專利名稱：用于技術(shù)設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于技術(shù)設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法，這種技術(shù)設(shè)備尤其是設(shè)備部件受自動(dòng)控制的電廠設(shè)備。
在控制技術(shù)設(shè)備特別是電廠設(shè)備的控制臺(tái)(Leitwart)中，不斷產(chǎn)生大量各種各樣的測(cè)試數(shù)據(jù)，它們整體上反映了設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備操作人員的任務(wù)就是為運(yùn)行狀態(tài)鑒別各個(gè)重要測(cè)試數(shù)據(jù)和測(cè)量值，并且密切注視，分析和說明與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的數(shù)值。在此，控制臺(tái)的過程引導(dǎo)借助屏幕通過標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則以規(guī)范的形式被廣泛確定了。這些技術(shù)規(guī)范中包含許多設(shè)備部件或設(shè)備元件的符號(hào)，例如泵和閥，顯示的著色、甚至一個(gè)導(dǎo)引系統(tǒng)顯示的構(gòu)成。此外對(duì)于不同顯示通常都有一張?jiān)O(shè)備電路圖，它描述了整個(gè)設(shè)備的概況。隨著這些技術(shù)設(shè)備自動(dòng)化程度和復(fù)雜性的增加，所測(cè)得的數(shù)據(jù)的數(shù)量也在增加，并且設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的重要信息不能被提早鑒別的概率也在增加。因此相應(yīng)的對(duì)策才較晚地被引入。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種技術(shù)設(shè)備特別是電廠設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法，由此直接說明設(shè)備過程的特殊之處，并且能及早采取對(duì)策，特別是存在故障的時(shí)候。
本發(fā)明的目的在設(shè)備部件受自動(dòng)控制的技術(shù)設(shè)備特別是電廠設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法中，是這樣實(shí)現(xiàn)的-通過預(yù)先給出描述設(shè)備過程的特征并為設(shè)備過程準(zhǔn)備重要參數(shù)。
-通過為每個(gè)設(shè)備部件，根據(jù)參數(shù)檢測(cè)每個(gè)特征的存在。
-通過借助不同設(shè)備部件的共同特征和不同特征的共同設(shè)備部件來確定特征與設(shè)備部件組合之間的關(guān)聯(lián)。
-通過設(shè)備部件和/或特征作為信息元素是這樣被相互定位描述的每?jī)蓚€(gè)信息元素之間的距離體現(xiàn)了它們關(guān)聯(lián)的程度。
此發(fā)明出自這樣的考慮在形式概念分析的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，關(guān)于設(shè)備狀態(tài)的含義根據(jù)“關(guān)聯(lián)上的接近與空間接近相符”的原則，大量過程數(shù)據(jù)可以被過濾，壓縮和/或結(jié)構(gòu)化。形式概念分析的基本特征在一些文獻(xiàn)中被總結(jié)過了，例如小冊(cè)子M.Luxemburg的“包含，從屬性和Galois圖。形式概念分析文獻(xiàn)”，博士論文，TH，Darmstadt(1993)和Proc.NATO Adv.Study Inst.，Banff/Can.1981，pp445..470(1982)，以及G.Kalmbach的“離散數(shù)學(xué).Turbo Pascal編程初學(xué)者速成”(1981)。
從技術(shù)設(shè)備的信息系統(tǒng)中，一個(gè)清單的特征被預(yù)先準(zhǔn)備出來，信息系統(tǒng)是設(shè)備操作系統(tǒng)的一部分，其中所有特征在整體上描述了整個(gè)設(shè)備中所有可能的運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)備狀態(tài)。這些特征本身可以是例如狀態(tài)信號(hào)或其它明確反映設(shè)備部件狀態(tài)的信號(hào)，它們可以是信號(hào)序列的成員。借助當(dāng)前所探測(cè)到的或是模型化的(模擬的)參數(shù)，可將這些特征配置給這些設(shè)備部件，那些參數(shù)同樣也在技術(shù)設(shè)備的信息系統(tǒng)中被制備出來。
通過共同特征的數(shù)量與至少一個(gè)設(shè)備部件上具有特征的數(shù)量的比值，每?jī)蓚€(gè)設(shè)備部件關(guān)聯(lián)上及內(nèi)容上的接近可以被確定。換句話說每?jī)蓚€(gè)設(shè)備部件，它們的所有特征都一致，則被歸類為內(nèi)容上特別接近；而兩個(gè)設(shè)備部件，它們沒有一個(gè)特征一致，則被歸類為內(nèi)容上不接近。
為了圖像描述，兩個(gè)設(shè)備部件內(nèi)容上的接近被轉(zhuǎn)換成反映設(shè)備部件的信息元素的空間接近。每?jī)蓚€(gè)特征的空間接近也類似的被確定，其中共同具有這些特征的設(shè)備的數(shù)量被考慮到。根據(jù)參數(shù)，特征向各設(shè)備部件的配置明確確定了這些設(shè)備部件與這些特征的關(guān)聯(lián)或關(guān)系。
由技術(shù)設(shè)備信息系統(tǒng)制備的參數(shù)相宜地是事件信號(hào)的要素，這些信號(hào)描述了運(yùn)行狀態(tài)的改變或設(shè)備從正常狀態(tài)的偏離。這樣這些事件信號(hào)借助特殊特征被明確配置到相應(yīng)的設(shè)備部件中。
由圖像產(chǎn)生的描述可以僅僅是設(shè)備部件表現(xiàn)的信息元素的分布或僅僅是特征表現(xiàn)的信息元素的分布。然而信息元素最好既被設(shè)備部件圖像顯示又被特征圖像顯示。在分布中信息元素的相互定位是通過滿足下列準(zhǔn)則而確定的如果一個(gè)設(shè)備部件具有一種特征，則其信息元素相互之間的距離比預(yù)先給出的第一極限值小；如果一個(gè)設(shè)備部件不具備一種特征，則其信息元素相互之間的距離比預(yù)先給出的第二極限值大。
為了讓操作人員在鑒別每個(gè)設(shè)備狀態(tài)的重要信息時(shí)能夠非常容易和/或一目了然，在設(shè)備過程中被接收的測(cè)試數(shù)據(jù)和由此推導(dǎo)出的參數(shù)被過濾。相宜地借助于給定的準(zhǔn)則來確定表示哪些設(shè)備條件。例如這樣的設(shè)備部件可以被表示它們?cè)诶鐮顟B(tài)“故障”/“非故障”或者狀態(tài)“起”/“停”上有一個(gè)特征相符合。有利地設(shè)置一個(gè)時(shí)間窗作為準(zhǔn)則，這樣在確定時(shí)間區(qū)域內(nèi)通知故障的設(shè)備部件之間的相互關(guān)系和相互作用被得知。由此可以推斷出因果故障(不同于癥候式故障)。
為了能提早得知往故障的發(fā)展趨勢(shì)，時(shí)間窗最好也能作為特征被預(yù)先給出。這樣由表示設(shè)備部件和特征的信息元素的時(shí)間序列成為可能。最好依次排列的事件信號(hào)的信息元素共同被描述為狀態(tài)復(fù)數(shù)。這個(gè)狀態(tài)復(fù)數(shù)在此具有一個(gè)特征結(jié)構(gòu)，它的圖案與系統(tǒng)行為有直接關(guān)系。這樣相宜地由信息元素的共同表示預(yù)測(cè)出一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)。因此一個(gè)出現(xiàn)苗頭的故障有可能在初始階段就被制止。
按照特別有利的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，這個(gè)狀態(tài)復(fù)數(shù)與一個(gè)由設(shè)備特有知識(shí)推導(dǎo)出的參考復(fù)數(shù)相比較。在這個(gè)參考復(fù)數(shù)中一個(gè)特定設(shè)備行為的特征圖案被給出。例如可以有一個(gè)發(fā)生在電廠設(shè)備安全閥的快動(dòng)閘門上的故障以參考復(fù)數(shù)的形式存在。通過狀態(tài)復(fù)數(shù)和參考復(fù)數(shù)的比較，根據(jù)預(yù)先發(fā)出的故障信號(hào)，一個(gè)在線出現(xiàn)苗頭的快動(dòng)閘門由此可以被識(shí)別。
描述信息元素的信號(hào)空間是n維的，最好是三維的。為了確定每個(gè)信息元素在這個(gè)信息空間中的位置，最好算出三維空間坐標(biāo)。由此在一個(gè)適合的顯示設(shè)備，例如屏幕上，在控制臺(tái)中實(shí)現(xiàn)三維描述是可能的。
下面借助附圖所示實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中

圖1為帶有為實(shí)施對(duì)技術(shù)設(shè)備的分析方法所設(shè)置元件的作用圖；圖2為表示技術(shù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征的設(shè)備部件及代表其特征的信息元素的分布；圖3為一個(gè)表示設(shè)備運(yùn)行行為趨勢(shì)的特征的狀態(tài)復(fù)數(shù)。
在圖1所示實(shí)施例中，在設(shè)備構(gòu)件1中所描述的過程進(jìn)程是未詳細(xì)描述的電廠設(shè)備的全部過程的一部分。設(shè)備構(gòu)件1包括連接在蒸汽管道2中的泵a1，在它之前串聯(lián)的蒸汽閥a2和在支路8上的排氣調(diào)節(jié)閥a3。在泵a1和蒸汽閥a2之間設(shè)有一個(gè)流量傳感器12，用它可以測(cè)得每個(gè)時(shí)間單位流過蒸汽管道2的蒸汽量。此外在泵a1的壓力側(cè)裝有一個(gè)壓力傳感器13。泵a1上裝有一個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)傳感器14。蒸汽閥a2和排氣調(diào)節(jié)閥a3上分別裝有控制和信號(hào)元件15和16。泵a1，蒸汽閥a2和排氣調(diào)節(jié)閥a3在后面還表示為設(shè)備部件a1到a3。
由傳感器12，13，14測(cè)得的測(cè)量數(shù)據(jù)及由信號(hào)元件15，16發(fā)出的信號(hào)以過程數(shù)據(jù)PDi的形式發(fā)送給自動(dòng)化系統(tǒng)18a，和傳導(dǎo)技術(shù)信息系統(tǒng)18b。
在電廠設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)18a，18b的自動(dòng)化單元中過程數(shù)據(jù)PDi被預(yù)先處理?？赡軙?huì)有控制信號(hào)Si被發(fā)送給設(shè)備構(gòu)件1的設(shè)備部件ai上。關(guān)于測(cè)量事件，調(diào)整事件，控制事件以及信號(hào)產(chǎn)生的匯集起來的信息被儲(chǔ)存在信息系統(tǒng)18b中。通過在自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)18a，18b中進(jìn)行的過程，電廠設(shè)備及其設(shè)備部件ai，例如泵a1，設(shè)備構(gòu)件1的閥a2，a3，被自動(dòng)控制。
從自動(dòng)化系統(tǒng)和信息系統(tǒng)18a，18b中，根據(jù)過程數(shù)據(jù)PDi以及設(shè)備過程控制信號(hào)Si，為了在設(shè)備構(gòu)件1中進(jìn)行的過程，產(chǎn)生了重要參數(shù)Pi并被總結(jié)成信號(hào)Mi。這些信號(hào)Mi也包括識(shí)別設(shè)備部件ai的標(biāo)記。
參數(shù)Pi和/或信號(hào)Mi為分析模塊20準(zhǔn)備。除此之外反映設(shè)備過程的特征Mi也被引入分析模塊20。特征Mi既是狀態(tài)信號(hào)，故障信號(hào)和狀況信號(hào)，又是設(shè)備部件ai或設(shè)備構(gòu)件的功能上的，處理技術(shù)上的和構(gòu)造上的細(xì)節(jié)，其中這些細(xì)節(jié)描述了設(shè)備部件的工作方式及其在整個(gè)設(shè)備中的分布和配置。在分析模塊20中，為每一個(gè)設(shè)備部件ai，根據(jù)參數(shù)Pi或根據(jù)信號(hào)Mi，為一個(gè)可預(yù)先給出的時(shí)間窗，檢測(cè)特征mi的存在。為此每個(gè)時(shí)間窗產(chǎn)生一個(gè)關(guān)聯(lián)KTi，由此以矩陣22的形式實(shí)現(xiàn)了從特征mi到設(shè)備部件ai的明確配置。
根據(jù)在關(guān)聯(lián)KTi中現(xiàn)有的信息，在一個(gè)定位模塊24中，空間坐標(biāo)被分配給設(shè)備部件ai和/或特征mi。在此根據(jù)“關(guān)聯(lián)上的接近與空間接近相符”的原則設(shè)備部件ai與特征mi的組合之間的關(guān)聯(lián)程度被確定，是通過這種方法例如，對(duì)于兩個(gè)設(shè)備部件ai來說，確定它們共同特征mi的數(shù)量與至少在兩個(gè)設(shè)備部件中的一個(gè)所具有特征的數(shù)量的比值。于是由這兩個(gè)比值得到在兩個(gè)設(shè)備部件ai之間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)量值。假如兩個(gè)設(shè)備部件ai僅具有共同的特征mi，則這兩個(gè)設(shè)備部件ai高度關(guān)聯(lián)。相反如果所有特征mi都不同，則兩個(gè)設(shè)備部件ai相互沒有關(guān)聯(lián)。兩個(gè)設(shè)備部件ai之間關(guān)聯(lián)的數(shù)量值被相互轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的空間坐標(biāo)上的距離。通過具有特征mi的設(shè)備部件ai的數(shù)量意義上的考慮，特征mi相互的關(guān)聯(lián)也類似地被確定。
在空間配置的基礎(chǔ)上，設(shè)備部件ai的特征mi的圖像表示在圖像模塊26上被產(chǎn)生。在圖像模塊26上首先產(chǎn)生了設(shè)備部件ai的信息元素Li(ai)和特征mi的信息元素Ii(mi)，并根據(jù)空間坐標(biāo)在顯示器28上定位。在此，信息元素Ii(ai)和Ii(mi)的共同分布在下列條件下進(jìn)行如果設(shè)備部件ai具有特征mi，則在一個(gè)信息元素Ii(ai)和一個(gè)信息元素Ii(mi)之間的距離不超過給定的第一極限值；如果設(shè)備部件ai不具有特征mi，則信息元素Ii(ai)和Ii(mi)之間的距離不小于給定的第二極限值。換句話說如果一個(gè)設(shè)備部件ai具有一個(gè)特征mi，則體現(xiàn)它的信息元素Ii(ai)和Ii(mi)相互定位的距離不允許太遠(yuǎn)；相反，如果一個(gè)設(shè)備部件ai不具有一個(gè)特征mi，則它所體現(xiàn)的信息元素Ii(ai)和Ii(mi)相互定位的距離不允許太近。
假如一個(gè)連接在蒸汽管道2中的設(shè)備部件(未示出)產(chǎn)生故障導(dǎo)致蒸汽管道2中壓力升高，則泵a1的轉(zhuǎn)數(shù)下降，并且排氣調(diào)節(jié)閥a3打開。于是自動(dòng)化系統(tǒng)18a關(guān)閉蒸汽閥a2，這樣使泵a1的轉(zhuǎn)數(shù)恢復(fù)正常并且重新關(guān)閉排氣調(diào)節(jié)閥a3。在通過自動(dòng)化系統(tǒng)18a重新打開蒸汽閥a2之后，蒸汽管道2中的壓力又會(huì)再次升高，使得這個(gè)過程一直重復(fù)到故障被排除。
這個(gè)過程所描述的過程數(shù)據(jù)PDi，即由流量傳感器測(cè)得的蒸汽流量、由壓力傳感器13測(cè)得的蒸汽壓力以及由轉(zhuǎn)數(shù)傳感器14測(cè)得的泵轉(zhuǎn)數(shù)，被傳輸?shù)絺鲗?dǎo)技術(shù)信息系統(tǒng)18b中。作為對(duì)到達(dá)傳導(dǎo)技術(shù)信息系統(tǒng)18b的過程參數(shù)PDi的反應(yīng)，用于開或關(guān)閉閥a2和a3的控制信號(hào)Si從自動(dòng)化系統(tǒng)18a被發(fā)送到設(shè)備構(gòu)件1。
為了分析，報(bào)警信號(hào)Mi從過程數(shù)據(jù)PDi和控制信號(hào)Si中生成。例如有這樣的信號(hào)Mi“時(shí)刻t1-設(shè)備構(gòu)件1-壓力傳感器13-壓力過高-故障-優(yōu)先高”；“時(shí)刻t2-設(shè)備構(gòu)件1-轉(zhuǎn)數(shù)傳感器14-轉(zhuǎn)數(shù)過低-故障-優(yōu)先高”；“時(shí)刻t3-設(shè)備構(gòu)件1-排氣閥a3-狀態(tài)信號(hào)開”；“時(shí)刻t3-設(shè)備構(gòu)件1-蒸汽閥a3-狀態(tài)信號(hào)關(guān)”；等等。
在分析模塊20中根據(jù)信號(hào)Mi，特征mi被配置到設(shè)備部件a1、a2和a3中，即根據(jù)信號(hào)Mi，檢測(cè)這些設(shè)備部件a1、a2和a3的每個(gè)特征mi的存在。這樣所有屬于信號(hào)成分“設(shè)備構(gòu)件1”的特征mi被配置給每一個(gè)設(shè)備部件a1、a2和a3。由此設(shè)備部件a1、a2和a3已經(jīng)與多數(shù)特征mi相符合，這樣它們是高度關(guān)聯(lián)的。與此相應(yīng)地，在定位模塊24中緊挨著的空間坐標(biāo)被分配給設(shè)備部件a1到a3。一個(gè)依據(jù)空間配置在圖像模塊26中產(chǎn)生的圖像顯示在圖2中。
如圖2所示，在此分配給設(shè)備部件a1到a3和特征mi的信息元素Ii(ai)或Ii(mi)被一起表示出。為了更好的概覽，特征mi的信息元素Ii(mi)與具有這個(gè)特征mi的設(shè)備部件a1到a3的信息元素Ii(ai)通過所謂入射線L相連接。信息元素Ii(ai)用正方形或立方體的形式描述，而特征mi的信息元素Ii(mi)用圓圈或球體表示。設(shè)備部件a1、a2和a3相互施加的影響在此通過作用箭頭W表示。
信號(hào)或事件信號(hào)mi也具有時(shí)間特征。根據(jù)這個(gè)時(shí)間特征可以引出設(shè)備部件ai的時(shí)間上的關(guān)聯(lián)。例如前面所述的信號(hào)Mi中的兩個(gè)信號(hào)具有相同的時(shí)間特征“t3”，這樣由此推斷出從屬事件的同時(shí)性。
出于診斷的目的，時(shí)間的或其它類型關(guān)聯(lián)的信息元素Ii(ai，mi)用狀態(tài)復(fù)數(shù)的形式描述。如圖3所示，按照故障的類型這個(gè)狀態(tài)復(fù)數(shù)具有一個(gè)特征圖形，根據(jù)它可以鑒別故障的類型和故障隨時(shí)間的發(fā)展。這樣的狀態(tài)復(fù)數(shù)也可以作為參考復(fù)數(shù)被存儲(chǔ)，參考復(fù)數(shù)是為了與真實(shí)事件相比較而提出的。
權(quán)利要求
1.一種用于技術(shù)設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法，這種技術(shù)設(shè)備尤其指設(shè)備部件(ai)受自動(dòng)控制的電廠設(shè)備，-其中表現(xiàn)設(shè)備過程的特征(mi)被預(yù)先給定，而且為技術(shù)過程準(zhǔn)備出重要參數(shù)(Pi)，-其中為每個(gè)設(shè)備部件，根據(jù)參數(shù)(Pi)檢測(cè)每個(gè)特征(mi)的存在，-其中根據(jù)不同設(shè)備部件(ai)的共同特征(mi)和不同特征(mi)所共同的設(shè)備部件(ai)，設(shè)備部件(ai)和特征(mi)的組合之間的關(guān)聯(lián)被確定，-其中設(shè)備部件(ai)和/或特征(mi)作為信息元素(I(ai)，I(mi))被這樣相互定位地表示，使得在每?jī)蓚€(gè)信息元素(I(ai)，I(mi))之間的距離(L，W)反映了它們的關(guān)聯(lián)程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于設(shè)備部件(ai)的特征標(biāo)記和與這個(gè)設(shè)備部件(ai)的每個(gè)操作狀態(tài)相關(guān)的參數(shù)(Pi)被概括成事件信號(hào)(Mi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于體現(xiàn)設(shè)備部件(ai)的信息元素(Ii(ai))和體現(xiàn)特征(mi)的信息元素(Ii(mi))的位置被這樣確定，使得如果設(shè)備部件(ai)具有特征(mi)，那么在體現(xiàn)特征(mi)的一個(gè)信息元素(Ii(ai))和體現(xiàn)設(shè)備部件(ai)的一個(gè)信息元素(Ii(mi))之間的距離就不超過可預(yù)定的第一極限值，如果設(shè)備部件(ai)不具有特征(mi)，則該距離不會(huì)小于可給定的第二極限值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于依據(jù)可事先給定的準(zhǔn)則確定，表現(xiàn)設(shè)備部件中的哪一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于給定一個(gè)時(shí)間窗作為準(zhǔn)則。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于給定一個(gè)時(shí)間窗作為特征(mi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于依次連續(xù)事件信號(hào)(Mi)的信息元素(Ii(ai)，Ii(mi))被共同表示為狀態(tài)復(fù)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于由共同表示的信息元素(Ii(ai)，Ii(mi))來預(yù)測(cè)一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于狀態(tài)復(fù)數(shù)被與一個(gè)由設(shè)備特有知識(shí)引入的參考復(fù)數(shù)相比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于為了確定每個(gè)信息元素(Ii(ai)，Ii(mi))的位置，計(jì)算出三維空間坐標(biāo)。
全文摘要
在一種用于技術(shù)設(shè)備的過程數(shù)據(jù)的分析方法中，這種技術(shù)設(shè)備尤其是其設(shè)備部件(a
文檔編號(hào)G05B23/02GK1159233SQ95194802
公開日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1995年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月2日
發(fā)明者漢斯-格爾德·米德里爾, 索爾斯坦·富爾林, 康斯坦廷·雅克比, 吉瑞·潘耶, 雷納·米切里斯 申請(qǐng)人:西門子公司