中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)的分布式遠程監測與診斷技術(shù)研究

作者 / 王金躍¹ 陸海強¹ 錢(qián)進(jìn)¹ 包偉峰¹ 汪興旺² 楊健標²

　　1.嘉興市恒創(chuàng )電力設備有限公司(浙江 嘉興 314001) 2.浙江聚弘凱電氣有限公司(浙江 臨安 311300)

　　*基金項目：嘉興市科學(xué)技術(shù)局重點(diǎn)科技計劃項目: 中壓環(huán)保型設備的設計、開(kāi)發(fā)與制造(編號：2016BY18061)

　　王金躍(1977-)男，碩士，研究方向：電氣成套設備，環(huán)保新能源設備，新能源與電動(dòng)汽車(chē)充電設施開(kāi)發(fā)等。

摘要：為提高環(huán)保工程中壓環(huán)保型設備遠程監測與診斷能力，針對環(huán)保工程中壓環(huán)保型設備的狀態(tài)監測方式與控制策略單一的問(wèn)題，本文首先分析當前工業(yè)過(guò)程分布式故障診斷方式與方法，研究多智能體體系與結構，建立基于多智能體的環(huán)保工程中壓環(huán)保型設備分布式遠程監測與診斷體系結構，分析分布式故障診斷體系結構特點(diǎn)、框架以及策略;并在此基礎上，基于遺傳算法建立分布式故障診斷體系結構的通信模型，探索分布式故障診斷協(xié)同優(yōu)化機理;最后研究建立多智能體的分布式故障診斷運行機制，為判斷設備的運行狀況、分析設備的故障原因、提供科學(xué)檢修的依據、降低設備維修和維護成本、提供決策信息與保證生產(chǎn)安全提供參考，擴展環(huán)保工程分布式故障診斷理論的發(fā)展和應用。

引言

　　針對電力工程中壓環(huán)保型設備的故障診斷方式與控制策略單一的問(wèn)題，本文首先分析當前電力工程中壓環(huán)保型設備故障診斷方式與方法，通過(guò)電力工程中壓環(huán)保型設備故障診斷內在機理分析，在系統闡述智能體特性、結構、功能基礎上，研究多智能體體系與結構，建立基于多智能體的電力工程中壓環(huán)保型設備遠程運行狀態(tài)監測與故障診斷體系結構，分析分布式故障診斷體系結構特點(diǎn)、框架以及策略，并在此基礎上基于遺傳算法建立分布式故障診斷體系結構的通信模型，探索分布式故障診斷協(xié)同優(yōu)化機理;最后建立多智能體的分布式故障診斷運行機制，研究基于多智能體的電力工程中壓環(huán)保型設備遠程運行狀態(tài)監測與故障診斷應用，為判斷設備的運行狀況、分析設備的故障原因、提供科學(xué)檢修的依據、降低設備維修和維護成本、提供決策信息與保證生產(chǎn)安全，提供保障支持，提高工業(yè)過(guò)程控制能力，為分布式狀態(tài)采集與分析，以及智能判斷評估提供參考，擴展環(huán)保工程分布式故障診斷理論的發(fā)展和應用。

1 中壓環(huán)保型設備分布式遠程狀態(tài)監測體系

1.1 分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測

　　分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測由分散過(guò)程監控單元、集中管理單元、通信單元構成。在實(shí)際應用中，分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測的構成方式比較靈活多變，通過(guò)采用管理計算機模塊，也可通過(guò)通用工業(yè)服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器建實(shí)時(shí)現場(chǎng)，實(shí)現數據采集和控制，并采用數據通信網(wǎng)絡(luò )傳遞到管理監控級的計算機里面^[6-8]。

　　分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測拓撲結構由組織管理層、任務(wù)控制層和底層設備層構成。分布式現代工業(yè)過(guò)程控制系統拓撲結構組織管理層負責實(shí)現產(chǎn)品信息的收集、存儲、分發(fā)和總結，最終具備整體調度和優(yōu)化控制，同時(shí)可以實(shí)現企業(yè)內部局域網(wǎng)連接，為分布式中壓環(huán)保型設備質(zhì)量管理、資源管理進(jìn)行連接。管理計算機作為分布式中壓環(huán)保型設備的控制器構成了分布式中壓環(huán)保型設備的任務(wù)控制層，通過(guò)企業(yè)內部局域網(wǎng)提供組織管理層所需要的產(chǎn)品信息，同時(shí)通過(guò)控制方式和機制控制任務(wù)，實(shí)現分布式中壓環(huán)保型設備的優(yōu)化運行。底層設備層則由不同的生產(chǎn)設備聯(lián)合組成。分布式中壓環(huán)保型設備的各子模塊具有獨立特性與協(xié)同特性。分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測控制結構如圖1所示。

　　中央集中管理單元和車(chē)間操作單元想要聯(lián)系與配合，全部控制任務(wù)由組織管理層通知給任務(wù)控制層和底層設備層。如果出現異常，分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測系統可能出現局部或者全部故障信息。

1.2 基于多智能體的分布式控制

　　智能體理論是分布式領(lǐng)域與人工智能研究領(lǐng)域的重要研究問(wèn)題之一，己被認為是設計和構建分布式工程以及智能應用的新一代發(fā)展方向。智能體定義是一種特定狀態(tài)，能夠獲取外界環(huán)境，同時(shí)可以利用自身功能與機理對獲取信息進(jìn)行加工與處理，完成既定任務(wù)的軟件或者硬件實(shí)體。智能體集成不同的方法以及封裝不同的機能，可以利用協(xié)作方式與其他智能體進(jìn)行信息場(chǎng)地與通訊，通過(guò)相互之間協(xié)作可以完成綜合目標，優(yōu)勢互補，聯(lián)合實(shí)現既定的任務(wù)^[9-11]。多智能體系統是基于多個(gè)智能體相互協(xié)作來(lái)完成預設的任務(wù)的體系結構。針對不同的研究問(wèn)題提出了不同的智能體的定義與模型，其中主要流行與認可的是wooldridge等人提出的智能體的弱性描述和強性描述方法。

　　分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測的信息共享采用基于OPC接口標準的通信方式，避免不同控制系統的差異性和兼容性，提升了系統的擴展能力和兼容能力。分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測協(xié)同機制，不僅方便控制系統的實(shí)施，并且為智能體提供了封裝模式與方法，有效將現有的軟硬件模塊打包成某一個(gè)智能體結構。通過(guò)智能體結構間協(xié)同完成預設任務(wù)?；诙嘀悄荏w結構的分布自治思想、分層優(yōu)化模式和協(xié)同工作機理，建立一種基于多智能體結構的分布式中壓環(huán)保型設備遠程監測體系結構，如圖2所示。

　　多智能體系統是由若干個(gè)智能體組合而成的松散耦合的協(xié)作網(wǎng)絡(luò )。這些智能體能夠感知環(huán)境和網(wǎng)絡(luò )中其他智能體交互信息。通過(guò)對自身信息的更新和與其他智能體間的競爭與合作來(lái)完成對實(shí)際復雜問(wèn)題的求解，體現整個(gè)系統的智能性。

　　基于多智能體結構的中壓環(huán)保型設備分布式遠程運行狀態(tài)監測與診斷體系包括以下智能體：產(chǎn)品管理智能體、資源調度智能體、現場(chǎng)管理智能體、過(guò)程故障診斷智能體，人機接口智能體和過(guò)程管理智能體，各智能體的基本功能和結構如下：

　　(1)信息采集與傳送智能體

　　信息采集與傳送智能體是實(shí)現全局產(chǎn)品管理，實(shí)現對企業(yè)產(chǎn)品管理與控制，不同智能體的協(xié)同與管理，中壓環(huán)保型設備制的優(yōu)化運行，管理各智能體的信息發(fā)布與權限管理;為資源計劃接口智能體獲取產(chǎn)品管理信息，達到智能體的信息共享;實(shí)現與資源調度智能體協(xié)同管理，具備產(chǎn)品過(guò)程信息監督功能，對系統管理智能體的運行狀態(tài)進(jìn)行監測，具備產(chǎn)品過(guò)程信息宏觀(guān)監督功能;與系統管理智能體傳遞運行信息，具備設備過(guò)程信息監控功能;與其他智能體的通訊等功能。

　　(2)人機接口智能體

　　人機接口智能體主要實(shí)現信息采集以及與傳送智能體信息共享，獲取設備運行據息，分析運行狀態(tài)數據。同時(shí)實(shí)現分布式遠程運行狀態(tài)監測與診斷，與企業(yè)已有的資源計劃系統或者產(chǎn)品控制系統的信息交互對接，為用戶(hù)瀏覽資源計劃接口智能體獲得的執行任務(wù)通過(guò)接口。人機接口智能體完成用戶(hù)與控制系統的通訊與對接，形成多智能體架構的通信機理與運行模式。

　　(3)系統管理智能體

　　系統管理智能體是信息采集與傳送智能體和人機接口智能體的中介，主要負責協(xié)同與協(xié)調現場(chǎng)管理智能體功能。系統管理智能體實(shí)現與采集與傳送智能體信息共享息，接受靜態(tài)任務(wù)和宏觀(guān)任務(wù)，資源調度智能體的歸屬現場(chǎng)管理智能體實(shí)現管理與協(xié)調，完成產(chǎn)品管理智能體預設的任務(wù)，實(shí)現任務(wù)的監控，并配備相應的制造資源，具體由現場(chǎng)管理智能體完成。同時(shí)資源調度智能體從現場(chǎng)管理智能體獲得中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)信息并傳送給其他智能體，對預設任務(wù)的完成狀態(tài)和中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)進(jìn)行監控，并發(fā)布給系統管理智能體，實(shí)現預設任務(wù)的評判、優(yōu)化，如圖3所示。

　　(4)過(guò)程監測診斷智能體

　　過(guò)程故障診斷智能體由協(xié)作智能體完成將通訊信息傳遞給其它平行結構中的其他智能體，再傳遞給目標智能體。多智能體體系框架內的智能體根據某一種方法，例如就近原則、單元原則等，形成不同的智能體水平結構，每個(gè)水平結構同時(shí)包含由多個(gè)智能體。多個(gè)智能體相互協(xié)作，合理分配任務(wù)，可以有效獲取工業(yè)過(guò)程的故障信息，同時(shí)按照既定目標，可以完成綜合設定的目標。

　　過(guò)程故障診斷智能體實(shí)現對中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監測，不僅實(shí)現智能體件信息共享，同時(shí)完成任務(wù)的分解，對分解預設任務(wù)進(jìn)行控制與運作，具備產(chǎn)品信息的快速獲取、分析和存儲，故障模式分析、故障溯源等。過(guò)程故障診斷智能體可以實(shí)現對產(chǎn)品信息狀態(tài)評測和判斷，并對早起異常信息做出預警預測，現場(chǎng)管理智能體的結構如圖4所示。

　　多智能體系統內部智能體間進(jìn)行通信，完成求解問(wèn)題，也是能夠形成推斷和決策動(dòng)作功能的具有智能思維與智能任務(wù)的實(shí)體，其具有自治性、反應性、主動(dòng)性、社會(huì )性、進(jìn)化性五個(gè)基本特征。