專(zhuān)利名稱(chēng):工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng),特別適用于由多個(gè)設(shè)備部件構(gòu)成的發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備,這些設(shè)備以信息元形式顯示到一個(gè)顯示器上。
在用于控制一個(gè)工業(yè)設(shè)備,尤其是發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的信號(hào)觀察臺(tái)中,不斷地產(chǎn)生大量的不同的測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)或測(cè)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(hào)觀察臺(tái)的過(guò)程控制在熒光屏上通過(guò)技術(shù)規(guī)范形式的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則來(lái)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(hào),例如泵和閥門(mén),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(gè)可概括整個(gè)設(shè)備的電路圖。隨著這種工業(yè)設(shè)備的自動(dòng)化和綜合化程度的提高,所獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)量也增多,進(jìn)而不能早期識(shí)別那些對(duì)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(duì)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(duì)工業(yè)設(shè)備,尤其是發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),用它可直接顯示設(shè)備過(guò)程中的特征,并尤其在故障時(shí),該系統(tǒng)能提前采取對(duì)抗措施。
本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣一種工業(yè)設(shè)備,尤其是發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,該發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備由多個(gè)設(shè)備部件構(gòu)成,這些設(shè)備以信息元形式表示到一個(gè)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(guò)程數(shù)據(jù)被這樣定位顯示,即以每?jī)蓚€(gè)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(guò)程數(shù)據(jù)可以被過(guò)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(guò)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.NATOAdv.Study Inst.,Banff/Can.1981,第455頁(yè)-470頁(yè)(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(bào)告或其它描述設(shè)備部件狀態(tài)的報(bào)告,它們本身可能是報(bào)告序列的組成部分。這些特征對(duì)設(shè)備部件的配置借助當(dāng)前探測(cè)到的或模型化的(模擬的)參數(shù)來(lái)進(jìn)行,這些參數(shù)同樣由工業(yè)設(shè)備的信息系統(tǒng)來(lái)提供。
每?jī)蓚€(gè)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(gè)設(shè)備部件具有的特征數(shù)量之比來(lái)確定,換句話(huà)說(shuō),凡是所有特征相符合的某兩個(gè)設(shè)備部件被視為在內(nèi)容上很接近,而沒(méi)有一個(gè)特征相符合的某兩個(gè)設(shè)備部件則視為在內(nèi)容上不接近。
用圖形表示的話(huà),將兩個(gè)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?jī)蓚€(gè)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(lái)確定,其中考慮了共同具有這兩個(gè)特征的那些設(shè)備部件的數(shù)量。特征對(duì)每個(gè)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(hào)的組成部分,事件信號(hào)表征了運(yùn)行狀態(tài)的變化或設(shè)備標(biāo)稱(chēng)狀態(tài)的偏離。這樣事件信號(hào)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?xún)H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(mǎn)足下列準(zhǔn)則如果一個(gè)設(shè)備部件具有一個(gè)特征,則它們的信息元之間的間距小于某個(gè)預(yù)定的第一限值。如果一個(gè)設(shè)備部件不具有一個(gè)特征,則它們的信息元之間的間距大于某一個(gè)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(jiǎn)單和/或一目了然的方式識(shí)別對(duì)于各設(shè)備狀態(tài)為重要的信息,應(yīng)對(duì)設(shè)備工作期間所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)或由此推導(dǎo)出的參量進(jìn)行過(guò)濾。為此最好設(shè)置一個(gè)過(guò)濾組件,利用它根據(jù)一個(gè)預(yù)定的準(zhǔn)則來(lái)確定表示哪一個(gè)設(shè)備部件,例如可表示這樣一些設(shè)備部件,它們?cè)谝粋€(gè)特征上,例如在狀態(tài)“故障”/“無(wú)故障”或在狀態(tài)開(kāi)/關(guān)上相符合。最好提供一個(gè)時(shí)間窗作為準(zhǔn)則,以便了解在某一時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行故障報(bào)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(duì)比。
為了能早期獲知往故障的發(fā)展趨勢(shì),最好設(shè)置一個(gè)時(shí)間窗作為特征。由此可實(shí)現(xiàn)表示設(shè)備部件和特征的信息元的時(shí)序。依次排列的事件信號(hào)的信息元最好被一起表示為一狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)(Zustandkonplex)。這個(gè)狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)可能具有一個(gè)特征結(jié)構(gòu),它的圖形與一個(gè)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(cè)出一系統(tǒng)狀態(tài)并將其存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,采用這種方案,可以在故障剛出現(xiàn)時(shí)就能有針對(duì)性地采用合適的對(duì)策。
可以將上述狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)當(dāng)作基準(zhǔn)復(fù)合叢線(xiàn),將其與實(shí)際出現(xiàn)的狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)相比較,在這個(gè)基準(zhǔn)復(fù)合叢線(xiàn)中,對(duì)于某一設(shè)備特性給出一特征圖形。例如一個(gè)會(huì)引發(fā)發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)的安全閥快速關(guān)斷的故障以基準(zhǔn)復(fù)合叢線(xiàn)的形式存在著。通過(guò)當(dāng)前狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)與這個(gè)基準(zhǔn)復(fù)合叢線(xiàn)的比較,一個(gè)在線(xiàn)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(hào)而得知。
用來(lái)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(gè)信息元在這個(gè)信息空間中的位置,最好確定三個(gè)空間坐標(biāo),從而在信號(hào)控制臺(tái)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(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例,附圖中
圖1為工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)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(shì)特性的狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)。
如圖1所示實(shí)施例中的設(shè)備組成部分1內(nèi)的過(guò)程是一個(gè)未進(jìn)一步詳細(xì)表示的發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的總運(yùn)行過(guò)程的一部分。設(shè)備部分1包括一個(gè)連接在蒸汽管道2中的泵a1及一個(gè)前接的蒸汽閥a2,還有一個(gè)位于分支管線(xiàn)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(gè)流量傳感器12,用它可測(cè)出每個(gè)單位時(shí)間流過(guò)蒸汽管道2的蒸汽量。此外在泵a1的壓力側(cè)還裝有一個(gè)壓力傳感器13,泵a1上裝有一個(gè)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(gè)控制元件15和報(bào)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(cè)出的測(cè)量值以及由信號(hào)元件15和16所提供的報(bào)警信號(hào)以過(guò)程數(shù)據(jù)PDi的形式輸入到一自動(dòng)處理系統(tǒng)18a和一無(wú)線(xiàn)電技術(shù)(leittechnischen)信息系統(tǒng)18b中。
過(guò)程數(shù)據(jù)PDi在發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的自動(dòng)化處理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)18a、18b的自動(dòng)化處理單元內(nèi)經(jīng)過(guò)預(yù)加工,必要時(shí)將控制信號(hào)Si輸出到設(shè)備部分1的設(shè)備部件ai上。通過(guò)測(cè)量、調(diào)節(jié)、控制事件及信號(hào)產(chǎn)生后匯集起來(lái)的信息存儲(chǔ)在信號(hào)系統(tǒng)18b中。經(jīng)過(guò)在自動(dòng)處理和信息系統(tǒng)18a,18b中完成的過(guò)程,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電廠(chǎng)設(shè)備的設(shè)備部件ai,例如設(shè)備部分1的泵a1及閥門(mén)a2和a3的自動(dòng)控制。
自動(dòng)化處理和信息系統(tǒng)18a,18b根據(jù)過(guò)程數(shù)據(jù)PDi及控制信號(hào)Si得出對(duì)于設(shè)備過(guò)程以及因此對(duì)于設(shè)備部分1內(nèi)進(jìn)行的過(guò)程為重要的參數(shù)Pi,并且將其概括到報(bào)警信號(hào)Mi中。這些信號(hào)Mi還包含識(shí)別設(shè)備部件ai的標(biāo)志。
參數(shù)Pi和/或信號(hào)Mi通過(guò)一過(guò)濾組件21輸入到監(jiān)測(cè)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(guò)程的特征mi。
特征mi可以是情況信號(hào),故障信號(hào)和狀態(tài)信號(hào),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(gè)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(gè)預(yù)定時(shí)窗內(nèi)的信號(hào)Mi對(duì)每個(gè)設(shè)備部件ai檢測(cè)特征mi是否存在,為些為每個(gè)時(shí)窗產(chǎn)生一個(gè)關(guān)聯(lián)KTi,其中采用矩陣22方式實(shí)現(xiàn)了特征mi對(duì)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(cè)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(guò)例如對(duì)于兩個(gè)設(shè)備部件ai,它們的共同特征mi的數(shù)量與兩個(gè)設(shè)備部件ai中至少一個(gè)所具有的特征mi的數(shù)量之比來(lái)確定的。由這個(gè)比例,從而獲得在兩個(gè)設(shè)備部件ai之間的相關(guān)程度的定量值。如果這兩個(gè)設(shè)備部件ai只具有共同特征mi,那么可認(rèn)定這兩個(gè)設(shè)備部件ai是高度相關(guān)的。反之,當(dāng)兩個(gè)設(shè)備部件ai的所有特征mi是不相同的,那么這兩個(gè)設(shè)備部件ai互不相關(guān)。這兩個(gè)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(gè)空間配置的基礎(chǔ)上在監(jiān)測(cè)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(gè)設(shè)備部件ai具有這個(gè)特征mi時(shí),在一個(gè)信息元Ii(mi)和一個(gè)信息元Ii(ai)之間的間距不會(huì)超過(guò)預(yù)定的第一限值,并且當(dāng)這個(gè)設(shè)備部件ai不具有這個(gè)特征mi時(shí),上述間距不會(huì)低于預(yù)定的第二限值。換句話(huà)說(shuō),當(dāng)一個(gè)設(shè)備部件ai具有一個(gè)特征mi時(shí),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(gè)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(guò)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(kāi)。之后自動(dòng)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(dòng)化處理系統(tǒng)18a重新打開(kāi)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(guò)程一直被重復(fù),直到所述故障被排除。
描述這一過(guò)程的過(guò)程數(shù)據(jù)PDi,即由流量傳感器12測(cè)出的蒸汽量和由壓力傳感器13測(cè)出的蒸汽壓力及由轉(zhuǎn)速傳感器14測(cè)出的泵的轉(zhuǎn)速輸入到無(wú)線(xiàn)電技術(shù)(leittechnisch)信息系統(tǒng)18b。作為過(guò)程數(shù)據(jù)PDi到達(dá)無(wú)線(xiàn)電技術(shù)信息系統(tǒng)的反應(yīng)是由自動(dòng)化處理系統(tǒng)18a向設(shè)備部分1提供一個(gè)控制信號(hào)Si,用于打開(kāi)或關(guān)閉閥a2和a3。
為了分析由過(guò)程數(shù)據(jù)PDi和控制信號(hào)Si來(lái)制定報(bào)警信號(hào)Mi。這種報(bào)警信號(hào)Mi例如是“時(shí)間點(diǎn)t1一設(shè)備部分1-壓力傳感器13-壓力過(guò)高-故障-優(yōu)先級(jí)高”;“時(shí)間點(diǎn)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(jí)高”;“時(shí)間點(diǎn)t3-設(shè)備部分1-排氣閥a3-狀態(tài)信號(hào)為開(kāi)”;“時(shí)間點(diǎn)t3-設(shè)備部分1-蒸汽閥a2-狀態(tài)信號(hào)為關(guān)”。
在分析模塊20中,特征mi根據(jù)這個(gè)報(bào)警信號(hào)Mi配置給設(shè)備部件a1,a2和a3,即現(xiàn)在根據(jù)報(bào)警信號(hào)Mi來(lái)檢查這些設(shè)備部件a1、a2和a3的每個(gè)特征mi的存在。所有屬于信號(hào)成分“設(shè)備部分1”的特征mi于是分配給每個(gè)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(gè)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(xiàn)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(lái)。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(guò)作用方向箭頭W來(lái)表示。
報(bào)警信號(hào)或者事件報(bào)警信號(hào)Mi也帶有時(shí)間特征。根據(jù)這種時(shí)間特征,可導(dǎo)出設(shè)備部件ai的時(shí)間上的相關(guān)性。例如,上述的兩個(gè)信號(hào)Mi具有相同的時(shí)間特征“t3”,于是由此推斷出有關(guān)事件同時(shí)發(fā)生。
有時(shí)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(xiàn)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(xiàn)具有相應(yīng)的特征圖象,根據(jù)該圖象可識(shí)別出故障的種類(lèi)及隨時(shí)間的變化發(fā)展。這種狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)也可作為基準(zhǔn)復(fù)合叢線(xiàn)存儲(chǔ)起來(lái),以便用來(lái)與實(shí)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(cè)系統(tǒng),其帶有多個(gè)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(duì)于設(shè)備狀態(tài)為重要的過(guò)程數(shù)據(jù)(PDi)被定位顯示,使每?jī)蓚€(gè)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(cè)系統(tǒng),其中多個(gè)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?jī)蓚€(gè)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(cè)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(gè)代表特征(mi)的信息元(Ii(mi))和一個(gè)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(xiàng)所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于,一過(guò)濾組件(21)根據(jù)一預(yù)定的準(zhǔn)則選出過(guò)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(xiàng)所述的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其特征在于,一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)表征設(shè)備狀態(tài)的,呈狀態(tài)復(fù)合叢線(xiàn)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(chǎng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,將多個(gè)設(shè)備部件(a
文檔編號(hào)G05B23/02GK1157661SQ95195047
公開(kāi)日1997年8月20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·梅德?tīng)? 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(qǐng)人:西門(mén)子公司