iP9000 平臺智能化報表的設(shè)計與實現(xiàn)

王力平，郭 潔，田春思，范慧敏，王京紅

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

0 引言

隨著信息技術(shù)、傳感器與數(shù)據(jù)處理技術(shù)的升級和更新迭代，特別在“中國制造2025”“工業(yè)4.0”“互聯(lián)網(wǎng)＋”等國家戰(zhàn)略下，在電力市場化的大趨勢下，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，更快地提高生產(chǎn)效率和效益，使得水電智能化技術(shù)的同步升級與縱深發(fā)展迫在眉睫。在金沙江下游白鶴灘電廠自動化系統(tǒng)智能化建設(shè)過程中，我們在電站智能運行方面取得了豐碩的成果。通過多次組織國內(nèi)外本行業(yè)資深專家進行方案評審及咨詢，同時結(jié)合專家建議與多年在水電控制領(lǐng)域積累的經(jīng)驗，針對海量數(shù)據(jù)有效篩選、水電廠機組和各類設(shè)備的在線健康監(jiān)測與趨勢分析、隱患預警與故障追溯、智能診斷決策、人性化生產(chǎn)管理等進一步實現(xiàn)將現(xiàn)代先進智能化手段與工程實際生產(chǎn)運行深度融合的主要現(xiàn)實需求[1]，在iP9000 水電智能一體化對象平臺的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)，以智能感知、多模態(tài)數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ)，以智能算法、深度學習為依托，達到智能規(guī)劃、指導與決策建議一體的智能系統(tǒng)[2]，本文對這一研制成果在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用與實現(xiàn)進行了簡要的介紹。

1 報表系統(tǒng)概況

電力系統(tǒng)的自動化在保障發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備和系統(tǒng)運行、保持發(fā)電裝機容量穩(wěn)定增長等方面有著極大作用。目前大多數(shù)水電廠都達到了“少人值守”的水平，但是在電廠設(shè)備運行狀態(tài)在線健康監(jiān)測和趨勢分析、智能診斷、智慧運行等方面，缺少智能化的分析處理能力。經(jīng)過實際項目調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當前市場已有報表系統(tǒng)普遍存在以下問題：

（1）格式固定，隨著時代發(fā)展和潮流趨勢變遷，人們審美也隨之變化，用戶需要可自定義報表樣式與功能的新一代報表程序；

（2）功能簡單，無法實現(xiàn)復雜邏輯計算，仍需耗費大量人力與時間來分析設(shè)備狀態(tài)，無法實現(xiàn)對全廠機電運行設(shè)備的自動智能化診斷分析；

（3）應(yīng)對突發(fā)狀況反應(yīng)較差，無法實現(xiàn)用戶對設(shè)備進行健康監(jiān)測的需求；

（4）無法實現(xiàn)對指定關(guān)注設(shè)備數(shù)據(jù)信息進行趨勢分析和提前預警；

（5）無法對已發(fā)生故障設(shè)備進行歷史數(shù)據(jù)追溯、智能分析故障源頭事件，為用戶提供維護方案；

（6）制作復雜，無法清楚簡便的制作報表；

（7）瀏覽不便，對于大型電站，無法實現(xiàn)用戶對各類報表的整理歸納，以及在線瀏覽。

隨著新技術(shù)、新理念的創(chuàng)新發(fā)展，基于人工智能、云平臺、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的智慧型水電廠建設(shè)正在各個電廠探索與創(chuàng)新，電力自動化下游應(yīng)用領(lǐng)域需求均呈穩(wěn)定增長狀態(tài)。以發(fā)電管理的數(shù)字化、自動化、信息化、智能化、虛擬化、標準化為基礎(chǔ)，由自動化到智慧化、由人工決策到機器決策的智慧水電廠建設(shè)，是時代發(fā)展的要求，是水電企業(yè)發(fā)展變革的必經(jīng)之路。

因此，我們需要充分利用信息通信技術(shù)，構(gòu)建一體化信息通信系統(tǒng)和適用于海量數(shù)據(jù)的計算分析和決策平臺，整合智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)資源，挖掘信息和數(shù)據(jù)資源價值，全面提升電力系統(tǒng)信息處理和智能決策能力，為各類能源接入、調(diào)度運行、用戶服務(wù)和經(jīng)營管理提供支撐。在統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、標準規(guī)范和安全防護的基礎(chǔ)上，建設(shè)覆蓋規(guī)劃、建設(shè)、運行、檢修、服務(wù)等各領(lǐng)域信息應(yīng)用系統(tǒng)[3]。

2 原理與方案設(shè)計

2.1 基本原理

本研究作為iP9000 一體化平臺的功能性子系統(tǒng)，以iP9000 為基礎(chǔ)平臺，通過調(diào)用iP9000 服務(wù)端口，以Python 為主體開發(fā)工具，深入挖掘數(shù)據(jù)庫內(nèi)設(shè)備縱向和橫向數(shù)據(jù)，采用面向多維向量的協(xié)同推理機制，開發(fā)集成具有豐富的數(shù)據(jù)監(jiān)測、分析與統(tǒng)計處理功能的智能分析算法，采用可視化方法設(shè)計，將監(jiān)測結(jié)果以周期生成方式或在iP9000 人機交互界面中觸發(fā)生成方式放入模板文件生成預期報表。同時，研發(fā)基于B/S 構(gòu)架的WEB 報表查詢系統(tǒng)，為用戶提供人性化的操作界面，實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測與故障診斷分析，滿足電廠主輔設(shè)備的智能分析需要[4]。

工業(yè)革命及其帶來的巨大變革是法國成人教育的第二個關(guān)鍵發(fā)展時期。從19世紀起，法國開始萌發(fā)職業(yè)教育和成人教育。受工業(yè)革命的影響，大多數(shù)勞動力迫切需要算術(shù)、寫作和閱讀方面的基本技能，以便適應(yīng)新的工作方式和工作場所的持續(xù)變革。因此，催生了以職業(yè)為導向的成人基礎(chǔ)教育。

2.2 系統(tǒng)方案設(shè)計

根據(jù)實際調(diào)研需求，設(shè)計方案如圖1 所示。

圖1 iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)主體方案示意圖

（1）數(shù)據(jù)獲取模塊

系統(tǒng)通過iP9000 服務(wù)實現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，程序上限制系統(tǒng)只能單向獲取數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)庫安全可靠。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊

通過關(guān)聯(lián)專家分析模塊的專家分析模型，可根據(jù)專家規(guī)則形成設(shè)備診斷分析結(jié)論；通過關(guān)聯(lián)智能分析模塊的智能分析模型，以機器學習方式，對設(shè)備進行智能分析，自動描述設(shè)備健康狀況。

（3）報表制作模塊

采用模塊化、“所見即所得”的可視化設(shè)計，整合接入符合用戶使用習慣的常用文本編輯軟件（如WPS/OFFICE 等），開發(fā)便捷易用的報表助手，用戶可通過參數(shù)配置的方式自定義模板樣式，滿足用戶定制化需求。

報表系統(tǒng)滿足用戶根據(jù)實際需要自定義指定報表的運行方式，包括定時或周期自動生成、事件觸發(fā)生成以及在iP9000-OIX 人機交互觸發(fā)生成等方式。

（5）在線交互模塊

通過與瀏覽器交互的方式，應(yīng)用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）構(gòu)架，使用戶無需在主機上配置任何客戶端軟件，通過訪問指定的報表系統(tǒng)的網(wǎng)址即可使用系統(tǒng)的功能。

3 系統(tǒng)應(yīng)用與實現(xiàn)

3.1 穩(wěn)定性與復用性

系統(tǒng)總體框架設(shè)計如圖2 所示，采用模塊化建模方法構(gòu)建整體框架，直觀建模，將整個系統(tǒng)按級別、層次、功能分解成由若干個基本單元構(gòu)成的子模塊，包括：對外接口模塊、參數(shù)設(shè)置模塊以及具體邏輯算法模塊，分界清晰，便于程序的后續(xù)維護調(diào)試與修改擴充。

圖2 iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)整體框架示意圖

此外，具體算法設(shè)計上，將具體邏輯算法子系統(tǒng)中復雜的算法邏輯模塊分解成數(shù)個小模塊并封裝，每次制作報告時只需調(diào)用各個封裝好的模塊即可。解決程序建模不具有復用性的問題，可最大程度降低整體程序耦合，精簡代碼量，減少出錯概率。

3.2 可視化設(shè)計

系統(tǒng)采用“所見即所得”的可視化自定義設(shè)計，接入常用文本編輯軟件，迎合大眾使用習慣。

在文本編輯軟件中，用戶可以任意定義報告樣式，包括圖形、數(shù)據(jù)、表格以及自動故障描述等信息，解決用戶對分析報告格式清晰，樣式多樣的需求；同時，程序與瀏覽器進行交互可將具體的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成形象直觀的分析圖像，便于用戶觀察分析，切實符合用戶實際需要。

3.3 即時性與人機交互

系統(tǒng)具有先進的即時報警系統(tǒng)，當任何一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)故障或越限等異常情況時，系統(tǒng)將自動生成故障分析報告。除此之外，系統(tǒng)還進行了人機交互相關(guān)設(shè)計，在iP9000 監(jiān)控系統(tǒng)畫面中嵌入接口，可實現(xiàn)通過在監(jiān)控系統(tǒng)畫面中勾選或輸入特定參數(shù)，對歷史、實時數(shù)據(jù)進行診斷分析，生成特定分析報告。

研究采用面向?qū)ο蟮娜诵曰O(shè)計，對執(zhí)行人進行最大程度的引導，簡化運維過程，對于提升水電廠工作效率，降低工作難度，提高電站智能化水平意義重大[4]。項目研究成果可顯著提高水電廠設(shè)備智能診斷運維的勞動生產(chǎn)率，具有廣泛的實際應(yīng)用需求。

3.4 WEB 在線交互

智慧水利水電最重要的標志之一就是實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通以及融合共享。為實現(xiàn)用戶便捷查詢，iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)利用WEB 相關(guān)技術(shù)制作在線交互查詢界面，允許其它主機訪問報表工作站，啟動網(wǎng)站的指定網(wǎng)址即可查詢具體報表文件，實現(xiàn)報表共享。

用戶成功輸入指定網(wǎng)址后即可進入到系統(tǒng)的瀏覽界面中。系統(tǒng)的瀏覽界面共分為3 大部分：報表目錄樹，控制生成區(qū)，報表展示區(qū)。報表目錄樹可按照不同專業(yè)或不同設(shè)備等分級展示；控制生成區(qū)能夠讓用戶查看指定時間報表、重新生成指定時間的報表以及按照文件名或按照選擇時間批量下載生成好的報表；報表展示區(qū)則是用戶查看具體設(shè)備信息的主要界面。

3.5 使用與配置

為方便用戶使用，系統(tǒng)利用Node.js 技術(shù)和JavaScript 技術(shù)制作報表助手小程序，將復雜的模板標簽做成小模塊，實現(xiàn)通過拖拽模塊并添加參數(shù)的方法配置模板標簽，方便使用人員操作以及避免人工編寫標簽導致的失誤，使及界面更加干凈整潔，讓模板制作更簡單快捷。制作報表的一般流程如圖3 所示。

圖3 報表制作流程

根據(jù)制作報表模板文件的報表助手界面展示依次點擊并制作報表模板標簽，在方法中點擊需要的函數(shù)方法并填入合適的參數(shù)即可生成一份符合用戶需要的智能報表。

3.6 整體優(yōu)勢

經(jīng)過一段時間的調(diào)試運行后，白鶴灘電廠實際反饋良好。iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)提供報表模板配置功能，采取動態(tài)文字及曲線、棒圖、表計等圖形分析描述設(shè)備健康狀況，自動生成報告靜態(tài)和動態(tài)內(nèi)容，以滿足水電廠設(shè)備運維智能化的需求。此外，本系統(tǒng)所開發(fā)的基于B/S 構(gòu)架的報表查詢系統(tǒng)能夠為用戶提供較好的操作界面、較高的可維護性并實現(xiàn)對設(shè)備在線監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的精準訴求，針對電廠常用數(shù)據(jù)形成一套適用性強的典型報表報告，便捷高效獲取數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在一定程度上可以提高電力企業(yè)工作效率和管理水平，減輕工作人員的勞動強度和工作負擔[5]。

4 結(jié)語

本文以白鶴灘電廠為背景，展現(xiàn)了iP9000 平臺智能化報表系統(tǒng)在海量數(shù)據(jù)監(jiān)測與系統(tǒng)分析方面，利用大數(shù)據(jù)及AI 技術(shù)整合各類電網(wǎng)數(shù)據(jù)，對各類設(shè)備進行在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，并以設(shè)備健康狀態(tài)模型作為支撐，深入挖掘有效的電網(wǎng)信息，輔助設(shè)備運行與檢修人員進行分析與決策。在節(jié)省人力物力、降低系統(tǒng)使用維護成本以及顯著提高生產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，大幅提升設(shè)備診斷分析的準確性和可靠性，提供設(shè)備健康監(jiān)測、故障診斷分析能力，提高水電廠智慧分析水平與效率。