DE4436658A1

DE4436658A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Störungsuntersuchung

Info

Publication number: DE4436658A1
Application number: DE4436658A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kayama; Yasuo Morooka; Yoichi Sugita; Masaaki Nakajima
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1995-04-20
Anticipated expiration: 2014-10-14
Also published as: CN1112249A; KR950012269A; TW275676B; US5548597A; CN1047446C; DE4436658B4; KR0172982B1; JPH07110708A; JP3221184B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Störungsuntersuchung bei einem Kontrollsystem mit einer Mehrzahl von Sensoren für ein Stahlwerk, Kraftwerk oder Industrieanlagen allgemein, insbesondere eine Vorrich tung und ein Verfahren, mit dem verschlechterte Sensoren bestimmt werden können, deren Meßgenauigkeit aufgrund von Alterung abnimmt, wobei der normale Betrieb jedes einzelnen Sensors angezeigt wird.

Bei einem herkömmlichen Sensoruntersuchungsverfahren wird ein verschlechterter Sensor anhand der von Natur aus zwi schen Sensoren vorhandenen Anzeigegrößenbeziehung bestimmt, wie in "Diagnosis by Using an Immune Network Information Model (in japanischer Sprache)" von Ishida, Proceedings of a Symposium on the Third Autonomous Distributed System, Januar 1992, beschrieben. Bei einem weiteren, in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 35 329/1993 beschriebenen herkömmlichen Verfahren wir ein verschlechterter Sensor er faßt, indem ein Ausgabesignal des Sensors mit einer vorgege benen funktionellen Beziehung zwischen Sensorausgabesignalen verglichen wird.

Die oben genannten herkömmlichen Verfahren haben folgenden Nachteil: Obwohl ein verschlechterter Sensor durch diese Verfahren leicht zu erfassen ist, wenn ein Objektkontrollsy stem so einfach ist, daß die Anzeigegrößenbeziehung oder die funktionelle Beziehung zwischen Ausgabesignalen der Sensoren klar bestimmt ist, sind die Verfahren nicht anwendbar, wenn die Anzeigegrößenbeziehung oder funktionelle Beziehung kom pliziert und schwer zu ermitteln sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Untersu chungsvorrichtung und ein Untersuchungsverfahren anzugeben, mit denen unter einer Anzahl von in einem Kontrollsystem vorgesehenen Sensoren verschlechterte Sensoren leicht erfaßt werden können, auch wenn die zwischen den Ausgabesignalen der Sensoren bestehenden Korrelationen kompliziert sind.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren wie in den unabhängigen Ansprüchen definiert gelöst. Abhän gige Ansprüche sind auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gerichtet.

Das Verfahren umfaßt die Schritte des Speicherns von Signa len, die von einer Mehrzahl von an einem zu kontrollierenden Objekt angebrachten Sensoren ausgegeben werden, des Bildens von Gruppen von Quantifizierungsvektoren, die als Merkmals vektoren erhalten werden und Korrelationen unter den von jeder der vorgegebenen Gruppen ausgegebenen Signale darstel len, wobei die in einer Speichereinrichtung gespeicherten Signale verwendet werden, des Speicherns jeder zu einer Gruppe von Sensoren gehörenden Gruppe von Quantifizierungs vektoren, des Bestimmens eines Abweichungsgrads jeder Gruppe von Sensoren durch Vergleichen von vorliegenden Signalen je der Gruppe von Sensoren und der der Gruppe von Sensoren ent sprechenden Gruppe von Quantifizierungsvektoren und des Er mittelns verschlechterter Sensoren aus der Mehrzahl von Sen soren auf Grundlage der erhaltenen Abweichungsgrade.

Eine Quantifizierungseinrichtung zum Bilden der Gruppen von Quantifizierungsvektoren umfaßt ein Quantifizierungsnetz mit einer Mehrzahl von Quantifizierungsneuronen und diese mit einander verbindenden Synapsen, entsprechend jeder Gruppe von Sensoren. Eine Gewichtungserneuerungseinrichtung erneu ert die Gewichtungen der Synapsen unter Verwendung der von jeder Gruppe von Sensoren zeitlich nacheinander eingegeben Signale.

Sätze der für jedes Quantifizierungsnetz bestimmten Synap sengewichtungen werden als Quantifizierungsvektoren defi niert. Die erzeugten Quantifizierungsvektoren werden in einer Korrelationsspeichereinrichtung gespeichert.

Ein Abweichungsgradauswertungseinrichtung sucht den Quanti fizierungsvektor, der einem von dem vorliegenden Signal je der Sensorgruppe gebildeten Zustandsvektor am nächsten liegt und ermittelt den Abweichungsgrad der Sensorgruppe auf Grundlage eines Abstands zwischen dem ermittelten Quantifi zierungsvektor und dem Zustandsvektor der vorliegenden Si gnale.

Eine Untersuchungseinrichtung zum Untersuchen der ver schlechterten Sensoren bestimmt die Zuverlässigkeit jedes einzelnen Sensors auf Grundlage der von der Abweichungsgrad auswertungseinrichtung erhaltenen Abweichungsgrade.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren. Es zeigen:

Fig. 1 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Störungsuntersu chungsvorrichtung,

Fig. 2 den Aufbau einer Betriebsdatenspeichereinrichtung der Störungsuntersuchungsvorrichtung,

Fig. 3 den Aufbau einer Quantifizierungseinrichtung der Störungsuntersuchungsvorrichtung,

Fig. 4 den Verarbeitungsablauf in einer Quantifizierungs verarbeitungseinrichtung in der Quantifizierungs einrichtung,

Fig. 5 den Aufbau einer Korrelationsspeichereinrichtung der Störungsuntersuchungsvorrichtung,

Fig. 6 den Verarbeitungsablauf in einer Abweichungsgradaus wertungseinrichtung,

Fig. 7 den Aufbau einer Untersuchungseinrichtung in der Störungsuntersuchungsvorrichtung,

Fig. 8 den Verarbeitungsablauf in einer Untersuchungsver arbeitungseinrichtung,

Fig. 9 eine Ausgestaltung einer Störungsuntersuchungsvor richtung für ein verteiltes System,

Fig. 10 eine Ausgestaltung einer Störungsuntersuchungsvor richtung mit einer Schalteinrichtung zum Umschalten der Verarbeitungsarten.

Im folgenden werden Details der vorliegenden Erfindung an hand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel die Sensor gruppen jeweils aus einem Paar von Sensoren bestehen, ist der Betrieb der Ausführungsbeispiele derselbe wie bei einer Vorrichtung oder einem Verfahren, bei dem die Sensorgruppen aus mehr als zwei Sensoren bestehen.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Störungsuntersuchungsvorrich tung 100. Eine Betriebsdatenspeichereinrichtung 102 spei chert Ausgabesignale von n Sensoren (Sensor 1, Sensor 2, Sensor 3, . . . , Sensor n), die an einem zu kontrollierenden Objekt 120 angebracht sind, über ein Eingabeorgan 101 ent sprechend der zeitlichen Steuerung des Betriebs des zu kon trollierenden Objekts 120.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für die Struktur der in der Be triebsdatenspeichereinrichtung 102 gespeicherten Daten, wo bei die Daten von Sensor 1 bis Sensor n in zeitlicher Rei henfolge von bis zu m Schritten gespeichert werden.

Eine in Fig. 3 dargestellte Quantifizierungseinrichtung er mittelt die Korrelationen zwischen den Ausgabesignalen der Sensoren unter Verwendung einer in der Betriebsdatenspei chereinrichtung 102 gespeicherten Datenbank. Die ermittelten Korrelationen für jedes Sensorpaar werden in der Sensorkor relationsspeichereinrichtung 106-107 in einer Korrelati onsspeichereinrichtung 105 gespeichert. Eine Abweichungs gradauswertungseinrichtung 108 ermittelt einen Abstand zwi schen einem von den vorliegenden Ausgabesignalen eines jeden Sensorpaars gebildeten Zustandsvektors und dem entsprechen den Quantifizierungsvektor, der die in den Normalzuständen eines jeden Paars von Sensoren 1 bis n erhaltene Korrelation darstellt, indem die in der Korrelationsspeichereinrichtung 105 gespeicherten Daten und die vom Eingabeorgan 101 bezoge nen vorliegenden Ausgabesignale eines jeden Sensorpaars ver glichen werden. Eine Untersuchungseinrichtung 109 beurteilt auf Grundlage der für jedes Sensorpaar und die entsprechen den vorliegenden Ausgabesignale erhaltenen Abstände, ob das vorliegende Ausgabesignal eines jeden Sensors normal ist.

Wenn eine Anomalität oder Abweichung erfaßt wird, gibt die Untersuchungseinrichtung 109 einen Sensor an, der den abwei chenden Wert anzeigt und zeigt die Nummer des Sensors oder dergleichen auf einer Anzeigeeinrichtung 110 an. Eine Pla nungseinrichtung 110 zur Planung von Gegenmaßnahmen gegen die Abweichung wird nach Bedarf aufgerufen und ein Ausga besignal der Planungseinrichtung 110 wird zum zu kontrol lierenden Objekt 120 geschickt.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der Quantifizie rungseinrichtung 104, die ein Quantifizierungsnetzwerk 301 und eine Quantifizierungsverarbeitungseinrichtung 302 ent hält. Es ist zwar im Quantifizierungsnetzwerk 301 ein Korre lationsnetzwerk für jedes Sensorpaar vorgesehen, und ein Beispiel für das Quantifizierungsnetzwerk für das Sensorpaar mit den Sensoren 1 und 2 ist in Fig. 3 dargestellt, doch können auch mehrere Paare von Sensoren ein Korrelationsnetz werk gemeinsam haben. Das Korrelationsnetzwerk umfaßt eine Eingabeschicht 303, die aus Eingabeneuronen 305, in die je weils ein erfaßtes Signal I1 vom Sensor 1 bzw. das erfaßte Signal I2 vom Sensor 2 eingegeben werden, und einem Schwell wertneuron 306 aufgebaut ist, das einen konstanten Wert (1 in Fig. 3) ausgibt, eine Quantifizierungsneuronenschicht 304, die aus einer Mehrzahl von Quantifizierungsneuronen 307 besteht, sowie Synapsen 308, die Signale zwischen der Ein gabeschicht 303 und der Quantifizierungsneuronenschicht 304 übertragen.

Aus Gleichung 1 erhaltene Ergebnisse O_j (j=1, . . . , N) werden von der Quantifizierungsneuronenschicht 304 an die Qantifi zierungsverarbeitungseinrichtung 302 ausgegeben, wobei W_ÿ gepaarte Gewichtungen der mit jedem Quantifizierungsneuron 307 verbundenen Synapsen 308 sind:

Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm der von der Quantifizierungs verarbeitungseinrichtung durchgeführten Verarbeitung. Im Schritt S4-0 werden die Gewichtungswerte W_ÿ der Synapsen 308 initialisiert, indem ihnen im Intervall der möglichen Ausgabewerte der Sensoren zufällig verteilte Werte zugewie sen werden.

Dies kann geschehen, indem die Mittelwerte a_i von bekannten Meßdaten, z. B. den in der Betriebsdatenspeichereinrichtung gespeicherten Zeitreihendaten I_ik, k = 1, . . . , m für die be treffenden Sensoren gebildet werden, und die Anfangswerte der Gewichtungen W_ÿ aus diesen durch Addition kleiner zufällig um Null verteilter Werte Δ_ÿ bestimmt werden:

Im Schritt S4-1 werden zu jedem Sensorpaar die entsprechen den Daten aus der Betriebsdatenspeichereinrichtung 102 aus gewählt. Wenn eine Korrelation zwischen den Betriebsdaten der Sensoren 1 und 2 bestimmt wird, werden Datenpaare (0,1584, 0,2681) aus dem ersten Satz von Zeitreihendaten, (0,0369, 0,03281) aus dem zweiten Satz von Zeitreihendaten usw. wie in Fig. 2 gezeigt ausgewählt und in dieser Rei henfolge in das Korrelationsnetzwerk eingegeben. Im Schritt S4-2 werden Ausgabewerte O₁-O_N durch Anwendung von Glei chung 1 auf jedes Quantifizierungsneuron 307 erhalten. Im Schritt S4-3 wird das Quantifizierungsneuron mit dem größten Ausgabewert unter den Werten O₁-O_N ausgesucht. Wenn der Ausgabewert O_j der maximale Wert ist, wird das dem Neuron j entsprechende Gewichtungspaar (W_1j, W_3j) erneuert. Das Kor relationsnetzwerk lernt, indem die Gewichtungspaare (W_1j, W_2j) der den Eingabeneuronen entsprechenden Synapsen anhand von Gleichung 2 und die Gewichtungen W_3j der dem Schwell wertneuron 306 entsprechenden Synapse anhand von Gleichung 3 erneuert werden,

wobei α eine Konstante ist. Wesentlich ist bei dem Verfahren zur Erneuerung der Gewichtung der Synapsen, daß die Korrela tion zwischen den Vektoren (W_1j, W_2j) und (I₁, I₂) erhöht wird, und eine solche Erneuerung kann auch mit anderen als dem auf den Gleichungen (2) und (3) basierenden Verfahren durchgeführt werden.

Im Schritt S4-5 wird das Verfahren beendet, wenn die vorge gebene Anzahl von Wiederholungen der Prozeduren von Schritt S4-1 bis S4-4 durchgeführt worden ist oder alle Gewichtungs erneuerungsbeträge der Synapsen den vorgegebenen Wert für ein aus der Betriebsdatenspeichereinrichtung 102 hereinge nommenes Datenpaar unterschreiten. Wenn der Prozeß nicht beendet ist, kehrt er zurück zum Schritt S4-1, und die oben genannten Prozeduren werden unter Verwendung des nachfolgen den Datenpaares wiederholt. Nach Beendigung des Prozesses werden m Paare von Sensordaten durch N Paare von Synapsen gewichtungen für die Quantifizierungsneuronen dargestellt.

Zwar werden bei der Quantifizierungseinrichtung 104 dieser Ausgestaltung in der Prozeßdatenspeichereinrichtung 102 ge speicherte Daten verwendet, doch können auch von den Senso ren ausgegebene Signale verwendet werden, indem die Signale in Echtzeit nacheinander bearbeitet werden.

In Fig. 5 ist der Aufbau der Korrelationsspeichereinrichtung 105 gezeigt. Die Korrelationsspeichereinrichtung 105 spei chert die Verarbeitungsergebnisse der Quantifizierungsverar beitungseinrichtung 302. In der Sensorkorrelationsspeicher einrichtung 106 der Fig. 5 ist die Korrelation zwischen den Ausgabesignalen der Sensoren 1 und 2 in Form von Quantifi zierungsvektoren (einem Satz von Synapsengewichtungspaaren (W_1j, W_2j), j = 1, . . . , N) gespeichert. Die Sensorkorrela tionsspeichereinrichtung 107 speichert die Korrelation zwi schen den Ausgabesignalen der Sensoren n und n-1 in Form von Quantifizierungsvektoren, die durch einen Satz von Synapsen gewichtungspaaren (V_1j, V_2j) dargestellt werden. Obwohl in dieser Ausgestaltung die Sensorkorrelationsspeichereinrich tungen 106, 107 für alle Paare von Sensoren der Ausgestal tung vorbereitet sind, kann die Sensorkorrelationsspeicher einrichtung ausgeschlossen sein für ein Sensorpaar, dessen Ausgabesignale offenbar nicht miteinander korreliert sind.

Anschließend kann beurteilt werden, daß jeder Sensor ein normales Signal ausgibt, wenn beim Abbilden des Zustands vektors, den ein jedes Paar vorliegender Ausgangssignale darstellt, auf einen entsprechend dem Sensorpaar vorbereite ten Vektorraum der Sensorkorrelationsspeichereinrichtung dieser Zustandsvektor in der Nähe eines der Quantifizie rungsvektoren gefunden wird.

In Fig. 6 ist ein Flußdiagramm des Prozesses zum Auswerten eines Abweichungsgrads für jedes Sensorpaar gezeigt. Der Ab weichungsgrad wird aus den Ergebnissen einer wechselseitigen Untersuchung, im Fall des Paars mit den Sensoren 1 und 2 über den normalen Betrieb des Sensors 2, der vom Sensor 1 aus untersucht wird, und des normalen Betriebs des Sensors 1, der vom Sensor 2 aus untersucht wird, erhalten. Der Pro zeß zur Bestimmung des Abweichungsgrads wird nachfolgend erläutert.

Im Schritt S6-1 werden die vorliegenden Ausgangssignale von den Sensoren 1 bis n über das Eingabeorgan 101 aufgenommen. Im Schritt S6-2 werden die Ausgangssignale eines jeden Sen sorpaars als Zustandsvektor auf einen zu diesem Sensorpaar vorbereiteten Vektorraum der Sensorkorrelationsspeicherein richtung abgebildet. Im Fall des Sensorpaars 1, 2 wird der Zustandsvektor der vorliegenden Ausgangssignale auf den Vektorraum der Sensorkorrelationsspeichereinrichtung 106 abgebildet. Im Schritt S6-3 wird für jeden auf den Vektor raum einer Sensorkorrelationsspeichereinrichtung abgebil deten Zustandsvektor der nächstliegende Quantifizierungs vektor gesucht. Im Schritt S6-4 wird der Abweichungsgrad eines jeden Sensorpaars auf Grundlage des Abstands zwischen dem abgebildeten Zustandsvektor der vorliegenden Ausgabe signale und dem entsprechend ermittelten, dem abgebildeten Zustandsvektor der vorliegenden Ausgabesignale nächstlie genden Quantifizierungsvektor ausgewertet.

Der Abweichungsgrad wird wie folgt ermittelt. Es seien (X, Y) die Koordinaten des abgebildeten Zustandsvektors der vorliegenden Ausgabesignale und (W_x, W_y) die des dem ab gebildeten Zustandsvektor nächstliegenden Quantifizierungs vektors. Dann wird der Abweichungsgrad U erhalten durch Gleichung 4.

U = f[(X-W_x)²+(Y-W_y)²-β²] (4),
wobei f(X) = X (X 0), f(X) = 0 (X < 0).

Dabei ist β ein Abstandswert, und der Abweichungsgrad U ist 0 und die Ausgabesignale werden als normal beurteilt, wenn der Punkt (X, Y) im Bereich um den Punkt (W_x, W_y) liegt. Wenn der Punkt (X, Y) außerhalb des Bereichs (W_X, W_Y) liegt, hat der Abweichungsgrad U einen Wert, der dem Abstand zwi schen dem Punkt (X, Y) und dem Bereich (W_x, W_y) proportional ist.

Im Schritt S6-5 wird der Prozeß beendet, wenn die Abwei chungsgrade für alle Sensorpaare bestimmt sind, deren Korre lationen in der Sensorkorrelationsspeichereinrichtung ge speichert sind. Wenn der Prozeß nicht beendet ist, werden die Prozeduren von Schritt S6-2 bis Schritt S6-4 wiederholt. Durch den oben beschriebenen Prozeß wird der Abweichungsgrad für jedes Sensorpaar als Wert von U quantifiziert.

Fig. 7 zeigt den Aufbau der Untersuchungseinrichtung 109 mit einem Untersuchungsnetzwerk 601 und einer Untersuchungsver arbeitungseinrichtung 602, die anomale oder gestörte Senso ren anhand der für die Sensorpaare erhaltenen Abweichungs grade bestimmt. Das Untersuchungsnetzwerk 601 ist aufgebaut aus Einheiten 603, die den Sensoren entsprechen, und Synap sen 604, die die Einheiten miteinander verbinden. Die Zu verlässigkeit R_i (i = 1, . . . , n) jeder einzelnen Einheit zeigt die Zuverlässigkeit jedes einzelnen Sensors an. Es wird eine Zuverlässigkeit R_i von 1 ausgegeben, wenn der Sensor normal ist, und eine Zuverlässigkeit R_i von 0 wird ausgegeben, wenn der Sensor beschädigt ist.

Die den Synapsen 604 des Untersuchungsnetzwerks zugewiesenen Synapsengewichtungen ω werden aus den den Sensorpaaren i, j entsprechenden Abweichungsgraden U anhand von Gleichung 5 erhalten.

ω = g (1 - γU) (5),

wobei g(X) = X für X 1 und g(X) = -1 für X < -1 und γ eine Konstante ist, deren Wert aus der Erfahrung festgelegt wird und z. B. gleich 1 sein kann.

In Gleichung 5 hat die Synapsengewichtung ω_ÿ den Wert 1, wenn die Sensoren i und j sich gegenseitig als normal erken nen. Die Synapsengewichtung ω_ÿ nimmt mit zunehmenden Abwei chungsgrad U ab und erreicht den Sättigungswert -1, wenn ein vorgegebener Wert überschritten wird.

Wenn in Fig. 7 eine Einheit mit einer anderen Einheit durch Synapsen verbunden ist, so ist das entsprechende Sensorpaar korreliert. Wenn für ein bestimmtes Paar von Einheiten keine Synapsen vorhanden sind, bedeutet dies, daß das entsprechen de Sensorpaar nicht korreliert ist.

Fig. 8 zeigt in einem Flußdiagramm den von der Untersu chungsverarbeitungseinrichtung 602 der Untersuchungseinrich tung 109 durchgeführten Prozeß.

Im Schritt S8-1 wird der von der Abweichungsgradauswertungs einrichtung 108 erhaltene Abweichungsgrad U für jedes Sen sorpaar aufgenommen und die Synapsengewichtung ω_ÿ des Un tersuchungsnetzwerks nach Gleichung 5 berechnet.

In Schritt S8-2 wird jeder Einheit ein Anfangswert für die Zuverlässigkeit R_i der Einheit zugewiesen. Da die Anfangs zustände der Sensoren als normal angesehen werden können, wird der Zuverlässigkeit R_i(i=1, . . . , n) der Wert 1 zuge wiesen. Bei einer anderen Art der Initialisierung kann den Einheiten der Wert 1 oder 0 zufällig zugewiesen werden.

Im Schritt S8-3 wird die Zuverlässigkeit R_ider Einheit 603 erneuert unter Verringerung der aus Gleichung (6) erhaltenen "Energie". Zunächst wird eine veränderte Energie erhalten, indem der Wert einer aus den Einheiten 603 ausgewählten Ein heit invertiert wird (von 1 auf 0 oder von 0 auf 1 verändert wird). Wenn die veränderte Energie kleiner als die vorherige Energie ist, wird der invertierte Wert der Zuverlässigkeit R_i der ausgewählten Einheit beibehalten. Andernfalls wird der invertierte Wert der Zuverlässigkeit der ausgewählten Einheit auf den vorherigen Wert zurückgesetzt, da die Inver tierung des Zuverlässigkeitswerts nicht effektiv ist.

wobei ω*_ÿ = ω_ÿ + ω_ji, ω_ii = 0 (i = 1, . . ., n).

Wenn die Energie des Untersuchungsnetzwerks 601 konvergiert, ist in Schritt S8-4 der Prozeß beendet. Die Konvergenz des Untersuchungsnetzwerks wird im allgemeinen festgestellt, in dem ermittelt wird, ob nicht die Energie des Netzwerks durch Invertieren des Zuverlässigkeitswerts R_ieiner der Einheiten 603 weiter verringert werden kann. Bei einem anderen Verfah ren zur Feststellung der Konvergenz wird der Prozeß beendet, wenn die Wiederholungszahl der Konvergenzprozeduren eine vorgegebene Zahl erreicht. Wenn festgestellt wird, daß das Untersuchungsnetzwerk 601 nicht konvergiert hat, wird der Schritt S8-3 wiederholt.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren zur Erneuerung der Zuverlässigkeit R_i auf Grundlage von Gleichung (6) kann ein Erneuerungsverfahren eingesetzt werden, bei dem die Vorzei chenänderung des nach Gleichung (7) berechneten Werts von E′ (i) untersucht wird. Das heißt, wenn das Vorzeichen des für eine ausgewählte Einheit i berechneten Werts von E′ (i) positiv ist, wird die Zuverlässigkeit R_izu 1 gesetzt (die Einheit ist normal), und wenn das Vorzeichen des berechneten Werts von E′ (i) negativ ist, wird die Zuverlässigkeit R_i zu 0 gesetzt. Wenn der berechnete Wert von E′ (i) gleich 0 ist, wird die derzeitige Zuverlässigkeit R_i beibehalten.

Die durch den in Fig. 8 dargestellten Prozeß enthaltenen Un tersuchungsergebnisse werden einem Benutzer durch die Anzei geeinrichtung 112 angezeigt. Anzuzeigende Inhalte sind Mel dungen beim Auftreten von Sensorstörungen und dergleichen, und die Nummern gestörter Sensoren usw., wenn die Anzeige einrichtung eine Schirmanzeigeeinrichtung ist. Wenn die An zeigeeinrichtung ein Warnlampenanzeigesystem ist, werden die Lampen eingeschaltet, die gestörten Sensoren entsprechen.

Wenn Störungen von manchen Sensoren festgestellt werden, wird die Planungseinrichtung 110 für Gegenmaßnahmen gegen Störungen aufgerufen, und eine Gegenmaßnahme gegen die Sensorstörung wird durchgeführt. Als Gegenmaßnahme gegen die Sensorstörung werden die Operationen der mit dem gestörten Sensor zusammenhängenden Komponente angehalten, oder Steuer verfahren anhand vorgegebener Kontingenzprozeduren, bei de nen die vom gestörten Sensor ausgegebenen Signale vernach lässigt werden, werden ermittelt und an das zu kontrollie rende Objekt 120 über das Ausgabeorgan 112 ausgegeben.

Zwar ist bei dieser Ausgestaltung die Zuverlässigkeit R_i als 1 oder 0 definiert und die Zuverlässigkeit jedes einzelnen Sensors als entweder normal oder gestört vorgegeben, doch können der Sensor mit der höchsten Zuverlässigkeit oder ein Sensor mit einer hohen Ausfallwahrscheinlichkeit durch ein Verfahren spezifiziert werden, bei dem die Zuverlässigkeit R_ials kontinuierlicher Wert zwischen 0 und 1 bestimmt wird. Bei diesem Verfahren wird die Zuverlässigkeit R_i mit minima ler Energie E erhalten durch Maßnahmen wie das Addieren oder Subtrahieren eines kleinen, bestimmten Betrags zu der oder von der Energie E.

Bei dieser Ausgestaltung arbeitet die Störungsuntersuchungs vorrichtung 100 im wesentlichen nach dem ersten Betriebsmo dus der Verarbeitung der Ausgangssignale der Sensoren, bis die Korrelationsspeichereinrichtung 105 eingerichtet ist, und nach dem zweiten Betriebsmodus der Untersuchung der Sen soren und Planung von Gegenmaßnahmen gegen Sensorstörungen anhand der Verarbeitungsergebnisse in der Korrelationsspei chereinrichtung 105. Bei einer anderen Ausgestaltung wird der erste Betriebsmodus von einer anderen Vorrichtung aus geführt, und die Störungsuntersuchungsvorrichtung 100 emp fängt die Verarbeitungsergebnisse in der Korrelationsspei chereinrichtung 105 und führt den zweiten Betriebsmodus aus.

Zwar berücksichtigt diese Ausgestaltung nur die Ausgabesi gnale der Sensoren als Eingabedaten, doch können als Ein gabedaten auch abgeschätzte Zustandsdaten verwendet werden, wenn ein Sensor in einer rückgekoppelten Regelschleife ent halten ist und die Störung des Sensors nicht klar und unab hängig beobachtet werden kann. Außerdem ist es auch möglich, eine Gruppe von mehr als drei Ausgabesignalen als Eingabe daten für die Quantifizierungseinrichtung 104 zu verwenden, indem in der Korrelationsspeichereinrichtung 105 und der Ab weichungsgradauswertungseinrichtung 108 ein vieldimensionaler Prozeß ausgeführt wird.

In Fig. 9 ist eine andere Ausgestaltung gezeigt, in der ein zu untersuchendes Objekt ein aus einer Mehrzahl von Unter systemen bestehendes Gesamtsystem ist. Ein gestörtes Unter system wird anhand des oben beschriebenen Untersuchungs verfahrens ermittelt, wobei die von den Untersystemen 901 bis 904 an das Eingabeorgan 101 ausgegebenen Signale verwen det werden und die Untersuchungsergebnisse jeweils über das Ausgabeorgan an die Untersysteme 901 bis 904 zurückgeschickt werden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die Stö rungsuntersuchungsvorrichtung eine Modusumschalteinrichtung 1001 mit einem Schalter 1002 aufweist, zum Umschalten vom ersten Betriebsmodus, in dem die Ausgabesignale der Sensoren verarbeitet werden, bis die Korrelationsspeichereinrichtung 105 eingerichtet ist, in den zweiten Betriebsmodus, in dem die Sensoren untersucht und Gegenmaßnahmen gegen Sensor störungen unter Verwendung der Bearbeitungsergebnisse in der Korrelationsspeichereinrichtung 105 geplant werden, wobei die Schalteinrichtung an der Ausgabeseite des Eingabeorgans 101 eingebaut ist. Der Schaltzeitpunkt kann von außerhalb der Vorrichtung vorgegeben werden. Zum Beispiel kann sinn voll vom ersten in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet werden, nachdem die Korrelationsspeichereinrichtung 105 mit hoher Genauigkeit eingerichtet worden ist.

Durch die vorliegende Erfindung können latente Korrelationen zwischen Sensoren effizient ermittelt und die Zuverlässig keit jedes einzelnen Sensors durch vollständige Ausnutzung der Korrelationen ausgewertet werden. Alterungsbedingt ge störte Ausgabesignale können erkannt und die Zuverlässigkeit eines Kontrollsystems dadurch verbessert werden. Die vor liegende Erfindung ist effektiv, wenn die Überprüfung oder der Austausch der beschädigten Sensoren schwierig ist, ins besondere bei Sensoren, wie sie zum Messen der internen Zu stände eines Schmelzofens benutzt werden.

Claims

1. Störungsuntersuchungsvorrichtung (100) mit:
einer Speichereinrichtung (102) zum Speichern von von einer Mehrzahl an einem zu kontrollierenden Objekt (120) vorgesehener Sensoren (121-124) ausgegebener Betriebssi gnale;
einer Quantifizierungseinrichtung (104) zum Bilden einer Gruppe von Quantifizierungsvektoren, die Korrelationen zwischen den Betriebssignalen einer jeden vorgegebenen Gruppe von Sensoren (121-124) darstellen, anhand der in der Speichereinrichtung (102) gespeicherten Betriebssi gnale;
eine Korrelationsspeichereinrichtung (105) zum Speichern der zu jeder Gruppe von Sensoren (121-124) gehörenden Gruppe von Quantifizierungsvektoren; und
einer Abweichungsgradauswertungseinrichtung (108) zum Bestimmen eines Abweichungsgrades einer jeden Gruppe von Sensoren (121-124) durch Vergleichen vorliegender Be triebssignale von jeder Gruppe dieser Sensoren mit der dieser Gruppe von Sensoren (121-124) entsprechenden Gruppe von Quantifizierungsvektoren.

2. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Untersuchungseinrichtung (109) zum Untersuchen einer Zuverlässigkeit jedes einzelnen Sensors (121-124) auf Grundlage der von der Abweichungsgradauswertungs einrichtung (108) erhaltenen Abweichungsgrade.

3. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner mit einer Gegenmaßnahmeplanungseinrichtung (110) zum Kontrollieren des zu kontrollierenden Objekts (120) anhand von von der Untersuchungseinrichtung (109) be stimmten Untersuchungsergebnissen.

4. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der jede Gruppe von Sensoren aus einem Paar von Sensoren besteht.

5. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprü che 1, 2, 3 oder 4, bei der die Quantifizierungseinrich tung (104) wenigstens ein Paar bestehend aus einem Kor relationsnetzwerk und einer Quantifizierungsverarbei tungseinrichtung (302) umfaßt, wobei das Korrelations netzwerk eine Eingabeschicht (303), in die Betriebssi gnale von jeder Gruppe der Sensoren und ein konstanter Wert eingegeben werden, und eine Quantifizierungsneuro nenschicht (304), die aus einer Mehrzahl von Quantifi zierungsneuronen (307) besteht, aufweist, wobei jeweils ein Quantifizierungsneuron einem Vektor aus der Gruppe der Quantifizierungsvektoren entspricht, und die Quanti fizierungsverarbeitungseinrichtung (302) die Gewichtun gen von Synapsen (308) erneuert, die Neuronen (305, 306) der Eingabeschicht und Neuronen (307) der Quantifizie rungsneuronenschicht (304) miteinander verbinden.

6. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprü che 1, 2, 3 oder 4, bei der die Abweichungsgradauswer tungseinrichtung (108) jeden Abweichungsgrad auf Grund lage eines Abstands zwischen einem aus den vorliegenden Betriebssignalen von jeder Gruppe von Sensoren (121-124) gebildeten Zustandsvektor und einem Vektor aus der jeder Gruppe von Sensoren zugeordneten Gruppe von Quantifi zierungsvektoren bestimmt.

7. Störungsuntersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprü che 2, 3 oder 4, bei der die Untersuchungseinrichtung (109) ein Untersuchungsnetzwerk (601) enthält, das den Sensoren entsprechende Einheiten (603) und die Einheiten (603) miteinander verbindende Synapsen (604) umfaßt, wo bei die Gewichtungen der Synapsen (604) aus den von der Abweichungsgradauswertungseinrichtung (108) berechneten Abweichungsgraden erhalten werden, und die die Zuverläs sigkeit jedes einzelnen der Sensoren (121-124) bestimmt.

8. Störungsuntersuchungsverfahren mit den Schritten:
Bilden von Gruppen mit einer vorgegebenen Anzahl von Sensoren aus einer Mehrzahl von an einem zu kontrollie renden Objekt (120) vorgesehenen Sensoren (121-124);
Eingeben von von jeder einzelnen Gruppe von Sensoren ausgegebenen Betriebssignalen in ein Quantifizierungs netzwerk (104), um Korrelationen zwischen den Betriebs signalen jeder Gruppe von Sensoren zu gewinnen und das Quantifizierungsnetzwerk (104) zum Lernen der Charakte ristika dieser Korrelationen zu veranlassen;
Bilden einer Gruppe von Quantifizierungsvektoren, die die Korrelationen zwischen den Betriebssignalen aus jeder Gruppe von Sensoren darstellen, für jede einzelne Gruppe von Sensoren, unter Verwendung des Quantifizie rungsnetzwerks; und
Bestimmen eines Abweichungsgrades jeder einzelnen Gruppe von Sensoren durch Vergleichen eines Satzes vorliegender Betriebssignale jeder einzelnen Gruppe von Sensoren mit einem Vektor aus der jeder Gruppe dieser Sensoren ent sprechenden Gruppe von Quantifizierungsvektoren.

9. Störungsuntersuchungsverfahren nach Anspruch 8, mit den weiteren Schritten:
Eingeben der Abweichungsgrade in ein Untersuchungsnetz werk (601), das den Sensoren entsprechende Einheiten (603) und die Einheiten miteinander verbindende Synapsen (604) umfaßt, wobei die Gewichtungen der Synapsen aus den Abweichungsgraden gewonnen werden; und
Bestimmen gestörter Sensoren unter diesen Sensoren durch Minimieren einer Gesamtenergie des Untersuchungsnetz werks.

10. Störungsuntersuchungsverfahren nach Anspruch 9, bei dem jede Gruppe von Sensoren aus einem Paar von Sensoren be steht.

11. Störungsuntersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, bei dem für den Schritt des Bildens der Gruppe von Quantifizierungsvektoren wenigstens ein Paar bestehend aus einem Korrelationsnetzwerk und einer Quan tifizierungsverarbeitungseinrichtung (302) eingesetzt wird, wobei die Korrelationsnetzwerke eine Eingabe schicht (303), in die Betriebssignale von jeder Gruppe der Sensoren und ein konstanter Wert eingegeben werden und eine aus einer Mehrzahl von Quantifizierungsneuronen (307) bestehende Quantifizierungsneuronenschicht (304) haben, wobei jedes Quantifizierungsneuron einem Vektor aus der Gruppe der Quantifizierungsvektoren entspricht und die Quantifizierungsverarbeitungseinrichtung Gewich tungen von Synapsen (308) erneuert, die Neuronen (305, 306) der Eingabeschicht und Neuronen (307) der Quantifi zierungsneuronenschicht (304) miteinander verbinden.

12. Störungsuntersuchungsverfahren nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, bei dem im Schritt des Bestimmens des Ab weichungsgrads jeder Abweichungsgrad auf Grundlage eines Abstands zwischen einem aus den vorliegenden Betriebssi gnalen jeder Gruppe von Sensoren gebildeten Zustandsvek tors und einem Vektor aus der jeder Gruppe von Sensoren entsprechenden Gruppe von Quantifizierungsvektoren be stimmt wird.