Система контроля параметров системы водоснабжения и прогнозирования потребления воды WC&FMS

Задачей, стоящей перед анализом данных в области водоснабжения, является обработка данных, получаемых из различных источников. Условно эту задачу можно разбить на две группы – задача анализа потребления воды и нагрузки водоканала,  и вторая  отслеживание состояния работы датчиков. 

StatSoft Russia приступила к разработке приложения по контролю параметров системы водоснабжения и прогнозирования потребления воды, на базе системы STATISTICA. Разрабатываемое приложение позволит значительно расширить имеющиеся возможности.

Назначение системы

Система WC&FMS (Water Control & Forecasting Management System) предназначена для анализа данных в области водоснабжения,  построения прогнозов потребления воды, и других целей.

Области применения системы WC&FMS

Рис. 1. Области применения системы WC&FMS

Система обладает современным графическим интерфейсом и возможностью конвертировать данные практически из всех известных форматов (Excel, Lotus, Quattro Pro, ASCII и др.) и СУБД (Access, SQL Server, DB2, Oracle, InterBase  и др.). В системе реализованы новейшие технологии в области анализа данных, прогнозирования и визуализации данных. 

Система позволяет:

Система обладает гибкими механизмами вывода результатов и представления отчетов; результаты исследований могут быть конвертированы в стандартные форматы MS Word, MS Excel и другие, могут быть сохранены в формате HTML и опубликованы в сети Internet.

Постановка задачи

Перед системой WC&FMS стоит ряд задач по обеспечению исследовательской работы над данными, получаемыми из различных источников.

Эти задачи направлены на достижение масштабной цели – повышение устойчивости систем водоснабжения перед отказами оборудования и ошибками людей. Потеря такой устойчивости происходит по целому ряду причин, которые, в свою очередь, складываются из многочисленных факторов. 

Множество причин потери устойчивости удобно изображать на диаграмме Исикавы – она напоминает рыбий скелет. В качестве крупных костей изображены причины потери отказоустойчивости, в качестве мелких – факторы, влияющие на эти причины.

Причины потери устойчивости системы водоснабжения

Рис. 2. Причины потери устойчивости системы водоснабжения 

Задача системы WC&FMS – борьба с проявлениями негативных факторов или сведение к минимуму ущерба от них. Это происходит за счет более взвешенных и продуманных решений по модификации системы, ускорения процессов починки оборудования (за счет быстрой классификации неполадки), прогнозирования состояния тепловых и водопроводных сетей и так далее. 

Конечно, среди факторов, приведенных на данной диаграмме, есть немало таких, которые не допускают внешнего воздействия (такие, как погодные). Но с помощью рационального использования существующих ресурсов и повышения степени готовности к переменам ущерб от них может быть сведен к минимуму.

Вот примерный список приведенных на диаграмме выше факторов, негативное влияние которых может быть устранено системой WC&FMS:

Ущерб от этих факторов может быть сведен к минимуму за счет использования результатов работы системы:

Большинство приведенных задач можно решить с помощью известных алгоритмов анализа данных. Многие из них реализованы в рамках пакета для анализа данных STATISTICA. Система STATISTICA является составной частью WC&FMS, обеспечивает  визуализацию и построение многих объясняющих зависимостей. Система WC&FMS активно обменивается данными с источником и может в любой момент времени экспортировать их в формат STATISTICA.

Интеграция системы в процессы контроля водопотребления

Система собирает информацию из централизованного источника, который пополняется информацией с некоторой периодичностью. Система обрабатывает информацию и формирует отчеты. Информация, содержащаяся в отчетах, доступна для интерпретации трем группам пользователей. Это руководители, получающее информацию о работе подотчетной системы, в общем, аналитики, занимающиеся решением прогностических и исследовательских задач, и операторы, в обязанности которых входит текущий контроль за системой. 

Назначение системы

Рис. 3. Назначение системы

Отчет для руководителя будет содержать информацию об эффективности работы оператора и оценку эффективности подкачки воды потребителям. Подобные отчеты позволяют человеку оставаться в курсе состояния дел и не тратить много времени на уяснение ненужных подробностей.

Для аналитика может быть построен прогноз потребления воды, как по всему городу, так и для определенных классов потребителей. Система также позволяет строить «модель потребления», которая позволяет находить наиболее сложные участки водоснабжения и прогнозировать их развитие.

Оператор имеет возможность наблюдать развитие параметров во времени, получает извещения о выходе их за допустимые границы. При необходимости он имеет возможность провести диагностику датчиков и определить причину выхода за контрольные границы.

Диагностика состояния оборудования

Большинство проблем в водоснабжении населения и промышленных предприятий происходит по вине отказа технологического оборудования на станциях и повреждения тепловых сетей. Некоторые из них могут быть легко и быстро исправлены, но часто невозможно локализовать причину дефекта. 

Все станции управления доставкой воды обеспечены, как правило, комплексными системами управления оборудованием и способны обеспечивать непрерывную доставку воды потребителям, при условии, что они обеспечены корректной информацией о работе системы. Такая информация собирается с датчиков, которые могут работать нестабильно или давать неправильные показания.

Причины некорректной работы системы водоснабжения, управляемой автоматизированной системой, можно увидеть на приведенной ниже диаграмме причин и следствий («Рыбий скелет»).

Диаграмма причин и факторов, влияющих на поломки оборудования водоснабжения

Рис. 4. Диаграмма причин и факторов, влияющих на поломки оборудования водоснабжения

«Главная кость» отвечает за корректность работы системы в общем, большие кости – за причины, приводящие к ошибкам и сбоям; «мелкие кости» отвечают за факторы, влияющие на данные причины. 

Перспективы внедрения

Внедрение системы WC&FMS в систему управления водоснабжения переведет ее на качественно новый уровень. Помимо минимизации потерь от многих указанных факторов, система позволяет проводить более эффективное управление системой водоснабжения в целом.

Предполагаемые краткосрочные эффекты от внедрения системы WC&FMS:

Предполагаемые долгосрочные эффекты от внедрения системы WC&FMS:

Использование системы как средства диагностики и контроля оборудования позволит снизить периоды отключения потребителей от источников водоснабжения и ускорит починку оборудования. Кроме того, методы анализа данных позволят оценивать состояние оборудования в комплексе, что позволяет прогнозировать момент его отказа и планировать ремонт заранее. 

Аналитические исследования данных по потреблению воды позволят более взвешенно подходить к формированию тарифов за пользование водой. Также простой анализ может найти наиболее слабых в финансовом отношении потребителей и спрогнозировать поступление средств от конечных пользователей.

Разный уровень детализации отчетов позволяет использовать систему даже неподготовленному пользователю, он имеет возможность получить только требуемую информацию.

Система построена на основе мощной  аналитической платформы STATISTICA, позволяющей проводить анализы практически любой сложности. Прямое соединение с базой данных позволяет проводить любые прикладные ad-hoc исследования.

Интеграция с существующими системами

Большинство пунктов управления водоснабжением и насосных станций оборудовано автоматизированными системами контроля за подкачкой воды, работой агрегатов и прочими важными параметрами. Любая информация, полученная такой системой, сохраняется в базе данных, куда попадают все данные о работе агрегатов, состоянии сетей, напоре воды и поломках. Такие данные представляют собой бесценный, лежащий «мертвым грузом» объект. STATISTICA может быть легко интегрирована с подобной АСУ (автоматизированной системой управления), работая параллельно и не оказывая негативного эффекта на функциональность агрегатов. Данные, собираемые АСУ, становятся объектом анализа по запросу пользователя или с определенной периодичностью. 

Любая система управления водоснабжением способна представлять и обрабатывать только последние полученные с датчиков данные. Система WC&FMS анализирует и собранную ранее информацию и сообщает оператору о намного более ценных фактах, чем выход из строя некоторого агрегата.

Обладая мощными аналитическими методами, система WC&FMS способна диагностировать поломки датчиков и агрегатов намного более достоверно, чем привычный механизм управления, который может только констатировать факт отказа оборудования. WC&FMS может на анализе ретроспективной информации указать на вероятную поломку, при отказе оборудования, или даже спрогнозировать ее. 

WC&FMS дублирует функции АСУ по непрерывному контролю многих параметров, но с меньшей периодичностью. Механизм контрольных карт позволит увидеть постепенные разладки агрегатов, незаметные при наблюдениях непрерывного изменения измеряемых величин.

Основываясь на результатах работы системы WC&FMS, оператор принимает решение об изменении режимов работы агрегатов или датчиков. Более долгосрочные результаты могут стать причиной для проведения внеплановых технических проверок сетей и оборудования.

Диалоговые окна и опции

Реализация системы в виде последовательности диалоговых окон с ясным интерфейсом и последовательностью действий делает ее доступной для самого широкого круга пользователей. С самого момента запуска система настроена на активный  и дружественный  диалог с пользователем, запрашивая у него только самую необходимую информацию.

Стартовое окно системы

Рис. 5. Стартовое окно системы

Система WC&FMS имеет понятную блоковую структуру, ее инструменты сгруппированы по тематике применения в данной предметной области.

Блок прогнозирования потребления позволяет строить прогнозы потребления воды как в городе в общем, так и по отдельным объектам или группам объектов.  Применение таких мощных инструментов, как нейронные сети, экспоненциальное сглаживание или сезонная декомпозиция дает возможность прогнозировать потребление как в краткосрочном периоде (от часов до дней), так и в долгосрочном (от месяца до полугода и больше).

Автоматизированные процедуры блока прогнозирования позволяют построить аналитическую модель города в плане водопотребления и получить бесценную информацию о временных и пространственных шаблонах расхода воды.

Интерфейс системы позволяет быстро и удобно загружать исследуемые данные в среду STATISTICA, что сильно упрощает проведение дополнительных ad-hoc исследований. 

Блок прогнозирования системы WC&FMS

Рис. 6. Блок прогнозирования системы WC&FMS

Блок текущего контроля содержит инструменты мониторинга датчиков и систем подкачки воды в реальном времени. Контрольные карты позволяют не только визуально контролировать состояние отдельных механизмов системы, но и диагностировать различные поломки, прогнозировать их наступление до момента фактического отказа.

Информация одним щелчком мыши загружается в среду STATISTICA, где могут быть проведены дополнительные исследования и построены графики любой сложности.

Диагностика оборудования производится с помощью передовых методов анализа данных, которые позволяют выявлять дефекты оборудования, основываясь на комплексных данных о его функционировании. Исследования с помощью таких инструментов, как факторный анализ позволяют прогнозировать наступления неисправностей по факту даже небольших отклонений параметров от нормы, которые могут остаться незамеченными даже опытным специалистом.

Блок текущего контроля системы WC&FMS

Рис. 7. Блок текущего контроля системы WC&FMS

Наличие передовых инструментов и методов, разработанных опытными специалистами, делает систему WC&FMS незаменимой в работе управляющего водопотреблением подразделения. Она может быть легко интегрирована с уже имеющейся системой управления оборудованием и эффективно дополнять ее. Использование системы WC&FMS позволяет получить значительный отклик уже в краткосрочном периоде. В долгосрочном периоде использование системы приведет к сокращению числа поломок и уменьшению времени простоя потребителей без водоснабжения.

Система может быть легко расширена и оптимизирована для решения прочих задач анализа данных в области водоснабжения. Исследования в данной области продолжаются и обещают дать хорошие результаты.

Все отраслевые решения StatSoft

‹‹
››
ПнВтСрЧтПтСбВс


info@statsoft.ru       (495) 787-77-33       (499) 674-06-15       STATISTICA Data Miner 13.2 Trial

Авторские права на дизайн и материалы сайта принадлежат компании StatSoft Russia.
Все права защищены.

© StatSoft Russia, 2017

StatSoft Russia – компания, зарегистрированная и действующая в соответствии с законами России, которые могут отличаться от законов других стран, имеющих офисы StatSoft. Каждый офис StatSoft является самостоятельным юридическим лицом, имеет право предлагать услуги и разрабатывать приложения, которые могут быть, а могут и не быть представлены в офисах StatSoft других стран.

Лицензионное соглашение      Карта сайта