CN1157661A - 工业设备的监测系统 - Google Patents

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Abstract

在工业设备，尤其是发电厂设备的监测系统中，将多个设备部件(ai)以信息元(Ii(ai))形式显示到一显示单元(28)上，为实现信息压缩和过滤以及提前进行故障诊断，根据本发明，这些信息元(Ii(ai))借助有关于设备状态的重要过程数据(PDi)被定位显示，使每两个信息元(Ii(ai))之间的间距能代表它们相关近似的程度。

Description

工业设备的监测系统
本发明涉及一种工业设备的监测系统，特别适用于由多个设备部件构成的发电厂设备，这些设备以信息元形式显示到一个显示器上。
在用于控制一个工业设备，尤其是发电厂设备的信号观察台中，不断地产生大量的不同的测量数据，这些数据整体上反映出设备的运行状态。设备的操作人员的职责是判别与各运行状态相关的测量数据或测量值，以及密切注视与设备状态相关的那些数值，并加以分析和解释。于是信号观察台的过程控制在荧光屏上通过技术规范形式的标准和准则来完全确定。这些技术规范包括设备部件或设备组件的符号，例如泵和阀门，显示配色及指导系统的显示结构。除了不同的显示之外通常有一个可概括整个设备的电路图。随着这种工业设备的自动化和综合化程度的提高，所获取的测量数据的数量也增多，进而不能早期识别那些对于设备的各种运行状态而言为重要的信息，相应的对策措施只能在稍迟后才能进行。
因此本发明的目的在于，提供一种对工业设备，尤其是发电厂设备的监测系统，用它可直接显示设备过程中的特征，并尤其在故障时，该系统能提前采取对抗措施。
本发明的目的是通过这样一种工业设备，尤其是发电厂设备的监测系统来实现的，该发电厂设备由多个设备部件构成，这些设备以信息元形式表示到一个显示单元上，其中信息元根据与某一设备状态关系重大的过程数据被这样定位显示，即以每两个信息元之间的间距代表其相关(kontextuellen)近似性的程度。
本发明出自这样的考虑：在形式概念分析的数学模型的基础上，关于设备状态的含义根据“关联(kontextuelle)上的接近与空间接近相符”的原则，大量过程数据可以被过滤、压缩和/或结构化。形式概念分析的基本特征在一些文献中被总结过了，例如：小册子M.Luxemburg的“包含，从属性和Galois图。形式概念分析文献”博士论文，TH，Darmstadt(1993)和Proc.NATOAdv.Study Inst.，Banff/Can.1981，第455页-470页(1982)，以及G.Kalmbach的“离散数学Turbo Pascal编程初学者速成”(1981)。
工业设备的信息系统是设备的运行系统部分，由该信息系统提供一串特征，其中这些特征从整体上描述了所有可能的运行状态或设备状态。这些特征本身例如可以是状态报告或其它描述设备部件状态的报告，它们本身可能是报告序列的组成部分。这些特征对设备部件的配置借助当前探测到的或模型化的(模拟的)参数来进行，这些参数同样由工业设备的信息系统来提供。
每两个设备部件的相关近似性或内容的接近可由它们共有的特征数量与其中至少一个设备部件具有的特征数量之比来确定，换句话说，凡是所有特征相符合的某两个设备部件被视为在内容上很接近，而没有一个特征相符合的某两个设备部件则视为在内容上不接近。
用图形表示的话，将两个设备部件的内容上的相近性转变成代表设备部件的信息元的空间上的相邻近，每两个特征的空间上的接近可相宜地根据它们相关等同程度来确定，其中考虑了共同具有这两个特征的那些设备部件的数量。特征对每个具有这些特征的设备部件的配置借助参数明确地确定了这些特征和这些设备部件之间的关联或相互关系。
由工业设备的信息系统提供的参数最好是事件信号的组成部分，事件信号表征了运行状态的变化或设备标称状态的偏离。这样事件信号借助特定的标志明确分配给相应的设备部件。
所形成的图示可以仅仅是代表设备部件的信息元的分布或仅仅是代表特征的信息元的分布。最好这些信息元不但表示设备部件，而且也表示特征。在这种情况下各信息元相互间是如此定位分布的，使得可以满足下列准则：如果一个设备部件具有一个特征，则它们的信息元之间的间距小于某个预定的第一限值。如果一个设备部件不具有一个特征，则它们的信息元之间的间距大于某一个预定的第二限值。因而这些信息元之间的间距与该特征隶属于该设备部件的隶属度是相互协调一致的。
为了使操作人员能够以特别简单和/或一目了然的方式识别对于各设备状态为重要的信息，应对设备工作期间所采集的测量数据或由此推导出的参量进行过滤。为此最好设置一个过滤组件，利用它根据一个预定的准则来确定表示哪一个设备部件，例如可表示这样一些设备部件，它们在一个特征上，例如在状态“故障”/“无故障”或在状态开/关上相符合。最好提供一个时间窗作为准则，以便了解在某一时间间隔内进行故障报警的设备部件之间的相关性或相互作用，从而能够推断得出因果关系的故障-与有征兆的故障相对比。
为了能早期获知往故障的发展趋势，最好设置一个时间窗作为特征。由此可实现表示设备部件和特征的信息元的时序。依次排列的事件信号的信息元最好被一起表示为一状态复合丛线(Zustandkonplex)。这个状态复合丛线可能具有一个特征结构，它的图形与一个系统特性具有直接的关系。在这种情况下最好由信息元的共同图示预测出一系统状态并将其存入数据存储器中，采用这种方案，可以在故障刚出现时就能有针对性地采用合适的对策。
可以将上述状态复合丛线当作基准复合丛线，将其与实际出现的状态复合丛线相比较，在这个基准复合丛线中，对于某一设备特性给出一特征图形。例如一个会引发发电厂内的安全阀快速关断的故障以基准复合丛线的形式存在着。通过当前状态复合丛线与这个基准复合丛线的比较，一个在线产生苗头的快速关断可因此根据在此预先给出的故障信号而得知。
用来表示信息元的信息空间可以是n维空间，最好是3维空间。为了确定每个信息元在这个信息空间中的位置，最好确定三个空间坐标，从而在信号控制台内合适的显示装置(例如荧光屏)上能够显示出三维空间坐标图形。
下面结合附图进一步说明本发明的实施例，附图中：
图1为工业设备的监测系统的功能流程图；
图2为代表设备部件及其特征的信息元所表示工业设备运行状态特征的布置；
图3为表示设备运行状态的变化趋势特性的状态复合丛线。
如图1所示实施例中的设备组成部分1内的过程是一个未进一步详细表示的发电厂设备的总运行过程的一部分。设备部分1包括一个连接在蒸汽管道2中的泵a1及一个前接的蒸汽阀a2，还有一个位于分支管线8中的排气调节阀a3。在泵a1和蒸汽阀a2之间装有一个流量传感器12，用它可测出每个单位时间流过蒸汽管道2的蒸汽量。此外在泵a1的压力侧还装有一个压力传感器13，泵a1上装有一个转速传感器14。蒸汽阀a2及排气调节阀a3上分别装有一个控制元件15和报警元件16。泵a1、蒸汽阀a2及排气调节阀a3在下面均用设备部件a1-a3表示。
由传感器12，13和14所测出的测量值以及由信号元件15和16所提供的报警信号以过程数据PDi的形式输入到一自动处理系统18a和一无线电技术(leittechnischen)信息系统18b中。
过程数据PDi在发电厂设备的自动化处理系统和信息系统18a、18b的自动化处理单元内经过预加工，必要时将控制信号Si输出到设备部分1的设备部件ai上。通过测量、调节、控制事件及信号产生后汇集起来的信息存储在信号系统18b中。经过在自动处理和信息系统18a，18b中完成的过程，可以实现对发电厂设备的设备部件ai，例如设备部分1的泵a1及阀门a2和a3的自动控制。
自动化处理和信息系统18a，18b根据过程数据PDi及控制信号Si得出对于设备过程以及因此对于设备部分1内进行的过程为重要的参数Pi，并且将其概括到报警信号Mi中。这些信号Mi还包含识别设备部件ai的标志。
参数Pi和/或信号Mi通过一过滤组件21输入到监测系统的图解分析模块20，此外为模块20制备表征设备过程的特征mi。
特征mi可以是情况信号，故障信号和状态信号，也可以是设备部件ai或设备单元的功能、工艺技术和结构细节，其中这些细节描述了设备部件的工作方式及其在整个设备中的布置和配置。在分析模块20内，根据参数Pi或依据一个预定时窗内的信号Mi对每个设备部件ai检测特征mi是否存在，为些为每个时窗产生一个关联KTi，其中采用矩阵22方式实现了特征mi对于设备部件ai的明确配置。
根据在关联KTi中包含的信息，为设备部件ai和/或监测系统的定位模块24中的特征mi配置空间坐标。于是根据“关联上的接近与空间接近相符”的原则，确定设备部件ai的组合和特征mi的组合之间的关联程度，这是通过例如对于两个设备部件ai，它们的共同特征mi的数量与两个设备部件ai中至少一个所具有的特征mi的数量之比来确定的。由这个比例，从而获得在两个设备部件ai之间的相关程度的定量值。如果这两个设备部件ai只具有共同特征mi，那么可认定这两个设备部件ai是高度相关的。反之，当两个设备部件ai的所有特征mi是不相同的，那么这两个设备部件ai互不相关。这两个设备部件ai之间的相互关系的定量值转换成它们空间坐标相互间的相应间距。特征mi相互间的相关程度是模拟确定的，其中大致上考虑了具有这些特征的设备部件ai的数量。
在这个空间配置的基础上在监测系统的图象模块26中产生了设备部件ai和特征mi的图象显示。图象模块26首先产生了设备部件ai的信息元Ii(ai)和特征mi的信息元Ii(mi)，随后根据空间坐标将它们定位显示在显示器28上。于是信息元Ii(ai)和Ii(mi)的总布置在下列条件下进行：当这个设备部件ai具有这个特征mi时，在一个信息元Ii(mi)和一个信息元Ii(ai)之间的间距不会超过预定的第一限值，并且当这个设备部件ai不具有这个特征mi时，上述间距不会低于预定的第二限值。换句话说，当一个设备部件ai具有一个特征mi时，不允许代表它们的信息元Ii(ai)和Ii(mi)相互间隔很远地定位。反之，如果一个设备部件ai不具有特征mi，则不允许代表它们的信息元Ii(ai)和Ii(mi)相互过于靠近。
假如连接在蒸汽管道2中(未示出)的设备部件发生故障，导致蒸汽管道2中的压力升高，则泵a1的转速下降，排气调节阀a3打开。之后自动化处理系统18a关闭蒸汽阀a2，使泵a1的转速恢复正常值，于是排气调节阀a3又重新关闭。随后，由自动化处理系统18a重新打开蒸汽阀a2，在蒸汽管路2内的汽压又重新升高，使得这一过程一直被重复，直到所述故障被排除。
描述这一过程的过程数据PDi，即由流量传感器12测出的蒸汽量和由压力传感器13测出的蒸汽压力及由转速传感器14测出的泵的转速输入到无线电技术(leittechnisch)信息系统18b。作为过程数据PDi到达无线电技术信息系统的反应是由自动化处理系统18a向设备部分1提供一个控制信号Si，用于打开或关闭阀a2和a3。
为了分析由过程数据PDi和控制信号Si来制定报警信号Mi。这种报警信号Mi例如是：“时间点t1一设备部分1-压力传感器13-压力过高-故障-优先级高”；“时间点t2-设备部分1-转速传感器14-转速太低-故障-优先级高”；“时间点t3-设备部分1-排气阀a3-状态信号为开”；“时间点t3-设备部分1-蒸汽阀a2-状态信号为关”。
在分析模块20中，特征mi根据这个报警信号Mi配置给设备部件a1，a2和a3，即现在根据报警信号Mi来检查这些设备部件a1、a2和a3的每个特征mi的存在。所有属于信号成分“设备部分1”的特征mi于是分配给每个设备部件a1、a2和a3。设备部件a1、a2和a3已经由此在多个特征mi上相符合，则这些设备部件高度相关。相应地，在定位模块24中将相互邻近的空间坐标配置给这些设备部件a1至a3。基于这一空间配置在图象模块26内建立的图象示意表示在图2中。
如图2所示，与设备部件a1至a3和特征mi相配属的信息元Ii(ai)及Ii(mi)被一起示出。为了更清楚明了，图中用入射线L将特征mi的信息元Ii(mi)和具有这些特征mi的设备部件a1-a3的信息元Ii(ai)连接起来。信息元Ii(ai)采用正方形或立方体图形表示，特征mi的信息元Ii(mi)采用圆圈形或球体形表示。而设备部分a1、a2和a3相互之间的影响通过作用方向箭头W来表示。
报警信号或者事件报警信号Mi也带有时间特征。根据这种时间特征，可导出设备部件ai的时间上的相关性。例如，上述的两个信号Mi具有相同的时间特征“t3”，于是由此推断出有关事件同时发生。
有时间性的并以其它方式相关的信息元Ii(ai，mi)出于诊断的目的表示成状态复合丛线的形式，这在图3中示出。根据不同的故障形式，这种状态复合丛线具有相应的特征图象，根据该图象可识别出故障的种类及随时间的变化发展。这种状态复合丛线也可作为基准复合丛线存储起来，以便用来与实际事件进行比较。

Claims (5)

1、一种工业设备的监测系统，其带有多个设备部件(ai)，它们作为信息元(Ii(ai))显示到显示器(28)上，其中这些信息元(Ii(ai))借助对于设备状态为重要的过程数据(PDi)被定位显示，使每两个信息元(Ii(ai))之间的间距能代表它们相关近似的程度。
2、根据权利要求1所述的监测系统，其中多个完全表征工业设备及其设备部件(ai)内容的特征(mi)作为信息元(Ii(mi))被定位显示，使每两个信息元(Ii(mj))之间的间距能反映它们相关等同的程度。
3、根据权利要求2所述的监测系统，其中信息元(Ii(ai))，(Ii(mi))是这样相互定位显示的，使得在一个代表特征(mi)的信息元(Ii(mi))和一个代表设备部件(ai)的信息元(Ii(ai))之间的间距与这些特征(mi)隶属于该设备部件(ai)的隶属度相一致。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的监测系统，其特征在于，一过滤组件(21)根据一预定的准则选出过程数据(PDi)，参数(Pi)，设备部件(ai)或特征(mi)。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的监测系统，其特征在于，一个数据存储器用于存储表征设备状态的，呈状态复合丛线的信息元(Ii(ai)，Ii(mi))的布置。
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