胜利埕岛海上油田电器设备维修自动化探索（下）
日期：2008-10-19 12:45:31 来源：中国自动化网
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四、远程在线诊断技术
（一）“设备故障诊断”新概念
设备故障诊断不是简单的“设备坏了检查出来并修好”，其任务是监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修。设备故障诊断的目的是：
1、能及时地、正确地对各种异常状态或故障状态作出诊断、预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障损失降到最低水平。
2、保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的检测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用。
3、通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。
总起来说，设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取更大的经济效益和社会效益。
（二）远程在线诊断系统设计构想
随着电子技术的进步和传感器技术、计算机技术、信息处理技术、现场总线技术等的发展,在线诊断系统已成为设备维修的一个发展趋势。它的设计方案很多，下面的构想是一种利用Internet的先进方案。大型企业往往与技术实力雄厚的科研院所合作建立远程故障诊断系统，通过Internet与生产企业连接。在企业建立一个实时故障检测系统，及时地发现生产过程的故障，迅速地进行诊断。在本地的故障诊断系统无法解决时，利用Internet访问远程故障诊断中心，通过技术实力雄厚的科研院所来解决这些故障，及时地恢复生产，也有效地实现了技术资源共享。
１、远程故障诊断系统的结构
远程故障诊断系统主要有数据采集单元、实时监控单元、故障诊断单元及远程故障诊断中心几个部分组成。其系统结构如图所示。
（１）数据采集单元
数据采集处理的工作主要是由各种各样的采集卡完成的，采集卡主要是各种信号传感器。利用这些传感器获取设备的运行状态参数（各种信号）。这其中既包括采集振动信号，如速度、加速度及位移，也包括采集一些非振动信号如温度及压力等等。同时，数据采集单元也完成一些基本的信号处理工作，即信号处理（交直分离、信号滤波、信号放大）、A／D转换（信号采集）、采样控制、信号预处理（异常值处理及标定），以完成信号采集的基本功能。这些信号参数是判断系统是否正常运行的基本原始数据。
（2）实时监控单元
实时监控单元通过实时检测监视模块，将数据采集处理单元采集的最底层设备运行状态信息写入设备状态检测数据库，显示模块在屏幕上显示设备的运行状况，对故障进行报警和诊断。同时，在本地无法完成故障诊断功能时，它还要完成与远程故障诊断中心之间的通信，将故障信号转换成可以被远程故障诊断中心可以识别的信号，传到数据库服务器，然后通过Internet将信息传输到远程故障诊断中心，寻求诊断方案。在远程故障诊断中心完成了故障诊断之后，利用Internet接受诊断方案时，实时监控单元还需要接受由数据库服务器接受回来的诊断信息，并将诊断方案显示出来。
（3）远程故障诊断中心
远程故障诊断中心是该故障诊断系统的核心。主要由知识库、数据库、模糊推理模块、知识库管理系统、维修管理系统和机器学习模块组成。
模糊推理模块是远程故障诊断系统的核心，主要完成由故障现象寻找故障原因的过程，采用模糊反向推理算法和基于小波分析算法实现多种有效的推理、利于冲突消解策略，按感官与直觉信息设备外诊断到内诊断规则——规则置信度由大到小——规则本身被存储顺序选取。模糊规则的匹配及结论置信度的计算由匹配函数决定，而结论的置信度为规则的前提和数据库事实的匹配值和规则置信度的乘积。
知识库包括规则库、概念库和图形库，是远程诊断系统的知识部分。图形库是推理中提供检验信息的图形集合。概念库是规则的基础，规则降是由概念库自动生成的。知识管理库对知识进行管理和控制，完成对知识的各类操作。随着设备的不断运行，可能出现新的故障或原来的知识库中知识不正确等问题，机器学习就是自动地维修、记录库，发现新的知识来完善原有的知识库。
２、系统的故障诊断处理策略
基于Internet的远程故障诊断系统，对系统的故障采用二级诊断的结构方式，即本地诊断和远程诊断。
本地诊断是指系统中的实时故障诊断和系统监测进程，实时地将设备状态信息写入状态检测数据库中。一旦系统发生故障，首先由实时检测监视模块将系统的故障定位到子系统级，并将故障的故障信息实时保存到状态检测数据库中，然后由系统中的本地故障诊断专家系统单元对系统进行诊断。如果本地的故障专家系统单元不能诊断出系统故障原因，则通过远程故障诊断单元进行远程诊断。它的工作过程是运用Internet的E－mail功能向远程故障诊断中心发出故障诊断请求；接到请求后，通过由Internet传输过来的有关故障现象的信息和通过小波变换提取出故障的信号特征；由信号特征曲线并结合故障诊断知识库的信息，运用推理机进行推理，判断出故障。故障诊断系统反馈图如图所示。
３、远程故障诊断系统的功能
基于Internet的远程故障诊断系统实现了以下几个功能：
（1）远程诊断可实现各地的专家通过Internet异地会诊；
（2）远程诊断可实现全国范围内的诊断知识库和数据库共享，建立全国性的诊断知识库和诊断数据库；
（3）远程诊断可实现系统从生产安装到运行的全寿命管理，为设备运行性能的提高和改善提供可靠的保障；
（4）远程诊断采用Web开放式系统结构，新入网的系统可以共享网上的所有资源，便于技术的普及和推广；
（5）远程诊断能够加强科研院所和生产企业的技术合作，提高企业的生产管理水平和科研院所的技术研究水平。
五、海上电器设备维修自动化前景展望
目前，在硬件方面，海上已经实施了电力自动化一期工程，二期、三期、四期工程也将陆陆续续开始施工，这样，整个海上电器设备将实现自动化管理，大大提高了电器设备的管理水平。公司海上自动化系统逐渐趋于完善，带有自诊断功能和微机通信接口的元器件也越来越普及。软件方面，分公司的电工培训取得一定成效，拥有《电工特种作业操作证》的采油工（现场紧急操作人员）在逐渐增加；以维修大队电器队为代表的电工队伍经过多年实践，已积累了丰富的维修经验；科研所、设计院、石油大学、青岛海洋大学等科研技术院所的科研技术水平越来越高，紧急判断现场故障并提出维修建议的能力也越来越强。
当硬件条件成熟时，我们可以建立这样的在线诊断系统：平台、公司调度室、科研院所均能在线实时监控各电器设备的运行情况，当发现设备运行存在出现异常先兆或故障时，可由本地故障诊断系统对其进行分析，遥控指挥平台紧急操作人员对线路、元器件进行预防处理或应急处理；平台人员不能维修的，由维修大队专业技术人员根据监测状况在线指导处理；若诊断情况在线指导仍不能解决问题时，可通过网络请求科研院所的专家诊断系统进行远程诊断。每一次新故障的解决都将充实到诊断数据库中，使数据库不断丰富。这将大大缩短抢修时间，提前处理故障隐患，节约维修费用，将损失减少到最低从而真正达到“视情维修”。
同时，电力自动化技术和远程故障在线诊断两大技术的综合利用也是实现海上电器设备维修自动化的关键。如22A平台高压进线柜绝缘子老化严重，这时就可通过电力自动化系统对电网负荷的调整，通过22A去25B平台的出线柜返送电，然后利用气象好的时候出海作业更换出现故障的高压开关柜的绝缘子，这样，就在无人值守的情况下，实现了电器设备快速隔离，快速修复的目的，可大大提高电器设备管理水平，提高整个海上电网运行效率，提高油井生产时率，产生最佳经济效益。
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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设备故障诊断不是简单的“设备坏了检查出来并修好”，其任务是监视设备的状态，判断其是否正常；预测和诊断设备的故障并消除故障；指导设备的管理和维修。设备故障诊断的目的是：
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1、能及时地、正确地对各种异常状态或故障状态作出诊断、预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障损失降到最低水平。
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2、保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的检测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用。
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3、通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。
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总起来说，设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行，又要获取更大的经济效益和社会效益。
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（二）远程在线诊断系统设计构想
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随着电子技术的进步和传感器技术、计算机技术、信息处理技术、现场总线技术等的发展,在线诊断系统已成为设备维修的一个发展趋势。它的设计方案很多，下面的构想是一种利用Internet的先进方案。大型企业往往与技术实力雄厚的科研院所合作建立远程故障诊断系统，通过Internet与生产企业连接。在企业建立一个实时故障检测系统，及时地发现生产过程的故障，迅速地进行诊断。在本地的故障诊断系统无法解决时，利用Internet访问远程故障诊断中心，通过技术实力雄厚的科研院所来解决这些故障，及时地恢复生产，也有效地实现了技术资源共享。
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１、远程故障诊断系统的结构
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远程故障诊断系统主要有数据采集单元、实时监控单元、故障诊断单元及远程故障诊断中心几个部分组成。其系统结构如图所示。
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（１）数据采集单元
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数据采集处理的工作主要是由各种各样的采集卡完成的，采集卡主要是各种信号传感器。利用这些传感器获取设备的运行状态参数（各种信号）。这其中既包括采集振动信号，如速度、加速度及位移，也包括采集一些非振动信号如温度及压力等等。同时，数据采集单元也完成一些基本的信号处理工作，即信号处理（交直分离、信号滤波、信号放大）、A／D转换（信号采集）、采样控制、信号预处理（异常值处理及标定），以完成信号采集的基本功能。这些信号参数是判断系统是否正常运行的基本原始数据。
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（2）实时监控单元
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实时监控单元通过实时检测监视模块，将数据采集处理单元采集的最底层设备运行状态信息写入设备状态检测数据库，显示模块在屏幕上显示设备的运行状况，对故障进行报警和诊断。同时，在本地无法完成故障诊断功能时，它还要完成与远程故障诊断中心之间的通信，将故障信号转换成可以被远程故障诊断中心可以识别的信号，传到数据库服务器，然后通过Internet将信息传输到远程故障诊断中心，寻求诊断方案。在远程故障诊断中心完成了故障诊断之后，利用Internet接受诊断方案时，实时监控单元还需要接受由数据库服务器接受回来的诊断信息，并将诊断方案显示出来。
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（3）远程故障诊断中心
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模糊推理模块是远程故障诊断系统的核心，主要完成由故障现象寻找故障原因的过程，采用模糊反向推理算法和基于小波分析算法实现多种有效的推理、利于冲突消解策略，按感官与直觉信息设备外诊断到内诊断规则——规则置信度由大到小——规则本身被存储顺序选取。模糊规则的匹配及结论置信度的计算由匹配函数决定，而结论的置信度为规则的前提和数据库事实的匹配值和规则置信度的乘积。
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知识库包括规则库、概念库和图形库，是远程诊断系统的知识部分。图形库是推理中提供检验信息的图形集合。概念库是规则的基础，规则降是由概念库自动生成的。知识管理库对知识进行管理和控制，完成对知识的各类操作。随着设备的不断运行，可能出现新的故障或原来的知识库中知识不正确等问题，机器学习就是自动地维修、记录库，发现新的知识来完善原有的知识库。
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２、系统的故障诊断处理策略
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基于Internet的远程故障诊断系统，对系统的故障采用二级诊断的结构方式，即本地诊断和远程诊断。
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３、远程故障诊断系统的功能
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（1）远程诊断可实现各地的专家通过Internet异地会诊；
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（2）远程诊断可实现全国范围内的诊断知识库和数据库共享，建立全国性的诊断知识库和诊断数据库；
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（3）远程诊断可实现系统从生产安装到运行的全寿命管理，为设备运行性能的提高和改善提供可靠的保障；
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（4）远程诊断采用Web开放式系统结构，新入网的系统可以共享网上的所有资源，便于技术的普及和推广；
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（5）远程诊断能够加强科研院所和生产企业的技术合作，提高企业的生产管理水平和科研院所的技术研究水平。
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五、海上电器设备维修自动化前景展望
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目前，在硬件方面，海上已经实施了电力自动化一期工程，二期、三期、四期工程也将陆陆续续开始施工，这样，整个海上电器设备将实现自动化管理，大大提高了电器设备的管理水平。公司海上自动化系统逐渐趋于完善，带有自诊断功能和微机通信接口的元器件也越来越普及。软件方面，分公司的电工培训取得一定成效，拥有《电工特种作业操作证》的采油工（现场紧急操作人员）在逐渐增加；以维修大队电器队为代表的电工队伍经过多年实践，已积累了丰富的维修经验；科研所、设计院、石油大学、青岛海洋大学等科研技术院所的科研技术水平越来越高，紧急判断现场故障并提出维修建议的能力也越来越强。
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当硬件条件成熟时，我们可以建立这样的在线诊断系统：平台、公司调度室、科研院所均能在线实时监控各电器设备的运行情况，当发现设备运行存在出现异常先兆或故障时，可由本地故障诊断系统对其进行分析，遥控指挥平台紧急操作人员对线路、元器件进行预防处理或应急处理；平台人员不能维修的，由维修大队专业技术人员根据监测状况在线指导处理；若诊断情况在线指导仍不能解决问题时，可通过网络请求科研院所的专家诊断系统进行远程诊断。每一次新故障的解决都将充实到诊断数据库中，使数据库不断丰富。这将大大缩短抢修时间，提前处理故障隐患，节约维修费用，将损失减少到最低从而真正达到“视情维修”。
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同时，电力自动化技术和远程故障在线诊断两大技术的综合利用也是实现海上电器设备维修自动化的关键。如22A平台高压进线柜绝缘子老化严重，这时就可通过电力自动化系统对电网负荷的调整，通过22A去25B平台的出线柜返送电，然后利用气象好的时候出海作业更换出现故障的高压开关柜的绝缘子，这样，就在无人值守的情况下，实现了电器设备快速隔离，快速修复的目的，可大大提高电器设备管理水平，提高整个海上电网运行效率，提高油井生产时率，产生最佳经济效益。
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