CN103210358A

CN103210358A - 监视过程参量和/或设备参量时的智能可视化

Info

Publication number: CN103210358A
Application number: CN2011800545510A
Authority: CN
Inventors: M·希奥亚; M·霍伦德
Original assignee: ABB T&D Technology AG
Current assignee: ABB Technology AG
Priority date: 2010-11-13
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-08-19
Also published as: WO2012062387A1; US20130253866A1; CN103210358B; EP2453330A1; US9720015B2; EP2638444B1; EP2638444A1; WO2012062387A8

Abstract

本发明涉及用于在监视过程数据和/或设备数据时智能可视化的方法和系统，在技术方法中或在技术设备的运行中使用所述过程数据和/或设备数据。分析所述信号在过去的行为并且将所述行为用于将来优化的可视化。持续运行的在线算法支持设备操作员，其方式是，所述在线算法识别并且相应地强调与历史上观察到的信号图案的偏差。

Description

监视过程参量和/或设备参量时的智能可视化

技术领域

本发明涉及一种用于在监视技术设备的运行或技术过程的流程期间出现的过程参量和/或设备参量、尤其是所谓的批量数据、即多个过程数据和/或方法数据时智能可视化的方法和系统。本发明适合于在设备技术、控制技术和工艺规划中在显示装置、接下来也称作显示器上、优选在屏幕上用图形表示过程数据、尤其是批量数据。

背景技术

所谓的批量数据显示可以在相对小的屏幕位置上表示大量标准化的过程参量。在大型技术设备、例如发电站中，往往不轻易能够指定经常数千过程参量和设备参量中的哪些对于可视化是重要的。因此，应该通过自动化的方法尽可能好地支持批量数据显示的配置和校准，以便能够尽可能好地利用清晰且有意义的表示的优点。人对任何符号或图案的感知能力对其变化和偏差以及不规则性的反应特别敏感。

所述事实被用在相应地显示时，例如在显示器上显示所谓的批量数据、即多个数据时。在此重要的是：在技术设备或技术过程不受干扰地正常运行期间，方法参数以及设备部件的状态的显示尽可能定期地进行并且尽可能少地对于人的感知能力改变，技术设备内的测量点也属于所述设备部件的状态。

然而，鉴于本方法的这种伴随情况或设备部件和测量点的状态，由于噪声，在没有任何干扰或外部影响因素的情况下，在设备的正常运行或方法的流程期间也不能避免一定程度的不平稳性和不规则性。

由于噪声引起的不规则性和不平稳性越大，例如在自动化系统的更高级（uebergeordnet）控制层面的屏幕的显示器上的显示的用处就越小。

尽管由所谓的批量数据在显示器上的显示因为高度抽象而产生许多优点，然而，如今例如在发电站中的大型技术设备的许多设备操作员倾向于在控制室的显示器上再现真实的过程和/或设备特征值。

通常，关于过程状态和设备状态的所述显示仅仅包含相对少的过程参量和/或设备参量。典型地，在设备概略图上显示最重要值中的最大数百个。用于其监视的成本费用随着可供使用的过程数据和/或设备数据的数量而显著增加。在此，尤其设备操作员的接受能力和可供使用的屏幕位置有限，这是因为人仅仅能并行监视有限数量的值。如果追溯地评估干扰情况，则经常证明，为了提早识别即将出现的干扰，必须已经显示确定的过程参量，所述确定的过程参量迄今被认为是相对不重要的。批量数据显示器提供系统地显示大量值的可能性。

在过程参量和/或设备参量之一遭受周期性振荡的情况下，这意味着其表示中相应的不清晰，其中振荡往往不被该设备的设备操作员识别为这样，并且因此经常被解释为偏移。设备参量/或过程参量的快速振荡导致批量数据显示中的不平稳性。

发明内容

根据在现有技术中观察到的这些缺点，本发明的任务是：说明用于在监视过程参量和/或设备参量、尤其是所谓的批量数据时智能可视化的方法，所述方法避免了前面所提到的缺点并且此外尤其将用于校准的花费限制在合适的并且对于设备的操作人员而言可概观的范围内，其中在正常运行期间，批量数据显示中的不平稳性和不规则性显著位于极限值以下，在所述极限值处过程参量和/或设备参量的显示变得不可用。

此外，分析信号在过去的行为并且将所述行为用于将来优化的可视化。持续运行的在线算法在此支持设备操作员，其方式是，该在线算法识别并且相应地强调与历史上观察到的信号图案的偏差。

此外，应该提供从过程参量和/或设备参量或过程数据和/或设备数据的标准化抽象表示到传统再现的快速切换，如趋势显示那样。

根据本发明，所述任务通过开头所提到类型的具有权利要求1中所说明特征的方法解决。根据本发明的方法以及用于执行所述方法的系统的有利扩展方案和改进在其他的权利要求和描述中说明。

与此相应地，根据本发明规定：为了在监视例如包括技术设备或技术过程的测量值、过程参量和/或状态报告的过程数据和/或设备数据、尤其是所谓批量数据时智能可视化，利用以下知识：许多过程数据和/或设备数据出于各种原因不改变并且在此如下假设成立：如果过程数据和/或设备数据至少在过去的一定时间间隔内没有改变过，则所述过程数据和/或设备数据在将来不改变，其中在唯一的视图或表示形式中、优选在屏幕的显示器中汇总这些所谓的平静信号中的大量信号。其例子是通常闭合的安全阀的打开程度。对于设备的正常运行，总是相同的所述打开程度不起作用，然而，如果该阀由于极端环境而打开，则这是应该向设备操作员明确表示的重要信息。

根据本发明，借助合适算法监视平静信号（其在上述例子中是闭合阀门），并且在信号变成活动、即阀门被打开的情况下，在显示器中强调地显示和/或报告所述信号。

在本发明的一个扩展方案中，仅仅当过程参量和/或设备参量的估计方差超过预先配置的阈值时，信号才被认为是“活动”的或已设置。

在根据本发明的方法的其他扩展方案中，定义相似性度量并且应用用于评估所有过程数据和/或设备数据的相似性度量的算法、例如相关性或主成分分析（Principal Component Analysis ）(PCA)。

优选在唯一的显示器上或在唯一的视图中显示被确定为足够相似的所有过程数据和/或设备数据，其中可以规定：持续定期地借助评估模块来评估相似性度量并且自动借助滤波器模块滤出不再遵从相似性标准的信号并在单独的表示中提供和/或显示所述不再遵从相似性标准的信号。

此外，在根据本发明的方法的有利扩展方案中，借助分析模块在线关于主要振荡来分析过程数据和/或设备数据，从而例如从信号中去除并单独显现所探测到的主要振荡。

如开头已经提到的，本发明还涉及一种用于在监视技术方法中或技术设备的运行中常见的过程数据和/或设备数据、尤其是批量数据时智能可视化的装置和系统。

根据本发明，用于在监视过程数据和/或设备数据时智能可视化的所述显示系统或所述显示装置使用用于借助强调、报告和/或显示来表示许多平静的或标准化的信号的唯一视图或表示形式。

在此，以下被证实是有利的：借助集成在系统中的监视模块提供对信号的监视，其中在信号活动的情况下，可由监视模块探测到所述信号并且所述信号可传输至显示器的视图和/或可在那里表示。

在根据本发明的系统的扩展方案中，提供阈值监视模块，当相关的过程数据和/或设备数据的估计方差超过预先配置的阈值时，所述阈值监视模块选择活动信号。

根据本发明的有利扩展方案，所述系统的特征在于，借助预先规定的算法可对于所有过程参量和/或设备参量执行相似性度量的确立及其评估和/或所有不再遵从相似性标准的信号自动在总表示中显示或报告。

相应于本方法，在根据本发明的系统中也规定：被确定为足够相似的所有批量数据在唯一的显示器中显示。

根据本发明，评估在先前的在线工程阶段期间存在的历史过程数据，例如来自工厂信息管理系统(PIMS)的历史过程数据。

如果如同例如在新设立的设备中那样迄今仅仅少量的历史过程数据可用，则所描述的显示首先不能以最高的质量起作用。一旦在较晚时刻有足够的历史过程数据可用，就重新实施所述显示的校准。

随后使用已发现的特征，以便优化用于显示批量数据的视图或表示形式。在此，可以按照不同的标准进行，在接下来的附图中表示以及详细解释所述不同的标准。

附图说明

示出：

图1：平静信号的示例性总表示；

图2：相似信号的示例性总表示；

图3：示例性的详细振荡显示，以及

图4：批量数据在自动化系统的更高级控制层面的屏幕的显示器上的示例性表示。

具体实施方式

图1示例性地示出平静信号S1、S2、S3、S4的总表示。在此，起点是考虑所测量的过程参量和/或设备参量的总量，其中，许多过程参量和/或设备参量出于不同的原因而不改变。所述参量可以涉及在设备正常运行中总是相同地工作的部件，例如过压阀。但对于批量数据显示的配置重要的还是借助有缺陷的传感器的测量。在此，如下假设成立：当相应过程参量和/或设备参量、接下来也称作平静信号S1、S2、S3、S4在过去的预先定义的一定时间间隔内没有改变过时，可能的是，所述平静信号S1、S2、S3、S4在将来也不改变。然而，如果这样的信号改变，则此事实在许多情况下对于设备操作员而言特别重要。

因此，可以在唯一的视图(显示)或表示形式11中汇总大量平静信号S1、S2、S3、S4。

根据本发明，借助监视模块21监视平静信号S1、S2、S3、S4，所述监视模块可以集成在属于总表示的显示系统中并实施方差监视，并且当信号S1、S2例如因为估计方差超过预先配置的阈值而变成活动时，则例如借助所显示的信号的颜色交替在显示中显示此事实。然后，用于方差监视的监视模块21持续用于在线监视。

图2中示例性地示出相似信号S1、S2、S3、S4的总表示。许多过程参量和/或设备参量例如在存在冗余测量点的情况下表现相似。只要冗余测量点的测量值表现相同，即没有示出彼此的偏差，则存在少量的理由来示出所有测量值。因此，在第一步骤中定义相似性度量并且应用用于评估所有相关过程参量和/或设备参量的所述度量的适当算法、例如相关性或主成分分析(PCA)。

在此被确定为足够相似的所有过程参量和/或设备参量或过程信号和/或设备信号S1、S2、S3、S4随后在唯一的显示器12上显示。所述相似性度量定期借助所提供的评估模块22评估并且自动、例如借助颜色变化来显示与相似性标准不再相应的信号S1、S2。在此，评估模块22如先前针对监视模块21所描述的那样，作为在线相似性监视模块工作。

图3示例性地示出详细的振荡显示，其中，借助分析模块针对主要振荡在线分析过程信号和/或设备信号，其方式使得从相应的信号中移除并单独显现先前探测到的主要振荡。其余的信号分量移动较少，这是因为其具有较少的可变性。因此，所述表示帮助显示更多更规则且稳定的图案。振荡的明确表示帮助设备操作员还识别缓慢振荡。

图3中示出未经滤波的原始信号B1、具有主要振荡的部分的信号B3和信号B4以及批量数据显示B2的信号变化曲线。

未经滤波的原始信号B1具有强的可变性，这在批量数据显示B2中将导致强的不平稳性。信号B3示出主要振荡的包含在原始信号B1中的部分。这些振荡从原始信号B1中被去除并且随后导致信号变化曲线B4，其也称作经滤波的信号。信号B4具有明显较少的可变性，批量数据显示单元表现得显著更平稳。在批量数据显示中可视化信号B3的振荡，其方式是显示扇形区，所述扇形区打开得越多，振荡越强。替代严重来回移动的线条，如B2所示那样，获得仅仅少量移动的扇形区B4。这产生更平稳的图像，另一方面，通过扇形区B4可使这些振荡明确可见。

图4在自动化系统的更高级控制层面的屏幕的显示器上示出批量数据10的根据本发明的表示，其中，信号S1、S2、S3、S4...被标准化和抽象，这允许显示大量的信号以及将人的能力用于匹配（Abgleich）图案。一旦从错误识别的意义上显示所表示的信号S2、S3、S4内与标准的偏差A2、A3、A4，自动化系统的设备操作员必须分析这些偏差A2、A3、A4的原因。对于后者，他必须分析相应的过程参量和/或设备参量。因此，在从错误识别的意义上批量数据10的抽象表示与作为错误诊断的标准-趋势显示之间需要快速联系。

为此，根据本发明，多个趋势显示TA2、TA3、TA4放置在批量数据表示10的周围。因此，从批量数据表示10中选择一个单元A2、A3、A4并且在这些趋势显示TA2、TA3、TA4之一中表示与之有关的过程参量是很简单的。

现在应该再次证明本发明的基于不同的表示变型及其组合的优点。

所描述的技术允许如此系统地构建显示，其提供过程的完整概览并且同时将所显示的过程数据和/设备数据的数量尽可能地保持得小。在此，在正常运行期间使显示中的不平稳性和不规则性最小化。使设备操作员从繁琐的任务中解脱出来，繁琐的任务例如是判断信号是否仍然一直平静或与其他信号相比仍然足够相似。在表示批量数据时不显著影响整体表示中的可见图案的情况下，使过程参量和/或设备参量中的振荡明确可见。通过各个过程参量和/或设备参量的批量数据的抽象和标准化的表示和各个过程参量和/或设备参量的标准-趋势-显示的新组合来实现由抽象的和标准化的表示支持的错误识别和由标准-趋势-显示支持的错误诊断之间的联系。

Claims

1. 一种用于在技术方法中或在技术设备的运行中监视过程数据和/或设备数据时智能可视化的方法，其特征在于，在过去的预先定义的一定时间间隔内没有改变过的过程数据和/或设备数据被认为是平静信号(S1, S2, S3, S4)，以唯一的表示形式(11)汇总所述平静信号(S1, S2, S3, S4)中的多个信号，借助算法来监视所述平静信号(S1, S2, S3, S4)并在信号变成活动的情况下，强调地显示和/或报告所述信号。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过程数据和/或设备数据包括所述技术设备或技术过程的测量值、过程参量和/或状态报告。

3. 根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述过程数据和/或设备数据包括批量数据，即多个过程数据和/或方法数据。

4. 根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，信号变成活动的是因为过程参量和/或设备参量的估计方差超过和/或低于预先配置的阈值。

5. 根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，定义相似性度量并且应用用于评估所有过程数据和/或设备数据的相似性度量的算法，其中，在唯一的显示中或在唯一的视图中显示被确定为足够相似的过程数据和/或设备数据。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，定期地借助评估模块(22)来评估所述相似性度量并且自动借助滤波器模块滤出不再遵从相似性标准的信号并借助总表示来提供和/或显示所述不再遵从相似性标准的信号。

7. 根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助分析模块在线关于主要振荡分析所述过程数据和/或设备数据。

8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从所述信号中移除并单独显现所探测到的主要振荡。

9. 一种用于在技术方法中或在技术设备的运行中监视过程数据和/或设备数据时智能可视化的显示系统，其特征在于，在过去的预先定义的一定时间间隔内没有改变过的过程数据和/或设备数据被认为是平静信号(S1, S2, S3, S4)，提供唯一的显示(11)用于表示所述平静信号(S1, S2, S3, S4)中的多个信号，监视模块(21)借助算法来监视所述平静信号(S1, S2, S3, S4)并且在信号变成活动的情况下，强调地在所述唯一的显示(11)上显示和/或报告所述信号。

10. 根据权利要求9所述的显示系统，其特征在于，所述监视模块(21)实施方差监视并且当所述相关的过程数据和/或设备数据的估计方差超过预先配置的阈值时选择活动信号。

11. 根据权利要求9或10中任一项所述的显示系统，其特征在于，提供有评估相似性度量的评估模块(22)、用于显示被确定为足够相似的过程数据和/或设备数据的所有信号的唯一的显示器(12)。

12. 根据权利要求11至14中任一项所述的显示系统，其特征在于，所述评估模块(22)识别与所述相似性标准不再相应的信号(S1，S2)并且强调地在所述唯一的显示器(12)上显示与所述相似性标准不再相应的信号(S1，S2)。

13. 根据以上权利要求中任一项所述的系统用于技术规划、尤其是方法技术、设备技术、设备安装、自动化技术、电子技术或铺设线缆中。