СПОСОБ ДЛЯ АНАЛИЗА ДАННЫХ ПРОЦЕССА ТЕХНИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2000 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к способу для анализа данных процесса технической установки, в частности, установки электростанции, части которой управляются автоматически.

В пункте управления для управления технической установки, в частности, установки электростанции, постоянно получается большое количество различных измерительных данных, которые в их совокупности описывают состояние установки или режим работы. Обслуживающий персонал установки стоит перед задачей идентифицировать существенные для режима работы установки измерительные данные или измерительные величины и прослеживать, анализировать и интерпретировать их значения относительно состояния установки. При этом ведение процесса пункта управления через мониторы в значительной степени задается нормами и инструкциями в виде правил. Эти правила охватывают символы для частей установки или элементов установки, как, например, насосы и клапаны, и задание цветов индикаторов, а также конструкции индикаторов для системы диспетчерского управления. Дополнительно к различным индикаторам обычно имеется схема установки, которая наглядно представляет всю установку. С увеличением степени автоматизации и сложности подобной технической установки однако увеличивается количество регистрируемых измерительных данных и тем самым вероятность того, что важные для соответствующего режима работы установки информации не идентифицируются так таковые заблаговременно. Соответствующие встречные меры таким образом могут быть введены только с опозданием.

В основе изобретения поэтому лежит задача указания способа для анализа данных процесса подобной технической установки, в частности, установки электростанции, при котором непосредственно выявляют особенности в процессе установки и делается возможным своевременное принятие встречных мер, в частности, при неисправностях.

Согласно изобретению эта задача решается в способе по пункту 1.

Изобретение при этом исходит из соображения, что на основе математической модели формального анализа понятий большие количества данных процесса можно фильтровать, уплотнять и/или структурировать по принципу "контекстуальная близость соответствует пространственной близости" относительно их значения для состояния установки. Основы формального анализа понятий сформулированы, например, в публикациях M.Luxemburger "Implikationen, Abhangigkeiten und Galois-Abbildungen/ Beitrage zur formalen Begriffsanalyse", ["Применения, зависимости, отображения Галуа. Вклад в формальный анализ понятий"] диссертация, ТН Дармштадт (1993) и Proc. NATO Adv. Study Inst., Banff/Can. 1981, стр. 445... 470 (1982), а также G. Kalmbach, "Diskrete Mathematik. Ein Intensivkurs fur Studienanfanger mit Turbo-Paskal-Programmen" ["Дискретная математика. Интенсивный курс для начинающих с программами Турбо-Паскаль"] (1981).

Информационной системой технической установки, которая является частью операционной системы установки, подготавливается список признаков, причем признаки в их совокупности описывают все возможные режимы работы или состояния установки. Сами признаки являются, например, сообщениями состояния или же другими однозначно описывающими состояние части установки сообщениями, которые, со своей стороны, могут быть звеньями последовательностей сообщений. Координация признаков с частями установки происходит с помощью актуально определенных или смоделированных параметров, которые также подготавливаются информационной системой технической установки.

Контекстуальная близость или близость по содержанию двух частей установки определяется тогда путем соотношения количества общих для них признаков к количеству тех признаков, которые содержит, по меньшей мере, одна из частей установки. Другими словами: каждый раз две части установки, которые совпадают во всех признаках, классифицируются как особенно близкие по содержанию, в то время, как две части установки, которые не совпадают ни в одном признаке, классифицируются как не близкие по содержанию.

Для графического изображения близость по содержанию двух частей установки трансформируют в пространственную близость представляющих части установки информационных элементов. Пространственная близость соответственно двух признаков определяется аналогично, причем привлекается количество тех частей установки, которые имеют эти признаки совместно.

Подготовленные информационной системой технической установки параметры целесообразно являются составной частью сообщений событий, которые характеризуют изменения режимов работы или отклонения от нормального состояния установки. При этом сообщения событий с помощью специфичных кодов опознавания однозначно ставят в соответствие соответствующим частям установки.

Генерированное графическое изображение может быть только расположением представляющих части установки информационных элементов или только расположением представляющих признаки информационных элементов. Предпочтительно однако информационные элементы изображаются графически как частями установки, так и признаками. При этом позиционирование информационных элементов друг относительно друга внутри расположения определяется таким образом, что выполнен следующий критерий: если часть установки содержит признак, то расстояние их информационных элементов относительно друг друга является меньшим, чем задаваемое первое граничное значение. В случае, если часть установки не содержит признака, то расстояние между их информационными элементами является большим, чем задаваемое второе граничное значение.

Чтобы дать возможность обслуживающему персоналу иметь важную для идентифицирования соответствующего состояния установки информацию в особенно простой и/или наглядной форме, принятые во время процесса установки измерительные данные или выведенные из них параметры фильтруют. Целесообразно с помощью заданного критерия определяют, какие части установки изображаются. Например, могут изображаться те части установки, которые совпадают в одном признаке, например в состоянии "неисправность"/"нет неисправности" или в статусе ВКЛ/ВЫКЛ. Предпочтительно в качестве критерия предусмотрен промежуток времени, так что распознают зависимости или взаимодействия между теми частями установки, которые сигнализируют о неисправности внутри определенного промежутка времени. За счет этого можно делать выводы о причинных неисправностях в противоположность симптоматичным неисправностям.

Чтобы иметь возможность заблаговременно распознавать тенденцию развития неисправности, временной строб может быть также предпочтительно предусмотрен в качестве признака. За счет этого является возможным временное упорядочение информационных элементов, изображающих части установки и признаки. Предпочтительно информационные элементы следующих друг за другом сообщений событий представляют совместно в качестве комплекса состояния. При этом комплекс состояния может иметь характерную структуру, образ которой находится в непосредственной связи с поведением системы. При этом целесообразно из общего изображения информационных элементов прогнозируют состояние системы. За счет этого возможно подходящим образом противодействовать начинающейся неисправности уже в начальной стадии.

Согласно особенно выгодному дальнейшему развитию этот комплекс состояния сравнивают с выведенным из специфичных для установки знаний контрольным (опорным) комплексом. В этом контрольном комплексе тогда заданы характерные для определенного поведения установки образы. Например, в виде контрольного комплекса может иметься ведущая к быстрому отключению предохранительного клапана установки электростанции неисправность. Путем сравнения комплекса состояния с этим контрольным комплексом поэтому можно быстро распознать в подключенном состоянии (on-line) начинающееся быстрое отключение на основе предшествующих ему сообщений неисправности.

Информационное пространство, в котором изображают информационные элементы, является n-размерным, предпочтительно 3-размерным. Для установления положения каждого информационного элемента в этом информационном пространстве поэтому предпочтительно определяют три пространственные координаты. На подходящем приборе индикации, например на экране дисплея, таким образом является возможным трехразмерное представление в пункте управления.

Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - функциональная схема с предусмотренными для осуществления способа анализа для технической установки компонентами;
фиг. 2 - характерное для состояния эксплуатации технической установки расположение частей установки и представляющих их признаки информационных элементов;
фиг. 3 - характерный для тенденции поведения в процессе эксплуатации установки комплекс состояния.

Представленный в примере выполнения согласно фиг. 1 ход процесса внутри компоненты установки 1 является частью общего процесса не представленной более подробно установки электростанции. Компонента установки 1 содержит включенный в паропровод 2 насос a₁ с включенным перед ним паровым клапаном a₂ и в ответвительной линии 8 продувочный регулировочный клапан a₃. Между насосом a₁ и паровым клапаном a₂ предусмотрен датчик расхода 12, которым регистрируют протекающее в единицу времени через паропровод 2 количество пара. Кроме того, на напорной стороне насоса a₁ предусмотрен датчик давления 13. Насос a₁ снабжен датчиком скорости вращения 14. Паровой клапан a₂, а также продувочный регулировочный клапан a₃ содержат соответственно управляющий и сигнальный элемент 15 или соответственно 16. Насос a₁ и паровой клапан a₂, а также продувочный регулировочный клапан a₃ обозначаются в последующем как части установки a₁ - a₃.

Определенные датчиками 12, 13 и 14 измерительные значения, а также выданные сигнальными элементами 15 и 16 сигналы сообщений подводят в виде данных процесса PD_i к системе автоматизации 18a и к управляюще-технической информационной системе 18b.

В блоках автоматизации системы автоматизации и информации 18a, 18b установки электростанции предварительно обрабатывают данные процесса PD_i. При необходимости управляющие сигналы S_i выдаются на части установки a₁ компоненты установки 1. Стекающиеся информации о событиях измерения, регулирования и управления, а также о создании сигналов откладываются в системе информации 18b. За счет протекающих в системе автоматизации и информации 18a, 18b процессов установка электростанции с ее частями установки a₁, как, например, насос a₁, а также клапанами a₂ и a₃ компоненты установки 1 управляются автоматически.

Системой автоматизации и информации 18a, 18b с помощью данных процесса PD_i, а также управляющих сигналов S_i для процесса установки и таким образом также для протекающего внутри компоненты установки 1 процесса генерируют существенные параметры P_i и объединяют в сообщения M_i. Эти сообщения M_i содержат также идентифицирующие части установки a_i коды опознавания.

Параметры P_i и/или сообщения M_i подают к модулю анализа 20. К модулю анализа 20 кроме того подводят характеризующие процесс установки признаки m_i. Эти признаки m_i являются как сообщениями статуса, неисправности и состояния, так и функциональными, технологическими и конструктивными деталями частей установки a_i или компонентов установки, причем эти детали описывают принцип работы частей установки и их расположение и координацию внутри всей установки. Внутри модуля анализа 20 для каждой части установки a_i проверяется наличие признаков m_i с помощью параметров P_i или на основе сообщений M_i для задаваемого временного строба. Для этого для каждого временного строба генерируют контекст KT_i, в котором в виде матрицы 22 производят однозначное приведение в соответствие признаков m_i и частей установки a_i.

С помощью имеющихся в контекстах KT_i информаций частям установки a_i и/или признакам m_i в модуле позиционирования 24 ставят в соответствие пространственные координаты. При этом по принципу "контекстуальная близость соответствует пространственной близости" определяют степень корреляции между комбинациями частей установки a_i и между комбинациями признаков m_i таким образом, что, например, для двух частей установки a_i определяют отношение количества общих для них признаков m_i к количеству признаков m_i, которое содержит по меньшей мере одна из, обеих частей установки a_i. Из этого отношения получается тогда количественная мера для степени корреляции между этими двумя частями установки a_i. Если обе части установки a_i содержат, например, только общие признаки m_i, то обе части установки a_i являются коррелированными в высшей степени. В противоположность этому обе части установки a_i являются некоррелированными друг с другом, если они отличаются по всем признакам m_i. Эту количественную меру корреляции между двумя частями установки a₁ преобразуют в соответствующее расстояние их пространственных координат относительно друг друга. Корреляция признаков m₁ относительно друг друга определяется аналогично, в то время как по смыслу привлекают количество содержащих их частей установки a_i.

На основе этой пространственной координации в графическом модуле 26 создают графическое изображение для частей установки a_i и признаков m_i. Графическим модулем 26 вначале генерируют информационные элементы I_i(ai) для частей установки a_i и информационные элементы I_i(mi) для признаков m_i и с помощью пространственных координат позиционируют на индикаторе 28. Совместное расположение информационных элементов I_i(ai) и I_i(mi) при этом происходит при следующем условии: расстояние между информационным элементом I_i(mi) и информационным элементом I_i(ai) не превышает заданное первое граничное значение тогда, когда эта часть установки a_i содержит этот признак m_i и это расстояние не отклоняется ниже заданного второго граничного значения тогда, когда эта часть установки a_i не содержит этого признака m_i. Другими словами: если часть установки a_i содержит признак m_i, то представляющие их информационные элементы I_i(ai) и I_i(mi) не должны быть позиционированы слишком далеко друг от друга. Если же наоборот часть установки a_i не содержит признака m_i, то представляющие их информационные элементы I_i(ai) и I_i(mi) не должны быть слишком близкими друг к другу.

Если, например, неисправность во включенной в паропровод 2 (не представленной) части установки приводит к повышению давления в паропроводе 2, то скорость вращения насоса a₁ уменьшается и продувочный регулировочный клапан a₃ открывается. Система автоматизации 18a после этого закрывает паровой клапан a₂, так что скорость вращения насоса a₁ нормализуется и продувочный регулировочный клапан а₃ снова закрывается. После следующего за этим повторного открывания парового клапана a₂ за счет системы автоматизации 18a давление внутри паропровода 2 снова повышается так, что операция повторяется так долго, пока неисправность не будет устранена.

Описывающие эту операцию данные процесса PD_i, то есть определенное датчиком расхода 12 количество пара и определенную датчиком скорости вращения 14 скорость вращения насоса подводят к управляюще-технической информационной системе 18b. В качестве реакции на поступающие в управляюще-техническую информационную систему 18b данные процесса PD_i выдаются управляющие сигналы S_i для открывания или закрывания клапанов а₂ и а₃ от системы автоматизации 18a на компоненту установки 1.

Для анализа из данных процесса PD_i и управляющих сигналов S_i получают сообщения M_i. Подобными сообщениями M_i, например, являются "момент времени t₁ - компонента установки 1 - датчик давления 13 - давление слишком высокое - неисправность - приоритет высокий"; "момент времени t₂ - компонента установки 1 - датчик скорости вращения 14 - скорость вращения слишком низкая - неисправность - приоритет высокий"; "момент времени t₃ -компонента установки 1 - продувочный клапан а₃ - сигнал статуса открыто"; "момент времени t₃ - компонента установки 1 - паровой клапан a₂ - сигнал статуса закрыто"; и т. д.

В модуле анализа 20 с помощью этих сообщений M_i частям установки a₁, a₂ и а₃ придают в соответствие признаки m_i, то есть с помощью сообщений M_i теперь проверяют наличие каждого признака m_i этих частей установки a₁, a₂ и а₃. Все относящиеся к составной части сообщения "компонента установки 1" признаки m_i тем самым придают в соответствие каждой из частей установки a₁, а₂ и а₃. Уже за счет этого части установки a₁, a₂ и а₃ совпадают по множеству признаков m_i, так что они коррелируют в высокой степени. Соответственно частям установки a₁ - а₃ в модуле позиционирования 24 придают в соответствие близко лежащие пространственные координаты. Полученное на основе этого пространственного сопоставления в графическом модуле 26 графическое изображение показано на фиг. 2.

Как видно из фиг. 2, приданные частям установки a₁-а₃ и признакам m_i информационные элементы I_i(ai) или соответственно I_i(mi) изображены совместно. Для лучшей наглядности информационные элементы I_i(mi) признаков m_i и информационные элементы I_i(ai), имеющих эти признаки m_i частей установки a₁-а₃, соединены так называемыми линиями инцидентности L. Информационные элементы I_i(ai) изображены в виде квадратов или кубиков, в то время как информационные элементы I_i(mi) признаков m_i показаны в виде окружностей или шаров. Воздействие друг на друга частей установки a₁, а₂ и а₃ при этом символизировано стрелкой воздействия w.

Сообщения или сообщения событий M_i содержат также временные признаки. С помощью этих временных признаков можно вывести временную корреляцию частей установки a₁. Например, если два из выше названных сообщений M_i содержат одинаковый временной признак "t₃", то за счет этого делается заключение об одновременности соответствующих событий.

Временным или другим образом коррелированные информационные элементы I_i(ai,mi) представлены для цели диагностики в виде комплекса состояния. Это показано на фиг. 3. В зависимости от вида неисправности подобный комплекс состояния имеет характерный образ, с помощью которого можно идентифицировать вид и временное развитие неисправности. Подобный комплекс состояния может быть запомнен в качестве контрольного комплекса, который может привлекаться для сравнения с актуальными событиями.

B способе для анализа данных процесса технической установки, в частности, установки электростанции, части которой (a_i) управляются автоматически, для уплотнения информации и фильтрования, а также для заблаговременной диагностики неисправностей согласно изобретению вначале задают характеризующие процесс в установке признаки (m_i) и готовят важные для процесса в установке параметры (P_i). После этого для каждой части установки (a_i) проверяют наличие каждого признака (m_i) с помощью параметров (P_i) и с помощью общих для различных частей установки (a_i) признаков (m_i) и различных признаков (m_i) общих частей установки (a_i) определяют корреляции между комбинациями частей установки (a_i) и признаками (m_i). После этого части установки (a_i) и/или признаки (m_i) в качестве информационных элементов (I_i(ai), I_i(mi) изображают позиционированно таким образом, что расстояние (L, W) соответственно между двумя информационными элементами (I_i(ai), I_i(mi)) представляет степень их корреляции. Технический результат - обеспечивается возможность непосредственно выявлять особенности в процессе, осуществляемом сложной технической установкой, и своевременно принимать встречные меры, в частности, при неисправностях. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ анализа данных процесса технической установки, в частности, установки электростанции, части установки (ai) которой управляются автоматически, при котором задают характеризующие процесс установки признаки (mi) и подготавливают существенные для процесса установки параметры (pi), при котором с помощью признаков (mi), которые являются общими для различных частей установки (ai), определяют корреляцию между соответствующими частями установки (ai) и части установки (ai) в качестве информационных элементов (I(ai)) изображают позиционированно относительно друг друга так, что расстояние (W) соответственно между двумя информационными элементами (I(ai)) представляет их корреляцию относительно друг друга, и/или при котором с помощью частей установки (ai), которые являются общими для различных признаков (mi), определяют корреляции между соответствующими признаками (mi) и признаки (mi) в качестве информационных элементов (I(mi)) изображают позиционированно относительно друг друга так, что расстояние соответственно между двумя информационными элементами (I(mi)) представляет их корреляцию относительно друг друга. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что относящиеся к специфическому коду опознавания частей установки (ai) и соответствующим состояниям эксплуатации этих частей установки (ai) параметры (pi) объединяют в сообщения событий (Mi). 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что позиционирование представляющих части установки (ai) информационных элементов (I(ai)) и представляющих признаки (mi) информационных элементов (I(mi)) определяют таким образом, что расстояние между представляющим признак (mi) информационным элементом (Ii(mi)) и представляющим часть установки (ai) информационным элементом (Ii(ai)) не превышает задаваемое первое граничное значение, если эта часть установки (ai) содержит этот признак (mi), и что это расстояние не отклоняется вниз от задаваемого второго граничного значения, если эта часть установки (ai) не содержит этого признака (mi). 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что с помощью задаваемого критерия определяют, какие части установки (ai) изображаются. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве критерия задают промежуток времени, причем изображают те части установки (ai), для которых внутри промежутка времени установлено наличие признаков (mi). 6. Способ по одному из пп.1 - 5, отличающийся тем, что в качестве признака (mi) задают временной строб так, что изображают такие части установки (ai), для которых установлено наличие временного строба в качестве признака (mi). 7. Способ по любому из пп.2 - 6, отличающийся тем, что информационные элементы (Ii(ai), Ii(mi)) следующих друг за другом сообщений событий (Mi) совместно изображают в качестве комплекса состояния. 8. Способ по любому из пп.1 - 7, отличающийся тем, что из общего изображения информационных элементов (Ii(ai), Ii(mi)) прогнозируют состояние системы. 9. Способ по п.7 или 8, отличающийся тем, что комплекс состояния сравнивают с выведенным из специфичных для установки знаний контрольным комплексом. 10. Способ по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что для установления положения каждого информационного элемента (Ii(ai), Ii(mi)) определяют три пространственные координаты.