WO1998009205A1 - Verfahren zur analyse eines prozesszustandes einer technischen anlage - Google Patents

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WO1998009205A1
WO1998009205A1 PCT/DE1997/001882 DE9701882W WO9809205A1 WO 1998009205 A1 WO1998009205 A1 WO 1998009205A1 DE 9701882 W DE9701882 W DE 9701882W WO 9809205 A1 WO9809205 A1 WO 9809205A1
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determined
plant
performance
performance characteristic
biε
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PCT/DE1997/001882
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Hans-Gerd Mederer
Alexander Politiadis-Behrens
Hermann Ilmberger
Jürgen Schmitz
Sabine THÜRMEL
Matthias Reich
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting

Definitions

  • the invention relates to a method for analyzing a process state of a technical system, the system parts of which are automatically monitored and controlled.
  • the technical system can in particular be a power plant.
  • a malfunction occurring in the plant process usually leads to a deviation of the actual state from the target state in a number of parts of the plant. Detectors then provide fault reports for monitoring such deviations.
  • the fault messages - as well as measured values or messages relating to the plant process - can be displayed in the control room.
  • the functional descriptions are in the form of functional plans.
  • the function plans can comprise several 10,000 pages in total.
  • the functional diagrams contain the cross-reference of the system components in the form of cross-references and arithmetic and logical operations.
  • the operating personnel is therefore faced with the problem of rectifying the fault without any direct, obvious information about the indirect effects of the fault on the functional relationship of the system parts. To do this, the operating personnel must recognize and evaluate the malfunction that has occurred and the resulting effects on the process. Since the necessary information can only be determined on the basis of the function plans, such an analysis is, however, only possible with great effort and also with high demands on the operating personnel. In addition, the operating personnel are under enormous time pressure, especially in the event of a malfunction. Furthermore, this analysis depends very much on the knowledge, intuition and the current stress situation of the operating personnel. The invention is therefore based on the object of specifying a method with which a process state can be analyzed particularly simply and quickly. This is intended to enable a particularly precise assessment of the impact of a disturbance on the overall process.
  • This object is achieved according to the invention with a method for analyzing a process state of a technical system, the system parts of which are automatically monitored and controlled, in which a performance characteristic characterizing a selected system part is based on a number of process signals belonging to this selected system part and on the basis of those performance characteristics are assigned to the other parts of the plant that are related to the selected part of the plant.
  • the invention is based on the consideration that the process state can be determined from an analysis of the interaction of the process parts characterizing the process.
  • the interaction or interaction of the system parts is determined by reactions of individual system parts depending on the reactions of the respective influencing system parts. Accordingly, the function or the task of each system part is dependent on the interrelation of several system parts which are interconnected and which influence it.
  • the current actual state can be determined for each system part as a function of the neighboring system parts influencing it.
  • the performance characteristic of the plant part is transmitted to every other plant part influenced by it. This can be done, for example, via a data transmission unit or via cross-references within a computer program.
  • the functional relationship of the system parts expediently results from a functional description.
  • the functional description e.g. Function plans are available in a form that can be used for data processing.
  • Each function plan includes a small number of logically linked process steps of the plant process and thus the type of connection of the plant parts, analogous to a subroutine of a computer program.
  • the performance characteristic value is determined decentrally in the corresponding computer unit of the system part.
  • the performance characteristic can also be determined centrally, regardless of the decentralized structure of the power plant.
  • the implementation of global process goals, such as increased performance, taking into account the changing states of individual plant parts, is determined by the interrelationship of all plant parts influencing the process goal.
  • a predetermined number of system parts is expediently combined to form a functional group.
  • a group performance characteristic is determined on the basis of the performance characteristics of the plant parts of this functional group. The group performance characteristic enables the operating personnel in particular easy and quick assessment of the availability of the function group and the impact that the function group has on the affected function groups and on the overall process.
  • the determined performance characteristic as well as those performance characteristics that are assigned to the other plant components that are related to the selected performance characteristic are saved.
  • the stored performance characteristics are then used to forecast a future performance characteristic of the selected system part.
  • the determined group performance characteristic is also saved. The saved group performance characteristic is then used to forecast a future group performance characteristic of the function group.
  • the determined performance characteristic and / or the group performance characteristic are graphically displayed on a display device, e.g. displayed on a screen or a waiting board. This can be done, for example, using bar graphs and changes in color of the signaling element representing the system part.
  • the advantages achieved with the invention are, in particular, that for the operating personnel by determining the the performance characteristic, the interrelationship and the influence of the system components on one another and their effects on a sub-process and on the overall process are evaluated.
  • a characteristic size is available for a reliable operational clock or for a forecast for operational management.
  • the graphical representation of the determined values ensures particularly simple tracking of the effects of a malfunction on the process flow.
  • summarizing global statements can be made about the condition of sub-processes and the overall process.
  • FIG. 1 shows a functional diagram for determining several performance characteristics for a technical system
  • FIG. 2 shows the image of a system structure of a sub-process of the technical system with components provided for representing interrelationships in the sub-process.
  • FIG. 1 schematically shows a power plant, specifically a gas and steam turbine plant 1, which is referred to below as a complete plant 1.
  • a gas turbine 2 and one of these waste heat steam generator 4 connected downstream of the flue gas side, the heating surfaces of which are connected into the water-steam circuit 6 of a steam turbine 8.
  • Measured values MW detected by sensors (not shown) and message signals MS emitted by signal transmitters (not shown) are fed to a process system 10 which is composed of an automation system 10a and a process control information system 10b.
  • the process system 10 can in particular be a personal computer or another data processing device.
  • the measured values MW and the message signals MS are preprocessed in automation units or sub-devices of the process system 10 of the overall system 1.
  • control signals Si are emitted to components 2, 4, 6, 8 of overall system 1.
  • the overall system 1 is automatically controlled and monitored by the processes running within the process system 10.
  • the process system 10 generates process signals PS relevant to the plant process on the basis of the measured values MW and signal signals MS currently or online, and the control signals Si. These process signals PS and further information about measurement, regulation and control events as well as about the signal generation are stored in the information system 10b, e.g. in a message archive 12.
  • the message archive 12 contains, on the one hand, the current status and, on the other hand, dynamic messages, e.g. Fault reports of the power plant process.
  • Functional descriptions of the entire system 1 are stored electronically in the form of function plans FUP in a memory module 14 of the information system 10b.
  • the FUP function plans are available in a form that can be used for data processing, for example in linked data structures.
  • the information system 10b includes a predetermined number of analysis modules Ml to Mm (me N), Ma to Mz, M.
  • the plant process and sub-processes of the entire plant 1 are depicted as a system structure or plant structure 20.
  • the plant structure 20 reads into a selected number of sub-functions or functional groups Fa to Fz and into a number of plant parts AI b ⁇ Am (me N) which are dependent on the plant process for easy recognition of interrelationships structured within the plant process.
  • the functional group Fa represents the component water-steam circuit 6, which comprises the system parts A2 to A5.
  • the system parts A2 to A5 represent pumps and pipes not shown in detail.
  • the system structure 20 can be stored in the form of cross references and arithmetic and logical operations in detail in the function plans FUP.
  • Each plant part AI bi ⁇ Am and each function group Fa to Fz can also, depending on its own structure, include an associated number of function plans FUP in the sense of detailed plans or sub-groups of plans.
  • the function plans FUP can be implemented by corresponding software tools in a simplified topological structure for the representation of the system structure 20.
  • a corresponding analysis module Ml to Mm or Ma is used for each system part AI to Am and for each functional group Fa to Fz as well as for the overall system 1 to Mz or M generated.
  • the task of each analysis module Ml to Mm, Ma to Mz, M is to provide an associated performance characteristic L1 to Lm
  • the condition of the plant part A5, e.g. a pump, will be characterized in the example by a measured pressure.
  • the analysis module M5 reads out the corresponding process signal PS from the message archive 12 and evaluates the state or the quality of the system part A5 by comparison with a stored reference or target value. This quality can be given as a percentage from 0 to 100% or as a parameter in a closed interval from 0 to 1.
  • the quality of the plant part A5 can be assessed in several stages and on the basis of several process signals PS and is a purely local quantity in relation to the respective plant part A5.
  • respective limit values e.g. Tolerance, warning, alarm values
  • the corresponding process signals PS can be integrated as required.
  • the analysis module M5 reads the technical interconnection - the logical connection - of the plant part A5 with the influencing plant parts A3 and A4 from the corresponding function plans FUP. Analogous to the logical linkage of the system parts AI to Am, the logical linkage of the performance parameters L1 to Lm is obtained.
  • the associated performance characteristic value L3 or L4 is transmitted from the respectively associated analysis modules M3 and M4 of the influencing system parts A3 or A4 to the analysis module M5.
  • the analysis module M5 uses the logical combination of the performance parameters L3 and L4 and the locally assessed quality to determine the corresponding performance parameter L5 for the system part A5.
  • an "or" link can be realized as a maximum formation of the corresponding performance characteristics L1 to Lm, La to Lz.
  • the calculation for an "and” link can be formed as an average, for example as an arithmetic mean or as a weighted average corresponding performance characteristics Ll to Lm, La to Lz can be realized.
  • the locally assessed quality can be included in the calculation of the performance characteristic values L1 to Lm, La to Lz as averaging or as a factor.
  • the associated performance characteristic Ll is determined only on the basis of the locally assessed quality.
  • the performance value L1 to L, La to Lz determined in this way is a measure of the availability or the hazard to the corresponding plant part AI to Am, the functional group Fa to Fz or the entire plant 1, taking into account the interrelation of the plant parts AI to Am or the functional groups Fa to Fz.
  • the performance characteristic L1 to Lm, La to Lz can be determined not only for a system part AI to Am, but also for the function group Fa to Fz or the overall system 1. For this purpose, on the basis of the system structure 20, a predetermined number of system parts AI to Am are combined to form a functional group Fa to Fz. A performance characteristic or group performance characteristic La to Lz of the associated function groups Fa to Fz is determined on the basis of the corresponding performance characteristics Ll to Lm of the associated system parts AI to Am.
  • the performance parameters L1 to Lm, La to Lz can be compressed up to a single performance parameter L for the overall system 1.
  • the performance parameters L1 to Lm, La to Lz, L can be determined centrally or decentrally.
  • the performance characteristics L1 to Lm, La to Lz, L are determined in the respective decentralized sub-device of the information system 10b.
  • the transmission of the characteristic values L1 to Lm, La to Lz, L then usually takes place via data transmission devices, not shown, e.g. about Bussy systems.
  • the performance parameters L1 to Lm, La to Lz, L can of course be determined centrally.
  • each performance parameter L1 to Lm, La to Lz, L is determined via the associated analysis module Ml to Mm, Ma to Mz, or M, depending on the specifications of the operating personnel, only characteristic values Ll to Lm, La to Lz of critical system parts AI to Am or function groups Fa to Fz can be determined and monitored.
  • analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz are activated, which are assigned to the critical system parts AI to Am or the critical function groups Fa to Fz.
  • the analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz of the critical system parts AI to Am or the critical function groups Fa to Fz determine the influencing system parts AI to A or the influencing function groups Fa to Fz using the method described above.
  • Their analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz are also activated so that the respective performance characteristics L1 to Lm, La to Lz can be transmitted to the analysis module Ml to Mm, Ma to Mz of the critical system part AI to Am or the critical function groups Fa to Fz.
  • the activation of analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz is continued until all influencing system parts AI to Am or functional groups Fa to Fz have been identified.
  • the analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz, M can be activated, for example, by the operating personnel by command or else automatically by triggering a signal in the automation or information system 10a, 10b.
  • the analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz, M can be deactivated if there is no need for information.
  • Permanent monitoring of sub-processes or of the entire plant process can be ensured by constantly activating the corresponding or all analysis modules Ml to Mm, Ma to Mz, M.
  • On the basis of stored performance parameters L1 to Lm, La to Lz, L it is also possible to make a forecast for future performance parameters Ll to Lm, La bi ⁇ Lz, L of the plant part AI bi ⁇ Am and / or the function group Fa bi ⁇ Fz determine.
  • the determined performance values L1 to Lm, La to Lz, L are stored as instantaneous or averaged values in a memory unit of the process system 10a or 10b, not shown, of the process system.
  • expected performance characteristics L1 to Lm, La to Lz, L can then be determined or possibly simulated.
  • the operating personnel for example, to estimate the influence that a plant part AI to Am under revision has on the process flow and how this plant part AI to Am can be optimally replaced by parameter changes to other plant parts AI to Am.
  • the system structure 20 described above is shown in the form of an image 22 of the state of the overall system 1, as can be displayed, for example, in a control room (not shown) on a screen or as a control room image.
  • the respective performance characteristics L1 to L, La to Lz, L of the corresponding system part AI to Am or the functional group Fa to Fz are each in the form of a bar B1 to

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Abstract

Um einen Prozeßzustand besonders einfach und schnell analysieren zu können, insbesondere eine besonders genaue Abschätzung von Auswirkungen einer Störung auf einen Gesamtprozeß einer technischen Anlage (1) zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß ein ein ausgewähltes Anlagenteil (A1 bis Am) der technischen Anlage (1) charakterisierender Leistungskennwert (L1 bis Lm) anhand von einer Anzahl von zu diesem ausgewählten Anlagenteil (A1 bis Am) gehörigen Prozeßsignalen (PS) und anhand der Leistungskennwerte (L1 bis Lm), die den mit dem ausgewählten Anlagenteil (A1 bis Am) in Wirkzusammenhang stehenden anderen Anlagenteilen (A1 bis Am) zugeordnet sind, ermittelt.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Analyse eines Prozeßzustandes einer technischen Anlage
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Analyse eines Prozeßzustandes einer technischen Anlage, deren Anlagenteile automatisch überwacht und gesteuert werden. Bei der technischen Anlage kann es sich insbesondere um eine Kraft- Werksanlage handeln.
In einer Leitwarte zur Steuerung einer Kraftwerksanlage fallen ständig große Mengen verschiedener Meßdaten an, die in ihrer Gesamtheit den Anlagen- oder Betriebszustand beschrei- ben. Das Bedienpersonal der Kraftwerksanlage steht vor der Aufgabe, die für den Betriebszustand jeweils relevanten Meßdaten oder Meßgrößen zu identifizieren und ihre Werte in be- zug auf den Zustand der Anlage zu verfolgen, zu analysieren und zu interpretieren. Dabei wird das Bedienpersonal übli- cherweise von in der Leittechnik der Kraftwerksanlage vorgesehenen Informationsfiltern unterstützt, die archivierte oder für den aktuellen Anlagenzustand relevante Meßdaten oder Meßgrößen zur Anzeige bringen. Die überwiegende Menge der insgesamt erfaßten Meßdaten oder Meßgrößen wird üblicherweise elektronisch protokolliert.
Eine im Anlagenprozeß auftretende Störung führt in der Regel in einer Anzahl von Anlagenteilen zu einer Abweichung des Ist-Zustands vom Soll-Zustand. Für eine Überwachung derarti- ger Abweichungen geben vorgesehene Detektoren daraufhin Störungsmeldungen ab. Die Störungsmeldungen können - ebenso wie den Anlagenprozeß betreffende Meßwerte oder Meldungen - in der Leitwarte zur Anzeige gebracht werden. Anhand von Meldeelementen ist es dort für das Bedienpersonal möglich, die Störung zu identifizieren. Den Einfluß der Störung auf den Zustand der Anlage verfolgt, analysiert und interpretiert das Bedienpersonal anhand von funktionstechnischen Beschreibungen der Kraftwerksanlage. Die funktionstechnischen Beschreibungen sind in Form von Funkti- onsplänen niedergelegt. Die Funktionspläne können insgesamt mehrere 10.000 Seiten umfassen. In den Funktionsplänen ist in Form von Querverweisen und arithmetischen sowie logischen Operationen der Wirkzusammenhang der Anlagenteile hinterlegt.
Allein aufgrund des Umfangs der Funktionspläne ist es für das Bedienpersonal sehr zeitaufwendig und schwierig, bei einer Störung eines Anlagenteils dessen Einfluß und Auswirkung auf den Prozeßablauf zu verfolgen, zu analysieren und zu interpretieren sowie den daraus resultierenden Anlagenzustand zu ermitteln. Zudem kann bei einem Störfall eine Mehrzahl von Anlagenteilen mittelbar oder unmittelbar betroffen sein, so daß mehrere Anlagenteile im Hinblick auf die aufgetretene Störung gleichzeitig den Prozeßablauf beeinflussen und den Anlagenzustand verändern.
Das Bedienpersonal steht somit vor dem Problem, den Störfall ohne direkte offensichtliche Information über mittelbare Auswirkungen der Störung auf den Wirkzusammenhang der Anlagenteile zu beheben. Dazu muß das Bedienpersonal die aufgetrete- ne Störung und die daraus resultierenden Auswirkungen auf den Prozeßablauf erkennen und bewerten. Da die notwendigen Informationen lediglich anhand der Funktionspläne ermittelt werden können, ist eine derartige Analyse jedoch nur mit einem hohen Aufwand und zudem mit hohen Anforderungen an das Bedienperso- nal möglich. Darüber hinaus steht das Bedienpersonal gerade bei einem Störfall unter einem enormen Zeitdruck. Ferner hängt diese Analyse sehr stark vom Wissen, der Intuition sowie der momentanen Streßsituation des Bedienpersonals ab. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem besonders einfach und schnell ein Prozeßzustand analysiert werden kann. Dies soll eine besonders genaue Abschätzung der Auswirkung einer Störung auf den Gesamt- prozeß ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur Analyse eines Prozeßzustandes einer technischen Anlage, deren Anlagenteile automatisch überwacht und gesteuert wer- den, bei dem ein ein ausgewähltes Anlagenteil charakterisierender Leistungskennwert anhand von einer Anzahl zu diesem ausgewählten Anlagenteil gehörigen Prozeßsignalen und anhand derjenigen Leistungskennwerte, die den mit dem ausgewählten Anlagenteil in Wirkzusammenhang stehenden anderen Anlagentei- len zugeordnet sind, ermittelt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß der Prozeßzustand aus einer Analyse des Zusammenwirkens von den Prozeß charakterisierenden Anlagenteile ermittelt werden kann. Dabei ist das Zusammenwirken oder Wechselwirken der Anlagenteile durch Reaktionen einzelner Anlagenteile in Abhängigkeit von den Reaktionen der jeweiligen einflußnehmenden Anlagenteile bestimmt. Demzufolge ist die Funktion oder die Aufgabe eines jeden Anlagenteils durch den Wirkzusammenhang mehrerer miteinander verschalteter und auf ihn einflußnehmender Anlagenteile abhängig. Dabei kann auf der Grundlage von analytischen Vergleichen, insbesondere softwaretechnisch, für jedes Anlagenteil der aktuelle Ist-Zustand in Abhängigkeit von den einflußnehmenden benachbarten Anlagenteilen bestimmt werden. Mit dem neuen Verfahren ergibt sich nunmehr für das Anlagenteil ein Kennwert, der die Abhängigkeit und den Wirkzusammenhang des Anlagenteils beinhaltet und bewertet.
Um die Auswirkung oder die Einflußnahme des ausgewählten An- lagenteils in jedem von ihm beeinflußten Anlagenteil ermit- teln zu können, wird der Leistungskennwert des Anlagenteils an jedes von ihm beeinflußte andere Anlagenteil übermittelt. Dies kann beispielsweise über eine Datenubertragungsemheit oder über Querverweise innerhalb eines Rechnerprogramms er- folgen.
Der Wirkzusammenhang der Anlagenteile ergibt sich zweckmaßi- gerweise aus einer funktionstechnischen Beschreibung. Die funktionstechnische Beschreibung, z.B. Funktionspläne, liegt in einer zur Datenverarbeitung verwertbaren Form vor. Dabei umfaßt jeder Funktionsplan analog zu einem Unterprogramm eines Computerprogramms eine kleine Anzahl von miteinander logisch verknüpften Verfahrensschritten des Anlagenprozesses und somit die Art der Verknüpfung der Anlagenteile.
Um auch in Kraftwerksanlagen mit verteilten oder dezentralen Steuerungs- und Uberwachungsemrichtungen den Leistungskennwert des ausgewählten Anlagenteils besonders schnell und leicht ermitteln zu können, wird der Le stungskennwert in der entsprechenden Rechnereinheit des Anlagenteils dezentral ermittelt . Alternativ dazu kann der Leistungskennwert unabhängig von der dezentralen Struktur der Kraftwerksanlage auch zentral bestimmt werden.
Die Durchsetzung globaler Prozeßziele, z.B. Leistungssteigerung, unter der Berücksichtigung veränderlicher Zustande einzelner Anlagenteile, wird durch den Wirkzusammenhang aller das Prozeßziel beeinflussenden Anlagenteile bestimmt. Um beispielsweise für einen Teilprozeß eine zusammengefaßte oder verdichtete Information über dessen Zustand zu erhalten, wird zweckmäßigerweise eine vorgegebene Anzahl von Anlagenteilen zu einer Funktionsgruppe zusammengefaßt . Dabei wird anhand der Leistungskennwerte der Anlagenteile dieser Funktionsgruppe ein Gruppen-Leiεtungskennwert ermittelt. Der Gruppen-Lei- stungskennwert ermöglicht dem Bedienpersonal eine besonders leichte und schnelle Beurteilung der Verfügbarkeit der Funk- tionεgruppe sowie der Auswirkung, die die Funktionsgruppe auf beeinflußte Funktionsgruppen sowie auf den Gesamtprozeß hat.
Um darüber hinaus mit dem Analyseverf hren Auswirkungen von möglichen zukünftigen Störungen oder Ausfallen sowie Fehlerursachen ermitteln zu können, werden der ermittelte Leistungskennwert sowie diejenigen Leistungskennwerte, die den mit dem ausgewählten Leistungskennwert in Wirkzusammenhang stehenden anderen Anlagenteile zugeordnet sind, gespeichert. Je nach Vorgabe des Bedienpersonais werden die gespeicherten Leistungskennwerte dann zur Prognose für einen zukunftigen Leiεtungskennwert des ausgewählten Anlagenteils herangezogen. Analog dazu wird ebenfalls der ermittelte Gruppen-Leistungs- kennwert gespeichert. Der gespeicherte Gruppen-Leistungskennwert wird anschließend zur Prognose für einen zukunftigen Gruppen-Leistungskennwert der Funktionsgruppe herangezogen.
Diese Prognosen ermöglichen dem Bedienpersonal, rechtzeitig vor einer Anlagenstorung, bei einem Leistungsabfall oder bei einem Leistungs- oder Verfugungsengpaß Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Darüber hinaus können anhand der Prognosen beabsichtigte Eingriffe und Maßnahmen in den Prozeß auf deren Auswirkungen auf Prozeßablauf und -zustand überprüft werden.
Für eine besonders einfache und zuverlässige Analyse des Prozeßzustandes werden der ermittelte Leistungskennwert und/oder der Gruppen-Leistungskennwert grafisch auf einer Anzeigeeinrichtung, z.B. auf einem Bildschirm oder einer Wartentafel dargestellt. Dies kann beispielsweise durch Balkendiagramme sowie Farbänderungen des das Anlagenteil repräsentierenden Meldeelementes erfolgen.
D e mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen msbesonde- re darin, daß für das Bedienpersonal durch die Ermittlung des genannten Leistungskennwertε der Wirkzusam enhang und die Einflußnahme der Anlagenteile untereinander und deren Auswirkungen auf einen Teilprozeß sowie auf den Gesamtprozeß bewertet werden. Somit steht eine charakteristische Große für eine sichere Betriebstuhrung oder für eine Prognose zur Betriebsführung zur Verfugung. Zudem ist durch die grafische Darstellung der ermittelten Werte eine besonders einfache Verfolgung der Auswirkung einer Störung auf den Prozeßablauf gewährleistet. Darüber hinaus können durch eine Verdichtung der ermit- telten Leistungskennwerte mehrerer Anlagenteile zusammenfassende globale Aussagen über den Zustand von Teilprozessen sowie vom Gesamtprozeß gemacht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere Ausgestaltungen und Vorteile werden anhand der Zeichnung naher erläutert. Darin zeigen:
FIG 1 ein Funktionsschema zur Ermittlung mehrerer Leistungskennwerten für eine technische Anlage und
FIG 2 das Abbild einer Systemstruktur eines Teilprozesses der technischen Anlage mit zur Darstellung von Wirkzusammenhängen in dem Teilprozeß vorgesehenen Komponenten.
Einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist schematisch eine Kraftwerksanlage, speziell eine Gas- und Dampfturbinenanlage 1, die nachfolgend als Gesamtanlage 1 bezeichnet wird, dargestellt. Diese umfaßt eine Gasturbine 2 und einen dieser rauchgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger 4, desεen Heizflächen in den Wasser- Dampf-Kreislauf 6 einer Dampfturbine 8 geschaltet sind. Von nicht dargestellten Sensoren erfaßte Meßwerte MW sowie von nicht dargestellten Signalgebern abgegebene Meldesignale MS werden einem Prozeßsystem 10 zugeführt, das sich aus einem Automatisierungsεyεte 10a und einem leittechnischen Informa- tionεεystem 10b zusammensetzt. Das Prozeßsyεtem 10 kann dabei insbesondere ein Personal Computer oder eine andere Datenver- arbeitungεeinrichtung εein.
In Automatiεierungεeinheiten oder Teileinrichtungen deε Pro- zeßsystems 10 der Gesamtanlage 1 werden die Meßwerte MW und die Meldesignale MS vorverarbeitet. Gegebenenfalls werden Steuersignale Si an die Komponenten 2, 4, 6, 8 der Gesamtanlage 1 abgegeben. Durch die innerhalb des Prozeßεystems 10 ablaufenden Prozeεse wird die Geεamtanlage 1 automatisch ge- steuert und überwacht .
Von dem Prozeßεystem 10 werden anhand der momentan oder online erfaßten Meßwerte MW und Meldesignale MS sowie der Steuersignale Si für den Anlagenprozeß relevante Prozeßsignale PS generiert. Diese Prozeßsignale PS und weitere Informationen über Messungs-, Regelungs- und Steuerungsereignisεe sowie über die Signalerzeugung sind im Informationεεyεtem 10b hinterlegt, z.B. in einem Meldungεarchiv 12. In dem Meldungsarchiv 12 sind zum einen der momentane Zustand und zum anderen dynamische Meldungen, z.B. Störungsmeldungen, des Kraftwerksprozesses hinterlegt.
Funktionstechnische Beschreibungen der Gesamtanlage 1 sind in Form von Funktionsplänen FUP in einem Speicherbaustein 14 des Informationssyεtems 10b elektronisch hinterlegt. Dabei stehen die Funktionspläne FUP in einer für die Datenverarbeitung verwertbaren Form, z.B. in verketteten Datenstrukturen, zur Verfügung. Darüber hinaus umfaßt das Informationssystem 10b eine vorgegebene Anzahl von Analysemodulen Ml biε Mm (m e N) , Ma biε Mz , M. In den einzelnen Funktionεplanen FUP sind der Anlagenprozeß und Teilprozesse der Gesamtanlage 1 als eine Systemεtruktur oder Anlagenεtruktur 20 abgebildet. Um die Aufgabenεtellung für den Anlagenprozeß einfach loεen zu können, lεt die Anla- genstruktur 20 in eine ausgewählte Anzahl von Teilfunktionen oder Funktionsgruppen Fa bis Fz und in eine vom Anlagenprozeß abhangige Anzahl von Anlagenteilen AI b ε Am (m e N) zum einfachen Erkennen von Wirkzuεammenhangen innerhalb des Anla- genprozesεes gegliedert. Beispielsweise stellt die Funktions- gruppe Fa die Komponente Wasεer-Dampf-Kreiεlauf 6 dar, die die Anlagenteile A2 bis A5 umfaßt. Die Anlagenteile A2 bis A5 repräsentieren dabei nicht naher dargestellte Pumpen und Rohre .
Die Anlagenstruktur 20 lεt in Form von Querverweiεen und arithmetischen sowie logischen Operationen detailliert m den Funktionsplanen FUP hinterlegt. Jedes Anlagenteil AI biε Am und jede Funktlonsgruppe Fa bis Fz kann ebenfalls je nach eigener Struktur eine zugehörige Anzahl von Funkt onsplanen FUP im Sinne von Detailplanen oder Untergruppen von Planen umfassen. Generell können die Funktionsplane FUP durch entsprechende Software-Werkzeuge in eine vereinfachte topologische Struktur für die Darstellung der Anlagenstruktur 20 umgesetzt werden.
Um eine Analyse des Wirkzusammenhangs der Anlagenteile AI bis Am oder der Funktionεgruppen Fa bis Fz durchfuhren zu können, wird für jedes Anlagenteil AI bis Am und für ede Funktionsgruppe Fa bis Fz sowie für die Geεamtanlage 1 ein entspre- chendes Analysemodul Ml bis Mm bzw. Ma bis Mz bzw. M generiert. Die Aufgabe jedes Analyεemodulε Ml biε Mm, Ma bis Mz, M ist es, einen zugehörigen Leiεtungskennwert Ll bis Lm
(m e N) bzw. La bis Lz bzw. L auf der Basiε der zugehörigen Funktionsplane FUP sowie der entsprechenden Prozeßsignale PS zu ermitteln.
Der Zustand des Anlagenteils A5, z.B. einer Pumpe, werde im Wege des Beispiels durch einen gemesεenen Druck charakteri - εiert . Daε Analysemodul M5 liest zum einen das entsprechende Prozeßsignal PS aus dem Meldungsarchiv 12 aus und bewertet durch einen Vergleich mit einem hinterlegten Referenz- oder Sollwert den Zustand oder die Qualität des Anlagenteils A5. Diese Qualität kann als eine Prozentangabe von 0 bis 100% oder als eine Kenngroße in einem abgeschlosεenen Intervall von 0 biε 1 angegeben εein. Die Bewertung der Qualität des Anlagenteils A5 kann dabei in mehreren Stufen sowie auf der Basis mehrerer Prozeßsignale PS erfolgen und ist eine rein lokale Große bezogen auf das jeweilige Anlagenteil A5. Darüber hinaus können in die Bewertung der Qualität jeweilige Grenzwerte, z.B. Toleranz-, Warn-, Alarmwerte, der entsprechenden Prozeßsignale PS je nach Bedarf eingebunden werden.
Zum anderen liest das Analysemodul M5 aus den entsprechenden Funktionsplanen FUP die technische Verschaltung - die logische Verknüpfung - des Anlagenteils A5 mit den einflußnehmenden Anlagenteilen A3 und A4. Analog zu der logischen Verknüpfung der Anlagenteile AI biε Am ergibt sich die logische Ver- knüpfung der Leistungskennwerte Ll bis Lm.
Von den jeweils zugehörigen Analysemodulen M3 und M4 der einflußnehmenden Anlagenteile A3 bzw. A4 wird der zugehörige Leistungskennwert L3 bzw. L4 an das Analysemodul M5 ubermit- telt. Das Analysemodul M5 ermittelt anhand der logischen Verknüpfung der Leistungεkennwerte L3 und L4 εowie der lokal bewerteten Qualität den entsprechenden Leistungskennwert L5 f r das Anlagenteil A5. Beispielsweise kann eine „oder "-Verknüpfung als eine Maximumbildung der entsprechenden Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz realisiert werden. Die Berechnung für eine „und" -Verknüpfung kann als eine Mittelwertbildung, z.B. als arithmeti- scheε Mittel oder alε gewichtete Mittelwertbildung, der entsprechenden Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz realisiert werden. Die lokal bewertete Qualität kann in die Berechnung des Leistungskennwerteε Ll biε Lm, La bis Lz als eine Mittelwertbildung oder als Faktor eingehen. Für das An- lagenteil AI ohne ein vorgeschaltetes Anlagenteil A2 bis Am wird der zugehörige Leistungskennwert Ll lediglich anhand der lokal bewerteten Qualität ermittelt.
Der so ermittelte Leistungskennwert Ll bis L , La biε Lz ist dabei ein Maß für die Verfügbarkeit oder die Gefährdung des entsprechenden Anlagenteils AI bis Am, der Funktionsgruppe Fa bis Fz oder der Gesamtanlage 1 unter Berücksichtigung des Wirkzusammenhangs der Anlagenteile AI bis Am bzw. der Funktionsgruppen Fa bis Fz .
Mit anderen Worten anhand eines praktischen Falls: Das Anlagenteil A5, die Pumpe, arbeitet aufgrund eines der anstehenden Steuersignale Si noch ausreichend, obwohl der Druck im zufließenden Rohr einen Toleranzwert unterschritten hat. Diese Abweichung fließt in die Ermittlung des Leiεtungskenn- wertes L5 der Pumpe ein. Somit erhält das Bedienpersonal schon vor dem Zustandekommen einer Alarmmeldung, einer Störung oder einer schutzbedingten Abschaltung der Pumpe, nämlich über den Leistungskennwert L5, eine Information über die Beeinträchtigung oder die Gefährdung des Anlagenteils A5 , nämlich der Pumpe.
Der Leistungskennwert Ll bis Lm, La bis Lz kann nicht nur für ein Anlagenteil AI bis Am, sondern auch für die Funktions- gruppe Fa bis Fz oder die Gesamtanlage 1 ermittelt werden. Dazu wird auf der Basis der Syεtemεtruktur 20 eine vorgegebene Anzahl von Anlagenteilen AI bis Am zu einer Funktionsgruppe Fa bis Fz zusammengefaßt . Anhand der entsprechenden Leistungskennwerte Ll bis Lm der zugehörigen Anlagenteile AI bis Am wird ein Leistungskennwert oder Gruppen-Leistungskennwert La bis Lz der zugehörigen Funktionsgruppen Fa bis Fz ermittelt. Die Leistungεkennwerte Ll biε Lm, La bis Lz können dabei bis zu einem einzigen Leistungεkennwert L für die Gesamtanlage 1 verdichtet werden. Je nach Gliederungsgrad der Anlagenεtruktur 20 εind weitere Auf- oder Abεtufungen in der Ermittlung von Leiεtungskennwerten Ll bis Lm, La bis Lz, L möglich und demzufolge weitere Analysemodule Ml bis Mm, Ma bis Mz, M erforderlich, die dann ggf. zu generieren sind.
In Abhängigkeit von der Anlagenstruktur 20 sowie des Aufbaus des Prozeßsystems 10 können die Leistungεkennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L zentral oder dezentral ermittelt werden. Bei einer sehr verzweigten Gesamtanlage 1, z.B. wenn einige Komponenten 2, 4, 6, 8 mehrere 100m voneinander entfernt sind, werden Teileinrichtungen des Prozeßsystems 10 dezentral in der Gesamtanlage 1 installiert. In einem derartigen Aufbau werden die Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L in der jeweiligen dezentralen Teileinrichtung des Informationssystems 10b ermittelt. Die Übertragung der Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L erfolgt dann üblicherweise über nicht dargestellte Datenübertragungseinrichtungen, z.B. über Bussy- steme. Additiv oder alternativ können die Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L selbstverständlich zentral ermittelt werden.
Je nach Vorgabe sind verschiedene Varianten für die Analyse des Prozeßzustandes möglich. Da jeder Leistungskennwert Ll bis Lm, La bis Lz, L über das zugehörige Analysemodul Ml biε Mm, Ma bis Mz , bzw. M ermittelt wird, können beiεpielsweise in Abhängigkeit von den Vorgaben des Bedienpersonalε nur Lei- stungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz kritischer Anlagenteile AI bis Am oder Funktionsgruppen Fa bis Fz ermittelt und überwacht werden.
Dazu werden nur die entsprechenden ausgewählten Analysemodule Ml bis Mm, Ma bis Mz aktiviert, die den kritischen Anlagenteilen AI bis Am oder den kritischen Funktionsgruppen Fa bis Fz zugeordnet sind. Die Analysemodule Ml bis Mm, Ma biε Mz der kritischen Anlagenteile AI biε Am oder der kritiεchen Funktionεgruppen Fa bis Fz ermitteln anhand des oben beschriebenen Verfahrens die einflußnehmenden Anlagenteile AI bis A bzw. die einflußnehmenden Funktionsgruppen Fa bis Fz. Deren Analysemodule Ml bis Mm, Ma bis Mz werden ebenfalls aktiviert, so daß die jeweiligen Leistungεkennwerte Ll biε Lm, La biε Lz an das Analyεemodul Ml bis Mm, Ma bis Mz deε kritiεchen Anlagenteil AI biε Am oder der kritiεchen Funktionεgruppen Fa bis Fz übermittelt werden kann. Die Aktivierung von Analysemodulen Ml bis Mm, Ma bis Mz wird solange fortgesetzt, bis alle einflußnehmenden Anlagenteile AI bis Am oder Funktionsgruppen Fa bis Fz identifiziert sind.
Die Aktivierung der Analysemodule Ml bis Mm, Ma bis Mz , M kann beispielsweise durch das Bedienpersonal per Befehl oder aber auch automatisch durch Auslöεung eineε Signalε im Auto- matisierungs- oder Informationssystem 10a, 10b erfolgen.
Analog hierzu kann eine Deaktivierung der Analysemodule Ml bis Mm, Ma bis Mz, M erfolgen, wenn kein Informationsbedarf besteht .
Eine permanente Überwachung von Teilprozessen oder des gesamten Anlagenprozesεeε kann durch εt ndige Aktivierung der entεprechenden bzw. aller Analysemodule Ml biε Mm, Ma biε Mz, M gewährleiεtet werden. Auf der Grundlage von geεpeicherten Leistungskennwerten Ll bis Lm, La bis Lz, L iεt es darüber hinaus möglich, eine Prognose für zukünftige Leistungεkennwerte Ll bis Lm, La biε Lz, L deε Anlagenteilε AI biε Am und/oder der Funk ionεgruppe Fa biε Fz zu ermitteln. Dazu werden die ermittelten Leiεtungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L als Momentan- oder ge it- telte Werte in einer nicht dargeεtellten Speichereinheit deε Prozeßεyεtems 10a bzw. 10b hinterlegt. Auf Basiε dieεer Vergangenheitswerte in Verbindung mit Erfahrungswerten, Abschät- zungen und Annäherungen können dann zukünftig erwartete Leistungskennwerte Ll bis Lm, La bis Lz, L ermittelt oder ggf. simuliert werden. Anhand derartiger Prognosen ist es beispielweise für das Bedienpersonal möglich, abzuschätzen, welchen Einfluß ein in Revision genommenes Anlagenteil AI bis Am auf den Prozeßablauf nimmt und wie dieseε Anlagenteil AI biε Am optimal durch Parameteränderungen an anderen Anlagenteilen AI biε Am erεetzt werden kann.
Gemäß Figur 2 ist die oben beεchriebenen Anlagenεtruktur 20 in Form eines Abbildes 22 des Zustandes der Gesamtanlage 1 dargestellt, wie es beispielsweise in einer nicht dargestellten Leitwarte auf einem Bildschirm oder als Wartenbild angezeigt werden kann.
Die jeweiligen Leistungskennwerte Ll bis L , La bis Lz, L deε entεprechenden Anlagenteilε AI biε Am oder der Funktionεgrup- pe Fa biε Fz sind dabei jeweils in Form eines Balkens Bl bis
Bm (m ε N) , Ba bis Bz, B dargestellt. Alternativ kann anstelle der Balken Bl bis Bm, Ba biε Bz, B auch eine geeignete Farbεignalisierung eingeεetzt werden. Dabei ändert daε Anlagenteil AI biε Am oder die Funktionsgruppe Fa bis Fz in der Darstellung seine Farbe in Abhängigkeit vom entsprechenden Leistungskennwert Ll bis Lm, La bis Lz, L. Die Farbe symbolisiert dann den jeweiligen Leistungεkennwert Ll biε Lm, La biε Lz, L. Selbεtverεtandlich sind auch weitere beispielhafte Ausfuhrungsarten nach dem Stand der Technik möglich So s nd weitere Anzeigevarianten am Balken B2 des Anlagenteils A2 sowie am Balken Be der Funktionsgruppe Fe jeweils numerische Angaben für die jeweiligen Leiεtungεkennwerte L2 bzw. Le m Form von 0 biε 100% bzw. 0 bis 1 dargestellt.
Anhand dieseε Abbildeε 22 ist es dem Bedienpersonal möglich, weit vor Eintreten einer die Leistung der Gesamtanlage 1 em- schrankenden Störung die Gefahr für die Gesamtanlage 1 und die davon betroffenen Anlagenteile AI bis Am oder Funktionsgruppen Fa bis Fz zu erkennen und zu identifizieren.
Selbstverständlich können die Merkmale der aufgezeigten Aus- fuhrungen miteinander oder mit Merkmalen auε dem Stand der Technik kombiniert werden, ohne daß der Grundgedanke der Erfindung verlaεεen wird. Weεentlich hierfür lεt, daß eine cha- rakteriεtiεche Große - nämlich der Leistungskennwert Ll bis Lm, La bis Lz, L - zur Verfugung steht, mit der der Wirkzu- sammenhang und die Einflußnahme der an Teilprozesεen oder am Geεamtprozeß beteiligten Einrichtungen bewertet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Analyse eines Prozeßzustandes einer technischen Anlage (1), deren Anlagenteile (AI bis Am) automatisch überwacht und/oder gesteuert werden, bei dem ein ein ausgewähltes Anlagenteil (AI biε Am) charakterisierender Leistungskennwert (Ll biε Lm) anhand einer Anzahl von zu diesem ausgewählten Anlagenteil (AI bis Am) gehörigen Prozeßsignalen (PS) und anhand derjenigen Leistungskennwerte (Ll bis Lm) er- mittelt wird, die den mit dem ausgewählten Anlagenteil (AI bis Am) in Wirkzusammenhang stehenden anderen Anlagenteilen (AI bis Am) zugeordnet sind.
2. Verfahren nach Anεpruch 1, bei dem der Leiεtungskennwert (Ll biε Lm) deε ausgewählten Anlagenteils (AI bis Am) an jedes von ihm beeinflußte andere Anlagenteil (AI bis Am) übermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Wirkzuεa - menhang der Anlagenteile (AI bis Am) anhand einer funktions- techniεchen Beschreibung (FUP) vorgegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Leistungεkennwert (Ll biε Lm) deε auεgewahlten Anlagenteils (AI biε Am) zentral und/oder dezentral ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der Anεpruche 1 biε 4, bei dem eine vorgegebene Anzahl von Anlagenteilen (AI bis Am) zu einer Funktionsgruppe (Fa biε Fz) zuεammengefaßt wird, und bei dem anhand der Leistungskennwerte (Ll bis Lm) der Anlagenteile (AI bis Am) dieser Funktionεgruppe (Fa biε Fz) ein Gruppen- Leiεtungskennwert (La biε Lz) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Anεpruche 1 biε 5, bei dem der ermittelte Leiεtungskennwert (Ll bis Lm) εowie diejenigen Leistungεkennwerte (Ll bis Lm) , die dem mit dem ausgewählten Anlagenteil (AI bis Am) m Wirkzusammenhang εtehenden anderen Anlagenteilen (AI bis Am) zugeordnet sind, gespeichert werden, und bei dem anhand der gespeicherten Leistungεkennwerten (Ll bis Lm) eine Prognoεe für einen zukunftigen Leistungε- kennwert (Ll biε Lm) deε Anlagenteilε (AI biε Am) ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anεpruch 5 oder 6, bei dem der ermittelte Gruppen-Leistungskennwert (La bis Lz) gespeichert wird und bei dem anhand des gespeicherten Gruppen-Leistungskennwerts (La bis Lz) eine Prognose für einen zukunftigen Gruppen-Lei- εtungεkennwert (La bis Lz) der Funktionsgruppe (Fa bis Fz) ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der ermittelte Leiεtungskennwert (Ll bis Lm) auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem der ermittelte Gruppen-Leistungskennwert (La bis Lz) auf einer Anzeigeeinrichtung dargestellt wird.
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