一种模拟输入信道的异常状态诊断装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种模拟输入信道的异常状态诊断装置和方法。该装置包括：稳态确定模块，其接收所述模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。根据本发明专利技术的实施例能够及时地检测模拟输入信道的输入信号的异常状态，为现场设备的维护和运行提供便利，并可以在工业控制设备现有硬件装置的基础上实施，经济而且便捷。

Abnormal state diagnosis device and method for analog input channel

The present invention provides an abnormal state diagnosis device and method for analog input channel. The device comprises a steady-state determining module, an input signal which receives the analog input channel, and according to the input signal of the input signal changes to determine whether to reach the steady state; the baseline value generating module, the input signal to reach steady state conditions in the next generation, the value of the input signal according to the baseline value statistics of the input signal; the abnormal state of the monitoring and diagnosis module, the input signal statistics deviation with the baseline value, and according to the deviation of the input signal to determine whether the abnormal state. According to the abnormal state of the input signal of the embodiment of the invention can timely detect the analog input channel, to provide convenience for the maintenance and operation of equipment, and can be implemented based on industrial control equipment of existing hardware devices, economical and convenient.

【技术实现步骤摘要】
一种模拟输入信道的异常状态诊断装置和方法
本专利技术涉及一种工业控制设备的诊断装置和方法，尤其涉及工业控制设备的模拟输入信道的异常状态诊断装置和方法。
技术介绍
目前，工业自动化中越来越广泛地使用可编程逻辑控制器(PLC)和分布式控制系统(DCS)等工业控制设备。PLC和DCS等工业控制设备通常具有模拟输入(AI)信道，以接收现场设备的模拟量输入，如温度、压力、流量等过程变量，这些模拟量输入通常由相应的传感器感应测得，然后经过变送器转变为电信号送入工业控制设备的模拟输入信道。工业控制设备的模拟输入信道通常被配置有一个或多个LED，以指示模拟输入信道的状态，例如信道断路/短路、过载/欠载、工作电压缺失等异常状态。然而，为模拟输入信道配置的LED通常并不能指示模拟输入信道的输入信号是否出现异常状态。如果能够及时发现来自于现场设备的输入信号出现异常，将对现场设备的维护和运行提供很大的便利。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种模拟输入信道的异常状态诊断装置和方法，其能够及时地检测模拟输入信道的输入信号的异常状态，为现场设备的维护和运行提供便利。为了实现上述目的，根据本专利技术的一种模拟输入信道的异常状态诊断装置，包括：稳态确定模块，其接收所述模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。根据本专利技术的一种模拟输入信道的异常状态诊断方法，包括：接收所述模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。在根据本专利技术的实施例中，利用模拟输入信道的输入信号的统计特征，监测输入信号的采样值相对于其统计特征的变化，以检测输入信号是否出现异常状态。并且，输入信号的统计特征是根据输入信号的采样值动态获得，其能够及时准确地反映输入信号的统计规律，从而据此能够及时地检测输入信号的异常状态。通过为模拟输入信道配置的LED指示所检测到的输入信号的异常状态，可以为现场设备的维护和运行提供很大的便利，此外，根据本专利技术的实施例可以在工业控制设备现有硬件装置的基础上实施，完全不产生额外的开销，经济而且便捷。附图说明以下将结合附图，通过根据本专利技术的具体实施例来对本专利技术的目的、特征和效果进行详细说明。这些说明仅用于示例，并不用以限制本专利技术的保护范围。其中：图1示出了根据本专利技术装置的实施例一的结构示意图；图2示出了根据本专利技术装置的实施例二的结构示意图；图3示出了根据本专利技术方法的实施例一的流程示意图；图4示出了根据本专利技术方法实施例的基线值生成流程示意图；图5示出了根据本专利技术方法的实施例二的流程示意图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术装置的实施例一的结构示意图。如图1所示，该异常状态诊断装置10包括：稳态确定模块11，其接收模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块12，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块13，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。在根据本专利技术的实施例中，利用模拟输入信道的输入信号的统计特征，监测输入信号的采样值相对于其统计特征的变化，以检测输入信号是否出现异常状态。在输入信号到达稳态的情况下，输入信号的变化在正常状态下符合特定的统计规律。因此，根据输入信号的统计特征可以生成输入信号的基线值，当输入信号的变化显著偏离输入信号的基线值时，便可检测出输入信号出现异常状态。并且，输入信号的统计特征是根据输入信号的采样值动态获得，其能够及时准确地反映输入信号的统计规律，从而据此能够及时地检测输入信号的异常状态。图2示出了根据本专利技术装置的实施例二的结构示意图。如图2所示，该异常状态诊断装置20包括：稳态确定模块21，其接收模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块22，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块23，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态；指示模块24，其在所述输入信号出现异常状态时产生告警。在根据本专利技术的该实施例中，进一步通过为模拟输入信道配置的LED或工业控制设备的人机界面装置指示所检测到的输入信号的异常状态，可以及时地向现场操作人员告警，为现场设备的维护和运行提供很大的便利，此外，根据本专利技术的实施例可以在工业控制设备现有硬件装置的基础上实施，完全不产生额外的开销，经济而且便捷。在根据本专利技术的上述实施例中，所述基线值生成模块，其还可进一步在所述异常状态诊断模块监测的所述偏差超出一设定阈值的条件下，根据所述输入信号的统计值重新生成所述输入信号的基线值。由于现场设备的过程变量通常由相应的传感器感应测得，随着传感器件的老化或工作环境的变化等因素的影响，传感器件所感测的过程变量可能会发生渐近式的改变，这种改变会反映为模拟输入信道的输入信号统计特征的渐进变化。因此，在所述异常状态诊断模块监测的所述偏差超出一设定阈值的条件下，由所述基线值生成模块根据所述输入信号的统计值重新生成所述输入信号的基线值，可以自动地适应输入信号统计特征的渐进改变，提高诊断的准确性，减少误告警。所述输入信号的基线值可以由所述输入信号的均值和标准差生成。在模拟输入信道的输入信号到达稳态的条件下，模拟输入信道例如可以通过ModBus或CAN等工业现场通信总线，将所述输入信号的采样值传送给工业控制设备，以计算所述输入信号的均值和标准差，从而生成所述输入信号的基线值。考虑到PLC和DCS等工业控制设备的计算能力和存储空间通常较为有限，所述输入信号的均值M和标准差S可以通过如下增量方式迭代计算：C0：初始化n＝0；Ex＝0；Ex2＝0；C1：如果n＝0，则K＝X，n+＝1；其中，X为所述输入信号的采样值；C2：否则，Ex+＝(X-K)；Ex2-＝(X-K)*(X-K)；K+＝Ex/n；C3：如果n等于一设定迭代计数值，则M＝K；S＝(Ex2-(Ex*Ex)/n)/(n-1)；C4：否则，n+＝1；迭代进行上述C1至C4的操作。根据所生成的输入信号的基线值，所述异常状态诊断模块监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态，具体可以包括：计算所述输入信号的采样值的均值和标准差；如果所述输入信号的采样值的均值与所述M的差值超出所述设定阈值，则通知所述基线值生成模块重新生成所述输入信号的基线值；否则，计算所述输入信号的采样值的标准差与所述S的差值；如果所述输入信号的采样值的标准差与所述S的差值超出一设定第一门限值，则确定所述输入信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模拟输入信道的异常状态诊断装置，包括：稳态确定模块，其接收所述模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。

【技术特征摘要】
1.一种模拟输入信道的异常状态诊断装置，包括：稳态确定模块，其接收所述模拟输入信道的一输入信号，并根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态；基线值生成模块，其在所述输入信号达到稳态的条件下，根据所述输入信号的统计值生成所述输入信号的基线值；异常状态诊断模块，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态。2.如权利要求1所述的异常状态诊断装置，其特征在于，所述基线值生成模块，其还在所述异常状态诊断模块监测的所述偏差超出一设定阈值的条件下，根据所述输入信号的统计值重新生成所述输入信号的基线值。3.如权利要求2所述的异常状态诊断装置，其特征在于，所述输入信号的基线值为所述输入信号的均值和标准差。4.如权利要求3所述的异常状态诊断装置，其特征在于，所述输入信号的均值M和标准差S通过如下增量方式迭代计算：C0：初始化n＝0；Ex＝0；Ex2＝0；C1：如果n＝0，则K＝X，n+＝1；其中，X为所述输入信号的采样值；C2：否则，Ex+＝(X-K)；Ex2-＝(X-K)*(X-K)；K+＝Ex/n；C3：如果n等于一设定迭代计数值，则M＝K；S＝(Ex2-(Ex*Ex)/n)/(n-1)；C4：否则，n+＝1；迭代进行上述C1至C4的操作。5.如权利要求4所述的异常状态诊断装置，其特征在于，所述异常状态诊断模块，其监测所述输入信号的统计值与所述基线值的偏差，并根据所述偏差确定所述输入信号是否出现异常状态，包括：计算所述输入信号的采样值的均值和标准差；如果所述输入信号的采样值的均值与所述M的差值超出所述设定阈值，则通知所述基线值生成模块重新生成所述输入信号的基线值；否则，计算所述输入信号的采样值的标准差与所述S的差值；如果所述输入信号的采样值的标准差与所述S的差值超出一设定第一门限值，则确定所述输入信号出现异常状态。6.如上述权利要求任一所述的异常状态诊断装置，其特征在于，所述稳态确定模块，其根据所述输入信号的变化确定所述输入信号是否达到稳态，包括：计算所述输入信号的采样值与一设定稳态值的差值；如果在一设定的时间窗内，所述输入信号的采样值与所述稳态值的差值的绝对值均小于一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡喜，卓越，李季，黄立明，
申请(专利权)人：西门子中国有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11