基于SOA的狀態檢修系統設計

劉國民，宋 雨，周慶捷

(1.華北電力大學，河北 保定 071003;2.北京中恒博瑞數字電力科技有限公司，北京 100096)

隨著電力系統規模的擴大及電力設備在數量、質量上的迅速提升，原先的設備定期檢修模式越來越不適應電力企業生產及設備的管理要求。各個電力企業與公司根據實際情況陸續進行了設備狀態檢修嘗試。為規范電力設備檢修管理，適應當前電力行業管理需要，各個電力企業都在進行狀態檢修規范化、標準化的嘗試，國家電網公司為此還制定了部分設備的狀態檢修標準及評價導則。基于SOA(面向服務)架構的狀態檢修設計方案有效解決了當前檢修方面及電力企業信息系統方面不能相互操作、數據不能共享的難題。

1 SOA架構

SOA架構是近年來軟件工程領域的熱門話題。SOA是一種設計方法學，目的是最大限度重用應用程序中的“服務”，以提高IT設施的適應性和效率。SOA的核心思想是把組織的業務流程功能模塊組件化，對外提供標準服務，使組織內部不同業務部門或不同組織之間的業務整合更加容易［1－3］。SOA通過高復用降低開發成本，通過粗粒度、松耦合屏蔽復雜的業務邏輯，從而使軟件生產規模化成為可能。SOA體系的結構模型見圖1。

圖1 SOA體系的結構模型

2 狀態檢修系統理論分析

狀 態 檢 修 (Condition Based Maintenance，CBM)指根據先進的狀態監測和診斷技術提供的設備狀態信息，判斷設備的異常，預知設備的故障，在故障發生前進行檢修的方式，即根據設備的健康狀態安排檢修計劃，實施設備檢修［4－6］。

圖2 故障率曲線

設1臺設備由許多零部件組成，在收集大量有關設備連續運行與檢修時間的數據后，通過數理統計方法，可擬合出典型的故障率曲線 (見圖2)。

圖2中，λ(t)指設備在 ［0，t］時間內不發生故障的條件下，下一個單位時間發生故障的概率，即設備在t時間的故障率。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指時間段，其中Ⅰ為早期故障期;Ⅱ為偶然故障期;Ⅲ為損耗故障期。

a． 早期故障期

曲線呈下降趨勢，故障率λ(t)隨時間t的增加而降低。設備在初期故障率較高主要是由于設計上的疏忽、生產工藝質量不佳、某些零部件質量差及安裝不當等。經過技術改進、缺陷排除后，故障率逐漸下降，設備質量進入穩定期。這一時期的設備維修宜采用定期維修、故障檢查維修，以更換質量差的零部件，或做技術革新改進，延長設備使用壽命。

b． 偶然故障期

此時的曲線近似為一條直線，故障率λ(t)隨時間t的增加變化不大，近似一個常數。故障主要由一些偶然因素引起。在這一時期，由于設備的質量相對比較穩定，若采用定期維修制，頻繁檢修更換設備零部件，不僅影響部分部件的使用壽命、造成不必要的經濟損失，而且會使設備長期處于故障率較高的早期故障期。“狀態維修”思想便是針對這一時期的故障消除提出的。通過對設備狀態進行監視，預測其可靠性程度，排除那些造成故障的偶然因素，從而提高設備的使用壽命。

c． 損耗故障期

該時期的曲線呈增長趨勢，故障率λ(t)隨時間t的增加而升高，由于許多零部件的磨損和老化，致使設備故障逐漸增多。此期間的故障可稱為損耗性故障，發生的多少與設備工作時間有關。因此，宜采用預防維修方法，更換部分已老化及損壞部件，以降低設備故障率。

3 基于SOA的系統架構研究

通過基于SOA架構而設計的狀態檢修系統，可很好的解決電力企業復雜的數據隔離現象［7－8］。通過SOA集成平臺，各個電力企業信息系統不僅能夠交換各自的數據，還可實現互操作性，為系統以后的升級或變更帶來了很大方便［9－10］。

3.1 系統流程分析

狀態檢修工作的基本流程包括設備信息收集、設備狀態評價、風險評估、檢修策略、檢修計劃、檢修實施及績效評估7個環節。其流程圖見圖3。

圖3 狀態檢修工作流程

以J2EE為平臺，struts為流程架構，SOA為請求架構，把struts中的action按照SOA定義標準封裝成服務，通過struts架構流程方式實現狀態系統檢修。把檢修管理流程分為幾個單獨模塊。每個子模塊劃分為一個服務，每個服務又組合成一個新的組件，而組件又可定義暴露為一個新的服務。以此為基礎，狀態檢修系統分為幾個管理模塊 (見圖4)。

基于SOA架構過程中，每個模塊都是以組合方式為單位進行配置的。

在具體組件的實現細節中，按照SSH(struts2+spring+hibernate)框架開發，每個服務對應若干個action。每個action是實現具體細節的邏輯功能單元。

保護設備狀態檢修體系的各個功能模塊相互配合協作，以各類保護設備狀態評價、診斷及預測評估的模型、算法為理論支撐，構成一整套完整的保護設備狀態檢修管理體系。系統業務核心功能由基礎數據管理、分析模型維護和檢修專業管理實現。同時為了保證系統安全、規范運行，整個業務流程都在系統維護與標準維護的管理框架內進行。

3.2 系統業務分析

圖4 狀態檢修功能框圖

電力設備狀態檢修系統的主要功能定義:獲取并處理電力設備相關的反映設備健康狀態的狀態量數據，評價設備當前狀況，預測狀態量未來發展趨勢，對狀態劣化和趨勢不良的設備及時發布狀態預警消息，并進行有效的故障建模和原因分析。最終通過綜合優化檢修策略模型，提出檢修決策建議，有效支持狀態檢修工作的具體實施。系統業務功能總體架構見圖5。

圖5 系統業務功能總體架構

在業務流程運轉產生大量數據資料基礎上，系統還能夠提供方便的綜合信息查詢功能，方便用戶從整體上全方位做好狀態檢修工作，最終實現保護設備狀態檢修工作的規范化、流程化，提高生產管理效率。整個狀態檢修系統業務流程圖見圖6。

圖6 系統業務流程

業務流程中，根據保護基礎數據管理、狀態量和分析模型維護 (包括檢測預警、狀態評價、決策建議、檢修校驗管理)的相關屬性進行邏輯判斷，然后根據判斷結果進行邏輯整合，最終實現所需信息的查詢。基于以上設計而研發的繼電保護設備狀態評價和狀態檢修專家系統在寧夏電力公司上線運行3個月來，收到了很好的效果，大大提升了檢修效率和準確率。

4 結束語

詳細介紹和分析了狀態檢修系統的功能設計和業務設計，并結合電力信息化的特征，提出了基于SOA架構進行總體設計的方法。狀態檢修系統是一個很復雜的建設工程，涉及的理論和方法很多。狀態檢修是我國電網發展的趨勢，也是電力企業信息建設中需要認真研究的課題。

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