一種流程工業設備用能狀態診斷方法
2023-07-29 02:17:31
專利名稱：一種流程工業設備用能狀態診斷方法
技術領域：
本發明涉及流程工業能源管理和優化領域，特別涉及流程工業設備用能狀態診斷方法。
背景技術：
設備用能狀態是指流程工業中使用燃料、電力和熱力等能源的一類設備在運行過程中其界區內的能源利用狀況。能源利用的狀況常常以能效進行表徵，即設備利用的有效能源量佔設備輸入總能源量的比率。能效與設備本身特性、運行條件和操作相關，是多種因素共同作用的結果。對於生產過程中給定的設備，如何從影響能效的各個因素出發，診斷其用能所存在的問題，查找提高能效的手段，是非常有意義的。目前對設備的能效管理多集中於設備實際能效的計算和監測，不同設備的能效計算方法可參見相關的國家標準或者行業規範。在設備的設計和製造階段，標定額定負荷、額定效率等指標。在設備安裝運行後，企業通過監測設備的實際能效，形成報表，據此進行設備的用能管理。這是一種「結果導向」型的管理辦法，是以人為核心進行分析和決策的設備用能管理機制，其實際效果取決於兩個因素首先是人的分析的水平；其次是人的責任心。設備在實際安裝使用後，其實際的能效與額定效率往往存在一定差距，這種差距一般是由於燃料特性、工藝條件、設備磨損、人員操作等引起的。由於影響能效因素複雜，常常無法確定導致能效下降的原因，或者要投入大量的人力查找問題，但這同時又影響的分析和解決問題的時效性。隨著能源價格的不斷上升，通過技術手段加強用能管理並實現節能降耗成為降低生產成本的有效途徑。近年來，隨著計算機技術、數據分析與處理技術、智能控制技術的不斷進步也為生產設備的在線診斷和分析提供了技術可行性。
發明內容
本發明提供了一種流程工業設備用能狀態診斷方法，在用能狀態下降時能夠根據用能狀態診斷樹自動分析用能狀態下降的原因，給出診斷結果，為人們找到能效下降原因提供及時、準確的參考。一種流程工業設備用能狀態診斷方法，包括以下步驟1)建立設備用能狀態診斷樹，所述用能狀態診斷樹是根據理論和/或生產實踐知識將用能狀態降低這一結果與導致這一結果的原因之間建立聯繫，所述結果和原因統稱為事件，並通過邏輯關係將所述事件之間加以聯繫，並控制所述事件搜索的方向；所述用能狀態降低是指實時用能狀態小於最優用能狀態；2)根據包括用能狀態數據的實際生產數據確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據，並以最優用能狀態數據集的形式存儲在資料庫中；所述用能狀態數據包含生產參數、能效參數和操作參數；所述生產參數包括生產負荷、能源特性、原料種類、產品等級及數量，所述能效參數是衡量用能狀態的指標；所述操作參數用於對生產參數進行控制，同時又反映、影響能效參數；所述最優用能狀態是設備在正常運行過程中各生產參數對應的能效參數所發生過的最優能效參數；所述最優能效參數包括能量利用效率最高，或能耗最低；所述最優操作參數是指最優能效參數發生時的設備的操作參數；3)採集設備運行數據，得到代表實時用能狀態的實時用能狀態數據；所述實時用能狀態數據的結構與所述最優用能狀態數據的結構相同；4)將實時用能狀態與最優用能狀態比較，如果實時用能狀態小於最優用能狀態， 則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動查找導致實時用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；和/或如果實時用能狀態大於最優用能狀態，則更新最優用能狀態數據集，即以當前實時用能狀態數據替換當前最優用能狀態數據；所述實時用能狀態小於或大於最優用能狀態是指所述實時用能狀態的能效參數小於或大於最優用能狀態的能效參數。步驟2、可以採用離線方式確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據；所述離線方式是從歷史資料庫中導出一定時間範圍的歷史數據，通過離線分析找出設備在此時間範圍內各個觀察周期的用能狀態數據，和/或存入用能狀態數據集，進而確定最優用能狀態數據，並形成最優用能狀態數據集。步驟2、還可以採用在線方式確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據；所述在線方式是採集到實時數據，經過數據處理得到實時用能狀態數據，和/或存入用能狀態數據集，並創建或更新最優用能狀態數據集；所述創建最優用能狀態數據集是指，在當前的最優用能狀態數據集中沒有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中，形成最優用能狀態數據集；所述更新最優用能狀態數據集是指，在當前的最優用能狀態數據集中有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，如果當前的實時用能狀態數據比最優用能狀態數據集中當前的最優用能狀態數據更優，則以當前的實時用能狀態數據替代當前最優用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中。所述的更新最優用能狀態數據集可以是指在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同的情況下，即生產參數相同的情況下，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於當前生產參數下的最優用能狀態的能效參數，則以當前的實時用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中替換當前最優用能狀態數據。所述的更新最優用能狀態數據集還可以是指在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同的情況下，即生產參數不同的情況下，設置一個用於對用能狀態的生產參數進行比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時，根據當前的實時用能狀態的生產參數，由最優用能狀態數據集通過插值法得到與此生產參數對應的用能狀態數據的計算值，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於所述用能狀態數據計算值的能效參數，則將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集；否則，不操作或者將所述用能狀態數據計算值作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集；在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值時，將當前實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。
所述閾值可以是由歸一化的生產參數間的歐式距離定義的，當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離是指當前實時用能狀態與當前最優用能狀態的歸一化的生產參數間的歐式距離。步驟4)可以是指如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同，而當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態的能效參數，則可以啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷
結果；和/或如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同， 可以設置一個用於對用能狀態的生產參數進行比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時，通過插值法得到當前最優用能狀態計算值，如果當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態計算值的能效參數，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；如果當前實時用能狀態的能效參數大於當前最優用能狀態計算值的能效參數， 則將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中；和/或如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值，則可以將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。所述用能狀態診斷樹的事件可以分為頂層事件和其下的至少一層事件，所述頂層事件即觸發事件，所述觸發事件包括實時用能狀態下降，所述頂層事件通過邏輯關係與其下的至少一層事件建立聯繫。所述用能狀態診斷樹頂層事件其下的至少一層事件可以包括表示根本原因、處於最底層的基本事件，和/或表示中間原因的、處於頂層事件和基本事件之間的中間事件。所述用能狀態診斷樹給出的所述診斷結果可以包括觸發事件及其觸發時間、原因、診斷結果解釋和/或建議措施；和/或在診斷結果中查看用能狀態診斷樹的推理過程， 和/或編輯診斷結果解釋和建議措施部分的文字並保存；和/或用能狀態診斷樹還輸出診斷流程和/或能量平衡圖；所述診斷流程是在圖形化的用能狀態診斷樹中標識出推理路徑；所述能量平衡圖是以圖形和數字形式描述設備界區內的各輸入輸出能量。本發明的技術效果本發明一種用能狀態診斷方法，在用能狀態下降時能夠根據用能狀態診斷樹自動分析用能狀態下降的原因，給出診斷結果，為人們找到能效下降原因提供及時、準確的參考。本發明進一步的方案通過離線方式確定最優用能狀態數據集，用以存儲表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據，為進行診斷提供了判斷基礎。本發明進一步的方案通過在線方式創建或更新最優用能狀態數據集，用以存儲表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據，為進行診斷提供了判斷基礎。而對於最優用能狀態數據集的更新則為更加準確的判斷提供了基礎。本發明進一步的方案給出了一種更新最優用能狀態的優選方案，適合於生產參數相同情況下對比實時用能狀態數據和最優用能狀態數據。本發明進一步的方案給出了一種更新最優用能狀態的優選方案，並引入了閾值， 適合於生產參數不同情況下對比實時用能狀態數據和最優用能狀態數據。
本發明進一步的方案給出了一種更優選的由歸一化的生產參數間的歐式距離定義的閾值，可以更準確的判斷實時用能狀態數據與最優用能狀態數據，使得通過閾值的判斷更加符合實際生產情況。本發明進一步的方案還可以在診斷過程中，在發現實時用能狀態數據未被記錄或更優時，更新最優用能狀態數據，從而實現最優用能狀態數據集自身的更新和完善。本發明進一步的方案提供了用能狀態診斷樹的邏輯結構，使得診斷樹在分析診斷過程中具有嚴密的邏輯性和可編輯、可回溯性，能迅速準確的查找到導致用能狀態下降的原因。本發明進一步的方案用能狀態診斷樹由事件和邏輯關係(或稱邏輯門)組成，其中邏輯門連接著事件並控制著事件搜索的方向，搜索過程模擬了工藝和設備技術專家的診斷過程。在用能狀態診斷樹中，對各種導致用能狀態降低的情況都有對應的基本事件，即原因。當診斷過程到達診斷樹的末端，則所得到的原因即為本次診斷的結果。此結果作為能效降低的原因呈現給使用者，能夠給出全面、邏輯化的診斷結果。本發明進一步的方案提供了診斷結果的具體內容，為實現用能狀態診斷方法提供了完整的輸出物，可以給工程人員提供完整全面的用能狀態診斷結果。
圖1為用能狀態數據示例。圖2為最優用能狀態確定過程的實施例。圖3為用能狀態診斷樹示例。圖4為診斷結果的示例。
具體實施例方式
結合附圖的具體實施例對本發明詳述如下。本發明基於與設備能效相關的所有參數進行診斷和分析，為清楚起見，將參數分為三個類別，即生產參數、能效參數、操作參數。對於給定的設備，可以通過此三類參數全面的、確定的描述流程工業各種設備的用能狀態，即每一個用能狀態數據都包含生產參數、能效參數和操作參數共三組數據。生產參數包括生產負荷、能源特性、原料種類、產品等級及數量等，它決定了能效參數應具有的水平。能效參數是衡量用能狀態的指標，包括輸入能量、輸出能量、能量利用效率、能耗等。操作參數用於對生產參數進行控制，包括設備界區內工質的流量、溫度、壓力等工藝過程設定值，是用於滿足生產參數的控制量，同時又反映、影響能效參數。在實際生產過程中，生產參數常常是作為外界輸入而不可改變，操作參數是主要的調控手段，而能效參數是反映生產參數和操作參數共同作用的結果。評價設備用能狀態需要一個參照量，即最優用能狀態，所述最優用能狀態是設備在正常運行過程中各生產參數對應的能效參數所發生過的最優能效參數。最優能效參數依據選擇的能效參數可以是指能量利用效率最高，或能耗最低；最優操作參數是指最優能效參數發生時的設備的操作參數。每一個最優用能狀態數據也都包含生產參數、能效參數和操作參數共三組數據。最優用能狀態描述了設備在實際運行中能夠達到的一個最好的狀態，不同於理論計算和設計指標，具有實際參考意義。最優用能狀態可以是從用能狀態數據表中選擇出來，具有最高的能效參數。也可以是人們根據經驗將認為最優的用能狀態數據輸入。最優用能狀態數據被保存到最優用能狀態數據集或數據表中，其數據表結構與用能狀態數據表相同，見圖1。結合圖1詳細說明用能狀態數據和最優用能狀態數據設備用能狀態是一個由生產參數、能效參數和操作參數共三組數據構成的數據集合。為存儲的方便，可通過數據表格實現，如圖1。其中的每一行為一個用能狀態，由表徵三類參數的數值數據構成，稱為用能狀態數據。用能狀態數據是以對設備的在一定「觀察周期」所採集處理後的數據分類存儲在圖1所示的數據表中。觀察周期是一個時間長度，對慢過程設備可以更長，對快設備則應該要短些，其確定的依據是應能夠反映設備的用能狀態。一個原則是時間長度至少要大於設備響應的過渡過程時間。用能狀態診斷的過程如下1)建立設備用能狀態診斷樹。用能狀態診斷樹由事件和邏輯關係(或稱邏輯門) 組成，其中邏輯門連接著事件並控制著事件搜索的方向，搜索過程模擬了工藝和設備技術專家的診斷過程。所述事件包括用能狀態降低這一結果和導致這一結果的原因。所述結果可以稱為頂層事件或觸發事件；在用能狀態診斷樹中，對各種導致用能狀態降低這一結果都有對應的基本事件，即原因。當診斷過程到達「葉子」節點，即診斷樹的末端，則所得到的原因即為本次診斷的結果。此診斷結果作為能效降低的原因呈現給使用者。換句話說，用能狀態診斷樹是依據理論和/或生產實踐知識將用能狀態降低這一結果與導致這一結果的原因之間建立聯繫，所述結果和原因統稱為事件，並通過邏輯關係將所述事件之間加以聯繫並控制所述事件搜索的方向，所述用能狀態降低是指實時用能狀態小於最優用能狀態。 作為一個實施例，所述用能狀態診斷樹可以是樹型結構，包括所述事件及其邏輯關係。所述用能狀態診斷樹可以分為頂層事件和其下的至少一層事件，所述頂層事件即觸發事件，所述觸發事件包括實時用能狀態降低，比如能量利用效率降低或能耗增加等；所述頂層事件通過邏輯關係與其下的至少一層事件建立聯繫。用能狀態診斷樹的最底層為基本事件，即引起用能狀態降低的根本原因。觸發事件與基本事件之間可以有一層或多個層次的中間事件。所述根本原因是指無法找到導致其發生的下一級事件的事件。當然，用能狀態診斷樹還可以是其它結構或形式，比如圖表的形式、以連結關係連接的目錄和目標文件的形式等等。2)根據包括用能狀態數據的實際生產數據確定表徵設備的最優用能狀態的最優用能狀態數據，並以數據集的形式存儲到資料庫中。最優用能狀態數據集可以包括數據表的形式，當然也包括其它形式，比如由目錄文件通過連結關係連接的多個文檔來表達最優用能狀態數據集。結合圖2詳細說明確定最優用能狀態數據的實施例方式一離線方式如果設備已有計算機控制系統或僅其存儲系統並保存有與用能狀態相關的數據， 則可以離線採集用能狀態數據從歷史資料庫中導出一定時間範圍的歷史數據，通過離線分析找出設備在此時間範圍內各個觀察周期的用能狀態數據，和/或存入用能狀態數據集，比如用能狀態數據表(如圖1所示)，進而確定最優用能狀態數據，並形成最優用能狀態數據集，比如最優用能狀態數據表(或其它方式的數據集，比如由目錄文件通過連結關係連接的多個文檔來表達最優用能狀態數據集)。
方式二在線方式採集到實時數據，經過數據處理(以鍋爐為例，可以通過GB/T10180的方法，如上所述)得到實時用能狀態數據，和/或存入用能狀態數據表中。並創建或更新最優用能狀態數據集；所述創建最優用能狀態數據集可以是指，在當前的最優用能狀態數據集中沒有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中，形成最優用能狀態數據集；所述更新最優用能狀態數據集可以是指，在當前的最優用能狀態數據集中有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，如果當前的實時用能狀態數據比最優用能狀態數據集中當前的最優用能狀態數據更優，則以當前的實時用能狀態數據替代當前最優用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中。這裡的所述「對應」可以是指二者具有相同或相近的生產參數， 或其它對應方式。上述兩種情況是更新最優用能狀態數據集的過程，但不限於上述兩種情況，只要是在實時用能狀態數據處在最優用能狀態數據集之外或高於相同生產參數下的最優用能狀態的情況下，將這個新的實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集或替換其中某個最優用能狀態數據的方法都可以。對於在線更新方法，優選地以如下詳細描述加以說明若當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同，即生產參數相同的情況下，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於當前生產參數下的最優用能狀態的能效參數，則以當前的實時用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中替換當前最優用能狀態數據。若前者的能量利用效率大於後者，或前者的能耗小於後者，可以認為前者的能效參數大於後者的能效參數。若當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同，即生產參數不同的情況下，設置一個用於對用能狀態的生產參數進行比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時，根據當前的實時用能狀態的生產參數，由最優用能狀態數據集通過插值法得到當前用能狀態數據計算值，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於所述當前用能狀態數據計算值的能效參數， 則將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集，否則， 不操作或者將所述用能狀態數據計算值作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集；在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值時，將當前實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。當然也可以不用閾值而直接將當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數進行比較，這種情況下相當於閾值為零，因此該種情況也屬於上述具有閾值的情況，也應在本發明的保護範圍之內。上述在線方式下比較能效參數的時候，更優選地，可以設置一個由歸一化的生產參數的歐式距離定義的閾值，通過此閾值進行最優用能狀態數據表的更新。當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離是指當前實時用能狀態與當前最優用能狀態的歸一化的生產參數間的歐式距離。所述距離的計算在二維情況下根據勾股定理是二個維度平方和的開方，在三維情況下也是平方和的開方，因此推導到η維的情況下，也是平方和的開方，實際表達的是兩個值的差值。
當然也可以通過其它方式的閾值進行最優用能狀態數據表的更新，比如一個數值範圍。以下是一個在線更新及診斷的實施例。設用能狀態數據為a，生產參數的閾值為δ (表徵不同生產參數之間的距離，可以採用歸一化數據計算)，與當前實時用能狀態距離最近的最優用能狀態為Α，上述操作的示例說明如下①a在A的$之外，則將a添加到最優用能狀態；②a在A的I)之內，a與A的生產參數相同，如果a的能效參數高於A的能效
參數，則用a替換A——將a添加到最優用能狀態、刪除A ；如果a的能效參數低於A的能效參數，則觸發診斷；③a在A的之內，a與A的生產參數不同，通過插值法計算出一個最優用能
狀態數據A'，如果a的能效參數高於A'的能效參數，則將a添加到最優用能狀態；如果a 的能效參數低於A'的能效參數，則觸發診斷；④在上述②和③中，如果a的能效參數低於A或A'的能效參數，但經人為認可，也可生成新的最優用能狀態，並將a添加到新的最優用能狀態，保留A ；⑤根據設備的實時用能狀態變化情況，用戶可在任何時間人為確定一個新的最優用能狀態。在設備檢修/改造後，性能和用能狀態變化較大，原最優用能狀態不再適用，為了比較設備檢修/改造前後設備用能狀態的變化情況，從本次檢修/改造至上次檢修/改造之間的歷次保存的多個最優用能狀態中，選取一個最高的最優用能狀態，作為本次檢修/ 改造後的最優用能狀態。最高的一個最優用能狀態是指存在一個最優用能狀態，其各生產參數下的最優能效參數是最高的。3)採集設備運行數據，計算得到用以表徵實時用能狀態的實時用能狀態數據。以鍋爐為例，通過GB/T10180得到能效參數，再與此時的生產參數以及操作參數組成當前的實時用能狀態數據。實時用能狀態的數據結構與所述最優用能狀態的數據結構相同。4)周期性或隨機地將實時用能狀態與最優用能狀態比較。所述實時用能狀態與最優用能狀態的比較是指所述實時用能狀態的能效參數與最優用能狀態的能效參數的比較。如果實時用能狀態小於最優用能狀態，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動查找導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果。如果實時用能狀態大於最優用能狀態，則可以更新最優用能狀態數據集，即以當前實時用能狀態數據替換當前最優用能狀態數據；也可以不進行操作。如果發現實時用能狀態出現下降趨勢，則依據用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動查找導致其下降趨勢或下降的原因，並給出診斷結果。因此也可以用所述實時用能狀態下降包含實時用能狀態出現下降趨勢，比如能量利用效率下降或出現下降拐點，或能耗上升或出現上升拐點等均可以稱為實時用能狀態下降。所述實時用能狀態小於或大於最優用能狀態是指所述實時用能狀態的能效參數小於或大於最優用能狀態的能效參數。
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步驟4)的具體實施可以通過如下描述加以解釋如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同，而當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態的能效參數，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同，設置一個用於用能狀態的生產參數的比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時，通過插值法得到當前最優用能狀態計算值， 如果當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態計算值的能效參數，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；如果當前實時用能狀態的能效參數大於當前最優用能狀態計算值的能效參數，則將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中；如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值，則將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。結合圖3詳細說明用能狀態診斷樹的結構所述用能狀態診斷樹的事件分為頂層事件和其下的至少一層事件，用能狀態診斷樹的第一層是能效參數降低事件即頂層事件，或稱觸發事件，第二層是將那些最直接表現出能效參數變化的操作參數劃分成若干事件，各事件與第一層事件是邏輯或、與關係，第三層是在上述各事件下再分別對最直接影響到的其它操作參數劃分成若干事件，各事件與第二層事件是邏輯或、與關係，以此類推，每個邏輯分支的最低層的事件即為根本原因，當觸發診斷後，依據用能狀態診斷樹搜索，找到各級原因和/或根本原因。當用能狀態降低時觸發診斷，依據用能狀態診斷樹推理，不同類型、不同用途的設備具有不同的用能狀態診斷樹。可以用「能效參數降低」作為觸發事件，放在用能狀態診斷樹的頂層，最低層是基本事件，即引起用能狀態降低的「根本原因」，其他參數稱為中間事件，可以代表中間原因。 用能狀態診斷樹第一層中的中間事件是導致能效參數降低的因素，第二層中的中間事件是導致第一層事件發生的因素，以此類推，直至基本事件。類似於這種診斷樹的方式有很多，因此也可以用其它方式來表達用能狀態診斷樹，比如圖表的形式、以連結關係連接的目錄和目標文件的形式等等。結合圖4詳細說明診斷結果如果實時用能狀態低於最優用能狀態，即實時能效參數低於最優能效參數，則觸發用能狀態診斷，依據用能狀態診斷樹找出導致用能狀態降低的原因，輸出診斷結果。診斷結果可以包含觸發事件及其觸發時間、原因(包括根本原因和/或中間原因)、診斷結果解釋和建議措施。在診斷結果中可以查看用能狀態診斷樹的推理過程，可以編輯診斷結果解釋和建議措施部分的文字，然後保存，這樣可以存儲整個用能狀態的診斷過程，包括實時用能狀態、最優用能狀態、觸發事件、診斷結果解釋和建議措施，對事件的追憶。輸出診斷結果、診斷流程，以及能量平衡圖，其中診斷結果包括觸發事件、觸發事件、診斷結果解釋和建議措施；診斷流程是在圖形化的用能狀態診斷樹中標識出推理路徑；能量平衡圖是以圖形和數字形式描述設備界區內的各輸入輸出能量。本發明採用平臺化設計和面向對象的設計方法，設備對象以圖形化方式組態，對象中的屬性和方法同時創建。 應當指出，以上所述具體實施方式
可以使本領域的技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。因此，儘管本說明書參照附圖和實施例對本發明已進行了詳細的說明，但是，本領域技術人員應當理解，仍然可以對本發明進行修改或者等同替換， 而一切不脫離本發明的精神和範圍的技術方案及其改進，其均應涵蓋在本發明專利的保護範國當中。
權利要求
1.一種流程工業設備用能狀態診斷方法，包括以下步驟1)建立設備用能狀態診斷樹，所述用能狀態診斷樹是根據理論和/或生產實踐知識將用能狀態降低這一結果與導致這一結果的原因之間建立聯繫，所述結果和原因統稱為事件，並通過邏輯關係將所述事件之間加以聯繫，並控制所述事件搜索的方向；所述用能狀態降低是指實時用能狀態小於最優用能狀態；2)根據包括用能狀態數據的實際生產數據確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據，並以最優用能狀態數據集的形式存儲在資料庫中；所述用能狀態數據包含生產參數、能效參數和操作參數；所述生產參數包括生產負荷、 能源特性、原料種類、產品等級及數量，所述能效參數是衡量用能狀態的指標；所述操作參數用於對生產參數進行控制，同時又反映、影響能效參數；所述最優用能狀態是設備在正常運行過程中各生產參數對應的能效參數所發生過的最優能效參數；所述最優能效參數包括能量利用效率最高，或能耗最低；所述最優操作參數是指最優能效參數發生時的設備的操作參數；3)採集設備運行數據，得到代表實時用能狀態的實時用能狀態數據；所述實時用能狀態數據的結構與所述最優用能狀態數據的結構相同；4)將實時用能狀態與最優用能狀態比較，如果實時用能狀態小於最優用能狀態，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動查找導致實時用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；和/或如果實時用能狀態大於最優用能狀態，則更新最優用能狀態數據集，即以當前實時用能狀態數據替換當前最優用能狀態數據；所述實時用能狀態小於或大於最優用能狀態是指所述實時用能狀態的能效參數小於或大於最優用能狀態的能效參數。
2.根據權利要求1所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，步驟2)採用離線方式確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據；所述離線方式是從歷史資料庫中導出一定時間範圍的歷史數據，通過離線分析找出設備在此時間範圍內各個觀察周期的用能狀態數據，和/ 或存入用能狀態數據集，進而確定最優用能狀態數據，並形成最優用能狀態數據集。
3.根據權利要求1或2所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，步驟2)採用在線方式確定表徵最優用能狀態的最優用能狀態數據；所述在線方式是採集到實時數據，經過數據處理得到實時用能狀態數據，和/或存入用能狀態數據集，並創建或更新最優用能狀態數據集；所述創建最優用能狀態數據集是指，在當前的最優用能狀態數據集中沒有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中，形成最優用能狀態數據集；所述更新最優用能狀態數據集是指，在當前的最優用能狀態數據集中有對應於實時用能狀態數據的最優用能狀態數據的情況下，如果當前的實時用能狀態數據比最優用能狀態數據集中當前的最優用能狀態數據更優，則以當前的實時用能狀態數據替代當前最優用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中。
4.根據權利要求3所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述的更新最優用能狀態數據集是指在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同的情況下，即生產參數相同的情況下，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於當前生產參數下的最優用能狀態的能效參數，則以當前的實時用能狀態數據存入最優用能狀態數據集中替換當前最優用能狀態數據。
5.根據權利要求3所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述的更新最優用能狀態數據集是指在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同的情況下，即生產參數不同的情況下，設置一個用於對用能狀態的生產參數進行比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時， 根據當前的實時用能狀態的生產參數，由最優用能狀態數據集通過插值法得到與此生產參數對應的用能狀態數據的計算值，如果當前的實時用能狀態的能效參數大於所述用能狀態數據計算值的能效參數，則將當前的實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集；否則，不操作或者將所述用能狀態數據計算值作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集；在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值時，將當前實時用能狀態數據作為最優用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。
6.根據權利要求5所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述閾值是由歸一化的生產參數間的歐式距離定義的，當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離是指當前實時用能狀態與當前最優用能狀態的歸一化的生產參數間的歐式距1 O
7.根據權利要求1至6之一所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，步驟4)是指如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數相同，而當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態的能效參數，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；和/或如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數不同，設置一個用於對用能狀態的生產參數進行比較的閾值，在當前的實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離小於所述閾值時，通過插值法得到當前最優用能狀態計算值，如果當前實時用能狀態的能效參數小於當前最優用能狀態計算值的能效參數，則啟動用能狀態診斷樹進行用能狀態診斷，自動找出導致用能狀態下降的原因，並給出診斷結果；如果當前實時用能狀態的能效參數大於當前最優用能狀態計算值的能效參數，則將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中；和/或如果當前實時用能狀態的生產參數與當前最優用能狀態的生產參數的距離大於所述閾值，則將當前實時用能狀態數據添加到最優用能狀態數據集中。
8.根據權利要求1至7之一所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述用能狀態診斷樹的事件分為頂層事件和其下的至少一層事件，所述頂層事件即觸發事件，所述觸發事件包括實時用能狀態下降，所述頂層事件通過邏輯關係與其下的至少一層事件建立聯繫。
9.根據權利要求8所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述用能狀態診斷樹頂層事件其下的至少一層事件包括表示根本原因、處於最底層的基本事件，和/或表示中間原因的、處於頂層事件和基本事件之間的中間事件。
10.根據權利要求1至9之一所述的用能狀態診斷方法，其特徵在於，所述用能狀態診斷樹給出的所述診斷結果包括觸發事件及其觸發時間、原因、診斷結果解釋和/或建議措施；和/或在診斷結果中查看用能狀態診斷樹的推理過程，和/或編輯診斷結果解釋和建議措施部分的文字並保存；和/或用能狀態診斷樹還輸出診斷流程和/或能量平衡圖；所述診斷流程是在圖形化的用能狀態診斷樹中標識出推理路徑；所述能量平衡圖是以圖形和數字形式描述設備界區內的各輸入輸出能量。
全文摘要
本發明以流程工業設備為分析、診斷對象，以設備的生產參數、能效參數和操作參數描述其用能狀態。在設備運行過程中，採集設備的生產過程數據，確定其最優用能狀態。根據專家知識建立設備用能狀態的用能狀態診斷樹，將實時能效參數與最優能效參數比較。如果設備的實時用能狀態低於最優用能狀態，則觸發診斷，然後依據用能狀態診斷樹推理，推理結束時給出原因和建議措施。本發明可對各種流程工業中使用燃料、電力和熱力等能源設備進行用能狀態監視和診斷，具有通用性。
文檔編號G05B23/02GK102231081SQ20111020138
公開日2011年11月2日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年6月14日
發明者王學雷 申請人:北京三博中自科技有限公司