CN108628291B - 一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，包括：数据采集系统，用于采集所述垃圾焚烧厂的现场控制平台数据；仿真平台，接收所述现场控制平台数据，并接收控制指令，然后通过仿真数学模型进行仿真和显示，所述仿真数学模型为根据所述垃圾焚烧厂的被控车间设备而进行数学建模的仿真模型；专家诊断系统，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据和所述仿真平台通过仿真数学模型进行仿真计算后的仿真数据，然后进行数据分析和诊断，并调用专家库服务器的知识库生成信息或任务单。本发明可以通过离线仿真实现对人员的陪训，也可以在线实现对实际生产数据与仿真平台的理论计算数据的比较，以尽量避免事故，提高生产效率。

Description

一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统

技术领域

本发明涉及一种专家诊断系统，尤其涉及一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统。

背景技术

现在垃圾焚烧发电厂在全国范围内处于高速发展阶段，截至2016年，中国共有400多家垃圾焚烧发电厂，运行的共有240多座。垃圾焚烧发电厂在发电厂行业中又是属于小型发电厂，因此专业人员缺乏，技术能力和管理水准较低，在生产过程中难免生产效率低下，事故不断，甚至发生人亡事故。总结起来，主要是人员的培训和事故演练不到位，同时对工艺的理论缺乏，运行监控不到位，进而导致了现有的垃圾焚烧厂无法满足实际的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种可以离线仿真实现对人员的陪训，并且还可以在线对实际生产数据与仿真平台的理论计算数据进行比较，进而计算得到偏差或预测偏差，以尽量避免事故，提高生产效率的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，同时也为管理层的进一步分析与决断提供很好的数据基础。

对此，本发明提供一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，包括：

数据采集系统，用于采集所述垃圾焚烧厂的现场控制平台数据；

仿真平台，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据，并接收控制指令，然后通过仿真数学模型进行仿真和显示，所述仿真数学模型为根据所述垃圾焚烧厂的被控车间设备而进行数学建模的仿真模型；

专家诊断系统，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据和所述仿真平台通过仿真数学模型进行仿真计算后的仿真数据，然后进行数据分析和诊断，并调用专家库服务器的专家库生成信息或任务单。

本发明的进一步改进在于，所述仿真平台包括选择开关、车间仿真模型、仿真过程数据库以及显示操作系统，所述选择开关根据用户指令可以对采集数据源进行切换，让选择在线模式时，将所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据作为所述仿真数学模型的输入参数；当选择离线模式时，将所述仿真平台的仿真结果数据作为所述仿真数学模型的输入参数，实现内部循环；所述车间仿真模型用于实现和存放所述仿真数学模型；所述仿真过程数据库用于输出所述仿真数学模型的计算结果，进而生成与所述垃圾焚烧厂相对应的专用数据库。

本发明的进一步改进在于，所述仿真平台包括仿真服务器、工程师站、就地设备站、操作员站以及显示屏幕，所述仿真服务器通过网络接收所述数据采集系统对应的接口机的现场控制平台数据，并接收工程师站、就地设备站和操作站的指令，然后进行仿真数学模型的数据计算，最后通过网络传送至所述工程师站、就地设备站和操作员站，并通过显示屏幕进行显示。

本发明的进一步改进在于，所述仿真服务器包括用于支持运行的操作系统、工艺数学模型、设备数学模型、控制策略数学模型以及具有教练功能的自学习软件；所述工程师站包括操作系统、具有开发功能和设置功能的仿真工程师软件、用于编辑仿真数学模型的第一编程软件以及用于编辑控制策略的第二编程软件；所述就地设备站包括操作系统以及用于模拟就地设备状态的仿真显示操作软件；所述操作员站包括操作系统以及用于模拟远控设备状态及参数显示的仿真显示操作软件；所述显示屏幕包括驱动软件以及打印机软件。

本发明的进一步改进在于，所述工艺数学模型包括垃圾库数学模型、燃烧炉设备系统数学模型、余热锅炉设备系统数学模型、烟气净化设备系统数学模型、汽轮机发电数学模型、电气设备系统数学模型、化水车间数学模型、污水车间数学模型、控制系统数学模型、远控设备动作数学模型以及就地设备数学模型中的一种或几种；所述控制策略数学模型包括：自适应巡航控制系统数学模型、集散控制系统数学模型、汽轮机控制系统数学模型、烟气净化系统数学模型、化水系统数学模型、污水系统数学模型以及电气系统数学模型；所述设备数学模型包括电动风机设备数学模型、电动泵设备数学模型、电动截止门设备数学模型、电动调节门设备数学模型、电动输送机设备数学模型、液压系统设备数学模型、电气断路器设备数学模型以及电气变压器设备数学模型中的一种或几种。

本发明的进一步改进在于，所述数据采集系统所采集现场控制平台数据包括旋转机械数据、风机数据和锅炉数据中的一种或几种。

本发明的进一步改进在于，所述专家诊断系统中，引入所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据与所述仿真平台的仿真结果数据进行比较，得出偏差，通过偏差是否超过预设阈值来实现预报警，并调用专家库的知识信息，综合对所述现场控制平台数据的计算与比较后的偏差输出诊断信息；所述专家库的知识信息包括存储的预设知识和巳发生故障的信息；所述预报警包括参数超越预设阈值、参数超越预设阈值的时间、参数速率超过速率阈值以及参数电气回路故障。

本发明的进一步改进在于，所述专家诊断系统包括数据采集接口、诊断服务器、专家库服务器以及与所述工程师站相连接的网络通讯模块，所述诊断服务器通过数据采集接口调用参数信息，并送至其内部的智能诊断策略，所述智能诊断策略通过预设的逻辑判断相关的运行状态和参数情况，综合输出诊断初步结果信息，再调用专家库服务器的专家库知识信息进行比较，分析智能诊断策略所得出的结论信息是否与专家库知识信息相关联或一致，并发出分析结果、运行指导或检修任务单。

本发明的进一步改进在于，所述诊断服务器包括：

智能诊断策略模块，用于实现信息收集、信息处理和逻辑判断，调用专家库信息，生成分析结果、运行指导或检修任务单；

参数报警与分析模块，对参数进行采集，并根据参数的预设报警阈值进行分析，发送给所述智能诊断策略模块；

设备报警与分析模块，用于对设备进行信息采集，当设备的电气故障、非操作动作、联锁动作、保护动作和自动状态变化中任意一种报警产生时，将报警信息发送给所述智能诊断策略模块；

工况预警与分析模块，用于对运行工况信息进行采集，根据工况信息的参数进行集中分析和计算，当计算结果发生与仿真的理论数据发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

征兆提取与报警模块，用于对应前次主机和重要辅机的信息进行采集，根据预设的信息或前次事故发生的信息进行比对和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

环保指标分析与报警模块，用于采集环保指标、环保耗材与烟气量，分析所投入环保耗材分别与烟气指标和烟气量之间的比较和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

运行优化数据服务模块，用于采集运行参数，与前期默认设置的运行参数比较，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

性能指标分析与报警模块，用于采集性能指标参数，与额定的性能指标参数进行比对分析，当指标发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

推理演化模型计算模块，用于综合分析所述智能诊断策略模块接收到得了报警信息和性能指标，并发送给所述智能诊断策略模块。

本发明的进一步改进在于，所述专家库服务器包括：

标准规则库，用于对参数的理论推理进行编写的专家信息库，包括报警信息的分析、可能涉及的范围、危害程序、处理方案和检修任务单规则；

标准模型库，用于根据设备、主机和重要辅机的特性而制定标准信息库，包括被控对象的特性、工况特性、故障点、原因分析和检修任务单的规则；

仿真理论库，用于通过仿真信息过程的多种工况数据为作为理论库，用于完成实际生产与仿真理论数据产生的偏差进行比较；

事故记录库 ，用于对主机和重要辅机进行预设事故可能发生的预报参数，以及记录发生事故前参数变化趋势；当正常运行过程中的参数接近或近似发生事故的记录参数时，发出运行指导意见、巡检事项或检修任务单；

设备健康数据库，用于对主机和重要辅机进行建康管理，以及对设备的检修计划、故障情况汇总和本体参数的分析，定期或定时发出运行指导意见与巡检事项、检修任务单。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：在离线状态下，可以离线仿真实现对人员的陪训，可进行模拟操作和事故演练等；另一方面，在在线状态下，可以在线实现对实际生产数据与仿真平台的理论计算数据的比较，进而计算得到偏差或预测偏差，以尽量避免事故，提高生产效率，同时也为管理层的进一步分析与决断提供很好的数据基础；本发明具有丰富的专家库的知识信息数据库，能够快速且及时地提供运行指导、巡检事项以及检修任务单。

附图说明

图1是本发明一种实施例的系统结构示意图；

图2是本发明一种实施例硬件网络示意图；

图3是本发明一种实施例的仿真平台的软硬件工作原理图；

图4是本发明一种实施例的仿真平台的软件运行数据传递关系图；

图5是本发明一种实施例的仿真平台的工艺数学模型分类网络图；

图6是本发明一种实施例的仿真平台的控制策略数学模型分类网络图；

图7是本发明一种实施例的仿真平台的设备数学模型分类网络图；

图8是本发明一种实施例的专家诊断系统的原理示意框图；

图9是本发明一种实施例的专家诊断系统的软硬件工作原理图；

图10是本发明一种实施例的专家诊断系统的诊断服务器运行数据传递关系图；

图11是本发明一种实施例的专家诊断系统的专家库服务器运行数据传递关系图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

本例将对一些术语进行解释，垃圾焚烧发电厂，也称垃圾焚烧厂，主要指垃圾焚烧发电厂，利用城市生活垃圾在焚烧炉中燃烧，产生的高温烟气在余热锅炉中通过热交换使水变成高温高压蒸汽，再由这些蒸汽推动汽轮发电机做功，由热能转化为电能，而锅炉排出的烟气再进行烟气净化达到环保要求后排入大气，像这类利用垃圾焚烧而发电的工厂统称为垃圾焚烧发电厂。

离线模式/在线模式：主要数据来源为实际生产的实时数据，利用实时数据进行内部计算的模式而获取相应的计算结果的方式为在线模式；反之，利用计算机内部计算后的数据，而非实时生产数据的二次计算的方式称为离线模式。

仿真系统：利用计算机技术，将实际工艺、设备等对象的物理以及化学规律转化为数学模型，并编制为可在计算机上执行的软件代码，可模拟实际设备和系统运行工况相同或相似的一种模拟平台，达到离线（非真实生产）与在线（真实生产）工况显示、操作相同或相似的人员培训、性能分析、事故模拟以及运营推演等目的。这套硬件和软件的集合体，称为仿真系统。

专家库：一是理论分析有可能发生的问题及处理方式方法，二是工厂实际运行过程产生的问题及处理方式方法，共同组成的专家知识库，如同专家资源库，简称为专家库，而在平台系统运行中根据参数变化产生的偏差等信息而对应调用此库，通过语音和显示器等手段提供帮助信息。

智能诊断系统：在生产过程中，实际生产数据实时与仿真平台产生的理论参数进行对照，对参数发生偏差的信息进行整理，并筛选出有用的，具有生产预判、事故判断、运营指导和信息提示等的系统，达到实际生产与理论计算数据产生自动比较后自动提取专家知识库信息，自动产生信息，根据相关信息整理的可分类发送至生产操作员、检修员、管理层和集团层等，它涉及全厂的各个主要生产车间。

如图1所示，本例提供一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，包括：

数据采集系统，用于采集所述垃圾焚烧厂的现场控制平台数据；

仿真平台，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据，并接收控制指令，然后通过仿真数学模型进行仿真和显示，所述仿真数学模型为根据所述垃圾焚烧厂的被控车间设备或工艺对象的特征、特性以及数量依存关系，采用数学语言，完全或近似地表述出的一种数学结构，它是借助于数学符号、运算公式和逻辑运算，通过计算机语言编程的方式来表达这种系统的关系结构。这种数学模型所表达的内容是定量的和定性的表达出所控对象的特征，通过与特性对应的计算机语言进行数学建模的仿真模型；

专家诊断系统，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据和所述仿真平台通过仿真数学模型进行仿真计算后的仿真数据，然后进行数据分析和诊断，并调用专家库服务器的专家知识库生成信息或任务单。这里所述的数据分析，是围绕所分析的设备或工艺相关联的数据，以统计方法进行系统性分析，也采用个别数据进行越限、变化趋势分析，提取它们有用信息，对数据加以计算机程序加工，形成结论。通过此结论，生成诊断代码，通过此代码映射至专家知识库，调出相应生产运行操作指导信息或检修任务单。

例如：在高温过热器设备的入口的左、右两侧以及出口的左、右两侧设置的4个温度测点进行相关联数据分析，对左侧的入口温度和左侧出口温度进行比较，并对右侧的入口温度和右侧的出口温度进行比较，当左侧的入口和出口之间的温度差值或右侧的入口和出口之间的温度差值较大时，则产生“高温过热器偏温”信息，调用专家知识库中的操作指导信息“过热器偏温，检查积灰情况，可吹灰1次”；若吹过灰后仍有，则现产生指导信息“再次吹灰1次”。当吹过灰后，计算入口和出口偏差，则调用专家信息库中标准值比较，若偏差明显小于标准值，则产生“换热效率较低或有泄漏”信息，调用专家知识库的检修任务单，发送至检修负责人进行设备检修，此任务单包检修检查项，以及检修细则内容。

本发明主要针对所述垃圾焚烧厂的各个主要生产车间（如：垃圾库、锅炉车间、烟气净化车间、汽机车间、化水车间以及污水处理车间等）以及相应车间的各主要设备的物理特性和工艺特性，并针对设备与设备间以及车间与车间的关联性，建立了一套全厂的仿真平台。所述专家诊断系统实时分析生产数据，再集合所述仿真平台的在线计算能力，分析相关数据，调出专家知识库的解决方案与指导意见，对设备故障对应产生设备件的维护要求指令，对生产偏差对应产生操作指导意见，进一步传送管理层汇总、分析和决策。

本发明的主要目的在于：一是提供一个全新的垃圾焚烧厂的仿真平台，采用垃圾焚烧发电工节的数学模型，如焚烧炉、余热炉、烟气净化、垃圾库、污水处理和化水处理等。二是所述仿真平台具有离线和在线功能两种模式，离线状态下，可进行模拟操作和事故演练等；在线状态下，生产实时数据与强大的仿真的理伦计算数据进行对比。三是具有智能诊断功能，根据独立信号，结合相关参数、设备状态以及工况实时性综合分析，当设备或仪器仪表发异常情况，或将发生故障前，提前发生预警信号，自动产生任务工作单，指导检修人员进行提前检修，或提示运行操作人员进行工况调整，甚至上传至管理层。四是具有专家知识库，所述专家知识库具有定性的规则库，也有事故自学习记录库，结合诊断系统的信息，自动调出相应知识源。

图2所示为本例的硬件网络结构图，图2所示的网络采用TCP/IP以态网，主要由交换机、网络线组成一个星型网络结构，用于完成整个系统的数据交互。仿真服务器采用商用服务服，预装操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于通过网络接收数据接口机的数据，送入仿真的数学模型中计算；用于运行仿真支持软件和相关数学模型；用于储存各运行数据；用于接受各操作站的指令和经运算处理后输出相关的数据；用于将输出的数据传送至网络上的对应各站。专家库服务器采用商用服务服，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标；用于装入专家知识库，运行专家数据库支持软件；响应诊断服务器中诊断信息调用指令，调出相关的知识库，传送给诊断服务器。

诊断服务器采用商用服务服，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于通过网络接收数据接口机和仿真服务器的数据，经过内置运行诊断软件，分析、过滤相关预报警信息，综合相关参数与设备，调用专家库数据，逻辑分析出诊断信息，产生检修任务单；并用于将输出的数据传送至网络上的对应各站。数据接口机采用商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于主运行数据通讯软件，主要单向接收SIS系统，或主控的DCS系统以及PLC系统数据。网关机采用具有安全隔功能和病毒防护的网关。工程师站采用高配置的商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于完成各种数学模型的软件编程、修改和参数设定；用于实现工况预设和工况类型调用；用于实现运算速度和故障等的设定；可储存历史数据以及调用数据，能够实现打印功能；并具有设置各操作站的权限等。就地设备站采用高配置的商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于完成各种模拟就地设备状态，设置参数、中断或故障输入等。

检修员工作站采用高配置的商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于接收各种诊断信息和任务单，完成任务单的处理。操作员工作站采用高配置的商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于接收各种诊断信息，根据诊断信息进行操作调整。仿真操作站采用较高配置的商用台式机，预装版操作系统，配置显示器、键盘和鼠标，用于主要放置在仿真工作间里，在仿真状态下，显示各车间的工艺界面，数据显示和指令发送；实现对实时曲线的调用。显示屏幕优选为大屏显示系统，采用投影仪方式或多屏组成的屏幕墙，用于显示整个垃圾焚烧厂的主要工艺，以展示仿真过程，达到参观者了解全系统的主要参数和状态。网络打印机优选采用A3彩色打印机，用于打印工况和曲线等。

本例所述数据采集系统所采集现场控制平台数据包括旋转机械数据、风机数据和锅炉数据中的一种或几种。本例所述数据采集系统通过SIS（Safety instrumentedSystem，安全仪表系统）或DCS/PLC现场系统实现对外部数据对的采集。若有SIS平台，直接采集SIS平台数据；若无SIS平台，则可以采集DCS（Distributed Control System分布式控制系统）、PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）现场控制平台的数据。

本例所述数据采集系统主要包括接口机和网关，所述接口机采用RS232、RS485、RS422以及TCP/IP等的MODBUS、OPC、profibus-DP等国际标准接口通讯方式，为了确保SIS系统(或DCS/PLC现场系统)安全，以SIS系统(或DCS/PLC现场系统)向仿真平台的诊断数据服务器实现数据的单向传输方式。

本例所述仿真平台包括选择开关、车间仿真模型、仿真过程数据库以及显示操作系统，所述选择开关根据用户指令可以对采集数据源进行切换，让选择在线模式时，将所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据作为所述仿真数学模型的输入参数；当选择离线模式时，将所述仿真平台的仿真结果数据作为所述仿真数学模型的输入参数，实现内部循环；所述车间仿真模型用于实现和存放所述仿真数学模型；所述仿真过程数据库用于输出所述仿真数学模型的计算结果，进而生成与所述垃圾焚烧厂相对应的专用数据库。

如图3所示，本例所述仿真平台包括仿真服务器、工程师站、就地设备站、操作员站以及显示屏幕，所述仿真服务器通过网络接收所述数据采集系统对应的接口机的现场控制平台数据，并接收工程师站、就地设备站和操作站的指令，然后进行仿真数学模型的数据计算，最后通过网络传送至所述工程师站、就地设备站和操作员站，并通过显示屏幕进行显示。其中工程师站兼修所述专家诊断系统中的工程师站，也就是说，所述仿真平台的工程师站与所述专家诊断系统的工程师站可以为同一个。

所述仿真平台主功能如下：通过在线状态/离线状态的选择开关分为在线模式和离线模式，它根据用户指令可以对采集数据源进行切换。在线模式下，是把收集来的实际生产数据作为仿真平台的各仿真数学模型的输入参数；离线数据，是把仿真结果数据作为仿真平台的各仿真数学模型的输入参数，即采用的是内部循环数据。

车间仿真模型是所述仿真平台的核心，它是根据被控车间设备与工艺特性为原理进行的数学建模形成的特定的仿真模型。仿真过程数据库，是仿真数学模型输出计算结果而写入的专用数据库，为其它模块或其它系统输送数据，同时也接受其它操作指令。显示操作系统是指仿真平台的数据显示，接受操作指令，并与仿真过程数据库进行数据交换。

本例所述仿真服务器包括用于支持运行的操作系统、工艺数学模型、设备数学模型、控制策略数学模型以及具有教练功能的自学习软件；所述工程师站包括操作系统、具有开发功能和设置功能的仿真工程师软件、用于编辑仿真数学模型的第一编程软件以及用于编辑控制策略的第二编程软件；所述就地设备站包括操作系统以及用于模拟就地设备状态的仿真显示操作软件；所述操作员站包括操作系统以及用于模拟远控设备状态及参数显示的仿真显示操作软件；所述显示屏幕包括驱动软件以及打印机软件。

本例所述仿真服务器安装有操作系统软件，是一个用于支持运行的仿真软件平台；包括工艺数学模型，如燃烧数学模型、汽机发电数学模型、烟气化学反应数学模型等；电动机、电动门、调门等设备数学模型；支持运行的控制逻辑的控制策略软件；以及，具有教练功能的专业软件（即具有教练功能的自学习软件）。工程师站主要安装的软件包括操作系统软件；具有开发功能和设置功能的仿真工程师软件；编辑数学模型的编程软件；以及，编辑控制策略的编程软件。就地设备站主要安装的软件包括操作系统软件以及模拟就地设备状态的仿真显示操作软件。操作员站主要安装的软件包括操作系统软件；模拟远控设备状态及参数显示的仿真显示操作软件。显示屏幕优选包括大屏幕及打印机软件，包括设备自带的驱动软件。

本例所述仿真平台的各仿真软件间运行数据传递关系如图4所示，仿真支持软件在服务器系统软件环境下运行，在运行过程中调用各种数学模型，数学模型接收各种指令和输出结果数据，返回至仿真平台的软件，此数据是双向流动；教练功能软件预设各种初始条件给仿真软件，此数据为单向流动。

仿真服务器与各站间数据传递关系为：服务器数据传递给工程师站、各操作站、显示屏幕及打印机，同时接受各操作站的发出的指令，以及接受工程师站对数学模型的修改和参数设置等各指令。

本例所述仿真平台优选作为计算机系统运行软件，采用Windows7版本以上的专业版；通过仿真平台上的运行软件，调用与运行各种数学模型，接收指令和输出数据。

如图5所示，本例所述工艺数学模型包括垃圾库数学模型、燃烧炉设备系统数学模型、余热锅炉设备系统数学模型、烟气净化设备系统数学模型、汽轮机发电数学模型、电气设备系统数学模型、化水车间数学模型、污水车间数学模型、控制系统数学模型、远控设备动作数学模型以及就地设备数学模型中的一种或几种。如图6所示，本例所述控制策略数学模型包括：自适应巡航控制系统数学模型（ACC系统）、集散控制系统数学模型（DCS系统控制策略）、汽轮机控制系统数学模型（DEH/ETS/TSI系统控制策略）、烟气净化系统数学模型（烟气净化、SNCR/SCR系统控制策略）、化水系统数学模型、污水系统数学模型以及电气（ECS）系统数学模型；如图7所示，本例所述设备数学模型包括电动风机设备数学模型、电动泵设备数学模型、电动截止门设备数学模型、电动调节门设备数学模型、电动输送机设备数学模型、液压系统设备数学模型、电气断路器设备数学模型以及电气变压器设备数学模型中的一种或几种。

最值得一提的是，图5中的所述工艺数学模型以各车间工艺的主要设备进行分类来编写数学模型，主要设备指的是各车间工艺必不可少的设备。主要原因有：一是主要归类设备的功能相近，可当子程序调用；二是车间工艺复杂，但数学模型间可通过工艺间的参数调用与传递，达到耦合数据量小的特点。

本例所述控制策略数学模型，也称为控制逻辑数学模型，如图6所示，主要以全厂主要控制系统组成来分类，以实际的控制策略镜像至仿真系统，达到实际运行逻辑与仿真逻辑一致。本例所述设备数学模型如图7所示。

本例所述仿真平台还包括：教练员功能软件（具有教练功能的自学习软件），主要对仿真进行设置工况、参数，调整仿真速度等功能，达到正常运行或事故运行的预设功能；仿真组态工程师软件，主要对仿真界面和数据流向的组态等功能的软件平台；数学模型编程软件，主要对数学模型的程序的新建、修改、编辑、编译和测试等功能的软件平台；控制策略编程软件，主要对全厂的控制系统的控制策略进行新建、转换、编辑、编译和测试等功能的软件平台；仿真操作软件，主要是操作站进行图型化的工艺的操作与监视软件平台。

本例所述专家诊断系统的工作原理如图8和图9所示，本例所述专家诊断系统中，引入所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据与所述仿真平台的仿真结果数据进行比较，得出偏差，通过偏差是否超过预设阈值来实现预报警，并调用专家库的知识信息，综合对所述现场控制平台数据的计算与比较后的偏差输出诊断信息；所述专家库的知识信息包括存储的预设知识和巳发生故障的信息；所述预报警包括参数超越预设阈值、参数超越预设阈值的时间、参数速率超过速率阈值以及参数电气回路故障。本例所述的各个预设阈值，都可以根据实际情况和要求进行调整，是用于判断是否触发报警的一个报警临界值。

本例所述专家诊断系统包括数据采集接口、诊断服务器、专家库服务器以及与所述工程师站相连接的网络通讯模块，所述诊断服务器通过数据采集接口调用参数信息，并送至其内部的智能诊断策略，所述智能诊断策略通过预设的逻辑判断相关的运行状态和参数情况，综合输出诊断初步结果信息，再调用专家库服务器的专家库知识信息进行比较，分析智能诊断策略所得出的结论信息是否与专家库知识信息相关联或一致，并发出分析结果、运行指导或检修任务单。

如图9所示，本例所述数据采集接口安装有操作系统软件，用于数据通讯接口软件平台，是一个短期历史数据库软件；诊断服务器安装有操作系统软件，用于支持运行的诊断功能软件平台；专家库服务器安装有操作系统软件，用于支持运行的诊断调用的专家数据库软件平台；工程师站安装有操作系统软件，是一个具有开发功能和设置功能的仿真工程师软件，能够实现编辑与定义诊断组态规则的编程软件，属于数据库编辑软件。

所述工程师站、检修员工作站、操作员站和显示屏幕也与所述专家诊断系统协同工作，其中工程师站兼修仿真平台的工程师站。所述诊断服务器通过网络，接收数据采集的接口机的数据和仿真服务器通过数学模型计算后的数据，并接收工程师站的数据，然后由诊断服务器进行数据分析和诊断后，调用专家库服务器的专家知识库，生成信息或任务单，通过网络传给检修站或各操作站，以显示器或大屏方式展现。

本例所述专家诊断系统的主要功能如下：一、运行偏差，引入数据采集系统来的数据与仿真平台的仿真结果数据相比较，得出偏差，送入诊断系统；二、参数预报警，主要接受原始的生产数据，进行预设的参数报警，如参数的越限、参数越限时间、参数速率超限和参数电气回路故障等，越限指的是超越了预先限制的阈值；三、设备故障诊断预警，主要接受设备的电气故障、电机设备的跳闸、设备的非操作动作、设备的联锁动作以及设备保护动作等；四、诊断功能，主要接受参数偏差和预报警，设备预报警信息，通过内部相关联的参数和相关设备进行逻辑推理分析，再调用专家库的知识信息，综合计算与比较后输出诊断信息；五、专家知识库，是存储预设知识、巳发生故障的信息，具有专家知识信息；六、任务单，是接受诊断系统块的结果，自动生成任务单，主要有生产调整信息任务单和检修信息任务单，以及主机和重要辅机事故通知信息单，以及生产指标信息单等；七、显示系统，主要是接收诊断系统原始参数和设备状态，诊断过程数据和结果信息，原因分析，以及派发任务单信息；语音系统，是接收诊断功能块的信息和任务单信息，以简短的语音播报，达到提示相关接收人员。

本例所述诊断服务器内部数据传递关系为：诊断支持软件在服务器系统软件环境下运行，在运行过程中，调用各种子功能块的信息。这些信息通过各子功能块的预处理后，数据送至诊断策略功能块；诊断系统根据各子功能块的报警信息，围绕此报警，逻辑判断相关的工艺、设备等运行状态、参数情况综合输出诊断初步结果信息，再调用专家知识库相关信息进行推演比较，结论信息相关联或一致，发出分析结果、运行指导或检修任务单。

如图10所示，本例所述诊断服务器包括：

智能诊断策略模块，用于实现信息收集、信息处理和逻辑判断，调用专家库信息，生成分析结果、运行指导或检修任务单；

参数报警与分析模块，对参数进行采集，并根据参数的预设报警阈值进行分析，发送给所述智能诊断策略模块；

设备报警与分析模块，用于对设备进行信息采集，当设备的电气故障、非操作动作、联锁动作、保护动作和自动状态变化中任意一种报警产生时，将报警信息发送给所述智能诊断策略模块；

工况预警与分析模块，用于对运行工况信息进行采集，根据工况信息的参数进行集中分析和计算，当计算结果发生与仿真的理论数据发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

征兆提取与报警模块，用于对应前次主机和重要辅机的信息进行采集，根据预设的信息或前次事故发生的信息进行比对和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

环保指标分析与报警模块，用于采集环保指标、环保耗材与烟气量，分析所投入环保耗材分别与烟气指标和烟气量之间的比较和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

运行优化数据服务模块，用于采集运行参数，与前期默认设置的运行参数比较，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

性能指标分析与报警模块，用于采集性能指标参数，与额定的性能指标参数进行比对分析，当指标发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

推理演化模型计算模块，用于综合分析所述智能诊断策略模块接收到得了报警信息和性能指标，并发送给所述智能诊断策略模块。

本例所述专家知识库服务器简称专家库服务器，其内部数据传递关系为：专家库支持软件在服务器系统软件环境下运行，在运行过程中，根据诊断服务器的信息，归类调用对应的专家库信息。

如图11所示，本例所述专家库服务器包括：

标准规则库，用于对参数的理论推理进行编写的专家信息库，包括报警信息的分析、可能涉及的范围、危害程序、处理方案和检修任务单规则；

标准模型库，用于根据设备、主机和重要辅机的特性而制定标准信息库，包括被控对象的特性、工况特性、故障点、原因分析和检修任务单的规则；

仿真理论库，用于通过仿真信息过程的多种工况数据为作为理论库，用于完成实际生产与仿真理论数据产生的偏差进行比较；

事故记录库 ，用于对主机和重要辅机进行预设事故可能发生的预报参数，以及记录发生事故前参数变化趋势；当正常运行过程中的参数接近或近似发生事故的记录参数时，发出运行指导意见、巡检事项或检修任务单；

设备健康数据库，用于对主机和重要辅机进行建康管理，以及对设备的检修计划、故障情况汇总和本体参数的分析，定期或定时发出运行指导意见与巡检事项、检修任务单；

其它数据库，该数据库为除上述外的其它数据库，可根据重要程度，分级管理；根据工艺系统和分系统实现管理；根据设备类型和分类型管理等。

综上，本例的硬件网络结构简单，容易组建与维护，硬件投资少；软件功能架构清晰且完整，各种数据模型相互独立，便于选择性使用；完整地体现垃圾焚烧发电厂的全厂的仿真；仿真离线，用于培训与事故演练；仿真在线，可实时对照运行工况的优劣；诊断具有智能性，每级诊断通过不同功能块预判后，汇总分析；具有丰富的专家数据库，提供运行指导，巡检事项，检修任务单；具有多种信息输出功能。

在离线状态下，本例可以离线仿真实现对人员的陪训，可进行模拟操作和事故演练等；另一方面，在在线状态下，本例还可以在线实现对实际生产数据与仿真平台的理论计算数据的比较，进而计算得到偏差或预测偏差，以尽量避免事故，提高生产效率，同时也为管理层的进一步分析与决断提供很好的数据基础；本发明具有丰富的专家库的知识信息数据库，能够快速且及时地提供运行指导、巡检事项以及检修任务单。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，包括：

数据采集系统，用于采集所述垃圾焚烧厂的现场控制平台数据；

仿真平台，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据，并接收控制指令，然后通过仿真数学模型进行仿真和显示，所述仿真数学模型为根据所述垃圾焚烧厂的被控车间设备而进行数学建模的仿真模型；

专家诊断系统，接收所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据和所述仿真平台通过仿真数学模型进行仿真计算后的仿真数据，然后进行数据分析和诊断，并调用专家库服务器的专家库生成信息或任务单；

所述专家诊断系统中，引入所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据与所述仿真平台的仿真结果数据进行比较，得出偏差，通过偏差是否超过预设阈值来实现预报警，并调用专家库的知识信息，综合对所述现场控制平台数据的计算与比较后的偏差输出诊断信息；所述专家库的知识信息包括存储的预设知识和已发生故障的信息；所述预报警包括参数超越预设阈值、参数超越预设阈值的时间、参数速率超过速率阈值以及参数电气回路故障；

所述专家诊断系统包括数据采集接口、诊断服务器、专家库服务器以及与工程师站相连接的网络通讯模块，所述诊断服务器通过数据采集接口调用参数信息，并送至其内部的智能诊断策略，所述智能诊断策略通过预设的逻辑判断相关的运行状态和参数情况，综合输出诊断初步结果信息，再调用专家库服务器的专家库知识信息进行比较，分析智能诊断策略所得出的结论信息是否与专家库知识信息相关联或一致，并发出分析结果、运行指导或检修任务单；

所述诊断服务器包括：

智能诊断策略模块，用于实现信息收集、信息处理和逻辑判断，调用专家库信息，生成分析结果、运行指导或检修任务单；

参数报警与分析模块，对参数进行采集，并根据参数的预设报警阈值进行分析，发送给所述智能诊断策略模块；

设备报警与分析模块，用于对设备进行信息采集，当设备的电气故障、非操作动作、联锁动作、保护动作和自动状态变化中任意一种报警产生时，将报警信息发送给所述智能诊断策略模块；

工况预警与分析模块，用于对运行工况信息进行采集，根据工况信息的参数进行集中分析和计算，当计算结果发生与仿真的理论数据发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

征兆提取与报警模块，用于对前次主机和重要辅机的信息进行采集，根据预设的信息或前次事故发生的信息进行比对和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

环保指标分析与报警模块，用于采集环保指标、环保耗材与烟气量，分析所投入环保耗材分别与烟气指标和烟气量之间的比较和逻辑判断，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

运行优化数据服务模块，用于采集运行参数，与前期默认设置的运行参数比较，当发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

性能指标分析与报警模块，用于采集性能指标参数，与额定的性能指标参数进行比对分析，当指标发生偏差时产生报警，并发送给所述智能诊断策略模块；

推理演化模型计算模块，用于综合分析所述智能诊断策略模块接收到报警信息和性能指标，并发送给所述智能诊断策略模块。

2.根据权利要求1所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述仿真平台包括选择开关、车间仿真模型、仿真过程数据库以及显示操作系统，所述选择开关根据用户指令可以对采集数据源进行切换，当选择在线模式时，将所述数据采集系统所采集的现场控制平台数据作为所述仿真数学模型的输入参数；当选择离线模式时，将所述仿真平台的仿真结果数据作为所述仿真数学模型的输入参数，实现内部循环；所述车间仿真模型用于实现和存放所述仿真数学模型；所述仿真过程数据库用于输出所述仿真数学模型的计算结果，进而生成与所述垃圾焚烧厂相对应的专用数据库。

3.根据权利要求2所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述仿真平台包括仿真服务器、工程师站、就地设备站、操作员站以及显示屏幕，所述仿真服务器通过网络接收所述数据采集系统对应的接口机的现场控制平台数据，并接收工程师站、就地设备站和操作站的指令，然后进行仿真数学模型的数据计算，最后通过网络传送至所述工程师站、就地设备站和操作员站，并通过显示屏幕进行显示。

4.根据权利要求3所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述仿真服务器包括用于支持运行的操作系统、工艺数学模型、设备数学模型、控制策略数学模型以及具有教练功能的自学习软件；所述工程师站包括操作系统、具有开发功能和设置功能的仿真工程师软件、用于编辑仿真数学模型的第一编程软件以及用于编辑控制策略的第二编程软件；所述就地设备站包括操作系统以及用于模拟就地设备状态的仿真显示操作软件；所述操作员站包括操作系统以及用于模拟远控设备状态及参数显示的仿真显示操作软件；所述显示屏幕包括驱动软件以及打印机软件。

5.根据权利要求4所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述工艺数学模型包括垃圾库数学模型、燃烧炉设备系统数学模型、余热锅炉设备系统数学模型、烟气净化设备系统数学模型、汽轮机发电数学模型、电气设备系统数学模型、化水车间数学模型、污水车间数学模型、控制系统数学模型、远控设备动作数学模型以及就地设备数学模型中的一种或几种；所述控制策略数学模型包括：自适应巡航控制系统数学模型、集散控制系统数学模型、汽轮机控制系统数学模型、烟气净化系统数学模型、化水系统数学模型、污水系统数学模型以及电气系统数学模型；所述设备数学模型包括电动风机设备数学模型、电动泵设备数学模型、电动截止门设备数学模型、电动调节门设备数学模型、电动输送机设备数学模型、液压系统设备数学模型、电气断路器设备数学模型以及电气变压器设备数学模型中的一种或几种。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述数据采集系统所采集现场控制平台数据包括旋转机械数据、风机数据和锅炉数据中的一种或几种。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的垃圾焚烧厂基于仿真平台的专家智能诊断系统，其特征在于，所述专家库服务器包括：

标准规则库，用于对参数的理论推理进行编写的专家信息库，包括报警信息的分析、可能涉及的范围、危害程序、处理方案和检修任务单规则；

标准模型库，用于根据设备、主机和重要辅机的特性而制定标准信息库，包括被控对象的特性、工况特性、故障点、原因分析和检修任务单的规则；

仿真理论库，用于通过仿真信息过程的多种工况数据作为理论库，用于完成实际生产与仿真理论数据产生的偏差进行比较；

事故记录库 ，用于对主机和重要辅机进行预设事故可能发生的参数预报，以及记录发生事故前参数变化趋势；当正常运行过程中的参数接近或近似发生事故的记录参数时，发出运行指导意见、巡检事项或检修任务单；

设备健康数据库，用于对主机和重要辅机进行建康管理，以及对设备的检修计划、故障情况汇总和本体参数的分析，定期或定时发出运行指导意见与巡检事项、检修任务单。