KR102560570B1 - Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same - Google Patents

Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102560570B1
KR102560570B1 KR1020180131165A KR20180131165A KR102560570B1 KR 102560570 B1 KR102560570 B1 KR 102560570B1 KR 1020180131165 A KR1020180131165 A KR 1020180131165A KR 20180131165 A KR20180131165 A KR 20180131165A KR 102560570 B1 KR102560570 B1 KR 102560570B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
oscillation
value
result
control loop
process control
Prior art date
Application number
KR1020180131165A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200048743A (en
Inventor
황성주
변승현
우주희
이우종
Original Assignee
한국전력공사
한국남동발전 주식회사
한국동서발전(주)
한국서부발전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전력공사, 한국남동발전 주식회사, 한국동서발전(주), 한국서부발전 주식회사 filed Critical 한국전력공사
Priority to KR1020180131165A priority Critical patent/KR102560570B1/en
Publication of KR20200048743A publication Critical patent/KR20200048743A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102560570B1 publication Critical patent/KR102560570B1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0224Process history based detection method, e.g. whereby history implies the availability of large amounts of data
    • G05B23/0227Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions
    • G05B23/0235Qualitative history assessment, whereby the type of data acted upon, e.g. waveforms, images or patterns, is not relevant, e.g. rule based assessment; if-then decisions based on a comparison with predetermined threshold or range, e.g. "classical methods", carried out during normal operation; threshold adaptation or choice; when or how to compare with the threshold
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0218Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults
    • G05B23/0256Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterised by the fault detection method dealing with either existing or incipient faults injecting test signals and analyzing monitored process response, e.g. injecting the test signal while interrupting the normal operation of the monitored system; superimposing the test signal onto a control signal during normal operation of the monitored system
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0275Fault isolation and identification, e.g. classify fault; estimate cause or root of failure

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법 및 이를 이용한 오실레이션 진단 장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법은, 플랜트 공정 제어루프를 통해 확인된 공정값 데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하는 단계; 상기 공정값 데이터에 대한 FFT 결과값에서 피크값을 추출하는 단계; 상기 추출된 피크값에서 크기에 대한 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계; 및 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 단계;를 포함한다.The present invention relates to a method for diagnosing oscillation of a plant process control loop and an oscillation diagnosis apparatus using the same. The method for diagnosing oscillation of a plant process control loop according to an embodiment of the present invention includes a process identified through the plant process control loop. performing FFT (Fast Fourier Transform) on the value data; extracting a peak value from an FFT result value for the process value data; Deriving a result of applying a first limit value for magnitude in the extracted peak value; and detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in the plant process control loop.

Description

플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법 및 이를 이용한 오실레이션 진단 장치{OSCILLATION DETECTION METHOD OF PLANT PROCESS CONTROL LOOP AND OSCILLATION DETECTION APPARATUS USING THE SAME}OSCILLATION DETECTION METHOD OF PLANT PROCESS CONTROL LOOP AND OSCILLATION DETECTION APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법 및 이를 이용한 오실레이션 진단 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션의 구분없이 자동으로 오실레이션 여부와 오실레이션 주기를 진단함으로써 시계열 공정데이터를 이용하여 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 발생을 감지 및 진단하기 위한, 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법 및 이를 이용한 오실레이션 진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for diagnosing oscillation in a plant process control loop and an oscillation diagnosis device using the same, and more particularly, to an oscillation diagnosis device that automatically detects oscillation regardless of single/multiple, stationary/non-stationary oscillation. The present invention relates to an oscillation diagnosis method of a plant process control loop and an oscillation diagnosis device using the same for detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in a plant process control loop using time-series process data by diagnosing the oscillation period and the oscillation period.

플랜트 공정 제어루프는 제어기의 과도한 튜닝, 현장 밸브의 고착(stiction) 현상, 외란 등에 의해 공정값에 오실레이션 현상이 발생할 수 있다. 도 1은 오실레이션 예시를 나타낸 도면이다.In the plant process control loop, process value oscillation may occur due to excessive tuning of controllers, stiction of on-site valves, disturbance, and the like. 1 is a diagram showing an example of oscillation.

플랜트 공정값의 오실레이션은 플랜트 안정성을 저하시키고 설비 운영 효율을 떨어지게 한다. 특히, 플랜트 공정 제어루프는 수십여 개 이상으로 서로 복잡하게 연결되어 있기 때문에, 어느 하나의 제어루프의 오실레이션이 관련된 다른 제어루프에도 영향을 미칠 수 있다. Oscillation of plant process values deteriorates plant stability and reduces facility operating efficiency. In particular, since dozens or more of plant process control loops are intricately connected to each other, oscillation of one control loop may affect other related control loops.

이처럼, 오실레이션 발생을 진단하는 것은 플랜트 공정 제어루프에 있어서 중요한 이슈가 되고 있다. 즉, 오실레이션 발생을 진단하는 것에 있어 관리자가 플랜트에 구현되어 있는 수많은 플랜트 공정 제어루프를 일일이 감시하는 것이 불가능하므로, 자동으로 오실레이션을 진단하는 방식이 필요하다.As such, diagnosing the occurrence of oscillation has become an important issue in plant process control loops. That is, in diagnosing occurrence of oscillation, since it is impossible for a manager to individually monitor numerous plant process control loops implemented in a plant, a method for automatically diagnosing oscillation is required.

또한, 오실레이션은 단일/다중, 스테이셔너리(stationary)/논-스테이셔너리(non-stationary) 형태로 다양하게 나타날 수 있다. 즉, 오실레이션 발생을 진단하는 것은 다양한 종류의 오실레이션을 감시 진단할 수 있어야 한다. In addition, oscillations may appear in various forms such as single/multiple, stationary/non-stationary. That is, to diagnose the occurrence of oscillation, it is necessary to be able to monitor and diagnose various types of oscillation.

여기서, 스테이셔너리 신호는 공정값 데이터 분포의 평균, 분산, 공분산이 시간에 대해 변하지 않는 신호이고, 논-스테이셔너리 신호는 공정값 데이터 분포의 평균, 분산, 공분산이 시간에 대해 변하는 신호이다.Here, the stationary signal is a signal in which the mean, variance, and covariance of the process value data distribution do not change with time, and the non-stationary signal is a signal in which the mean, variance, and covariance of the process value data distribution change with time. .

기존에는 입력데이터의 자기상관함수(AutoCorrelation Function, ACF)의 감쇠비를 이용하여 오실레이션을 판단하는 미국등록특허 제5,719,788호가 제안된바 있다. 여기서, 미국등록특허 제5,719,788호는 도 2에서 ACF의 첫번째 골(b)과 두번째 산(a)의 비를 오실레이션 지수 'R'로 정의하고, 오실레이션 지수 'R'이 0.5보다 클 경우 오실레이션이 발생한 것으로 진단한다. 도 2는 ACF 감쇠비 측정법을 설명하는 도면이다.Previously, US Patent Registration No. 5,719,788 has been proposed for determining oscillation using an attenuation ratio of an autocorrelation function (ACF) of input data. Here, US Patent No. 5,719,788 defines the ratio of the first valley (b) and the second mountain (a) of the ACF in FIG. 2 as the oscillation index 'R', and when the oscillation index 'R' is greater than 0.5, Diagnose that rationing has occurred. 2 is a diagram illustrating an ACF damping ratio measurement method.

또한, 기존에는 공정값의 ACF를 구한 뒤 ACF의 영점통과 간격의 규칙성을 판별하여 오실레이션을 진단하는 한국등록특허 제1,267,681호가 제안된 바 있다. 여기서, 한국등록특허 제1,267,681호는 도 3에서 영점 통과 주기의 평균(Tp)과 영점 통과 주기의 표준편차(σTp)를 이용하여 규칙성 지수(regularity index) 'r'을 산출하고, 규칙성 지수 'r'이 1보다 클 경우 오실레이션이 발생한 것으로 진단한다. 도 3은 ACF 영점통과 주기 판별법을 설명하는 도면이다.In addition, Korea Patent Registration No. 1,267,681 has previously been proposed that diagnoses oscillation by determining the regularity of the zero point passing interval of the ACF after obtaining the ACF of the process value. Here, Korean Patent Registration No. 1,267,681 calculates the regularity index 'r' using the average (Tp) of the zero-passing period and the standard deviation (σ Tp ) of the zero-passing period in FIG. If the index 'r' is greater than 1, it is diagnosed that oscillation has occurred. 3 is a diagram for explaining an ACF zero passing period determination method.

그런데, 미국등록특허 제5,719,788호와 한국등록특허 제1,267,681호는 도 4와 같이 3개의 주파수(0.159, 0.318, 0.477㎐)의 사인파와 주기 1800초의 램프(ramp) 신호로 구성된 비정상(non-stationary) 다중 오실레이션 신호를 테스트신호로 적용할 경우에 오실레이션을 오진단할 수 있다. 도 4는 다중 오실레이션 신호를 나타낸 도면이다.By the way, U.S. Patent No. 5,719,788 and Korean Patent No. 1,267,681 are non-stationary composed of sine waves of three frequencies (0.159, 0.318, 0.477 Hz) and a ramp signal with a period of 1800 seconds as shown in FIG. When multiple oscillation signals are applied as test signals, oscillation can be misdiagnosed. 4 is a diagram illustrating a multi-oscillation signal.

먼저, 미국등록특허 제5,719,788호는 도 4의 다중 오실레이션 신호를 적용하면, 도 5와 같이 오실레이션 지수 R=B/A=0.2641로 오실레이션이 발생하지 않는 것으로 오진단하는 한계를 나타낼 수 있다. 도 5는 테스트 신호의 ACF 감쇠비 판별 결과를 나타낸 도면이다.First, in U.S. Patent No. 5,719,788, when the multiple oscillation signal of FIG. 4 is applied, the oscillation index R=B/A=0.2641 as shown in FIG. . 5 is a diagram showing a result of determining an ACF attenuation ratio of a test signal.

다음, 한국등록특허 제1,267,681호는 도 4의 다중 오실레이션 신호를 적용하면, 도 6과 같이 규칙성 지수 r=0.1454로 오실레이션이 발생하지 않는 것으로 오진단하는 한계를 나타낼 수 있다. 도 6은 테스트 신호의 ACF 영점통과 주기 판별 결과를 나타낸 도면이다.Next, in Korean Patent Registration No. 1,267,681, when the multiple oscillation signal of FIG. 4 is applied, the regularity index r=0.1454 as shown in FIG. 6 is a diagram showing the result of determining the ACF zero pass period of the test signal.

따라서, 오실레이션을 진단하는 것은 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션의 구분없이 자동으로 오실레이션 여부와 오실레이션 주기를 진단하는 방안이 마련될 필요가 있다.Therefore, in diagnosing oscillation, there is a need to prepare a method for automatically diagnosing whether or not oscillation occurs and an oscillation period regardless of single/multiple, stationary/non-stationary oscillation.

미국 등록특허공보 제5,719,788호(1998.02.17 등록)US Patent Registration No. 5,719,788 (Registered on February 17, 1998) 한국 등록특허공보 제10-1267681호(2013.05.20 등록)Korean Registered Patent Publication No. 10-1267681 (registered on May 20, 2013)

본 발명의 목적은 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션의 구분없이 자동으로 오실레이션 여부와 오실레이션 주기를 진단함으로써 시계열 공정데이터를 이용하여 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 발생을 감지 및 진단하기 위한, 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법 및 이를 이용한 오실레이션 진단 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention is to automatically diagnose oscillation and oscillation cycles regardless of single/multiple, stationary/non-stationary oscillation, thereby preventing the occurrence of oscillation in a plant process control loop using time-series process data. An oscillation diagnosis method of a plant process control loop for detecting and diagnosing, and an oscillation diagnosis device using the same are provided.

본 발명의 실시예에 따른 오실레이션 진단 장치를 이용한 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법은, 플랜트 공정 제어루프를 통해 확인된 공정값 데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하는 단계; 상기 공정값 데이터에 대한 FFT 결과값에 절대값을 취하여 공정값 데이터의 길이를 측정하는 전처리 과정을 거치고, FFT 결과값에서 피크값을 추출하는 단계; 상기 추출된 피크값에서 크기에 대한 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계; 및 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 단계;를 포함할 수 있다.An oscillation diagnosis method of a plant process control loop using an oscillation diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention includes the steps of performing FFT (Fast Fourier Transform) on process value data identified through a plant process control loop; going through a preprocessing process of measuring the length of the process value data by taking an absolute value of the FFT result value for the process value data, and extracting a peak value from the FFT result value; Deriving a result of applying a first limit value for magnitude in the extracted peak value; and detecting and diagnosing occurrence of oscillation in the plant process control loop.

실시예에 따르면, 상기 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계 이후에, 인접 주파수 성분에 대한 제2 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계;를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, after the step of deriving a result of applying the first threshold value, deriving a result of applying a second threshold value to an adjacent frequency component; may further include.

상기 감지 및 진단 단계는, 상기 제2 한계값을 적용한 결과를 통해 확인되는 주파수의 개수를 이용하여 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 것일 수 있다.The detecting and diagnosing step may include detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in the plant process control loop using the number of frequencies identified through a result of applying the second threshold value.

상기 감지 및 진단 단계는, 주파수 개수가 0이면, 오실레이션이 발생되지 않은 경우로 판단하고, 주파수 개수가 1이면, 단일 오실레이션이 발생한 경우로 판단하며, 주파수 개수가 1 초과이면, 다중 오실레이션이 발생한 경우로 판단하는 것일 수 있다.In the detecting and diagnosing step, if the number of frequencies is 0, it is determined that no oscillation has occurred, if the number of frequencies is 1, it is determined that a single oscillation has occurred, and if the number of frequencies is greater than 1, it is determined that multiple oscillations have occurred. It may be judged by the case where this occurred.

상기 공정값 데이터는, 단일, 다중, 스테이셔너리 및 논-스테이셔너리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 시계열 데이터인 것일 수 있다.The process value data may be any one or more time series data selected from among single, multiple, stationary, and non-stationary data.

상기 피크값을 추출하는 단계는, 상기 FFT 결과값에 절대값을 취하는 전처리 과정을 거치는 것일 수 있다.In the step of extracting the peak value, an absolute value of the FFT result value may be subjected to a preprocessing process.

상기 제1 한계값은, 'FFT 결과값의 절대값 평균'과 'FFT 결과값의 절대값 표준편차의 3배'를 합산한 값으로 설정되는 것일 수 있다.The first limit value may be set to a value obtained by adding the 'average of absolute values of FFT result values' and 'three times the standard deviation of absolute values of FFT result values'.

상기 제2 한계값은, 0.001∼0.003㎐로 설정되는 것일 수 있다.The second threshold may be set to 0.001 to 0.003 Hz.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 오실레이션 진단 장치로서, 적어도 하나 이상의 프로세서; 및 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며, 상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금, 플랜트 공정 제어루프를 통해 확인된 공정값 데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하고, 상기 공정값 데이터에 대한 FFT 결과값에서 피크값을 추출하며, 상기 추출된 피크값에서 크기에 대한 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하고, 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 것일 수 있다.In addition, an oscillation diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention includes at least one processor; and a memory for storing computer readable instructions, wherein the instructions, when executed by the at least one processor, cause the oscillation diagnosis apparatus to process value data identified through a plant process control loop. FFT (Fast Fourier Transform) is performed, a peak value is extracted from the FFT result value for the process value data, a result of applying a first limit value for the size is derived from the extracted peak value, and the plant process control It may be to detect and diagnose the occurrence of oscillation on the loop.

상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금, 상기 제1 한계값을 적용한 결과를 도출한 이후에, 인접 주파수 성분에 대한 제2 한계값을 적용한 결과를 도출하는 것일 수 있다.The instructions, when executed by the at least one processor, cause the oscillation diagnosis device to derive a result of applying a second threshold value for an adjacent frequency component after deriving a result of applying the first threshold value. it may be

상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금, 상기 감지 및 진단할 때, 상기 제2 한계값을 적용한 결과를 통해 확인되는 주파수의 개수를 이용하여 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 것일 수 있다.The commands, when executed by the at least one processor, cause the oscillation diagnosis device to detect and diagnose the plant process by using the number of frequencies identified through the result of applying the second limit value. It may be to detect and diagnose the occurrence of oscillation for the control loop.

상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금, 상기 감지 및 진단할 때, 주파수 개수가 0이면, 오실레이션이 발생되지 않은 경우로 판단하고, 주파수 개수가 1이면, 단일 오실레이션이 발생한 경우로 판단하며, 주파수 개수가 1 초과이면, 다중 오실레이션이 발생한 경우로 판단하는 것일 수 있다.The commands, when executed by the at least one processor, cause the oscillation diagnosis device to determine that oscillation does not occur if the number of frequencies is 0 during the detection and diagnosis, and the number of frequencies is 1 , it may be determined that a single oscillation occurs, and if the number of frequencies exceeds 1, it may be determined that multiple oscillations occur.

상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금, 상기 피크값을 추출할 때, 상기 FFT 결과값에 절대값을 취하는 전처리 과정을 거치는 것일 수 있다.The instructions, when executed by the at least one processor, may cause the oscillation diagnosis apparatus to undergo a pre-processing process of taking an absolute value from the FFT result value when extracting the peak value.

본 발명은 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션의 구분없이 자동으로 오실레이션 여부와 오실레이션 주기를 진단함으로써 시계열 공정데이터를 이용하여 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 발생을 감지 및 진단할 수 있다.The present invention detects the occurrence of oscillation in a plant process control loop using time-series process data by automatically diagnosing oscillation and oscillation cycle regardless of single/multiple, stationary/non-stationary oscillation, and can be diagnosed.

또한, 본 발명은 플랜트의 시계열 공정데이터를 사용하여 오실레이션 발생시 이를 감지하고 진단하여, 오실레이션 상태 인식 뿐만 아니라 오실레이션의 주파수 정보까지 제공할 수 있다.In addition, the present invention detects and diagnoses the occurrence of oscillation using time-series process data of the plant, and can provide information on the frequency of oscillation as well as recognizing the state of oscillation.

또한, 본 발명은 오실레이션 주파수 정보를 확인하여 복잡하게 연계된 플랜트 제어루프 간의 상관관계를 해석하는데도 활용될 수 있다.In addition, the present invention can be used to analyze the correlation between complexly linked plant control loops by checking oscillation frequency information.

또한, 본 발명은 다수의 공정에서 오실레이션이 발생시 근본원인이 되는 제어루프를 찾아 빠른 플랜트 안정운영에 기여할 수 있다.In addition, the present invention can contribute to fast plant stable operation by finding the control loop that is the root cause when oscillation occurs in multiple processes.

또한, 본 발명은 플랜트의 수십, 수백개에 달하는 제어루프의 오실레이션 여부를 자동으로 감시 진단하여 관리자에게 제공할 수 있어 플랜트 안정성 및 효율 운영을 도모할 수 있다.In addition, the present invention can automatically monitor and diagnose whether dozens or hundreds of control loops in a plant are oscillated and provide the information to a manager, thereby promoting plant stability and efficient operation.

도 1은 오실레이션 예시를 나타낸 도면,
도 2는 ACF 감쇠비 측정법을 설명하는 도면,
도 3은 ACF 영점통과 주기 판별법을 설명하는 도면,
도 4는 다중 오실레이션 신호를 나타낸 도면,
도 5는 테스트 신호의 ACF 감쇠비 판별 결과를 나타낸 도면,
도 6은 테스트 신호의 ACF 영점통과 주기 판별 결과를 나타낸 도면,
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법,
도 8은 정규분포와 구성 비율을 나타낸 도면,
도 9는 오실레이션 진단 장치에서 다중 오실레이션 신호의 FFT 결과값을 나타낸 도면,
도 10은 상기 도 9의 FFT 결과값에서 극대값을 추출한 결과를 나타낸 도면,
도 11은 상기 도 10의 추출 결과에 제1 한계값을 적용한 결과를 나타낸 도면,
도 12는 상기 도 11의 적용 결과에 제2 한계값을 적용한 결과를 나타낸 도면,
도 13은 다양한 오실레이션 신호에 대한 오실레이션 진단 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing an example of oscillation;
2 is a diagram explaining an ACF damping ratio measurement method;
3 is a diagram explaining an ACF zero-passing period determination method;
4 is a diagram showing a multi-oscillation signal;
5 is a diagram showing ACF damping ratio determination results of a test signal;
6 is a diagram showing the result of ACF zero passing period determination of a test signal;
7a and 7b show an oscillation diagnosis method of a plant process control loop according to an embodiment of the present invention;
8 is a diagram showing a normal distribution and composition ratio;
9 is a diagram showing FFT result values of multiple oscillation signals in an oscillation diagnosis device;
10 is a diagram showing the result of extracting the maximum value from the FFT result value of FIG. 9;
11 is a view showing a result of applying a first limit value to the extraction result of FIG. 10;
12 is a view showing a result of applying a second limit value to the application result of FIG. 11;
13 is a diagram showing oscillation diagnosis results for various oscillation signals.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, detailed descriptions of well-known functions or configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted in the following description and accompanying drawings. In addition, it should be noted that the same components are indicated by the same reference numerals throughout the drawings as much as possible.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims described below should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventors are appropriately defined as terms for describing their invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical ideas of the present invention. It should be understood that there may be equivalents and variations.

첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated, and the size of each component does not entirely reflect the actual size. The present invention is not limited by the relative sizes or spacings drawn in the accompanying drawings.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.When it is said that a certain part "includes" a certain component throughout the specification, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated. In addition, when a part is said to be "connected" to another part, this includes not only the case of being "directly connected" but also the case of being "electrically connected" with another element interposed therebetween.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. Terms such as "comprise" or "having" are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but that one or more other features, numbers, or steps are present. However, it should be understood that it does not preclude the possibility of existence or addition of operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.Also, the term "unit" used in the specification means a hardware component such as software, FPGA or ASIC, and "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. A “unit” may be configured to reside in an addressable storage medium and may be configured to reproduce on one or more processors. Thus, as an example, “unit” can refer to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, properties, procedures, subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays and variables. Functionality provided within components and "parts" may be combined into fewer components and "parts" or further separated into additional components and "parts".

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법이다.7A and 7B are oscillation diagnosis methods of a plant process control loop according to an embodiment of the present invention.

도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법은, 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션의 구분없이 자동으로 오실레이션 여부와 오실레이션 주기를 진단함으로써 시계열 공정데이터를 이용하여 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 것으로서, 오실레이션 진단 장치에 의해 수행된다.As shown in FIGS. 7A and 7B , the method for diagnosing oscillation of a plant process control loop according to an embodiment of the present invention automatically detects single/multiple and stationary/non-stationary oscillations. It detects and diagnoses the occurrence of oscillation in the plant process control loop using time-series process data by diagnosing whether or not the oscillation occurs and the oscillation cycle, and is performed by the oscillation diagnosis device.

여기서, 오실레이션 진단 장치는 적어도 하나 이상의 프로세서와 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 이때, 적어도 하나 이상의 프로세서는 메모리에 저장된 컴퓨터 판독 가능한 명령들을 실행할 때, 오실레이션 진단 장치로 하여금, 본 발명의 실시예에 따른 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법을 수행하게 한다.Here, the oscillation diagnosis apparatus includes at least one processor and a memory for storing computer readable instructions. In this case, when the at least one processor executes computer readable instructions stored in the memory, the oscillation diagnosis apparatus performs the oscillation diagnosis method of the plant process control loop according to an embodiment of the present invention.

이러한 오실레이션 진단 장치는 시간 영역 신호를 주파수 영역 신호로 변환하는 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 'FFT'라 함)을 통해 오실레이션 신호의 주기성을 확인한다. Such an oscillation diagnosis apparatus checks the periodicity of an oscillation signal through a Fast Fourier Transform (FFT) that converts a time domain signal into a frequency domain signal.

오실레이션 진단 장치는 입력 신호가 특정 주파수로 오실레이션하는 경우에, 해당 주파수에 해당하는 값을 검출하여 오실레이션 발생과 오실레이션 주기를 알 수 있게 된다. When an input signal oscillates at a specific frequency, the oscillation diagnosis apparatus detects a value corresponding to the corresponding frequency to know the occurrence of oscillation and the oscillation period.

그리고, 오실레이션 진단 장치는 수십, 수백 개의 플렌트 공정 제어루프의 오실레이션 발생을 자동으로 감시 및 진단하려는 경우에, 관리자의 개입 없이 입력 신호만으로 오실레이션 발생을 감지 및 진단해야 한다.In addition, the oscillation diagnosis device must detect and diagnose oscillation occurrence only with an input signal without a manager's intervention when automatically monitoring and diagnosing oscillation occurrence of tens or hundreds of plant process control loops.

이를 위해, 오실레이션 진단 장치는 입력 신호의 FFT값의 유효한 피크값을 취득하여 관리자에게 전달하고, 오실레이션 발생으로 판단되는 피크값만을 추출하기 위한 한계값을 적용하는 과정을 거쳐 관리자에게 결과값을 보고한다.To this end, the oscillation diagnosis device obtains a valid peak value of the FFT value of the input signal, delivers it to the manager, applies a limit value for extracting only the peak value determined to be oscillation, and returns the resultant value to the manager. report.

이하, 도 7a 및 도 7b를 참조하여 오실레이션 진단 장치에서 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 과정에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a process of detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in the oscillation diagnosis apparatus will be described in detail with reference to FIGS. 7A and 7B.

먼저, 오실레이션 진단 장치는 시간 영역 신호인 공정값 데이터를 입력받아 FFT를 실시한다(S101). 여기서, 공정값 데이터는 단일, 다중, 스테이셔너리 및 논-스테이셔너리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 시계열 데이터로서, FFT를 통해 주파수 영역 신호로 변환된다.First, the oscillation diagnosis device receives process value data, which is a time domain signal, and performs FFT (S101). Here, the process value data is any one or more time series data selected from among single, multiple, stationary, and non-stationary, and is converted into a frequency domain signal through FFT.

이후, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값을 통해 피크값을 추출하기 위해 FFT 결과값에 절대값을 취하여 공정값 데이터의 길이를 측정하는 전처리 과정을 거치고, 오실레이션으로 판단되는 피크값만을 추출하기 위한 제1 및 제2 한계값(threshold)을 설정한다(S102).Thereafter, the oscillation diagnosis device undergoes a preprocessing process of measuring the length of the process value data by taking an absolute value from the FFT result value in order to extract a peak value through the FFT result value, and extracting only the peak value determined as oscillation. First and second thresholds are set (S102).

여기서, 제1 한계값은 작은 크기의 주파수 성분을 버리기 위해 적용된다. 이때, 제1 한계값은 'FFT 결과값의 절대값 평균'[mean(F(s))]과 'FFT 결과값의 절대값 표준편차의 3배'[3*std(F(s))]를 합산한 값으로 자동 설정된다. 즉, 제1 한계값은 평균과 3σ의 합으로서, mean(F(s))+3*std(F(s))이다.Here, the first threshold value is applied to discard a frequency component having a small size. At this time, the first threshold is 'mean of the absolute value of the FFT result value' [mean(F(s))] and 'three times the standard deviation of the absolute value of the FFT result value' [3*std(F(s))] is automatically set to the sum of That is, the first threshold is the sum of the average and 3σ, which is mean(F(s))+3*std(F(s)).

도 8을 참조하면, 정규분포에서는 평균을 중심으로 양/음의 방향으로 표준편차의 3배(3σ) 만큼 떨어진 구간 내에 전체 변수의 99.7%가 확률적으로 분포되어 있다. 도 8은 정규분포와 구성 비율을 나타낸 도면이다.Referring to FIG. 8 , in the normal distribution, 99.7% of all variables are probabilistically distributed within a section separated by 3 times the standard deviation (3σ) in a positive/negative direction centered on the mean. 8 is a diagram showing a normal distribution and a composition ratio.

공정값 데이터가 가우시안 분포(즉, 정규분포)를 따른다고 가정할 때, 오실레이션 진단 장치는 제1 한계값을 적용할 경우에, 제1 한계값 즉, '평균+3σ' 이상의 값만을 취하게 되면 확률적으로 전체 변수의 0.15%의 데이터를 취득하게 된다. 이는 데이터 취득 주기 1초, 오실레이션 알고리즘 적용 주기 3600초(1시간)로 설정한 경우에 4∼5개(즉, 3600초*0.15%=5.4)의 데이터가 확률적으로 존재하게 됨을 의미한다.Assuming that the process value data follows a Gaussian distribution (i.e., a normal distribution), when the first limit value is applied, the oscillation diagnosis device takes only the first limit value, that is, a value greater than 'average + 3σ' In this case, data of 0.15% of the total variables are acquired with probability. This means that when the data acquisition cycle is set to 1 second and the oscillation algorithm application cycle is set to 3600 seconds (1 hour), 4 to 5 pieces of data (ie, 3600 seconds * 0.15% = 5.4) are stochastically present.

그리고, 제2 한계값은 인접한 주파수 성분을 버리기 위해 적용된다. 이때, 제2 한계값은 경험적으로 추출된 값으로 0.001∼0.003㎐의 값이 자동 적용된다. 여기서, 플랜트 공정에서 오실레이션 주파수가 0.001∼0.003㎐ 이내의 간격에 있는 경우는 극히 드문 경우이다. And, the second threshold is applied to discard adjacent frequency components. At this time, the second limit value is an empirically extracted value, and a value of 0.001 to 0.003 Hz is automatically applied. Here, it is an extremely rare case that the oscillation frequency is within the interval of 0.001 to 0.003 Hz in the plant process.

하지만, 오실레이션 진단 장치는 0.001∼0.003㎐ 이내의 차이로 다중 주파수를 가지는 오실레이션이 발생한다 하더라도 제2 한계값을 적용하여 가장 영향이 큰 오실레이션을 검출하여 플랜트 공정 제어루프를 진단할 수 있다.However, even if oscillations having multiple frequencies occur with a difference within 0.001 to 0.003 Hz, the oscillation diagnosis device detects the most influential oscillation by applying the second limit value to diagnose the plant process control loop. .

그런 다음, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값의 피크값을 추출한다(S103). 즉, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값의 절대값에 대한 극대값(local maximum, peak)을 얻을 수 있다.Then, the oscillation diagnosis device extracts the peak value of the FFT result value (S103). That is, the oscillation diagnosis apparatus may obtain a local maximum (peak) of the absolute value of the FFT result value.

예를 들어, x+1번째 값이 x번째 값보다 크거나 같을 경우에는 x번째 값이 극대값이 될 수 없으므로 x번째 값을 버린다. 그리고, x+1번째 값이 x번째 값보다 작을 경우에는 x+1번째 값을 x+2번째 값과 비교하여 x+1번째 값이 더 크거가 같을 경우 x+1번째 값이 극대값이 되므로 이를 그대로 둔다. 그런데, 이 경우에 x+1번째 값이 x+2번째 값보다 작을 경우에는 x+1번째 값이 극대값이 될 수 없으므로 x+1번째 값을 버린다. 오실레이션 진단 장치는 이러한 과정을 반복하여 FFT 결과값에서 극대값을 추출하게 된다.For example, if the x+1th value is greater than or equal to the xth value, the xth value is discarded because the xth value cannot be a local maximum. And, if the x+1 th value is smaller than the x th value, the x+1 th value is compared with the x+2 th value, and if the x+1 th value is greater than or equal to the x th value, the x+1 th value becomes the maximum value. Leave as is. However, in this case, if the x+1 th value is smaller than the x+2 th value, the x+1 th value cannot be the maximum value, so the x+1 th value is discarded. The oscillation diagnosis device repeats this process to extract the maximum value from the FFT result value.

이후, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값의 피크값에 대해 유효한 오실레이션 주기를 얻기 위해 크기에 대한 제1 한계값을 적용한 결과를 도출한다(S104).Thereafter, the oscillation diagnosis apparatus derives a result of applying the first limit value for magnitude in order to obtain an effective oscillation period for the peak value of the FFT result value (S104).

즉, 오실레이션 진단 장치는 x번째 값이 제1 한계값보다 작거나 같을 경우에 x번째 값을 버리고, x번째 값이 제1 한계값보다 클 경우에 그대로 둔다. 이와 같이, 오실레이션 진단 장치는 이러한 과정을 반복하여 수행한다.That is, the oscillation diagnosis apparatus discards the x-th value when the x-th value is less than or equal to the first threshold value, and leaves it as it is when the x-th value is greater than the first threshold value. As such, the oscillation diagnosis device repeatedly performs this process.

그런 다음, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값의 피크값에 제1 한계값을 적용한 다음 주파수 인접 간격에 대한 제2 한계값을 적용한 결과를 도출한다(S105). Then, the oscillation diagnosis apparatus derives a result of applying a first threshold value to the peak value of the FFT result value and then applying a second threshold value for the frequency contiguous interval (S105).

먼저, 오실레이션 진단 장치는 제2 한계값을 적용하기 앞서, 제1 한계값을 적용한 결과 내에서 최대값을 찾는다. 이때, 오실레이션 진단 장치는 최대값의 주파수와 크기를 새로운 변수에 저장한다. 그리고, 오실레이션 진단 장치는 제2 한계값을 적용하여 최대값을 기준으로 양/음의 방향으로 제2 한계값에 해당하는 거리에 있는 모든 값을 버린다.First, the oscillation diagnosis apparatus finds the maximum value within the result of applying the first threshold value before applying the second threshold value. At this time, the oscillation diagnosis device stores the frequency and magnitude of the maximum value in new variables. Further, the oscillation diagnosis apparatus discards all values at a distance corresponding to the second threshold value in a positive/negative direction based on the maximum value by applying the second threshold value.

이와 같이, 오실레이션 진단 장치는 새로운 최대값을 찾고 이러한 과정을 반복 수행한다.In this way, the oscillation diagnosis device finds a new maximum value and repeats this process.

이후, 오실레이션 진단 장치는 남은 데이터를 토대로 진단 결과를 관리자에게 보고한다(S106).Thereafter, the oscillation diagnosis device reports a diagnosis result to a manager based on the remaining data (S106).

즉, 오실레이션 진단 장치는 제2 한계값을 적용한 결과를 통해 오실레이션 발생을 감지 및 진단한다. 이때, 오실레이션 진단 장치는 앞서 언급한 과정이 오실레이션 주기를 추출하는 과정이므로 남은 결과값(주파수의 개수, 이하 'N_F(s)'라 함)의 개수로 판단이 가능하다.That is, the oscillation diagnosis apparatus detects and diagnoses the occurrence of oscillation through the result of applying the second threshold value. At this time, the oscillation diagnosis apparatus can determine the number of remaining result values (the number of frequencies, hereinafter referred to as 'N_F(s)') because the aforementioned process is a process of extracting the oscillation period.

구체적으로, 오실레이션 진단 장치는 N_F(s)=0이면, 오실레이션이 발생하지 않은 경우로 판단한다. 그리고, 오실레이션 진단 장치는 N_F(s)=1이면, 단일 오실레이션이 발생한 경우로 판단하고, 발생 주파수를 보고한다. 또한, 오실레이션 진단 장치는 N_F(s)>1이면, 다중 오실레이션이 발생한 경우로 판단하고, 발생 주파수를 보고한다.Specifically, the oscillation diagnosis apparatus determines that oscillation does not occur if N_F(s)=0. And, if N_F(s)=1, the oscillation diagnosis device determines that a single oscillation has occurred and reports the occurrence frequency. In addition, if N_F(s)>1, the oscillation diagnosis apparatus determines that multiple oscillations have occurred and reports the occurrence frequency.

한편, 오실레이션 진단 장치는 도 4의 테스트 신호인 다중 오실레이션 신호를 적용한 모의 검증 결과에 대해 후술할 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4의 다중 오실레이션 신호는 전술한 바와 같이 3개의 주파수(0.159, 0.318, 0.477㎐)의 사인파와 주기 1800초의 램프 신호로 구성된다.Meanwhile, the oscillation diagnosis apparatus will be described with reference to FIGS. 9 to 12 to be described later for a simulation verification result using a multi-oscillation signal, which is a test signal of FIG. 4 . As described above, the multi-oscillation signal of FIG. 4 is composed of sine waves with three frequencies (0.159, 0.318, and 0.477 Hz) and a ramp signal with a period of 1800 seconds.

도 9는 오실레이션 진단 장치에서 다중 오실레이션 신호의 FFT 결과값을 나타낸 도면이고, 도 10은 상기 도 9의 FFT 결과값에서 극대값을 추출한 결과를 나타낸 도면이며, 도 11은 상기 도 10의 추출 결과에 제1 한계값을 적용한 결과를 나타낸 도면이고, 도 12는 상기 도 11의 적용 결과에 제2 한계값을 적용한 결과를 나타낸 도면이다.9 is a diagram showing FFT result values of multiple oscillation signals in the oscillation diagnosis device, FIG. 10 is a view showing the result of extracting the maximum value from the FFT result value of FIG. 9, and FIG. 11 is the extraction result of FIG. 12 is a diagram showing a result of applying a second threshold to the application result of FIG. 11 .

먼저, 오실레이션 진단 장치는 도 9와 같이 다중 오실레이션 신호의 FFT를 수행하여 FFT 결과값을 도출한다. 여기서, 관리자는 육안으로 4개의 피크값을 인식하여 다중 오실레이션의 발생을 진단할 수 있으나, 데이터만으로 이를 알아낼 수 없다. 따라서, 오실레이션 진단 장치는 FFT 결과값에 대한 피크값을 추출하여 한계값을 적용한다.First, the oscillation diagnosis apparatus derives an FFT result value by performing FFT on multiple oscillation signals as shown in FIG. 9 . Here, the manager can diagnose the occurrence of multiple oscillations by recognizing four peak values with the naked eye, but cannot find out this only with data. Therefore, the oscillation diagnosis apparatus extracts the peak value of the FFT result value and applies the limit value.

그리고, 오실레이션 진단 장치는 도 10과 같이 FFT 결과값에서 극대값 또는 피크값을 추출한다.And, the oscillation diagnosis apparatus extracts a maximum value or a peak value from the FFT result value as shown in FIG. 10 .

이후, 오실레이션 진단 장치는 도 11과 같이 FFT 결과값에서 추출한 극대값에서 크기(amplitude)의 제1 한계값을 적용한다. 즉, 오실레이션 진단 장치는 도 10에서 다수의 피크값이 나타났으나, 도 11에서 제1 한계값 이하의 값들을 버리고 5개의 피크값만 검출한다.Thereafter, the oscillation diagnosis apparatus applies a first limit value of amplitude from the maximum value extracted from the FFT result value as shown in FIG. 11 . That is, although a number of peak values are shown in FIG. 10, the oscillation diagnosis apparatus discards values below the first threshold value in FIG. 11 and detects only five peak values.

이후, 오실레이션 진단 장치는 도 12와 같이 제1 한계값이 적용된 결과에 제2 한계값을 적용한다. 도 12는 제1 한계값과 제2 한계값을 모두 적용한 경우이다.Thereafter, the oscillation diagnosis apparatus applies a second threshold value to the result of applying the first threshold value as shown in FIG. 12 . 12 is a case in which both the first limit value and the second limit value are applied.

즉, 오실레이션 진단 장치는 도 11에서 피크값의 간격이 0.002㎐ 이내에 있는 것을 버리고, 그보다 큰 간격의 것들만 반환한 결과로 4개의 주파수를 가진 입력신호에 해당하는 4개 주파수를 정확하게 진단한다.That is, in FIG. 11, the oscillation diagnosis device discards those whose peak value intervals are within 0.002 Hz and returns only those with larger intervals, and accurately diagnoses four frequencies corresponding to an input signal having four frequencies.

도 13은 다양한 오실레이션 신호에 대한 오실레이션 진단 결과를 나타낸 도면이다.13 is a diagram showing oscillation diagnosis results for various oscillation signals.

도 13을 참조하면, 오실레이션 진단 장치는 다양한 테스트 신호인 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션 신호를 생성하여 오실레이션 진단을 수행한 결과를 나타낸다. 이처럼, 오실레이션 진단 장치는 11개의 테스트 신호를 생성하여 모두 오실레이션 발생을 진단하였으며, 해당 오실레이션 주파수 결과를 확인 가능하다. 여기서, 도 13의 테스트 신호 9번∼13번은 주파수가 시간에 따라 변하는 논-스테이셔너리 신호에 해당된다.Referring to FIG. 13 , the oscillation diagnosis apparatus generates single/multiple, stationary/non-stationary oscillation signals, which are various test signals, and shows results of performing oscillation diagnosis. As such, the oscillation diagnosis device generates 11 test signals, diagnoses the occurrence of oscillation, and confirms the result of the corresponding oscillation frequency. Here, test signals 9 to 13 in FIG. 13 correspond to non-stationary signals whose frequency changes with time.

오실레이션 진단 장치는 단일/다중, 스테이셔너리/논-스테이셔너리 오실레이션 발생을 진단할 뿐 아니라, 오실레이션 주기 정보를 제공할 수 있다.The oscillation diagnosis apparatus may diagnose occurrence of single/multiple, stationary/non-stationary oscillation, and provide oscillation period information.

반면에, 기존에는 단일 오실레이션 발생을 진단할 수 있으나, 다중, 비정상 오실레이션 발생을 진단하기 곤란할 뿐 아니라, 오실레이션 주기 정보도 제공하기 어렵다. 즉, 기존에는 스테이셔너리 신호에 대해서만 진단이 가능하나, 본 발명의 실시예에 따른 오실레이션 진단 장치는 논-스테이셔너리 신호에 대해서도 오실레이션 여부와 오실레이션 주파수를 진단할 수 있다.On the other hand, conventionally, single oscillation occurrence can be diagnosed, but it is difficult to diagnose multiple, abnormal oscillation occurrences, and it is difficult to provide oscillation period information. That is, conventionally, only stationary signals can be diagnosed, but the oscillation diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention can diagnose oscillation status and oscillation frequency even for non-stationary signals.

일부 실시 예에 의한 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CDROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Methods according to some embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program instructions recorded on the medium may be those specially designed and configured for the present invention or those known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CDROMs and DVDs, and magnetic-optical media such as floptical disks. Included are hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler.

비록 상기 설명이 다양한 실시예들에 적용되는 본 발명의 신규한 특징들에 초점을 맞추어 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙달된 기술을 가진 사람은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 상기 설명된 장치 및 방법의 형태 및 세부 사항에서 다양한 삭제, 대체, 및 변경이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명에서보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 정의된다. 특허청구범위의 균등 범위 안의 모든 변형은 본 발명의 범위에 포섭된다.Although the foregoing description has been focused on the novel features of the present invention as applied to various embodiments, one skilled in the art will be able to understand the above-described apparatus and method without departing from the scope of the present invention. It will be appreciated that various deletions, substitutions, and changes in the form and detail of are possible. Accordingly, the scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description. All modifications that come within the scope of equivalence of the claims are embraced by the scope of the present invention.

Claims (16)

오실레이션 진단 장치를 이용한 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법에 있어서,
플랜트 공정 제어루프를 통해 확인된 공정값 데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하는 단계;
상기 공정값 데이터에 대한 FFT 결과값에 절대값을 취하여 공정값 데이터의 길이를 측정하는 전처리 과정을 거치고, FFT 결과값에서 피크값을 추출하는 단계;
상기 추출된 피크값에서 크기에 대한 'FFT 결과값의 절대값 평균'과 'FFT 결과값의 절대값 표준편차의 3배'를 합산한 값으로 설정된 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계; 및
상기 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계 이후에, 인접 주파수 성분에 대한 0.001∼0.003㎐로 설정된 제2 한계값을 적용한 결과를 도출하는 단계; 및
상기 제2 한계값을 적용한 결과를 통해 확인되는 주파수의 개수를 이용하여 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하는 단계;를 포함하며,
상기 감지 및 진단 단계는,
주파수 개수가 0이면, 오실레이션이 발생되지 않은 경우로 판단하고, 주파수 개수가 1이면, 단일 오실레이션이 발생한 경우로 판단하며, 주파수 개수가 1 초과이면, 다중 오실레이션이 발생한 경우로 판단하는 것인 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법.
In the oscillation diagnosis method of a plant process control loop using an oscillation diagnosis device,
Performing FFT (Fast Fourier Transform) on the process value data confirmed through the plant process control loop;
going through a preprocessing process of measuring the length of the process value data by taking an absolute value of the FFT result value for the process value data, and extracting a peak value from the FFT result value;
Deriving a result of applying a first limit value set as a sum of 'average of absolute values of FFT result values' and 'three times the standard deviation of absolute values of FFT result values' for magnitude in the extracted peak value; and
After deriving a result of applying the first threshold value, deriving a result of applying a second threshold value set to 0.001 to 0.003 Hz for an adjacent frequency component; and
Detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in the plant process control loop by using the number of frequencies identified as a result of applying the second threshold,
The detection and diagnosis step,
If the number of frequencies is 0, it is determined that no oscillation has occurred, if the number of frequencies is 1, it is determined that a single oscillation has occurred, and if the number of frequencies is greater than 1, it is determined that multiple oscillations have occurred A method for diagnosing oscillation in an in-plant process control loop.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 공정값 데이터는,
단일, 다중, 스테이셔너리 및 논-스테이셔너리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 시계열 데이터인 것인 플랜트 공정 제어루프의 오실레이션 진단 방법.
According to claim 1,
The process value data,
A method for diagnosing oscillation of a plant process control loop, which is any one or more time series data selected from single, multiple, stationary and non-stationary.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 오실레이션 진단 장치로서,
적어도 하나 이상의 프로세서; 및
컴퓨터 판독 가능한 명령들을 저장하기 위한 메모리;를 포함하며,
상기 명령들은, 상기 적어도 하나의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 오실레이션 진단 장치로 하여금,
플랜트 공정 제어루프를 통해 확인된 공정값 데이터에 대한 FFT(Fast Fourier Transform)를 실시하고,
상기 공정값 데이터에 대한 FFT 결과값에 절대값을 취하여 공정값 데이터의 길이를 측정하는 전처리 과정을 거치고, FFT 결과값에서 피크값을 추출하며,
상기 추출된 피크값에서 크기에 대한 'FFT 결과값의 절대값 평균'과 'FFT 결과값의 절대값 표준편차의 3배'를 합산한 값으로 설정된 제1 한계값을 적용한 결과를 도출하고,
상기 제1 한계값을 적용한 결과를 도출한 이후에, 인접 주파수 성분에 대한 0.001∼0.003㎐로 설정된 제2 한계값을 적용한 결과를 도출하고,
상기 제2 한계값을 적용한 결과를 통해 확인되는 주파수의 개수를 이용하여 상기 플랜트 공정 제어루프에 대한 오실레이션 발생을 감지 및 진단하며,
상기 감지 및 진단할 때, 주파수 개수가 0이면, 오실레이션이 발생되지 않은 경우로 판단하고, 주파수 개수가 1이면, 단일 오실레이션이 발생한 경우로 판단하며, 주파수 개수가 1 초과이면, 다중 오실레이션이 발생한 경우로 판단하는 것인 오실레이션 진단 장치.
As an oscillation diagnostic device,
at least one processor; and
A memory for storing computer readable instructions;
The instructions, when executed by the at least one processor, cause the oscillation diagnosis device to:
FFT (Fast Fourier Transform) is performed on the process value data confirmed through the plant process control loop,
A preprocessing process of measuring the length of the process value data by taking an absolute value from the FFT result value for the process value data, extracting a peak value from the FFT result value,
A result obtained by applying a first threshold value set as the sum of 'the average of the absolute value of the FFT result value' and 'three times the standard deviation of the absolute value of the FFT result value' for the magnitude in the extracted peak value,
After deriving a result of applying the first limit value, deriving a result of applying a second limit value set to 0.001 to 0.003 Hz for an adjacent frequency component,
Detecting and diagnosing the occurrence of oscillation in the plant process control loop using the number of frequencies identified through the result of applying the second threshold,
In the detection and diagnosis, if the number of frequencies is 0, it is determined that no oscillation has occurred, if the number of frequencies is 1, it is determined that a single oscillation has occurred, and if the number of frequencies is greater than 1, it is determined that multiple oscillations have occurred. An oscillation diagnosis device that determines that this occurs.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 9 항에 있어서,
상기 공정값 데이터는,
단일, 다중, 스테이셔너리 및 논-스테이셔너리 중에서 선택된 어느 하나 이상의 시계열 데이터인 것인 오실레이션 진단 장치.
According to claim 9,
The process value data,
An oscillation diagnostic device that is any one or more time series data selected from single, multiple, stationary and non-stationary.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020180131165A 2018-10-30 2018-10-30 Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same KR102560570B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180131165A KR102560570B1 (en) 2018-10-30 2018-10-30 Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180131165A KR102560570B1 (en) 2018-10-30 2018-10-30 Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200048743A KR20200048743A (en) 2020-05-08
KR102560570B1 true KR102560570B1 (en) 2023-07-28

Family

ID=70677397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180131165A KR102560570B1 (en) 2018-10-30 2018-10-30 Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102560570B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005106638A (en) 2003-09-30 2005-04-21 Railway Technical Res Inst Method and system for measuring rotation vibration of rotating body
WO2006043511A1 (en) 2004-10-18 2006-04-27 Nsk Ltd. Abnormality diagnosis system for machinery
WO2018146733A1 (en) 2017-02-07 2018-08-16 富士通株式会社 Generation program, abnormality determination device and generation method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006002533A1 (en) 2004-07-02 2006-01-12 University Of Alberta Detection and quantification of stiction
JP5968217B2 (en) * 2010-03-03 2016-08-10 旭化成エンジニアリング株式会社 Diagnostic method and apparatus for plain bearing

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005106638A (en) 2003-09-30 2005-04-21 Railway Technical Res Inst Method and system for measuring rotation vibration of rotating body
WO2006043511A1 (en) 2004-10-18 2006-04-27 Nsk Ltd. Abnormality diagnosis system for machinery
WO2018146733A1 (en) 2017-02-07 2018-08-16 富士通株式会社 Generation program, abnormality determination device and generation method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200048743A (en) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102141391B1 (en) Failure data management method based on cluster estimation
CN110823576B (en) Mechanical anomaly detection method based on generation of countermeasure network
CN103868690B (en) Rolling bearing state automatic early warning method based on extraction and selection of multiple characteristics
CN110060368B (en) Mechanical anomaly detection method based on potential feature codes
US20220018707A1 (en) Method and Device for Monitoring a Circuit Breaker
EP2208981B1 (en) Monitoring of rotating machines
CN104915568A (en) Satellite telemetry data abnormity detection method based on DTW
US11255752B2 (en) Mechanical combustion abnormality diagnosis determination method and combustion abnormality diagnosis system using engine noise
US20100106038A1 (en) Method for Segmenting a Cardiovascular Signal
CN109643271B (en) Identifying unstable testing
EP4273564A1 (en) Apparatus, system and method for detecting anomalies in a grid
JP4922265B2 (en) Plant monitoring apparatus and plant monitoring method
KR20170067292A (en) Device and method for estimating remaining life of mechanical system
McCormick et al. Application of periodic time-varying autoregressive models to the detection of bearing faults
KR102560570B1 (en) Oscillation detection method of plant process control loop and oscillation detection apparatus using the same
KR101646981B1 (en) Data processing system for evaluating safety of structure, and method for the same
KR20180032962A (en) Apparatus and method for diagnosing measuring partial discharge
Buzzoni et al. Development of an indicator for the assessment of damage level in rolling element bearings based on blind deconvolution methods
Dolenc et al. Change detection based on entropy indices with application to bearing faults
Deuschle et al. Robust sensor spike detection method based on dynamic time warping
JP2015161506A (en) Signal analyzer, signal analysis method, degradation diagnosis apparatus, and degradation diagnosis method
EP3457609B1 (en) System and method for computing of anomalies based on frequency driven transformation and computing of new features based on point anomaly density
US20240302331A1 (en) Diagnosis method and system by analyzing signal based on cnn
KR102419740B1 (en) Apparatus and method for diagnosis of system condition
KR102566810B1 (en) Motion signal extraction system and method based on vibration signal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant