DD300134A5

DD300134A5 - Method for rule-based monitoring through diagnosis and therapy control

Info

Publication number: DD300134A5
Application number: DD34079790A
Authority: DD
Original assignee: Leipzig Tech Hochschule
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1992-05-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regelbasierten UEberwachung durch Diagnose und Therapiesteuerung in Automatisierungssystemen (ATS) mit hohen Realzeitanforderungen. Der Zustand des ATS wird staendig im closed-loop-Betrieb ueberwacht und dabei die Wahrheitswerte bezueglich spezifizierter Diagnose-Bedingungen in einem Diagnose-Vektor aktuell gehalten. In Regelform vorhandenes Erfahrungswissen zur Anlagenfahrweise bildet in einer speziellen verdichteten Informationsdarstellung die Wissensbasis, welche ereignis- oder zeitgesteuert mittels des Diagnose-Vektors ausgewertet wird. Bei Indikation eines therapiewuerdigen Zustandes des ATS werden die erfahrungsgemaesz geeigneten Steuerhandlungen automatisch realisiert. Dabei sind Zeitueberwachung und Sinnfaelligkeitspruefung moeglich.{Realzeit-Automatisierungssystem; closed-loop-Betrieb; UEberwachung; Diagnose; Therapiesteuerung; Erfahrungswissen, regelbasiert}The invention relates to a method for rule-based monitoring by diagnosis and therapy control in automation systems (ATS) with high real-time requirements. The state of the ATS is constantly monitored in closed-loop mode and the truth values regarding the specified diagnostic conditions are kept up-to-date in a diagnostic vector. In a special form of condensed information representation, the knowledge base that is available in regular form for plant operation forms the knowledge base, which is evaluated in terms of event or time using the diagnostic vector. If a condition of the ATS that is in therapy is indicated, the appropriate tax actions are automatically implemented. Time monitoring and sense checking are possible. {Real-time automation system; closed-loop operation; Monitoring; Diagnosis; Therapy control; Experiential knowledge, rule-based}

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur regelbasierten Überwachung und Therapiesteuerung in Automatisierungssystemen (ATS). Sie ist vorteilhaft einsetzbar für technologische Anlagen mit dezentralen ATS, deren autonome Einheiten auf Mikrorechaerbasis untereinander durch digitalen Datenverkehr zu einer hierarchischen Struktur verbunden sind.The invention relates to a method for rule-based monitoring and therapy control in automation systems (ATS). It can advantageously be used for technological systems with decentralized ATSs whose micro-scale autonomous units are interconnected by digital data traffic to form a hierarchical structure.

Characteristic of the known state of the art

Moderne ATS sind so ausgelegt, daß Störgrößen, welche innerhalb des spezifizierten Arbeitsbereiches der technologischen Anlage auftreten, automatisch kompensiert werden (Normalregime). Weiterhin sind i. a. Prozeßsicherungsfunktionon installiert, welche beim Auftreten gefährlicher Störgrößen automatisch ansprechen und die technologische Anlage in einen ungefährlichen Zustand überführen (z. B. Abschaltung). Voraussetzung hierfür ist die Überwachung relevanter Parameter auf spezifizierte Grenzwerte.Modern ATSs are designed so that disturbance variables that occur within the specified working range of the technological system are automatically compensated (normal regime). Furthermore i. a. Process safety function installed, which automatically respond to dangerous disturbances and convert the technological system into a safe state (eg shutdown). The prerequisite for this is the monitoring of relevant parameters for specified limit values.

Bei Abweichungen vom Normalre(,ime, z. B. aufgrund von Störungen, technologisch bedin jten oder zur Realisierung des Energiemanagements erforderlichen Umsteuervorgängen, bei denen die technologische Anlage (zeitweise) außerhalb des spezifizierten Arbeitsbereiches, mit modifizierter Technologie oder veränderter Leistung betrieben wird, sind vom Bedienpersonal der Leitebene Entscheidungen zu treffen und im Ergebnis Steuereingriffe vorzunehmen mit dem Ziel, den (vollautomatisierten) Arbeitsbereich des Systems wieder zu erreichen, ohne daß kritische Parameter entstehen und zum Ansprechen der Prozeßsicherung führen, da dies i.e. mit erheblichen Verlusten im Ergebnis der technologischen Anlage verbunden ist.In the event of deviations from normal reversion (eg, due to faults, technologically conditioned or necessary for the realization of the energy management, re-switching operations in which the technological system is operated (temporarily) outside the specified working range, with modified technology or modified power to make decisions by the operating personnel of the control level and, as a result, to carry out control measures with the aim of regaining the (fully automated) operating range of the system without causing critical parameters and triggering the process safety, as this results in considerable losses in the result of the technological installation connected is.

Dies gelingt nur in dem Umfang, wie das Bedienpersonal zunehmend Erfahrung gewinnt, um bei Überwachung der im Leitstand eingehenden Informationen den aktuellen Systemzustand zutreffend zu diagnostizieren und die Menge dp- erfahrungsgemäß zur Therapie geeigneten Steuereingriffe rechtzeitig und korrekt auszuführen. Dabei belastet die Komplexität der unter Realzeitbedingungen gleichzeitig zu erfüllenden Anforderungen, z. B. Berücksichtigung einer Vielzahl von Meßdaten und Alarmen dei gegtnwärtigen und zurückliegenden Pro7.eßgeschehens sowie Beachtung umfangreicher Bedienvorschriften, das Bedienpersonal picht selten bis an die Grenze der menschlichen Leistungsfähigkeit, so daß Fehlbedienungen zu ökonomischen Verlusten führen.This succeeds only to the extent that the operating personnel are gaining experience in order to correctly diagnose the current system state when monitoring the incoming information in the control station and to execute the quantity dp- according to experience suitable for the therapy in a timely and correct manner. In doing so, the complexity of the requirements to be fulfilled simultaneously under real-time conditions, eg B. consideration of a variety of measurement data and alarms dei gegtnwärtigen and past Pro7.eßgeschehens and attention to extensive operating instructions, the operator picht rarely up to the limit of human performance, so that operating errors lead to economic losses.

Zur Unterstützung des Beditmpersonals bei der Beurteilung komplexer Systemzusammenhänge werden zunehmend Expertensysteme eingesetzt. Es sin.. Expertensysteme zur Prozeßautomatisierung bekanntgeworden, die über eine On-line-Kopplung zum Prozeß aktuelle Prozeßinformationen aufnehme/i können. Aufgrund einer logischen Auswertung ihrer speziellen Wissensbasis mit diesen aktuellen Informationan gibt ein solches Syst mn dem Bediener im Dialog Empfehlungen für die Anlagenfahrwei.se. Nachteilig ist, daß die zeitaufwendige Arbeitsweise derartiger Systeme ihren Einsatz auf relativ langsam ablaufende technologische Prozesse begrenzt. Aufgrund der monotonen Schlußweise bekannter Expertensysteme ist es nicht möglich, während einer Konsultation eintretende Zustandsänderungen beim Entscheidungsprozeß noch zu berücksichtigen. Weiterhin stellen Expertensysteme hohe Anforderungen an Speicherkapazität und Rechnerleistung. Sie werden i. a. auf Datenverarbeitungscomputern der oberen Leistungsklasse betrieben, die hard- und softwareseitig nicht auf eine Closed-loop-Kopplung mit einem ATS eingerichtet sind. Daher können die aufgrund der Entscheidung eines Expertensystems notwendigen Steuereingriffe nicht automatisch erfolgen, sondern müssen vom Bediener manuell eingeleitet werden. Nachteilig ist hierbei, daß subjektive Faktoren (Akzeptanz, Reaktionsbereitschaft) die korrekte Prozeßführung beeinflussen können. Eine Closed-Ioop-Kopplung zwischen Wissensverarbeitung und ATS ermöglicht solche Wissensverarbeitungssysteme, welche in das Realzeitbetriebssystem eines ATS integriert sind. Erste Systeme dieser Art sind bereits bekanntgeworden. Sie setzen zu ihrer Realisierung jedoch voraus, daß sowohl ATS als auc^Wissensverarbeitungssystem auf diese Integrationsmöglichkeit von vornherein vorbereitet sind. Eine nachträgliche Integration von Wissensverarbeitung in ein vorhandenes ATS, welches für Erweiterungen dieser Art nicht konzipiert wurde, ist mit bekannten Lösungen nicht möglich.Expert systems are increasingly being used to assist bedding staff to assess complex system relationships. Expert process automation systems have become known which can acquire up-to-date process information via on-line coupling to the process. On the basis of a logical evaluation of their specific knowledge base with this up-to-date information, such a system gives the operator in-dialog recommendations for the system operation. The disadvantage is that the time-consuming operation of such systems limits their use to relatively slow technological processes. Due to the monotone inference of known expert systems, it is not possible to take into account changes in status during a consultation in the decision-making process. Furthermore, expert systems place high demands on storage capacity and computer performance. You will i. a. operated on high-end computing computers, which are hardware and software not set up for a closed-loop coupling with an ATS. Therefore, the control actions required by the decision of an expert system can not be automatic, but must be initiated manually by the operator. The disadvantage here is that subjective factors (acceptance, responsiveness) can influence the correct process management. A closed-loop coupling between knowledge processing and ATS enables such knowledge processing systems that are integrated into the real-time operating system of an ATS. First systems of this type have already become known. However, they presuppose for their realization that both ATS and a knowledge processing system are prepared for this integration possibility from the outset. A subsequent integration of knowledge processing into an existing ATS, which was not designed for extensions of this kind, is not possible with known solutions.

Bei bekannten Lösungen, z. B. DD 254449, handelt es sich i. a. um Expertensysteme, welche Empfehlungen zur Anlagensteuerung oder Optimierung der Anlagenfahrweise geben. Für Aufgaben der technischen Diagnostik wird I. a. eine regelbasierte Wissensverarbeitung eingesetzt, da in diesen Fällen das Expertenwissen häufig in Regelform der Art „WENN... Bedingung, DANN ... Aktion" vorhanden ist.In known solutions, for. B. DD 254449, it is i. a. expert systems that provide recommendations for plant control or optimization of plant operation. For technical diagnostic tasks I. a. a rule-based knowledge processing is used, since in these cases the expert knowledge is often available in the form of a rule "IF ... condition, THEN ... action".

Insbesondere für den Grenzbereich zwischen Normalregime von Automatisierungssystem einerseits und dem Ansprechen von Prozeßsicherungsfunktionen andererseits sind bisher keine integrierten Automatisierungsfunktionen bekanntgeworden, welche den Zustand des gesamten Systems (technologischer Prozeß, technologische Anlage und Automatisierungsanlage) nicht nur überwachen und diagnostizieren, sondern Steuerhandlungen, welche sich erfahrungsgemäß bei der Therapie bestimmter ^ystemzustände bewährt haben, automatisch einleiten können.In particular, for the borderline between normal regime of automation system on the one hand and the response of process control functions on the other hand, no integrated automation functions have become known, which not only monitor and diagnose the state of the entire system (technological process, technological plant and automation system), but tax actions, which experience shows at have been able to initiate automatically the therapy of certain states.

Eine Verknüpfung von Prozeßzustand und Steueraufgabe wird z. B. durch den in DD 207999 für Chargenprozesse verwendeten Zustandsvektor hergestellt. Dieser ist jedoch lediglich geeignet, die sequentielle Abfolge von Arbeitsschritten unter Wahrung eines Zeitregimes zu kontrollieren und kann zur Lösung der hier vorliegenden Problemstellung nicht genutzt werden.A link between process status and tax task is z. B. produced by the state vector used in batch process DD 207999. However, this is only suitable to control the sequential sequence of steps while maintaining a time regime and can not be used to solve the present problem.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, für Automatisierungssysteme mit hohen Realzeitanforderungen ein Verfahren anzugeben, welches das System hinsichtlich spezifizierter Zustände überwacht und steuert, die Anlagenfahrung vereinfacht, ökonomische Verluste im Produktionsergebnis der technologischen Anlage infolge subjektiv bedingter Bedienfehler reduziert und mit relativ geringem Aufwand in vorhandene ATS integrierbar ist.The aim of the invention is to specify a method for automation systems with high real-time requirements, which monitors the system for specified conditions, simplifies the system experience, reduces economic losses in the production result of the technological system as a result of subjectively caused operating errors and can be integrated into existing ATS with relatively little effort is.

Explanation of the essence of the invention

Technische Aufgabe ist es, ein Verfahren anzugeben, das auf einer verdichteten Informationsdarstellung «»ruht, mit deren Hilfe bei geringem Speicherbedarf die Regeln einer Wissensbasis zur Indikation therapiewürdiger Zustände des Gesamtsystems schnell und zuverlässig auswertbar sind, das bei Indikation solcher Zustände in der Lage ist, zugeordnete Therapiemaßnahmen selbsttätig einzuleiten und das in autonom ausführbare Teilschritte strukturierbar ist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch folgende Verfahrensweise gelöst:The technical task is to specify a method which rests on a condensed information representation, with the help of which the rules of a knowledge base for the indication of therapy-worthy states of the entire system can be quickly and reliably evaluated with a small storage requirement, which is capable of indicating such conditions. Initiate assigned therapeutic measures automatically and can be structured in autonomously executable partial steps. According to the invention the object is achieved by the following procedure:

Es wird ein Diagnose-Vektor eingeführt. Dabei handelt es sich um eine, auf die besonderen Belange der regelbasierten Überv achung von ATS zugeschnittene Informationsdarstellung, die im variablen Speicherbereich eines Realzeitrechners bewahrt wird. Der Diagnose-Vektor ermöglicht es, die Diagnose von Bedingungen, welche in Regeln einer Wissensbasis zu Indikation therapiew Jrdiger Zustände vorkommen, von der logischen Auswertung der Wissensbasis, d. h. der Suche nach einer gültigen Regel, zu entkoppeln. Die Elemente des Diagnose-Vektors nehmen die aktuellen Wahrheitswerte zu den Bedingungen auf, wobei jeder in der Wissensbasis auftretenden Bedingung ein Element des Diagnose-Vektors zugeordnet ist. Aktuelle Wahrheitswerte entstehen, indem aus der Menge der im digitalen Datenverkehr des ATS beobachtbaren System-Variablen ständig jene Variablen in an sich bekannter Weise überwacht werden, die für die Diagnose von Bedingungen relevant sind, weiter eine solche Variable durch geeignete Diagnose-Software bekannter Art hinsichtlich einer oder mehrerer spezifizierter Bedingungen (z.B. Grenzwert-Kontrolle) diagnostiziert, der resultierende aktuelle Wahrheitswert in das der jeweiligen Bedingung zugeordnete Element des erfindungsgemäßen Diagnose-Vektors eingetragen wird und dort gültig bleibt, bis die Überwachung der zugehörigen System-Variablen eine erneute Überwachung durch Diagnose einleitet, deren Ergebnis den bisherigen Wahrheitswert aktualisiert. Die dazu erforderlichen Angaben zur Relevanz von Variablen, der Art und Weise ihrer Beobachtbarkeit, anzuwendende Diagnose-Vorschriften sowie die Diagnose-Kriterien werden einem speziellen Teil der Wissensbasis entnommen.A diagnosis vector is introduced. This is a presentation of information tailored to the special needs of rule-based monitoring by ATS, which is preserved in the variable memory area of a real-time computer. The diagnostic vector makes it possible to diagnose conditions which occur in rules of a knowledge base for indication of therapy states, from the logical evaluation of the knowledge base, i. H. looking for a valid rule to decouple. The elements of the diagnostic vector receive the current truth values on the conditions, with each condition occurring in the knowledge base being associated with an element of the diagnostic vector. Current truth values are obtained by continuously monitoring those variables which are relevant for the diagnosis of conditions from the quantity of system variables observable in the digital data traffic of the ATS, and further such variable by suitable diagnostic software of a known type diagnosed one or more specified conditions (eg limit control), the resulting current truth value is entered in the respective condition associated element of the diagnostic vector according to the invention and remains valid until the monitoring of the associated system variables initiates a new monitoring by diagnostics whose result updates the previous truth value. The required information on the relevance of variables, the manner of their observability, applicable diagnostic rules and the diagnostic criteria are taken from a specific part of the knowledge base.

Sobald diese Diagnose von System-Variablen eine Veränderung gegenüber einem bisherigen Wahrheitswert ergibt, wird für den veränderten Systemzustand automatisch eine neue Auswertung der Wissensbasis zur Indikation therapiewürdiger Zustände eingeleitet.As soon as this diagnosis of system variables results in a change from a previous truth value, a new evaluation of the knowledge base for the indication of therapy-worthy states is automatically initiated for the changed system state.

Regeln in einer Wissensbasis bestehen in bekannter Weise aus einem Bedingungs- und einem Aktionsteil, wobei der Aktionsteil genau dann auszuführen ist, wenn alle im Bedingungsteil aufgeführten Einzelbedingungen wahr sind. Für die Wissensbasis zur Indikation therapiewürdiger Zustände wird erfindungsgemäß vereinbart, daß jeder therapiewürdige Zustand durch genau eine Regel erfaßt wird, die im Bedingungsteil dieser Regel aufgeführten Einzelbedingungen diesen Zustand vollständig beschreiben und der Aktionsteil die Folge der für den Zustand geeigneten Therapiemaßnahmen sowie die bei deren Ausführung zu beachtenden Randbedingungen umfaßt. Dabei können Bedingungen gleichermaßen den technologischen Prozeß, die technologische Anlage oder die Automatisierungsmittel betreffen, wenn dies zur Beschreibung therapiewürdiger Zustände des Gesamt-Systems zweckmäßig ist. Es kann jedoch ebenfalls applikationsspezifisch vorteilhaft sein, verschiedene Wissensbasen getrennt nach unterschiedlichen Problembereichen auszuwerten oder in großen verteilten Systemen eine Untergliederung nach topologischen Gesichtspunkten vorzunehmen.Rules in a knowledge base consist in a known manner of a condition and an action part, wherein the action part is to be executed exactly if all the individual conditions listed in the condition part are true. For the knowledge base for the indication of treatment-worthy states, it is agreed according to the invention that each condition worthy of therapy is detected by exactly one rule, the individual conditions specified in the conditional part of this rule fully describe this condition and the action part the consequence of the therapy measures suitable for the condition as well as their execution includes observing boundary conditions. In this case, conditions may equally relate to the technological process, the technological plant or the automation means, if this is expedient for the description of therapy-worthy states of the overall system. However, it may also be advantageous in terms of application to evaluate different knowledge bases separately according to different problem areas or to subdivide them according to topological considerations in large distributed systems.

Zur logischen Auswertung von Regeln, d. h. der Ermittlung, ob eine Regel gültig ist, werden nur die Wahrheitswerte der im Bedingungsteil einer Regel spezifizierten Einzelbedingungen benötigt. Eine besonders günstige Auswertung ergibt sich, wenn die Wahrheitswerte im Diagnose-Vektor und im Bedingungsteil von Regeln rechnerintern in gleicher Weise auf ein binäres Alphabet (0,1) abgebildet werden. Es entsteht eine Informationsdarstellung, in welcher jeder Wahrheitswert nur noch ein Bit-Speicherplatz erfordert.For the logical evaluation of rules, d. H. When determining whether a rule is valid, only the truth values of the individual conditions specified in the condition part of a rule are required. A particularly favorable evaluation results if the truth values in the diagnosis vector and in the conditional part of rules are mapped in the same way to a binary alphabet (0,1). The result is an information representation in which each truth value requires only one bit storage space.

Weiterhin werden erfindungsgemäß alle j-Regeln in der Wissensbasis so normiert, daß eine Reg jI m mit m = 1,2,...,j alle i-Bedingungen der gesamten Wissensbasis in gleicher Folge umfaßt, wie sie auch für die i-Elemente des Diagnose-Vektors vereinbart ist, wobei nur die für die Regel m zutreffenden Bedingungen wahr sein müssen. Es entstehen Bitmuster einheitlicher Länge, die sich besonders zeitgünstig vergleichen und bei'Übereinstimmung der Muster von Diagnose-Vektor und Regel m die Gültigkeit der Regel m erkennen lassen. Daraufhin wird aus einer Liste mit j-Zeigern der Zeiger m ausgewählt, welcher auf die der Regel m zugeordneten Therapiemaßnahmen verweist. Falls keine der in der Wissensbasis spezifizierten j-Regeln zutrifft, liegt kein therapiewürdiger Zustand vor, d. h., es ist kein Eingriff in die Arbeitsweise des ATS erforderlich. Durch geeignete Wahl der Reihenfolge von Regeln in der Wissensbasis können in vorteilhafter Weise applikationsspezifische Besonderheiten berücksichtigt werden, indem eine Wichtung, z. B. nach Häufigkeit des Auftretens oder der Gefährlichkeit der durch Regeln beschriebenen Zustände vorgenommen wird.Furthermore, according to the invention, all j-rules in the knowledge base are normalized such that a rule with m = 1, 2,..., J comprises all i-conditions of the entire knowledge base in the same sequence as it does for the i-elements of the diagnostic vector, whereby only the conditions applicable to the rule m must be true. The result is bit patterns of uniform length, which are particularly timely compare and in 'match the pattern of diagnostic vector and rule m can recognize the validity of the rule m. Then the pointer m is selected from a list of j-pointers, which refers to the therapy measures assigned to the rule m. If none of the j-rules specified in the knowledge base is true, then there is no therapy-worthy condition, i. h., there is no need to interfere with the operation of the ATS. By a suitable choice of the order of rules in the knowledge base, application-specific features can advantageously be taken into account by a weighting, z. B. according to frequency of occurrence or danger of the conditions described by rules is made.

Therapiemaßnahmen werden«ingeleitet, indem mittels digitalem Datenverkehr in an sich bekannter Weise an untergeordnete Mikrorechnereinheiten geeignete Befehle, z. B. zur Änderung von Stell- oder Regelparametern, übergeben werden. Bis zur Wirksamkeit derartiger Befehle vergeht eine nicht vernachlässigbare Zeitdauer. Zur Kontrolle dieser systemdynamischen oder anderen applikationsspezifischen Bedingungen bei Eingriffen in die Arbeitsweise des ATS wird ein spezieller Steuerüberwachungsmodul benutzt, welcher es ermöglicht, die logische Auswertung der Wissensbasis von der Ausführung erforderlicher Therapiemaßnahmen zu entkoppeln. Der Steuerüberwachungsmodul kontrolliert bei Indikation eines Zustandes m, ob Therapiemaßnahmen einer vorangegangenen Indikation noch abzuschließen sind und, falls kein Zustandswechsel vorliegt, ob unter Beachtung der Systemdynamik eine Wiederholung von Therapiemaßnahmen zulässig oder, falls sie noch nicht beendet sind, ihre Fortsetzung bis zur vollständigen Ausführung der begonnenen Therapie zweckmäßig ist. Falls keine entgegenstehende Bedingung vorliegt, leitet der Steuerüberwachungsmodul die der Regel m zugeordneten Therapiemaßnahmen ein und führt diese zum Abschluß, sofern nicht zwischenzeitlich durch erneute Indikation eines therapiewürdigen Zustandes ein neuer Steuerüberwachungszyklus eingeleitet wird. Die dazu erforderlichen Angaben, d. h. vordefinierte Bofehlssequenzen, sowie zu jeder Sequenz: eventuell einzuhaltende Wartezeit und Prioritätskennzeichnung für Steuerung der Unterbrechbarkeit, werden aus einem speziellen Teil der Wissensbasis entnommen. Durch die erfindungsgemäße Entkopplung der Indikation therapiewürdiger Zustände einerseits von der Überwachung relevanter Systemvariabler, deren Diagnose hinsichtlich der in Regeln spezifizierten Bedingungen und der Ausführung zugeordneter Therapiemaßnahmen andererseits wird es vorteilhaft möglich, diese Teilschritte ganz oder teilweise parallel zueinander auszuführen, z. B. als Tasks in der für Automatisierungsfunktionen bekannten Weise auf einem oder verteilt auf mehreren Realzeitrechnern im ATS. Falls bei parallelem Ablauf die Überwachung relevanter Systemvariabler ereignisgesteuertTherapeutic measures are "in by means of digital data traffic in a conventional manner to subordinate microcomputer units suitable commands, eg. B. for changing control or control parameters are passed. Until the effectiveness of such commands, a non-negligible amount of time passes. To control these system-dynamic or other application-specific conditions when intervening in the operation of the ATS, a special control monitoring module is used, which makes it possible to decouple the logical evaluation of the knowledge base from the execution of necessary therapeutic measures. If a condition m is indicated, the control monitoring module checks whether therapeutic measures of a previous indication are still to be concluded and, if there is no change of state, whether it is permissible to repeat therapy measures, taking into account the system dynamics, or, if they have not yet ended, to continue until the complete execution of the therapy started therapy is appropriate. If there is no conflicting condition, the control monitoring module initiates and concludes the therapy measures assigned to the rule m, unless a new control monitoring cycle is initiated in the meantime by renewed indication of a condition worthy of therapy. The required information, d. H. predefined sequences of commands, as well as to each sequence: any waiting time to be observed and priority marking for interruptibility control are taken from a special part of the knowledge base. By decoupling the indication of therapy-worthy states on the one hand from the monitoring of relevant system variables, their diagnosis with respect to the conditions specified in rules and the execution of associated therapeutic measures on the other hand, it is advantageously possible to perform these steps completely or partially parallel to each other, z. B. as tasks in the manner known for automation functions on one or distributed on several real-time computers in the ATS. If, in a parallel process, the monitoring of relevant system variables is event-triggered

erfolgt, wobei das (stochastische) Auftreten einer Variablen deren Diagnose und im Ergebnis eine Aktualisierung des Diagnose-Vektors zur Folge hat, kann der durch Änderung des Diagnose-Vektors bedingte Neustart der Auswertung der Wissensbasis eino noch nicht abgeschlossene Auswertung vorangegangener Zustandsänderungen unterbrechen. Diese Unterbrechbarkeit sichert erfindungsgemäß die sofortige Berücksichtigung eintretender Zustandsänderungen für die Indikation. Zur Kontrolle dieser Unterbrechbarkeit wird ein Zeitüberwachungsmodul benutzt, welcher erforderlichenfalls innerhalb einer spezifizhrbaren Grenzzeit ein Indikationsergebnis dadurch erzwingt, indem ständige Unterbrechungen kurzzeitig ausgeschlossen werden, bis die aktuelle Indikation beendet ist. Die Grenzzeit wird vorteilhaft so gewählt, daß unter Beachtung dar Systemdynamik gegebenenfalls dringende Therapiemaßnahmen noch rechtzeitig eingeleitet werden können.If the (stochastic) occurrence of a variable results in its diagnosis and, as a result, an update of the diagnostic vector, the restart of the evaluation of the knowledge base due to a change in the diagnostic vector can interrupt an evaluation of previous state changes which has not yet been completed. This interruptibility ensures according to the invention the immediate consideration of incoming status changes for the indication. To control this interruptibility, a time monitoring module is used which, if necessary, enforces an indication result within a specifiable time limit by temporarily excluding continuous interruptions until the current indication has ended. The time limit is advantageously chosen so that, taking into account the system dynamics, if necessary urgent therapeutic measures can be initiated in time.

Ausführungsbeispielembodiment

Eine größere Anlage der chemischen Verfahrenstechnik ist mit einem modernen ATS ausgestattet, das eine Anzahl autonomer Mikrorechnereinheiten umfaßt, die durch seriellen Feldbus untereinander zu unterschiedlichen hierarchischen Strukturen verbunden sind und gemeinsam von einem übergeordneten Leitstand geführt werden. Die technologische Anlage arbeitet nach einem innovativen Verfahren, das u. a. auf thermischen Umwandlungen beruht und dem weitere thermische Prozesse, z. B. zur Heizdampfrückgewinnung, unterlagert sind. Bei Spezifikation des ATS war nicht vorhersehbar, daß in der kontinuierlichen Rohstoffzuführung sporadisch kurzzeitige Veränderungen der thermischen Eigenschaften eintreten, in deren Auswirkung das komplexe thermische Gleichgewicht der einander überlagerten Prozesse zu schwingen beginnt (zunächst mit langer, dann ständig kürzer werdender Amplitude), bis die automatische Prozeßsicherung anspricht und die Anlage abgefahren werden muß. Erfahrungsgemäß ist diese Störung therapierbar, wenn es gelingt, sie frühzeitig zu diagnostizieren und dta große Menge der erforderlichen Therapiemaßnahmen rechtzeitig und korrekt auszuführen.A larger chemical engineering facility is equipped with a state-of-the-art ATS, which includes a number of autonomous microcomputer units interconnected by serial fieldbuses to different hierarchical structures and jointly managed by a superior control room. The technological system works according to an innovative process, which u. a. is based on thermal transformations and the other thermal processes, eg. B. for Heizdampervückung, are subordinate. In the specification of the ATS it was not foreseeable that in the continuous raw material supply sporadically short-term changes of the thermal properties occur, in the effect of which the complex thermal equilibrium of the superimposed processes begins to oscillate (first with a long, then constantly decreasing amplitude), until the automatic Process safety responds and the system must be traversed. Experience has shown that this disorder can be treated if it can be diagnosed at an early stage and dta large amount of the required therapeutic measures in a timely and correct manner.

Dies ist Aufgabe einer regelbasierten Überwachungs- und Therapiesteuereinrichtung (HiIT) nach dem erfindungsgemäßen Vorfahren, welche im Anwendungsbeispiel als zusätzliches, autonomes Mikrorechnersystem realisiert und ein-/ausgabeseitig in den Bus gekoppelt wird, welcher den Leitstand mit dem übrigen ATS verbindet. Eingabe für die RuT sind die Informationen des digitalen Datenverkehrs auf dem Sus, Ausgabe der RuT sind Befehle, wie sie auch vom Leitstand aus an die Mikrorechnereinheiten des ATS gesandt werden.This is the task of a rule-based monitoring and therapy control device (HiIT) according to the invention ancestor, which is realized in the application example as an additional, autonomous microcomputer system and input / output side is coupled into the bus, which connects the control station with the rest of the ATS. Input for the RuT are the information of the digital traffic on the Sus, output of the RuT are commands as they are also sent from the control console to the microcomputer units of the ATS.

Die autonome RuT des Anwendungsbeispiels ist als Mehr-Rechnersystem ausgeführt, wobei Teilfunktionen in bekannter Weise arbeitsteilig und parallel zueinander durch verschiedene Mikrorechner realisiert werden. Die Erstellung und Aktualisierung der Wissensbasis erfolgt nicht in der RuT, sondern off-line mittels eines zum ATS gehörenden Konfigurationsrechners. Die RüT gliedert sich funktionell in die Komponenten Variablenüberwachung, Diagnose-Komplex, Indikation und Steuerüberwachung. Diese werden nachfolgend näher erläutert.The autonomous RuT of the application example is designed as a multi-computer system, wherein sub-functions are realized in a known manner division of labor and parallel to each other by different microcomputer. The creation and updating of the knowledge base does not take place in the RuT, but off-line using a configuration computer belonging to the ATS. The RüT is functionally divided into the components variable monitoring, diagnostic complex, indication and control monitoring. These are explained in more detail below.

Variablenüberwachung: Eingabe ist der digitale Datenverkehr auf dem Bi s, Ausgabe sind relevante Variable. Als Teil der Wissensbasis stehen im Datenspeicher Listen zur Verfügung, welche die möglichen Codierungen relevanter Systemvariabler enthalten, sowie jeweils die Ordnungs-Nr. jener Bedingung(en) des Rege !teils der Wissensbasis, in denen diese Variable vorkommt. Die Variablenüberwachung liest ständig den Datenverkehr auf dem Bus und vergleicht die charakteristischen Codierungen mit den erwähnten Listen. Wenn der Vergleich ergibt, daß in; Datenverkehr eine relevante Systemvariable auftritt, wird sie an den Diagnose-Komplex ausgegeben. Parameter sind Wert, Zeit des Auftretens sowie (aus Liste entnommen) Ordnungs-Nr. jener Bedingung(en) der Wissensbasis, in denen diese Variable auftritt. Die Ausbabe erfolgt in einen Pufferbereich, danach wird die weitere Überwachung des Datenverkehrs fortgesetzt.Variable monitoring: input is the digital traffic on the bi s, output are relevant variable. As part of the knowledge base, lists are available in the data memory which contain the possible codes of relevant system variables, as well as the order no. the condition (s) of the part of the knowledge base in which this variable occurs. The variable monitor constantly reads the traffic on the bus and compares the characteristic encodings with the mentioned lists. If the comparison shows that in; Data traffic a relevant system variable occurs, it is output to the diagnostic complex. Parameters are value, time of occurrence and (taken from list) Order no. the condition (s) of the knowledge base in which this variable occurs. The data is transferred to a buffer area, after which the further monitoring of the data traffic is continued.

Diagnose-Komplex: Eingabe ist eine relevante Systemvariable, Ausgabe eine Aktualisierung des Diagnose-Vektors. Als Teil der Wissensbasis stehen im Datenspeicher Listen zur Verfügung, welche den Ordnungs-Nr. von Bedingungen die anzuwendende (mehrfach nutzbare) Diagnose-Routine sowie das für die jeweilige Bedingung geltende Diagnose-Kriterium (z. B. Grenzwert) zuordnen. Mit den Eingabe-Parametern und den Listendafen wird die zutreffende Diagnose-Routine aufgerufen. Alle Diagnose-Routinen liefern als Ergebnis einen (0,1 )-Wahrheitswert, welcher in das durch die Bedingungs-Nr. festgelegte Element des Diagnose-Vektors eingetragen wird. Dabei wird zugleich kontrolliert, ob eine Veränderung gegenüber dem bisherigen Wahrheitswert für diese Bedingung vorliegt. In diesem Fall wird zusätzlich ein Unterbrechungssignal an die Indikation gegeben. Bis zum Eintreffen der nächsten relevanten System-Variablen im Eingabepuffer führt der Diagnose-Komplex Eigenüberwachung der RüT durch. Zur Sicherung der applikationsspezifisch erforderlichen sehr kurzen Diagnose-Zeiten besteht der Diagnose-Komplex im Anwendungsbeispiel aus zwei parallel arbeitsteilig wirksamen Mikrorechnern. Indikation: Eingabe ist der Diagnose-Vektor, Ausgabe ist die Folge-Nr. m der zutreffenden Regel. Durch das Unterbrechungssignal ausgelöst, beginnt die Indikation des veränderten Zustandes erneut mit der ersten Regel. Die Zustandsindikation erfolgt als Mustervergleich. Dazu wird für eine Regel m der Diagnose-Vektor mit dem Muster der Regel m logisch verknüpft, die irrelevanten Bedingungen maskiert und für die verbleibenden relevanten Bedingungen ein logischer Vergleich auf Übereinstimmung des Musters ausgeführt. Diese Auswertung erfolgt für jeweils soviel Bedingungen in Diagnose-Vektor und Regel, wie durch die Verarbeitungsbreite des eingesetzten Mikrorechners erfaßt werden und wird schrittweise fortgesetzt, bis entweder bei der ersten Nichtübereinstimmung im Muster zur Auswertung der Regel m + 1 übergegangen oder durch Übereinstimmung des vollständigen Musters die Gültigkeit der Regel m erkannt wird. Die letzte Regel j der Wissensbasis ist so ausgebildet, daß sie immer gilt, d. h., wenn keine der zuvor auszuwertenden j - 1-Regel zutraf, erfüllt die Regel j eine ELSE-Funktion mit der Bedeutung, daß kein therapiewürdiger Zustand vorliegt. Auf diese Weise endet eine Auswertung der Wissensbasis in jedem Fall mit einer gültigen Regel.Diagnostic Complex: Input is a relevant system variable, output an update of the diagnostic vector. As part of the knowledge base lists are available in the data memory, which the order no. Assign conditions for the (reusable) diagnostic routine to be used as well as the diagnostic criterion (eg limit value) valid for the respective condition. The appropriate diagnostics routine is called with the input parameters and the list port. All diagnostic routines provide as a result a (0,1) truth value, which is included in the condition no. specified element of the diagnostic vector is entered. At the same time it is checked whether there is a change compared to the previous truth value for this condition. In this case, an interrupt signal is additionally given to the indication. Until the next relevant system variables arrive in the input buffer, the diagnostics complex performs the RüT's own monitoring. To ensure the application-specific required very short diagnostic times, the diagnostic complex in the application example consists of two parallel workpieces effective microcomputers. Indication: Input is the diagnostic vector, output is the sequence no. m the applicable rule. Triggered by the interruption signal, the indication of the changed state starts again with the first rule. The status indication is done as a pattern comparison. For this purpose, for a rule m, the diagnosis vector is logically linked to the pattern of the rule m, the irrelevant conditions are masked, and a logical comparison is made for the remaining relevant conditions to match the pattern. This evaluation is done for each of the conditions in the diagnostic vector and rule, as detected by the processing width of the microcomputer used, and is continued step by step until either m + 1 at the first mismatch in the pattern for evaluation of the rule or by matching the complete pattern the validity of rule m is detected. The last rule j of the knowledge base is designed so that it always holds, d. h., if none of the j-1 rule to be evaluated previously was true, the rule j fulfills an ELSE function with the meaning that no condition worthy of therapy exists. In this way, an evaluation of the knowledge base ends in each case with a valid rule.

Die Folge-Nr. der ermittelten Regel wird-zusammen mit einem Unterbrechungssignal-an die Steuerkomponente ausgegeben. Sofern eingangsseitig noch keine erneute Veränderung im Diagnose-Vektor signalisiert wurde, kontrolliert die Indikations-Komponente die Datensicherheit der rechnerinternen Darstellung der Wissensbasis.The episode no. the determined rule is output to the control component together with an interrupt signal. If no further change in the diagnostic vector has been signaled on the input side, the indication component controls the data security of the computer-internal presentation of the knowledge base.

Um zu sichern, daß die Indikation auch bei häufiger Unterbrechung infolge schneller Zustandsänderungen zu einem gültigen Ergebnis kommt, kontrolliert ein Zeitüberwachungs-Modul für jede Unterbrechung eine spezifizierbare Grenzzeit, bei deren Erreichen weitere Unterbrechungen kurzzeitig (im Anwendungsbeispiel für einige ms) ausgeschlossen werden, bis die aktuelle Auswertung zum Ergebnis führt.To ensure that the indication comes to a valid result even with frequent interruption due to rapid state changes, a time monitoring module checks for each interruption a specifiable time limit, at which further interruptions are temporarily excluded (in the application example for a few ms) until the current evaluation leads to the result.

Steuerung: Eingabe ist die Folge-Nr. der für den aktuellen Zustand zutreffenden Regel, Ausgabe ist die Einleitung von Therapiemaßnahmen durch Befehlsfolgen in den digitalen Datenverkehr auf dem Bus. Die Komponente zur Überwachung der Therapiesteuerung umfaßt im Anwendungsbeispiel zwei parallel arbeitsteilig wirksame Mikrorechner für Ein-/ Ausgabeoperationen (Zugriff auf Massenspeicher; Ausgabe auf seriellen Bus) bzw. Überwachung des gesamten Ablaufes der Therapiesteuerung.Control: Input is the sequence no. the rule applicable to the current state, output, is the initiation of therapy by command sequences into the digital traffic on the bus. In the application example, the component for monitoring the therapy control comprises two microcomputers with parallel working volumes for input / output operations (access to mass memory, output on serial bus) or monitoring of the entire course of the therapy control.

Therapiemaßnahmen sind vordefinierte Datentelegramme, welche nach Adressaten und/oder zeitlich geordnet gespeichert sind. Mittels der eingabeseitig erhaltenen Regel-Nr. werden aus einer im Datenspeicher vorhandenen Liste die zur Überwachung der Therapiesteuerung notwendigen Parameter entnommen: Zeiger auf die auszugebende Befehlssequenz(en) der aktuell gültigen Befehlsdatei, weiter zu jeder Sequenz: evtl. einzuhaltende Wartezeit, Angabe, ob die Sequenz bei Unterbrechungssignal abgebrochen oder bis zum Ende fortgesetzt werden soll (unter Beachtung einer Prioritätskennzeichnung von alter und neuer Therapie) oder innerhalb einer spezifizierten Zeit eine Wiederholung erlaubt ist, sowie die Angabe der Prioritätskennzeichnung zur Steuerung der gegenseitigen Unterbrechbarkeit von Therapiemaßnahmen.Therapy measures are predefined data telegrams, which are stored according to addressee and / or time. By means of the input side rule no. From a list stored in the data memory, the parameters necessary for monitoring the therapy control are extracted: Pointer to the command sequence (s) of the currently valid command file, further to each sequence: any waiting time to be respected, indication of whether the sequence was aborted on interruption or until End is to be continued (taking into account a priority mark of old and new therapy) or a repetition is allowed within a specified time, and the indication of the priority mark to control the mutual interruptibility of therapeutic measures.

Mit diesen Angaben erfolgt die Überwachung der eingeleiteten Therapiemaßnahmen in der Weise, daß z. B. restliche Befehle einer vorangegangenen Therapie nach Ablauf einer spezifizierten Wartezeit in die Datenau- gäbe einer aktuellen Therapie gleicher oder niedrigerer Pi^:- uität eingesteuert werden können.With these details, the monitoring of the initiated therapeutic measures in such a way that z. B. remaining commands of a preceding therapy after expiry of a specified waiting time in the Datenau- would be a current therapy same or lower ^Pi: - can be controlled uität.

Weiter ist in der o. a. Liste zu ausgewählten Zuständen der Hinweis enthalten, daß ihr Auftreten in die zeitliche Überwachung des in der Aufgabenstellung erwähnten Schwingungsverhaltens langer Amplitude einzubeziehen ist. Dazu wird die zeitliche Abfolge dieser ausgewählten Zustände in einem geeigneten Ringpuffer gespeichert, bis eine mit jeder Einspeicherung ausgelöste Trendkontrolle bekannter Art den Verdacht auf kritische Schwingungen ausschließt oder bestätigt. Im letzteren Fall wird für die weitere Therapiesteuerung solange eine spezielle Befehlsdatei genutzt, bis das kritische Schwingungsverhalten behoben ist. Da es im Anwendungsbeispiel nicht möglich war, den Steuerüberwachungsmodul direkt in den Leitstand zu integrieren, beginnt jede Therapiemaßnahme mit einer Mitteilung an den Leitstand, die dort angezeigt wird und das Bedienpersonal über die aktuelle Entscheidung der RuT informiert. Falls vom Bediener ausführliche Kommentare und Erläuterungen benötigt werden, kann mittels des Protokolls der Zustandsfolge für den interessierenden Verlauf, einer Kopie des Bedingungsmusters der Wissensbasis sowie einer Textdatei mit Erläuterungen zu allen Bedingungen der Hergang rekonstruiert, kommentiert und an einem gesonderten Terminal angezeigt werden.Next is in the o. A. List of selected states, the note that their occurrence in the temporal monitoring of the mentioned in the task long-amplitude vibration behavior is included. For this purpose, the temporal sequence of these selected states is stored in a suitable circular buffer until a trend check of known type triggered with each injection excludes or confirms the suspicion of critical oscillations. In the latter case, a special command file is used for the further therapy control until the critical vibration behavior is remedied. Since it was not possible in the application example to integrate the control monitoring module directly into the control room, each therapy measure begins with a message to the control room, which is displayed there and informs the operating personnel about the current decision of the RuT. If the operator requires detailed comments and explanations, the history of the trace of interest, a copy of the knowledge base condition template, and a text file with explanations of all conditions can be used to reconstruct, annotate, and display the event at a separate terminal.

Claims

1. A method for rule-based monitoring by diagnosis and therapy control, in particular for hierarchically structured automation systems whose autonomous microcomputer units are connected by digital data, characterized in that an i-diagnosis vector is used whose elements η with η = 1,2 ,. .., i store the binary truth values of observable system variables with respect to certain i-conditions specified in rules of a knowledge base for the indication of therapy-worthy states that a truth-value η is always updated as soon as the associated system variable by suitable automatic monitoring and the truth value is automatically diagnosed with regard to the condition η specified for this variable, is entered in the element η of the diagnostic vector and remains valid there until the next diagnosis of the condition η that an evaluation of the knowledge nsbasis for the indication of treatment-worthy states by means of the diagnostic vector is automatically initiated and upon detection of such a condition associated therapeutic measures are initiated automatically that the rules m mitm = 1,2, ..., j the knowledge base for the indication of treatment-worthy states are set up so that they always include all i-conditions occurring in rules of the knowledge base in sequence corresponding to the diagnosis vector, but only the conditions relevant to a rule m must be true and these relevant conditions fully describe the state characterized by the rule m Rule m the knowledge base for the indication of treatment-worthy states are represented inside the computer as a result of the i-conditions corresponding truth values and maps the truth values of the j-rules and the diagnostic vector in the same way to a binary alphabet and used for evaluation only the resulting mappings who the, further in the action part of each rule m a pointer is arranged, which points to the therapeutic measures associated with this rule that for the evaluation of the knowledge base by means of diagnostic vector first by logical operations mapping the rule m with the image of the diagnostic vector for the Rege! Furthermore, the result of this operation is compared to the identity of the maps logi cn, this comparison starting with condition 1, moving to the first mismatch in the pattern for evaluating rule m + 1 and, if none of the j rules applies, the previous mode of operation of the Automatisierungsaystems is continued that when indicating a therapeutic condition, first a control module for the rule m associated therapeutic measures controlled whether control measures of a previous therapy are still complete, if state change is present or repetition of therapy measures are admissible under consideration of system dynamics ,

2. The method according to claim 1, characterized in that the monitoring of the system variables under real-time conditions is event-controlled, read by a suitable interface known type of digital data traffic on the system bus of the ATS, in knowledge of the characteristic coding of this data relevant system variable identified and their current value of a diagnosis regarding the associated condition η supplied and the diagnosed truth value in the element r * of the diagnostic vector is stored.

3. The method according to claim 1, characterized in that the monitoring of the system variables under real-time conditions is time-controlled by the current value of a system variable in the micro-computer for the observation of these variables is requested and knowledge of the system dynamics such sampling times are selected that provide sufficient condition monitoring at low bus load.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the sub-steps monitoring, diagnosis, condition indication and therapy control run completely or partially parallel to each other, wherein a change of the diagnostic vector interrupts the current state indication and causes the restart of the evaluation of the knowledge base that a Zeitüberwachuhgs module exists, which with constant interruption of the evaluation of the knowledge base by interim in the diagnostic vector detected state change after a rule m (m = 1,2, ... J) specified limit time enforces an indication result by further interruptions as long be excluded until the current evaluation of the knowledge base is completed.