KR102383774B1 - Method for predicting plant failure and system therefor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플랜트의 고장을 예측할 수 있는 방법, 그리고 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 플랜트의 운전 상태를 모니터링 한 결과로부터 플랜트의 정상 구간 및 고장 구간들을 분류해 내고, 각 구간들의 데이터 특성으로부터 플랜트 고장을 예측하는 데에 활용될 예측용 데이터 세트를 생성하는 것을 특징으로 하는 고장 예측 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting plant failure, and to a system for the same. Specifically, from the results of monitoring the operating state of the plant, the normal section and the failure section of the plant are classified, and from the data characteristics of each section It relates to a failure prediction method and a system therefor, characterized in that a prediction data set to be used for predicting a plant failure is generated.
Description
본 발명은 플랜트의 고장을 예측할 수 있는 방법, 그리고 이를 위한 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 플랜트의 운전 상태를 모니터링 한 결과로부터 플랜트의 정상 구간 및 고장 구간들을 분류해 내고, 각 구간들의 데이터 특성으로부터 플랜트 고장을 예측하는 데에 활용될 예측용 데이터 세트를 생성하는 것을 특징으로 하는 고장 예측 방법 및 이를 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for predicting plant failure, and to a system for the same. Specifically, from the results of monitoring the operating state of the plant, the normal section and the failure section of the plant are classified, and from the data characteristics of each section It relates to a failure prediction method and a system therefor, characterized in that a prediction data set to be used for predicting a plant failure is generated.
하나의 플랜트는 매우 다양한 종류의 설치물들을 그 내부에 구비하고 있으며, 플랜트의 운전은 이들 설치물들이 모두 정상적으로 작동될 때에야 비로소 이루어지게 된다. One plant is provided with a wide variety of installations therein, and operation of the plant is achieved only when all of these installations are operated normally.
한편, 플랜트는 그 특성상 한 번 고장이 발생하면 매우 큰 손실이 발생하기 때문에 미연에 고장을 예측하기 위한 다양한 방법론들이 고안되고 있다. 그러나 플랜트의 고장을 예측하는 것은 플랜트를 운용하는 자 또는 플랜트를 사용하는 자 입장에서 매우 어려운 일이며, 특히 플랜트로부터 측정 및 획득 가능한 대량의 데이터들을 한꺼번에 처리하는 데이터 분석(data analysis)은 해당 분야의 매우 뛰어난 전문가가 아닌 이상 일반적으로 플랜트 운용자 또는 플랜트 사용자가 쉽게 접근할 수 없는 영역에 해당한다. On the other hand, due to the characteristics of plants, once a failure occurs, a very large loss occurs, so various methodologies have been devised to predict failure in advance. However, predicting plant failure is a very difficult task for plant operators or plant users. This is an area that is usually not easily accessible to plant operators or plant users, unless they are very skilled professionals.
다시 말해 플랜트의 데이터를 분석하는 과정 및 데이터의 특성 패턴을 분석하는 과정은 그 과정이 복잡하고 고도의 지식을 요구하기 때문에 전문가가 아닌 일반 운용자 또는 일반 사용자 입장에서는 쉽게 익히기가 어려우며, 또한 최근 대두되고 있는 기계학습을 활용하기 위한 환경에서도 일반 운용자 또는 일반 사용자는 질 좋은 학습데이터를 생성을 하는데 어려움을 겪게 되어 결과적으로 좋지 않은 학습데이터로 인해 플랜트 고장 예측에 나쁜 영향을 주는 결과로 이어지고 있다. In other words, the process of analyzing plant data and the process of analyzing characteristic patterns of data is difficult to learn easily from the point of view of non-professional operators or general users because the process is complex and requires advanced knowledge. Even in an environment to utilize machine learning, general operators or general users have difficulties in generating high-quality learning data, and as a result, poor learning data leads to a negative effect on plant failure prediction.
본 발명은 이와 같은 플랜트 고장 예측의 어려움에 착안하여 제안된 것으로, 본 상세한 설명을 통해 기술하게 될 발명은 이상에서 살핀 기술적 문제점을 해소시킬 수 있음은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 발명할 수 없는 추가적인 기술요소들을 제공하기 위해 발명되었다.The present invention has been proposed based on the difficulty of predicting plant failures, and the invention to be described through this detailed description can solve the technical problems salpinned above, as well as those of ordinary skill in the art It was invented to provide additional technical elements that cannot be easily invented.
본 발명은 플랜트를 운용하는 자 또는 사용자의 입장에서도 플랜트의 고장을 쉽게 예측할 수 있게 하는 것을 목적으로 하며, 특히 대량의 플랜트 관련 데이터들을 분석하는 데에 있어 전문적인 지식이 없더라도 비교적 정확한 플랜트 고장 예측이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to make it possible to easily predict plant failures from a plant operator or user's point of view, and in particular, relatively accurate plant failure prediction is possible even without professional knowledge in analyzing a large amount of plant-related data. aim to make it possible.
또한 본 발명은 플랜트의 작동 상태를 분석하고, 정상구간 및 고장구간으로 나뉜 복수 개의 구간들로부터 일련의 데이터 세트, 즉 플랜트의 고장을 예측하는 데에 활용될 수 있는 예측용 데이터 세트를 생성하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention analyzes the operating state of the plant and generates a series of data sets from a plurality of sections divided into a normal section and a failure section, that is, a prediction data set that can be used to predict plant failure. The purpose.
한편, 본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 시스템이 플랜트의 고장을 예측하는 방법은 (a) 고장감지정보, 고장진단정보 또는 플랜트 운전정보 중 적어도 하나를 포함하는 제반정보를 수신하는 단계; (b) 상기 제반정보를 참조하여 상기 플랜트의 작동상태를 복수 개의 구간들로 분류하는 단계; 및 (c) 상기 (b)단계에서 분류된 복수 개의 구간들을 분석하여 예측용 데이터 세트를 생성하는 단계;를 포함한다.The present invention is to solve the above problems, and the method for the system according to the present invention to predict plant failure is (a) receiving general information including at least one of failure detection information, failure diagnosis information, and plant operation information. to do; (b) classifying the operating state of the plant into a plurality of sections with reference to the general information; and (c) generating a prediction data set by analyzing the plurality of sections classified in step (b).
또한, 상기 방법은 상기 (a)단계 후, 기 정의된 필터 조건에 따라 상기 제반정보를 필터링 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include, after step (a), filtering the general information according to a predefined filter condition.
또한, 상기 방법은 상기 복수 개의 구간들은 상기 플랜트의 작동 시간대 상에서 분류되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the method may be characterized in that the plurality of sections are classified on the operating time of the plant.
또한, 상기 방법에 있어서 상기 복수 개의 구간들은 플랜트의 작동 상태에 따라 정상구간 및 고장구간으로 나뉘는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the method, the plurality of sections may be divided into a normal section and a failure section according to the operating state of the plant.
또한, 상기 방법에 있어서 상기 예측용 데이터 세트는, 정상 데이터 세트 및 고장 데이터 세트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the method, the prediction data set may include a normal data set and a failure data set.
또한, 상기 방법은 상기 (c)단계 이후, 상기 생성된 예측용 데이터 세트가, 고장 예측 모델링을 위한 학습데이터로 제공되는 단계;를 더 포함할 수 있다.In addition, the method may further include; after step (c), the generated prediction data set is provided as learning data for failure prediction modeling.
또한, 상기 방법에 있어서 상기 (a)단계에서 수신하는 제반정보는, 상기 고장 예측 모델링에 의해 생성된 고장 예측 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the method, the general information received in step (a) may further include failure prediction information generated by the failure prediction modeling.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플랜트의 고장을 예측하는 시스템은 고장 예측부를 포함하되,상기 고장 예측부는, 고장감지정보, 고장진단정보 또는 플랜트 운전정보 중 적어도 하나를 포함하는 제반정보를 수신하고, 상기 제반정보를 참조하여 상기 플랜트의 작동상태를 복수 개의 구간들로 분류하며, 상기 분류된 복수 개의 구간들을 분석하여 예측용 데이터 세트를 생성하는 것을 특징으로 할 수 있다.On the other hand, a system for predicting a plant failure according to another embodiment of the present invention includes a failure predicting unit, wherein the failure predicting unit provides general information including at least one of failure detection information, failure diagnosis information, and plant operation information. receiving, classifying the operating state of the plant into a plurality of sections with reference to the general information, and analyzing the classified plurality of sections to generate a data set for prediction.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 고장 예측부는, 기 정의된 필터 조건에 따라 상기 제반정보를 필터링 하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the system, the failure prediction unit may filter the general information according to a predefined filter condition.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 복수 개의 구간들은 상기 플랜트의 작동 시간대 상에서 분류되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the plurality of sections in the system may be characterized in that they are classified on the operating time of the plant.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 복수 개의 구간들은 플랜트의 작동 상태에 따라 정상구간 및 고장구간으로 나뉘는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the system, the plurality of sections may be divided into a normal section and a failure section according to the operating state of the plant.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 예측용 데이터 세트는, 정상 데이터 세트 및 고장 데이터 세트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the system, the prediction data set may include a normal data set and a failure data set.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 고장 예측부는, 상기 생성된 예측용 데이터 세트를, 고장 예측 모델링을 위한 학습데이터로 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, in the system, the failure prediction unit may provide the generated prediction data set as learning data for failure prediction modeling.
또한, 상기 시스템에 있어서 상기 수신하는 제반정보는, 상기 고장 예측 모델링에 의해 생성된 고장 예측 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the general information received in the system may further include failure prediction information generated by the failure prediction modeling.
또한, 상기 시스템은 플랜트의 고장을 감지하는 고장 감지부; 및 상기 고장 감지부에 의해 감지된 고장을 분석하는 고장 진단부;를 더 포함하고, 상기 고장 예측부는 상기 고장 감지부 또는 고장 진단부 중 어느 하나로부터 상기 제반정보 중 적어도 일부를 수신하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the system includes a failure detection unit for detecting a failure of the plant; and a failure diagnosis unit that analyzes the failure detected by the failure detection unit, wherein the failure prediction unit receives at least a portion of the information from either the failure detection unit or the failure diagnosis unit can do.
본 발명에 따르면 데이터 분석에 대한 전문적인 지식이 없는 운용자 또는 사용자로 할 지라도 플랜트의 고장을 예측할 수 있게 되는 효과가 있으며, 이에 따라 플랜트 유지보수 비용을 줄일 수 있게 되는 효과도 꾀할 수 있다.According to the present invention, even an operator or a user without specialized knowledge for data analysis has the effect of being able to predict plant failure, and thus can also achieve the effect of reducing plant maintenance costs.
또한 본 발명에 따르면 예측용 데이터 세트를 이용하여 보다 쉽게 플랜트의 고장을 예측할 수 있게 되는 효과도 있다. In addition, according to the present invention, there is an effect that the failure of the plant can be more easily predicted using the data set for prediction.
한편, 본 발명에 의한 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other technical effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 플랜트의 대표적인 예시로 화력 발전소를 도시한 것이다.
도 2는 플랜트 시스템의 전체적인 구성을 도시한 것이다.
도 3은 플랜트 시스템 중 특히 진단계의 세부구성을 도시한 것이다.
도 4는 고장 예측부의 세부구성을 도시한 것이다.
도 5는 데이터 처리부에 의해 고장 예측을 위한 데이터 처리가 이루어지는 과정을 순서에 따라 도시한 것이다.1 shows a thermal power plant as a representative example of a plant.
2 shows the overall configuration of the plant system.
3 shows the detailed configuration of a diagnostic system in particular among plant systems.
4 shows a detailed configuration of a failure prediction unit.
5 is a sequence diagram illustrating a process in which data processing for failure prediction is performed by the data processing unit.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.The purpose and technical configuration of the present invention, and details regarding the operational effects thereof will be more clearly understood by the following detailed description based on the accompanying drawings in the specification of the present invention. An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되거나 이용되지 않아야 할 것이다. 이 분야의 통상의 기술자에게 본 명세서의 실시예를 포함한 설명은 다양한 응용을 갖는다는 것이 당연하다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에 기재된 임의의 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하기 위한 예시적인 것이며 본 발명의 범위가 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다.The embodiments disclosed herein should not be construed or used as limiting the scope of the present invention. It is natural for those skilled in the art that the description including the embodiments of the present specification will have various applications. Accordingly, any embodiments described in the detailed description of the present invention are illustrative for better describing the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention to the embodiments.
도면에 표시되고 아래에 설명되는 기능 블록들은 가능한 구현의 예들일 뿐이다. 다른 구현들에서는 상세한 설명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 기능 블록들이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 하나 이상의 기능 블록이 개별 블록들로 표시되지만, 본 발명의 기능 블록들 중 하나 이상은 동일 기능을 실행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합일 수 있다.The functional blocks shown in the drawings and described below are merely examples of possible implementations. Other functional blocks may be used in other implementations without departing from the spirit and scope of the detailed description. Also, although one or more functional blocks of the present invention are represented as separate blocks, one or more of the functional blocks of the present invention may be combinations of various hardware and software configurations that perform the same function.
또한, 어떤 구성요소들을 포함한다는 표현은 “개방형”의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.In addition, the expression that includes certain components is an expression of “open type” and merely refers to the existence of the corresponding components, and should not be construed as excluding additional components.
나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.Furthermore, when it is said that a component is “connected” or “connected” to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. do.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명이 제안하고자 하는 고장 예측 시스템 및 그 방법에 대해 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a failure prediction system and method proposed by the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
먼저 도 1은 플랜트의 대표적인 예시로 화력 발전소의 개괄적인 구성들을 도시한 것이다. 화력 발전소는 기본적으로 석탄이나 석유에 의한 화력으로 증기를 발생시켜 증기 터빈을 돌리고 이를 통해 전기 에너지를 생산하게 되는데, 이 중에서 특히 보일러는 증기 터빈에 고온 고압의 증기를 공급하기 위해 연료를 태워 물을 끓이는 핵심적인 구성에 해당한다. 보일러의 주된 구성으로는 물과 증기를 담는 보일러 본체, 연료의 연소장치, 그리고 화로가 있으며, 이 중 연소장치, 화로 등은 제어 시스템에 의해 조정됨으로써 온도, 압력 등이 조절된다. First, FIG. 1 shows the general configurations of a thermal power plant as a representative example of a plant. A thermal power plant basically generates steam with thermal power from coal or oil, turns a steam turbine, and produces electrical energy through this. It corresponds to the key composition of boiling. The main components of a boiler include a boiler body containing water and steam, a fuel combustion device, and a furnace. Of these, the combustion device and furnace are controlled by the control system to control temperature and pressure.
한편, 위 화력 발전소의 개략적인 구성에서도 보았듯 하나의 플랜트는 복잡한 과정을 거쳐 전기 에너지를 생산하게 되는데, 당연히 위 복잡한 과정은 수 많은 부품들로 구성된 다양한 장치들이 수 많은 알고리즘에 따라 정상적인 작동을 하고 있을 것을 전제로 한다. 문제는 수 많은 부품들 중 어느 하나가 오작동을 하는 경우, 또는 알고리즘에 오류가 생겨 오작동 하는 경우 플랜트 전체가 고장으로 그 작동이 멈추어 지는 경우인데, 복잡한 시스템 자체에 고장이 발생한 경우 어디에 어떤 고장이 발생하였는지를 쉽게 파악할 수 없어 이를 복구하는 데에 상당한 비용 및 시간이 소요되는 문제가 있다.On the other hand, as seen in the schematic configuration of the thermal power plant above, one plant produces electrical energy through a complex process. presupposes to be The problem is when one of many parts malfunctions, or when an algorithm malfunctions and the entire plant stops working due to a failure. There is a problem in that it is not easy to determine whether or not it has been done, so it takes a considerable amount of money and time to restore it.
본 발명은 플랜트의 고장을 상시 모니터링 함으로써 문제가 발생한 구간과 정상적으로 작동한 구간의 데이터 특성을 파악하고, 파악된 데이터 특성을 기초로 플랜트의 고장을 예측할 수 있는 데이터 세트를 생성함으로써 플랜트의 고장을 가능한 한 사전에 예측하고, 이에 대한 대비를 하게 하는 것을 중요한 목적으로 한다. The present invention identifies the data characteristics of the section in which the problem occurs and the section in which the plant operates normally by constantly monitoring the failure of the plant, and generates a data set that can predict the failure of the plant based on the identified data characteristics, thereby preventing the failure of the plant. It has an important purpose to predict in advance and prepare for it.
이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에 제안하는 플랜트 고장 예측 방법, 그리고 이를 위한 시스템에 살펴보기로 한다.Hereinafter, with reference to the drawings, a method for predicting plant failure proposed in the present invention and a system for the same will be described.
도 2는 본 발명에 따른 플랜트 고장 예측 방법이 실행되는 플랜트 시스템의 전체적인 개요를 도시한 것으로, 본 상세한 설명에서 언급되는 플랜트 시스템은 보편적인 플랜트에서 제어가 이루어질 수 있는 최소한의 환경을 전제로 하되, 도 2에서와 같은 제어계(10), 발전계(20), 진단계(30), 및 조정계(40)가 더 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 참고로, 본 상세한 설명에서는 각 계들은 각각이 중앙처리유닛 및 메모리를 갖춘 하드웨어로 구현될 수 있으며, 또는 모든 계들은 하나의 하드웨어(중앙처리유닛 및 메모리를 갖춘 것)에 의해 구현될 것일 수도 있다. 또한, 각 계들을 구현하기 위한 소프트웨어는 컴퓨터가 판독가능한 언어로 설계된 프로그램 상에서 구현되어 상기 중앙처리유닛(CPU)에 의해 실행될 수 있음을 이해해야 할 것이다. 나아가, 각 계들은 하드웨어(hardware) 또는 펌웨어(firmware), 소프트웨어, 또는 이들의 결합에 의해 구현되되, 하드웨어를 이용하여 구현하는 경우에는 ASIC(application specific integrated circuit) 또는 DSP(digital signal processor), DSPD(digital signal processing device), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array) 등으로, 펌웨어나 소프트웨어를 이용하여 구현하는 경우에는 위와 같은 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등을 포함하도록 펌웨어나 소프트웨어로 구성될 수 있다.2 shows an overall overview of a plant system in which a plant failure prediction method according to the present invention is executed, and the plant system referred to in this detailed description is premised on a minimum environment in which control can be made in a general plant, As shown in FIG. 2 , the
제어계(10)는 플랜트의 모든 작동을 제어하는 구성으로, 크게는 플랜트의 운전 상태를 파악할 수 있는 기능, 그리고 기 정해진 알고리즘에 따라 플랜트의 운전을 제어하는 기능을 할 수 있다. 제어계(10)는 외부로부터 입력되는 사용자(또는 운용자)의 조작입력을 수신할 수 있고, 조작입력을 기반으로 발전계(20)에 대해 제어명령을 전달할 수 있으며, 이 과정에서 조정계(40)의 연산 결과를 수신한 뒤 이를 제어명령에 반영할 수도 있다. The
발전계(20)는 상기 제어계(10)로부터 제어명령을 수신한 뒤 실제 플랜트를 가동시키는 역할을 하는 구성으로, 이 발전계(20) 내에는 복수 개의 액추에이터들, 플랜트 다이나믹스(Plant dynamics), 및 센서들이 포함될 수 있다. `The
진단계(30)는 플랜트의 고장을 감지, 분석하고, 나아가 위 감지 및 분석 내용을 기반으로 앞으로 발생할 수 있는 고장을 예측하는 구성이며, 진단계(30)에 대해서는 도 3에 대한 설명에서 더 자세한 논의를 하게 될 것이므로 여기서는 상세한 설명을 미루기로 한다.The
마지막으로 조정계(40; Reconfiguration system)는 상기 진단계(30)로부터의 분석 또는 예측 연산 결과를 수신하고, 이를 토대로 상기 제어계(10)로 피드백 정보를 제공하는 구성이다. 조정계(40)는 상기 플랜트로 하여금 고장이 날 가능성을 낮추는 방향으로의 피드백 정보를 제공하며, 이 목적을 위한 것인 한 제공하는 피드백 정보의 종류에는 제한이 없다 할 것이다. 다만, 바람직하게는, 상기 조정계(40)는 고장이 나지 않을 정도로 각종 발전 파라미터를 제한함으로써 고장을 미연에 예방할 수 있도록 피드백 정보를 제공할 수 있으며, 이 때 제공하는 피드백 정보는 상기 제어계(10)가 이전 싸이클에서 상기 발전계(20)에 전달한 제어명령 내 발전 파라미터에 비해 더 낮은 값으로 운전하도록 명하도록 하기 위한 피드백 정보들을 포함할 수 있다. Finally, the
도 3은 앞서 설명을 미뤄 두었던 진단계(30)를 보다 구체적으로 도시한 것이다. 진단계(30)는 세부적으로는 고장 감지부(301), 고장 진단부(302), 및 고장 예측부(303)를 포함할 수 있으며, 이 중 고장 감지부(301)와 고장 진단부(302)는 FDD(Fault Detection & Diagnosis) 또는 FDI(Fault Detection & Isolation)으로 지칭될 수 있다.3 is a more detailed view of the
고장 감지부(301)는 제어계(10) 또는 발전계(20)로부터의 정보를 수신함으로써 플랜트 내에 어떤 고장이 발생하였는지 또는 발생 중인지를 파악하는 기능을 수행하고, 고장 정보를 고장 분석부(302)로 전달하는 역할을 한다.The failure detection unit 301 receives information from the
고장 분석부(302)는 앞서 고장 정보를 수신한 뒤 이를 기반으로 플랜트의 고장들에 대한 다양한 분석들을 수행하는 역할을 한다. The failure analysis unit 302 serves to perform various analyzes on failures of the plant based on the failure information received in advance.
마지막으로 고장 예측부(303)는 앞서 감지 및 분석된 내용들을 기반으로 향후 발생할 수 있는 플랜트 고장을 예측하고, 이로부터 생성된 예측 정보를 조정계(40)로 제공하는 구성으로 이해될 수 있으며, 본 고장 예측부(300)는 본 상세한 설명에서 주되게 논의될 대상이기도 하다. 고장 예측부(303)가 예측할 수 있는 대상의 종류에는 플랜트 신호, 플랜트 고장 시점, 플랜트 고장 위치, 플랜트 경보 수준, 또는 플랜트 고장 원인 등이 포함될 수 있다. Finally, the failure prediction unit 303 can be understood as a configuration that predicts a plant failure that may occur in the future based on the previously detected and analyzed contents, and provides the generated prediction information to the
도 4는 고장 예측부(303)의 세부 구성들을 도시한 것으로, 고장 예측부(303)는 다시 데이터 처리부(3031), 예측 모델링부(3033), 및 예측부(3035)를 포함할 수 있다. 4 illustrates detailed configurations of the failure predicting unit 303 , the failure predicting unit 303 may further include a data processing unit 3031 , a predictive modeling unit 3033 , and a predicting unit 3035 .
데이터 처리부(3031)는 후속 구성인 예측 모델링부(3033)가 학습을 하기에 적합한 데이터들을 가공하는 구성이며, 더 정확하게는 사전에 학습을 하기에 적합한 데이터만을 필터링 하는 구성으로 이해될 수 있다. 일반적으로 플랜트로부터 수집되는 고장과 관련된 정보들은 그 양이 매우 많으며, 이들 데이터들 중에는 상호 연관성이 떨어지거나 상황에 맞지 않는 오류값들이 혼합되어 있어 후속의 예측 모델링을 할 때에 정확도를 떨어트리는 요인이 될 수 있는데, 데이터 처리부(3031)는 이러한 불필요한 데이터들을 사전에 필터링 함으로써 향후 예측 모델링 시 보다 정확도를 높이는 역할을 수행한다.The data processing unit 3031 is a configuration in which the predictive modeling unit 3033, which is a subsequent configuration, processes data suitable for learning, and more precisely, it can be understood as a configuration that filters only data suitable for learning in advance. In general, the amount of failure-related information collected from a plant is very large, and among these data, error values that are not correlated or that do not fit the situation are mixed, which can be a factor that reduces accuracy in subsequent predictive modeling. In this case, the data processing unit 3031 filters such unnecessary data in advance, thereby performing a role of increasing accuracy in future predictive modeling.
데이터 처리부(3031)의 구체적인 데이터 처리 과정에 대해서는 도 5에 대한 설명에서 더 자세히 후술하기로 하며, 여기서는 우선 나머지 구성들인 예측 모델링부(3033) 및 예측부(3035)에 대해 더 논의하기로 한다.A specific data processing process of the data processing unit 3031 will be described later in more detail in the description of FIG. 5 , and here, the remaining components of the predictive modeling unit 3033 and the prediction unit 3035 will be further discussed.
예측 모델링부(3033)는 후속 구성인 예측부(3035)에서 예측 연산에 활용할 수 있는 고장 예측 모델을 생성하는 구성으로, 예측 모델링부(3033)는 다양한 알고리즘에 따라 고장 예측 모델을 생성할 수 있겠으나, 하나의 예로는 인공신경망을 활용하여 고장 예측 모델을 생성할 수 있다. 인공신경망이란 신경세포로 이루어진 뇌의 정보처리 구조를 수학적으로 모델링 함으로써 귀납적 학습능력을 모사한 데이터 처리 방법론의 하나로, 입력값과 출력값의 상관관계를 패턴화 하고, 도출된 패턴을 통해 새로운 입력값에 대한 출력값을 예측하는 것을 기본 목적으로 한다. 인공신경망은 신경세포의 역할을 수행하는 노드(node)의 병렬 연결 구조(층; layer)로 이루어지는데, 일반적으로는 입력층-은닉층-출력층 (Input layer-Hidden layer-Output layer)의 직렬 연결을 가지도록 구성되며, 은닉층을 복수 개 두어 복잡한 입출력의 상관관계를 처리할 수 있도록 구현될 수도 있다. 이러한 인공신경망을 활용하는 경우 물리적인 특성이나 관계를 명확히 알 수 없는 상황이라 하더라도 입력과 출력 만으로 상관관계의 학습이 가능하고, 다수의 출력값 예측, 비선형 거동에 대한 별도의 선형가정화 없이 입력과 출력의 상관관계를 도출할 수 있는 장점이 있다. The predictive modeling unit 3033 is a configuration that generates a failure prediction model that can be used for prediction operation in the prediction unit 3035, which is a subsequent component, and the predictive modeling unit 3033 may generate a failure prediction model according to various algorithms. However, as an example, a failure prediction model can be generated by using an artificial neural network. Artificial neural network is a data processing methodology that simulates inductive learning ability by mathematically modeling the information processing structure of the brain composed of nerve cells. Its basic purpose is to predict the output value of An artificial neural network consists of a parallel connection structure (layer) of nodes that play the role of nerve cells, and in general, serial connection of input layer-hidden layer-output layer is used. It is configured to have a plurality of hidden layers and may be implemented to handle complex input/output correlation. In the case of using such an artificial neural network, even in a situation where physical characteristics or relationships are not clearly known, correlation learning is possible only with inputs and outputs. It has the advantage of deriving a correlation.
한편, 상기 예측 모델링부(3033)는 데이터 처리부(3031)로부터 학습 데이터를 제공 받을 수 있는데, 이 때 학습 데이터는 복수의 데이터 세트 형태로 구성된 것일 수 있으며, 각각의 데이터 세트는 플랜트가 정상일 때의 데이터 특성을 가지는 정상 데이터 세트, 그리고 플랜트가 고장일 때의 데이터 특성을 가지는 고장 데이터 세트를 포함할 수 있다. 복수의 데이터 세트에 대해서는 후술하기로 한다.Meanwhile, the predictive modeling unit 3033 may receive learning data from the data processing unit 3031 . At this time, the learning data may be in the form of a plurality of data sets, and each data set is It may include a normal data set having data characteristics, and a failure data set having data characteristics when the plant is in failure. A plurality of data sets will be described later.
이상과 같이 예측 모델링부(3033)는 인공신경망과 같은 임의의 알고리즘을 이용하여 플랜트의 고장을 예측하기 위한 모델을 생성하며, 이렇게 생성된 고장 예측 모델은 후속 구성인 예측부(3035)에 제공되어 실제 고장을 예측 하는 데에 활용될 수 있다. As described above, the predictive modeling unit 3033 generates a model for predicting plant failure by using an arbitrary algorithm such as an artificial neural network, and the failure predictive model thus generated is provided to the predictive unit 3035, which is a subsequent configuration. It can be used to predict actual failure.
다음으로 예측부(3035)는 앞서 예측 모델링부(3033)에 의해 생성된 고장 예측 모델에 대한 정보를 수신하고, 현재 플랜트가 작동되고 있는 상태에 대한 값들을 상기 고장 예측 모델에 적용시켜 시뮬레이션을 수행해 봄으로써 당해 플랜트의 고장 예측값들을 산출한다. 이 때, 앞서 언급한 '현재 플랜트가 작동되고 있는 상태에 대한 값들'은 앞서 진단계(30)가 제어계(10)로부터 수신한 정보 또는 진단계(30)가 발전계(20)로부터 수신한 정보 내 포함된 것일 수 있다.Next, the prediction unit 3035 receives information on the failure prediction model previously generated by the predictive modeling unit 3033, and applies the values for the current plant operating state to the failure prediction model to perform a simulation. By looking at it, the failure prediction values of the plant are calculated. At this time, the aforementioned 'values for the current plant operating state' are information received by the
한편, 예측부(3035)는 최종적으로 고장 예측 정보를 생성하고, 이 고장 예측 정보를 조정계(40)에 전달할 수 있다. 고장 예측 정보에는 다양한 파라미터들에 대한 예측값 내지 값들의 예측되는 경향, 예측되는 고장 시점, 예측되는 고장 위치, 예측되는 경보 수준, 예측되는 고장 원인 등이 포함될 수 있다. Meanwhile, the prediction unit 3035 may finally generate failure prediction information and transmit the failure prediction information to the
다른 한편, 예측부(3035)에 의해 생성된 고장 예측 정보는 조정계(40)로 전달될 뿐만 아니라, 다시 앞선 단계의 데이터 처리부(3031)에도 제공됨으로써, 다시 말해 플랜트 고장 예측 과정이 피드백 루프의 형태를 가지게 함으로써 추가적인 필터링에 의해 보다 정교한 고장 예측이 가능하게 할 수 있다. On the other hand, the failure prediction information generated by the prediction unit 3035 is not only transmitted to the
도 5는 본 상세한 설명에서 주되게 논하고자 하는 데이터 처리부(3031)의 각 수행 단계를 설명하기 위한 것이다.5 is for explaining each execution step of the data processing unit 3031 which will be mainly discussed in this detailed description.
데이터 처리부(3031)는, 가장 먼저 고장감지정보, 고장진단정보, 또는 플랜트 운전정보 중 적어도 하나를 포함하는 제반정보를 수신하는 단계(S501)를 수행한다. 고장감지정보에는 예측값, 잔차값, 또는 조기경보값 등과 같이 플랜트에서 발생하여 감지된 고장들과 관련된 값들이 포함될 수 있으며, 고장진단정보에는 고장시점, 고장위치, 경보수준, 또는 센서 신호의 건전성 등과 같이 상기 고장감지정보로부터 일련의 연산에 의해 유추될 수 있는 정보들이 포함될 수 있고, 플랜트 운전정보에는 플랜트 출력, 효율 등과 같은 현재 운전 상태를 나타내는 정보들, 그리고 플랜트가 운전 중인 현재 또는 플랜트가 운전 중이었던 과거의 각종 측정값들이 포함될 수 있다. 한편, 상기 제반정보 중에는, 앞서 잠시 언급한 것과 같이 고장 예측 정보 또한 포함될 수 있다. The data processing unit 3031 first receives all information including at least one of the failure detection information, the failure diagnosis information, and the plant operation information ( S501 ). Failure detection information may include values related to failures detected and occurring in the plant, such as predicted values, residual values, or early warning values. As such, information that can be inferred by a series of calculations from the failure detection information may be included, and the plant operation information includes information indicating the current operation status such as plant output and efficiency, and whether the plant is currently in operation or the plant is in operation. Various measurements from the past may be included. Meanwhile, among the general information, failure prediction information may also be included, as briefly mentioned above.
S501단계 이후, 데이터 처리부(3031)는 기 정의된 필터 조건에 따라 상기 제반정보를 필터링 하는 단계(S502)를 수행할 수 있다. 본 필터링 단계는 운용자 또는 사용자의 기반지식을 기반으로 정의된 필터 조건에 따라 이루어질 수 있으며, 경우에 따라 본 단계에서는 운용자 또는 사용자로부터 직접 입력을 수신(키보드, 마우스 입력 등)하도록 함으로써 필터링의 효율을 높일 수 있다.After step S501, the data processing unit 3031 may perform a step S502 of filtering the general information according to a predefined filter condition. This filtering step can be performed according to the filter conditions defined based on the operator or user's basic knowledge. can be raised
S502단계 이후, 데이터 처리부(3031)는 상기 제반정보를 참조하여 상기 플랜트의 작동상태, 더 정확하게는 고장 이력을 참조하여 플랜트 작동상태를 분석하고, 이를 정상 구간 및 고장 구간 복수 개의 구간들로 분류하는 단계(S503)를 수행한다. 이 때 복수 개의 구간들은 플랜트의 작동 시간대 상에서 분류된 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 플랜트의 작동 시간대 상에서 플랜트가 정상적으로 작동한 정상구간, 그리고 플랜트에 고장이 발생한 고장구간으로 분류된 것일 수 있다. 도 5의 S503단계 우측에는 가로축이 시간, 세로축이 측정 값으로 정의된 그래프가 도시되어 있는데, 이는 플랜트의 작동 시간대 상에서 해당 플랜트의 임의 측정 값이 이상이 있을 때의 구간(고장구간)을 별도로 표시한 것이다. 즉, S503단계에서는 그래프 상에 표시되어 있는 시간대 상에서의 고장구간, 그리고 고장구간 이외의 정상구간이 분류될 수 있다. 한편, 정상구간과 고장구간을 분류하기 위해서는 기준이 필요하다 할 것이며, 이 때의 기준은 운용자 또는 사용자(설계자)에 의해 기 설정된 것이거나, 또는 상기 데이터 처리부(3031)의 실행을 관장하는 진단계(30)의 중앙처리유닛에 의해 실행 가능한 기계학습에 의하여서도 설정된 것일 수 있다.After step S502, the data processing unit 3031 analyzes the operating state of the plant with reference to the overall information, more precisely, with reference to the failure history, and classifies it into a plurality of normal sections and failure sections. Step S503 is performed. In this case, the plurality of sections may be classified on the operating time of the plant, and more specifically, may be classified into a normal section in which the plant normally operates and a failure section in which a failure occurs in the plant in the operating time of the plant. A graph in which the horizontal axis is defined as time and the vertical axis as measured values is shown on the right side of step S503 in FIG. 5, which separately displays a section (failure section) when an arbitrary measured value of the plant has an abnormality in the operating time of the plant did it That is, in step S503, a failure section and a normal section other than the failure section on the time period displayed on the graph may be classified. On the other hand, it will be said that a standard is necessary to classify the normal section and the faulty section, and the standard at this time is preset by the operator or user (designer), or a diagnostic system that manages the execution of the data processing unit 3031 It may also be set by machine learning executable by the central processing unit of (30).
한편, S503단계 후, 데이터 처리부(3031)는 앞서 S503단계에서 분류된 복수 개의 구간들을 분석하여 예측용 데이터 세트를 생성(S504)할 수 있다. 복수 개의 구간들을 분석한다는 것의 의미는, 각 분류된 구간들에 대하여 데이터의 특성을 추출하는 것을 의미할 수 있으며, 예를 들어 임의의 제1기기에서 발생한 고장이력을 살펴보았을 때 어떤 타 기기와 고장 연관성(제1기기가 고장이 발생했을 때 타 기기의 고장 발생률이 높은 것)이 높았는지, 또는 제1기기에 고장이 발생하였을 때 제1기기 내 어느 부품이 가장 많은 고장원인이었는지 등과 같은 다각적 연관 관계가 연산 및 추출되는 것을 의미할 수 있다. 이러한 연산의 결과, 다수 개의 예측 데이터 세트가 생성될 수 있는데, 각각의 데이터 세트들은 도 5의 S504 단계 우측에 도시된 것과 같이 정상 데이터 세트와 고장 데이터 세트를 함께 포함할 수 있다. 이 때 각각의 데이터 세트는 플랜트를 구성하는 기기 하나 하나에 대응될 수 있다. Meanwhile, after step S503, the data processing unit 3031 may analyze the plurality of sections classified in step S503 to generate a prediction data set (S504). The meaning of analyzing a plurality of sections may mean extracting the characteristics of data for each classified section. Multiple correlations such as whether the correlation (the high rate of failure of other devices when the first device failed) was high, or which part in the first device caused the most failures when the first device failed It can mean that the relationship is computed and extracted. As a result of this operation, a plurality of prediction data sets may be generated, and each data set may include a normal data set and a failed data set together as shown on the right side of step S504 of FIG. 5 . In this case, each data set may correspond to each device constituting the plant.
이상 플랜트의 고장을 예측하는 방법 및 이를 위한 시스템에 대해 살펴보았다. 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 구별되어 이해되어서는 안 될 것이다.A method for predicting the failure of an abnormal plant and a system for this have been reviewed. The present invention is not limited to the specific embodiments and applications described above, and various modifications can be made by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains without departing from the gist of the invention as claimed in the claims. Needless to say, these modifications should not be understood separately from the spirit or vision of the present invention.
10 제어계
20 발전계
30 진단계
301 고장 감지부 302 고장 진단부 303 고장 예측부
3031 데이터 처리부
3033 예측 모델링부
3035 예측부
40 조정계10 control system
20 dynamometer
30 diagnostics
301 Failure detection unit 302 Failure diagnosis unit 303 Failure prediction unit
3031 data processing unit
3033 Predictive Modeling Department
3035 Prediction Unit
40 adjuster
Claims (15)
(a) 고장감지정보, 고장진단정보 또는 플랜트 운전정보 중 적어도 하나를 포함하는 제반정보를 수신하는 단계;
(b) 상기 제반정보를 참조하여 상기 플랜트의 작동상태를 복수 개의 구간들로 분류하는 단계; 및
(c) 상기 (b)단계에서 분류된 복수 개의 구간들을 분석하여 예측용 데이터 세트를 생성하는 단계;
를 포함하되,
상기 예측용 데이터 세트는,
정상 데이터 세트 및 고장 데이터 세트를 포함하고,
상기 (c)단계 이후,
상기 생성된 예측용 데이터 세트가, 고장 예측 모델링을 위한 학습데이터로 제공되는 단계;
를 더 포함하는,
플랜트의 고장 예측 방법.
A method for predicting plant failure by a system having a central processing unit and a memory, the method comprising:
(a) receiving general information including at least one of failure detection information, failure diagnosis information, and plant operation information;
(b) classifying the operating state of the plant into a plurality of sections with reference to the general information; and
(c) generating a data set for prediction by analyzing the plurality of sections classified in step (b);
including,
The prediction data set is
including a normal data set and a faulty data set;
After step (c),
providing the generated prediction data set as learning data for failure prediction modeling;
further comprising,
A method of predicting failures in a plant.
상기 (a)단계 후,
기 정의된 필터 조건에 따라 상기 제반정보를 필터링 하는 단계;
를 더 포함하는,
플랜트의 고장 예측 방법.
According to claim 1,
After step (a),
filtering the general information according to a predefined filter condition;
further comprising,
A method of predicting failures in a plant.
상기 복수 개의 구간들은 상기 플랜트의 작동 시간대 상에서 분류되는 것을 특징으로 하는,
플랜트의 고장 예측 방법.
3. The method of claim 2,
characterized in that the plurality of sections are classified on the operating time of the plant,
A method of predicting failures in a plant.
상기 복수 개의 구간들은 플랜트의 작동 상태에 따라 정상구간 및 고장구간으로 나뉘는 것을 특징으로 하는,
플랜트의 고장 예측 방법.
4. The method of claim 3,
The plurality of sections is characterized in that it is divided into a normal section and a failure section according to the operating state of the plant,
A method of predicting failures in a plant.
상기 (a)단계에서 수신하는 제반정보는,
상기 고장 예측 모델링에 의해 생성된 고장 예측 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
플랜트의 고장 예측 방법.
5. The method of claim 4,
All information received in step (a) is,
It characterized in that it further comprises failure prediction information generated by the failure prediction modeling,
A method of predicting failures in a plant.
상기 시스템은 고장 예측부를 포함하되,
상기 고장 예측부는,
고장감지정보, 고장진단정보 또는 플랜트 운전정보 중 적어도 하나를 포함하는 제반정보를 수신하고, 상기 제반정보를 참조하여 상기 플랜트의 작동상태를 복수 개의 구간들로 분류하며, 상기 분류된 복수 개의 구간들을 분석하여 예측용 데이터 세트를 생성하고,
상기 예측용 데이터 세트는 정상 데이터 세트 및 고장 데이터 세트를 포함하고,
상기 생성된 예측용 데이터 세트가, 고장 예측 모델링을 위한 학습데이터로 상기고장 예측부에 제공되는,
플랜트 고장 예측 시스템
In the system for predicting plant failure as having a central processing unit and a memory,
The system includes a failure prediction unit,
The failure prediction unit,
Receives general information including at least one of failure detection information, failure diagnosis information, or plant operation information, classifies the operating state of the plant into a plurality of sections with reference to the general information, and divides the classified plurality of sections Analyze to create a data set for prediction,
The prediction data set includes a normal data set and a failure data set,
The generated prediction data set is provided to the failure prediction unit as learning data for failure prediction modeling,
Plant Failure Prediction System
상기 고장 예측부는,
기 정의된 필터 조건에 따라 상기 제반정보를 필터링 하는 것을 특징으로 하는,
플랜트 고장 예측 시스템.
9. The method of claim 8,
The failure prediction unit,
Characterized in filtering the general information according to a predefined filter condition,
Plant Failure Prediction System.
상기 복수 개의 구간들은 상기 플랜트의 작동 시간대 상에서 분류되는 것을 특징으로 하는,
플랜트 고장 예측 시스템.
10. The method of claim 9,
characterized in that the plurality of sections are classified on the operating time of the plant,
Plant Failure Prediction System.
상기 복수 개의 구간들은 플랜트의 작동 상태에 따라 정상구간 및 고장구간으로 나뉘는 것을 특징으로 하는,
플랜트 고장 예측 시스템.
11. The method of claim 10,
The plurality of sections is characterized in that it is divided into a normal section and a failure section according to the operating state of the plant,
Plant Failure Prediction System.
상기 수신하는 제반정보는,
상기 고장 예측 모델링에 의해 생성된 고장 예측 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
플랜트 고장 예측 시스템.
12. The method of claim 11,
The received general information is,
It characterized in that it further comprises failure prediction information generated by the failure prediction modeling,
Plant Failure Prediction System.
플랜트의 고장을 감지하는 고장 감지부; 및
상기 고장 감지부에 의해 감지된 고장을 분석하는 고장 진단부;
를 더 포함하고,
상기 고장 예측부는 상기 고장 감지부 또는 고장 진단부 중 어느 하나로부터 상기 제반정보 중 적어도 일부를 수신하는 것을 특징으로 하는,
플랜트 고장 예측 시스템.
15. The method of claim 14,
A failure detection unit for detecting a failure of the plant; and
a failure diagnosis unit for analyzing the failure detected by the failure detection unit;
further comprising,
The failure prediction unit is characterized in that it receives at least a portion of the general information from any one of the failure detection unit or the failure diagnosis unit,
Plant Failure Prediction System.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020200054283A KR102383774B1 (en) | 2020-05-07 | 2020-05-07 | Method for predicting plant failure and system therefor |
Applications Claiming Priority (1)
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