医院供配电设备在线状态监测与预警系统研究

任云龙，马新江，许效源

（滨州医学院附属医院，山东 滨州 256600）

1 研究背景

1.1 医院供配电设备的重要性

医院是一个高度机电一体化的复杂建筑，其正常运行和医疗服务对供配电设备的可靠性和稳定性提出了严格的要求。医院供配电系统是医院正常运行的重要保障，它与患者的生命安全、疾病的治疗效果、医院的声誉等都有着密切关系。因此，医院供配电设备的重要性不言而喻。

1.2 医院供配电设备监测存在的问题

医院供配电设备的监测是保障医院正常运行和医疗服务的重要措施。然而，在实际监测过程中，仍然存在一些问题。

（1）监测方式不够智能化。目前，大多数医院采用人工值守的方式进行设备监测，缺乏远程实时监测和预警功能。这种方式存在人工巡检周期长、容易出现漏检、误检等问题，对设备故障的预警和处理效率较低。

（2）现有监测系统的数据分析能力有限。医院供配电设备产生的数据量庞大，分析数据需要对大量数据进行实时处理和分析。但现有的数据分析方法普遍存在不够智能化、不够准确、无法实现实时分析等问题，这使得监测系统的性能和准确度无法得到有效提升。

（3）监测系统的预警机制有待改善。目前，医院供配电设备监测预警系统多以简单阈值预警为主，无法精确预测设备故障风险，也无法提前预警潜在故障。此外，预警信息的传递和处理速度较慢，无法做到及时响应和处理。

（4）部分医院的供配电设备监测系统建设不够完善。一些医院由于技术水平和资金限制，监测系统建设不够完善，监测设备落后，数据传输和处理速度较慢，预警功能不完备，影响了监测系统的性能和效果。

2 系统框架设计

2.1 系统功能分析

医院供配电设备在线状态监测与预警系统是一种基于物联网技术的监测系统，通过对供配电设备的实时监测和数据分析，及时发现设备故障风险，实现对设备状态的准确把握和预警，以降低设备故障带来的损失。该系统的主要功能包括实时监测、数据分析、故障诊断和预警等。

（1）系统能够实现对医院供配电设备的实时监测，包括供电电压、电流、温度、湿度等多种参数。监测数据可以通过传感器等设备实现采集，经过数据传输后实时更新至监测系统。

（2）系统具有强大的数据分析能力。通过对监测数据进行处理和分析，系统可以准确把握设备的运行状态和性能指标，检测出潜在的故障风险，对故障风险进行预测和分析，提高设备故障的诊断准确率和预警能力。

（3）系统还可以进行设备的故障诊断。基于设备状态分析和预警数据，系统可以快速识别设备故障，并进行相应的处理和维护。在发生故障时，系统可以及时向相关人员发出预警信息，确保故障能够及时得到处理，避免对医院正常运行和患者安全造成影响。

（4）系统具有强大的预警功能。系统可以设置设备运行的预警阈值，一旦监测数据超过阈值，系统会发出警报，及时通知相关人员进行处理和维护。预警信息可以通过邮件、短信等方式进行传递，确保及时到达相关人员手中。

2.2 系统架构设计

其系统架构设计主要包括硬件、软件和通信3 个方面。

（1）硬件部分是系统的基础。该部分主要由传感器、数据采集装置和网关组成。传感器是实现对设备状态监测的核心装置，负责采集供配电设备的实时监测数据，包括电压、电流、温度、湿度等多种参数。数据采集装置是用于实现数据的采集和传输，它可以通过有线或无线方式将采集的数据传输至网关。网关是数据传输的核心，主要负责数据的处理和转发。硬件部分的设计需要考虑到监测点数量、数据采集方式、传输距离等多种因素。

（2）软件部分是系统的核心。该部分主要由数据处理、存储、分析和预警等模块组成。数据处理模块主要负责对采集的数据进行处理和整合，保证数据的质量和准确性。数据存储模块是用于将采集的数据进行长期存储，以便于后续数据的查询和分析。数据分析模块是实现对数据的处理和分析，从而实现对设备状态的准确把握和预警。预警模块则是将分析结果转化为实际的预警信息，及时通知相关人员进行处理和维护。软件部分的设计需要考虑数据处理速度、预警准确性、软件架构稳定性等因素。

（3）通信部分是实现系统数据传输和控制的关键。该部分主要包括有线通信和无线通信两种方式。有线通信可以通过局域网等方式实现数据的传输和控制，具有传输速度快、稳定性高等优点。无线通信可以通过蜂窝网络、WIFI 等方式实现数据的传输和控制，具有无限传输距离、设备灵活性高等优点。通信部分的设计需要考虑通信方式、传输速度和安全性等因素。

2.3 系统关键技术和算法

2.3.1 系统关键技术

（1）传感器技术。传感器是实现设备状态监测的核心装置，负责采集供配电设备的实时监测数据。传感器需要满足高精度、高可靠性、长寿命、低成本等多个方面的要求。

（2）数据采集和传输技术。数据采集和传输技术是实现数据的采集和传输的关键技术，包括有线和无线两种方式。有线通信可以通过局域网等方式实现数据的传输和控制，具有传输速度快、稳定性高等优点。无线通信可以通过蜂窝网络、WIFI 等方式实现数据的传输和控制，具有无限传输距离、设备灵活性高等优点。

（3）数据存储和处理技术。数据存储和处理技术是实现数据的长期存储和分析的关键技术。数据存储需要满足数据容量大、存储周期长、数据安全等方面的要求。数据处理技术需要满足数据处理速度快、分析精度高、算法稳定等要求。

（4）预警算法技术。预警算法技术是实现对设备状态的预警的核心技术。该技术需要根据设备监测数据进行数据分析和建模，通过设定阈值和规则等方式实现对设备状态的预警，从而及时发现和处理潜在的故障。

2.3.2 系统算法

（1）数据采集和预处理算法。该算法主要用于实现对采集到的原始数据进行预处理，包括数据滤波、数据去噪、数据平滑等多种方式，从而保证采集的数据质量。

（2）监测算法。监测算法是用于实现对设备状态的监测，包括基于模型的监测算法、基于规则的监测算法、基于统计学的监测算法等多种方式。该算法可以实现对设备状态的准确把握和预警。

（3）故障诊断算法。故障诊断算法是用于对设备故障进行诊断和分析的算法，包括基于模型的故障诊断算法、基于数据挖掘的故障诊断算法、基于机器学习的故障诊断算法等。通过该算法，可以对设备故障进行快速诊断和分析，从而减少设备停机时间，提高设备的可靠性和稳定性。

（4）预测算法。预测算法是用于实现对设备未来状态的预测，包括基于模型的预测算法、基于数据挖掘的预测算法、基于机器学习的预测算法等。通过该算法，可以预测设备未来可能出现的问题，提前采取措施避免故障发生，降低生产损失。

（5）决策算法。决策算法是用于实现对设备维护决策的算法，包括基于规则的决策算法、基于机器学习的决策算法等。通过该算法，可以对设备维护计划进行优化，降低维护成本，提高设备运行效率和生产效率。

3 数据采集与处理

3.1 数据采集方式的选择

不同的数据采集方式会对监测数据的准确性、稳定性、实时性等产生影响。

针对医院供配电设备在线状态监测与预警系统的需求，我们可以综合考虑实际情况选择合适的数据采集方式。如果需要实现高速率、高稳定性的数据传输，可以采用有线数据采集方式；如果需要实现数据采集设备的灵活性和无线覆盖面积的扩展，可以采用无线数据采集方式。另外，数据采集方式的选择还需要考虑到成本、设备安装维护等因素，综合权衡选择最合适的方式。

3.2 数据存储与管理技术

首先，数据存储与管理技术需要考虑数据的可靠性和安全性。数据应当按照一定的规范进行存储，以便后续的数据检索和查询。同时，数据的备份和恢复也是非常重要的，以防数据丢失或损坏。

其次，数据存储与管理技术需要考虑数据的处理和分析。采用适当的数据存储技术，可以方便地进行数据的处理和分析，例如，数据的清洗、聚合、查询、可视化等。此外，通过采用分布式数据存储和管理技术，可以实现数据的共享和交换，从而更好地实现对数据的利用和管理。

最后，数据存储与管理技术需要考虑系统的可扩展性和性能。随着数据量的增大和系统规模的扩大，数据存储和管理系统需要能够支持大规模数据存储和查询，同时需要具备高可用性和高性能的特点，以保证系统的稳定性和可靠性。

4 状态监测与预警算法研究

4.1 设备状态监测的算法

医院供配电设备在线状态监测与预警系统中的状态监测与预警算法是该系统的核心。它可以实时监测电气设备的运行状态，及时发现设备异常情况，通过发出预警信号来提醒管理员及时采取措施，保证电气设备的正常运行。常见的状态监测与预警算法包括基于规则的算法、基于统计学的算法、基于模型的算法和深度学习算法等。在医院供配电设备在线状态监测与预警系统中，可以结合多种算法来实现对设备状态的监测和预警，以达到最佳的效果。

4.2 设备故障预警算法

（1）需要采集和处理大量的设备数据。这些数据包括设备的运行参数、电气信号、振动信号、温度等多种指标。在采集和处理这些数据时，需要考虑数据的准确性和完整性，保证数据的质量。同时，需要采用合适的数据预处理方法，如滤波、去噪、降维等技术，使数据更加清晰、易于分析。

（2）需要采用合适的数据分析和挖掘技术，实现对设备数据的分析和挖掘。例如，可以采用基于机器学习的算法，如神经网络、支持向量机等，实现对设备数据的分类、聚类和预测。同时，也可以采用基于规则的方法，如规则库和专家系统等，实现对设备故障的判断和诊断。

（3）需要建立合适的预警模型，将数据分析和挖掘的结果转化为实际的预警信息。预警模型需要考虑到多种因素，如设备的特性、运行环境、数据特点等。通过建立预警模型，可以实现对设备故障的预测和预警，从而及时采取措施，保障医院的正常运转。

4.3 预警决策与处理技术

预警决策与处理技术通常包括以下几个方面。

（1）预警信息处理。预警信息处理是指对预警信息进行分析、处理和整合的过程。该过程主要包括对预警信息的分析，确定故障的性质、位置、原因等，以及对预警信息进行整合，形成全面的设备状态监测和故障预测报告。

（2）预警决策。预警决策是指根据预警信息的分析和处理结果，制定相应的措施进行处理的过程。预警决策需要考虑设备的运行情况、设备的重要性、设备的维修周期等多方面的因素，以便选择最优的措施，及时处理设备故障，保证医院的正常供电和运行。

（3）控制策略制定。控制策略制定是指根据预警决策结果，制定相应的控制策略。控制策略的制定需要考虑到设备的运行状态、设备的重要性、设备的维修周期等多方面的因素，以便选择最优的控制策略，及时恢复设备的正常运行状态。

（4）实施措施。实施措施是指根据预警决策和控制策略的结果，采取相应的实施措施。实施措施需要考虑到设备的运行状态、设备的重要性、设备的维修周期等多方面的因素，以便选择最优的实施措施，及时恢复设备的正常运行状态。

5 结语

总而言之，医院供配电设备在线状态监测与预警系统可以实现对设备的智能化管理和精准化预警，最大限度地保障医院供电的稳定性和安全性。未来，还需要继续深入研究和探讨，不断完善本系统的性能和功能，以更好地满足医院供电管理的需求，为医院的安全运行和患者的健康服务提供可靠的保障。