CN1010616B - 诊断设备 - Google Patents

Abstract

用于监视汽轮发电厂的诊断设备，在电厂周围的检测器将数据供给包括数字计算机的诊断设备，以便在电厂设备中判断存在的和将发生的故障，该计算机利用建立子系统的系统诊断(这些子系统是通用的且可用于任何检测器)以期获得

a)检测器输出位移的指示。

b)有效的检测器读数。

c)故障指示。

Description

本发明所涉及的诊断设备在操作系统发生故障时进行监视，尤其是涉及一个用于联机实时监视的以检测器为基础的系统。

复杂工业或其他操作系统一般具有许多检测器，用于监视运行期间的各种参数，目的不只是控制，也是要监视系统以检测出实际的或将要发生的故障。

某些系统在诊断处理中可以使用几十个（如果不是数百个的话）检测器，而且这些检测器经常发生故障，产生衰变，或提供与实际被测量参数无关的伪读数。

如果在诊断处理中使用错误的检测数据，就可能得到有关故障的错误结论。从某一方面来看，故障可能被指示出来了，但事实上，故障并不存在，并且与之相反，当故障可能正在发生，或者将要发生故障时却没有检测，也没有准确地通知系统操作员。这种事件可能表现为巨大的经济损失，或者代表一个潜在的危险情况。

为了避免这些可能发生的问题，某些系统使用了冗余的检测器，这样，当一个检测器发生故障时，另一个可以替代它的位置。从经济观点看，对于那些使用上百个检测器的系统来说，这种解决方法是不可行的。在其他类型的系统中，检测器读数在系统诊断之前作了预处理，并从研究中估计一下这些读数是否超过了某些规定。可是，使用这种方案使得诊断处理中使用的某些有关检测器衰变过程的有价值资料被丢失。

本发明提供了一个诊断系统，当发生不明确的倾向时，该系统能够识别操作问题，并可注意到检测器衰变或故障。

本发明包括诊断设备，用来在发生故障时监视操作系统，诊断设备 中有多个检测器，它们提供出表示预定系统参数的信号。诊断设备中包括控制装置，它为每个被选择的所述检测器建立一个第一子系统;还包括定时地接收检测器输出信号读数的装置，用于提供检测器输出读数变化的特殊标记。如果有变化，所述控制装置根据所选择的检测器读数，以及所选择的那些由所述第一子系统提供的所述变化指示建立第二子系统，给出有关检测器信号的有效结论，使每一结论在结论的有效性上都具有一个置信度因素。所述可操作的控制装置根据检测器信号以及与检测器信号有关的所述有效结论至少还能够建立一个第三子系统以便指示出所操作系统中可能出现的故障。

控制可以简便地为若干被选择为检测器中的每一个建立一个第一子系统，控制还包括定时接收检测器输出信号读数的装置，以便给出检测器信号表示位移特性的若干指示。这种位移指示包括检测器信号在第一个时间周期中是否急剧地上升或下降，在第二个更长的时间周期中它是否缓慢地上升或下降，或在这些时间周期中信号是否保持稳定。

此外，可操作控制根据检测器读数以及所选择的位移指示建立一个第二子系统，以便给出有关检测器信号的有效结论，而每一结论在其有效性中都具有一个置信度因素。

该控制根据检测器信号以及由第二子系统得到的有效结论还可建立一个第三子系统，从而给出了操作系统中可能出现的故障指示，这些故障连同某个具有一定置信度的因素一起被通知给操作员。

附图中解释了一个按照本发明设计的诊断设备的实施例，以实施例的方法，所论及的汽轮发电机动力设备使用了多个检测器，以便在化学活性成分流入流出之处获得与化学参数有关的数据，从而预报这些设备可能发生的故障。

图1解释了一个汽轮发电机动力设备的简化示意图;

图2和3为一节点图，用以解释诊断设备运行中使用的一种专家系统;

图4和4B解释了与图2和图3的部份有关的各种函数图;

图5是一个节点图子系统，它解释了与图1的方案中使用的检测器的某些参数有关的信任传送;

图6是一个节点图子系统，它解释了与图1方案的特定检测器有关的某些特性的信任传送;

图7是图6中使用的那类检测器的简化示意图;

图8是一个节点图子系统，它描述了与图1方案的另一个特定检测器有关的某些特性的信任传送;

图9是图8所用检测器类型的简图;

图10是一个节点图子系统，它描绘了与图1的某个设备的确定故障有关的信任传送;以及

图11展示了代表可能发生的故障的一种显示类型。

本发明可适用于各种各样的操作系统，下面，将根据图1中展示的汽轮发电机动力设备图说明本最佳实施例。

上述设备包括一个汽轮机设备10，该设备具有多个高压汽轮机12，中压汽轮机14和低压汽轮机16，所有这些汽轮机被联结到公共传动轴18上，以驱动发电机20，当与负载22联机的主断路器23闭合时，发电机20为负载22提供动力。

以实施例的方法，负责蒸汽供应的煤纤石一次性燃烧锅炉系统24包括一个省煤器26，一个过热器27和一个再热器28。锅炉蒸汽通过输入调节阀30供给汽轮机设备10，并且，从高压汽轮机12输出的蒸汽在再热器28中被重新加热，并通过调节阀32供给中压汽轮机14。中压汽轮机输出的蒸汽通过架空管道34输给低压汽 轮机16，蒸汽从低压汽轮机16中被排入通用的冷凝器36，在此与外部提供的冷却水进行交换。

冷凝器中的水经化学处理后循环回流到锅炉，以保持高度纯净。化学处理可以包括多个冷凝水净化器40，这些净化器实际上是用以去除某些杂质的离子交换装置。化学处理后，水被一系列加热器42加热，其中包括一个排除废汽的排汽加热器，再加入某些化学物质后，水又重新返回到锅炉系统24的省煤器26。

电厂配置了多个检测器，其中包括用于监测汽轮机系统中蒸汽的化学参数以及冷凝器和锅炉系统之间的通道中冷凝水质的检测器。此外，所提供的检测器阵列50包括多个检测器S₁，S₂……S_n，用以接收从蒸汽通道耒的取样蒸汽，并用调节器52衰减到合适的压力和温度，相似地，其他一些检测器阵列54到56被分别设置在冷凝器36的输出处，净化器40之后和省煤器26之前。以本实例的方法，每一阵列的检测器可以包括那些测量酸性阳离子交换导电率，钠浓度，废氧，特定导电率，PH值和氯化物浓度的检测器。

检测器阵列被置于汽轮机系统化学活性成份的流入流出部位。例如，蒸汽通道中的检测器阵列50测量冷凝器36的流入，同时检测器阵列54测量其流出。依次，在检测器阵列54提供有关冷凝水净化器40流入数据的同时，检测器阵列55测量其流出。

有关化学水流入流出加热器42的数据分别由检测器阵列55和56提供，而检测器阵列56和50提供有关锅炉系统24的流入流出信息，因此，检测器不仅能够提供系统中腐蚀性的或其他杂质的指示，而且由于它们定位安装于关键部位，所以这些检测器还能够提供电厂设备故障的指示。

控制诊断处理的数字计算机58给出了故障估计，以便指示出可能 发生的故障，并通过输出设备60将这些指示通知操作员，这类输出设备可以是警报系统，CRT或其他显示设备、信息系统或上述这些设备的综合。

在最佳实施例中，计算机通过执行一个专家系统计算机程序的方法来控制诊断处理，该程序运用知识模拟和推理过程得出一般由真正的专家所确定的结论。知识模拟的一种公用形式是IF……THEN规则和应用在本发明中的这种PDS（处理诊断系统Process    Diagnosis    System），该系统曾在1983年8月8日至12日的《第八届国际人工智能联合会科研报告集》（Proceedings    of    the    Eighth    International    Joint    Conference    on    Astificial    Intelligence，Awgust    8-12，1983）的第158至163页上作了描述。在那个系统中（与其他专家系统一样），每个规则实际具有一个前件或论据（IF部份），还有一个后件或假说（THEN部份），该假说可能成为其他规则的论据。如同在图2中说明的那样，通过规则66将论据64连到后件假说65，论据和假说构成了系统的节点。数字68表示节点64的前援规则，即，对于这个规则来说，节点64是假说。规则66是节点64的后援规则，即，对于这个规则，节点64是论据。同样，规则66是节点65的前援规则。以实施例的方法，在该系统中，节点可以采取论据、假说、故障、检测器和存贮节点的形式，其中，存贮节点是那些能够存贮从其他节点输入的数值的节点，并可在这些数值上完成一些预定的数学运算。

每个节点是一个信任程度，如果是MB，即节点（假说）为真，同样，节点也是一个不信任程度，即如果是MD，则信任程度假说为不真。两个因素的范围是刻度0到1，从它们的差，即MB-MD，得出可靠性和置信因素CT，其范围从-1到+1，其中，正数代表置信度，即 假说为真;而负数代表信任，即假说为不真;0附近的数代表不可靠。

一个专家（或多个专家）在适合诊断的范围内建立起各种规则和关系，并存入计算机的存贮器，在诊断处理中应用。还利用在规则的充分性中的专家的信任。这种信任，表达了专家是如何利用论据的存在去证明假想，它由数字表达式指定为一个充分性因素SF，其范围从-1到+1，其中，SF的正值代表论据的存在假定假说为真;而负值表示论据的存在假定假说为不真。

PDS还在规则的必要性方面利用了专家的信任，它说明了对于假说为真来说，哪一级的论据存在是必要的。这个必要性信任用数字表达式指定为一个必要性因素NF，其范围从-1到+1，其中，NF的正值代表论据的不存在假定了假说为不真，而负值表示论据的不存在假定了假说为真。

图3说明了另一个通用配置，其中，规则68至70将论据节点72至75连接到假说节点76。元件78表示论据的组合，a）以析取方式组合，即，论据74或（OR）75存在;或b）以合取方式组合，即，论据74和（AND）75存在。

在被诊断的系统中，导致后件可能发生错误的信任以重复周期从论据传送到假说，在周期开始时，每个节点的CF，MB和MD值被置零（检测器节点除外，其中的MB以及相应地CF被假设为+1）。

如果论据的CF为正，则规则的充分性被用于传送信任，如果论据的CF为负，则使用规则的必要性;如果CF为零，则什么都不做。

实质上，如果论据CF为正，并且SF为正，则假说的MB增加;如果SF为负，则假说的MD增加。

相反，如果论据CF为负，并且NF为正，则假说的MD增加;如果NF为负，假说的MB增加。以实施例的方法，对于图2的单个规则 情况，如果MB和MD是规则的假说中的信任和不信任，CF是规则的论据中的置信度。以及SF和NF是规则的充分性和必要性，则：

如果CF＞0和SF＞0：

MB＝CF×SF    （1）

如果CF＞0和SF＜0：

MD＝CF×（-SF）    （2）

如果CF＜0和NF＞0

MD＝（-CF）×NF    （3）

如果CF＜0和NF＜0：

MB＝CF×NF    （4）

对于图3的多个规则情况，顺序检验每个规则，并根据下列公式对每个规则进行计算，即可获得终值，其中，在每次计算之前，MB旧和MD旧是规则的假说中的信任和不信任，CF是规则的论据中的置信度，SF和NF是规则的充分性和必要性，而MB新和MD新是每次计算后规则的假说中的信任和不信任：

如果CF＞0和SF＞0：

MB新＝MB旧+（1-MB旧）×CF×SF（5）

如果CF＞0和SF＜0：

MD新＝MD旧+（1-MD旧）×CF×（-SF）

（6）

如果CF＜0和NF＞0：

MD新＝MD旧+（1-MD旧）×（-CF）

×NF    （7）

如果CF＜0和NF＞0：

MD新＝MD旧+（1-MD旧）×（-CF）

×NF    （7）

如果CF＜0和NF＜0：

MB新＝MB旧+（1-MB旧）×CF×NF（8）

（8）

对于析取逻辑节点（OR函数），可以利用全部论据部份的最高置信因素，而如果逻辑节点是合取的（AND函数），则可以使用其最小置信因素。或者用另一种方法，可以利用加权平均数。

因此，利用上述相应的公式，可以为假说计算出信任和/或不信任的程度，并从这些值中，可以利用关系式CF＝MB-MD计算出假说中的置信因素。

在许多例子中，规则的充分性（SF）和必要性（NF）可以用一个常数表示。在其他例子中，充分性和/或必要性可以用其他一些函数表示，通过对一个特定变量计算出其函数值，即可得出这些函数的固定数值的充分性或必要性因子。可供利用的一个通用函数是分段线性函数，图4A和4B给出了这种函数的两个例子。这些图中的Y轴表示SF（或NF），其垂直刻度范围是从-1到+1。x轴水平刻度表示某些变量值，例如检测器读数，或某些数学运算结果。在图4A中，如果变量值在0和a之间，或者大于f，则SF等于-1，而如果变量值在c和d之间，则SF等于+1。当变量值在a和c之间或d和f之间时，将得到-1与+1之间相应的SF值。图4B表示一个分段线性函数，对其中任何大于b的变量值来说都将得出SF值为+1，而变量值小于-b，则SF值为-1，变量值在-b与+b之间时，将得到-1与+1之间相应的SF值。

另一种有用的规则类型是读数一转换规则，执行这项规则时，该规则将转换函数应用于从规则的论据节点中得到的数值上。如果论据节点 是一个检测器，则数值即是一个检测器读数，如果需要的话，可由转换器完成相应的变换、比例运算等等。

在图1中，用于采集数据的各种类型的检测器本身在错误的操作下工作，即可导致对电厂设备的错误诊断，根据本发明，控制诊断操作的计算机建立一个第一子系统，该子系统对所有检测器都通用，并可根据整个系统中被选择的检测器以具体例子加以说明或应用。图5解释了一个应用专家系统节点和规则概念的典型通用子系统。其方案是，根据检测器输出信号提供一个检测器信号位移指示。在图5以及后面的图中，每个代表检测器的标志即是一个节点，实际检测器读数被置于节点中。

检测器100定时提供检测器读数，这些读数被读数转换规则102连接到节点104，操作节点104可获得最后五个检测器读数的平均值，以便提供一些稳定性，并滤除任何检测器噪音。在另一方面读数转换规则106将检测器读数连接到节点108，操作108即可得到当前检测器读数减去前一个检测器读数的差值，以便敏感于检测器变化，并提供出当前系统中噪音程度的指示。

被读数转换规则112连到检测器的基线函数110可通过操作提供检测器功能的期限相对长些的指示。仅就实施例的方法，假定每分钟按时提供一次检测器读数。每过一个时间周期，例如30分钟，可用基线函数累加读数，并提出例如30分钟周期的前10个读数的平均值。

此外，函数108给出每分钟之间变化的指示，函数104提供每5分钟的平均值，基线函数提供过去时间的每个间隔的平均值。

最后5个数的平均值和基线函数被用于得出检测器功能短期或长期的各种指示。节点114确定规则116提供的当前检测器读数和规则118提供的最后5个数的平均值之间的变水。在本节点120处，以变化值除以最后5个读数的平均值，便可确定关于平均值的变化量。为 达到这一目的，相对变化节点120被规则122连接到节点114，并被规则124连接到节点104。

倾向信息，或称斜率，由节点126接收，而节点126被规则128连到最后5个数的平均值节点104，并被规则130连到基线节点110。写成函数式，即，从最后5个数的平均值中减去基线值，并除以数据组中心间距的时间周期，即可得到斜率。就是说，在本例中在30到20分钟之前得到的10个读数的中心与最后5个读数的中心之间的时间周期是22.5个时间单位，或22.5分钟。

除这个斜率外，在节点132处通过将这个斜率除以基线而得到相对斜率，前者由规则134连到节点126，后者由规则136连到基线函数110。

如果在节点120确定的相对变化为正，其信任被规则140传送到节点138，表示正的相对变化。相似地，负的相对变化中的信任通过规则144传送到节点142。

用类似方法，节点132的正相对斜率中的信任通过规则148传播到节点146，负相对斜率中的信任通过规则152传播到节点150。

此外，节点138和142根据相对短期间的检测器变化，显示具有某个置信程度的信息。节点146和150根据检测器读数中相对长时间的变化显示具有某一置信程度的信息。可是，如果检测器读数接近检测器本身的检测极限，则这些信任中的置信度将被降低，在这种情况下，某些数值可能变得不可靠而妨碍防止根据这些数值所作出大的结论。为了减少与节点138，142，146和150相关的置信因素如果检测器在其检测极限附近工作的话，则子系统中包括通过规则154至157，将不信任加到上述那些节点的装置。节点160决定 检测器读数平均值与检测极限的比值，该平均值由规则162从节点104传播到节点160，而检测器极限是通过规则166由检测极限节点164提供给节点160的。例如，如果在节点160计算出的比值小于1，则将通过规则170将信任传送给节点168，设备实际上在检器极限附近，以便在短期间和长期间变化中修改信任。

事实上，如果操作不在检测极限附近，而且发生了正向相对变化，这就表示在节点172确定的短期间在检测器输出中上升，节点172被规则174连到节点138。由规则175从节点114传送的正向变化也将表示这一短期间上升。如果发生负向相对变化，则在节点176表示确定的短期间下降，节点176由规则178连到节点142。通过规则179从节点114传送的负向变化也将表示这一短期间下降。

对于长期间，如果在节点146确定的相关斜率是正的，则这个情况表示在节点180所表示的检测器输出的长期间在缓慢增加，节点180被规则182连到节点146。通过规则183从节点126传送的正斜率也将表示这一长期间增加。相反，负相对斜率导致在节点184表示的检测器输出减少，该节点184是由规则186连到节点150的。通过规则187从节点126传送的负斜率也会表示这一长期间减少。

无论节点188确定的检测器输出是否稳定，短期间节点172和176以及长期间节点180和184都是论据，并分别被规则189至192连到节点188。规则189至192具有在稳定的假说中建立不信任的负充分性功能，因为，如果检测器输出是上升或下降或增加或减少、它就是不稳定的。

在稳定情况下，从节点194传送的正信任表示一个很小的变化，该节点194是由规则196连到稳定节点188的。就是说，如果检 测器输出信号从一个读数到另一个读数不发生变化，或在一个很小的预定量内发生变化，则这种情况表示稳定条件。为了确定这个变化，节点108得出的从一个读数到另一个读数的变化通过规则200传送给节点198，节点108得出变化的绝对值，并由节点198接收平均变化值。然后，根据这个平均变化值，与规则202相关的分段线性函数将信任与不信任传送到节点194。

很多检测器可以在很广的动态范围内操作，并附带比例变化设施。整个系统中相同的检测器被设置相同的比例以后，如果一个检测器偶然被转置于一个不同的比例，则它的输出成份将被误解。此外，图5中的子系统包括用于确定是否发生比例变化的装置。这是由节点204的装置完成的，节点204确定最后5个读数的平均值与基线值的比率，这5个读数的平均值由规则206从节点104传给节点204，而基线值由规则208从节点110传到节点204。根据节点204得到的值，与规则210相关的分段性读数将传送发生或没发生比例变化信任。以实施例的方法，假设检测器包括将比例变换10倍的装置。因此对于0.1，1，10，100等基线比率平均值，与规则210相关的分段线性函数将为+1，而对于其它比率值将为-1。

因此，图5的子系统得到大量有关任何检测器运行的信息，该子系统就应用于这些检测器，并且，在图5的底部重现的该信息随后由计算机控制建立的子系统所利用。

以实施例的方法，图6中展示的这种子系统适于从阳离子导电率检测器中获得有效的读数。图6的子系统对任何阳离子导电率检测器都是通用的，这种检测器应用于图1的设备以测量蒸汽和冷凝水。

阳离子导电率检测器，尤其是酸性阳离子交换导电率检测器用于在取样中将阳离子交换为氢，以使与腐蚀有关的阴离子被测量出耒。图7 展示了一个简化的阳离子导电率检测器。该检测器包括一个阳离子树脂装置222，用它去除取样中的阳离子，并以氢离子置换它们。由此，取样中的任何氯化钠被转变成盐酸，硫酸盐被转换成硫酸，醋酸盐被转变成醋酸，等等。然后，导电率传感器224提供一个正比于阳离子交换取样导电率的输出信号，以指示出阴离子浓度。

再返回到图6，子系统包括几个表示检测器输出信号特征的节点。被规则232连到检测器上的节点230确定检测器读数是否低于要求值，并且，被规则236连到检测器的节点234确定检测器读数是否高于要求。多数检测器具有检测器电子线路的装置，在这种检查条件下，所提供的任何输出信号都是在不正常的过高范围内。节点238被规则240联到检测器上，并检查确定检测器是否处于这种不正常的过高范围中。

如果检测器读数过低，表示可能有人将检测器关闭了（很多检测器在关闭的状态下仍能提供小量输出）。关闭的检测器中的信任在节点242产生，该节点被规则244连到节点230。可是，如果检测器读数不稳定，即表示输出读数正在变化，这强调检测器没有处于关闭状态。被规则246连到检测器关闭节点242上的节点188提供检测器读数是否稳定的指示。这一指示是从图5的子系统的稳定指示中获得的，如同现在应用于图6的特定阳离子导电率检测器220。在图6以及随后的附图中，其他子系统所使用的节点用虚线矩形表示。

在关闭状态下的检测器的进一步指示是检测器读数是否等于系统平均值，被规则250连到节点242的节点248确定这个系统平均值。为了做出这个确定，节点252提供出图1的系统中全部阳离子导电率检测器的平均读数的指示，并由规则254将节点252连到节点256，为了得到这个检测器的读数与系统平均值之差的指示，规则258将节 点256和这一特殊检测器的输出相连。其结果将由规则260连到节点248上，如果节点256的相减处理结果在预定的零的范围内，规则260将具有一个正的充分性因素。

可能产生一个低检测器读数的另一个因素是被污染的或脏的检测器。例如，由于操作环境，导电电极可能被油污染，油起到了一个绝缘物的作用而导致输出读数低于它应有的读数。这个因素是由污染检测器节点262所确定的，该节点通过规则264与低检测器读数节点230相连。从节点188被规则266连到污染检测器的稳定指示可以进一步证实污染检测器的确定，可是，如果读数不稳定，并不意味着检测器不脏。如果检测器读数等于系统平均值，则污染检测器诊断中可能丢失置信度，而其中污染检测器节点262是由规则268连到前一个节点248上的。

在检查范围的检测器信任是由规则270传送给节点272的，该节点将进一步确认检测器处于一种检查模式的某一置信程度，这种模式考虑到读数是否稳定，以及其值是否等于系统平均值，这后两个因素分别由规则274和276传送。

三种检测器状态，关闭、污染，和检查将使得一个有效检测读数中的置信度降低。还存在着其他因素，其中包括确定检测器是否置于正确的比例。为做出这个确定，OR函数280被应用于节点172和176，根据检测器读数上升或下降的指示确定近期检测器读数是否发生急骤变化，这个确定是在由规则284连到OR函数的节点282处做出的。如果知道了由规则286传送的近期检测器读数的急骤变化以及由规则288从节点212传送的关于十进位变化的因素是否存在的信任，则节点290可以做出关于比例变化的精确确定。

如果图7所示的检测器的阳离子树脂失效，则先前由树脂阻塞的氨 将导致一相当高的输出信号，而且该信号将与酸阳离子导电率的测量无关，因此规则292以一高检测器读数将信任从节点234传到节点294以确定树脂是否失效，为了证明检测器读数是高，而将其与系统平均值相比较，该步骤早在节点256处便由规则296将一较高读数中的信任传到相信检测器读数事实上确实较高的节点298，由规则300传送的该信任与检测器树脂可能失效的信任相加。

两个其他因素也可能导致该结论，一个因素是由节点180通过规则302传送的检测器读数正在增加，在确定时的另一输入是通过规则304从节点306而来的，该节点规定检测器读数小于取样的特定导电率，该特定导电率值是由特定导电率检测器310供给的，该特定导电率检测器是在检测器阵列中的多个检测器之一，由规则312传送的特定导电率值以及由规则314传送的阳离子导电率检测器读数在节点316处进行比较，其中，从检测器值中减去特定导电率值，然后其结果通过规则318传到节点306，如果树脂失效了，则阳离子导电率检测器输出的值就能不高于特定导电率检测器输出，如果有迹象表明阳离子导电率检测器值大于或等于特定导电率值，则将不信任的测量加入节点294确定检测器树脂是否失效。

在该实施例中存在五个可能的检测器故障，即比例变化290，检测器关闭242，检测器污染262，检测器检查272和检测器树脂失效294，每一故障都有两个或更多的输入，而每一输入都提供了与存在的故障有关的某种程度的关系，所以，可以由从-1（确实不存在）到+1（确实存在）范围内的某一置信度因素设立出现的故障。

通过“或”函数320和规则321，任何可能的故障中的最高置信度可以传送给节点322，它可指示出检测器故障，由于在其它系统中可利用检测器的结果来确定电厂设备的故障，所以，由于使用了已出 故障或将出故障的检测器，就会影响到对电厂设备故障的准确预测，例如，如果在节点234处确定有一高检测器读数，则逻辑结论就是在由规则326连到高检测器读数节点234的节点324处，有一高阳离子浓度，通过图5的子系统从正在增加的读数进行判断，由规则328传送的结果提高了由节点330指定的正增加的阴离子浓度中的信任。

也就是说，在不存在检测器故障时，在高阴离子浓度中的置信度会被规则332一直传到一有效的高阴离子浓度节点334，与此类似，节点330的增加阴离子浓度中的100%置信度会被规则336传送到有效的增加阴离子浓度节点338，然而，在检测器存在故障时，在这些结果中的置信度必须减少。

实质上，是由参量代换（paralt）规则完成这一变化的，该规则在操作时可改变其它规则的充分性函数和必要性函数，如果在图6中，节点322指出了一个检测器故障，则参量的代换规则350将根据检测器故障中的置信度对规则332的充分性函数进行某种程度的修改以便使节点334的有效的高阴离子浓度中的置信度以被修改规则的充分性函数作为基准。与此类似，参量代换规则352将修改规则336的充分性函数以致在节点338的有效增加阴离子浓速的置信度以规则的修改值作为基准，以同样的方法可以改变必要性函数。

图8展示了一个使其他种检测器（即钠检测器356）的结果生效的同类系统，根据在整个电厂中与蒸汽管路或液体管相连的任何阵列的任何钠检测器，可以具体的说明图8的子系统。

一种典型的商用钠检测器的简要框图如图9所示，带有钠的输入取样可以通过阀门362与检测器通路358或净化器通路360相连。当在检测器通路上时，取样通过一注入口366而进入管道364。管道364放在氨环境368中，所以氨以一预定的速率扩散到管道364 中从而准确的控制取样的PH值，然后，将取样供给一组电极370（它包括一钠离子选择电极和参考电极）以得到一输出信号，它的值表示钠浓度的每十亿分之几。

当为了进行校准，阀门362将输入取样连至净化器360时，净化器372除去了供给管道364的液体中的几乎全部钠，而且输出信号然后会反映缺少或极低的钠浓度，再由注入口366注入如箭头374表示的已知的钠浓度耒完成校准。

再耒看图8，子系统获得有较高和/或正在增加的钠浓度指示作为检测器操作条件的函数。

分别在节点380和382得到根据钠浓度（十亿分之几）的高或低检测器读数的指示，节点380和382分别由规则384和386连到检测器356，利用低钠浓度指示以及长期间的倾向信息确定钠检测器自身的状态。

为了得到长期间倾向信息，对从图5的第一子系统（作为用于该特定钠检测器）的三个指示加以利用。这些指示是急剧下降指示176，稳定指示188和最后五个平均读数105，在图8的子系统中，从时间检测节点390传送时间，当没有下降时，当前的时间通过规则392传送，该规则通过和参量的代换规则396的下降指示相连的节点394而不断更新，如果发生下降，则另一参量的代换规则398切断通过规则392进行的时间传送，从而使节点394存储时间TO，在此时刻，发生了检测器读数下降，节点400接收由规则402传送的时间TO以及由规则404传送的当前时间，并且由于发生了下降而连续得到了时间期限的函数，参量的代换规则396，在检测器读数下降时激励函数，以保持节点394处于更新状态，而在检测器读数没有下降时，规则402不会激励而将时间TO传送至节点 400。

以与此类似的方式，当检测器读数稳定时，参量的代换规则406切断通过规则408到节点410的传输，从而使参量的代换规则412有效，并使节点410存储初始时间TO，在这一时刻，发生稳定指示，将由规则414传送的这一时间从规则416传送的当前时间中减去，从而在节点418中获得稳定读数期间的指示。

如果发生了近期下降，就可以有一些指示，它们表示钠检测器已经转接到净化器通路，如果读数稳定且在低检测器范围内，则可指出检测器净化器通路的进一步迹象，为了做出确定，节点420接收节点418通过规则422送来的稳定读数的期间，从节点400通过规则424而来的检测器读数下降的时间，以及节点382通过规则426送来的低检测器读数。在确定时的另一输入是节点432通过规则430送来的，该节点432产生出表明特定检测器读数是否等于系统平均值的指示，该指示是以与图6相似的方法由规则438从节点434传到节点436而提供的系统中所有的钠检测器输出的平均值所得到的，检测器读数本身是通过规则440送至节点436的，该节点然后从检测器读数中减去系统平均值并将结果经由规则442供给节432，事实上，如果检测器读数等于系统平均值，则这将会对在净化器道路上的检测器提供不信任。

图8的设置还提供相对长期间倾向信息最后五个读数的平均值经由规则444传送节点446，该节点446存储4小时期间的值，并取出4小时前的最早平均值，而且从最后的平均值中减去该值以期获得4小时期间的变化。通过规则450与4小时倾向节点446相连的节点448获得了有关4小时的倾向，与由规则454传送的与倾向有关的信息以及由规则456传送的有关倾向将使节点458可确定 该倾向是否为正，如果偏移为正而且稳定（即在振幅中只有很小的倾斜且几乎没有无规则变化）则便会导致这样的结论，即钠检测器中的管道已经破裂而且氨正在渗漏到取样蒸汽中去，由规则462连到节点418的节点460根据节点418的信息确定是否有4小时的稳定检测器的读数，这一事实，与正倾向一起加到“与”函数464以便当二者皆存在时，规则466将传送信任到节点468，于是该点468认为管道有破裂现象存在。然而通过由规则470传送的检测器读数等于系统平均值所指示的不信任减少了这种信任。

“或”函数472取出可能的管道破裂或检测器在净化器道路上的最高置信度并通过规则474将其传送到节点476以确定是否已经确定发生了检测器故障，在没有任何故障时，规则480将高钠浓度中的信任传送给设立有效信任的节点482，与此相似，从节点180而发生的正在增加的检测器读数通过规则484传到节点486，该节点486提供有效增加钠浓度的指示。

如果节点476指示有检测器故障，则参量的代换规则488将修改规则480的充分性和必要性函数以改变在有效高钠浓度中的信任，与此相似，当存在故障时，参量的代换规则490将修改规则484的充分性和必要性函数，以改变在有效增加钠浓度中的信任。

因此，当有获得有效检测器指示的装置时，计算机控制系统设立一第三类型子系统，该子系统利用有效的检测器指示做出一些与被诊断的操作系统的部分设备有关的有效结论，对于图1所示的汽轮发电厂而言，在特定设备的进、出口处获得有效的检测器读数以便做出故障的诊断。

图10表示了第三种类型的子系统实例，该子系统可以诊断检测器是否有泄漏，泄漏的结果会使冷却水与冷凝水相混合而使冷却水 受到污染。

实质上，利用前述的子系统，通过与蒸汽管路相连的阵列50（图1）的检测器，可以获得流入冷凝器36的有效的阴离子浓度和钠浓度，而且，通过连至冷凝管路上的阵列54的检测器，可获得冷凝器36流出的有效的阴离子浓度和钠浓度。

图10中，检测器496和497分别是与蒸汽管路相连的阳离子导电率检测器和钠检测器，而检测器498和499分别是与冷凝水管道相连的阳离子导电率检测器和钠检测器。由于蒸汽管道是非化学活性物，所以蒸汽和冷凝水检测器读数应该和没有任何冷凝水渗漏时一样。依照阳离子子导电率读数，节点500分别通过规则501和502接收冷凝水和蒸汽检测器值以计算它后者之差，如果该结果为正即多于预定量，则通过规则504将信任传送至节点506，该节点506设立在冷凝水中的阴离子浓度大于蒸汽中的阴离子浓度的条件，由于阴离子浓度应该相等，所以该条件可以指出某个渗漏的冷凝器。

钠检测器读数是通过规则508和509传送到节点510以期获得冷凝水和蒸汽中的钠浓度之差，由于钠检测器提供了如此之广的动态范围，所以在节点512得到了有关的差值以确信该差值是有效的，通过规则514传送的差值被规则516传送的实际检测器读数所除，从而获得了一比值，如果有关的差值有效，则通过规则520到节点518的传送就导致了确定冷凝水中的钠多于蒸汽中钠。因此便得出由于两个读数应该相同所以存在着冷凝器渗漏的关系。

影响确定冷凝器渗漏的其他因素是在冷凝水中存在有有效的高钠浓度或正在增加的钠浓度，正如在节点522和524所示以及在节点526和528所示，在冷凝水中存在有效的高阴离子含量或正在增 加的阴离子含量，该后四个节点的结果耒自于图8和图6所述的同样的子系统，它们被用于图10的检测器。

别的种类的检测器也可用于图1的电厂以提供汽轮机负载的指示用于负载检测器的图5的子系统会显示信息，包括在节点530处所示的减少负载的指示，如果冷凝器渗漏，则该渗漏应是以一恒速进行在负载较小时，被冷却的蒸汽就少，而且减少了对渗漏的稀释，以致于冷凝水中的阴离子浓度将增加，“或”函数532响应于减少负载以及有效的增加阴离子浓度以便通过规则534传送随着减少负载而同时增加阴离子浓度的信任，如在节点536处所示。

分别通过规则538至544传送到冷凝器渗漏故障节点546的条件比建立的关系并不多什么，但这些条件却多于其他。反之，如果缺少这样的条件，就会影响在冷凝器渗漏中拒绝信任，总之，在显示器60上可以得到并表示冷凝器故障（或其没有故障）的明显迹象。

因此，已经叙述过的诊断设备，在最佳设施方案中使用一专家系统以期设立第一类型子系统，该子系统可以获得某些与有关的检测器输出相关的信息。然后，在第二类型子系统中，可以顺序使用这些信息，第二子系统可得到该检测器的输出结果的有效性指示，第三类型子系统利用有效的检测器指示以期获得被诊断系统的故障指示，在所提供的实施方案中，与冷凝器的出、入口有关的数据被用耒诊断可能出现的冷凝器渗漏，这同一原理可应用于系统的其他设备，例如通过获得与阵列54和55的检测器流入流出有关的有效数据，便可确定图6的净化器40排出的净化器冷却水，这些子系统的建立同时使得有可能确定这些设备的故障以及可确定在检测器本身中所存在的故障。

尽管图1表明了直接与诊断计算机58相连的检测器数据，但是很清楚，在该电厂的这种数据可以进行初始选择并存储于该电厂，以 便随后可以将其传输到能够执行诊断的其他边远地区。

图11表明许多不同显示之一，这些显示可以用来将故障信息传送给系统操作作员，显示60的左半边列出了从M、到M_n的所有可能的故障表，在实际的显示中，可以明确地指出这些故障，在故障中的置信度作为水平条显示，它可以在显示屏幕上占用-1和+1之间的刻度。

如果显示是彩色的，则零位置（垂直线）在负方向或正方向所达到的距离a（见图的上部的刻度）的任何条型范围可以作为绿色被显示以指示仅有减少或根本无关，如果所计算的置信度因素所具有的值大于a但小于b，则可以第二种颜色例如黄色进行显示，使一些关系的情况生效，如果计算的置信度因素所具有的值大于b。则可以第三种颜色例如红色进行显示以指示关系重大，因此对于图11的显示例而言，故障1、2和n对操作员毫无关系，故障M₃表示应该观察的条件，而故障M₄表示这样一个条件，对它来说，应该采取行动，在本实施方案中，距离a可以相当于0.3的一个置信度因素而距离b可以相当于0.5的置信度因素。

Claims (29)

1、一种诊断设备，用于监视操作系统的故障并有多个检测器提供表示预定系统参数的信号，其特征在于包括控制装置，用于对选择的若干检测器中的每一检测器建立第一子系统，还包括可定期地获得检测器输出信号的读数以便提供检测器输出读数变化的特定指示的装置，如果有变化，所述控制装置由所述的第一子系统提供的选择的检测器读数以及选择的所述变化指示，建立第二子系统，从而给出有关检测器信号的有效结论，而每一结论在结论的有效性上都具有一定的置信度因素，而且所述控制装置还可响应检测器信号有关的所述有效结论而建立至少一个第三子系统，从而在所述操作系统中提供可能的运行故障指示。

2、根据权利要求1的诊断设备，其中所述的指示包括;所述检测器读数是否在过去的第一时间周期内急剧地增大或减小;或者在所述时间周期内是相对稳定的。

3、根据权利要求2的诊断设备，其中所述的第一子系统还提供检测器预定的一些顺序读数的平均值的指示。

4、根据权利要求2的诊断设备，其中至少一种所述检测器包括改变检测器的比例值的装置，所述第一子系统还提供在所述第二时间周期是否改变比例的指示。

5、根据权利要求2的诊断设备，其中所述的第一子系统可获得一个检测器的两个顺序读数之差的指示，并利用连续的差别指示确定该检测器的输出信号是否相对稳定。

6、根据权利要求2的诊断设备，其中所述的第二时间周期至少比所述的第一时间周期长6倍。

7、根据权利要求2的诊断设备，其中选择的检测器有一相应的检测极限，超过该极限的检测器输出信号可能是不可靠的，所述第一子系统可以确定在检测极限附近的检测器操作，并根据增加或减小的检测器信号修改其指示。

8、根据权利要求1的诊断设备，所述的操作系统包括多个置于整个系统中的相同的检测器，而且所述的第二子系统可以根据检测器自己的信号确定所述的相同检测器之一是否有故障，由所述第一子系统提供预定指示，而且，第二子系统可以确定所述的相同检测器的所有信号的平均值。

9、根据权利要求8的诊断设备，其中，所述的第二子系统在没有所述的检测器故障时提供有效的检测器信号指示。

10、根据权利要求1的诊断设备，其中，所述的操作系统包括一个汽轮机;一个将蒸汽供给该汽轮机的蒸汽供给装置;一冷凝器，用于接收返回到该蒸汽供给装置和在返回道路上的水处理设备的冷凝乏汽;该系统包括多个检测器阵列，它们都配置在该系统周围，用以在蒸汽通路和该操作系统的冷凝通路中监视各种化学参数。

11、根据权利要求10的诊断设备，其中至少有两个检测器阵列，每个阵列具有一酸阳离子交换导电率检测器，该检测器具有去除取样中存在的阳离子并用氢离子代替它们的阳离子树脂床，还有一根据阳离子交换取样中阴离子浓度的输出信号指示的导电率传感器，所述的第二子系统可操作以提供高阴离子浓度以及正增加的阴离子浓度的有效指示，该第二子系统可操作以便确定该阳离子树脂床是否已失效，并当树脂床失效时，在该有效指示中减少置信度。

12、根据权利要求11的诊断设备，其中所述的第二子系统确定导电率传感器是否有故障，并当确定存在故障时，减少在所述有效指示中的置信度。

13、根据权利要求11所述的诊断设备，其中，所述的第二子系统确定所述的检测器是否在不正确操作状态，并当其处于不正确操作状态时，减少在所述的有效指示中的置信度。

14、根据权利要求13的诊断设备，其中所述的不正确操作状态包括在测试状态下的检测器。

15、根据权利要求13的诊断设备，其中所述的不正确操作状态包括其输出读数的大小不正确的检测器。

16、根据权利要求10的诊断设备，其中，在所述的检测器阵列中，至少有两阵列，其中每一阵列检测器包括一种钠检测器，这种钠检测器包括输送取样的第一通路及浸入一受控氨环境中的管道，在管道和取样中都扩散有氨;还有一净化器道路，用于在将取样引入该管道前去除钠;以及输出电极，它们根据从该管道中排出的取样提供取样中钠浓度的输出信号指示，所述第二子系统可操作以便提供高钠浓度以及增加钠浓度的有效指示，所述的第二子系统可操作以确定所述管道是否破裂，就减少在所述有效高钠浓度或增加钠浓度指示中的置信度。

17、根据权利要求16的诊断设备，其中所述的第二子系统确定该取样正通过该净化器通路，就减少在该有效高钠浓度指示中的置信度。

18、根据权利要求16的诊断设备，其中所述的第二子系统可操作以便在至少几个小时的期间内累计连续的钠检测器读数，从而确定管道是否破裂。

19、如权利要求10的诊断设备，其中，至少第一和第二检测器阵列的每一阵列包括酸阳离子交换导电率检测器，用耒提供在一个取样中的阴离子浓度指示;以及一钠检测器，用耒提供该取样中的钠浓度的指示，所述第一检测器阵列对所述操作系统的设备的流入液体进行取样;所述第二检测器阵列对所述设备的流出液体进行取样;根据流入液体的阴离子浓度和耒自于所述检测器的钠浓度信号，流出液体的阴离子浓度和耒自于所述的检测器钠浓度信号，以及由与所述检测器有关的第二子系统提供的有效的阴离子浓度和钠浓度指示，所述第三子系统确定在所述设备中可能发生的故障。

20、根据权利要求19的诊断设备，其中所述的设备是所述的冷凝器。

21、根据权利要求19的诊断设备，其中，所述设备为所述水处理装置的一部分。

22、根据权利要求1的诊断设备，其中的显示装置用耒显示可能发生的故障的指示。

23、根据权利要求22的诊断设备，其中，所述的可能故障是在一1到十1的刻度上显示的，它们分别相当于确定不存在故障到确定存在故障。

24、一种诊断设备，包括提供与系统参数有关的信号的多个检测器，该诊断设备具有将所述检测器信号输入到计算机的装置;在计算机的存储器中存入与被诊断的特定操作系统有关的规则库的装置;所述的规则库包括适用于任何检测器的第一组规则，该检测器用耒确定检测器输出信号的变化，所述规则库包括适用于用耒确定检测器故障及没有检测器故障时使检测器指示有效的任何检测器的第二组规则，所述规则库还包括第三组规则，用耒确定根据所述的第一和第二组规则得到结论的操作系统是否有故障。

25、根据权利要求24的诊断设备，其中所述的操作系统包括汽轮机;一个将蒸汽供给汽轮机的蒸汽供给装置;一个冷凝器，用耒接收回到蒸汽供给和在返回通路上的水处理装置的冷凝乏汽，所述系统包括置于所述系统周围的多个检测器阵列，用以监视该系统的蒸汽通路和冷凝通路中的各种化学参数。

26、根据权利要求25的诊断装置，其中所述阵列的至少两中的每一阵列都包括具有阳离子树脂床的酸阳离子交换导电率检测器，该树脂床去除取样中的阳离子并用氢离子置换它们;还有一导电率传感器，它根据阳离子交换取样提供取样中的阴离子浓度的输出信号指示，所述的第二组规则提供高阴离子浓度以及正在增加的阴离子浓度的有效指示，该第二组规则确定该阳离子树脂床是否已失效，如果该阳离子床失效，则减少在所述有效指示中的置信度。

27、根据权利要求26的诊断设备，其中所述的第二组规则确定所述的导电率传感器是否有故障，如果确有故障，就减少在所述有效指示中的置信度。

28、根据权利要求25的诊断装置，其中所述阵列的至少有两个中的每个阵列包括受控氨环境中的管道，在该管道和取样中都扩散有氨;一净化器通路，用以在进入该管道前，去除取样中的钠;输出电极，它们根据所述管道中排出的取样提供取样中钠浓度的输出信号指示，所述的第二组规则是可操作的，从而提供了高钠浓度及正在增加钠浓度的有效指示，所述的第二组规则可操作以确定所述管道是否破裂，如果该管道确实破裂，就减少所述有效高钠浓度或正增加钠浓度指示中的置信度。

29、根据权利要求27的诊断装置，其中所述的第二组规则确定所述取样是否正在通过所述净化器通路，如果该取样正在通过该净化器通路，就减少在所述有效高钠浓度或正在增加的钠浓度指示中的置信度。

Images