李慶濤，高 鑫，顧霄鷺

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南 250109）

南水北調東線山東段工程運行管理具有管理機構地域分布廣、層次多，管理內容復雜的特點[1]，為提高管理效率，需借助先進的科學技術手段，使管理信息及時、準確的上傳下達，確保工程平穩(wěn)運行[2]。針對各類工程設備故障，應采取有效的診斷措施。設備故障診斷的基本內容大致可分為以下幾個方面：信號獲取、特征參數提取、工況狀態(tài)識別及故障診斷及預測[3]。當前水利工程中設備的運行監(jiān)控工作需進一步加強對水利工程中設備的智能運行監(jiān)測分析，強化預測性維護，以確保設備正常運行，提高設備的利用率，從而提升水利工程的經濟效益與社會效益。

1 研究目標與內容

1.1 研究目標

設備監(jiān)測與在線診斷技術是一種了解和掌握設備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部正常或異常，早期發(fā)現故障及原因，并能預報故障發(fā)展趨勢的技術。隨著現代科學技術不斷進步和發(fā)展，尤其是監(jiān)測技術、計算機技術的迅速發(fā)展和普及，設備的監(jiān)測與在線診斷技術日趨成熟。針對南水北調東線山東段工程自動化、信息化建設現狀，研究智能監(jiān)測與在線診斷分析技術，搭建平臺實現工程運行監(jiān)測數據挖掘關聯(lián)性分析，開發(fā)智能監(jiān)測分析軟件，探索監(jiān)測數據之間的關聯(lián)模型，找出存在的可能異常點，可為實現工程運行監(jiān)測數據模型建立、預測及故障診斷提供技術支撐。

1.2 研究內容

1）監(jiān)測數據之間的關聯(lián)性。數據關聯(lián)性分析是一種簡單、實用的分析技術，其核心是通過大數據分析，獲取數據間關聯(lián)性或相關性，從而描述了一個事物中某些屬性同時出現的規(guī)律和模式。通過數據關聯(lián)性分析，可以明確設備運行監(jiān)測數據之間的關系，建立數據關系模型。

2）關聯(lián)性監(jiān)測數據的擬合曲線。通過運行監(jiān)測數據之間的關聯(lián)性分析，以及形成的曲線擬合結果。充分考慮各種工況因素對數據關聯(lián)性分析的影響，采用特定工況條件下，對監(jiān)測數據進行組合分析的方式，以達到分析結果的準確性、合理性。

3）基于擬合曲線的離群點檢測。根據所形成的擬合函數，針對不在該擬合函數對應擬合曲線上的點，計算該點與對應擬合函數上的點之間的距離標準差，該距離標準差超出允許范圍的，即離群點。離群點即可視為可能異常點。

2 智能監(jiān)控與在線診斷分析

2.1 技術架構

智能監(jiān)控與在線診斷分析技術研究架構分為設備層、接入層、數據層、服務層、應用層5 個層級?；A設施層主要包括服務器、存儲設備、操作系統(tǒng)、網絡設備、監(jiān)測站等軟硬件相關設施，用于支撐平臺環(huán)境搭建及部署使用。采集傳輸層采集實時及歷史監(jiān)測數據，部分業(yè)務數據可通過人工錄入方式進行數據采集?；A數據層包括實時監(jiān)測數據、設備基礎資料、歷史監(jiān)測數據、其他基礎數據庫，數據層通過采集到的業(yè)務及監(jiān)測數據等信息保存至服務器或數據庫，并提供對系統(tǒng)的權限、日志的管理，提高系統(tǒng)安全性。服務層主要包括應用服務、數據交換服務、數據挖掘、大數據處理服務。應用服務層是系統(tǒng)的核心層，各項功能均由服務層的業(yè)務單元模塊來實現。應用服務層主要包括設備管理、維修記錄管理以及在線診斷分析。

2.2 運行監(jiān)測與在線診斷分析系統(tǒng)

智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)根據工程運行中監(jiān)測的大量歷史數據進行散點圖分布，然后基于離群點監(jiān)測相關技術，對監(jiān)測數據進行正態(tài)分布，并形成多個兩兩參數關系的曲線擬合函數。監(jiān)測過程中會將實時數據與這些已經擬合好的函數進行比較。正常的數據與相關的擬合函數相吻合，異常數據會偏離函數，在界面上形成離群點，從而觸發(fā)異常數據報警。報警信息會根據該數據所偏離的擬合函數，顯示可能影響數據異常的各類參數。運行人員可根據報警信息給出的內容有針性地進行問題原因排查，有助于及時發(fā)現并解決問題。

2.3 系統(tǒng)功能

1）設備管理。通過建立設備臺賬對各工程設備基礎信息進行管理，包括設備添加、修改、刪除等維護功能和查詢功能。設備維護信息包括基本信息、設備技術參數?；A信息包括設備編號、名稱、類型、分類、供應商、聯(lián)系方式、安裝時間、購買時間、質保期、使用壽命等信息；設備技術參數信息根據不同設備類型進行信息維護。

2）維修記錄。維修記錄是對設備維修的歷史記錄的匯總，有利于分析設備狀況，是快速查找故障，縮短維修時間的重要保障。維修記錄主要包括維修單號、設備名稱、維修類型、下單人、下單時間、處理意見、維修情況說明、維修完成時間等信息。

3）在線診斷分析。智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)以監(jiān)測數據關聯(lián)性分析為核心，提供可視化的數據關聯(lián)性分析，實現在良好的交互性界面中分析與明確監(jiān)測數據之間是否有關聯(lián)以及影響程度。運用數據挖掘關聯(lián)性分析技術明確各監(jiān)測數據之間的關聯(lián)性，有助于進行數據建模、預測性分析，故障診斷，實現科學管理、合理使用、預知檢修和安全運轉。通過數據生成的曲線擬合關系，找出離群點，及時發(fā)現設備運行過程中所出現的各類隱患、問題，并快速定位問題原因切入點。

4）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理是整個系統(tǒng)的后臺管理入口，為系統(tǒng)管理員機構用戶、系統(tǒng)設置及日志查詢等操作。機構用戶管理包括賬號管理、人員管理、機構管理和區(qū)域管理4 個部分，系統(tǒng)設置模塊包括菜單管理、角色管理及字典管理3 個模塊。平臺為各類用戶提供登錄賬號，賬號作為用戶使用該平臺的唯一認證，賬號管理為系統(tǒng)管理員提供了管理整個平臺用戶賬號的管理，模塊通過樹狀形式展示平臺所有用戶的組織架構，用戶可以在該模塊實現用戶賬號的新增、查詢、信息修改及賬號刪除。

3 結 語

本文基于南水北調東線山東段工程現狀，研究水利工程設備智能監(jiān)控與診斷分析技術，通過設備運行數據的關聯(lián)性分析，生成擬合曲線，找出離散點，為設備運行狀態(tài)及故障診斷提供依據，目前完成設備故障診斷的單一維度分析技術研究，沒有將業(yè)務維度納入研究范圍內，因此有一定的針對性，研究成果的應用推廣可能會受到一定限制。后期需要結合本次研究成果和實際業(yè)務信息，從多維角度進一步深化設備健康診斷技術研究。