專利名稱：工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)，特別適用于由多個設(shè)備部件構(gòu)成的發(fā)電廠設(shè)備，這些設(shè)備以信息元形式顯示到一個顯示器上。
在用于控制一個工業(yè)設(shè)備，尤其是發(fā)電廠設(shè)備的信號觀察臺中，不斷地產(chǎn)生大量的不同的測量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)整體上反映出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)備的操作人員的職責(zé)是判別與各運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的測量數(shù)據(jù)或測量值，以及密切注視與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的那些數(shù)值，并加以分析和解釋。于是信號觀察臺的過程控制在熒光屏上通過技術(shù)規(guī)范形式的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則來完全確定。這些技術(shù)規(guī)范包括設(shè)備部件或設(shè)備組件的符號，例如泵和閥門，顯示配色及指導(dǎo)系統(tǒng)的顯示結(jié)構(gòu)。除了不同的顯示之外通常有一個可概括整個設(shè)備的電路圖。隨著這種工業(yè)設(shè)備的自動化和綜合化程度的提高，所獲取的測量數(shù)據(jù)的數(shù)量也增多，進(jìn)而不能早期識別那些對于設(shè)備的各種運(yùn)行狀態(tài)而言為重要的信息，相應(yīng)的對策措施只能在稍遲后才能進(jìn)行。
因此本發(fā)明的目的在于，提供一種對工業(yè)設(shè)備，尤其是發(fā)電廠設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)，用它可直接顯示設(shè)備過程中的特征，并尤其在故障時，該系統(tǒng)能提前采取對抗措施。
本發(fā)明的目的是通過這樣一種工業(yè)設(shè)備，尤其是發(fā)電廠設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)來實現(xiàn)的，該發(fā)電廠設(shè)備由多個設(shè)備部件構(gòu)成，這些設(shè)備以信息元形式表示到一個顯示單元上，其中信息元根據(jù)與某一設(shè)備狀態(tài)關(guān)系重大的過程數(shù)據(jù)被這樣定位顯示，即以每兩個信息元之間的間距代表其相關(guān)(kontextuellen)近似性的程度。
本發(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)(kontextuelle)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.NATOAdv.Study Inst.，Banff/Can.1981，第455頁-470頁(1982)，以及G.Kalmbach的“離散數(shù)學(xué)Turbo Pascal編程初學(xué)者速成”(1981)。
工業(yè)設(shè)備的信息系統(tǒng)是設(shè)備的運(yùn)行系統(tǒng)部分，由該信息系統(tǒng)提供一串特征，其中這些特征從整體上描述了所有可能的運(yùn)行狀態(tài)或設(shè)備狀態(tài)。這些特征本身例如可以是狀態(tài)報告或其它描述設(shè)備部件狀態(tài)的報告，它們本身可能是報告序列的組成部分。這些特征對設(shè)備部件的配置借助當(dāng)前探測到的或模型化的(模擬的)參數(shù)來進(jìn)行，這些參數(shù)同樣由工業(yè)設(shè)備的信息系統(tǒng)來提供。
每兩個設(shè)備部件的相關(guān)近似性或內(nèi)容的接近可由它們共有的特征數(shù)量與其中至少一個設(shè)備部件具有的特征數(shù)量之比來確定，換句話說，凡是所有特征相符合的某兩個設(shè)備部件被視為在內(nèi)容上很接近，而沒有一個特征相符合的某兩個設(shè)備部件則視為在內(nèi)容上不接近。
用圖形表示的話，將兩個設(shè)備部件的內(nèi)容上的相近性轉(zhuǎn)變成代表設(shè)備部件的信息元的空間上的相鄰近，每兩個特征的空間上的接近可相宜地根據(jù)它們相關(guān)等同程度來確定，其中考慮了共同具有這兩個特征的那些設(shè)備部件的數(shù)量。特征對每個具有這些特征的設(shè)備部件的配置借助參數(shù)明確地確定了這些特征和這些設(shè)備部件之間的關(guān)聯(lián)或相互關(guān)系。
由工業(yè)設(shè)備的信息系統(tǒng)提供的參數(shù)最好是事件信號的組成部分，事件信號表征了運(yùn)行狀態(tài)的變化或設(shè)備標(biāo)稱狀態(tài)的偏離。這樣事件信號借助特定的標(biāo)志明確分配給相應(yīng)的設(shè)備部件。
所形成的圖示可以僅僅是代表設(shè)備部件的信息元的分布或僅僅是代表特征的信息元的分布。最好這些信息元不但表示設(shè)備部件，而且也表示特征。在這種情況下各信息元相互間是如此定位分布的，使得可以滿足下列準(zhǔn)則如果一個設(shè)備部件具有一個特征，則它們的信息元之間的間距小于某個預(yù)定的第一限值。如果一個設(shè)備部件不具有一個特征，則它們的信息元之間的間距大于某一個預(yù)定的第二限值。因而這些信息元之間的間距與該特征隸屬于該設(shè)備部件的隸屬度是相互協(xié)調(diào)一致的。
為了使操作人員能夠以特別簡單和/或一目了然的方式識別對于各設(shè)備狀態(tài)為重要的信息，應(yīng)對設(shè)備工作期間所采集的測量數(shù)據(jù)或由此推導(dǎo)出的參量進(jìn)行過濾。為此最好設(shè)置一個過濾組件，利用它根據(jù)一個預(yù)定的準(zhǔn)則來確定表示哪一個設(shè)備部件，例如可表示這樣一些設(shè)備部件，它們在一個特征上，例如在狀態(tài)“故障”/“無故障”或在狀態(tài)開/關(guān)上相符合。最好提供一個時間窗作為準(zhǔn)則，以便了解在某一時間間隔內(nèi)進(jìn)行故障報警的設(shè)備部件之間的相關(guān)性或相互作用，從而能夠推斷得出因果關(guān)系的故障-與有征兆的故障相對比。
為了能早期獲知往故障的發(fā)展趨勢，最好設(shè)置一個時間窗作為特征。由此可實現(xiàn)表示設(shè)備部件和特征的信息元的時序。依次排列的事件信號的信息元最好被一起表示為一狀態(tài)復(fù)合叢線(Zustandkonplex)。這個狀態(tài)復(fù)合叢線可能具有一個特征結(jié)構(gòu)，它的圖形與一個系統(tǒng)特性具有直接的關(guān)系。在這種情況下最好由信息元的共同圖示預(yù)測出一系統(tǒng)狀態(tài)并將其存入數(shù)據(jù)存儲器中，采用這種方案，可以在故障剛出現(xiàn)時就能有針對性地采用合適的對策。
可以將上述狀態(tài)復(fù)合叢線當(dāng)作基準(zhǔn)復(fù)合叢線，將其與實際出現(xiàn)的狀態(tài)復(fù)合叢線相比較，在這個基準(zhǔn)復(fù)合叢線中，對于某一設(shè)備特性給出一特征圖形。例如一個會引發(fā)發(fā)電廠內(nèi)的安全閥快速關(guān)斷的故障以基準(zhǔn)復(fù)合叢線的形式存在著。通過當(dāng)前狀態(tài)復(fù)合叢線與這個基準(zhǔn)復(fù)合叢線的比較，一個在線產(chǎn)生苗頭的快速關(guān)斷可因此根據(jù)在此預(yù)先給出的故障信號而得知。
用來表示信息元的信息空間可以是n維空間，最好是3維空間。為了確定每個信息元在這個信息空間中的位置，最好確定三個空間坐標(biāo)，從而在信號控制臺內(nèi)合適的顯示裝置(例如熒光屏)上能夠顯示出三維空間坐標(biāo)圖形。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實施例，附圖中

圖1為工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)的功能流程圖；圖2為代表設(shè)備部件及其特征的信息元所表示工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)特征的布置；圖3為表示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢特性的狀態(tài)復(fù)合叢線。
如圖1所示實施例中的設(shè)備組成部分1內(nèi)的過程是一個未進(jìn)一步詳細(xì)表示的發(fā)電廠設(shè)備的總運(yùn)行過程的一部分。設(shè)備部分1包括一個連接在蒸汽管道2中的泵a1及一個前接的蒸汽閥a2，還有一個位于分支管線8中的排氣調(diào)節(jié)閥a3。在泵a1和蒸汽閥a2之間裝有一個流量傳感器12，用它可測出每個單位時間流過蒸汽管道2的蒸汽量。此外在泵a1的壓力側(cè)還裝有一個壓力傳感器13，泵a1上裝有一個轉(zhuǎn)速傳感器14。蒸汽閥a2及排氣調(diào)節(jié)閥a3上分別裝有一個控制元件15和報警元件16。泵a1、蒸汽閥a2及排氣調(diào)節(jié)閥a3在下面均用設(shè)備部件a1-a3表示。
由傳感器12，13和14所測出的測量值以及由信號元件15和16所提供的報警信號以過程數(shù)據(jù)PDi的形式輸入到一自動處理系統(tǒng)18a和一無線電技術(shù)(leittechnischen)信息系統(tǒng)18b中。
過程數(shù)據(jù)PDi在發(fā)電廠設(shè)備的自動化處理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)18a、18b的自動化處理單元內(nèi)經(jīng)過預(yù)加工，必要時將控制信號Si輸出到設(shè)備部分1的設(shè)備部件ai上。通過測量、調(diào)節(jié)、控制事件及信號產(chǎn)生后匯集起來的信息存儲在信號系統(tǒng)18b中。經(jīng)過在自動處理和信息系統(tǒng)18a，18b中完成的過程，可以實現(xiàn)對發(fā)電廠設(shè)備的設(shè)備部件ai，例如設(shè)備部分1的泵a1及閥門a2和a3的自動控制。
自動化處理和信息系統(tǒng)18a，18b根據(jù)過程數(shù)據(jù)PDi及控制信號Si得出對于設(shè)備過程以及因此對于設(shè)備部分1內(nèi)進(jìn)行的過程為重要的參數(shù)Pi，并且將其概括到報警信號Mi中。這些信號Mi還包含識別設(shè)備部件ai的標(biāo)志。
參數(shù)Pi和/或信號Mi通過一過濾組件21輸入到監(jiān)測系統(tǒng)的圖解分析模塊20，此外為模塊20制備表征設(shè)備過程的特征mi。
特征mi可以是情況信號，故障信號和狀態(tài)信號，也可以是設(shè)備部件ai或設(shè)備單元的功能、工藝技術(shù)和結(jié)構(gòu)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設(shè)備中的布置和配置。在分析模塊20內(nèi)，根據(jù)參數(shù)Pi或依據(jù)一個預(yù)定時窗內(nèi)的信號Mi對每個設(shè)備部件ai檢測特征mi是否存在，為些為每個時窗產(chǎn)生一個關(guān)聯(lián)KTi，其中采用矩陣22方式實現(xiàn)了特征mi對于設(shè)備部件ai的明確配置。
根據(jù)在關(guān)聯(lián)KTi中包含的信息，為設(shè)備部件ai和/或監(jiān)測系統(tǒng)的定位模塊24中的特征mi配置空間坐標(biāo)。于是根據(jù)“關(guān)聯(lián)上的接近與空間接近相符”的原則，確定設(shè)備部件ai的組合和特征mi的組合之間的關(guān)聯(lián)程度，這是通過例如對于兩個設(shè)備部件ai，它們的共同特征mi的數(shù)量與兩個設(shè)備部件ai中至少一個所具有的特征mi的數(shù)量之比來確定的。由這個比例，從而獲得在兩個設(shè)備部件ai之間的相關(guān)程度的定量值。如果這兩個設(shè)備部件ai只具有共同特征mi，那么可認(rèn)定這兩個設(shè)備部件ai是高度相關(guān)的。反之，當(dāng)兩個設(shè)備部件ai的所有特征mi是不相同的，那么這兩個設(shè)備部件ai互不相關(guān)。這兩個設(shè)備部件ai之間的相互關(guān)系的定量值轉(zhuǎn)換成它們空間坐標(biāo)相互間的相應(yīng)間距。特征mi相互間的相關(guān)程度是模擬確定的，其中大致上考慮了具有這些特征的設(shè)備部件ai的數(shù)量。
在這個空間配置的基礎(chǔ)上在監(jiān)測系統(tǒng)的圖象模塊26中產(chǎn)生了設(shè)備部件ai和特征mi的圖象顯示。圖象模塊26首先產(chǎn)生了設(shè)備部件ai的信息元Ii(ai)和特征mi的信息元Ii(mi)，隨后根據(jù)空間坐標(biāo)將它們定位顯示在顯示器28上。于是信息元Ii(ai)和Ii(mi)的總布置在下列條件下進(jìn)行當(dāng)這個設(shè)備部件ai具有這個特征mi時，在一個信息元Ii(mi)和一個信息元Ii(ai)之間的間距不會超過預(yù)定的第一限值，并且當(dāng)這個設(shè)備部件ai不具有這個特征mi時，上述間距不會低于預(yù)定的第二限值。換句話說，當(dāng)一個設(shè)備部件ai具有一個特征mi時，不允許代表它們的信息元Ii(ai)和Ii(mi)相互間隔很遠(yuǎn)地定位。反之，如果一個設(shè)備部件ai不具有特征mi，則不允許代表它們的信息元Ii(ai)和Ii(mi)相互過于靠近。
假如連接在蒸汽管道2中(未示出)的設(shè)備部件發(fā)生故障，導(dǎo)致蒸汽管道2中的壓力升高，則泵a1的轉(zhuǎn)速下降，排氣調(diào)節(jié)閥a3打開。之后自動化處理系統(tǒng)18a關(guān)閉蒸汽閥a2，使泵a1的轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常值，于是排氣調(diào)節(jié)閥a3又重新關(guān)閉。隨后，由自動化處理系統(tǒng)18a重新打開蒸汽閥a2，在蒸汽管路2內(nèi)的汽壓又重新升高，使得這一過程一直被重復(fù)，直到所述故障被排除。
描述這一過程的過程數(shù)據(jù)PDi，即由流量傳感器12測出的蒸汽量和由壓力傳感器13測出的蒸汽壓力及由轉(zhuǎn)速傳感器14測出的泵的轉(zhuǎn)速輸入到無線電技術(shù)(leittechnisch)信息系統(tǒng)18b。作為過程數(shù)據(jù)PDi到達(dá)無線電技術(shù)信息系統(tǒng)的反應(yīng)是由自動化處理系統(tǒng)18a向設(shè)備部分1提供一個控制信號Si，用于打開或關(guān)閉閥a2和a3。
為了分析由過程數(shù)據(jù)PDi和控制信號Si來制定報警信號Mi。這種報警信號Mi例如是“時間點t1一設(shè)備部分1-壓力傳感器13-壓力過高-故障-優(yōu)先級高”；“時間點t2-設(shè)備部分1-轉(zhuǎn)速傳感器14-轉(zhuǎn)速太低-故障-優(yōu)先級高”；“時間點t3-設(shè)備部分1-排氣閥a3-狀態(tài)信號為開”；“時間點t3-設(shè)備部分1-蒸汽閥a2-狀態(tài)信號為關(guān)”。
在分析模塊20中，特征mi根據(jù)這個報警信號Mi配置給設(shè)備部件a1，a2和a3，即現(xiàn)在根據(jù)報警信號Mi來檢查這些設(shè)備部件a1、a2和a3的每個特征mi的存在。所有屬于信號成分“設(shè)備部分1”的特征mi于是分配給每個設(shè)備部件a1、a2和a3。設(shè)備部件a1、a2和a3已經(jīng)由此在多個特征mi上相符合，則這些設(shè)備部件高度相關(guān)。相應(yīng)地，在定位模塊24中將相互鄰近的空間坐標(biāo)配置給這些設(shè)備部件a1至a3?；谶@一空間配置在圖象模塊26內(nèi)建立的圖象示意表示在圖2中。
如圖2所示，與設(shè)備部件a1至a3和特征mi相配屬的信息元Ii(ai)及Ii(mi)被一起示出。為了更清楚明了，圖中用入射線L將特征mi的信息元Ii(mi)和具有這些特征mi的設(shè)備部件a1-a3的信息元Ii(ai)連接起來。信息元Ii(ai)采用正方形或立方體圖形表示，特征mi的信息元Ii(mi)采用圓圈形或球體形表示。而設(shè)備部分a1、a2和a3相互之間的影響通過作用方向箭頭W來表示。
報警信號或者事件報警信號Mi也帶有時間特征。根據(jù)這種時間特征，可導(dǎo)出設(shè)備部件ai的時間上的相關(guān)性。例如，上述的兩個信號Mi具有相同的時間特征“t3”，于是由此推斷出有關(guān)事件同時發(fā)生。
有時間性的并以其它方式相關(guān)的信息元Ii(ai，mi)出于診斷的目的表示成狀態(tài)復(fù)合叢線的形式，這在圖3中示出。根據(jù)不同的故障形式，這種狀態(tài)復(fù)合叢線具有相應(yīng)的特征圖象，根據(jù)該圖象可識別出故障的種類及隨時間的變化發(fā)展。這種狀態(tài)復(fù)合叢線也可作為基準(zhǔn)復(fù)合叢線存儲起來，以便用來與實際事件進(jìn)行比較。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)，其帶有多個設(shè)備部件(ai)，它們作為信息元(Ii(ai))顯示到顯示器(28)上，其中這些信息元(Ii(ai))借助對于設(shè)備狀態(tài)為重要的過程數(shù)據(jù)(PDi)被定位顯示，使每兩個信息元(Ii(ai))之間的間距能代表它們相關(guān)近似的程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其中多個完全表征工業(yè)設(shè)備及其設(shè)備部件(ai)內(nèi)容的特征(mi)作為信息元(Ii(mi))被定位顯示，使每兩個信息元(Ii(mj))之間的間距能反映它們相關(guān)等同的程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其中信息元(Ii(ai))，(Ii(mi))是這樣相互定位顯示的，使得在一個代表特征(mi)的信息元(Ii(mi))和一個代表設(shè)備部件(ai)的信息元(Ii(ai))之間的間距與這些特征(mi)隸屬于該設(shè)備部件(ai)的隸屬度相一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，一過濾組件(21)根據(jù)一預(yù)定的準(zhǔn)則選出過程數(shù)據(jù)(PDi)，參數(shù)(Pi)，設(shè)備部件(ai)或特征(mi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，一個數(shù)據(jù)存儲器用于存儲表征設(shè)備狀態(tài)的，呈狀態(tài)復(fù)合叢線的信息元(Ii(ai)，Ii(mi))的布置。
全文摘要
在工業(yè)設(shè)備，尤其是發(fā)電廠設(shè)備的監(jiān)測系統(tǒng)中，將多個設(shè)備部件(a
文檔編號G05B23/02GK1157661SQ95195047
公開日1997年8月20日 申請日期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·梅德爾, 索爾斯坦·富爾林, 康斯坦廷·雅各比, 吉瑞·潘耶, 雷納·米什里斯 申請人:西門子公司