【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及船闸工艺安全，具体为一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法。
技术介绍
1、在现代水运交通中，船闸起着至关重要的作用，船闸控制系统经历了从手动操控到自动化控制的转变，最初，船闸的操作主要依赖人工手动控制，这不仅效率低下，而且存在较大的安全隐患，随着自动化技术的不断发展，船闸控制系统逐渐实现了自动化控制，通过集成控制系统实现了船闸门控制、水位监测、机电控制等功能，从而提高了船闸操作的效率和精度，减少了操作员的劳动强度，船闸工艺复杂，涉及船舶通过通航建筑物(船闸)区域时的多种运行保护工艺，如合拢错位保护、输水时间保护、动水关阀、间歇开阀、单边输水等，船闸工艺安全直接关系到船舶的顺利通行、船闸设施的完好以及人员的生命财产安全，通过加强设计、施工、调试、运行和维护等环节的安全管理和技术应用，可以确保船闸的安全运行和高效调度，为水运交通系统的发展提供有力支撑。
2、然而，传统的船闸控制系统在工艺安全检测及预警方面存在诸多不足，现有的数据采集方式往往较为单一且不够精准，无法全面实时地获取船闸关键控制工艺过程中的各类数据，导致难以准确判断船闸运行状态是否存在安全隐患，数据传输过程中容易受到干扰，传输效率和可靠性较低，导致重要的安全信息无法及时准确地传递到管理单元，在数据存储方面缺乏有效的管理策略，难以快速检索和利用历史数据进行安全分析，交互功能不够完善，操作人员难以便捷地获取系统工作状态、调整参数和查询数据，这些问题严重影响了船闸运行的安全性和管理效率。因此，有必要提出一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，以解
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，它可以独立于工控系统，增强了船闸运行安全性与可靠性，有效解决了现有船闸控制系统在数据采集分析、通讯存储、交互功能及安全保障等方面的不足。
2、本专利技术为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，该方法包括以下步骤：
3、s1、数据采集单元构建与数据采集分析：
4、数据采集单元由cpu模块、数字量输入模块、数字量输出模块、数据通讯模块组成，其中数字量输入模块采集船闸关键控制工艺过程中的各类物理量数据，包括但不限于阀门开度数据、水位高度数据、设备运行状态数据，采集的数据以特定格式编码传输至cpu模块；
5、cpu模块运用自创的基于动态阈值和趋势分析的安全评估算法对数据进行处理，该算法公式为：其中s为安全评估值，xi为第i个阀门相关数据，yj为第j个水位相关数据，wi和vj为相应的权重系数，f(xi)和g(yj)为基于数据动态变化特征定义的函数，根据历史数据和船闸运行特性确定其具体形式，通过计算s的值并与预设的安全阈值范围进行比较，判断船闸关键控制工艺过程中是否存在安全隐患，若超出阈值范围则生成预警信息，预警信息包含安全隐患类型、可能影响区域和建议采取的措施的详细内容，同时，将数据标记为待检测异常数据，进入检测流程；
6、数据通讯模块采用基于时分复用和纠错编码的can总线通信协议，实现各数据采集单元间的数据通讯；
7、s2、数据存储转发单元的数据处理与传输：
8、数据采集单元通过485协议屏将采集到的数据以二维码形式编码输出，存储转发单元中的扫码枪扫描二维码获取数据；
9、存储转发单元中的智能网关对获取的数据进行解码、存储，存储格式采用基于数据块和时间戳的混合存储结构，智能网关运用自创的自适应数据压缩与传输算法将数据通过以太网接入通讯交换机，该算法根据网络负载和数据重要性动态调整压缩比，公式为：其中c为压缩比，zi为第i个重要数据项，tj为第j个非重要数据项，k为调节系数，n为网络当前负载，t为预设的时间周期；智能网关与分控中心综合柜工艺安全通讯交换机构成环网结构，实现现场采集数据向上一级管理单元的传输；
10、s3、交互触摸屏的功能实现：
11、交互触摸屏与数据采集单元和存储转发单元连接，实时获取系统工作状态信息；
12、交互触摸屏提供采集单元参数设置界面，操作人员可通过特定的触摸操作手势和密码验证机制进入设置界面，调整数据采集频率、预警阈值参数，调整参数的指令通过自定义的安全通信协议传输至数据采集单元；
13、交互触摸屏具备数据查询功能，可根据操作人员输入的时间范围和数据类型查询条件，从智能网关存储的数据中检索并展示相应的历史数据，展示形式包括图表和列表，图表类型根据数据特点自动适配，包括折线图展示水位随时间的变化趋势和柱状图展示阀门开关次数统计；
14、s4、异常数据检测与预警：
15、对于标记为待检测异常数据，采用基于多变量统计分析和机器学习模型的检测方法，选取多个相关数据变量，包括阀门动作速度、水位变化速率和设备振动频率，构建数据矩阵，运用主成分分析pca多变量统计分析方法对数据矩阵进行降维处理，提取关键特征；
16、将提取的特征输入到预先训练好的支持向量机和神经网络的机器学习模型中进行分类判断，确定数据是否真正存在异常以及异常的严重程度，判定为异常且严重程度达到预警标准，通过多种方式发出预警，包括在交互触摸屏上弹出醒目的警示框，显示异常详细信息；
17、同时向相关管理人员发送短信和邮件通知，预警信息中包含异常数据的详细分析结果、可能引发的安全风险以及应对建议，此外，根据异常情况自动调整数据采集单元的采集参数，包括提高采集频率、扩大采集范围。
18、进一步地，在数据采集单元的cpu模块中，所述基于动态阈值和趋势分析的安全评估算法中的权重系数wi和vj的确定方法如下：
19、定期收集船闸在正常运行和模拟故障状态下的历史数据，对这些数据进行预处理，包括去除异常值、数据归一化处理；
20、针对阀门开度数据，根据不同开度范围对船闸安全运行的影响程度，采用基于层次分析法ahp和模糊综合评价法相结合的方法确定权重系数wi，首先构建判断矩阵，矩阵元素通过专家经验和数据分析确定，反映不同开度数据之间的相对重要性，然后运用模糊综合评价法对判断矩阵进行模糊化处理，得到模糊关系矩阵，最后通过模糊合成运算得到权重向量wi；
21、对于水位高度数据，根据船闸设计水位标准和实际运行水位波动范围，采用基于变异系数法和熵权法相结合的方法确定权重系数，计算每个水位数据的变异系数vj，反映其数据离散程度，同时计算信息熵，根据信息熵确定数据的权重贡献，将两者综合得到权重系数vj。
22、更进一步地，数据采集单元中的数字量输入模块在采集数据时，采用多传感器冗余采集技术，具体为：
23、在关键位置布置多个相同类型的传感器，包括在阀门处布置多个开度传感器，在水位测量点布置多个水位传感器；
24、每个传感器独立采集数据，并将数据传输至数据采集单元；
25、数据采集单元中的cpu模块运用自创本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，在数据采集单元的CPU模块中，所述基于动态阈值和趋势分析的安全评估算法中的权重系数wi和vj的确定方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，数据采集单元中的数字量输入模块在采集数据时，采用多传感器冗余采集技术，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，数据通讯模块采用的基于时分复用和纠错编码的CAN总线通信协议中，时分复用的时隙分配方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，在存储转发单元的智能网关中，所述自适应数据压缩与传输算法中的调节系数的确定方法如下：
6.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，交互触摸屏的触摸操作手势识别采用基于深度学习的手势识别模型，具体步骤如下：
7.根
8.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，数据采集单元中的数字量输出模块在输出保护信号时，采用基于优先级和延迟时间的信号输出策略，具体为：
9.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，在存储转发单元的智能网关中，数据存储的基于数据块和时间戳的混合存储结构具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，在数据采集单元的cpu模块中，所述基于动态阈值和趋势分析的安全评估算法中的权重系数wi和vj的确定方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，数据采集单元中的数字量输入模块在采集数据时，采用多传感器冗余采集技术，具体为：
4.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，数据通讯模块采用的基于时分复用和纠错编码的can总线通信协议中，时分复用的时隙分配方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种船闸控制系统工艺安全检测及预警的方法，其特征在于，在存储转发单元的智能网关中，所述自适应数据压缩与传...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，杨雨，王凤姣，
申请(专利权)人：南京苏润科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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