Автоматизированная система выявления неисправных датчиков среди датчиков, предназначенных для контроля технологических процессов

Полезная модель относится к автоматизации управления технологическими процессами, а именно к автоматизированным системам выявления неисправных датчиков, измеряющих параметры технологических процессов, и может быть использована для повышения достоверности информации, поступающей в автоматизированную систему управления технологическими процессами. Автоматизированная система выявления неисправных датчиков среди датчиков, предназначенных для контроля технологических процессов, содержит по крайней мере одну компьютерную систему, в состав которой входит блок принятия решений, блок сравнения текущих показаний датчиков с прогнозными, первый блок хранения данных, содержащий базу данных с текущими показаниями каждого датчика и базу данных с показаниями каждого датчика за определенный период времени, блок обработки показаний датчиков, второй блок хранения данных, содержащий базу данных параметров моделей для каждого датчика, блок формирования прогнозных значений, предназначенный для определения показаний для каждого датчика на основе показаний датчиков, выполняющих измерения взаимосвязанных параметров одного и того же физического (технологического) процесса, что и датчик, в отношении которого осуществляют расчет прогнозных значений показаний. Компьютерная система через линии связи подключена к датчикам. Система позволяет оперативно отследить вышедший из строя датчик. Особенно полезной такая система является в случае, когда объект автоматизации использует более сотни датчиков.

Полезная модель относится к автоматизации управления технологическими процессами, а именно к автоматизированным системам выявления неисправных датчиков, измеряющих параметры технологических процессов, и может быть использована для повышения достоверности информации, поступающей в автоматизированную систему управления технологическими процессами.

Известна система обнаружения неисправного датчика, описанная в патентной документации к патенту США 6831466, включающая, по крайней мере, контроллер, соединенный с несколькими датчиками. Контроллер для каждого второго датчика содержит фильтры, основанные на статистических моделях.

Так же, как и заявляемая полезная модель, известная система содержит компьютерное устройство, соединенное с датчиками.

К недостаткам известного устройства можно отнести

- использование только статистических фильтров, в то время как предложенная система использует произвольные модели, обученные на данных, позволяющие адаптироваться к изменению режимов работы оборудования;

- контроллер известной системы использует только сигнал обратной связи от датчиков, в то время как заявляемая полезная модель использует, в том числе, исторические данные и любые иные сигналы от других контроллеров и датчиков;

- в известной системе не указывается, какой из датчиков вышел из строя, в то время как основной функцией полезной модели является именно поиск и определение неисправных датчиков.

Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является система выявления неисправных датчиков, реализующая способ повышения достоверности поступающей информации в автоматизированной системе управления технологическими процессами (АСУ ТП) нефтегазоконденсатного промысла, функционирующей в условиях Крайнего Севера, представленная в описании к патенту РФ 2454692. Известная система содержит компьютерное устройство, в состав которого входит база знаний, включающая блок принятия решений и блок сравнения текущих показаний датчиков с прогнозными значениями. Компьютерное устройство подключено через линии связи к автоматизированной системе управления технологическими процессами.

Так же, как и заявляемая полезная модель, известная система содержит линии связи и компьютерное устройство, в состав которого входят блок принятия решений и блок сравнения текущих показаний датчиков с прогнозными значениями.

К недостаткам известной системы можно отнести, во-первых, ограниченные функциональные возможности системы, а именно, отсутствие возможности ее использования для выявления неисправных датчиков при управлении технологическими процессами, отличными от технологических процессов, используемых в нефтегазоконденсатной промышленности, что обусловлено использованием базы знаний с продукционными правилами, относящимися к конкретной технической области. Во-вторых, известная система не позволяет выявить датчики, показания которых не выходят за установленные нормы, но при этом не соответствуют происходящему процессу. Этот недостаток связан с тем, что система выявляет неисправность датчика только в том случае, когда показания датчика выходят за границы допустимых значений, что связано с используемыми в системе моделями неисправности датчиков. В-третьих, количество и состав датчиков, используемых для измерения, являются фиксированными, что не позволяет оперативно настраивать систему под разные технологические процессы.

Фиксированные количество и состав датчиков связаны с тем, что используемые в системе модели настроены на определенное количество и состав контролируемых датчиков.

Указанные недостатки устраняются при использовании заявленной полезной модели.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании применяемой при различных технологических процессах автоматизированной системы выявления несправных датчиков.

Технический результат от использования полезной модели заключается в расширении области применения и функциональных возможностей и повышении эффективности работы системы благодаря использованию компьютерных устройств, предназначенных для выполнения специальных задач, связанных с обеспечением функционального назначения автоматизированного комплекса.

Указанная задача решается, а технический результат достигается, благодаря тому, что в автоматизированной системе выявления неисправных датчиков среди датчиков, предназначенных для контроля технологических процессов, содержащей по крайней мере одну компьютерную систему, в состав которой входит блок принятия решений и блок сравнения текущих показаний датчиков с прогнозными, и линии связи, упомянутая компьютерная система дополнительно включает первый блок хранения данных, содержащий базу данных с текущими показаниями каждого датчика и базу данных с показаниями каждого датчика за определенный период времени, блок обработки показаний датчиков, второй блок хранения данных, содержащий базу данных параметров моделей для каждого датчика, блок формирования прогнозных значений, предназначенный для определения показаний для каждого датчика на основе показаний датчиков, выполняющих измерения взаимосвязанных параметров одного и того же физического (технологического) процесса, что и датчик, в отношении которого осуществляют расчет прогнозных значений показаний, а блок сравнения дополнительно осуществляет вычисления правдоподобия показаний каждого датчика путем сравнения текущих показаний каждого датчика и прогнозных значений показаний соответствующего датчика. При этом каждый датчик через линии связи соединен с первым блоком хранения данных, первый выход которого соединен с входом блока обработки показаний датчиков, а второй выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования прогнозных значений показаний, первый вход которого соединен с выходом блока обработки показаний датчиков, а второй вход соединен с выходом второго блока хранения данных, выход блока сравнения соединен с входом блока принятия решений.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предпочтительного варианта реализации системы.

Автоматизированной система выявления несправных датчиков среди датчиков, предназначенных для контроля технологических процессов, содержит блок принятия решений 1, блок сравнения 2, первый блок хранения данных 3, блок обработки показаний датчиков 4, второй блок хранения данных 5, блок формирования прогнозных значений показаний 6, линии связи 7.

Каждый датчик 8 через линии связи 7 соединен с первым блоком хранения данных 3, первый выход которого соединен с входом блока обработки показаний датчиков 4, а второй выход соединен с первым входом блока сравнения 2, второй вход которого соединен с выходом блока формирования прогнозных значений показаний 6, первый вход которого соединен с выходом блока обработки показаний датчиков 4, а второй вход соединен с выходом второго блока хранения данных 5, выход блока сравнения 2 соединен с входом блока принятия решений 1.

Блок принятия решений 1 предназначен для формирования списка неисправных датчиков, а также датчиков, угроза выхода из строя за заданный промежуток времени выше критической.

Блок принятия решений 1 осуществляет накопление информации о неисправности датчиков в каждый момент времени и вычисление вероятности неисправности на заданном промежутке времени. Блок принятия решений 1 может быть реализован на базе персонального компьютера общего назначения и типового программного обеспечения (ОС Windows, MacOS или Linux).

Блок сравнения 2 предназначен для сравнения текущих показаний датчиков 8 с прогнозными значениями. При этом указанный блок 2 снабжен средством для вычисления правдоподобия показаний каждого датчика 8 на основании результатов сравнения текущих показаний каждого датчика 8 и прогнозных значений показаний соответствующего датчика 8. Блок сравнения 2 осуществляет вычисление степени правдоподобия уклонения показаний датчика и заданной величины. Блок сравнения 2 может быть реализован на базе персонального компьютера общего назначения и типового программного обеспечения (ОС Windows, MacOS или Linux).

Первый блок хранения данных 3 предназначен для сбора, управления и хранения данных, осуществляет интеграцию, преобразование, консолидацию, очистку и непосредственное хранение данных, а также предоставляет данные для анализа и интерпретации. Первый блок хранения данных 3 содержит базу данных с текущими показаниями каждого датчика 8 и базу данных с показаниями каждого датчика 8 за определенный период времени, Первый блок хранения данных 3 может быть реализован на базе специализированного компьютера для хранения данных, например, NAS (Network Array Storage) с использованием известного программного обеспечения, например SCADA (http://www.mka.ru/?p=40068).

Блок обработки показаний датчиков 4 выполняет следующие функции: осуществляет фильтрацию данных с целью понизить шумовые характеристики сигнала, заполняет пропуски в данных, вычисляет параметры данных, на основе которых принимает решение о выборе модели датчика. Блок обработки показаний датчиков 4 может быть реализован на базе персонального компьютера общего назначения и типового программного обеспечения (ОС Windows, MacOS или Linux).

Второй блок хранения данных 5 предназначен для сбора, управления и хранения данных о моделях датчиков, осуществляет непосредственное хранение данных, а также предоставляет данные для анализа и интерпретации. Второй блок хранения данных 5 содержит базу данных параметров моделей для каждого датчика 8. Второй блок хранения данных 3 может быть реализован базе персонального компьютера общего назначения и типового программного обеспечения для хранения данных (например, SQL Server http://www.interface.ru/home.asp?artid=139).

Блок формирования прогнозных значений показаний 6 предназначен для определения показаний для каждого датчика 8 на основе показаний датчиков 8, выполняющих измерения взаимосвязанных параметров одного и того же физического (технологического) процесса, что и датчик 8, в отношении которого осуществляют расчет прогнозных значений показаний. Блок формирования прогнозных значений показаний 6 осуществляет функции сбора данных и вычисления значений показаний в соответствии с моделью датчика. Блок формирования прогнозных значений показаний 6 может быть реализован на базе персонального компьютера общего назначения и типового программного обеспечения (ОС Windows, MacOS или Linux).

Линии связи 7 предназначены для передачи сигнала между каждым датчиком 8 и первым. блоком хранения данных 3. Линии связи могут быть как проводные, так и беспроводные.

Система работает следующим образом.

Показания датчиков 8 в виде сигналов поступают в первый блок хранения данных 3, где они обрабатываются и записываются в соответствующую базу данных или локальную дисковую память. При этом датчики, предназначенные для измерения взаимозависящих параметров одного и того же технологического процесса, объединяют в группы.

Предварительно для контролируемого технологического процесса осуществляют запись в базу данных с показаниями каждого датчика за определенный период времени статистически репрезентативных исторических данных - показаний датчиков за предыдущий период (от 1 месяца до 1 года, в зависимости от условий применения). При функционировании системы управления технологическим процессом в рабочем режиме данные, соответствующие показаниям датчиков 8, поступающие в первый блок хранения данных 3, записывают в режиме реального времени в базу данных с текущими показаниями каждого датчика 8.

После окончания заданного периода времени, в течение которого показания датчиков 8 поступали в БД с показаниями каждого датчика за определенный период времени, данные из первого хранилища данных 3 из указанной базы данных поступают в блок обработки показаний датчиков 4. В указанном блоке 4 по полученным показаниям датчиков 8 строятся информационные модели датчиков. Данные, соответствующие моделям каждого датчика 8, из блока обработки показаний датчиков 4 передают в блок формирования прогнозных значений 6, в который также передают из второго блока хранения данных 5 значения параметров моделей для каждого датчика 8 из соответствующей ему группы. В блоке формирования прогнозных значений 6 осуществляют расчет прогнозных значений показаний каждого датчика 8. Данные, соответствующие прогнозным значениям показаний каждого датчика 8, из блока формирования прогнозных значений 6, передают в блок сравнения 2. В этот же блок сравнения 2 периодически, например, один раз в несколько минут передают данные из первого блока хранения данных 3 из БД с текущими показаниями каждого датчика 8. В блоке сравнения 2 осуществляют сравнение текущих показаний датчика 8 и прогнозных показаний, рассчитанных по информационной модели. На основании результатов сравнения текущих показаний каждого датчика 8 и прогнозных значений показаний соответствующего датчика 8 в блоке сравнения 2 определяют правдоподобие показаний каждого датчика 8. По величинам и статистике отклонений реальных текущих показаний от модельных делают вывод о «правдоподобии» показаний датчика, а именно, является датчик исправным или нет. Также вычисляется коэффициент «правдоподобия», позволяющий прогнозировать необходимость замены датчика в ближайшей, среднесрочной или отдаленной перспективе. Полученные данные о правдоподобии датчиков 8 передают в блок принятия решений 1, в котором принимается окончательное решение об исправности или неисправности датчика и делается вывод о необходимости замены датчика в вычисленный промежуток времени на основании нормативов и регламентов техпроцесса.

Система позволяет оперативно отследить вышедший из строя датчик. Особенно полезной такая система является в случае, когда объект автоматизации использует более сотни датчиков.

Автоматизированная система выявления неисправных датчиков среди датчиков, предназначенных для контроля технологических процессов, содержащая по крайней мере одну компьютерную систему, в состав которой входит блок принятия решений и блок сравнения текущих показаний датчиков с прогнозными, и линии связи, отличающаяся тем, что компьютерная система дополнительно включает первый блок хранения данных, содержащий базу данных с текущими показаниями каждого датчика и базу данных с показаниями каждого датчика за определенный период времени, блок обработки показаний датчиков, второй блок хранения данных, содержащий базу данных параметров моделей для каждого датчика, блок формирования прогнозных значений, предназначенный для определения показаний для каждого датчика на основе показаний датчиков, выполняющих измерения взаимосвязанных параметров одного и того же физического (технологического) процесса, что и датчик, в отношении которого осуществляют расчет прогнозных значений показаний, а блок сравнения дополнительно осуществляет вычисления правдоподобия показаний каждого датчика путем сравнения текущих показаний каждого датчика и прогнозных значений показаний соответствующего датчика, при этом каждый датчик через линии связи соединен с первым блоком хранения данных, первый выход которого соединен с входом блока обработки показаний датчиков, а второй выход соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования прогнозных значений показаний, первый вход которого соединен с выходом блока обработки показаний датчиков, а второй вход соединен с выходом второго блока хранения данных, выход блока сравнения соединен с входом блока принятия решений.