基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统

摘要

本发明的名称为基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统。属于能源管理和节能技术领域。它主要是解决现有的能源管理系统无法对运行自动筛选设备状态得到精确的能效差异和安全运行状态差异的问题。它的主要特征是：包括在线分析模块、离线分析模块、时比分析模块和类比分析模块；在线分析模块实现设备能效和安全的实时在线诊断；离线分析模块记录设备相关的能效和安全的参数变量值；通过时比分析模块和类比分析模块，综合诊断得到设备的能效和安全的节能改进策略建议。本发明解决了大数据、多变量类型、设备工序繁杂条件下能效差异和运行状态差异的诊断问题，主要用于提升能源信息管理平台的实际应用节能效果。

说明书

技术领域

本发明属于能源管理和节能技术领域，具体涉及一种基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统。

背景技术

当前，能源短缺和环境污染问题已成为全球性的问题，国家高度重视节能减排工作，针对企业的能源使用的考核与监管日趋严格，同时提高能源使用效率本身也是企业提高竞争力，实现可持续发展的内在驱动力。在企业层面，随着各种节能项目的应用，单位产品能耗的下降的难度越来越大，越来越多的企业通过建设综合能源信息管理平台，完善能源统计监测体系，从而提高能源综合管理水平，实现综合系统节能。

在现有的能源信息管理平台中，其实现节能方式都是首先建立能源数据的采集计量体系，在详细的能源信息计量的基础上，实现重点设备、各能源介质、工序和产品能耗能效指标的统计。因各种工业现场设备运行状态一直处于变化状态，反映设备和工序能效和运行安全的参数种类不同，数据量大，在现有的能源管理系统中仅仅实现能效指标和安全运行参数的数据汇总，仅能按时间顺序提供系统采集的数据集，无法对运行自动筛选设备状态得到精确的能效差异和安全运行状态差异。一种基于实时在线分析和模拟离线分析的能效与安全诊断技术通过数据滚动循环计算，结合系统数据的采集周期和特定状态周期分配，解决了大数据、多变量类型、设备工序繁杂条件下能效差异和运行状态差异的诊断问题，提升了能源信息管理平台实际应用节能效果

发明内容

本发明针对上述现有技术存在的问题，提供一种基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统，通过数据滚动循环计算，结合系统数据的采集周期和特定状态周期分配，解决了大数据、多变量类型、设备工序繁杂条件下能效差异和运行状态差异的诊断问题。

本发明的技术解决方案是：一种基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统，其特征在于：包括在线分析模块、离线分析模块、时比分析模块和类比分析模块；所述在线分析模块，根据设备和工序特征，确定设备和工段的能效及安全工艺参数变量，进行数据的运算和处理，根据当前时段均值与历史时段均值的差异，实现设备能效和安全的实时在线诊断；所述离线分析模块包括历史数据记录模块，记录设备相关的能效和安全的参数变量值；所述时比分析模块用于获得设备参数在不同时段的状态差异；所述类比分析模块用于获得多个设备在选定时段的状态差异；通过时比分析模块和类比分析模块，综合诊断得到设备的能效和安全的节能改进策略建议。

本发明的技术解决方案中所述的在线分析模块包括数据采集模块、数据处理模块和诊断模块；所述数据采集模块根据设备和工序特征，确定设备和工段的能效及安全工艺参数变量；所述数据处理模块获取数据采集模块的数据，进行数据的运算和处理；所述诊断模块根据当前时段均值与历史时段均值的差异，实现设备能效和安全的实时在线诊断。

本发明的技术解决方案中所述的数据采集模块按一定的周期间隔t采集设备或工段相关的能效和运行安全的工艺参数变量，将变量值分别定义为A

所述数据处理模块根据设备的运行参数，得到设备运行状态变化的时刻及变化后的状态值S，当设备处于运行状态定义为1，当设备处于停机状态定义为0；设定时间同期T，当在一个时间同期T内，设备状态全部为1时则记录该周期有效，否则记为无效；计算设定时间同期T各变量的均值，按日历时间，再分别计算获取在设备正常运行状态下的日均值、月均值、前三月均值和历史均值；

所述诊断模块将当前时间周期均值与计算获取在设备正常运行状态下的日均值、月均值、前三月均值和历史均值进行对比，得到当前时间周期均值与日均值、月均值、前三月均值和历史均值的差异，从而发现当前运行状态与设备正常运行状态的差异，实现设备能效和安全的实时在线诊断。

本发明的技术解决方案中所述的数据处理模块中设定时间同期T为15min；

按15min周期，将能耗和运行安全的工艺参数变量进行分组，每组变量数为j=0.25/t；

当T

对于瞬时值类型的变量A

对于累积值类型的变量B

通过以上算法得到有效T周期的各变量的均值后，将每个有效周期的均值依次定 义为

将小时均值记为Mh，将每个小时有效的周期数记为a，则

将日均值记为Md,每天中12个小时小时均值记为

月均值记为Mm，每月中每天的日均值记为

前三月均值记为M3m,将前1,2,3个月的月均值分别记为Md

历史均值记为MY，历史均值为所有历史有效值的和除以所有有效值的数量，为实 现快速计算，历史均值每个月更新一次，定义上个月的历史均值为

通过以上计算方法，对监测变量，按小时、日、月、月、月为周期，计算获取在设备正常运行状态下的日均值、月均值、前三月均值和历史均值。

本发明的技术解决方案中所述的诊断模块中的当前时间周期为小时，在每个小时将当前的小时均值与日均值、月均值、前三月均值和历史均值进行对比，得到当前小时均值与日均值、月均值、前三月均值和历史均值的差异，从而发现当前运行状态与设备正常运行状态的差异，实现设备能效和安全的实时在线诊断。

本发明的技术解决方案中所述的历史数据记录模块按15min为周期记录设备相关的能效和安全的参数变量值。

本发明的技术解决方案中所述的时比分析模块是在数据记录模块的基础上得到设备参数在不同的日周期，月周期和年周期中的状态差异；所述的类比分析模块是在数据记录模块的基础上得到多个设备在选定日周期，月周期和年周期的状态差异。

本发明的技术解决方案中通过时比分析模块和类比分析模块，综合诊断得到设备的精确能效差异和安全运行状态差异，输出对应的节能改进策略建议。

本发明的优点是：与现有的能源管理中心系统相比，本发明根据企业不同的工艺和设备，结合安全和能效参数的特征，提出基于不同运行状态下数据采集、数据处理和数据诊断的方式，解决了大数据、多变量类型、设备工序繁杂条件下能效差异和运行状态差异的诊断问题。

本发明主要用于提升能源信息管理平台的实际应用节能效果。

具体实施方式

下面对本发明作进一步说明。

本发明基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统的一个实施例，包括在线分析模块、离线分析模块、时比分析模块和类比分析模块。

在线分析模块包括数据采集模块、数据处理模块和诊断模块。

数据采集模块根据设备和工序特征，确定设备和工段的能效及安全工艺参数变量。

数据采集模块按一定的周期间隔t采集设备或工段相关的能效和运行安全的工艺参数变量，将变量值分别定义为A

数据处理模块获取数据采集模块的数据，进行数据的运算和处理。包括：

根据设备的运行参数，得到设备运行状态变化的时刻及变化后的状态值S。当设备处于运行状态定义为1，当设备处于停机状态定义为0。

按每15min一个周期，周期记为T，根据设备的状态变化时刻和状态值，当在一个15min周期内，设备状态全部为1时，则记录该周期有效，否则记为无效。

按15min周期，将能耗和运行安全的工艺参数变量进行分组，每组变量数为j=0.25/t。

当T

对于瞬时值类型的变量A

对于累积值类型的变量B

通过以上算法得到有效T周期的各变量的均值后，将每个有效周期的均值依次定 义为

将小时均值记为Mh，将每个小时有效的周期数记为a，则

将日均值记为Md,每天中12个小时小时均值记为

月均值记为Mm，每月中每天的日均值记为

前三月均值记为M3m，将前1，2，3个月的月均值分别记为Md

历史均值记为MY，历史均值为所有历史有效值的和除以所有有效值的数量，为实 现快速计算，历史均值每个月更新一次，定义上个月的历史均值为

通过以上计算方法，对监测变量，按小时、日、月、月、月为周期，计算获取在设备正常运行状态下的日均值、月均值、前三月均值和历史均值。

在线分析模块在每个小时将当前的小时均值与日均值、月均值、前三月均值和历史均值进行对比，得到当前小时均值与日均值、月均值、前三月均值和历史均值的差异，从而发现当前运行状态与设备正常运行状态的差异，实现设备能效和安全的实时在线诊断。

离线分析模块包括历史数据记录模块，数据记录模块按15min为周期记录设备相关的能效和安全的参数变量值。

在历史数据记录模块的基础上，通过时比分析模块，得到设备参数在不同的日周期，月周期和年周期中的状态差异。

在历史数据记录模块的基础上，还通过类比分析模块，得到多个设备在选定日周期，月周期和年周期的状态差异。

通过时比分析模块和类比分析模块，综合诊断得到设备的能效和安全问题，输出对应的节能改进策略建议。

本发明基于实时在线分析和模拟离线分析的能效安全诊断系统，包括在能源监测管理系统的基础上，通过系统采集的设备、工序的各种用能数据、相关运行参数，建立基于工艺特征的数学分析模型；通过实时在线分析及时对设备、工序的运行安全性和经济性以及能效数据进行深度分析，自动生成分析结论、改善建议并报警提示；通过离线模拟分析的方式，针对设备、工序的运行特征，结合大数据分析、预测分析模型，诊断设备、工序存在的安全隐患和节能空间。如在水泥厂，针对水泥磨系统，数据采集模块实时采集水泥磨系统的温度、电流、有功功率、产量等数据，按本发明的数据处理方式，根据设备状态，每15min得到15min均值，每小时得出小时均值，每天得出日均值。每个月末则更新月均值、三月均值和历史均值。根据监测对象的工艺特征，分别用小时均值和日均值与月均值、三月均值或历史均值对比，当对比差异超过一定范围时，则说明设备当前的运行状态发生超出正常范围的变化，可能造成能耗变化或运行安全故障，于是生成水泥磨系统当前运行状态与历史运行数据相比，超出正常范围的结论，可能为钢球级配不合理、温度控制、物料进料量控制不合理等问题。通过实时结论指导用户进行处理。如果针对多台水泥磨系统，则通过类比分析，对多台水泥磨之间的温度、电流、有功功率、产量等数据差异进行对比，比较当前小时差异均值、日均值与月均值、三月均值和历史均值进行对比，生成针对结论，指导用户进行处理。在离线分析中，对水泥磨系统的历史数据进行任意两个选定时段的数据对比，或则是两台水泥磨系统在同一时间段的数据对比，得到其在对比时段中的差异，诊断其异常，发现水泥磨系统的能耗和安全问题，指导用户进行改进优化。

本发明创新点包括：1、选择任意影响设备、工序工段用能经济性和运行安全性的参数进行数据分析得到诊断结论；2、采用在线分析和离线模拟分析的双重分析模式；3、根据运行状态和数据的特征进行处理，通过按时间顺序滚动处理的方式在大量的数据中获取表现分析对象特征状态的数据，解决了大数据、多变量类型、设备工序繁杂条件下能效差异和运行状态差异的诊断问题，同时满足处理速度要求。4、通过数据对比分析，包括时比和类别分析，结合设备工艺特征，及时生成分析结论、改善建议并报警提示，指导用户现场操作，实现节能增效。