KR100299811B1 - 플랜트용진단장치 - Google Patents

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KR100299811B1
KR100299811B1 KR1019950701748A KR19950701748A KR100299811B1 KR 100299811 B1 KR100299811 B1 KR 100299811B1 KR 1019950701748 A KR1019950701748 A KR 1019950701748A KR 19950701748 A KR19950701748 A KR 19950701748A KR 100299811 B1 KR100299811 B1 KR 100299811B1
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안토니 그리피츠
헬무트 뮐러
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

플랜트용, 특히 발전소, 예컨대 증기터빈 발전소의 터빈세트용 진단장치는 소수의 상호 작용하는 플랜트 부품(2,4,6)에 할당된 측정값 검출 유니트(14)를 포함하며, 상기 측정값 검출 유니트는 플랜트에 관한 측정값(MW)의 전송을 위한 데이터 버스(16)에 연결되어 있다. 광범위한 측정값 검출로부터 높은 작동 신뢰도 및 높은 플랜트 이용가능성을 얻기 위해, 본 발명에 따라 데이터 버스에 연결되어 측정값(MW)을 취득하고 전달하기 위한 커플링 유니트(18), 측정값(MW)을 분배하기 위한 관리 유니트(24), 측정값(MD)의 내용에 의존하는 처리를 위한 소수의 분석 모듈(a1)...(an), 로부터 나온 특성값(KG)을 저장하기 위한 메모리 유니트(34), 및 메모리 유니트(34)로부터 특성값(KG)을 탭하기 위한 소수의 모듈사양의 조작 유니트(b1)...(bn)가 제공된다.

Description

[발명의 명칭]
플랜트용 진단장치
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 온라인 측정값 검출 및 측정값의 제어 및 처리를 위한 유니트를 포함하는 플랜트용, 특히 발전소, 예컨대 증기터빈 발전소의 터빈세트용 진단장치로서, 온-라인 측정값검출 및 측정값의 제어 및 처리를 위한 유니트가 소수의 상호작용하는 플랜트 부품에 할당되고, 인터페이스를 통해 플랜트에 관한 측정값의 전송을 위한 데이터 버스에 연결되는 방식으로 구성된, 진단장치에 관한 것이다.
발전소에서 모니터링장치는 플랜트 프로세스의 실제적인 작동상태를 검출하고 설정상태와의 편차를 알린다. 이것을 위해, 플랜트 부품의 작동값의 광범위한 측정데이터 검출이 필요하다. 증기터빈 플랜트에서 기능그룹으로서 터빈세트의 부품 및 보조 시스템은 샤프트를 통해 이것에 커플링된 제너레이터 및 응축기이다. 신호 또는 데이터 교환은 통상적으로 플랜트 부품에 공통인 제어시스템내의 버스시스템을 통해 이루어지며, 제어시스템에 의해 플랜트 프로세스가 반자동 또는 전자동으로 제어되고 모니터링된다.
이러한 플랜트의 에너지 또는 작동 이용이 증가함에 따라 설비 이용가능성에 대한 요구가 커지고, 정비에 대한 매우 짧은 정지시간이 요구된다. 이로 인해 증가하는 모니터링장치의 복잡성은 제어의 견지에서, 특해 플랜트의 실제상태에 대한 광범위한 판단 및 적시의 에러 검출이라는 면에서 조작자에 의한 조작시 어려움을 가중시킨다. 유럽 특허 공개 제 0 242 609호에 공지된 바와 같이, 단계별로 구성된 제어시스템에서 자동화율 증가에 따라 측정값 검출에 의해 공급되는 데이터의 피라미드형으로 증가하는 정보 압축이 이루어진다 ; 그러나, 측정값의 판단은 조작자에게 맡겨진다. 게다가, 모니터링시스템의 복잡성이 커짐에 따라 그것의 고장율도 커진다.
유럽특허공개 제 0 364 151호에는 분배된 구성을 가진 진단시스템이 공지되어 있으나, 여기소도 측정값의 판단은 조작자에게 맡겨진다.
본 발명의 목적은 광범위한 측정값 검출로부터 높은 작동 신뢰도 및 플랜트 이용가능성이 얻어질 수 있도록 구성된 발전소용, 특히 증기터빈 플랜트용 진단장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 데이터 버스에 연결되어 측정값을 취득하고 전달하기 위한 커플링 유니트, 측정값을 분배하기 위한 관리 유니트, 측정값의 내용에 의존하는 처리를 위한 소수의 분석 모듈, 분석 모듈 또는 각각의 분석 모듈로부터 나온 특성값을 저장하기 위한 메모리 유니트, 및 메모리 유니트로부터 특성데이터를 탭하기 위한 소수의모듈사양의 조작 유니트를 포함하는 진단장치에 의해 달성된다.
기능사양의 분석 모듈에서 측정값의 모듈사양의 분석에 의해 광범위한 측정값 검출로부터 플랜트상태에 대한 전체 정보가 유도된다. 이 경우, 바람직하게는 적합한 부품 및 플랜트 부품을 가진 터빈세트와 같은 증기터빈 플랜트의 기능그룹위에 구성된다. 그 결과, 기존의 발전소 제어시스템내에 있는 측정값 검출 및 데이터 전송 시스템이 시스템 프레임으로서 있을 수 있고, 이것은 단지 분석 모듈 및 이것에 할당된 사용자 표면상의 조작 유니트만큼만 그리고 경우에 따라 부가의 모듈사양의 측정값 검출 유니트만큼만 확장된다.
시스템 프레임에 대한 매칭을 위해, 진단장치의 바람직한 실시예에서는 데이터 버스에 매칭된 커플링 유니트가 제공된다. 그러면, 커플링 유니트를 통해 측정값이 취득되고 관리 유니트로 전달된다.
각각의 분석 모듈에서 미리 주어진 알고리즘에 따라 기능사양의 측정값이 다음과 같은 방식으로 분석된다. 즉 설정값-실제값 비교가 이루어지고, 측정값이 한계치에 대해 체크되며 및/또는 측정값이 수학적으로 산출되는 방식으로 분석된다. 이 경우, 유도된 새로운 특성데이터 또는 특성값-경우에 따라 새로운 치수를 가진-이 출력된다. 예컨대, 터빈세트에 할당된 분석 모듈에서 상기 모듈내에서 처리된 측정값으로부터 효율이 검출되고, 상기 효율은 특성값 및 동시에 진단으로서 메모리 유니트에 저장된다. 진단정보의 유도를 위해 이미 준비된 측정값에 부가해서 또다른 측정값이 필요하면, 이 측정값은 관리 유니트를 통해 취득될 수 있다. 따라서, 관리 유니트는 텔레그램 분배기에 부가해서 측정값 검출 유니트와의 통신 제어를 위한, 예컨대 개별 측정값 또는 측정값 패킷을 취득하기 위한, ACK 컬렉터를 포함한다.
각각의 분석 모듈은 바람직하게는 독립적이다. 분석 모듈의 독립성은 그것에서 이용될 수 있는 측정값에 의해 가능한 분석 및 진단을 가급적 자체적으로 수행하기 때문에, 어떤 의미에서 독립적으로 기능한다는 것을 의미한다. 따라서, 다른 기능사양의 분석 모듈과의 관계 또는 의존이 이루어지지 않는다. 또한, 각각의 분석 모듈은 메모리 유니트의 중간 접속에 의해 그것에 할당된 모듈사양의 조작 유니트로부터 디커플링된다. 따라서, 조작유니트를 통해 특성값이 분석 모듈로부터 직접 호출되지 않고, 메모리 유니트에 대한 액세스에 의해서만 호출될 수 있다. 각각의 분석 모듈은 메모리 유니트에 의해 상기 분석 모듈에 할당된 조작 유니트로부터 디커플링된다. 상기 메모리 유니트는 바람직하게는 실제의 특성값을 아카이빙하기 위한 데이터 뱅크 및 단시간의 일시저장을 위한 일시적 링 메모리로 이루어진다.
조작 유니트로부터 분석 모듈의 디커플링에 의해 바람직하게는 나머지 유니트, 즉 커플링 유니트, 관리 유니트 및 메모리 유니트가 통상적으로 존재하는 발전소 플랜트의 프로세스 제어시스템의 기존 시스템 프레임내에 통합될 수 있다. 이로 인해, 특히 간단한 방식으로 진단장치의 자유로운 구성가능성이 주어지며, 진단의 깊이를 위해 부가의 분석 모듈 및 관련 조작 유니트만이 시스템 프레임내에 삽입된다.
진단장치의 모듈구성을 모순없이 수행하기 위해, 상기 진단을 위한 모듈커버링 오소리티(authority)가 제공된다. 상기 오시리티는 예컨대 다른 분석 모듈로부터 나온 결과가 필요하기 때문에 개별 분석 모듈을 수행할 수 없다. 따라서, 진단장치의 바람직한 개선예에서는 모듈커버링 소자, 소위 추론 소자가 지식 베이스의 평가를 위해 제공되며, 분석 모듈 또는 각각의 분석 모듈로부터 수식화된 값의 출력시 지식 베이스내에 저장된 규칙에 따라 진단 유도될 수 있다. 전문가 시스템의 방식에 따른 규칙이 지식 베이스내에 "어떤 조건일 때 어떤 결과"라는 일반적인 형태로 포함되기 때문에, 분석 모듈 내부에서 또는 각각의 분석 모듈 내부에서 특성값의 수식화가 품질의 값으로 또는 동사 개념으로 이루어진다. 예컨대, 일정한 절대값만큼 설정값의 초과를 나타내는 특성값은 수기화된 값 "값이 너무 크다"로 변환된다. 분석 모듈이 알고리즘으로 및/또는 지식베이스로 구현되는 지의 여부는 문제의 상태, 즉 문제 및 해결책이 정확하게 표현될 수 있는지 또는 경험에 기인하는지의 여부에 달려있다.
액션기능과 조작기능 사이의 분리를 위해, 바람직하게는 분석 모듈과 조작 유니트가 메모리 유니트를 통해 서로 디커플링된다.
본 발명에 의해 얻어지는 장점은 진단장치의 모듈구성과 연관된 지유로운 구성가능성으로 인해 진단장치가 간단한 방식으로 확장될 수 있고 그에 따라 진단이 깊이 있게 이루어질수 있다는 것이다. 또한, 시작되는 장애가 적시에 검출될 수 있고 발생한 장애의 원인이신속히 찾아질 수 있기 때문에, 조작자의 업무가 상당히 경감될 수 있다.
본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명하면 다음과 같다. 도면은 차례로 놓인 5개의 레벨로 배치된 유니트 및 부품을 가진 진단 장치의 기능 다이어그램을 나타낸다.
모니터링될 플랜트 프로세스(1)는 증기터빈(2), 제너레이터(4) 및 응축기(6)를 갖춘 증기터빈 플랜트의 터빈세트이다. 증기터빈(2)은 고압부(2a), 중간 압력부(2b) 및 저압부(2c)를 포함하며, 이것들은 공통의 샤프트(8)를 통해 제너레이터(4)를 구동시킨다. 터빈세트는 플랜트 프로세스 및 그것의 에지 조건을 이미지화하기 위한 다수의 상이한 측정부를 갖추고 있다. 플랜트의 작동동안, 즉 온-라인 동안 검출된 측정값은 측정값 검출 유니트(14)에서 제어되고 처리되어 적합한 인터페이스를 통해, 기존의 플랜트 프로세스 제어시스템의 구성부분인 데이터 버스(16)에 처리된 측정값으로 전달된다.
측정값을 동기로 검출하는 측정값 검출 유니트(14)는 플랜트 프로세스(1)에 필수적인 실시간 처리를 수행한다.
처리된 측정값(MW)은 데이터 버스(16)를 통해 직접 또는 필요에 따라 커플링 유니트(18)로 전달된다. 상기 커플링 유니트(18)는 측정값-시스템 전달을 위한 제1엘리먼트(18a) 및 시스템-측정값 전달을 위한 제2엘리먼트(18b)로 구성된다. 상기 측정값 전달은 지하게 표시된 화살표(19),(21) 및 반대 방향으로 표시된 화살표(20),(22)으로 도시되어 있고, 상기 화살표(19) 내지(22)는 시간지연된 데이터 전송 및 데이터 취득을 위한 데이터 버퍼를 나타낸다. 커플링 유니트(18)는 진단장치내에서 하나의 커플링 레벨을 형성한다.
커플링 유니트(18)는 화살표(21) 및 (22)으로 표시된 데이터 버퍼를 통해 관리 유니트(24)에 연결된다. 상기 관리 유니트(24)는 텔레그램 분배기(25) 및 ACK 컬렉터(26)로 이루어진다. 상기 관리 유니트(24)는 진단장치내에서 하나의 관리 레벨을 형성한다. 거기서, 측정값 검출 유니트(14)내에 특성이 제공된 측정값(MW)은 자유로이 구성가능한 소수의 분석 모듈(a1)...(an)로 분배되어 이것으로 전달된다. 자유로이 조절가능한 액션의 트리거를 위해, 관리 레벨의 또다른 기능으로서 시간 제어부(27)가 제공된다.
모듈사양의 특성이 제공된 측정값(MW)은 측정 데이터(MD)로서 텔레그램 분배기(25)로부터 통신채널(28)을 통해 대응하는 분석 모듈(al)...(an)로 전달된다. 이 경우 분석 모듈(al)...(an)은 재차 화살표(29)로 표시된 데이터 버퍼를 통해 통신채널(28)에 연결된다. 또한, 각각의 분석 모듈(an)은 ACK 컬렉터(26) 및 커플링 유니트(18)를 통해 부가의 측정값(MW)을 취득할 수 있다. 상기 ACK 컬렉터(26)는 통신채널(30) 및 화살표(31)로 표시된 데이터 버퍼를 통해 분석 모듈(al)...(an)에 연결된다. 이러한 방식의 시간에 의존하는 시스템 액티비티의 트리거는 시간 제어부(27)에 의해 이루어지며, 상기 시간 제어부(27)는 파선 화살표(27a),(27b)로 도시된 바와 같이, 트리거 신호를 분석 모듈(al)...(an)또는 관리 유니트(24)로 전달한다.
분석 모듈(al)...(an)은 알고리즘으로 구현되기 때문에 수학적으로 오리엔테이션된다. 개별 분석 모듈(al)...(an)에서 기능사양의 값이 분석되고, 특성값이 산출되며 설정값 실제값 비교가 이루어진다. 각각의 분석 모듈(al)...(an)은 그것에서 이용될 수 있는 측정 데이터(MD)로 인해 자체적으로 가능한 여러 가지 분석 및 진단을 수행하기 때문에 어떤 의미에서 독립적으로 기능한다. 분석 범위에서 진단장치의 모듈 구성과 연관된 장점을 이용하기 위해, 개별 분석 모듈(al)...(an)사이의 관계 또는 의존이 이루어지지 않는다.
기능사양의 및 플랜트 부분 오리엔테이션된 분석 모듈(al)...(an)에서, 측정 데이터(MD)가 모듈사양의 측정값으로 처리되어 유도된 특성데이터 또는 특성값으로서 전달된다.
숫자의 특성값(KG)은 경우에 따라 다른 치수를 가진 유도된 값이 다루어짐으로써 원래의 측정값(MW)과 구별된다. 예컨대, 분석 모듈(an)에서 연속적으로 또는 시간간격을 두고 검출된 측정값(MW)으로부터 미리 주어진 산출 근거로 열 역학적 데이터가 산출될 수 있다. 그것으로부터 유도된 특성값(KG)은 예컨대 효율 및 그것에 따라 중간 진단일 수 있다. 분석 모듈(al)...(an)은 진단장치내에서 하나의 액션 레벨을 형성한다.
유도된 특성값(KG)은 메모리 모듈(34)의 데이터 뱅크(32)에 저장되고 거기서 아카이빙된다. 데이터 뱅크(32)는 인터페이스(35),(36)를 통해 통신채널(37)에 연결되고, 상기 통신채널을 통해 모듈사양의 조작 유니트(b1)...(bn)을 이용해서 데이터 뱅크(32)에 저장된 일반적인 데이터 및 특수한 특성값(KG)의 단시간 일시저장에 사용되는 메모리 유니트(34)는 진단장치내에서 하나의 데이터 레벨을 형성하며, 분석 모듈(al)...(an)에 의해 형성된 액션 레벨의 디커플링 및 조작 유니트(bl)...(bn)에 의해 형성된 진단장치의 프레젠테이션 레벨의 디커플링에 사용된다.
데이터 레벨에 의한 액션 레벨 및 프레젠테이션 레벨의 디커플링은 진단장치의 자유로운 구성을 가능하게 한다. 이 경우 액션 레벨 및 프레젠테이션 레벨은 부가의 분석 모듈(an) 또는 부가의 모듈사양의 조작 유니트(bn)에 의해 간단한 방식으로 확장될 수 있다. 나머지 레벨의 즉, 커플링 레벨, 관리 레벨 및 데이터 레벨의 유니트(18),(24) 및 (34)은 단지 한번만 하나의 시스템 프레임내에 존재한다. 따라서, 확장을 위해 부가의 분석 모듈(an) 및 조작 모듈(bn)만이 상응하는 레벨로 삽입되면 된다.
진단장치의 모듈구성을 모순없이 수행하기 위해, 상기 진단을 위한 모듈커버링 오소리티가 제공된다. 오소리티는 다른 분석 모듈(al)...(an)로부터 나온 결과를 필요로 하기 때문에 개별 분석 모듈(an)을 수행할 수 없다. 그러나, 모듈 커버링진단이 모듈사양의 진단보다 훨씬 더 복잡하기 때문에, 모듈커버링 진단 과제의 해결을 위해 지식 베이스 시스템 또는 전문가 시스템이 제공된다. 이것을 위해 액션 레벨에 추론 소자(40)가 그리고 데이터 레벨에 지식 베이스(42)가 배치된다. 추론 소자(40) 및 지식 베이스(42)가 모듈사양으로 그리고 모듈커버링으로 사용될 수 있다.
추론 소자(40)는 채널(28) 및 (30)을 통해 분석 모듈(al)...(an) 또는 관리 유니트(24)에 그리고 채널시스템(37)을 통해 메모리 유니트(34)에 연결된다. 지식 베이스(42)는 채널시스템(37)을 통해 추론 소자(40), 데이터 뱅크(32) 및 조작 유니트(bl)...(bn)에 연결된다.
전문가 시스템이 일반적으로 동사로 기재된 사실을 처리하기 때문에 특성값이 먼저 동사로 또는 수식된 값(QG)으로 변환될 수 있다. 상기 수식화는 바람직하게는 분석 모듈(al)...(an)에서 이루어진다. 그러나, 수식화는 상세히 도시되지 않은 방식으로 모든 분석 모듈(al)...(an)에 공통인 모듈커버링 수식화 소자에서 이루어질 수 있다. 확실하지 않은 지식의 디스플레이 및 처리를 위해 순수한 네/아니오 스테이트먼트사이의 연속적인 중간값을 허용하는 퍼지 논리가 사용될 수 있다. 따라서, 지식 디스플레이 및 추론은 퍼지 논리를 이용한 처리로 설계될 수 있다. 지식 베이스(42) 및 추론 소자(40)로 형성된 전문가 시스템은 확실치 않은 지식의 처리 및 "보다 예리한" 즉 숫자의 값 또는 크기(kg)의 처리를 허용한다. 후자는 퍼지 논리에서 통상적인 언어의 변수, 즉 수식화된 크기(qg)로 변환된다.
예컨대 분석 모듈(an)에서 산출된 값 P(h2)=psoll-0.3 바아는 "제너레이터 하우징내의 수소압력이 설정값 보다 0.3 바아 아래 놓인다"는 사실을 나타내고, 동사의 스테이트먼트는 "제너레이터 하우징내의 수소 압력이 낮다"이다. 이러한 구체적인 적용에서 지식 베이스(42)의 평가는 논리적 결론의 형태로 지식의 처리를 제어하는 추론 소자(40)에 의해 이루어진다. 따라서, "제너레이터 하우징내의 수소 압력이 낮다"는 사실이 존재하면, 지식 베이스(42)에 있는 규칙 "제너레이터 하우징내의 수소 압력이 낮으면, 제너레이터 하우징이 밀폐되지 않은 것이다"의 평가에 의해 진단결과로서 "제너레이터 하우징이 밀폐되지 않음"이 유도된다. 이러한 진단 결과는 메모리 유니트(34)에 저장된다. 진단 결과는 예컨대 오프-라인 진단을 위해 데이터 뱅크(32)에 대한 액세스에 의해 제너레이터(4)의 기능에 할당된 조작 유니트(bn)을 통해, 또는 온-라인 진단을 위해 일지적인 링 메모리(38)를 통해 문의된다.
차례로 구성된 레벨로 형성된 진단장치에 의해 발전소의 작동 동안 광범위한 측정값 검출로부터 플랜트 프로세스(1)의 상태에 대한 전체 정보가 유도되므로, 장애가 적시에 검출되고 작동 상태의 개선을 위한 조치가 유도될 수 있다.
증기터빈 플랜트의 터빈세트의 각각의 기능 및 기능 그룹을 고려한 진단장치의 모듈 구성은 바람직하게는 플랜트사양의 과제에 매칭하는데 있어 큰 유연성을 가능하게 한다. 따라서, 진단장치가 간단한 방식으로 구성가능하며, 진단은 또다른 분석 모듈(al)...(an)의 삽입 및 상응하는 모듈사양의 조작 유니트(bl)...(bn)의 삽입에 의해 더욱 더 깊이 있어질 수 있다.

Claims (5)

  1. 온-라인 측정값 검출 및 측정값의 제어 및 처리를 위한 유니트(14)를 포함하는 플랜트용 진단장치로서, 상기 온-라인 측정값 검출 및 측정값의 제어 및 처리를 위한 유니트(14)가 소수의 상호 작용하는 플랜트 부품(2,4,6)에 할당되고, 인터페이스를 통해 플랜트에 관한 측정값(MW)의 전송을 위한 데이터 버스(16)에 연결되는 방식으로 구성된, 진단장치에 있어서,
    - 상기 데이터 버스(16)에 연결되어 상기 측정값(MW)을 취득하고 전달하기 위한 커플링 유니트(18),
    - 상기 측정값(MW)을 분배하기 위한 관리 유니트(24),
    - 측정 데이터(MD)의 내용에 따라 처리하여, 상기 측정 데이터 처리로부터 유도된 특성값을 출력하기 위한 소수의 분석 모듈(al)...(an),
    - 각각의 분석모듈(al)...(al)로부터 출력된 상기 특성값(KG)을 저장하기 위한 메모리 유니트(34), 및
    - 상기 메모리 유니트(34)로부터의 상기 특성값(KG)을 탭하기 위한 소수의 모듈사양의 조작 유니트(bl)...(bn)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랜트용 진단장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 관리 유니트(24)는 텔레그램 분배기(25) 및 ACK 컬렉터(26)를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랜트용 진단장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메모리 유니트(34)는 실제의 특성값(KG)을 아카이빙하기 위한 데이터 뱅크(32) 및 단시간의 일시 저장을 위한 링메모리(38)를 구비하는 것을 특징으로 하는 플랜트용 진단장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진단장치는 지식 베이스(42)의 평가를 위한 모듈커버링 추론 소자(40)를 포함하며, 상기 각각의 분석 모듈(al)...(an)로부터 수식화된 값(QG)의 출력시 상기 지식 베이스(42)에 저장된 규칙에 따라 진단 결과가 유도될 수 있는 것을 특징으로 하는 플랜트용 진단장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분석 모듈(al)...(an) 및 상기 조작 유니트(bl)...(bn)는 상기 메모리 유니트(34)를 통해 서로 디커플링 되는 것을 특징으로 하는 플랜트용 진단장치.
KR1019950701748A 1992-11-06 1993-10-25 플랜트용진단장치 KR100299811B1 (ko)

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