对设备运行状况进行预警的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及设备维护方法。更具体地说，本发明涉及一种对设备运行状况进行预 警的方法。
【背景技术】
[0002] 设备维护体制经历了五个发展过程：1)事后修理，在设备发生故障后再进行修 理，设备停歇时间较长、可能打乱生产计划；2)预防维护，加强日常检查和定期检查，会使 维护工作量增多、过分保养；3)生产维护，重点设备预防维修、一般设备事后维修；4)维护 预防，在设备设计、制造阶段提高设备可靠性、易修性，对设备后期运行中的故障检测作用 不大；5)设备综合管理，主要有基于状态维护和智能维护，基于可编程逻辑控制器出现，这 类维护系统安装成本高，在工程应用中不完善。
[0003] 机器设备在日常使用和运转过程中，由于外部负荷、内部应力、磨损、腐蚀和自然 侵蚀等因素的影响，使其个别部位或整体的尺寸、形状发生改变，进而影响设备的机械性 能、工艺效果，使设备性能下降，甚至报废，这是所有设备都避免不了的客观规律。为了使设 备保持正常性能，延长其使用周期，必须对设备进行适度的检修和日常维护保养工作，这对 于各行各业的设备维修都是尤为重要的。对于不同企业，由于企业规模、性质和设备数量及 其复杂程度的不同，其检修制度也不一样。例如，化工系统行业多，生产流程相差很大，有的 生产工艺要求长周期连续运行，甚至最好是一年内连续运行330天以上；有的生产工艺却 是批量的，只要求连续运行一段时间即可；有的工艺不能间断；有的可以开开停停；另外设 备的结构、复杂程度不同，检修要求也不同。
[0004] 目前，多数企业和厂家对设备的检修和考核都是定期进行的，基本采用预防维护 或生产维护方式，无法及时发现设备异常，在这样的背景下，提出一种设备运行状况预警的 方法是目前亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是解决至少上述问题或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
[0006] 本发明主要针对仪表类和电机类两大类设备，通过分析仪表类设备所监测数据或 通过检测电机类设备运行电流的波动变化情况，进行数据波动率分析，将实时波动率与波 动率均值进行相似性度量，通过定义相似度界限值，快速发现设备异常运行状况并进行预 警，保障设备及时检修，提高设备使用寿命。例如对污水处理出水水质COD值进行数据建 模，选择时间步长dt，获得的（tph+dt)时间间隔的监测数据波动率k，而正常运行COD水 质检测仪在（tph+dt)间隔的波动率应为p(取波动率均值），通过比较k、p相似度，可以判 断设备（COD检测仪）运行状况。而对于电机类设备，我们可以通过检测该设备运行电流进 行波动率分析，如某时间段（tl，t2)内水泵电流实际波动率为k'，而正常运行水泵在（tp t2)时间段内的电流波动率应为p'(取波动率均值），通过分析k'、p'相似度即可判断 该水泵运行状况。为了缩小设备异常检修范围，使异常点的监测更准确，我们定义相似度在 (〇,〇. 3)范围内为异常范围，连续3个步长的相似度均在此范围内时，发出预警，企业此时 再对数据波动原因进行分析，进而判断设备是否出现故障，可大大提高设备检修高效性，提 升设备维护及时性。
[0007] 本发明针对工业领域设备，对设备运行状况进行预警。如仪表类设备方面，对pH、 溶解氧浓度、污泥浓度、流量、液位、氧化还原电位、COD、氨氮、总磷、总氮、二氧化硫、一氧化 碳、PM2.5等指标检测仪器仪表进行监测数据波动率分析，反应这些仪器仪表设备运行状态； 在电机类设备方面，可以对水泵、风机等电机电流波动性进行检测、分析，反应电机运行状 况。该方法具有一定的通用性，不仅可以应用于环保行业，在其他各行业的设备运行状况的 检测、预警中均可应用。
[0008] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种对设备运行状况进行预 警的方法，所述设备指仪表类和电机类设备，所述方法包括以下步骤：步骤一、间断采集所 述设备的具有波动规律的数据；步骤二、根据步骤一中所述数据，利用波动率计算公式和波 动率均值计算公式，计算每个步长内的波动率k和波动率均值P;步骤三、利用步骤二中所 述的每个步长内的波动率与相应波动率均值，以波动率k、波动率均值P为纵轴，时间为横 轴，绘制波动率及波动率均值随时间变化曲线。步骤四、将所述波动率k与相应波动率均值 P利用Similar函数进行相似度度量值的计算，所述Similar函数如公式I所示：
【主权项】
1. 一种对设备运行状况进行预警的方法，所述设备指仪表类和电机类设备，所述方法 包括以下步骤： 步骤一、间断采集所述设备的具有波动规律的数据； 步骤二、根据步骤一中所述数据，利用波动率计算公式和波动率均值计算公式，计算每 个步长内的波动率k和波动率均值P ; 步骤三、利用步骤二中所述的每个步长内的波动率与相应波动率均值，以波动率k、波 动率均值p为纵轴，时间为横轴，绘制波动率及波动率均值随时间变化曲线； 步骤四、将所述波动率k与相应波动率均值p利用Similar函数进行相似度度量值的 计算，所述Similar函数如公式I所示：
其中，Similar (k，p)表示从i到j之间所有k、p的相似度度量值计算结果； 步骤五、预设一相似度度量值的报警阈值，当所述相似度度量值持续低于所述报警阈 值时，发出预警警报。
2. 如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述步骤二中 所述波动率k和波动率均值p的计算公式如公式II和III所示：
其中Xi, 表示第i，第j个数据，k i为第i个时间点的波动率值，p i表示第i个波动 率均值，h，&表示第i，j个监测点的时间，i，j为正整数。
3. 如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述步骤四中 的相似度度量值范围为0-1，所述步骤五中的所述报警阈值为〇. 3。
4. 如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述步骤一中， 针对仪表类设备，所述数据指仪表类设备的检测结果，针对电机类设备，所述数据是指电流 的传感器检测的所述电机类设备运行的电流值。
5. 如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，在步骤二中在 计算波动率之前，将所述步骤一中的所述数据经过机械滤波去除其中的异常点，消除对波 动率分析时产生干扰。
6. 如权利要求5所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述异常点，在 去除的同时，在所述波动率及波动率均值随时间变化曲线上作出标记，给出设备可能出现 故障所在时间段的提示，以避免设备故障出现漏检的情况。
7. 如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述波动率偶 然较大时，需要对波动率情况进行具体分析，判断设备是否出现故障。
8.如权利要求1所述的对设备运行状况进行预警的方法，其特征在于，所述步骤五中 所述相似度度量值持续低于所述报警阈值，持续时间为连续超过3个步长。
【专利摘要】本发明公开了一种对设备运行状况进行预警的方法，所述设备指仪表类和电机类设备，包括以下步骤：间断采集所述设备的具有波动规律的数据；利用波动率计算公式和波动率均值计算公式计算每个步长内的波动率k和波动率均值p；利用所述的每个步长内的波动率与相应波动率均值，以波动率k、波动率均值p为纵轴，时间为横轴，绘制波动率及波动率均值随时间变化曲线；将所述波动率k与相应波动率均值p利用Similar函数进行相似度度量值的计算；预设相似度度量值的报警阈值，当所述相似度度量值持续低于所述报警阈值时，发出预警警报。本发明对仪器仪表设备无需新增仪器，实现连续监测、及时预警，对设备的检修、维护具有重要的实际意义。
【IPC分类】G05D27-02
【公开号】CN104750144
【申请号】CN201510056094
【发明人】杨斌, 刘萌, 任艳真
【申请人】北京金控自动化技术有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年2月3日