TW201629919A

TW201629919A - 異常預知提醒方法

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Publication number: TW201629919A
Application number: TW104104257A
Authority: TW
Inventors: 謝錫福; 吳宗勳
Original assignee: 臺灣塑膠工業股份有限公司
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-16
Also published as: TWI560658B

Abstract

一異常預知提醒方法適用於自動化製程系統，其包含製程設備、感測製程設備以得到多個第一感測值的控制裝置，及內部儲存預警值、第一統計次數的異常預知裝置，且異常預知提醒方法包含：(A)利用異常預知裝置定時接收多個第一感測值，並計算第一感測值的變化趨勢，以估算第一預測值，第一預測值相關下一筆的第一感測值；(B)利用異常預知裝置判斷第一預測值是否大於預警值；(C)若步驟(B)判斷為是，利用異常預知裝置判斷連續M次的第一預測值是否大於預警值，且M大於第一統計次數；及(D)若步驟(C)判斷為是，則利用該異常預知裝置發出提醒訊號。

Description

異常預知提醒方法

本發明是有關於一種方法，特別是指一種異常預知提醒方法。

工業產業例如煉油產業、化學產業、發電產業等的發展帶來生活的便利，但相對的在這樣高溫、高壓的工作環境中具有一定的危險性。因此，工業產業的製程走入自動化之餘，也考慮到自動保護的防護措施。

參閱圖1與圖2，目前應用在工業產業的一自動化製程系統1包含一控制裝置11、一保護裝置12、一監控主站13，及一製程設備14。該控制裝置11能感測該製程設備14的參數，且根據感測的參數控制該製程設備14正常運作，並該控制裝置11將感測的參數傳給該監控主站13。該保護裝置12基於雙重確認以預防該控制裝置11感測錯誤的參數造成嚴重後果，該保護裝置12也感測該製程設備14的參數且將感測的參數傳給該監控主站13，並當感測的參數超過預設的一警戒值時，立即控制該製程設備14停止運作且進行保護措施，並發出警報給該監控主站13。該監控主站13接收該控制裝置11感測的參數，及該保護裝置12感測的參數並顯示，讓監控者方便監控該製程設備14的運作情形。

該自動化製程系統1的主要作動分為兩階段，當該控制裝置11及該保護裝置12感測的參數未超過該警戒值時，該自動化製程系統1處於一自動控制階段，則該控制裝置11根據感測的參數控制該製程設備14正常運作；當該保護裝置12感測的參數超過該警戒值時，該自動化製程系統1處於一保護階段，亦即該製程設備14發生異常，該保護裝置12立即控制該製程設備14停止運作且進行保護措施，並發出警報給該監控主站13。

然而，當該製程設備14異常時，該保護裝置12 控制該製程設備14停止運作及進行保護措施，例如洩壓、啟動消防系統等，則要再讓該製程設備14重新啟動回復到原來正常的狀態，往往已消耗大量的時間，產能因而下降。

因此，本發明之目的，即在提供一種在一製程設備發生異常前預先提醒監控者，讓監控者提前處理以讓該製程設備減少異常發生的異常預知提醒方法。

於是，本發明一種異常預知提醒方法，適用於一自動化製程系統，該自動化製程系統包含一製程設備、一控制裝置、一保護裝置，及一異常預知裝置，該控制裝置感測該製程設備隨時間變化的一參數以得到多個第一感測值，每一第一感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，該保護裝置內部儲存一警戒值且感測該製程設備隨時間變化的該參數以得到多個第二感測值，每一第二感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，當該第二感測值大於該警戒值，該保護裝置採取保護措施，該異常預知裝置內部儲存一預警值，及一第一統計次數，並該預警值小於該警戒值，且該異常預知提醒方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)，及一步驟(D)。

(A)利用該異常預知裝置定時接收多個第一感測值，並計算該等第一感測值的變化趨勢，以估算一第一預測值，該第一預測值相關下一筆的該第一感測值。

(B)利用該異常預知裝置判斷該第一預測值是否大於該預警值。

(C)若步驟(B)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置判斷連續M次的該等第一預測值是否大於該預警值，且M大於該第一統計。

(D)若步驟(C)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置發出一提醒訊號。

本發明之功效在於：藉由該異常預知裝置施行該異常預知提醒方法，則該異常預知裝置能判斷在該製程設備發生異常且該保護裝置採取保護措施之前，發出該提醒訊號給該監控主站，讓監控人員可即時發現而進行處理，以避免該製程設備因該保護裝置採取的保護措施而需先停工浪費大量的生產時間。

2‧‧‧製程設備

3‧‧‧控制裝置

4‧‧‧保護裝置

5‧‧‧監控主站

6‧‧‧異常預知裝置

A0‧‧‧設定步驟

A‧‧‧計算預估步驟

A1‧‧‧計算平均步驟

A2‧‧‧計算斜率步驟

A3‧‧‧計算移動平均步驟

A4‧‧‧計算斜率步驟

B‧‧‧判斷第一預測值步驟

C‧‧‧判斷第一統計值步驟

C1‧‧‧第一統計值加一步驟

C2‧‧‧判斷步驟

D‧‧‧提醒步驟

E‧‧‧計算預估步驟

F‧‧‧判斷第一預測值步驟

G‧‧‧判斷第二統計值步驟

G1‧‧‧第二統計值加一步驟

G2‧‧‧判斷步驟

H‧‧‧提醒步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明現有的一自動化製程系統；圖2是一曲線圖，說明該自動化製程系統的作動分為兩階段；圖3是一方塊圖，說明一自動化製程系統施行本發明異常預知提醒方法之一第一實施例；圖4是一方塊圖，說明施行該第一實施例的該自動化製程系統的一變形；圖5是一方塊圖，說明施行該第一實施例的該自動化製程系統的另一變形；圖6是一流程圖，說明該第一實施例；圖7是一曲線圖，說明施行該第一實施例的該自動化製程系統的作動分為三階段；及圖8是一流程圖，說明本發明異常預知提醒方法之一第二實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明異常預知提醒方法之一第一實施例，適用於一自動化製程系統，該自動化製程系統包含一製程設備2、一控制裝置3、一保護裝置4、一監控主站5，及一異常預知裝置6，該異常預知裝置6預測該製程設備2即將發生異常前，先發出一提醒訊號給該監控主站5 ，讓監控人員可即時得知並處理，以預防該製程設備2發生異常。

該製程設備2執行工業製程例如煉油。該控制裝置3電連接該製程設備2並感測該製程設備2的一參數，該參數可為例如溫度、壓力、流量等，且將隨時間變化的該參數分別進行類比數位轉換成多個第一感測值，每一第一感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，該控制裝置3根據該等第一感測值自動控制及調整該製程設備2的運作，且輸出該等第一感測值給該監控主站5。

該保護裝置4內部儲存一警戒值且電連接該製程設備2，並基於雙重確認該製程設備2的該參數，也感測該製程設備2的該參數並將隨時間變化的該參數分別進行類比數位轉換成多個第二感測值，每一第二感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，該保護裝置4輸出該等第二感測值給該監控主站5，並判斷當該等第二感測值分別超過該警戒值時，亦即判斷該製程設備2發生異常，該保護裝置4立即控制該製程設備2停止運作且進行保護措施，並發出一警報訊號給該監控主站5，此外，該等第一感測值理論上分別與對應的該等第二感測值相等，該警戒值相關該等第一感測值及該等第二感測值在正常範圍至不正常範圍的臨界值。

該監控主站5可電連接該控制裝置3及該保護裝置4以接收該等第一感測值及該等第二感測值，或是無線接收該等第一感測值及該等第二感測值，並將該等第一感測值及該等第二感測值顯示，讓監控者方便監控該製程設備2的運作情形，且接收該警報訊號並發出一第一警示，以通知監控者該製程設備2發生異常且該保護裝置4進行例如洩壓、啟動消防系統等的保護措施。該第一警示可為音效或畫面來提醒監控者。

該異常預知裝置6內部儲存一預警值、一第一統計值、一第一統計次數、一警戒值、一第二統計值，及一第二統計次數，且電連接該保護裝置4以接收該等第二感測值，以進行本發明該異常預知提醒方法，且電連接該監控主站5則預測該製程設備2將要發生異常之前，產生該提醒訊號給該監控主站5，該監控主站5接收該提醒訊號並發出一第二警示，該第二警示可為音效或畫面來提醒監控者。需補充說明的是，該異常預知裝置6亦可電連接該控制裝置3以接收該等第一感測值，以進行本發明該異常預知提醒方法，為施行本實施例的一變形，如圖4所示，或是直接從該監控主站5接收該等第一感測值或該等第二感測值，以進行本發明該異常預知提醒方法，為施行本實施例的另一變形，如圖5所示。此外，該異常預知裝置6與該控制裝置3、該保護裝置4，及該監控主站5的連接關係除了可用電連接的方式以傳送訊號，亦可用無線傳輸的方式來傳送訊號，在此並無限制。

參閱圖3、圖6與表一，該異常預知裝置6執行一種異常預知提醒方法，用以預測該製程設備2是否將要發生異常，該異常預知提醒方法包含以下步驟：步驟A0：利用該異常預知裝置6設定該第二感測值極限的一最大值與一最小值，則該異常預知裝置6接收的該等第二感測值在該最大值與該最小值的範圍之間變化，且該最大值>該警戒值>該預警值>該最小值。在本實施例中，為方便計算，該最小值、該最大值分別進行數位轉換成0%與100%，而該預警值、該警戒值分別進行數位轉換成70%與80%。

步驟A：利用該異常預知裝置6定時接收多個第二感測值，並計算該等第二感測值的變化趨勢，以估算一第一預測值，該第一預測值相關下一筆的該第二感測值。步驟A更包括以下子步驟：子步驟A1：利用該異常預知裝置6將每N個第二感測值進行平均計算成一平均值，且每次平均計算取樣的該等第二感測值不重覆。在本實施例中，令N=3，該異常預知裝置6每0.5分鐘接收一次該第二感測值，該平均值為每三個第二感測值的平均，且其中該等第二感測值不重覆計算。

子步驟A2：利用該異常預知裝置6將該等平均值進行斜率計算以得到一斜率，並根據該斜率估算該第一預測值。在本實施例中，該異常預知裝置6取每三個連續的該平均值中的最大值最小值來計算斜率：M=(AVG_max-AVG_min)/t_max-t_min

其中，M表示取樣的該等平均值的斜率，AVG_max表示取樣的該等平均值中的最大值，AVG_min表示取樣的該等平均值中的最小值，t_max表示對應AVG_max的時間，t_min表示對應AVG_min的時間。

而該第一預測值就從目前的該平均值及該斜率所計算預估來的：Y=AVG+m*t

其中，Y表示預估的該第一預測值，AVG表示目前的該平均值，m表示目前的該斜率，t表示從目前的該平均值預估到該第一預測值之間所經過的時間。

步驟B：利用該異常預知裝置6判斷該第一預測值是否大於該預警值。在本實施例中，該預警值設定為70%，則在取樣時間為9分鐘時，估算的該第一預測值為72%大於該預警值。因此，在取樣時間為9分鐘之後，都跳到步驟C，在取樣時間為9分鐘之前，都跳回步驟A，重新估算該第一預測值，且令該異常預知裝置6內部儲存的該第一統計值歸零。

步驟C：若步驟B的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置6判斷連續M次的該等第一預測值是否大於該預警值，且M大於該第一統計次數。在本實施例中，令M=2，該第一統計次數為1，則該異常預知裝置6連續兩次預估的該等第一預測值都大於該預警值，以避免誤判。步驟C更包括以下子步驟：子步驟C1：若步驟B的判斷結果為是，利用該異常預知裝置6將內部儲存的該第一統計值加一。

子步驟C2：利用該異常預知裝置6判斷該第一統計值是否大於該第一統計次數，其中，當該第一統計值為M時，該第一統計值大於該第一統計次數。在本實施例中，在取樣時間為9分鐘時，估算的該第一預測值為72%，該第一統計值加一為1，該第一統計值等於該第一統計次數，因此再回到步驟A再估算該第一預測值，在取樣時間為10.5分鐘時，估算的該第一預測值為73.84%，該第一統計值再加一為2，該第一統計值大於該第一統計次數，估算連續兩次的該第一預測值皆大於該預警值，跳到步驟D。

步驟D：若步驟(C)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置6發出該提醒訊號給該監控主站5，以提醒監控人員。在本實施例中，在取樣時間為10.5分鐘時，估算連續兩次的該第一預測值都大於該預警值，因此該異常預知裝置6發出該提醒訊號。

步驟E：若該步驟(C)的判斷結果為是，且該異常預知裝置6已發出該提醒訊號，利用該異常預知裝置6繼續定時接收多個第一感測值，並估算該第一預測值。在本實施例中，該步驟E繼續估算該第一預測值的方法如同該步驟A，在此不再贅述。

步驟F：利用該異常預知裝置6判斷該第一預測值是否大於內部儲存的一警戒值。在本實施例中，該警戒值設定為80%，則在估算的該第一預測值大於該警戒值時，跳到步驟G，若估算的該第一預測值小於該警戒值時，跳回步驟E，重新估算該第一預測值，且令該異常預知裝置6內部儲存的該第二統計值歸零。

步驟G：若步驟F的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置6判斷連續N次估算的該第一預測值是否大於該警戒值，且N大於該第二統計次數。在本實施例中，令N=2，該第二統計次數為1，則該異常預知裝置6連續兩次預估的該等第一預測值都大於該警戒值，以避免誤判。步驟G更包括以下子步驟：子步驟G1：若步驟F的判斷結果為是，利用該異常預知裝置6將內部儲存的該第二統計值加一。

子步驟G2：利用該異常預知裝置6判斷該第二統計值是否大於該第二統計次數，其中，當該第二統計值為N時，該第二統計值大於該第二統計次數。在本實施例中，估算連續兩次的該第一預測值皆大於該警戒值，亦即該第二統計值大於該第二統計次數，跳到步驟H，若該第二統計值小於該第二統計次數，跳回步驟E，再繼續估算該第一預測值。

步驟H：若步驟G的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置6發出該提醒訊號給該監控主站5，以提醒監控人員。

參閱圖3與圖7，該自動化製程系統的主要作動分為三階段，以該等第一感測值或該等第二感測值的大小變化做區分，在本實施例中，以該等第二感測值的變化做說明：自動控制階段，當該等第二感測值在正常範圍內且小於該預警值時，在本實施例中，該等第一感測值及該等第二感測值分別為一參數例如壓力隨時間變化的轉換值，且該預警值小於該警戒值，當感測的該參數未大於該預警值表示的壓力時，該控制裝置3根據該等第二感測值自動控制及調整該製程設備2的運作。

監控人員介入操作階段，該異常預知裝置6一直分析且預估該等第一感測值或該等第二感測值的趨勢，當該異常預知裝置6預估的該等第一預測值分別大於該預警值及該警戒值時，且發出該提醒訊號給該監控主站5，該監控主站5發出該第二警示，讓監控人員發現該第二警示可即時介入操作該控制裝置3控制該製程設備2，因此，在該等第一感測值及該等第二感測值介於該預警值與該警戒值之間，監控人員可介入操作該控制裝置3，在本實施例中，監控人員發現該第二警示，可立即先控制該製程設備2進行洩壓，則該製程設備2的壓力會下降而解除危險。

保護階段，當該等第二感測值超過該警戒值，該保護裝置4立即控制該製程設備2停止運作且進行保護措施，並發出該警報訊號給該監控主站5，該監控主站5發出該第一警示，在本實施例中，當感測的該第二感測值大於該警戒值表示的壓力時，該保護裝置4自動控制該製程設備2停止運作且進行洩壓、消防等保護措施，以避免發生工安意外。

參閱圖3、圖8與表二，本發明異常預知提醒方法之第二實施例，與該第一實施例類似，不同處在於該步驟A更包括以下子步驟：子步驟A3：利用該異常預知裝置6將每N個第一感測值進行平均計算成一移動平均值，且每次平均計算取樣的該等第一感測值有次序地部份重覆。在本實施例中，令N=3，該異常預知裝置6每0.5分鐘接收一次該第二感測值，該移動平均值為每三個第二感測值的平均，且其中該等第二感測值有次序地重覆兩個。需補充說明的是，該移動平均值的計算也可依重要性高低的取樣配合，做加權、或加權指數的分配，在此並無限制。

子步驟A4：利用該異常預知裝置6將該等移動平均值進行斜率計算以得到該斜率，並根據該斜率估算該第一預測值。在本實施例中，該異常預知裝置6取每三個連續的該移動平均值中的最大值最小值來計算該斜率。

綜上所述，該異常預知裝置6藉由施行該異常預知提醒方法以預估在該製程設備2發生異常且該保護裝置4要開始採取保護措施前，讓監控人員即時發現該製程設備2的問題而介入操作控制，則可避免該保護裝置4在保護階段後，再要讓該製程設備2重新啟動回復到原來正常狀態所消耗的大量時間及產能因而下降的問題，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧製程設備

3‧‧‧控制裝置

4‧‧‧保護裝置

5‧‧‧監控主站

6‧‧‧異常預知裝置

Claims

一種異常預知提醒方法，適用於一自動化製程系統，該自動化製程系統包含一製程設備、一控制裝置、一保護裝置，及一異常預知裝置，該控制裝置感測該製程設備隨時間變化的一參數以得到多個第一感測值，每一第一感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，該保護裝置內部儲存一警戒值且感測該製程設備隨時間變化的該參數以得到多個第二感測值，每一第二感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，當該第二感測值大於該警戒值，該保護裝置採取保護措施，該異常預知裝置內部儲存一預警值，及一第一統計次數，並該預警值小於該警戒值，且該異常預知提醒方法包含：(A)利用該異常預知裝置定時接收多個第一感測值，並計算該等第一感測值的變化趨勢，以估算一第一預測值，該第一預測值相關下一筆的該第一感測值；(B)利用該異常預知裝置判斷該第一預測值是否大於該預警值；(C)若步驟(B)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置判斷連續M次的該等第一預測值是否大於該預警值，且M大於該第一統計次數；及(D)若步驟(C)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置發出一提醒訊號。
如請求項2所述的異常預知提醒方法，其中，該步驟(A)包括： (A1)利用該異常預知裝置將每N個第一感測值進行平均計算成一平均值，且每次平均計算取樣的該等第一感測值不重覆；及(A2)利用該異常預知裝置將該等平均值進行斜率計算以得到一斜率，並根據該斜率估算該第一預測值。
如請求項1所述的異常預知提醒方法，其中，若步驟(B)的判斷結果為否，利用該異常預知裝置將內部儲存的一第一統計值歸零且回到步驟(A)。
如請求項3所述的異常預知提醒方法，其中，該步驟(C)包括：(C1)利用該異常預知裝置將內部儲存的該第一統計值加一；及(C2)利用該異常預知裝置判斷該第一統計值是否大於該第一統計次數，其中，當該第一統計值為M時，該第一統計值大於該第一統計次數。
如請求項4所述的異常預知提醒方法，其中，若該步驟(C2)的判斷結果為否，利用該異常預知裝置回到步驟(A)。
如請求項1所述的異常預知提醒方法，還包含：(E)若該步驟(C)的判斷結果為是，且該異常預知裝置已發出該提醒訊號，利用該異常預知裝置繼續定時接收多個第一感測值，並估算該第一預測值；(F)利用該異常預知裝置判斷該第一預測值是否大於內部儲存的一警戒值； (G)若步驟(F)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置判斷連續N次估算的該第一預測值是否大於該警戒值，且N大於該該異常預知裝置內部儲存的一第二統計次數；及(H)若步驟(G)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置發出該提醒訊號。
如請求項6所述的異常預知提醒方法，其中，若該步驟(F)的判斷結果為否，利用該異常預知裝置將內部儲存的一第二統計值歸零且回到步驟(E)。
如請求項7所述的異常預知提醒方法，其中，該步驟(G)包括：(G1)利用該異常預知裝置將內部儲存的該第二統計值加一；及(G2)利用該異常預知裝置判斷該第二統計值是否大於該第二統計次數，其中，當該第二統計值為N時，該第二統計值大於該第二統計次數。
如請求項1所述的異常預知提醒方法，其中，該步驟(A)包括：(A3)利用該異常預知裝置將每N個第一感測值進行平均計算成一移動平均值，且每次平均計算取樣的該等第一感測值有次序地部份重覆；及(A4)利用該異常預知裝置將該等移動平均值進行斜率計算以得到一斜率，並根據該斜率估算該第一預測值。
一種異常預知提醒方法，適用於一自動化製程系統，該自動化製程系統包含一製程設備、一保護裝置，及一異常預知裝置，該保護裝置內部儲存一警戒值且感測該製程設備隨時間變化的一參數以得到多個第二感測值，每一第二感測值相關於所對應時間點上感測到的參數，當該第二感測值大於該警戒值，該保護裝置採取保護措施，該異常預知裝置內部儲存一預警值，及一第一統計次數，並該預警值小於該警戒值，且該異常預知提醒方法包含：(A)利用該異常預知裝置定時接收多個第二感測值，並計算該等第二感測值的變化趨勢，以估算一第一預測值，該第一預測值相關下一筆的該第二感測值；(B)利用該異常預知裝置判斷該第一預測值是否大於該預警值；(C)若步驟(B)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置判斷連續M次的該等第一預測值是否大於該預警值，且M大於該第一統計次數；及(D)若步驟(C)的判斷結果為是，則利用該異常預知裝置發出一提醒訊號。