DE102004022748B4

DE102004022748B4 - System und Verfahren zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess

Info

Publication number: DE102004022748B4
Application number: DE102004022748.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Horch Alexander; Prof. Thornhill Nina
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland; ABB Research Ltd Sweden
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2024-05-08
Also published as: DE102004022748A1

Abstract

System zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, wobei • eine Erfassungseinheit (10) zur Bereitstellung von Datensätzen (11) und Informationen zur Anlagentopologie (12) für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses vorgesehen ist, • die Erfassungseinheit (10) mit einer Verarbeitungseinheit (20) zusammenwirkt, welche die von der Erfassungseinheit (10) bereitgestellten Datensätze (11) unter Berücksichtigung der Eignung der Datensätze (11) für die Ursachenanalyse vorverarbeitet, • die Verarbeitungseinheit (20) mit einem Klassifizierer (30) zusammenwirkt, welcher aus den vorverarbeiteten Datensätzen Störungsinformationen identifiziert, die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer (30) vorhandenen Informationen über Eigenschaften von Störungen des technischen Prozesses vordefinierten Klassen zuordnet sowie eine Auswahl relevanter Störungsklassen durchführt, • der Klassifizierer (30) mit einer Analyseeinheit (40) zusammenwirkt, welche die Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse ermittelt und analysiert und • der Klassifizierer (30) die Zuordnung der Störungsinformationen in die vordefinierten Störungsklassen und die Identifizierung der unterschiedlichen Störungsklassen automatisch mittels spektraler Hauptkomponentenanalyse (31) oder mittels einer Zeitreihenanalyse (32) ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, insbesondere einer Produktionsanlage.
Um eine Auswahl der wahrscheinlichsten Ursachen einer oder mehrerer besonders schwerwiegender anlagenweiter Störungen – beispielsweise stark variierende Dampfdrücke, reibungsanfällige Ventile, die als periodische oder auch nicht-periodische Schwankungen in Messgrössen durch Massen- und Energietransporte örtlich verteilt werden – in Anlagen der Prozessindustrie zu identifizieren und zu bewerten, werden üblicherweise innerhalb vorgegebener Zeitabschnitte zeitaufwendige manuelle Datenanalysen von im normalen Betrieb der technischen Anlage in Messprotokollen aufgezeichneten Messdaten durchgeführt oder es sind reguläre kostenintensive Anlagen- und Ausrüstungswartungen notwendig. Für die Analyse der Ursachen der anlagenweiten Störungen ist gegebenenfalls zusätzlich ein zeitintensives Studium der Anlagentopologie, insbesondere der Rohrleitungs- und Instrumentrationsdiagramme (P&ID-Diagramme) notwendig.
Das Patentdokument DE 101 15 897 C2 offenbart ein Verfahren zur Gewinnung von Informationen für die Analyse von Fehlern bei gesteuerten und/oder überwachten Anlagen, wobei nach Erkennung einer Fehlfunktion durch die Steuerungs- oder Überwachungseinrichtung eine Fehlermeldung an eine Bedienungseinheit übersandt und dort angezeigt wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit wenigstens einem Gerät zur Steuerung und/oder Überwachung einer Anlage und mit einer Bedienungseinheit zum Empfang und zur Anzeige von Fehlermeldungen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein System und ein Verfahren zur verbesserten automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, insbesondere einer Produktionsanlage, anzugeben, wodurch die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System der eingangs genannten Art mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen des erfindungsgemäßen Systems und ein Verfahren sind in weiteren Ansprüchen und in der Beschreibung angegeben.
Das erfindungsgemäße System zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, insbesondere einer Produktionsanlage, weist eine Erfassungseinheit zur Bereitstellung von Datensätzen für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses und Informationen zur Anlagentopologie auf, wobei die Erfassungseinheit die Datensätze innerhalb vorgegebener Zeitbereiche im normalen Betrieb der technischen Anlage aufzeichnet.
Die von der Erfassungseinheit bereitgestellten Datensätze für die Analyse der Prozessstörungen umfassen in Messprotokollen aufgezeichnete Messdaten der technischen Anlage.
Die in den Messprotokollen aufgezeichneten Messdaten und die Informationen zur Topologie der technischen Anlage werden von der Erfassungseinheit online oder offline in elektronischer Form bereitgestellt.
Die Erfassungseinheit wirkt mit einer Verarbeitungseinheit zusammen, welche die von der Erfassungseinheit bereitgestellten Datensätze unter Berücksichtigung der Eignung der Datensätze für die Ursachenanalyse vorverarbeitet, indem beispielsweise mittels statistischer Methoden die geeigneten Datensätze für die Ursachenanalyse überprüft und selektiert werden.
Für die weitere Verwendung der vorverarbeiteten Datensätze wirkt die Verarbeitungseinheit mit einem Klassifizierer zusammen, welcher aus den vorverarbeiteten Datensätzen Störungsinformationen identifiziert, die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer vorhandenen Informationen über Eigenschaften von Störungen des technischen Prozesses Störungsklassen zuordnet und eine Auswahl für den Prozessablauf relevanter und signifikanter Störungsklassen durchführt.
Die im Klassifizierer vorhandenen Informationen über Eigenschaften und Signifikanz von Störungen des technischen Prozesses sind als vordefinierte Klassen vorzugsweise im Klassifizierer hinterlegt. Alternativ können die Informationen über Eigenschaften von Störungen als vordefinierte Klassen des technischen Prozesses auch, beispielsweise mittels externer Speichermedien, von außen in den Klassifizierer übertragen werden.
Für die Ermittlung und Analyse der Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse wirkt der Klassifizierer mit einer Analyseeinheit zusammen, welche für eine oder mehrere vom Klassifizierer ausgewählte Störungsklassen eine Ursachenanalyse durchführt und die gefundenen wahrscheinlichen Störungsursachen einer Auswerte- und Anzeigeeinheit zugeführt, welche beispielsweise als grafische Bedienstation oder sogenannte Prozessbedienstation ausgeführt ist.
Für die Ursachenanalyse werden verschiedene modell- freie, signal-verarbeitende Methoden, wie beispielsweise die spektrale Hauptkomponentenanalyse angewendet. Dabei werden die Signale, die zu einer ausgewählten Störungsklasse gehören, der Verarbeitungseinheit zugeführt. Diese wählt dann diejenigen Signale der aktuellen Störungsklasse aus, die der vorliegenden Störung am wahrscheinlichsten zugrunde liegen. Als Auswahlkriterium wird beispielsweise ein Nichtlinearitätsmaß verwendet, welches das der Störungsquelle am nächsten liegende stärkste nichtlineare Signal erkennt und somit einen starken Hinweis auf die örtliche Zuordnung der Störungsanalyse liefert.
Eine weitere Eingrenzung möglicher Ursachen der vorliegenden Störung wird mit Hilfe der verfügbaren elektronischen Beschreibung der Anlagentopologie, beispielsweise als XML-Format, ermöglicht. Anhand einer solchen Beschreibung können die Ergebnisse der signalbasierten Untersuchung, wie oben beschrieben, verifiziert oder falsifiziert werden und somit die Zuverlässigkeit der Analyse weiter verbessern.
Die Auswerte- und Anzeigeeinheit ist dafür vorgesehen, die von der Analyseeinheit identifizierten wahrscheinlichsten Störungsursachen zu speichern und/oder darzustellen.
In vorteilhafter Weise sind für die Darstellung der Störungsursachen, unter Verwendung der Informationen über die Anlagentopologie, spezielle graphische Symbole verwendbar, welche beispielsweise in Abhängigkeit von der Störung und je nach Wahrscheinlichkeit der Störungsursache ihre Form, Farbe, Grösse oder Position verändern.
Das Verfahren mit dem die Aufgabe weiterhin gelöst wird, ist dem Anspruch 13 zu entnehmen. Dabei werden mittels einer Erfassungseinheit Datensätze für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses und Informationen zur Anlagentopologie bereitgestellt und mittels einer Verarbeitungseinheit die bereitgestellten Datensätze unter Berücksichtigung der Eignung der Datensätze für die Ursachenanalyse vorverarbeitet.
Aus den vorverarbeiteten Datensätzen werden mittels eines Klassifizierers Störungsinformation identifiziert, die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer vorhandenen Informationen über Eigenschaften von Störungen, beispielsweise der Gesamteinfluss auf die Variabilität der Produktqualität des technischen Prozesses, vordefinierten Klassen zuordnet und signifikante Störungsklassen ausgewählt.
Mittels einer Analyseeinheit werden die Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse ermittelt und analysiert.
Die Ergebnisse der Ursachenanalyse werden in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mittels einer Auswerte- und Anzeigeeinheit gespeichert und/oder darstellt.
Durch die vollständige Automatisierung des Verfahrensablaufes wird eine zuverlässige Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen erreicht, wodurch sich insbesondere durch eine deutliche Reduzierung des Aufwandes der regulären Anlagenwartung und Ausrüstungswartung eine beträchtliche Kostenersparnis ergibt.
Die Automatisierung des Verfahrensablaufes ist hauptsächlich gekennzeichnet durch eine automatische Wahl aller notwendigen Parameter der verwendeten Algorithmen, durch eine automatische Überprüfung der Verwendbarkeit der zu verarbeitenden Datensätze und der automatischen Einteilung der Störungen in Klassen und deren gleichzeitige Bewertung für den Gesamtprozess.
Anhand des in der 1 dargestellten Ausführungsbeispieles sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen, Verbesserungen und weitere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.
In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Systems und der Ablauf des erfindungsgemässen Verfahrens zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einer Chemieanlage gezeigt.
Eine als Prozessleitsystem ausgeführte Erfassungseinheit 10 stellt die unter normalen Betriebsbedingungen in Messprotokollen erfasste Messdaten 11 aus der Chemieanlage oder alternativ aus einem Anlagenteil der Chemieanlage für die Ursachenanalyse der Störungen innerhalb der Anlage oder des Anlagenteils bereit.
In der Erfassungseinheit 10 sind weiterhin Informationen über die Anlagentopologie 12, vorzugsweise als XML- Dateien oder CAD-Zeichnungen gespeichert. Diese Informationen werden nach der signal-basierten Ursachenanalyse einer ausgewählten Störungsklasse verwendet, um die vorliegenden Ergebnisse zu verfeinern, indem überprüft wird, ob gewisse Ursachen physikalisch gewisse Folgen überhaupt verantworten können. Weiterhin kann die Information über die Anlagentopologie verwendet werden, um beispielsweise für die Analyse notwendige aber nicht als Messdaten 11 vorhandene Signale durch andere, benachbarte und vorhandene Signale, zu ersetzen.
Die in der Erfassungseinheit 10 gespeicherten Informationen über die Anlagentopologie ermöglicht weiterhin eine Überprüfung der Einteilung der Störungsklassen, denn nur Signale, die einander auch physikalisch beeinflussen können, dürfen zur selben Störungsklasse gezählt werden.
Die Erfassungseinheit 10 übermittelt die als Datensätze vorliegenden in Messprotokollen erfassten Messdaten 11 und Informationen zur Topologie der Kraftwerksanlage 12 einer Verarbeitungseinheit 20, welche die Messdaten oder Messschriebe 11 unter Berücksichtigung ihrer Eignung für die Ursachenanalyse vorverarbeitet.
Für die Vorverarbeitung der Messdaten 11 werden statistische Verfahren, wie beispielsweise Methoden zur Filterung der Messdaten 24, Methoden zur Entfernung von Mittelwerten 21, Methoden zur Normalisierung der Streuung der Messdaten 22 und/oder Methoden zur Ausreißerentfernung 23 eingesetzt.
Die Filterung der Messdaten 24 wird insbesondere mittels eines Tiefpassfilters oder eines Waveletfilters durchgeführt. Die Mittelwertentfernung zentriert jedes Signal um den Nullpunkt und die Streuung wird normalisiert, indem das Signal mit einem entsprechenden Wert multipliziert wird, so dass das neue Signal eine Streuung eins aufweist. Die Ausreißerentfernung wird dann mittels Wavelets durchgeführt, welches beispielsweise in der DE 10225343 A1 beschrieben ist.
Optional sind auch komplexere Verfahren, wie eine Kompression der Messdaten 25 und/oder eine Überprüfung der Eignung der Messdaten für die Ursachenanalyse 26 verwendbar. Ein Test auf Messdatenkompression 25 wird beispielsweise durchgeführt, indem nach stückweise linearen Segmenten im Datensatz gesucht wird. Solche Stücke entstehen typischerweise beim Komprimieren von Messdaten 25 und sind durch Überprüfung der zweiten Ableitung bestimmbar. Die Kompression von Messdaten 25 disqualifiziert die Messdaten 11 für die weitere Ursachenanalyse, da wesentliche Informationen nicht mehr in den Daten 11 vorhanden sind.
Von einem Klassifizierer 30 werden die vorverarbeiteten Messdaten 11 nach Störungen durchsucht, eine Auswahl der wahrscheinlichsten Ursachen einer oder mehrerer verschiedener, voneinander grundlegend unterschiedlicher Störszenarien oder relevanter anlagenweiter Störungen identifiziert und die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer 30 abgelegten Informationen über Eigenschaften der Prozessstörungen des Prozesses vordefinierten Klassen zugeordnet.
Die Identifizierung der unterschiedlichen Störszenarien oder relevanten anlagenweiten Störungen und ihre Zuordnung zu den im Klassifizierer 30 befindlichen vordefinierten Störungsklassen erfolgt beispielsweise mittels einer spektralen Hauptkomponentenanalyse 31, bezogen auf die Signalspektren, wobei das Signalspektrum nach der IEC Norm: Standard BS 4727-3: Group 14.1992, IEC 50(702):1992 die Menge von sinusförmigen Schwingungen ist, die im Frequenzbereich ein zeitlich veränderbares Signal darstellen, und jede einzelne Schwingung durch Frequenz, Amplitude und Anfangsphase gekennzeichnet ist.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist die Identifizierung der unterschiedlichen Störszenarien oder relevanten anlagenweiten Störungen und ihre Zuordnung zu den im Klassifizierer 30 befindlichen vordefinierten Störungsklassen auch mittels einer Zeitreihenanalyse zur Überwachung der Regelmäßigkeit der Nulldurchgänge einer Autokovarianzfunktion oder einer Autokorrelationsfunktion 32 oder einer automatischen Auswahl von relevanten Störungsklassen 33 unter Verwendung von Methoden aus der klassischen Reglerüberwachung durchführbar.
Die spektrale Hauptkomponentenanalyse 31 unterscheidet sich von der aus dem Stand der Technik bekannten bekannten Hauptkomponentenanalyse dadurch, dass die spektrale Hauptkomponentenanalyse 31 nicht auf das Zeitsignal selbst sondern auf dessen Frequenzspektrum angewendet wird. Die Autokovarianzfunktion oder die Autokorrelationsfunktion geben an, inwiefern ein Signal aus vergangener Information vorhersagbar ist. Die Nulldurchgänge dieser Funktion stellen – stark geglättet – die periodischen Anteile der Zeitreihe dar und auf diese Weise sind die periodische Signalanteile gut sichtbar zu machen und ermöglichen eine gute Vergleichbarkeit mit den Resultaten anderer Messdaten 11. Die automatische Auswahl von Störungsklassen wird vorzugsweise mit Hilfe von Verfahren der klassischen Reglerüberwachung, auch als Control Performance Monitoring bekannt, durchgeführt, indem die aktuellen statistischen Eigenschaften, zu denen die Streuung oder Dominanz der periodischen Anteile gegenüber den nicht-periodischen Anteilen zählen, mit den optimal besten Werten verglichen werden. Durch einen solchen Vergleich können die verschiedenen Störszenarien nach ihrer Schwerwiegenheit sortiert und ausgewählt werden.
Die Methoden der klassischen Reglerüberwachung, welche auch als Control Performance Monitoring bekannt sind, nutzen Verfahren der Prozessdatenerfassung, Prozessdatenarchivierung und -auswertung, um Regelkreisstörungen aus Messdaten und/oder Messpotokollen 11 während des normalen Betriebes zu erkennen und zu diagnostizieren.
Als Auswahlkriterium für die automatische Auswahl wenigstens einer relevanten Störungsklasse wird die ”Schwere” oder die Wertigkeit der Störung benutzt.
Für die Ursachenanalyse der anlagenweiten Störungen werden von einer Analyseeinheit 40 die Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse mittels bedingte Entropiemethode 41 und/oder einer Pfadanalyse 42 und/oder einer Bestimmung eines Nichtlinearitätsmaßes 44 automatisch ermittelt und analysiert.
Die bedingte Entropie ist ein quantitatives Maß der Informationsmenge über eine Variable wenn Information über eine andere, gekoppelte, Variable bekannt ist. Je höher die bedingte Entropie ist, desto leichter lässt sich der Wert einer Variablen durch Beobachtung der gekoppelten Variablen vorhersagen. Die Berechnung basiert auf den Eigenschaften der Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Signale.
Mittels der Pfadanalyse 42 werden Korrelationen zwischen den Signalen untersucht, wobei die Frage nach einem Zusammenhang direkt, beispielsweise von A nach C ohne über B zu propagieren, entstanden ist, oder ob ein Zusammenhang mittelbar, beispielsweise von A nach B und von B nach C, besteht.
Das erwähnte Nichtlinearitätsmaß 44 ist ein Hypothesentest, welcher beurteilt ob ein Signal aus einem durch reines weißes Rauschen getriebenen linearen Filter entstanden ist. Ist dieser Test negativ, ist das Signal der Ausgang eines nichtlinearen Systems.
Den Verfahren der bedingten Entropiemethode 41 und/oder der Pfadanalyse 42 und/oder der Methode zur Bestimmung eines Nichtlinearitätsmaßes (44) ist eine Auswertung der Informationen zur Anlagentopologie der technischen Anlage (43) nachgeordnet.
Die von der Analyseeinheit 40 automatisch ermittelten wahrscheinlichen Störungsursachen werden unter Verwendung der Informationen der Anlagentopologie mittels einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 50, welche vorzugsweise als Prozessbedienstation ausgeführt ist, gespeichert und/oder als spezielle graphischen Symbole dargestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die graphischen Symbole so ausgeführt, dass sie in Abhängigkeit von der jeweiligen Störung und von der Wahrscheinlichkeit der Störungsursache ihre Form, Farbe, Größe oder Position ändern.

Claims

System zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, wobei • eine Erfassungseinheit (10) zur Bereitstellung von Datensätzen (11) und Informationen zur Anlagentopologie (12) für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses vorgesehen ist, • die Erfassungseinheit (10) mit einer Verarbeitungseinheit (20) zusammenwirkt, welche die von der Erfassungseinheit (10) bereitgestellten Datensätze (11) unter Berücksichtigung der Eignung der Datensätze (11) für die Ursachenanalyse vorverarbeitet, • die Verarbeitungseinheit (20) mit einem Klassifizierer (30) zusammenwirkt, welcher aus den vorverarbeiteten Datensätzen Störungsinformationen identifiziert, die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer (30) vorhandenen Informationen über Eigenschaften von Störungen des technischen Prozesses vordefinierten Klassen zuordnet sowie eine Auswahl relevanter Störungsklassen durchführt, • der Klassifizierer (30) mit einer Analyseeinheit (40) zusammenwirkt, welche die Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse ermittelt und analysiert und • der Klassifizierer (30) die Zuordnung der Störungsinformationen in die vordefinierten Störungsklassen und die Identifizierung der unterschiedlichen Störungsklassen automatisch mittels spektraler Hauptkomponentenanalyse (31) oder mittels einer Zeitreihenanalyse (32) ausführt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerte- und Anzeigeeinheit (50) vorgesehen ist, welche die mittels der Analyseeinheit (40) analysierten Ursachen speichert und darstellt.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Erfassungseinheit (10) bereitgestellten Datensätze von in Messprotokollen aufgezeichneten Messdaten (11) umfassen.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (10) die in den Messprotokollen aufgezeichnete Messdaten (11) innerhalb vorgegebener Zeitbereiche im normalen Betrieb der technischen Anlage aufzeichnet.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung der Datensätze (11) für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses und die Informationen zur Anlagentopologie (12) von der als Prozessleitsystem (DCS) ausgeführten Erfassungseinheit (10) online oder offline in elektronischer Form vorgesehen ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) die Datensätze (11) mittels statistischer Methoden (21), (22), (23), (24) vorverarbeitet.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (20) die Datensätze (11) auf ihre Eignung für die Ursachenanalyse überprüft und selektiert.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifizierer (30) die vorverarbeiteten Datensätze nach unterschiedlichen Störungsinformationen durchsucht und verschiedene Störszenarien identifiziert.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klassifizierer (30) die Auswahl der relevanten Störungsklassen (33) mittels Methoden aus der klassischen Reglerüberwachung automatisch ausführt.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswahlkriterium für die automatische Auswahl der relevanten Störungsklassen (33) die Wertigkeit der Störung ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseeinheit (40) für die Ursachenanalyse wenigstens einer Störungsklasse eine bedingte Entropiemethode (41) und/oder eine Pfadanalyse (42) und/oder eine Methode zur Bestimmung eines Nichtlinearitätsmasses (44) anwendet.
System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der bedingten Entropiemethode (41) und/oder der Pfadanalyse (42) und/oder der Methode zur Bestimmung eines Nichtlinearitätsmasses (44) eine Auswertung der Informationen (43) zur Topologie der technischen Anlage nachgeordnet ist.
Verfahren zur automatischen Ursachenanalyse von anlagenweiten Störungen in einem technischen Prozess einer technischen Anlage, wobei • mittels einer Erfassungseinheit (10) Datensätze (11) für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses und Informationen zur Anlagentopologie (12) bereitgestellt werden, • mittels einer Verarbeitungseinheit (20) die bereitgestellten Datensätzen (11) unter Berücksichtigung der Eignung der Datensätze (11) für die Ursachenanalyse vorverarbeitet werden, • mittels eines Klassifizierers (30) aus den vorverarbeiteten Datensätzen Störungsinformationen identifiziert werden, die Störungsinformationen unter Berücksichtigung von im Klassifizierer (30) vorhandenen Informationen über Eigenschaften von Störungen des technischen Prozesses vordefinierten Klassen zugeordnet werden sowie relevante Störungsklassen ausgewählt werden, • mittels einer Analyseeinheit (40) die Ursachen wenigstens einer ausgewählten Störungsklasse ermittelt und analysiert werden und • die Zuordnung der Störungsinformationen in die vordefinierten Störungsklassen und die Identifizierung der unterschiedlichen Störungsklassen automatisch mittels spektraler Hauptkomponentenanalyse (31) oder mittels einer Zeitreihenanalyse (32) ausführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die analysierten Ursachen mittels einer Auswerte- und Anzeigeeinheit (50) gespeichert und/oder dargestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass von der Erfassungseinheit (10) die Datensätze (11) als in Messprotokollen aufgezeichnete Messdaten (11) der technischen Anlage (2) bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die in Messprotokollen aufgezeichnete Messdaten (11) von der die Erfassungseinheit (10) innerhalb vorgegebener Zeitbereiche im normalen Betrieb der technischen Anlage aufgezeichnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensätze (11) für die Analyse der Störungen des technischen Prozesses und die Informationen zur Anlagentopologie (12) von der als Prozessleitsystem (DCS) ausgeführten Erfassungseinheit (10) online oder offline in elektronischer Form bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensätze (11) von der Verarbeitungseinheit (20) mittels statistischer Methoden (21), (22), (23), (24) vorverarbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Datensätze (11) von der Verarbeitungseinheit (20) auf ihre Eignung für die Ursachenanalyse überprüft und selektiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die vorverarbeiteten Datensätze vom Klassifizierer (30) nach unterschiedlichen Störungsinformationen durchsucht werden und verschiedene Störszenarien identifiziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der relevanten Störungsklassen (33) mittels Methoden aus der klassischen Reglerüberwachung, wie beispielsweise die Schwingungsenergie im Signalspektrum, automatisch ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wertigkeit der Störung für die automatische Auswahl der relevanten Störungsklassen (33) benutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ursachenanalyse wenigstens einer Störungsklasse eine bedingte Entropiemethode (41) und/oder eine Pfadanalyse (42) und/oder eine Methode zur Bestimmung eines Nichtlinearitätsmasses (44) angewendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass der bedingten Entropiemethode (41) und/oder der Pfadanalyse (42) und/oder der Methode zur Bestimmung eines Nichtlinearitätsmasses (44) eine Auswertung der Informationen zur Anlagentopologie der technischen Anlage (43) nachgeordnet ist.