 输气量逐年增长,最终达到每年380亿立方 米,累计合同期30年。 380亿立方米,30年意味着什么?
总结:
•大型设备的健康管理是一个适用范围广,且发展空间很大的知识 服务产品,随着工业智能化管理需求的提升市场空间巨大; •动力设备异常检测和故障分析是大型设备运维的必要工具,目前 面临着空前的机会,前景无限。
三、数据支撑平台
海量数据存储
数据存储
通过二进制Blob存储来提高数据的存储 和检索效率
数据库分区
使数据进行检索的时候大大缩小检索面 积提高检索效率
多尺度数据提取 多任务存储
网络发送故障时数据传输的紧急处理, 保证数据稳定传输 针对不同的数据类型和任务设计不同的 存储策略
基于小波重构的数据提取
20世纪90 年代年起 2002年起 2009年起
2011年起
二、系统总体设计
动力设备远程健康管理系统
核心:建设企业级远程数据中心、提供动力设备全面的知识服务和完善
的健康监测系统。
在 线 监 测 故 障 分 析
评价 系统
专家 系统
经 济 性 计 算
异 常 检 测
趋 势 预 测
专业分析模块
健康管理系统
数据采集接口 数据标准化
提供数据从设备向现场数据 库传输 的通用接口协议 将现场的测点进行标准化和规范化, 方便数据中心的调用、显示、专 业分析等二次开发
开始 N 是否有添加新 的OPC服务器 输入OPC服务器IP Y
连接OPC服务器
获取OPC服务器服 务类名
是否选择服务 类名
N
Y
选择服务类名
一、研究背景和意义:设备故障诊断的重要性
先进的状态监测和故障诊断技术是实现动力 设备经济高效和安全可靠运行的重要保障
燃 气 轮 机 发 展 趋 势
• 单循环效率 40~45%,联合循环 50~60% • 低排放,甚至零 排放
• 初温越来越高, 接近材料极限水平 • 系统越来越复杂 (地面重燃联合循 环、船用间冷回热 循环)
• 航空发动机 • 地面重燃、联合循环 发电 • 舰船推进 • 海上石油平台动力机 组、石油输送燃压机组
高经济环保性
高安全可靠性
应用广泛性
汽轮机、压气机、风机等其他动力设备也呈现迅猛的发展态势,设备的生产 企业和工业生产部门越来越重视设备性能的提高和运行的稳定,在广泛应用 的情况下更加重视设备运行的稳定和高效。
自动学习
报警记录
自动学习 匹配 数据模型k
学习算法打分
异常报告 自动生成
模型的权向量
模型自学习
三、数据支撑平台
数据支撑平台是设备远程健康管理系统的基础部分,承担了数据采集、转发、存储 和发布等任务,同时需要为专业分析模块提供通用接口协议。
数据支撑平台
高级 应用 嵌入
数据 采集
数据 传输
数据 存储
数据 展示
高级应用嵌入接口
数据支撑平台
数据 采集 数据 传输 数据 存储
数据 展示 平台
数据支撑平台:搭建高效 可靠的数据采集平台。在 平台端通过接收传感器上 的变送数据,监测机组的 运行情况,并将数据传送 到数据采集服务器上。 健康管理系统:实施全面 的设备健康监测和分析, 通过嵌入专业分析模块实 现专业分析的相关功能, 引入专家系统协助进行决 策并通过评价系统进行自 适应改善。 数据展示平台:将设备远 程数据、高级应用层分析 数据进行多元化展示。
转发服务器
状态数据采集
振动采集服务器 采集振动数据 原始数据及处理 结果借助原始链 路转发
机组
机组
火电机组综合管理及运行监 测系统硬件结构
机组 机组
二、系统总体设计
人在回路中的系统架构,计算机进行数据计算和初步分析,在此基础上人进 行最终的决策。
某台 机组 实时系统
诊断系统
实时信息
机组档 案库
读数据
报警
读数据 专工请求 现场级通讯平台
请求
远程通讯平台
发送
故障信号
手机声音 手机 短讯
故障案 例库
请求
ຫໍສະໝຸດ Baidu
通知
专家 资源 库
数据 资源 库
知识 库
专业技术 信息网
传呼 Internet发布 管理员
计算机辅助 诊断系统
报警事件
管理平台
应用系统
报告系统
高校专家 振动分析专家组 企业专家
科研机构专家
专家 1 高校、科研院所专家
网络会议
专家 n
高校专家
热力分析专家组
企业专家
专家库
科研机构专家
现场技术 专工
高校专家 设备分析专家组 企业专家
科研机构专家
各领域 专家库
二、系统总体设计
计算机自动分析模型自学习与能力提升
异常历史数据 自动学习 正常历史数据 自动学习 更新算法的权 匹配 数据模型1 匹配 数据模型2 实时数据
机组异常报警报告自动生成,降低 人进一步分析的工作量
获取服务类名下的 测点
N
是否添加组
数据组织
Y
数据标准化和规 范测点对照表
输入组的信息
实现数据的打包和临时存储
选择测点
多任务采集
将所选择的测点归 为一个组
主要解决不同任务下(如启停机、正 常运行、发生异常时)的数据采 集策略。
保存组信息
基于OPC客户端 的数据通信协议
结束
数据打包
数据打包技术
三、数据支撑平台
接收文件
已传输字是否与 未完成的文件 大小相等 是


是否有对应的 临时文件
文件大小与要接收 的文件大小 是否相等

是 设置文件输 出流应该继 续

从临时文件中读取 已传输的字节数和 文件大小
如果有未完成的 传输文件,将其 删除
基于小波的数据压缩技术 ,压缩比高达10.24
进行文件传 输
结束 数据传输的断点续传功能
一、研究背景和意义:设备故障诊断的重要性
动力设备工质和能量的流动并伴随设备机械传动部分的联动,形成了动力 设备整体运转的一种普遍形式。设备的各组成部分是一个有机联动的整体,各 部分之间存在很强的相互依赖关系。
电机状态参数
燃机状态参数
排温参数
燃烧子系统状态参数
动力设备的运行是“牵一发而动全身”的整体联动的运转,当其中一个部件发生 问题,会对其余部件造成影响,这些影响不仅对燃机的高效运行不利,也会对设 备产生积累性的安全问题,一旦问题爆发将严重影响运行安全; 虽然类似的故障诊断工作国内外做了大量的工作,但是,目前国内动力设备基本 只配备了数据服务,故障诊断主要停留在理论研究的阶段;
数 据 获 取
数 据 组 织
数 据 标 准 化
多 任 务 采 集
数 据 加 密
数 据 压 缩
数 据 断 点 续 传
数 据 并 行 传 输
数 据 存 储
数 据 分 区
数 据 提 取
数 据 多 任 务 存 储
数 据 展 示
数 据 接 口
异 常 检 测
经 济 性 评 价
振 动 分 析
三、数据支撑平台
多任务数据采集
数据安全高效传输
数据加密 数据压缩
对被传输的数据进行加密,采用二进制 和VPN技术进行加密 对数据包进行压缩,在保证数据真实的 情况下减少网络传输资源的占用
数据的断点续传 多任务采集
网络发送故障时数据传输的紧急处理, 保证数据稳定传输
针对不同的数据类型和任务进行传输的 控制
开始
海量数据的并行传输
二、系统总体设计
数据中心端
预警和故障诊断 历史数据存储及查询 数据中心离线数据分析
6 U
系统高级应用
中心存储 磁盘阵列
异常检测
振动分析
趋势预测
专业分析模块以外挂的形式嵌入到系统中, 为系统提供多元化的分析和决策功能。
通讯服务器
中心数据库
网站与系统管理服务器
计算服务器
总公司侧
系统的分层、模块化设计
故障形式 断路故障 短路故障 漂移故障 偏离故障 卡死故障 恒偏差故 关联异常 同 趋势异常 动态异常 波动异常 逻辑异常
描述 传感器处于断开状态 传感器处于短路状态 输出信号逐渐偏离正常 输出信号比正常大或者小 不随被测量对象变化,保持常值 输出值与真实值存在恒定的偏差 不同传感器输出之间的关联模式与正常情况不 测量值还在允许范围内,但正在异常的变大或 变小,须引起重视 动态参数与正常值偏离 测量参数出现异常的低频波动 开关量的逻辑发生异常
设备运行异常状况数据
通过数据挖掘和理论分析将正常模 式和异常模式进行有效区分
F9 F10 F11
四、通用异常检测系统
异常的分类:
点异常:测量值本应该在某一常值附近 波动,但此时差生了较大偏离 线异常:测量值应该保持不变或者缓慢 变化,但此时变化过快或者朝恶化的发 现发展 面异常:一组测点的一段时间的输出构 成了一个曲面,当系统发生异常时,各 个参数之间的关联关系发生变化,从而 导致曲面的形状发生了变化,由此检测 异常。 开关量异常:开关量之间由于逻辑关系 构成了逻辑关联图,它们相互之间的逻 辑关系可能会因系统故障而产生错误的 关系。
储存账户
容器
Blob
Da ta_1
机组1
Da ta_n
Da ta_1
数据的二进制 存储
分公司
机组2
Da ta_n
数据库分区存储
Da ta_1
机组n
Da ta_n
三、数据支撑平台
数据多元展示
数据组态
建立基于WEB的数据展示平台,通过方便 灵活的组态功能对实时数据、历史数 据、异常数据进行展示
通用数据接口
燃气轮机、汽轮机、风机等大型动力设备是21世纪乃至更长时 期内能源高效利用和洁净转化的核心动力设备。
一、研究背景和意义:需求与机遇
大型设备健康管理系统的基础市场需求: 设备检修和维护: 不论燃机还是汽机还是压气机机等设备,都是单价很高,且处
于工业生产的核心位置,维修维护成本很高,提升检修工作效率是所有企业的刚需 和科研的热点。 智慧化管理趋势:近年越来越热的智慧化生产、工业大数据服务等行业热点
一、研究背景和意义:科研团队介绍
哈尔滨工业大学 先进动力技术研究所
先进动力技术研究所数据挖掘实验室专注于动力系统智能化管理和控制行业,有超过二十 年的科研经历,并通过和高校、科研院所以及企业的合作,形成了一套完善的动力设备运行维护 的知识服务和健康管理模式。以工业智能化为导向,获得了大量的科研和项目成果 。
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