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

作者 / 王金躍¹ 陸海強¹ 錢進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：嘉興市科學技術(shù)局重點科技計劃項目: 中壓環(huán)保型設備的設計、開發(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，新能源與電動汽車充電設施開發(fā)等。

摘要：為提高環(huán)保工程中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)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(jiān)測方式與控制策略單一的問題，本文首先分析當前工業(yè)過程分布式故障診斷方式與方法，研究多智能體體系與結(jié)構(gòu)，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(jiān)測與診斷體系結(jié)構(gòu)，分析分布式故障診斷體系結(jié)構(gòu)特點、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(jié)構(gòu)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、提供科學檢修的依據(jù)、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，通過電力工程中壓環(huán)保型設備故障診斷內(nèi)在機理分析，在系統(tǒng)闡述智能體特性、結(jié)構(gòu)、功能基礎上，研究多智能體體系與結(jié)構(gòu)，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(jiān)測與故障診斷體系結(jié)構(gòu)，分析分布式故障診斷體系結(jié)構(gòu)特點、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(jié)構(gòu)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(jiān)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、提供科學檢修的依據(jù)、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(jiān)測體系

1.1 分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測

　　分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測由分散過程監(jiān)控單元、集中管理單元、通信單元構(gòu)成。在實際應用中，分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測的構(gòu)成方式比較靈活多變，通過采用管理計算機模塊，也可通過通用工業(yè)服務器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器建實時現(xiàn)場，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并采用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡傳遞到管理監(jiān)控級的計算機里面^[6-8]。

　　分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測拓撲結(jié)構(gòu)由組織管理層、任務控制層和底層設備層構(gòu)成。分布式現(xiàn)代工業(yè)過程控制系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)組織管理層負責實現(xiàn)產(chǎn)品信息的收集、存儲、分發(fā)和總結(jié)，最終具備整體調(diào)度和優(yōu)化控制，同時可以實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)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(gòu)成了分布式中壓環(huán)保型設備的任務控制層，通過企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)提供組織管理層所需要的產(chǎn)品信息，同時通過控制方式和機制控制任務，實現(xiàn)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(jiān)測控制結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　中央集中管理單元和車間操作單元想要聯(lián)系與配合，全部控制任務由組織管理層通知給任務控制層和底層設備層。如果出現(xiàn)異常，分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測系統(tǒng)可能出現(xiàn)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域與人工智能研究領域的重要研究問題之一，己被認為是設計和構(gòu)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，同時可以利用自身功能與機理對獲取信息進行加工與處理，完成既定任務的軟件或者硬件實體。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行信息場地與通訊，通過相互之間協(xié)作可以完成綜合目標，優(yōu)勢互補，聯(lián)合實現(xiàn)既定的任務^[9-11]。多智能體系統(tǒng)是基于多個智能體相互協(xié)作來完成預設的任務的體系結(jié)構(gòu)。針對不同的研究問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(jiān)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(tǒng)的差異性和兼容性，提升了系統(tǒng)的擴展能力和兼容能力。分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測協(xié)同機制，不僅方便控制系統(tǒng)的實施，并且為智能體提供了封裝模式與方法，有效將現(xiàn)有的軟硬件模塊打包成某一個智能體結(jié)構(gòu)。通過智能體結(jié)構(gòu)間協(xié)同完成預設任務?；诙嘀悄荏w結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的分布式中壓環(huán)保型設備遠程監(jiān)測體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

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

　　基于多智能體結(jié)構(gòu)的中壓環(huán)保型設備分布式遠程運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷體系包括以下智能體：產(chǎn)品管理智能體、資源調(diào)度智能體、現(xiàn)場管理智能體、過程故障診斷智能體，人機接口智能體和過程管理智能體，各智能體的基本功能和結(jié)構(gòu)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現(xiàn)全局產(chǎn)品管理，實現(xiàn)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(quán)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;實現(xiàn)與資源調(diào)度智能體協(xié)同管理，具備產(chǎn)品過程信息監(jiān)督功能，對系統(tǒng)管理智能體的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，具備產(chǎn)品過程信息宏觀監(jiān)督功能;與系統(tǒng)管理智能體傳遞運行信息，具備設備過程信息監(jiān)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現(xiàn)信息采集以及與傳送智能體信息共享，獲取設備運行據(jù)息，分析運行狀態(tài)數(shù)據(jù)。同時實現(xiàn)分布式遠程運行狀態(tài)監(jiān)測與診斷，與企業(yè)已有的資源計劃系統(tǒng)或者產(chǎn)品控制系統(tǒng)的信息交互對接，為用戶瀏覽資源計劃接口智能體獲得的執(zhí)行任務通過接口。人機接口智能體完成用戶與控制系統(tǒng)的通訊與對接，形成多智能體架構(gòu)的通信機理與運行模式。

　　(3)系統(tǒng)管理智能體

　　系統(tǒng)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(diào)現(xiàn)場管理智能體功能。系統(tǒng)管理智能體實現(xiàn)與采集與傳送智能體信息共享息，接受靜態(tài)任務和宏觀任務，資源調(diào)度智能體的歸屬現(xiàn)場管理智能體實現(xiàn)管理與協(xié)調(diào)，完成產(chǎn)品管理智能體預設的任務，實現(xiàn)任務的監(jiān)控，并配備相應的制造資源，具體由現(xiàn)場管理智能體完成。同時資源調(diào)度智能體從現(xiàn)場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，對預設任務的完成狀態(tài)和中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)進行監(jiān)控，并發(fā)布給系統(tǒng)管理智能體，實現(xiàn)預設任務的評判、優(yōu)化，如圖3所示。

　　(4)過程監(jiān)測診斷智能體

　　過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(jié)構(gòu)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(nèi)的智能體根據(jù)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(jié)構(gòu)，每個水平結(jié)構(gòu)同時包含由多個智能體。多個智能體相互協(xié)作，合理分配任務，可以有效獲取工業(yè)過程的故障信息，同時按照既定目標，可以完成綜合設定的目標。

　　過程故障診斷智能體實現(xiàn)對中壓環(huán)保型設備運行狀態(tài)動態(tài)監(jiān)測，不僅實現(xiàn)智能體件信息共享，同時完成任務的分解，對分解預設任務進行控制與運作，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。過程故障診斷智能體可以實現(xiàn)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(xiàn)場管理智能體的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　多智能體系統(tǒng)內(nèi)部智能體間進行通信，完成求解問題，也是能夠形成推斷和決策動作功能的具有智能思維與智能任務的實體，其具有自治性、反應性、主動性、社會性、進化性五個基本特征。