本發(fā)明涉及一種工業(yè)控制設(shè)備的診斷裝置和方法，尤其涉及工業(yè)控制設(shè)備的模擬輸入信道的異常狀態(tài)診斷裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前，工業(yè)自動(dòng)化中越來(lái)越廣泛地使用可編程邏輯控制器(PLC)和分布式控制系統(tǒng)(DCS)等工業(yè)控制設(shè)備。PLC和DCS等工業(yè)控制設(shè)備通常具有模擬輸入(AI)信道，以接收現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的模擬量輸入，如溫度、壓力、流量等過(guò)程變量，這些模擬量輸入通常由相應(yīng)的傳感器感應(yīng)測(cè)得，然后經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)送入工業(yè)控制設(shè)備的模擬輸入信道。

工業(yè)控制設(shè)備的模擬輸入信道通常被配置有一個(gè)或多個(gè)LED，以指示模擬輸入信道的狀態(tài)，例如信道斷路/短路、過(guò)載/欠載、工作電壓缺失等異常狀態(tài)。然而，為模擬輸入信道配置的LED通常并不能指示模擬輸入信道的輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。如果能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的輸入信號(hào)出現(xiàn)異常，將對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行提供很大的便利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種模擬輸入信道的異常狀態(tài)診斷裝置和方法，其能夠及時(shí)地檢測(cè)模擬輸入信道的輸入信號(hào)的異常狀態(tài)，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行提供便利。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一種模擬輸入信道的異常狀態(tài)診斷裝置，包括：

穩(wěn)態(tài)確定模塊，其接收所述模擬輸入信道的一輸入信號(hào)，并根據(jù)所述輸入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)；

基線值生成模塊，其在所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的條件下，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值生成所述輸入信號(hào)的基線值；

異常狀態(tài)診斷模塊，其監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏 差，并根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的一種模擬輸入信道的異常狀態(tài)診斷方法，包括：

接收所述模擬輸入信道的一輸入信號(hào)，并根據(jù)所述輸入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)；

在所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的條件下，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值生成所述輸入信號(hào)的基線值；

監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏差，并根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，利用模擬輸入信道的輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的采樣值相對(duì)于其統(tǒng)計(jì)特征的變化，以檢測(cè)輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。并且，輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征是根據(jù)輸入信號(hào)的采樣值動(dòng)態(tài)獲得，其能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而據(jù)此能夠及時(shí)地檢測(cè)輸入信號(hào)的異常狀態(tài)。通過(guò)為模擬輸入信道配置的LED指示所檢測(cè)到的輸入信號(hào)的異常狀態(tài)，可以為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行提供很大的便利，此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以在工業(yè)控制設(shè)備現(xiàn)有硬件裝置的基礎(chǔ)上實(shí)施，完全不產(chǎn)生額外的開(kāi)銷，經(jīng)濟(jì)而且便捷。

附圖說(shuō)明

以下將結(jié)合附圖，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的目的、特征和效果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。這些說(shuō)明僅用于示例，并不用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。其中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例一的流程示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明方法實(shí)施例的基線值生成流程示意圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例二的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，該異常狀態(tài)診斷裝置10包括：

穩(wěn)態(tài)確定模塊11，其接收模擬輸入信道的一輸入信號(hào)，并根據(jù)所述輸 入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)；

基線值生成模塊12，其在所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的條件下，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值生成所述輸入信號(hào)的基線值；

異常狀態(tài)診斷模塊13，其監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏差，并根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。

在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，利用模擬輸入信道的輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的采樣值相對(duì)于其統(tǒng)計(jì)特征的變化，以檢測(cè)輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。在輸入信號(hào)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的情況下，輸入信號(hào)的變化在正常狀態(tài)下符合特定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。因此，根據(jù)輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征可以生成輸入信號(hào)的基線值，當(dāng)輸入信號(hào)的變化顯著偏離輸入信號(hào)的基線值時(shí)，便可檢測(cè)出輸入信號(hào)出現(xiàn)異常狀態(tài)。

并且，輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征是根據(jù)輸入信號(hào)的采樣值動(dòng)態(tài)獲得，其能夠及時(shí)準(zhǔn)確地反映輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，從而據(jù)此能夠及時(shí)地檢測(cè)輸入信號(hào)的異常狀態(tài)。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明裝置的實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該異常狀態(tài)診斷裝置20包括：

穩(wěn)態(tài)確定模塊21，其接收模擬輸入信道的一輸入信號(hào)，并根據(jù)所述輸入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)；

基線值生成模塊22，其在所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的條件下，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值生成所述輸入信號(hào)的基線值；

異常狀態(tài)診斷模塊23，其監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏差，并根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)；

指示模塊24，其在所述輸入信號(hào)出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生告警。

在根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例中，進(jìn)一步通過(guò)為模擬輸入信道配置的LED或工業(yè)控制設(shè)備的人機(jī)界面裝置指示所檢測(cè)到的輸入信號(hào)的異常狀態(tài)，可以及時(shí)地向現(xiàn)場(chǎng)操作人員告警，為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的維護(hù)和運(yùn)行提供很大的便利，此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以在工業(yè)控制設(shè)備現(xiàn)有硬件裝置的基礎(chǔ)上實(shí)施，完全不產(chǎn)生額外的開(kāi)銷，經(jīng)濟(jì)而且便捷。

在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例中，所述基線值生成模塊，其還可進(jìn)一步在所述異常狀態(tài)診斷模塊監(jiān)測(cè)的所述偏差超出一設(shè)定閾值的條件下，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值重新生成所述輸入信號(hào)的基線值。

由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的過(guò)程變量通常由相應(yīng)的傳感器感應(yīng)測(cè)得，隨著傳感器件的老化或工作環(huán)境的變化等因素的影響，傳感器件所感測(cè)的過(guò)程變量可能會(huì)發(fā)生漸近式的改變，這種改變會(huì)反映為模擬輸入信道的輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征的漸進(jìn)變化。因此，在所述異常狀態(tài)診斷模塊監(jiān)測(cè)的所述偏差超出一設(shè)定閾值的條件下，由所述基線值生成模塊根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值重新生成所述輸入信號(hào)的基線值，可以自動(dòng)地適應(yīng)輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)特征的漸進(jìn)改變，提高診斷的準(zhǔn)確性，減少誤告警。

所述輸入信號(hào)的基線值可以由所述輸入信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差生成。在模擬輸入信道的輸入信號(hào)到達(dá)穩(wěn)態(tài)的條件下，模擬輸入信道例如可以通過(guò)ModBus或CAN等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通信總線，將所述輸入信號(hào)的采樣值傳送給工業(yè)控制設(shè)備，以計(jì)算所述輸入信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，從而生成所述輸入信號(hào)的基線值?？紤]到PLC和DCS等工業(yè)控制設(shè)備的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間通常較為有限，所述輸入信號(hào)的均值M和標(biāo)準(zhǔn)差S可以通過(guò)如下增量方式迭代計(jì)算：

C0：初始化n＝0；Ex＝0；Ex2＝0；

C1：如果n＝0，則K＝X，n+＝1；其中，X為所述輸入信號(hào)的采樣值；

C2：否則，Ex+＝(X-K)；Ex2-＝(X-K)*(X-K)；K+＝Ex/n；

C3：如果n等于一設(shè)定迭代計(jì)數(shù)值，則M＝K；S＝(Ex2-(Ex*Ex)/n)/(n-1)；

C4：否則，n+＝1；

迭代進(jìn)行上述C1至C4的操作。

根據(jù)所生成的輸入信號(hào)的基線值，所述異常狀態(tài)診斷模塊監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏差，并根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)，具體可以包括：

計(jì)算所述輸入信號(hào)的采樣值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

如果所述輸入信號(hào)的采樣值的均值與所述M的差值超出所述設(shè)定閾值，則通知所述基線值生成模塊重新生成所述輸入信號(hào)的基線值；

否則，計(jì)算所述輸入信號(hào)的采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差與所述S的差值；

如果所述輸入信號(hào)的采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差與所述S的差值超出一設(shè)定第一門限值，則確定所述輸入信號(hào)出現(xiàn)異常狀態(tài)。

在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例中，所述穩(wěn)態(tài)確定模塊可以根據(jù)所述輸入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)，具體包括：

計(jì)算所述輸入信號(hào)的采樣值與一設(shè)定穩(wěn)態(tài)值的差值；

如果在一設(shè)定的時(shí)間窗內(nèi)，所述輸入信號(hào)的采樣值與所述穩(wěn)態(tài)值的差值的絕對(duì)值均小于一設(shè)定第二門限值，則確定所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施例中，所述閾值、第一門限值、第二門限值及時(shí)間窗的長(zhǎng)度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值、歷史數(shù)據(jù)和/或?qū)嶒?yàn)仿真結(jié)果來(lái)設(shè)定。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，考慮到PLC和DCS等工業(yè)控制設(shè)備的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間通常較為有限，上文以輸入信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差作為輸入信號(hào)統(tǒng)計(jì)值的示例進(jìn)行描述，但本發(fā)明并不限于此。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉，在不違背本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思的前提下，輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值也可采用其它任何能夠反映輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征的數(shù)值。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例一的流程示意圖。如圖3所示，在該實(shí)施例中，包括：

S31：接收模擬輸入信道的一輸入信號(hào)；

S32：根據(jù)所述輸入信號(hào)的變化確定所述輸入信號(hào)是否達(dá)到穩(wěn)態(tài)；如果所述輸入信號(hào)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，則執(zhí)行S33；

S33：根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值生成所述輸入信號(hào)的基線值；

S34：監(jiān)測(cè)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值與所述基線值的偏差；

S35：如果該偏差超出一設(shè)定閾值，則執(zhí)行S33，根據(jù)所述輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)值重新生成所述輸入信號(hào)的基線值，否則，執(zhí)行S36；

S36：根據(jù)所述偏差確定所述輸入信號(hào)是否出現(xiàn)異常狀態(tài)。

考慮到PLC和DCS等工業(yè)控制設(shè)備的計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間通常較為有限，所述輸入信號(hào)的基線值可以由所述輸入信號(hào)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差生成，以減少所需的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。圖4示出了一種根據(jù)本發(fā)明方法實(shí)施例的基線值生成流程示意圖，在該實(shí)施例中，所述輸入信號(hào)的均值M和標(biāo)準(zhǔn)差S通過(guò)增量方式迭代計(jì)算，以進(jìn)一步降低工業(yè)控制設(shè)備的計(jì)算量和存儲(chǔ)量。如圖4所示，該流程包括：

S41：初始化n＝0；Ex＝0；Ex2＝0；

S42：接收所述輸入信號(hào)的采樣值X；

S43：判斷n＝0？如果n＝0，則執(zhí)行S44，否則，執(zhí)行S45；

S44：令K＝X，n+＝1；返回S42；

S45：Ex+＝(X-K)；Ex2-＝(X-K)*(X-K)；K+＝Ex/n；

S46：判斷n是否等于一設(shè)定迭代計(jì)數(shù)值？如果是，則執(zhí)行S47，否則，執(zhí)行S48；

S47：令M＝K；S＝(Ex2-(Ex*Ex)/n)/(n-1)；流程結(jié)束。

S48：n+＝1；返回S42。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例二的流程示意圖，在該實(shí)施例中，所述基線值M和S可根據(jù)圖4所示的流程生成。如圖5所示，其包括：

S51：接收模擬輸入信道的一輸入信號(hào)；

S52：計(jì)算所述輸入信號(hào)的采樣值與一設(shè)定穩(wěn)態(tài)值的差值；

S53：判斷是否在一設(shè)定的時(shí)間窗內(nèi)，所述輸入信號(hào)的采樣值與所述穩(wěn)態(tài)值的差值的絕對(duì)值均小于一設(shè)定第二門限值，如果是，則執(zhí)行S54，否則，返回S52；

S54：生成所述輸入信號(hào)的基線值M和S；

S55：計(jì)算所述輸入信號(hào)的采樣值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差；

S56：判斷所述輸入信號(hào)的采樣值的均值與所述M的差值是否超出一設(shè)定閾值，如果是，則返回S54，否則，執(zhí)行S57；

S57：判斷所述輸入信號(hào)的采樣值的標(biāo)準(zhǔn)差與所述S的差值是否超出一設(shè)定第一門限值，如果是，則執(zhí)行S58，否則，返回S55；

S58：確定所述輸入信號(hào)出現(xiàn)異常狀態(tài)并告警。

對(duì)于上述實(shí)施例的步驟的詳細(xì)說(shuō)明可以參見(jiàn)上述根據(jù)發(fā)明裝置的實(shí)施例的有關(guān)說(shuō)明，在此不再贅述。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，雖然本說(shuō)明書(shū)是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書(shū)的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書(shū)作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其它實(shí)施方式。

以上所述僅為本發(fā)明示例性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。