DE68926638T2

DE68926638T2 - Fehlerdiagnosesystem für Anlagen

Info

Publication number: DE68926638T2
Application number: DE1989626638
Authority: DE
Inventors: Ryohei C O Mitsubish Funakoshi; Shigeru Kaseda; Toshihiko C O Hiroshim Niinomi; Koichi Takahashi
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1988-07-20
Filing date: 1989-07-19
Publication date: 1996-11-14
Anticipated expiration: 2009-07-20
Also published as: DE68926638D1; EP0351833A3; EP0351833A2; EP0351833B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Sachgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Fehlerdiagnosesystem für Anlagen, das zum Diagnostizieren eines Fehlers oder von Störungen geeignet ist und das bei einer groß dimensionierten Anlagen, wie beispielsweise chemischen Anlagen, anwendbar ist.

2. Beschreibung des in Bezug stehenden Stands der Technik

Seither hatte ein Diagnosesystem zum Diagnostizieren von Fehlern und Störungen, die bei Anlagen hervorgerufen werden, eine Funktion dahingehend, die zum Erfassen eines Fehlers geeignet war, der in einem Prozeß der Anlage hervorgerufen ist und mit einem vorbestimmten Schwellwert in Bezug auf den Prozeßwert gesetzt ist, wodurch ein Zustand, daß der Prozeßwert von dem Schwellwert abweicht, als ein Alarm an die Bediener angezeigt wird.
Allerdings erhöht sich mit dem vorstehend beschriebenen Typ eines Verfahrens, wenn ein Fehler in einem Prozeß erzeugt wird und sich die Störung des Prozesses ausbreitet, die Anzahl der Alarme. Deshalb wird es sehr schwierig für den Bediener, den Typ des Fehlers, der in dem Prozeß erzeugt wird, und den Grund dafür zu erkennen. Hierzu ist als eine Einrichtung, um den vorstehend beschriebenen Typ eines Problems zu überwinden, ein Verfahren bekannt, bei dem die Anzahl der Alarme durch Anzeigen des logischen Produkts einer Vielzahl von diesen Alarmen reduziert wird, die dahingehend betrachtet werden, daß sie dieselben Informationen wie der repräsentative Wert der Alarme darstellen. Ein anderes bekanntes Verfahren ist derart, daß die Art und Weise, um den kritischen Alarm anzuzeigen, von allgemeinen Alarmen unterschieden wird.
Allerdings wird gemäß der vorstehend beschriebenen Technologie, gerade wenn irgendein Fehler in einem Prozeß erfaßt wird, nur die Störung erfaßt, die in dem Prozeß hervorgerufen wird. Deshalb kann die Ursache für diese Fehler nicht identifiziert werden. Ein Verfahren kann in Betracht gezogen werden, um die Ursache eines Fehlers durch eine Musteranpassungsmöglichkeit zu identifizieren, derart, daß die Alarmmerkmale, die erwartungsgemäß in Übereinstimmung mit den Ursachen für Fehler erzeugt werden, die zuvor aufgenommen worden sind, und das logische Produkt bzw. die Verknüpfung davon verwenden. Allerdings müssen mit diesem Verfahren alle Alarme in derselben Form ausgegeben werden, um die Ursache zu identifizieren. Dies bedeutet, daß ein Problem dahingehend entsteht, daß die Ursache nicht erfaßt werden kann, wenn dieser Typ eines Alarms nicht in einem solchen Fall erfaßt werden kann, wo das Musteranpassungsverfahren auf den Alarm einer geringen Wahrscheinlichkeit, die erfaßt werden soll, angewandt werden soll, wie beispielsweise ein Alarm, der den Störungsgrad des Prozeßwerts darstellt, der zu klein ist und wobei eine bestimmte Zeitverzögerung dahingehend erwartet wird, daß sie von der Erzeugung des Fehlers bis zu der Erfassung davon auftritt.
Eine Vielzahl Instrumente, wie beispielsweise Druckmeßgeräte und Differentialdruckmeßgeräte, die für chemische Anlagen oder dergleichen vorgesehen sind, sind kritische Instrumente zum Erkennen des Zustands der Betriebsbedingungen der Anlagen. Obwohl diese Instrumente nicht immer akkurat arbeiten müssen, können sie fehlerhafte Anzeigen aufgrund eines Anzeigepegels, der gehalten wird, und einer Abweichung, nachdem sie für eine lange Zeitperiode verwendet worden sind, erzeugen. Seither muß dies, da Einrichtungen, um automatisch einen solchen Fehler der Instrumente zu erfassen, nicht verfügbar gewesen sind, von der Erfassungsmöglichkeit einer persönlichen Fähigkeit der Bediener abhängen. Dies bedeutet, daß die Bediener eine Fehlererfassung durch Erfassen der fehlerhaften Anzeige der Instrumente vornehmen, nachdem sie Bezug auf die angezeigten Pegel durch die Instrumente von dem Fehlerzustand durch die Anlage geprüft sind oder nachdem sie einen Vergleich der angezeigten Pegel mit solchen der Feldinstrumente vorgenommen haben.
Allerdings entsteht ein Problem dahingehend, daß eine schnelle und genaue Fehlererfassung nicht durchgeführt werden kann, wenn eine solche Erfassung von der Leistungsfähigkeit der Bediener abhängt. Als Folge hiervon wird zum Beispiel befürchtet, daß, obwohl der Druck einer Anlage auf dem abnormalen Niveau ist, die fehlerhafte Anzeige, die auf dem Instrument dargestellt ist, bewirkt, daß der Bediener bestimmt, daß sich der Druck in dem normalen Bereiche befindet. Dies führt zu der Tatsache, daß eine frühe Erfassung der Fehler in der Anlage nicht durchgeführt werden kann. Im Gegensatz dazu ist es ebenso zu befürchten, daß, obwohl sich der Druck in dem normalen Bereich befindet, die fehlerhafte Anzeige, die auf dem Instrument dargestellt ist, die Bestimmung des abnormalen Drucks bewirkt. Als Folge hiervon besteht dabei die Möglichkeit der Durchführung eines fehlerhaften Betriebs.
Als eine Einrichtung zum Diagnostizieren eines Fehlers in einer Anlage sind Off-Line- Fehlerdiagnosesysteme, bei denen eine Fehlerdiagnose durch Eingabe von Prozeßdaten der Anlage in einer Off-Line-Eingabe betrieben wird, und ein On-Line-Fehlerdiagnosesystem, in dem die Daten On-Line-Eingaben sind, bekannt. Prozeßdaten, die in die Typen von Diagnosesystemen eingegeben werden sollen, werden, ohne Ausnahme, durch die entsprechenden Instrumente gemessen. In einem Off-Line-System wird das Ergebnis eines Felds, das die Indikation liest, manuell eingegeben, während in einem On-Line-System Daten über Signalleitungen eingegeben werden. Allerdings wird zum Beispiel in chemischen Anlagen das Anschlußende des Erfassungsbereichs des Instruments aufgrund der Charakteristika des Gegenstands, der behandelt werden soll, korrodiert oder ein Verstopfen kann hervorgerufen werden. In den Instrumenten, die bewegbare Bereiche besitzen, können die bewegbaren Bereiche eingefangen werden, oder dergleichen, was bewirkt, daß ein normales Arbeiten verhindert wird.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann in groß dimensionierten Anlagen, wie beispielsweise in chemischen Anlagen, wenn die Fehlerdiagnose unter Verwendung des Prozeßwerts der defekten Instrumente durchgeführt wird, eine Fehlererzeugung erfaßt werden, obwohl irgendein Fehler nicht erzeugt wird, was bewirkt, daß ein Alarm oder dergleichen fehlerhaft ausgegeben wird. Eine solche fehlerhafte Anzeige verursacht, daß Bediener unnötigerweise verwirrt werden, und ist vom Standpunkt eines Betreibens der Anlagen unvorteilhaft.
Zum Zeitpunkt einer Durchführung einer Anlageninstrumentierung werden die obere Grenze und die untere Grenze des normalen Betriebsbereichs in Bezug auf jeden der Prozesse vorgesehen, und eine Vorrichtung zum Abgeben eines Alarms wird, wenn der Prozeßwert von den obigen, normalen Betriebsgrenzen abweicht, für den Zweck des Verhinderns einer Erzeugung von Zusammenbrüchen aufgrund einer Erzeugung von Fehlern zum Zeitpunkt der Instrumentierung installiert.
Wenn ein Fehler in den Instrumenten einer chemischen Anlage erzeugt wird, breitet sich die lokale Störung sukzessive weiträumig zu anderen Bereichen aus. Als Folge hiervon beeinflußt ein einziger Fehler sehr viele Prozeßwerte. Es muß die Ursache der Erzeugung des Fehlers identifiziert werden, um ihn so zu beseitigen, allerdings ist es auch wichtig, jeden der gestörten Prozeßwerte innerhalb eines Sicherheitsbereichs beizubehalten. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine Eingabe des gestörten Prozeßwerts aufgrund des ursprünglichen Fehlers bzw. der Störung in dem ungünstigen Bereich andere Fehler bewirken kann. Wenn eine Vielzahl von Prozeßwertstörungen gleichzeitig erzeugt wird, muß die Störung des Prozeßwerts, der dazu geeignet ist, einen kritischen Fehler bzw. eine Störung zu bewirken, aus einer großen Anzahl von Alarmen ausgewählt werden, um so bevorzugt zu agieren, um den kritischen Fehler zu überwinden.
Deshalb wurden bei der Instrumentierung chemischer Anlagen Systeme angegeben, mit denen ein Alarm auf einer Realzeitbasis zum Anzeigen der Erzeugung eines Fehlers unter Durchführen einer Fehlerdiagnose mit Computern ausgegeben wird. In diesen Alarmsystemen wird eine Vielzahl von Alarmen für jeden Prozeß abgegeben, zu dem die Störungen hin ausgebreitet sind, um den Prozeßwert auszuwählen, der dazu geeignet ist, einen kritischen Fehler zu bewirken, und zwar von jedem der Prozeßwerte, die Störungen erzeugt haben, wobei eine Klassifikation derart eingesetzt wird, daß zum Beispiel die Farbe der Alarmanzeigelampe gemäß dem Grad des Wichtigkeitsfaktors klassifiziert wird.
Allerdings bringen die Alarmsysteme des Typs, wie er vorstehend beschrieben ist, die nachfolgenden Probleme mit sich.
Dies bedeutet, daß solche Systeme einen Sachverhalt anzeigen, daß ein abnormaler Zustand in der Instrumentierung der chemischen Anlage erzeugt wurde, nachdem dieser Zustand aufgetreten ist, allerdings können diese Systeme nicht Alarme vor dem Erfassen eines Sachverhalts dahingehend abgeben, daß der Prozeßwert nun von einem normalen Bereich abweicht. Deshalb entsteht ein Problem dahingehend, daß eine Maßnahme, um die Abnormalität in einer chemischen Anlage zu beseitigen, so vorgenommen wird, daß sie viel zu sehr verzögert ist.
Andererseits kann ein Verfahren eingesetzt werden, bei dem die obere und die untere Grenze des Prozeßwerts in einem weiteren Sicherheitsbereich vorgesehen sind, so daß ein Fehler in einem frühen Zustand erfaßt wird. Allerdings besteht dabei die Wahrscheinlichkeit der Abgabe einer fehlerhaften Information in Abhängigkeit von einer Bestimmung eines Fehlers, obwohl der Zustand normal ist.
Weiterhin werden die Alarme nur auf der Basis des Wichtigkeitsfaktors des Fehlers der chemischen Anlage ausgewählt, der aus der Abweichung von einem normalen Bereich des Prozeßwerts erzeugt wird, allerdings wird eine Auswahl einer Abgabe der Alarme gemäß einer Stellzeit (Grenzzeit), die dazu benötigt wird, um die Erzeugung des Fehlers zu erreichen, nicht berücksichtigt. Als Folge hiervon wird, obwohl eine unzureichende Stellzeit zur Erzeugung eines Fehlers vorhanden ist und obwohl der Wichtigkeitsfaktor eines solchen Fehlers kritisch ist, kein Alarm abgegeben, was einen Fehler bewirkt.
Weiterhin ist ein Fehlerdiagnosesystem für eine herkömmliche Anlage bekannt, bei dem die physikalische Größe jedes Bereichs in einer Anlage immer mit Sensoren zum Zweck der Abgabe eines Alarms gemessen wird, wenn die physikalische Größe oder deren Änderungsrate übermäßig von dem Wert unter dem normalen Betriebszustand der Anlage unterschiedlich ist.
Allerdings entstehen bei diesen Typen von Fehlerdiagnosesystemen von Anlagen die folgenden Probleme.
Da der zulässige Bereich der physikalischen Größe derart vorgesehen ist, daß die physikalische Größe bei allen Betriebsbedingungen der Anlage momentan anwendbar ist, muß der zulässige Bereich weit gestaltet werden. In einem solchen Fall wird eine bestimmte, lange Zeit von einer Erzeugung eines Fehlers in der Anlage bis zur Abgabe eines Alarms angenommen, und dies wird eine Ursache für die darauffolgende Erzeugung von Fehlern in den Bereichen in der Anlage werden. Als eine Folge hiervon wird eine übermäßig lange Zeitperiode benötigt, um den Fehler zu beseitigen.
Wenn ein Alarm für die Änderungsrate eingestellt wird, kann eine solche Einstellung eine Alarmabgabe in Abhängigkeit von einer Bestimmung einer Erzeugung des Fehlers bewirken, obwohl der Zustand tatsächlich nicht dahingehend bestimmt werden kann, daß der Fehler aufgetreten ist. Dies bedeutet, daß ein Alarm relativ früh von dem Start der physikalischen Mengenänderung an aufgrund der Erzeugung des Fehlers ausgegeben werden kann, allerdings wird der Alarm dazu gebracht, daß er abgegeben wird, gerade wenn der gemessene Wert eine Störung, wie beispielsweise ein Rauschen, enthält, oder wenn sich die physikalische Größe leicht ändert.
Weiterhin nimmt es, da die Anzahl der Punkte, an denen die physikalische Größe gemessen wird, in der Anlageninstrumentierung groß ist, zuviel Arbeit für die Bediener in Anspruch, um vollständig und manuell den zulässigen Bereich der Fluktuation in Bezug auf den Wert zum Zeitpunkt eines normalen Betriebs zu bestimmen.
Ein Fehlerdiagnosesystem für Anlagen, das die Merkmale des Oberbegriff des Anspruchs 1 besitzt, ist aus der JP-A-60-1414 bekannt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Fehlerdiagnosesystem für eine Anlage zu schaffen, das die vorstehend erwähnten Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch ein Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 besitzt. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß der Erfindung ist zum Informieren über die Erzeugung eines Instrumentenfehlers bzw. einer -störung und zum Verhindern einer fehlerhaften Information aufgrund des Fehlers zum Zwecke eines Schützens der Bediener gegen eine unnötige Konfrontation geeignet, ist zum Abgeben eines Alarms vor dem Auftreten einer Abnormalität durch Erfassen einer Tatsache, daß der Prozeßwert in einer Instrumentierung einer chemischen Anlage von einem normalen Bereich abweicht, geeignet, und ist auch zum Abgeben von Alarmen aufeinanderfolgend gemäß einem Fehler geeignet, der eine schwache Stellzeit besitzt, oder gemäß des Grads des Dringlichkeitsfaktors, der die Stellzeit und einen Wichtigkeitsfaktor berücksichtigt, ist für eine frühe Erfassung eines Fehlers gemäß dem Zustand geeignet, wo die Anlage betrieben wird, und wobei davon ein zuverlässiger Alarm ohne eingeschränkte, fehlerhafte Informationen erhalten werden kann, und wobei das Diagnosemuster, das den Fehler in einer Anlage zeigt, gemäß dem Zustand erfaßt wird, wo die Anlage betrieben wird, und zur Ausgabe des erfaßten Signals geeignet ist, wodurch eine Fehlerdiagnose basierend auf der Ausgabe erreicht wird, die eine hohe Zuverlässigkeit des Diagnoseergebnisses besitzt, so daß eine nutzlose Diagnose vermieden werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm, das eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm, das ein modifiziertes Beispiel der ersteren darstellt;
Fig. 3 zeigt eine Ansicht, die ein spezifisch angewandtes Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform darstellt;
Fig. 4 zeigt eine Ansicht, die ein Klassifikationskriterium eines Kenntnis- bzw. Expertensystemspeichers darstellt;
Fig. 5 zeigt eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen einer Hypothese, die in dem Kenntnisspeicher gespeichert ist, und dem Zustand des aufgetretenen Symptoms darstellt;
Fig. 6 bis 14 stellen Kenntnisbeispiele für jede Hypothese dar;
Fig. 15 stellt einen Prozeßablauf des diagnostizierenden Bereichs der ersten Ausführungsform dar;
Fig. 16 stellt einen Prozeßablauf des Diagnosebereichs des vorstehend beschriebenen, modifizierten Beispiels dar;
Fig. 17 stellt ein Blockdiagramm gemäß einer zweiten Ausführungsform dar;
Fig. 18 stellt ein angezeigtes Beispiel der Fehlerpunkte und das Diagnoseergebnis gemäß der zweiten Ausführungsform dar;
Fig. 19 bis 22 stellen die Basissystemstruktur gemäß einer dritten Ausführungsform dar;
Fig. 23 bis 24 stellen jeweils unterschiedliche Beispiele dar, bei denen das vorstehend beschriebene System bei dem Instrumentarium einer chemischen Anlage angewandt wird;
Fig. 25 stellt ein Klassifikationskriterium eines Wichtigkeitsfaktorspeichers dar;
Fig. 26 stellt den Grad eines Dringlichkeitsfaktors dar;
Fig. 27 stellt die Struktur gemäß einer vierten Ausführungsform dar;
Fig. 28 bis 31 stellen jeweils modifizierte Beispiele der vierten Ausführungsform dar; und
Fig. 32 stellt die Struktur gemäß der fünften Ausführungsform dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Wie die Fig. 1 zeigt, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, stellt das Bezugszeichen 1 einen Kenntnisspeicher dar, der Informationen zur Erfassung speichert, wie beispielsweise Fehler, und zwar zur Speicherung der entsprechenden Beziehung zwischen einer Hypothese, daß ein Fehler oder ein Fehlerzustand in einer Anlage hervorgerufen ist, und einem Symptom, das dann aufgetreten ist, wenn die Hypothese derart erzeugt wird, daß die entsprechende Beziehung zu der Abhängigkeit, unter der Möglichkeit eines Auftretens des Symptoms entsprechend jeder der Hypothesen oder der Intensität der Erfassung derselben und der Symptome klassifiziert ist, die nicht aufgetreten sein können. Das Bezugszeichen 2 stellt einen Diagnosebereich zum Durchführen einer Diagnose, ob jede Hypothese tatsächlich erzeugt ist oder nicht, mittels Eingabediagnosemuster entsprechend dem dann erschienenen Fehlerzustand dar, wobei diese Diagnosemuster dazu fähig sind, daß sie gemäß den Prozeßdaten erhalten werden können, die von jedem der Instrumente in der Anlage zugeführt werden. Der Diagnosebereich führt die Diagnose mittels einer weiteren Vergleichsdurchführung des so eingegebenen, aufgetretenen Symptomzustands, Informationen basierend auf dem nicht aufgetretenen Symptom, die Beziehung zwischen der Hypothese, die in dem Kenntnisspeicher 1 gespeichert ist, und dem aufgetretenen Symptomzustand und dem nicht aufgetretenen Symptom durch. Das Bezugszeichen 3 stellt einen Ausgabeanzeigebereich dar, der als Einrichtung zum Anzeigen des Diagnoseergebnisses des diagnostizierenden Bereichs 2 dient.
Als Diagnoselogik in dem Diagnosebereich 2 kann eine Vielfalt von industriellen Informationsverfahren, wie beispielsweise diejenigen, die von dem Zuverlässigkeitsfaktor abhängig sind, eingesetzt werden. Die Beschreibung "Auftretungs- und Erfassungsmöglichkeit" in dem Klassifikationskriterium in dem Kenntnisspeicher 1 ist ein Index, der eine Tatsache darstellt, daß die Größe der Störung des Prozeßwerts während der Erzeugung des Fehlers groß genug ist, daß sie erfaßt wird, oder das Symptom ist geeignet, daß es für eine Diagnose verwendet wird, da irgendeine lange Zeitverzögerung oder dergleichen nicht von einer Erzeugung des Fehlers bis zu dem Auftreten des Symptoms erzeugt werden kann. Zum Beispiel wird das Symptom, das dahingehend klassifiziert wird, daß es eine hohe Auftretungs- oder Erfassungsmöglichkeit besitzt, indem es erfaßt wird, mit der Bestimmung in dem Diagnoseabschnitt 2 verknüpft, daß "eine entsprechende Hypothese erzeugt wird", während dieselbe mit der Bestimmung in dem Diagnoseabschnitt 2 verknüpft wird, daß "eine entsprechende Hypothese nicht erzeugt wird".
Das Symptom, das dahingehend klassifiziert wird, daß es eine niedrige Auftretungs- oder Erfassungsmöglichkeit besitzt, wird, indem es erfaßt werden soll, mit der Bestimmung in dem Diagnoseabschnitt 2 so verknüpft, daß eine "entsprechende Hypothese erzeugt ist". Allerdings kann gerade dann, wenn dieselbe nicht ermittelt wird, sie mit der Bestimmung in dem Diagnoseabschnitt 2 nicht verknüpft werden, so daß eine "entsprechende Hypothese nicht erzeugt wird".
In dem Klassifikationskriterium in dem Kenntnisspeicher 1 stellt die Beschreibung "nicht aufgetretenes Symptom" einen Sachverhalt dar, daß ein Auftreten eines solchen Symptoms aufgrund des Effekts der Hypothese nicht von den physikalischen Eigenschaften der Anlage betrachtet werden kann. Das Symptom, das dahingehend klassifiziert ist, daß es ein nicht aufgetretener Symptomzustand ist, wird, indem es erfaßt wird, mit der Bestimmung des Diagnosebereichs 2 verknüpft, daß eine "entsprechende Hypothese nicht erzeugt ist".
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Beziehung zwischen einer Hypothese, daß ein Fehlverhalten oder ein Fehler in der Anlage erzeugt ist und daß das Symptom, das zu dem Zeitpunkt der Erzeugung der Hypothese auftritt, gemäß der Größe des Auftretens oder der Erfassungsmöglichkeit in Bezug auf jede Hypothese und den nicht aufgetretenen Symptomen klassifiziert, um es so in dem Kenntnisspeicher 1 zu speichern. Andererseits wird das Symptom, das nun in der Anlage aufgetreten ist, zu dem Diagnoseabschnitt 2 eingegeben, um so eine Diagnose durch Vergleich der Inhalte, die in dem Kenntnisspeicher 1 eingeschrieben sind, durchzuführen und eine Bestimmung durchzuführen, ob jede Hypothese erzeugt ist oder nicht. Als Folge hiervon können der Typ und die Ursache der Erzeugung des Fehlers an den Bediener als Information abgegeben werden, so daß der Bediener genau gemäß der Klassifikation des Symptoms eine Bestimmung vornehmen kann, gerade wenn die Auftretungsmöglichkeit unterschiedlich ist.
Als nächstes wird ein modifiziertes Beispiel der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Wie diese Figur zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 4 einen Kenntnisspeicher und das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Diagnoseabschnitt. Die Abschnitte, die dieselben wie diejenigen sind, die in Fig. 1 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung dafür ist weggelassen. Um den Kenntnisspeicher 1 und den Diagnoseabschnitt 2 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform von dem Kenntnisspeicher 4 und dem Diagnoseabschnitt 5 in diesem modifizierten Beispiel zu unterscheiden, sind der Kenntnisspeicher 1 und der Diagnoseabschnitts 2 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform so angeordnet, daß sie jeweils ein erster Kenntnisspeicher und ein erster Diagnoseabschnitt sind, während der Kenntnisspeicher 4 und der Diagnoseabschnitt 5 in diesem modifizierten Beispiel so angeordnet sind, daß sie jeweils ein zweiter Kenntnisspeicher und ein zweiter Diagnoseabschnitt sind.
Der zweite Kenntnisspeicher 4 gemäß diesem modifizierten Beispiel speichert die Beziehung zwischen der Hypothese, daß ein Fehlverhalten oder ein Fehler in der Anlage erzeugt ist, und dem Symptom, das zum Zeitpunkt der Erzeugung der Hypothese aufgetreten ist, wobei die Beziehung gemäß den Anlagenzuständen klassifiziert wird. Der Diagnoseabschnitt 5 stellt die eingeschriebenen Inhalte in dem zweiten Kenntnisspeicher 4 zusammen, wählt die am besten geeigneteste Beziehung aus den eingeschriebenen Inhalten aus und nimmt einen Vergleich mit dem Symptom vor, das nun in der Anlage aufgetreten ist, wodurch die Fehlerdiagnose durchgeführt wird. Deshalb kann mit diesem modifizierten Beispiel die Ursache des Fehlers geeignet angezeigt werden, gerade dann, wenn das Symptommuster zu dem Zeitpunkt der Fehlererzeugung gemäß den Bedingungen geändert wird.
Fig. 3 stellt ein Flüssigkeitspegelsteuer- bzw. -regelsystem für eine Kammer, die in chemischen Anlagen verwendet wird, dar. Als nächstes wird ein Fall, bei dem die erste Ausführungsform bei einer Anlage, die in dieser Figur dargestellt ist, angewandt wird, beschrieben werden. Wie die Fig. 3 zeigt, stellt das Bezugszeichen 6 ein Einlaufrohr dar, das Bezugszeichen 7 stellt einen Einlaufindikator zur Messung der Durchflußrate der Flüssigkeit, die durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, dar. Das Bezugszeichen 8 stellt ein Einlaufsteuerventil zum Regeln der Rate des Flusses des Fluids, das durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, dar, und das Bezugszeichen 9 stellt eine Kammer zum Sammeln der Flüssigkeit, die durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, dar. Das Bezugszeichen 10 stellt eine Pegelregeleinheit zum Messen des Fluidpegels in der Kammer 9 und zum Abgeben eines Stellsignals an das Einlaufsteuerventil 8 dar, um so den Fluidpegel auf dem vorbestimmten Pegel sicherzustellen. Das Bezugszeichen 11 stellt einen vorbestimmten Wert dar, der für die Pegelregeleinheit 10 eingestellt ist. Das Bezugszeichen 12 stellt ein Auslaßrohr zum Herauslassen des Fluids aus der Kammer 9 dar. Das Bezugszeichen 13 stellt ein Stellventil zum Steuern der Strömungsrate des Fluids, das durch das Auslaßrohr 12 hindurchführt, dar. Das Bezugszeichen 14 stellt einen Auslaßindikator zum Messen der Strömungsrate in dem Auslaßrohr 12 und zum Abgeben eines Steuersignals an das Stellventil 13 dar, um so die Strömungsrate unter einem vorbestimmten Wert zu sichern, und das Bezugszeichen 15 stellt einen Sollwert für den Auslaßindikator 14 dar.
In der so gebildeten Anlage können die nachfolgenden Symptome unter Verwendung verschiedener herkömmlicher Instrumentations-Systeme und Computer erfaßt werden:
I. Die Menge, die durch den Einlaufindikator 7 angezeigt ist, ist hoch.
II. Die Menge, die durch den Einlaufindikator 7 angezeigt ist, ist niedrig.
III. Die Menge, die durch die Pegelregeleinheit 10 angezeigt ist, ist hoch.
IV. Der Pegel, der durch die Pegelregeleinheit 10 angezeigt ist, ist niedrig.
V. Das Steuersignal für die Pegelregeleinheit 10 ist hoch (in diesem Fall ist das Einlaufstellventil 8 zu der offenen Seite hin betätigt).
VI. Das Steuersignal für die Pegelregeleinheit 10 ist niedrig (in diesem Fall ist das Einlaufstellventil 8 zu der geschlossenen Seite hin betätigt).
VII. Der Wert, der den angezeigten Pegel für die Pegelregeleinheit 10 von dem geschätzten Pegelwert subtrahiert, ist hoch, wobei der "bestimmte Pegelwert" der Pegel ist, der in der Kammer 9 durch eine Zeitintegrierung der Differenz zwischen dem angezeigten Pegel für den Einlaufindikator 7 und dem angezeigten Pegel für den Auslaßindikator 14 abgeschätzt ist, um so die verbleibende Menge des Fluids in der Kammer 9 zu bestimmen, so daß der Pegel in der Kammer 9 der zurückgehaltenen Fluidmenge in Abhängigkeit von der geometrischen Form der Kammer 9 entspricht. Dieser "abgeschätzte Pegelwert" kann durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei
Lg(t): geschätzter Pegelwert
t: Zeit
FI(t): angezeigte Menge für den Einlaufindikator 7
FC(t): angezeigte Menge für den Auslaßindikator 14
MT-τ: Pegel der zurückgehaltenen Flüssigkeitsmenge in der Kammer 9 zu dem Zeitpunkt T - τ
τ: Integrationszeit
T: momentane Zeit
LM: Funktion (monoton ansteigende Funktion) zum Erhalten des Pegels in der Kammer 9 aus der zurückgehaltenen Fluidmenge in der Kammer 9 und deren geometrischer Form.
VIII. Indikation des Pegels für die Pegelregeleinheit 10, abgezogen von dem geschätzten Pegelwert, ist niedrig.
IX. Indikation des Pegels für den Einlaufindikator 7, abgezogen von dem geschätzten Einlaufwert, ist hoch, wobei der "geschätzte Einlaufwert" ein Wert ist, der durch Abschätzung der physikalischen Beziehung zwischen dem offenen Grad des Einlaufstellventils 8 und der Rate des Flusses des Fluids, das durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, ist, und der offene Grad des Einlaufstellventils 8 durch ein manipuliertes Signal für die Pegelregeleinheit 10 ersetzt wird. Der geschätzte Einlaufwert kann durch die nachfolgende Gleichung ausgedrückt werden:
wobei
FIg: geschätzter Einlautwert
Mi: manipuliertes Signal zur Betätigung des Einlaufstellventils 8
Cvi(Mi): Strömungsratenkoeffizient des Einlaufstellventils 8 (der Strömungsratenkoeffizient wird die Funktion des Betriebssignals und ist eine monoton ansteigende Funktion)
dPi: die Druckdifferenz des Strömungseinlaufstellventils 8 (es wird dahingehend angenommen, daß es hier konstant ist).
X. Indikation der Menge für den Einlaufindikator 7, subtrahiert von dem geschätzten Einlaufwert, ist niedrig.
Die vorstehend beschriebenen Symptome I bis X sind als Beispiel dargestellt und die Ausdrücke sind nicht auf eine Bedeutung eingeschränkt. Eine Vielzahl von Symptomen kann so ausgewählt werden, wie sie gemäß dem Verfahren zum Schreiben einer Kenntnis, die nachfolgend hier beschrieben werden, benötigt werden.
In dieser Ausführungsform wird die Hypothese der Ursache des Fehlers, der einer Diagnose unterworfen wird, wie folgt angenommen:
hoher, fehlerhafter Wert, der für den Einlaufindikator 7 angezeigt wird (höherer Wert als die tatsächliche Menge, die durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, wird angezeigt)
niedriger, fehlerhafter Wert, der für den Einlaufindikator 7 angezeigt wird (niedrigerer Wert als die tatsächliche Menge, die durch das Einlaufrohr 6 hindurchführt, wird angezeigt)
Einlaufrohr 6 ist verstopft
stark fehlerhafter Wert, der für die Pegelregeleinheit 10 angezeigt wird (höherer Wert als der tatsächliche Fluidpegel wird angezeigt)
niedriger, fehlerhafter Wert, der für die Pegelregeleinheit 10 angezeigt wird (niedrigerer Wert als der tatsächliche Fluidpegel wird angezeigt)
Leckage aus der Kammer 9.
Die Klassifikation der Symptome gemäß dem aufgetretenen Zustand wird so bestimmt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, und die Kenntnis entsprechend den aufgetretenen Symptomen aufgrund einer Erzeugung von Fehlern und deren Gründe in dem ersten Kenntnisspeicher bzw. dem Expertenspeicher 1 über die Hypothese werden nun beschrieben. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Hypothese aufeinanderfolgend unter Verwendung der Klassifikationssymbole und der Symptomnummern, die in Fig. 4 dargestellt sind, beschrieben werden. Allerdings umfaßt die nicht aufgetretene Symptomklassifikation D die Symptome, die anders als die Klassifikationssymbole A, B und C sind. Es ist natürlich eingeschlossen, daß andere Symptome in D durch die eingeschränkten Nummern klassifiziert werden können, um andere Hypothesen zu unterscheiden. Die Kenntnis, die als Ergebnis erhalten wird, ist in Fig. 5 dargestellt, und die Kenntnis-Beispiele für die Hypothesen bis sind jeweils in den Fig. 6 bis 10 dargestellt.
Die Kenntnis entsprechend einer Beziehung zu einem Auftreten eines Symptoms aufgrund der Erzeugung von Fehlern in dem vorstehend beschriebenen Kenntnisspeicher 4 und deren Grund wird nun beschrieben werden. In dem zweiten Kenntnisspeicher 4 werden die geschriebenen Inhalte in dem ersten Kenntnisspeicher 1 gespeichert, nachdem sie gemäß den verschiedenen Zuständen klassifiziert worden sind. In der in Rede stehenden Anlage, die in Fig. 3 dargestellt ist, werden als Zustand zwei Zustände angenommen, wobei die zwei Zustände so sind, ob eine Steuerung der Pegelregelsteuereinheit 10 durchgeführt wird oder deren Steuerung freigegeben wird. Die Kenntnis in einem Fall, wo die Steuerung der Pegelregelsteuereinheit 10 durchgeführt wird, ist in den Fig. 6 bis 10 dargestellt. Deshalb wird die Kenntnis in einem Fall, wo die Steuerung der Pegelregelsteuereinheit 10 durchgeführt wird, nun beschrieben. Die Kenntnis, wenn die Steuerung der Niveausteuereinheit 10 als ein Ergebnis erhalten wird, ist in Fig. 11 dargestellt, und Beispiele einer Kenntnis für die Hypothesen - sind in den Fig. 12 bis 14 jeweils dargestellt.
Die Fig. 15 stellt einen Behandlungsablauf dar, wenn die Behandlung in dem ersten Diagnoseabschnitt 2 mit einem Computer durchgeführt wird. Unter Bezugnahme auf diese Figur bezeichnet das Bezugszeichen 16 eine Bestimmungslogik für einen bestimmten Gewißheitsfaktor für jede Hypothese. In der ersten Ausführungsform führt der erste Diagnoseabschnitt 2 eine Fehlerdiagnose durch Berechnung des Gewißheitsfaktors durch, daß eine Hypothese erzeugt ist. In einem Fall, wo der Gewißheitsfaktor 100 oder mehr ist, ist die Anordnung so, daß er der Fall ist, wo die Hypothesenerzeugung bestimmt wird, während dieselbe so eingerichtet ist, daß er ein Kandidat ist, wenn er geringer als dieser Wert ist. Je größer der Gewißheitsfaktor ist, desto mehr erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Erzeugung der Hypothese. Wenn die Gewißheit Null wird, wird die Hypothese dahingehend betrachtet, daß sie vollständig aufgehoben ist. In Fig. 15 führt der erste Diagnoseabschnitt 2 die nachfolgende Behandlung aller Hypothesen durch, die in dem Kenntnisspeicher 1 gespeichert sind:
(a) wenn eines oder mehrere der Symptome, die als das Klassifikationssymbol D definiert sind, auftritt, ist der Gewißheitsfaktor der in Rede stehenden Hypothese Null,
(b) falls irgendein Symptom, das als Klassifikationssymbol A definiert ist, nicht aufgetreten ist, ist der Gewißheitsfaktor der Hypothese Null, und
(c) falls eine Hypothese, in der der Gewißheitsfaktor nicht Null ist, und zwar nach den Behandlungen (a) und (b), allerdings alle Symptome, die als das Klassifikationssymbol B definiert sind, aufgetreten sind, ist seine Gewißheit 100. In einem Fall, wo nicht erschienene Symptome vorhanden sind, wird der Gewißheitsfaktor durch Subtrahieren der Zahl der nicht erschienenen Symptome von 100 erhalten und das Berechnungsergebnis wird geringer als Null, wobei dessen Gewißheitsfaktor Null ist,
(d) in der Hypothese, in der der Gewißheitsfaktor der Hypothese 100 ist, und zwar nach den vorstehenden Behandlungen (a) bis (c), wenn dort ein Symptom vorhanden ist, das als das Klassifikationssymbol C definiert ist, wird dessen Gewißheitsfaktor um 10 erhöht.
Nachdem die Behandlung (a) durchgeführt worden ist, wird die Hypothese, bei der "eine irrationale Erscheinung eines Symptoms", das in der Klassifikation D klassifiziert ist, aufgetreten ist, aufgehoben. Die Hypothese, bei der "ein Symptom notwendigerweise aufgetreten sein muß", das in der Klassifikation A klassifiziert ist, wird nicht erzeugt, nachdem es durch die Behandlung (b) aufgehoben ist. Wenn alle der Symptome, die als klassifiziert in der Klassifikation B in der Behandlung (c) betrachtet sind, erzeugt sind, wird die Hypothese dahingehend bestimmt, daß sie korrekt ist. Wenn die Anzahl der aufgetretenen Symptome um eins reduziert wird, wird ein Gewißheitsfaktor erniedrigt. Wenn die Hypothese, die daraus gewonnen worden ist, daß sie die Erzeugung durch die Wirkung der Behandlung (c) ist, als Auftreten des "Symptoms, das nicht notwendigerweise erfaßt ist, allerdings dessen Einfluß aufgrund der Struktur des Prozesses" als angemessen betrachtet werden kann, widerspricht, kann die Erzeugung der Hypothese mit einem intensiven Gewißheitsfaktor durch die Behandlung (d) unter Verwendung des Sicherheits- bzw. Gewißheitsfaktors erhalten werden.
Fig. 16 stellt den Fluß dar, wenn der Vorgang des zweiten Diagnosebereichs 5 durch einen Computer behandelt wird. In dem zweiten Diagnosebereich 5 wird das Verhältnis zwischen der Hypothese, die in dem zweiten Kenntnisspeicher 4 gespeichert ist, und den Symptomen, die dem Zustand entsprechen, ausgewählt und der Gewißheitsfaktor jeder der Hypothese wird in einer Art und Weise ähnlich zu dem ersten Diagnosebereich 2 berechnet.
Obwohl in der vorstehenden Beschreibung der erste und der zweite Kenntnisspeicher und der erste und der zweite Diagnosebereich bei der Verwendung unterschieden werden, kann nur ein Kenntnisspeicher und ein diagnostizierender Bereich das ähnliche Ergebnis an dem Ausgabeanzeigebereich in Abhängigkeit von der Kapazität davon anzeigen.
Das Verfahren zum Bestimmen des Gewißheitsfaktors ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und andere Verfahren können eingesetzt werden. Speziell kann ein Verfahren eingesetzt werden, das so aufgebaut ist, daß eine Hypothese so berücksichtigt wird, daß sie materialisiert wird, wenn zehn oder mehr Symptome, die als die Klassifikationssymbole A und B definiert sind, aufgetreten sind. Ein anderes Verfahren kann auch eingesetzt werden, das so aufgebaut ist, daß eine Hypothese so berücksichtigt wird, daß sie materialisiert wird, wenn die Anzahl der nicht aufgetretenen Symptome geringer als 2 ist und simultan die Symptome, die als die Klassifikationssymbole A und B definiert sind, 10 übersteigen.
Obwohl die Beschreibung unter dem fall vorgenommen ist, wo die vier Klassifikationssymbole A bis D verwendet werden, kann die Anzahl derselben geringer oder mehr als vier sein.
Gemäß der ersten Ausführungsform kann der Typ und die Ursache der Erzeugung eines Fehlers dem Bediener angezeigt werden, so daß der Bediener geeignet eine Entscheidung gemäß der Klassifikation des Symptoms vornehmen kann, gerade wenn die Symptomauftretungsmöglichkeit unterschiedlich ist.
Fig. 17 zeigt ein Blockdiagramm, das eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie diese Figur zeigt, bezeichnet das Bezugszeichen 41 einen Datensammelbereich, das Bezugszeichen 42 stellt einen Instrumentenfehlerdiagnosebereich dar, der aus einem Diagnosebereich besteht. Das Bezugszeichen 43 stellt einen Allgemeinfehlerdiagnosebereich dar, der ebenso aus dem Diagnosebereich besteht, und das Bezugszeichen 44 stellt einen Diagnoseergebnisausgabe-Anzeigebereich dar, der als eine Anzeigeeinrichtung dient.
Der vorstehend beschriebene Datensammelbereich 41 sammelt Prozeßdaten von jedem der Instrumente in der Anlage. Die Prozeßdaten, die durch diesen Datensammelbereich 41 gesammelt sind, werden in den Instrumentenfehlerdiagnosebereich 42 und den Allgemeinfehlerdiagnosebereich 43 eingegeben. Der Instrumentenfehlerdiagnosebereich 42 diagnostiziert einen Sachverhalt, ob dort ein Fehler in dem Instrument oder dergleichen vorhanden ist, und zwar unter Verwendung der Prozeßdaten, die durch den Datensammelbereich 41 gesammelt sind, und er gibt dieses Diagnoseergebnis unter dem Fehlerpunkt an den Allgemeinfehlerdiagnosebereich 43 und den Diagnoseergebnisausgabe-Anzeigebereich 44 aus. Als ein Verfahren zum Diagnostizieren des Instrumentenfehlers kann ein Verfahren beispielhaft durch ein Verfahren angegeben werden, bei dem die Prozeßdaten, die aus der Materialbalance der Anlage oder der Wärmebalance abgeschätzt bzw. berechnet sind, wobei ein Vergleich mit dem gemessenen Ergebnis durch das Instrument vorgenommen wird, oder ein anderes Verfahren kann beispielhaft angegeben werden, derart, daß ein solcher Fehler diagnostiziert wird, wenn eine leichte Änderung des gemessenen Werts Null wird, und zwar durch Überwachen der gemessenen Werte.
Der Allgemeinfehlerdiagnosebereich 43 diagnostiziert einen Fehler, der anders als der Instrumentenfehler ist, unter Verwendung der Prozeßdateneingabe von dem Datensammelbereich 41. Er führt Diagnosen durch Entfernen der Prozeßdaten für das Instrument, das als Fehler durch den Instrumentenfehlerdiagnosebereich 42 ermittelt ist, von den Prozeßdaten, die durch den Datensammelbereich 41 gesammelt sind, durch. Die Betriebsweise des Allgemeinfehlerdiagnosebereichs 43 kann zum Beispiel eingesetzt werden, der so aufgebaut ist, daß er ein Diagnoseergebnis wie dasjenige ausgibt, daß dieses Diagnoseergebnis eine schwache Zuverlässigkeit unter dem Diagnosegegenstand besitzt, das unter Verwendung des Prozeßwerts diagnostiziert ist, der durch das fehlerhafte Instrument mittels eines Ersetzens des fehlerhaften Prozeßwerts des Instruments durch einen geschätzten Wert diagnostiziert wird, der unter Verwendung der Beziehung unter der Materialbalance oder der Wärmebalance erhalten ist. Ein anderer Betrieb kann auch eingesetzt werden, der so aufgebaut ist, daß er das Diagnoseergebnis als das Diagnoseergebnis ausgibt, unter dem der Diagnosegegenstand nicht erhalten werden kann, wenn der Prozeßwert, der durch das fehlerhafte Instrument gemessen ist, schwierig zu schätzen ist, allerdings dieser Prozeßwert eine kritische Rolle in der Diagnose spielt. Die Ausgabe liegt zum Beispiel in der Form vor, die in Fig. 18 dargestellt ist.
Gemäß der zweiten Ausführungsform werden die Prozeßdaten, die durch den Datensammelbereich 41 gesammelt sind, in den Instrumentenfehlerdiagnosebereich 42 und den Allgemeinfehlerdiagnosebereich 43 eingegeben, so daß der entsprechende Instrumentenfehler und der Allgemeinfehler diagnostiziert werden. Gerade wenn ein Instrumentenfehler durch den Instrumentenfehlerdiagnosebereich 42 ermittelt wird, führt der Allgemeinfehlerdiagnosebereich 43 die Fehlerdiagnose durch Entfernen der Prozeßdaten des Instruments, das als fehlerhaft diagnostiziert ist, von den Prozeßdaten, die durch den Datensammelbereich 41 gesammelt sind, durch. Deshalb kann ein Bediener frei von einer unnötigen Verwirrung sein.
Nachfolgend wird eine Beschreibung für eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Bevor eine Erläuterung anhand der dritten Ausführungsform vorgenommen wird, wird eine Stellzeit und ein Dringlichkeitsfaktor gemäß dieser Ausführungsform beschrieben werden. Gerade wenn Fehler gleichmäßig dieselbe Zeit besitzen, die vom Auftreten eines Fehlerzustands an verbleibt, sind deren Stellzeiten zueinander in Abhängigkeit von der Zeit unterschiedlich, die erforderlicherweise genommen wird, um ein Auftreten des Fehlerzustands zu vermeiden. Dies bedeutet, daß ein Fehler, der eine ziemlich lange Zeitperiode benötigt, um den Fehlerzustand zu vermeiden oder einen normalen Zustand zurückzustellen, eine relativ kurze Zeit erlaubt, da ein solcher Fehler erfordert, daß er früh beseitigt wird. Deshalb kann die Skala einer solchen Stellzeit wie folgt ausgedrückt werden:
Stellzeit = (Zeit, die zur Erzeugung eines abnormalen Zustands verbleibt) - (Zeit, die erforderlich ist, um einen abnormalen Zustand zu vermeiden) (3)
Als nächstes wird nun der Dringlichkeitsfaktor beschrieben werden. Bei dem Fehler, der eine kurze Stellzeit besitzt, ist ein Fehler vorhanden, der einen niedrigen Wichtigkeitsfaktor und einen niedrigen Dringlichkeitsfaktor besitzt, oder ein Fehler, der einen hohen Wichtigkeitsfaktor besitzt, der in der Lage ist, kritisch ein Gerät und die Umgebung zu beeinflussen und dadurch einen hohen Dringlichkeitsfaktor besitzt. Deshalb kann die Skala des Dringlichkeitsfaktors des Fehlers wie folgt ausgedrückt werden:
Dringlichkeitsfaktor = G (I, t) (4)
wobei
I: Wichtigkeitsfaktor, wenn ein Alarm abgegeben wird
t: Stellzeit für einen bestimmten Alarm
G: Wichtigkeitsfaktorfunktion eines bestimmten Alarms bei einer Stellzeit, und sie erfüllt die nachfolgenden Charakteristika:
G (I&sub1;, t) ≥ G (I&sub2;, t), allerdings I&sub1; ≥ I&sub2;
G (I, t&sub1;) ≥ G (I, t&sub2;), allerdings t&sub1; ≤ t&sub2;
Wie die Fig. 19 zeigt stellt das Bezugszeichen 51 einen Datensammelbereich dar, das Bezugszeichen 52 stellt einen Fehlerzeitschätzbereich dar, Bezugszeichen 53 stellt einen Vermeidungserforderniszeitschätzbereich dar. Das Bezugszeichen 54 stellt einen Stellzeitschätzbereich dar und das Bezugszeichen 55 stellt eine Stellzeitreihenfolgenanzeigebereich dar. Ein Diagnosebereich 60 ist durch den Fehlerzeitschätzbereich 52, den Vermeidungserforderniszeitschätzbereich 53 und einen Stellzeitschätzbereich 54 gebildet.
Der Datensammelbereich 51 wirkt dahingehend, Daten basierend auf der physikalischen Menge jedes Bereichs jedes Prozesses in dem Instrumentarium von, zum Beispiel, einer chemischen Anlage, zu messen und zu sammeln. Der Fehlerzeitschätzbereich 52 schätzt die Zeit ab, die zur Erzeugung eines Fehlerzustands bei einem Alarmvorkommen herangezogen wird, das als eine vorbestimmte Information zum Ermitteln eines Fehlers oder dergleichen, unter Verwendung der physikalischen Eigenschaften des Prozesses und der Daten, die durch den Datensammelbereich 51 gesammelt sind, dient. Der so geschätzte Wert wird als "geschätzte Fehlererzeugungszeit" bezeichnet. Der Vermeidungserforderniszeitschätzbereich 53 schätzt die Zeit ab, die benötigt wird, um den in Rede stehenden Fehlerzustand bei jedem vorbestimmten Alarmvorkommen gemäß den physikalischen Eigenschaften des Prozesses und der Daten, die durch den Datensammelbereich 51 gesammelt sind, zu vermeiden. Der so geschätzte Wert wird als eine "geschätzte Vermeidungserforderniszeit" bezeichnet. Der Stellzeitschätzbereich 54 berechnet die Stellzeit, die durch die vorstehend beschriebene Gleichung (3) definiert ist. Der Stellzeitreihenfolgenanzeigebereich 55 zeigt das Alarmvorkommen aufeinanderfolgend beginnend mit der Alarmfunktion, die eine kurze Stellzeit besitzt, gemäß der Stellzeit, die durch den Stellzeitschätzbereich 54 berechnet ist, an.
Die Struktur, die in Fig. 21 dargestellt ist, wird nun beschrieben. Dieselben Bereiche, wie diejenigen, die in Fig. 19 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen dafür werden weggelassen. Das Bezugszeichen 56 stellt einen Wichtigkeitsfaktorspeicher dar, das Bezugszeichen 57 stellt einen Dringlichkeitsfaktorschätzbereich dar und das Bezugszeichen 58 stellt einen Dringlichkeitsfaktoranzeigebereich dar, der als eine Hinweiseinrichtung dient. Ein Diagnosebereich 60 ist aus dem Fehlerzeitschätzbereich 52, dem Vermeidungserforderniszeitschätzbereich 53, dem Stellzeitschätzbereich 54 und dem Dringlichkeitsfaktorschätzbereich 57 gebildet. In dieser Anordnung speichert der Wichtigkeitsfaktorspeicher 56 zuvor den Wichtigkeitsfaktor, wenn der Alarm unter Alarmvorkommen ausgegeben wird, die als Informationen zum Ermitteln eines Fehlers oder dergleichen dienen. Der Dringlichkeitsfaktorschätzbereich 57 berechnet, und zwar unter Verwendung von Gleichung (4), den Dringlichkeitsfaktor durch Vergleichen zwischen der Stellzeit, die durch den Stellzeitschätzbereich 54 berechnet ist, und dem Wichtigkeitsfaktor, wenn der Alarm, der in dem Wichtigkeitsfaktorspeicher 56 gespeichert ist, abgegeben wird. Der Dringlichkeitsfaktoranzeigebereich 58 zeigt aufeinanderfolgend, beginnend von einem Fehlerzustand, der den Dringlichkeitsfaktor gemäß dem Dringlichkeitsfaktor besitzt, der durch den Dringlichkeitsfaktorschätzbereich 57 berechnet ist, an.
Mittels des vorstehend beschriebenen Vorgangs kann der Fehlerzustand, der später erzeugt werden wird, der eine ziemlich kurze Stellzeit besitzt oder einen hohen Dringlichkeitsfaktor besitzt, aufeinanderfolgend angezeigt werden. Als Folge hiervon kann der Bediener des Instrumentariums, beispielsweise einer chemischen Anlage, zuvor den Fehlerzustand erkennen, der eine kurze Stellzeit besitzt oder eine hohe Dringlichkeit besitzt bzw. einen ernsten Notfall darstellt. Dies unterstützt bei der Entscheidungsfindung, wenn zu diesem Zeitpunkt eine Gegenmessung gegen einen Fehler, der erzeugt ist, vorgenommen wird. Als Folge hiervon kann eine Erzeugung von Fehlern in dem Instrumentarium der chemischen Anlage aufgrund des Fehlers zuvor verhindert werden.
Der Stellzeitreihenfolgenanzeigebereich 55 kann weiterhin bequem den Fehlerzustand durch Hinzufügung von Faktoren, die angezeigt werden sollen, anzeigen. Fig. 20 stellt die Struktur eines Systems in diesem Fall dar. Denselben Bereichen wie diejenigen, die in Fig. 19 dargestellt sind, sind dieselben Bezugszeichen gegeben und deren Beschreibungen werden weggelassen. In dieser Struktur wird der Stellzeitreihenfolgenanzeigebereich 55A weiterhin mit einer Zeitanzeigefunktion so versehen, daß sie die Alarmfaktoren startend von dem Alarmfaktor, der eine ziemlich kurze Stellzeit gemäß der Stellzeit besitzt die durch den Stellzeitschätzbereich 54 berechnet ist, anzeigt und zeigt die geschätzte Fehlererzeugungszeit, den geschätzten Vermeidungserforderniszeitwert und die geschätzte Stellzeit, und zwar in Abhängigkeit von jedem Alarmfaktor, an. Als Folge einer so durchgeführten Anzeige kann, da die absolute Länge der Stellzeit Personen angezeigt werden kann und die geschätzte Fehlererzeugungszeit und die geschätzte Vermeidungserforderniszeit angezeigt werden, das Fortschreiten des Fehlers in dem Instrumentarium der chemischen Anlage leicht Personen angezeigt werden.
Der Dringlichkeitsfaktoranzeigebereich 58 kann so angeordnet sein, daß er weiterhin mit Faktoren versorgt wird, die zum Zwecke einer weiteren, bequemeren Durchführung einer Hinweisanzeige des Fehlerzustands angezeigt werden sollen. Fig. 22 stellt die Struktur eines Systems zur Verwendung in diesem Fall dar. Dieselben Bereiche, wie diejenigen, die in Fig. 21 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibung dafür ist weggelassen. Bei dieser Struktur wird ein Stellzeit- und Dringlichkeitsfaktoranzeigebereich 59 weiterhin mit einer Zeitanzeigefunktion und einer Wichtigkeitsfaktoranzeigefunktion so versehen, daß er aufeinanderfolgend einen Alarmfaktor, beginnend von demjenigen, der einen hohen Dringlichkeitsfaktor besitzt, und zwar gemäß dem Dringlichkeitsfaktor, der durch den Dringlichkeitsfaktorschätzbereich 57 berechnet ist, anzeigt, und er kann die geschätzte Fehlererzeugungszeit, die geschätzte Vermeidungserforderniszeit, den geschätzten Stellzeit- und Dringlichkeitsfaktor unter einem Alarmfaktor anzeigen. Als eine Folge der so durchgeführten Anzeige kann nicht nur die sequentielle Reihenfolge des Dringlichkeitsfaktors des Fehlerzustands, sondern auch ein Fortschreitungs- und Wichtigkeitsfaktor des Fehlerzustands leicht Personen durch Anzeigen der geschätzten Fehlererzeugungszeit, der geschätzten Vermeidungserforderniszeit, der geschätzten Stellzeit und des Wichtigkeitsfaktors angezeigt werden.
Ein spezielles Beispiel, das bei dem Instrumentarium einer chemischen Anlage gemäß der dritten Ausführungsform angewandt wird, wird weiter im Detail beschrieben.
Fig. 23 stellt ein Pumpensystem dar, das als dieses spezifische Beispiel dient, bei dem eine Pufferkammer und ein Pumpensystem dargestellt sind, die in einem Fall verwendet werden, wo Fluid, das in das System eingeführt wird, in zwei Systeme verzweigt wird. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 70 ein Einlaufrohr, die Bezugszeichen 71a und 71 b stellen einen Einlaufindikator dar, der mit den verzweigten Einlaufrohren 70a und 70b verbunden ist. Die Bezugszeichen 72a und 72b stellen ein Einlaufventil dar und die Bezugszeichen 73a und 73b stellen Pufferkammern dar, die mit den Einlaufrohren 70a und 70b verbunden sind. Die Bezugszeichen 74a und 74b stellen Auslaßrohre dar, die mit den Pufferkammern 73a und 73b verbunden sind, und die Bezugszeichen 75a und 75b stellen Pegelindikatoren zum Anzeigen des Fluidpegels in den Pufferkammern 73a und 73b dar. Die Bezugszeichen 76a und 76b stellen Auslaßindikatoren dar, die mit den Auslaßrohren 74a und 74b verbunden sind. Die Bezugszeichen 77a und 77b stellen Pumpen dar, die mit den Auslaßrohren 74a und 74b verbunden sind. Diese Komponentenelemente bilden Systeme A und B.
Die Betriebsweise des so aufgebauten Verfahrens wird nun beschrieben. Fluid wird von dem Einlaufrohr 70 in die Einlaufrohre 70a und 70b eingeführt und wird durch die Einlaufindikatoren 71a und 71b und die Einlaufventile 72a und 72b hindurchgeführt. Dann wird das Fluid in die Pufferkammern 73a und 73b eingeführt. Die Einlaufindikatoren 71a und 71b messen die Rate des Flusses, der in die Pufferkammern 73a und 73b führt. Die Einlaufventile 72a und 72b steuern die Rate des Flusses, der in die Pufferkammern 73a und 73b eingeführt wird. Die Pufferkammern 73a und 73b halten zeitweilig das Fluid zurück. Der Fluidpegel in diesen Pufferkammern 73a und 73b wird durch die Pegelindikatoren 75a und 75b gemessen. Das Fluid in den Pufferkammern 73a und 73b wird durch die Auslaßrohre 74a und 74b ausgelassen und wird durch die Auslaßindikatoren 76a und 76b hindurchgeführt. Das Fluid wird dann zu Separiervorrichtungen 78a und 78b zum Separieren des Fluids in einen leichtgewichtigen Bestandteil und einen schwergewichtigen Bestandteil durch Pumpen 77a und 77b zugeführt. Die Auslaßindikatoren 76a und 76b messen die Rate des Flusses, der durch die Auslaßrohre 74a und 74b führt.
Das Fehlerdiagnosesystem gemäß der dritten Ausführungsform ist zum Zusammenstellen von Daten der gemessenen Werte von dem vorstehend beschriebenen Prozeß durch Kombinieren der Einlaufindikatoren 71a, 71b, der Einlaufventile 72a und 72b, der Pegelinidikatoren 75a und 75b und der Auslaßindikatoren 76a und 76b gebildet.
Die Betriebsweise jeder der Bereiche, in Bezug auf das System gemäß dieser Ausführungsform, wird für einen Fall angenommen, daß das Einlaufrohr 70 durch Fremdmaterialien verstopft ist, und die Fluidrate, die durch die Einlaufrohre 70 hindurchführt, die dadurch reduziert wird, wird beschrieben.
Wenn die Fluidrate, die von dem Einlaufrohr 70 zugeführt wird, reduziert ist, wird die Menge in den Pufferkammern 73a und 73b erniedrigt, unter der Annahme, daß die Fluidmenge, die in dem unteren Strömungsbereich des in Rede stehenden Verfahrens verbraucht wird, nicht geändert wird. Schließlich werden die Pufferkammern 73a und 73b leer. Als Folge hiervon wird die Rate des Flusses, der durch die Auslaßrohre 74a und 74b hindurchführt, erniedrigt, und das Fluid, das durch die Pumpen 77a und 77b zu dem folgenden Strom zugeführt wird, wird erhöht, was den Fehler verursacht, der sich auf die nachfolgenden Strömungen ausbreitet. Die Zeit, die für die Pufferkammern 73a und 73b benötigt wird, um leer zu werden, kann aus Gleichung (5) bei jeder restlichen Menge des Fluids in den Pufferkammern 73a und 73b und der Rate des Flusses, der durch die Auslaßrohre 74a und 74b hindurchführt, berechnet werden. Die Systeme A und B setzen jeweils die Differenzzeit ein.
Ti = Qi (Li)/(Foi - Fni) (5)
wobei
Ti: Zeit (Sekunde), die für die Pufferkammer in einem i-System benötigt wird, daß sie leer wird
Qi: vorhandene Menge (m³) des Fluids in der Pufferkammer in dem i-System, wobei diese Menge eine Funktion des verbleibenden Fluidpegels Li in der Pufferkammer wird
Li: Fluidpegel (%) in der Pufferkammer in dem i-System
Fni: Rate (m³/Sekunde) der Strömung, die durch das i-System hindurchführt i = a oder b, jeweils entsprechend dem System A oder B.
Als eine Einrichtung zum Verhindern einer Entleerung der Pufferkammern 73a und 73b kann die Menge, die aufgrund des Verstopfens des Einlaufrohrs 70 reduziert wird, durch Erhöhung des Öffnungsgrads der Einlaufventile 72a und 72b zum Zwecke einer Reduzierung des Druckverlusts kompensiert werden. Als Zeit, die dazu erforderlich ist, um den Fehler zu vermeiden, ist es ausreichend sicher, die Zeit zu verwenden, die benötigt wird, um vollständig die Einlaufventile 72a und 72b zu dem offenen Grad derselben zu öffnen. Die Zeit, die erforderlich ist, um vollständig die Ventile zu öffnen, kann zum Beispiel aus Gleichung (6) erhalten werden:
Tpi-Ai*(100-Mi) (6)
wobei
Tpi: Zeit (Sekunde), die benötigt wird, um vollständig das Einlaufventil in dem i-System zu öffnen
Ai: Konstante (Sekunde/%), die durch die Charakteristika des Ventils bestimmt wird
Mi: Öffnungsgrad (%) des Einlaufventils in dem i-System, i = a oder b, jeweils entsprechend dem System A oder B.
In diesem System ist (A) so angeordnet, um eine Entleerung der Pufferkammer 73a anzuzeigen, während (B) so angeordnet ist, um den Fehler der Entleerung der Pufferkammer 73a anzuzeigen. Die Betreibsweise jeder der Bereiche wird nun beschrieben.
Der Datensammelbereich 51 sammelt den gemessenen Wert jedes Instruments, das bedeutet die Rate der Strömung, die durch die Einlaufindikatoren 71a und 71b hindurchführt, den Fluidpegel der Pegelindikatoren 75a und 75b in den Pufferkammern 73a und 73b, die Rate des Flusses, der durch die Auslaßindikatoren 76a und 76b hindurchführt, und den offenen Grad der Einlaufventile 72a und 72b. Der Fehlerzeitschätzbereich 52 berechnet die Zeit, die für den Fluidpegel in der Pufferkammer benötigt wird, um zu Null zu werden, das bedeutet die Zeit Ti, die aus Gleichung (5) erhalten wird, so daß diese Zeit derart ist, daß sie der geschätzte Wert ist, der benötigt wird, um den Fehler zu erzeugen.
Der Vermeidungserforderniszeitabschnittsbereich 53 schätzt die Zeit ab, die dazu erforderlich ist, um irgendeine Vermeidungsmessung vorzunehmen, das bedeutet er berechnet Tpi, das aus Gleichung (6) gegeben ist, und setzt dieses Ergebnis als die geschätzte Vermeidungserforderniszeit. Der Stellzeitschätzbereich 54 subtrahiert die geschätzte Vermeidungserforderniszeit von der geschätzten Fehlerzeit unter den Fehlern in jedem der Systeme und setzt dieses Subtraktionsergebnis als die Stellzeit. Dies bedeutet, daß ein abnormales A unter der Entleerung der Pufferkammer 73a Ta - Tpa berechnet. Fehler B berechnet die Entleerung der Pufferkammer 73b. Der Stellzeitreihenfolgeanzeigebereich 55 richtet die Fehlerfaktoren ein, die eine kurze Stellzeit besitzen, so daß sie unter einer hohen Rangordnung vorhanden sind, und er zeigt zum Beispiel den Fehler gemäß dieser Rangordnung auf einer Kathodenstrahlröhrenanzeige an, um sie Personen anzuzeigen.
In der so aufgebauten Ausführungsform kann irgendeine der Pufferkammern in den zwei Systemen, das früher einen Fehler erzeugt, zuvor durch Überwachen von diesem immer dahingehend erkannt werden, daß eine Gefahr durch zuerst Heranziehen einer bestimmten Messung für das System so, von welchem die Pufferkammer früher entleert wird, vermieden wird.
Fig. 24 stellt eine andere Ausführungsform dar, die durch das System gebildet ist, dessen Strukturen, die in Fig. 21 dargestellt sind, kombiniert werden.
Fig. 24 stellt eine Pufferkammer und ein Pumpensystem dar, mit dem das Fluid, das in diese Systeme von Einlaufrohren aus eingeführt wird, in zwei Systeme verzweigt wird, und eine der zwei Verzweigungen wird direkt zu dem nachfolgenden Gerät zugeführt. Das so gebildete System ist so angeordnet, daß es System A ist. Eine andere Strömung wird nicht direkt zu der nachfolgenden Vorrichtung zugeführt, sondern wird in einer Kammer bevorratet. Dieses System ist so angeordnet, daß es System B ist. Dieselben Bereiche wie diejenigen, die in Fig. 23 dargestellt sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen davon sind weggelassen. In dieser Zeichnung stellt das Bezugszeichen 78 eine Vorrichtung zum Fraktionieren des so verzweigten Fluids dar. Das Bezugszeichen 79 stellt eine Kammer zum Bevorraten des so unterteilten Fluids dar. Da die Betriebsweise des so gebildeten Prozesses nur einen Unterschied in dem Bereich besitzt, zu dem das Fluid von dem Prozeß zugeführt ist, wie dies in Fig. 23 dargestellt ist, wird dessen Beschreibung weggelassen.
Die Betriebsweise jedes der Bereiche, bei denen das System gemäß dieser Ausführungsform angewandt wird, wird unter der Annahme eines Falls beschrieben, bei dem die Fluidmenge, die von dem Einlaufrohr 70 zugeführt wird, aufgrund eines Verstopfens reduziert wird, das in dem Einlaufrohr 70 durch ein Fremdmaterial hervorgerufen wird. Wie vorstehend beschrieben ist, werden die Stellzeit für einen Fehler A und die Stellzeit für einen Fehler B berechnet. Der Wichtigkeitsfaktor, wenn ein Alarm abgegeben wird, wird zuvor in dem Wichtigkeitsfaktorspeicher 56 gemäß dem Klassifikationskriterium, das in Fig. 25 dargestellt ist, eingestellt. In diesem Beispiel kann, gerade wenn der Fehler (A) erzeugt wird, das Gerät nicht zerbrochen bzw. beschädigt werden. Allerdings besteht dort die Wahrscheinlichkeit einer großen Änderung in dem nachfolgenden, fraktionierenden Gerät oder einer Verschlechterung der Produktqualität. Deshalb entspricht das Wichtigkeitsfaktorklassifikationssymbol C. Wenn der Fehler (B) erzeugt wird, kann das Gerät nicht beschädigt werden und es besteht dort die geringe Wahrscheinlichkeit einer Verschlechterung der Produktqualität. Allerdings kann eine leichte Änderung erzeugt werden, deren Wichtigkeitsfaktorklassifikationssymbol D entspricht. Der Dringlichkeitsfaktorabschätzbereich 57 schätzt den Dringlichkeitsfaktor gemäß dem Kriterium ab, das in Fig. 26 dargestellt ist. In einem Fall, wo die Stellzeit für einen Fehler (A) drei Minuten beträgt, während die Stellzeit für einen Fehler (B) zwei Minuten beträgt, ist der Dringlichkeitsfaktor für den Fehler (A) 4, während derselbe für den Fehler (B) 5 ist. Deshalb werden Fehler (A), die einen hohen Dringlichkeitsfaktor besitzen, aufeinanderfolgend auf einer Anzeige angezeigt, um sie Pesonen anzuzeigen.
Wie deutlich anhand dieser Ausführungsform gesehen werden kann, ist es, da der Fehler, der einen Dringlichkeitsfaktor besitzt, deutlich angezeigt wird, und zwar unter Berücksichtigung der Stellzeit eines Entleerungsfehlers der Pufferkammern der zwei Systeme und des Effekts, wenn dieser Fehler erzeugt wird, und zwar durch fortwährendes Überwachen der Systeme, für den Benutzer bzw. Bediener klar, die Priorität der Messungen zu erkennen, wodurch deshalb der Bediener geeignet eine Maßnahme vornehmen kann.
Als nächstes wird nun eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 27 beschrieben.
Wie die Fig. 27 zeigt, weist dieses System einen Sensor 81, wie beispielsweise ein Druckmeßgerät oder ein Strömungsratenmeßgerät, zum Messen der physikalischen Menge eines spezifischen Punkts in der Anlage und zum Ausgeben dieser Daten auf. Es weist weiterhin eine Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A, zu der der Ausgang des Sensors 81 eingegeben wird, auf, und berechnet den Durchschnittswert der physikalischen Menge, und weist einen Diagnosebereich 83A auf, zu dem der Ausgang der Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A und der Ausgang von dem Sensor 81 eingegeben werden, wodurch die Betriebszustände der Anlage durch Verarbeiten in einer vorbestimmten Art und Weise diagnostiziert werden.
Die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A ist so angeordnet, daß der Durchschnittswert der physikalischen Menge in einer Zeitperiode herangezogen wird, die unmittelbar vor einer vorbestimmten Zeitperiode liegt. Der Diagnosebereich 83A weist ein Subtrahierglied 86 zum Berechnen der Differenz zwischen der physikalischen Menge an dem spezifischen Punkt in der Anlage, die von dem Sensor 81 zugeführt wird, und dem Durchschnittswert, der von der Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A zugeführt wird, und einen Komparator 87 zum Bestimmen auf, ob die Differenz, die durch den Subtrahierer 86 erhalten wird, in einem zulässigen Bereich enthalten ist, der zuvor durch eine Bestimmungsvorrichtung 85 für einen zulässigen Bereich bestimmt ist. Als Folge hiervon kann der Diagnosebereich 83A eine Fehlerdiagnose durchführen, und ebenso weist er einen Alarm 88 auf, der als eine Hinweiseinrichtung zum Abgeben eines Alarms dient, wenn die Differenz zwischen der physikalischen Menge und dem Durchschnittswert nicht in dem zulässigen Bereich enthalten ist. In diesem Fall wird der Durchschnittswert, der durch die Berechnungseinrichtung 82A berechnet ist, dahingehend betrachtet, daß er der stabile Wert der physikalischen Menge ist.
Die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A ist derart angeordnet, daß Rückstellsignale zugeführt werden können, falls dies notwendig ist. Als Folge hiervon kann sie der Änderung in der physikalischen Menge entsprechen, die erzeugt wird, wenn die Betriebsbedingungen der Anlage geändert werden.
Deshalb kann gemäß der vierten Ausführungsform, da der zulässige Bereich nur für die Abweichung von dem stabilen Zustand eingestellt werden kann, ein relativ enger, zulässiger Bereich eingestellt werden. Deshalb kann das Problem, das mit dem herkömmlichen Gerät erhalten wird, bei dem der zulässige Bereich weit eingestellt werden muß, das bedeutet, es benötigt eine lange Zeitperiode zur Änderung der physikalischen Menge aufgrund der Abnormalität, um einen zulässigen Bereich zu überschreiten, überwunden werden. Weiterhin kann, da der Durchschnittswert, der als ein Referenzwert für eine physikalische Menge in einem stabilen Zustand dient, der Änderung in dem Verfahren über eine lange Zeitperiode entsprechen kann, ein Effekt erhalten werden, daß er flexibel der Prozeßänderung entsprechen kann.
Weiterhin ist die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A derart gebildet, daß Rückstellsignale zugeführt werden können, und der Durchschnittswert der physikalischen Menge wird wiederum von dem Zeitpunkt an berechnet, an dem ein solches Rückstellsignal zugeführt wird. Deshalb kann, gerade wenn der stabile Wert der physikalischen Menge aufgrund menschlicher Faktoren, wie beispielsweise eine Änderung in den Anlagenbetriebsbedingungen, geändert wird, er einer solchen Änderung entsprechen.
Ein modifiziertes Beispiel der vierten Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 28 bis 31 beschrieben. Dieselben Komponententeile wie solche in der vierten Ausführungsform sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen davon werden weggelassen.
Das modifizierte Beispiel, das in Fig. 28 dargestellt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Halteschaltkreis 89 für die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82B vorgesehen ist. Dieser Halteschaltkreis 89 wirkt nicht dahingehend, den Durchschnittswert der physikalischen Menge zu erneuern, wenn der Alarm 88 einen Alarm in dem unmittelbar vorherigen Zeitbereich abgibt.
Deshalb kann gemäß dem modifizierten Beispiel zusätzlich zu dem Effekt, der von der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erhalten wird, ein weiterer Effekt dahingehend erhalten werden, daß ein ziemlich zuverlässiger Alarm erhalten werden kann, da er nur den stabilen Wert der physikalischen Menge verwenden wird, wenn die Anlage normal betrieben wird, und zwar kann er durch Aufbau des Systems verwendet werden, wobei der Durchschnittswert der physikalischen Menge, wenn irgendein Fehler in der Anlage ermittelt wird, nicht verwendet wird.
Fig. 29 stellt das andere, modifizierte Beispiel dar. Dieses modifizierte Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der physikalischen Menge, die durch den Sensor 81 gemessen ist, und dem Durchschnittswert der physikalischen Menge, die durch die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A berechnet ist, das bedeutet der Bereich, in dem die Abweichung einen Beitrag leistet, statistisch berechnet wird. Deshalb ist eine Berechnungseinrichtung 84A für einen zulässigen Bereich ebenso zwischen der Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A und dem Komparator 87 vorgesehen.
In dieser Ausführungsform kann, unter der Annahme, daß der Beitrag der vorstehend beschriebenen Änderung der normale Beitrag ist, der Bereich, in dem die Abweichung einen Beitrag leistet, statistisch aus der nachfolgenden Gleichung bestimmt werden:
wobei
X(i): Wertmessung einer physikalischen Menge zum Zeitpunkt i
N: die Anzahl der Proben für die in Rede stehende physikalische Menge
m: Durchschnittswert der physikalischen Menge
σ: die Standardabweichung von X
A: zulässiger Bereich der Abweichung
Unter der Annahme, daß der Beitrag von X ein normaler Beitrag ist, beträgt die Abweichung in der Wahrscheinlichkeit 99% oder mehr durch Annahme von A = ± 3 σ. Deshalb kann der Fehler unter Verwendung dieses Werts für A als der zulässige Bereich der Fehler der physikalischen Menge, ohne daß irgendein fehlerhafter Alarm ausgegeben wird, ermittelt werden, gerade wenn es ein normaler oder stabiler Zustand ist.
Weiterhin kann der zulässige Bereich für die Abweichung automatisch bestimmt werden und die zulässige Breite, die von dem Wert bei dem normalen Betrieb abgewichen ist, kann automatisch und signifikant einfach bestimmt werden. Deshalb kann die umfangreiche Arbeit, die in dem herkömmlichen System erforderlich ist, in einem beträchtlichen Umfang reduziert werden.
Ein modifiziertes Beispiel, das in Fig. 30 dargestellt ist, wird nun beschrieben. Der Diagnosebereich 83B gemäß diesem modifizierenden Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß er in einer solchen Art und Weise gebildet ist, daß ein Alarm abgegeben wird, vorausgesetzt, daß die Abweichung zwischen der physikalischen Menge und dem Durchschnittswert für eine vorbestimmte, fortdauernde Zeitperiode abweicht. Weiterhin ist ein Zeitgeber 90 enthalten.
Dieser Zeitgeber 90 ist derart gebildet, daß er einen Zeitablauf zählt, wenn ein Signal, das eine Erzeugung einer Abweichung von einem zulässigen Bereich darstellt, von dem Komparator eingegeben wird, und gibt ein Signal aus, das den Betrieb des Alarms 88 von dem Alarm 88 anfordert, wenn die Abweichung für eine vorbestimmte Zeitperiode andauert.
Gemäß dem so gebildeten Beispiel kann weiterhin ein Effekt erhalten werden, daß eine Abgabe eines Alarms in einem Fall verhindert werden kann, wo die Änderung in der gemessenen, physikalischen Menge aufgrund irgendeiner Störung, wie beispielsweise ein zufälliges Rauschen oder dergleichen, erfolgt, so daß eine unnötige Verwirrung verhindert werden kann.
Fig. 31 stellt ein anderes, modifiziertes Beispiel dar. Dieses modifizierte Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß es in einer solchen Art und Weise gebildet ist, daß Rückstellsignale absichtlich zu der Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82C und der Berechnungseinrichtung 84B für einen zulässigen Bereich zugeführt werden, so daß der Durchschnittswert und der zulässige Bereich berechnet und unter Verwendung der Daten erneuert werden, bei denen es sich um die physikalische Menge aus dem Empfang dieser Rückstellsignale handelt.
Deshalb kann gemäß dem so aufgebauten Beispiel der Durchschnittswert der physikalischen Menge an dem stabilen Punkt beabsichtigt geändert und die Abweichung kann neu berechnet werden und der Bereich, in dem die Abweichung vorhanden ist, und zwar entsprechend den Betriebszuständen, kann automatisch bestimmt werden. Als Folge hiervon kann eine Fehlerermittlung, die eine weite Anwendbarkeit bei verschiedenen Anlagen besitzt, durchgeführt werden.
Das Anlagenfehlerdiagnosesystem gemäß der vierten Ausführungsform und diesen modifizierten Beispielen ist nicht auf den Fall beschränkt, wo der Fehler in der Instrumentation in Anlagen direkt ermittelt wird und er angezeigt wird. Dessen Diagnoseergebnis kann die Referenz werden, wenn das Diagnosemuster gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungen bearbeitet wird.
Die Differenz wird nämlich, wie in Fig. 32 dargestellt ist, die eine fünfte Ausführungsform darstellt, zwischen den Prozeßdaten, die durch den Sensor 81 erfaßt sind, und dem Durchschnittswert, der durch die Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung 82A erhalten ist, mit dem zulässigen Bereich dahingehend verglichen werden, ob die Differenz davon abweicht, wobei das Diagnosemuster entsprechend den Ergebnissen der Fehler, die verursacht sind und nicht verursacht sind, als ein Symptom-Signal in dem Diagnosebereich 2 ausgegeben wird, in dem die Fehlerdiagnose, wie in den vorstehend beschriebenen, jeweiligen Ausführungsformen erwähnt ist, erzielt werden kann. Obwohl der Sensor 81 eine Druckmeßeinrichtung und eine Flußratenmeßeinrichtung aufweist, kann er bei verschiedenen Typen von Instrumentarien, die weit verbreitet in Anlagen verwendet werden, angewandt werden.
Gemäß dieser Ausführungsform wird es möglich gemacht, stark die Zuverlässigkeit des Symptoms selbst zu verbessern, das für die Diagnose verwendet wird, wobei irgendeine falsche Diagnose in dem Diagnosebereich vermieden wird, so daß die Fehlerdiagnose mit einer hohen Genauigkeit erreicht werden kann.
Das Diagnosemuster der fünften Ausführungsform kann auch durch die Anordnungen erhalten werden, wie sie in den Fig. 28 bis 31 dargestellt sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fehlerdiagnosesystem geschaffen werden, mit dem Fehler und Betriebsbedingungen einer Anlage früh erfaßt und überwacht werden können, ebenso wie ein zuverlässiges Diagnoseergebnis erhalten werden kann. Weiterhin können Gegenmaßnahmen, um immer die Betriebsbedingungen der Anlage beizubehalten, durch Abgabe eines Alarms oder dergleichen in Abhängigkeit von dem Diagnoseergebnis vorgenommen werden.

Claims

1. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen, das aufweist: einen Diagnosebereich (2, 5, 60, 83A) zum Diagnostizieren von Fehlern in Anlagen gemäß der Beziehung zwischen Prozeßdaten, die durch ein Instrumentarium der Anlage zugeführt werden, oder einem Diagnosemuster, das durch Verarbeitung der Prozeßdaten erstellt wird, und vorbestimmten Informationen zur Erfassung von Fehlern; und Einrichtungen (3, 44, 88) zum Anzeigen der Diagnoseergebnisse, die durch den Diagnosebereich (2, 5, 60, 83A) gegeben werden, gekennzeichnet dadurch, daß die vorbestimmten Informationen zur Erfassung von Fehlern durch einen Kenntnisspeicher (1, 4) zugeführt werden, wobei der Kenntnisspeicher derart ist, daß jede Hypothese, daß ein Störungs- oder Fehlerzustand aufgetreten ist, und zwar zusammen mit den Daten, die Symptome darstellen, die auftreten, wenn der Störungszustand eingetreten ist, klassifiziert wird, und zwar in Abhängigkeit von der Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Symptome entsprechend jeder Hypothese oder der Wahrscheinlichkeit einer Intensität der Erfassung dieser Symptome und der Symptome, die nicht auftreten.

2. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, wobei jede Hypothese in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Anlage klassifiziert wird.

3. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, wobei der Diagnosebereich einen Instrumentenfehlerdiagnosebereich (42) zum Diagnostizieren eines Fehlers jedes der Instrumente in der Anlage und einen Allgemeinfehlerdiagnosebereich (43) zum Diagnostizieren von Abnormalitäten, die anders sind als die Störungen der Instrumente, aufweist, wobei der Allgemeinfehlerdiagnosebereich (43) eine Diagnose durch Entfernen des Prozeßwerts des in Rede stehenden Instruments von den Daten durchführt, wenn irgendein Instrumentenfehler durch den Instrumentenfehlerdiagnosebereich (42) ermittelt ist.

4. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, das einen Speicher (56) zum Speichern eines Alarmwichtigkeitsfaktors, wenn jeder Alarm ausgegeben wird, und zwar in Abhängigkeit von Alarmfaktoren, die in der Information zur Erfassung von Fehlern enthalten sind, und zum Ausgeben des Wichtigkeitsfaktors zu dem Diagnosebereich (60) umfaßt;

wobei der Diagnosebereich (60) eine Einrichtung (52) zum Abschätzen der Zeit, die zur Erzeugung jedes Fehlerzustands herangezogen wird, und zwar in Abhängigkeit von den Alarmfaktoren unter Verwendung der physikalischen Größe des Prozesses und der Daten, eine Einrichtung (53) zum Abschätzen der Zeit, die erforderlich ist, um den Fehlerzustand zu vermeiden, eine Einrichtung (54) zum Berechnen einer geschätzten Stellzeit, die für einen Vermeidungsvorgang erforderlich ist, derart, daß eine für eine geschätzte Vermeidung erforderliche Zeit von einer geschätzten Fehlererzeugungszeit subtrahiert wird, die durch die Einrichtung (52) zum Abschätzen der Zeit, die zum Erzeugen jedes Fehlerzustands herangezogen wird, subtrahiert wird, und eine Einrichtung (57) zum Berechnen eines Dringlichkeitsfaktors unter Verwendung der geschätzten Stellzeit und des Wichtigkeitsfaktors umfaßt, und wobei die Hinweiseinrichtung die Fehler in der sequentiellen Ordnung unter der Intensität des Dringlichkeitsfaktors rangmäßig einordnet und anzeigt und ebenso dieselben in der sequentiellen Reihenfolge unter der Stellzeit rangmäßig ordnet und anzeigt.

5. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, wobei das Diagnosemuster einen Durchschnittswert erhält, der ein änderbarer Referenzwert ist, und zwar unter Verwendung einer Durchschnittswert-Berechnungseinrichtung (82A, 82B) die neben den Diagnosebereich (83A) gestellt ist, wobei dieser Durchschnittswert unter einem vorbestimmten Zeitintervall der physikalischen Größe an spezifischen Punkten in der Anlage erhalten wird, die die Daten sind, wo die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und der physikalischen Größe dahingehend geprüft ist, ob sie von einem vorbestimmten, zulässigen Bereich abweicht, und wobei der Diagnosebereich so aufgebaut ist, um einen Alarm durch eine Hinweiseinrichtung (88) abzugeben, wenn die Differenz von einem vorbestimmten, zulässigen Bereich abweicht, und um den Durchschnittswert so einzurichten, daß er nicht während einer Periode erneuert werden wird, wo der Alarm abgegeben wird.

6. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 5, wobei eine Berechnungseinrichtung (84A) für einen zulässigen Bereich neben den Diagnosebereich (83A) gelegt ist, wobei diese Berechnungseinrichtung (84A) für den zulässigen Bereich einen Bereich berechnet, wo die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und der physikalischen Größe durch statistische Behandlung des Durchschnittswerts und der physikalischen Größe und durch Bestimmen des zulässigen Bereichs basierend auf dem Bereich verteilt wird.

7. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, wobei das Diagnosemuster einen Durchschnittswert enthält, der ein änderbarer Referenzwert ist, und zwar unter Verwendung einer Berechnungseinrichtung (82A, 82B) für einen Durchschnittswert, die neben den Diagnosebereich (83A) gestellt ist, wobei dieser Durchschnittswert unter einem vorbestimmten Zeitintervall der physikalischen Größe erhalten wird, bei der es sich um diese Daten handelt, und zwar an spezifischen Punkten der Anlage, wo die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und der physikalischen Größe dahingehend geprüft wird, ob sie von einem vorbestimmten zulässigen Bereich abweicht, wobei der Diagnosebereich so aufgebaut ist, um einen Alarm abzugeben, wenn die Differenz von dem vorbestimmten, zulässigen Bereich für eine vorbestimmte, fortlaufende Zeitperiode abweicht.

8. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 6, wobei Rückstellsignale so eingerichtet sind, daß sie an die Berechnungseinrichtung (82A, 82B) für den Durchschnittswert und die Berechnungseinrichtung (84A) für den zulässigen Bereich eingegeben werden, und wobei der Durchschnittswert und der zulässige Bereich wiederum unter Verwendung einer physikalischen Größe von dem Zeitpunkt an, unter dem die Rückstellsignale zugeführt werden, berechnet werden.

9. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 5, wobei das Rückstellsignal so eingerichtet ist, daß es zu der Berechnungseinrichtung (82A, 82B) für den Durchschnittswert eingegeben wird, und wobei der Durchschnittswert wiederum unter Verwendung einer physikalischen Größe von dem Zeitpunkt an, zu dem dieses Signal zugeführt wird, berechnet wird.

10. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 1, wobei ein Durchschnittswert, der ein änderbarer Referenzwert ist, der Prozeßdaten unter Verwendung einer Berechnungseinrichtung (82A) für den Durchschnittswert, die mit dem Diagnosebereich verbunden ist, erhalten wird, wobei der Durchschnittswert unter einem vorbestimmten Zeitintervall erhalten wird, und wobei das Diagnosemuster an dem Diagnosebereich (2) als ein Symptom-Signal zur Diagnose ausgegeben dahingehend wird, ob die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und dem Wert der physikalischen Größe an spezifischen Punkten in der Anlage von einem vorbestimmten, zulässigen Bereich abweicht.

11. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 10, wobei der Durchschnittswert so eingerichtet ist, daß er nicht während einer Periode erneuert wird, wo das Symptom-Signal ausgegeben wird, und zwar wenn die Differenz zwischen der physikalischen Größe und dem Durchschnittswert von dem zulässigen Bereich abweicht.

12. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei eine Berechnungseinrichtung (84A) für einen zulässigen Bereich neben den Diagnosebereich (83A) gelegt ist, wobei die Berechnungseinrichtung für den zulässigen Bereich (84A) einen Bereich berechnet, wo die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und der physikalischen Größe durch statistische Behandlung des Durchschnittswert und der physikalischen Größe verteilt wird, und durch Bestimmen des zulässigen Bereichs basierend auf diesen Bereich.

13. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei das Symptom-Signal bei der Bedingung ausgegeben wird, daß die Differenz zwischen dem Durchschnittswert und der physikalischen Größe von dem zulässigen Bereich für eine vorbestimmte, fortlaufende Zeitperiode abweicht.

14. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei Rückstellsignale so eingerichtet sind, daß sie zu der Berechnungseinrichtung (82A, 82B) für den Durchschnittswert und der Berechnungseinrichtung (84A) für den zulässigen Bereich eingegeben werden, und wobei der Durchschnittswert und der zulässige Bereich wiederum unter Verwendung einer physikalischen Größe von dem Zeitpunkt an, zu dem die Rücksetzsignale zugeführt werden, berechnet werden.

15. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei das Rückstellsignal so eingerichtet ist, daß es zu der Berechnungseinrichtung (82A) für den Durchschnittswert eingegeben wird, und wobei der Durchschnittswert wiederum unter Verwendung einer physikalischen Größe von dem Zeitpunkt an, zu dem das Signal zugeführt wird, berechnet wird.

16. Fehlerdiagnosesystem für Anlagen gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei Informationen zur Erfassung von Fehlern oder dergleichen in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Anlage klassifiziert werden.