DISPOSITIVO DE DIAGNOSTICO PARA UN SISTEMA DE CONTROL DE PROCESO.
Un dispositivo de diagnóstico (10) que comprende
- un medio de recepción (100) para recibir valores de la variable de proceso (x(t)) de una variable de proceso de un medio de proceso (2) de un proceso,
- un medio de procesamiento de mediciones (300) para extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de la variable de proceso, que se miden durante una fase de medición (300),
- un medio de procesamiento de formación (200) para extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de la variable de proceso que se miden durante una fase de formación (200), para calcular una distribución estadística empírica de formación (250; 251) con lo que la distribución (250; 251) es una distribución de una función de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de formación (200) y para calcular una función de distribución analítica de formación (270; 271) que se aproxima a la distribución estadística empírica de formación (250) y que comprende
- un medio de comparación (400) para comparar los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición, caracterizado por que los datos estadísticos de medición comprenden una distribución estadística empírica de medición (350), que es una distribución de una función de dichos valores de la variable de proceso (x(t)), que se miden durante una fase de medición (300), y por que los datos estadísticos de formación comprenden la función de distribución analítica de formación (270) y por que el medio de comparación (400) proporciona una indicación de fallo en caso de que el nivel de confianza (1/Chi2) obtenido a partir de un ensayo estadístico (450) de la consistencia de la distribución estadística empírica de medición (350) con la función de distribución analítica de formación (250) esté por debajo de un valor umbral prescriptible (K'')
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W05000084CH.
Solicitante: ABB RESEARCH LTD..
Nacionalidad solicitante: Suiza.
Dirección: AFFOLTERNSTRASSE 52,8050 ZURICH.
Inventor/es: MORONI,ANDREA, ANDENNA,ANDREA, INVERNIZZI,GIOVANNI.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 26 de Agosto de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G05B23/02 FISICA. › G05 CONTROL; REGULACION. › G05B SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION EN GENERAL; ELEMENTOS FUNCIONALES DE TALES SISTEMAS; DISPOSITIVOS DE MONITORIZACION O ENSAYOS DE TALES SISTEMAS O ELEMENTOS (dispositivos de maniobra por presión de fluido o sistemas que funcionan por medio de fluidos en general F15B; dispositivos obturadores en sí F16K; caracterizados por particularidades mecánicas solamente G05G; elementos sensibles, ver las subclases apropiadas, p. ej. G12B, las subclases de G01, H01; elementos de corrección, ver las subclases apropiadas, p. ej. H02K). › G05B 23/00 Ensayo o monitorización de sistemas de control o de sus elementos (monitorización de sistemas de control por programa G05B 19/048, G05B 19/406). › Ensayo o monitorización eléctrico.
Clasificación PCT:
- G05B19/418 G05B […] › G05B 19/00 Sistemas de control por programa (aplicaciones específicas, ver los lugares apropiados, p. ej. A47L 15/46; relojes que implican medios anejos o incorporados que permiten hacer funcionar un dispositivo cualquiera en un momento elegido de antemano o después de un intervalo de tiempo predeterminado G04C 23/00; marcado o lectura de soportes de registro con una información digital G06K; registro de información G11; interruptores horarios o de programa horario que se paran automáticamente cuando el programa se ha realizado H01H 43/00). › Control total de una fábrica, es decir, control centralizado de varias máquinas, p. ej. control numérico directo o distribuido (DNC), sistemas de fabricación flexibles (FMS), sistemas de fabricación integrados (IMS), fabricación integrada por computador (CIM).
- G05B23/02 G05B 23/00 […] › Ensayo o monitorización eléctrico.
Fragmento de la descripción:
Dispositivo de diagnóstico para un sistema de control de proceso.
Campo técnico
La invención se refiere al campo del diagnóstico de dispositivos de proceso, tales como los que se usan en procesos industriales o científicos, y en particular al campo del diagnóstico de dispositivos de proceso usando una variable de proceso detectada de dicho proceso. Se refiere a métodos y aparatos de acuerdo con la cláusula de apertura de las reivindicaciones.
Estado de la técnica
Se conoce un dispositivo de diagnóstico y método de diagnóstico de este tipo por la publicación de patente US 6 601 005. El dispositivo detecta valores de variables de proceso tales como, por ejemplo, valores de presión o de flujo, y los propios procesos para extraer a partir de ellos señales de interferencias de vibración que lleva un medio de proceso (por ejemplo, líquido, gas) del proceso. Después se valúa dicha señal procesada relacionada con la vibración, terminando la evaluación en una salida que indica que algún dispositivo de control (por ejemplo, una bomba o válvula) del proceso tiene un fallo. En el método descrito en el documento US 6 601 005 mencionado anteriormente se sugiere el uso de la transformada wavelet (wavelet) o la transformada de Fourier o una red neural o análisis estadístico, u otras técnicas de evaluación de señales para obtener la señal procesada. Por lo que respecta a la evaluación de la señal procesada, se sugiere comparar la señal o señales procesadas con un valor límite seleccionable o una serie de valores límite. Por ejemplo, si se ha usado una transformada wavelet para obtener la señal procesada, se comprobará para cada coeficiente wavelet calculado, si ha excedido un valor límite correspondiente. Si al menos un coeficiente wavelet ha excedido su valor límite correspondiente, se indicará un fallo (de algún dispositivo o dispositivos de control con los que se relaciona el coeficiente wavelet).
Además, en el documento US 6 601 005 mencionado anteriormente se describe la eliminación de variaciones de proceso conocidas que pueden deberse a ciertas actividades de proceso, a partir de valores de variables de proceso. Esto se hace restando datos modelados de datos (de valores de variables de proceso) recogidos durante la operación. Es de esperar que después de la resta sólo queden anomalías y éstas se evalúan. Si, por ejemplo, las variaciones de proceso conocidas se deben a cambios en la temperatura ambiental, que pueden producirse durante el día y que influyen en los valores de la variable de proceso, pueden tomarse varias series de datos a diferentes tiempos durante el día cuando el proceso funciona sin fallos. Estas series de datos de operación normal "plana" de base se emplean como series de datos modelados de los que, por ejemplo, una red neural puede elegir el apropiado, que después se resta de los datos recogidos durante la operación para que queden únicamente señales anormales. Tanto los modelos como los datos recogidos durante la operación son datos transformados wavelet, de forma que los coeficientes wavelet correspondientes se restan entre sí para retirar las variaciones del proceso conocidas y producir valores a comparar con valores límite prescriptibles.
La elección de los valores límite con los que se compara la señal procesada es muy importante para la fiabilidad de la salida del dispositivo de diagnóstico ("fallo"/"no fallo"). Es deseable proporcionar bases fiables para la salida de diagnóstico del dispositivo de diagnóstico.
Sumario de la invención
Por lo tanto, un objetivo de la invención es crear un dispositivo de diagnóstico y un método de diagnóstico que proporcionen bases fiables para una salida de diagnóstico del dispositivo de diagnóstico. También es un objetivo de la invención crear otros dispositivos y sistemas que incorporen este dispositivo de diagnóstico o método de diagnóstico.
El problema se resuelve por medio de aparatos y métodos con las características de las reivindicaciones independientes.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de diagnóstico comprende
- un medio de recepción para recibir valores de variable de proceso de una variable de proceso de un medio de proceso de un proceso,
- un medio de procesamiento de mediciones para extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de variable de proceso, que se miden durante una fase de medición,
- un medio de procesamiento de formación para extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de la variable de proceso, que se miden durante una fase de formación, y
- un medio de comparación para comparar los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición.
Gracias a esto, es posible proporcionar bases fiables para la salida de diagnóstico del dispositivo de diagnóstico. En particular, es posible proporcionar una fiabilidad prescriptible de la salida de diagnóstico del dispositivo de diagnóstico y/o es posible proporcionar un nivel de confianza de la salida (indicación de certeza de la salida "fallo"/"no fallo").
El dispositivo de diagnóstico puede ser cualquier dispositivo o combinación de dispositivos que puede recibir valores de la variable de proceso y procesarlos de la forma descrita. Puede ser un transmisor, un dispositivo de monitorización del proceso o un sistema de monitorización del proceso, un controlador o un sistema de control del proceso, un ordenador personal o similar. El dispositivo de diagnóstico preferiblemente es adecuado para usarse en un sistema de control de proceso. Puede aplicarse en un sistema de control.
El dispositivo de diagnóstico puede estar integrado en un transmisor, en un dispositivo de monitorización del proceso, en un controlador o similar. El dispositivo de diagnóstico puede ponerse en práctica, por ejemplo, en un medidor de flujo, un transmisor de presión o un transmisor de presión diferencial.
En una realización preferida, el dispositivo de diagnóstico comprende un medio de detección para medir la variable de proceso y para generar los valores de la variable de proceso. Los valores de la variable de proceso generados después pueden transmitirse a los medios de recepción. Gracias a los medios de detección, el dispositivo de diagnóstico puede tener simultáneamente la función de un transmisor y/o un monitor del proceso. El dispositivo de diagnóstico puede usarse como un dispositivo de proceso autónomo.
El medio de recepción recibe valores de la variable de proceso y puede ser, por ejemplo, una interfaz o un puerto, realizados en el hardware y/o software. Las posibles variables de proceso incluyen el flujo, la presión, la presión diferencial, el nivel, la temperatura o similares. Los valores de la variable de proceso son valores de una variable de proceso o valores de una medida relacionada con la variable de proceso, por ejemplo, puede haber alguna relación funcional (por ejemplo lineal) entre los valores de la variable de proceso y los valores respectivos de la variable de proceso en una unidad dada.
El medio de proceso típicamente es un fluido. En particular, puede ser un gas o un líquido o una mezcla de éstos, o una mezcla de éstos más componentes sólidos, por ejemplo, una emulsión.
El medio de procesamiento de mediciones es un medio (realizado en el hardware y/o en el software) para procesar valores de la variable de proceso medidos (capturados) durante una fase de medición, de tal forma que se generan datos estadísticos de medición a partir de los valores de la variable de proceso. El procesamiento puede incluir diversos tipos de cálculos, por ejemplo cálculos aritméticos y transformaciones tales como la transformada de Fourier o la transformada wavelet. Los datos estadísticos de medición se registran (almacenan) para proporcionar una salida o para procesarse adicionalmente.
Por "fase de medición" se entiende un período de tiempo y/o un modo del dispositivo de diagnóstico en los que el dispositivo de diagnóstico realiza su función "normal", es decir realiza un diagnóstico. Éste es el estado de operación normal del dispositivo de diagnóstico, en el que el dispositivo de diagnóstico se usa normalmente. Durante la fase de medición, el dispositivo de diagnóstico puede diagnosticar el proceso y, en particular, detectar un fallo en el proceso, por ejemplo, un fallo de un dispositivo de proceso o incluso un fallo de un transmisor u otro dispositivo de proceso en el que está integrado el...
Reivindicaciones:
1. Un dispositivo de diagnóstico (10) que comprende
- - un medio de recepción (100) para recibir valores de la variable de proceso (x(t)) de una variable de proceso de un medio de proceso (2) de un proceso,
- - un medio de procesamiento de mediciones (300) para extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de la variable de proceso, que se miden durante una fase de medición (300),
- - un medio de procesamiento de formación (200) para extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de la variable de proceso que se miden durante una fase de formación (200), para calcular una distribución estadística empírica de formación (250; 251) con lo que la distribución (250; 251) es una distribución de una función de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de formación (200) y para calcular una función de distribución analítica de formación (270; 271) que se aproxima a la distribución estadística empírica de formación (250) y que comprende
- - un medio de comparación (400) para comparar los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición,
caracterizado por que los datos estadísticos de medición comprenden una distribución estadística empírica de medición (350), que es una distribución de una función de dichos valores de la variable de proceso (x(t)), que se miden durante una fase de medición (300), y por que los datos estadísticos de formación comprenden la función de distribución analítica de formación (270) y por que el medio de comparación (400) proporciona una indicación de fallo en caso de que el nivel de confianza (1/Chi2) obtenido a partir de un ensayo estadístico (450) de la consistencia de la distribución estadística empírica de medición (350) con la función de distribución analítica de formación (250) esté por debajo de un valor umbral prescriptible (K').
2. Un dispositivo de diagnóstico (10) que comprende
- - un medio de recepción (100) para recibir valores de la variable de proceso (x(t)) de una variable de proceso de un medio de proceso (2) de un proceso,
- - un medio de procesamiento de mediciones (300) para extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de la variable de proceso que se miden durante una fase de medición (300) y para calcular una transformada de los valores de la variable de proceso (x(t)), que se miden durante una fase de medición (300), en coeficientes Xm(k) de una serie de funciones ortogonales, y que comprende
- - un medio de procesamiento de formación (200) para extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de la variable de proceso que se miden durante una fase de formación (200), para calcular una distribución estadística empírica de formación (250; 251), para calcular una transformada de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de medición (300) en coeficientes Xm(k) de una serie de funciones ortogonales, con lo que la distribución estadística empírica de formación (250) es una distribución de una función de los coeficientes Xt(k) y para calcular una función de distribución analítica de formación (270; 271) que se aproxima a la distribución estadística empírica de formación (250), y que comprende:
- - un medio de comparación (400) para comparar los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición,
caracterizado por que los datos estadísticos de medición comprenden una distribución estadística empírica de medición (351), que es una distribución de la función de los coeficientes Xm(k), y por que los datos estadísticos de formación comprenden la función de distribución analítica de formación (271), y por que el medio de comparación (400) proporciona una indicación de fallo en caso de que el nivel de confianza (1/Chi2) de un ensayo estadístico de la consistencia de la distribución estadística empírica de medición (351) con la función de distribución analítica de formación (271) esté por debajo de un valor umbral prescriptible.
3. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que comprende un medio de detección (25) para medir la variable de proceso y para generar los valores de la variable de proceso (x(t)).
4. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el medio de comparación (400) tiene una salida de condición (500) relacionada con una condición del proceso, donde la condición del proceso es diferente de una medida para la variable del proceso.
5. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la salida de condición (500) está relacionada con la condición del medio de detección (25).
6. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los datos estadísticos de medición y los datos estadísticos de formación se relacionan con interferencias en el medio de proceso (2).
7. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado por que la transformada es una del grupo de transformada de Fourier y transformada wavelet.
8. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que la función de distribución analítica de formación (270; 271) es una función de distribución Gamma.
9. El dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el ensayo estadístico es uno del grupo del ensayo Chi2 y del ensayo de Kolmogorov-Smirnov.
10. Un sistema de control de proceso (1) que comprende un dispositivo de diagnóstico (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.
11. Un método de diagnóstico que comprende las etapas de:
- - obtener valores de una variable de proceso (210; 310), que se obtienen por medición de una variable de proceso de un medio de proceso (2) de un proceso,
- - extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de variable de proceso (x(t)), que se miden durante una fase de medición (300),
- - extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de variable del proceso (x(t)), que se miden durante una fase de formación (200),
- - calcular una distribución estadística empírica de formación (250; 251) con lo que la distribución (250; 251) es una distribución de una función de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de formación (200),
- - calcular una función de distribución analítica de formación (270; 271) que se aproxima a la distribución estadística empírica de formación (250), y
- - comparar (400) los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición,
caracterizado por que las etapas de los datos estadísticos de medición comprenden una distribución estadística empírica de medición (350), que es una distribución de una función de dichos valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de medición (300), los datos estadísticos de formación comprenden la función de distribución analítica de formación (270), y el medio de comparación (400) proporciona una indicación de fallo en caso de que el nivel de confianza (1/Chi2) obtenido a partir de un ensayo estadístico (450) de la consistencia de la distribución estadística empírica de medición (350) con la función de distribución analítica de formación (250) esté por debajo de un valor umbral prescriptible (K').
12. Un método de diagnóstico que comprende las etapas de
- - obtener valores de la variable de proceso (210; 310), que se obtienen por medición de una variable de proceso de un medio de proceso (2) de un proceso,
- - extraer y registrar datos estadísticos de medición a partir de dichos valores de la variable de proceso (x(t)), que se miden durante una fase de medición (300),
- - calcular una transformada de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de medición (300), en coeficientes Xm(k) de una serie de funciones ortogonales,
- - extraer y registrar datos estadísticos de formación a partir de dichos valores de variable del proceso (x(t)), que se miden durante una fase de formación (200),
- - calcular una distribución estadística empírica de formación (250; 251) calculando una transformada de valores de la variable de proceso (x(t)) que se miden durante una fase de medición (300), en coeficientes Xm(k) de una serie de funciones ortogonales, con lo que la distribución estadística empírica de formación (250) es una distribución de la función de los coeficientes Xt(k),
- - calcular una función de distribución analítica de formación (270; 271) que se aproxima a la distribución estadística empírica de formación (250), y
- - comparar (400) los datos estadísticos de medición con datos estadísticos de formación registrados antes que los datos estadísticos de medición,
caracterizado por que las etapas de los datos estadísticos de medición comprenden una distribución estadística empírica de medición (351), que es una distribución de la función de los coeficientes Xm(k), los datos estadísticos de formación comprenden la función de distribución analítica de formación (271), y el medio de comparación (400) produce una indicación de fallo en caso de que el nivel de confianza (1/Chi2) de un ensayo estadístico de la consistencia de la distribución estadística empírica de medición (351) con la función de distribución analítica de formación (271) esté por debajo de un valor umbral prescriptible.
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