李 冰 ，方 俊 ，石 琦

（1.南瑞集團(tuán)公司（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院），210003南京；2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，210061南京）

近年來(lái)，隨著監(jiān)控自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，監(jiān)控系統(tǒng)的信息量越來(lái)越大。但隨之而來(lái)也暴露出越來(lái)越多的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬量、開(kāi)關(guān)量信息由監(jiān)控系統(tǒng)采集上來(lái)后，全部按時(shí)間順序顯示，未作進(jìn)一步的分層或判斷處理。一旦發(fā)生事故，動(dòng)作的事件記錄很多，調(diào)度員眼花繚亂，很難抓住重點(diǎn)，影響事故的正確處理。因此，需要在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輔助決策功能，減輕調(diào)度員的工作量、提高事故異常處理的準(zhǔn)確性及快速性。本文提出一種基于故障處理輔助決策功能，可以對(duì)故障報(bào)警信息進(jìn)行甄別、分類(lèi)、判斷、排序，進(jìn)行綜合推理和分析。實(shí)現(xiàn)對(duì)短時(shí)間內(nèi)連續(xù)發(fā)生、有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的一組故障報(bào)警信息進(jìn)行綜合推理判斷，給出原因及處理方案，輔助調(diào)度員應(yīng)急處理事故。

1 故障推理輔助決策功能的設(shè)計(jì)方案

為提高調(diào)度員對(duì)事故異常判斷及處理的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)必須能對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的每個(gè)報(bào)警信息實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確判斷及處理方案，對(duì)迅速處理事故及異常情況、保障設(shè)備的安全運(yùn)行發(fā)揮作用。

故障推理輔助決策功能必須包含監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R(shí)，擁有類(lèi)似人類(lèi)專(zhuān)家思維的推理能力，并能用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。系統(tǒng)須在較短的時(shí)間內(nèi)收集所有與事故異常相關(guān)的重要信號(hào)，并推理出該異常事故情況的處理方法，協(xié)助調(diào)度員及時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確分析、處理，削弱事故對(duì)系統(tǒng)的影響，減少異常的危害性。故障推理輔助決策功能提供的事故異常處理方案可作為調(diào)度員良好的技術(shù)指導(dǎo)教材，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備緊密結(jié)合，方便調(diào)度員熟悉設(shè)備、熟悉回路、熟悉事故及異常處理[1-3]。

1.1 推理方案

故障推理輔助決策功能采用人工智能的推理機(jī)技術(shù)[4]。推理機(jī)針對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的條件或已知信息，反復(fù)匹配知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則，獲得新的結(jié)論，以得到問(wèn)題求解結(jié)果。推理方式可以有正向和反向兩種，正向推理從條件匹配到結(jié)論，反向推理則先假設(shè)一個(gè)結(jié)論成立，看它的條件有沒(méi)有得到滿足。推理機(jī)類(lèi)似專(zhuān)家解決問(wèn)題的思維方式，知識(shí)庫(kù)通過(guò)推理機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。另外，系統(tǒng)還具備較強(qiáng)的知識(shí)獲取能力，通過(guò)知識(shí)獲取，進(jìn)一步擴(kuò)充和修改知識(shí)庫(kù)中的內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)學(xué)習(xí)功能。推理組態(tài)描述如圖1所示。

圖1 多事件推理組態(tài)示意Fig.1 Multi-event reasoning configuration diagram

故障推理輔助決策功能中的推理包括3類(lèi)[5]：?jiǎn)螆?bào)警推理、關(guān)聯(lián)多報(bào)警推理及故障智能推理。

1.1.1 單報(bào)警推理

在報(bào)警事件發(fā)生后，可以根據(jù)每條報(bào)警信息作出推理，給出報(bào)警信息的描述、發(fā)生原因、處理措施以及圖解。通過(guò)將監(jiān)控系統(tǒng)采集的每個(gè)報(bào)警信號(hào)與知識(shí)庫(kù)中歸納的報(bào)警信號(hào)種類(lèi)建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系，即定義好每個(gè)信號(hào)所屬的報(bào)警信號(hào)種類(lèi)，形成逐一事件推理判斷關(guān)系。推理判斷可以人工靈活干預(yù)，關(guān)聯(lián)關(guān)系可以逐條定義，也可以通過(guò)快速定義軟件批量實(shí)現(xiàn)，提高關(guān)聯(lián)效率。

1.1.2 關(guān)聯(lián)多報(bào)警推理

基于多個(gè)關(guān)聯(lián)報(bào)警綜合判斷的判別邏輯。在一個(gè)“短時(shí)間”內(nèi)，某一間隔設(shè)備連續(xù)發(fā)生多個(gè)事故或報(bào)警信號(hào)，這些連續(xù)發(fā)生信號(hào)是一個(gè)存在關(guān)聯(lián)的有機(jī)整體，稱為一個(gè)“綜合事件”。這個(gè)綜合事件中必然是由某個(gè)事故或異常引起，綜合事件推理邏輯要根據(jù)發(fā)生的“綜合事件”推理出該間隔設(shè)備究竟發(fā)生了何種異常和事故，給出一個(gè)綜合的判斷和處理方案。

系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)時(shí)間窗是考慮現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)監(jiān)控系統(tǒng)傳送到故障推理輔助決策功能模塊存在時(shí)間上的偏差，即現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)發(fā)生的幾個(gè)信號(hào)在故障推理輔助決策功能模塊中接收的時(shí)序上是存在一定偏差的，這個(gè)“時(shí)間窗”就是解決躲過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)信息處理時(shí)間，但又不能太長(zhǎng)，否則沒(méi)有關(guān)聯(lián)的信號(hào)也會(huì)被并入這一 “綜合事件”。一般可以整定為如3～10 s，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間運(yùn)行情況靈活調(diào)整。

“綜合事件”邏輯推理方法至少包括2種：一種是窮舉法，即某種事件的組合推理出一個(gè)異常事件；另一種是模糊推理法，只要在某間隔設(shè)備上找到某個(gè)或多個(gè)事件，不管還有沒(méi)有其他事件就推理出一個(gè)異常事件。

“窮舉法”推理精確度高，能有效排除誤遙信的影響，但適應(yīng)性略差，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備多、構(gòu)造復(fù)雜，報(bào)警信號(hào)不可能完全一致；“模糊推理法”推理精確度不如“窮舉法”，偶爾會(huì)受誤遙信的干擾，但適應(yīng)性很好，能應(yīng)對(duì)不同型號(hào)、構(gòu)造的設(shè)備，而且推理精確度也足以滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的需要。因此，故障推理輔助決策功能需具備綜合利用2種方法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活調(diào)整的能力。

1.1.3 故障智能推理

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控的主要故障類(lèi)型能根據(jù)故障發(fā)生的關(guān)鍵條件，結(jié)合接線方式、運(yùn)行方式、開(kāi)關(guān)變位及開(kāi)關(guān)狀態(tài)、遙測(cè)量、時(shí)序等綜合判斷，給出當(dāng)前故障的故障類(lèi)型、相關(guān)信息、故障結(jié)論及處理方式。運(yùn)行方式通過(guò)拓?fù)浼夹g(shù)獲得。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的故障判斷條件復(fù)雜，要結(jié)合拓?fù)洹⑦壿嫼蜁r(shí)序等綜合考慮，它難以用精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，不可以通過(guò)傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法來(lái)求解或得到解決。因此，我們對(duì)常見(jiàn)的故障類(lèi)型及其故障條件進(jìn)行了歸納總結(jié)，制定了一個(gè)故障推理模型，如圖2所示。該模型針對(duì)每一種故障類(lèi)型，使用單獨(dú)的故障處理模塊進(jìn)行處理。

圖2 水循環(huán)系統(tǒng)報(bào)警推理邏輯Fig.2 Water cycle system alarm reasoning logic diagram

1.2 知識(shí)庫(kù)

知識(shí)庫(kù)用于存放專(zhuān)家提供的知識(shí)。多故障報(bào)警的問(wèn)題求解過(guò)程通過(guò)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)來(lái)模擬專(zhuān)家的思維方式[6]。知識(shí)庫(kù)的一個(gè)核心組件是事件池，用戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)多種故障報(bào)警的一系列的事件做了總結(jié)，故障推理輔助決策功能程序是相互獨(dú)立的，可以通過(guò)改變、完善知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)內(nèi)容來(lái)提高系統(tǒng)的性能。水循環(huán)系統(tǒng)異常報(bào)警界面如圖3所示。

圖3 水循環(huán)系統(tǒng)異常報(bào)警Fig.3 Abnormal alarm of water cycle system

2 輔助決策功能

2.1 基本介紹

輔助決策功能是在一系列的控制過(guò)程或操作中，協(xié)助操作員決策完成處置緊急情況過(guò)程中的系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能的相對(duì)獨(dú)立的軟件模塊，是監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，如圖4所示。

圖4 輔助決策功能結(jié)構(gòu)Fig.4 Auxiliary decision-making function structure diagram

輔助決策功能場(chǎng)景編輯模塊由觸發(fā)條件邏輯定義以及規(guī)程操作步驟編輯兩部分組成。觸發(fā)條件邏輯定義部分支持多事件、多報(bào)警等信息的組合，在線功能模塊在運(yùn)行時(shí)基于監(jiān)控系統(tǒng)大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)使用實(shí)時(shí)值替換公式中的相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算得出觸發(fā)是否滿足。當(dāng)滿足條件時(shí)，在線功能模塊通過(guò)傳遞相應(yīng)的參數(shù)激活相應(yīng)輔助決策控制界面；規(guī)程操作步驟編輯使用支持所見(jiàn)即所得的畫(huà)面編輯器實(shí)現(xiàn)，可以方便地實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)、支持多種字體格式、表格顯示等。

2.2 決策組態(tài)及執(zhí)行

決策組態(tài)功能采用數(shù)據(jù)訂閱的方式監(jiān)視所有由場(chǎng)景編輯模塊定義的數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 輔助決策功能執(zhí)行框圖Fig.5 Auxiliary decision-making function implementation block diagram

決策處理功能基于聯(lián)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)。在場(chǎng)景編輯模塊做好相關(guān)配置后，當(dāng)配置中的場(chǎng)景發(fā)生，執(zhí)行聯(lián)動(dòng)功能可以提醒操作員對(duì)于一個(gè)特定場(chǎng)景的反應(yīng)步驟，以及聯(lián)動(dòng)2個(gè)或更多的操作員來(lái)解決這個(gè)場(chǎng)景。一個(gè)聯(lián)動(dòng)可以設(shè)置成啟動(dòng)另外一個(gè)聯(lián)動(dòng)功能，同樣的一個(gè)聯(lián)動(dòng)可以同時(shí)被不同的用戶執(zhí)行。同時(shí)有權(quán)限的用戶可以看見(jiàn)其它用戶的執(zhí)行情況，可以中止一個(gè)聯(lián)動(dòng)的執(zhí)行。所有操作員選擇退出或者完成聯(lián)動(dòng)功能的動(dòng)作都將記錄在事件列表中。

例如，有3個(gè)電解槽車(chē)間A、B、C，在車(chē)間B有一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)故障。總調(diào)度操作員將看見(jiàn)1個(gè)按鈕閃爍，表示有事件發(fā)生。總調(diào)度操作員可以點(diǎn)擊按鈕來(lái)顯示他的指示來(lái)解決這個(gè)場(chǎng)景。系統(tǒng)配置了3個(gè)步驟：①車(chē)間B操作員因?yàn)榘踩A(yù)防，自動(dòng)操作車(chē)間B中的特定設(shè)備；②總調(diào)度操作員授權(quán)后，自動(dòng)執(zhí)行一系列故障處理預(yù)案；③總調(diào)度操作員把事件告知車(chē)間A和車(chē)間C，做相應(yīng)的操作。

這些被配置步驟完成后將進(jìn)行下一步提示。所以對(duì)于這個(gè)例子，總調(diào)度操作員將執(zhí)行后的步驟標(biāo)記為完成。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹并分析了一種多故障報(bào)警關(guān)聯(lián)、智能推理、快速適配的輔助決策功能的實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用該功能有效地提高了監(jiān)控系統(tǒng)處理事故的能力。目前，運(yùn)用此方案的輔助決策功能模塊，已經(jīng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行在中電投重慶天泰電解鋁監(jiān)控系統(tǒng)中，此方案的實(shí)施，將大大提高電解鋁監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，并有效地提升整個(gè)電解鋁加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理水平。

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