專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法
一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，以達(dá)到在生產(chǎn)領(lǐng)域中為更準(zhǔn)確地對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報(bào)而智能修正報(bào)警限的目的。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程非常復(fù)雜，在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免會(huì)出現(xiàn)各種突發(fā)性生產(chǎn)故障和錯(cuò)誤，為了有效地捕獲和展示這些信息，大都引入了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控系統(tǒng)中一般都內(nèi)置了報(bào)警模塊用來(lái)捕獲生產(chǎn)異常信息，為生產(chǎn)調(diào)度人員提供警示，讓他們及時(shí)采取措施對(duì)工藝設(shè)備和生產(chǎn)節(jié)奏進(jìn)行合理的調(diào)整，避免發(fā)生生產(chǎn)事故導(dǎo)致?lián)p失。一種常用的報(bào)警規(guī)則是人工根據(jù)數(shù)據(jù)的變化范圍將整個(gè)報(bào)警區(qū)域劃分為若干區(qū)間，當(dāng)前數(shù)據(jù)在不同的區(qū)間顯示不同的狀態(tài)，不同的狀態(tài)提供不同的警示功能。一種常見(jiàn)的劃分報(bào)警限的方法是先制定四個(gè)閥值，分別為高報(bào)限H(也稱(chēng)上限)、高高報(bào)限HH(也稱(chēng)上超限)、低報(bào)限L(也稱(chēng)下限)、低低報(bào)限LL(也稱(chēng)下超限)，然后根據(jù)四個(gè)閥值將數(shù)據(jù)劃分為五個(gè)區(qū)
1、正常區(qū)。低報(bào)閥值到高報(bào)閥值之間的數(shù)據(jù)為正常區(qū)；
2、高報(bào)區(qū)。大于高報(bào)小于高高報(bào)閥值之間的數(shù)據(jù)為高報(bào)區(qū)；該區(qū)屬于普通報(bào)警區(qū)， 也叫黃區(qū)，也稱(chēng)預(yù)報(bào)警狀態(tài)；
3、高高報(bào)區(qū)。大于高高報(bào)閥值的數(shù)據(jù)為高高報(bào)區(qū)，屬于危險(xiǎn)區(qū)，需要采取措施，也叫紅區(qū)；
4、低報(bào)區(qū)。小于低報(bào)閥值大于低低報(bào)閥值之間的數(shù)據(jù)為低保區(qū)；該區(qū)屬于普通報(bào)警區(qū)黃區(qū)，也稱(chēng)預(yù)報(bào)警狀態(tài)；
5、低低報(bào)區(qū)。小于低低報(bào)閥值的數(shù)據(jù)為低低報(bào)區(qū)。和高高報(bào)區(qū)一樣同屬危險(xiǎn)區(qū)， 需要調(diào)度人員采取措施，也屬于紅區(qū)。
概括起來(lái)，報(bào)警限可以使用一個(gè)四元組(LL，L，H，HH)來(lái)表示，小于LL的數(shù)據(jù)區(qū)域?yàn)榈偷蛨?bào)區(qū)，大于等于LL小于L的區(qū)域是低報(bào)區(qū)，大于等于L小于等于H的區(qū)域?yàn)檎^(qū)， 大于H小于等于HH的區(qū)域?yàn)楦邎?bào)區(qū)，大于HH的區(qū)域?yàn)楦吒邎?bào)區(qū)。
報(bào)警的數(shù)據(jù)來(lái)源是工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)，主要是工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還有來(lái)自ERP 和MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)等。
在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，為了幫助生產(chǎn)調(diào)度人員合理地判斷生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)采取有效的措施，合理地設(shè)置每個(gè)報(bào)警限非常重要。報(bào)警點(diǎn)的各個(gè)限值一般是根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)或者人工設(shè)定的，和實(shí)際的數(shù)據(jù)波動(dòng)情況比較常有一定的誤差。生產(chǎn)設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)的波動(dòng)曲線所受的影響因子很多，單純根據(jù)人工設(shè)定參數(shù)進(jìn)行預(yù)報(bào)，在某些時(shí)候數(shù)據(jù)的狀態(tài)并不能真實(shí)反映報(bào)警狀態(tài)，可能會(huì)發(fā)生假報(bào)警或者給出錯(cuò)誤的報(bào)警提示，影響系統(tǒng)調(diào)度人員對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的判斷，可能會(huì)打亂正常的生產(chǎn)節(jié)奏，為正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)帶來(lái)不利的影響。
一種計(jì)算計(jì)算機(jī)報(bào)警限的方法是離線方法。該方法需要報(bào)警點(diǎn)過(guò)去歷史數(shù)據(jù)的所有實(shí)時(shí)狀態(tài)值，這些數(shù)據(jù)可以脫離具體的工業(yè)信息系統(tǒng)，可在計(jì)算之前預(yù)先從工業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)或者專(zhuān)門(mén)的監(jiān)控系統(tǒng)中加載該報(bào)警點(diǎn)一段時(shí)期的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)再進(jìn)行計(jì)算。該方法的缺點(diǎn)是需要一次加載全部的離線數(shù)據(jù)，占用的計(jì)算機(jī)資源開(kāi)銷(xiāo)比較大，而且由于數(shù)據(jù)點(diǎn)比較多， 計(jì)算速度比較慢，在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，檢測(cè)的數(shù)據(jù)點(diǎn)很多，要求比較高的計(jì)算速度，離線計(jì)算方法效率很低。
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)計(jì)算機(jī)報(bào)警限進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算和預(yù)報(bào)，為了達(dá)到比較高的處理速度和較好的準(zhǔn)確性，必須要處理即時(shí)的在線數(shù)據(jù)，而且對(duì)于報(bào)警限的計(jì)算需要采用周期性增量式的學(xué)習(xí)方法來(lái)完成。報(bào)警限自學(xué)習(xí)的概念就是按照一定的周期和頻率計(jì)算與報(bào)警限相關(guān)的一些統(tǒng)計(jì)量，在周期結(jié)束的時(shí)候根據(jù)上次的計(jì)算結(jié)果和本次的中間結(jié)果計(jì)算得出本周期的各個(gè)報(bào)警限的值，到下個(gè)周期開(kāi)始的時(shí)候又可以使用本輪的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行初始化，執(zhí)行新一輪的計(jì)算。通過(guò)自學(xué)習(xí)方法，可以更智能對(duì)報(bào)警限進(jìn)行調(diào)整，即時(shí)反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，為生產(chǎn)過(guò)程預(yù)測(cè)和調(diào)度提供指導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，解決了人工方式設(shè)定報(bào)警限的局限性，實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算報(bào)警限的方法。計(jì)算機(jī)可以按照一定周期 (如一個(gè)小時(shí))記錄對(duì)報(bào)警點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；在一個(gè)比較長(zhǎng)的周期(比如一個(gè)月)周期結(jié)束時(shí)刻讀取所有小區(qū)間的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合上次計(jì)算的報(bào)警限數(shù)據(jù)，計(jì)算得到新的報(bào)警限，作為下一期報(bào)警狀態(tài)計(jì)算和判斷的基礎(chǔ)。通過(guò)這種方式，可以確保計(jì)算機(jī)報(bào)警限的設(shè)定體現(xiàn)了報(bào)警點(diǎn)數(shù)據(jù)的正常波動(dòng)情況，為科學(xué)設(shè)定合理的報(bào)警限信息提供參考。
本發(fā)明的主要思想是將數(shù)據(jù)根據(jù)不同的算法規(guī)則分成不同的區(qū)間，然后按照一定周期計(jì)算數(shù)據(jù)累計(jì)量和數(shù)據(jù)落在每個(gè)區(qū)間的頻度值，然后按照這個(gè)周期持續(xù)運(yùn)行，直到一個(gè)大的周期的結(jié)束(比如一個(gè)月的月底)計(jì)算得到整個(gè)大周期(月)的累計(jì)值和每個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布情況，然后可以使用算法根據(jù)累計(jì)數(shù)據(jù)和頻次數(shù)據(jù)計(jì)算報(bào)警限信息。
本系統(tǒng)按照一定周期(比如一個(gè)月)周而復(fù)始地執(zhí)行下面三個(gè)階段的操作
1、初始化階段；
在初始化階段初始化各種參數(shù)信息和為了計(jì)算報(bào)警限的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在初始化的時(shí)候需要做下面幾件事情
(1)從上個(gè)周期的計(jì)算結(jié)果讀取報(bào)警點(diǎn)基本統(tǒng)計(jì)信息。包括報(bào)警點(diǎn)名稱(chēng)、統(tǒng)計(jì)時(shí)間、初始最大值、初始最小值、初始平均值、點(diǎn)數(shù)；如果當(dāng)前周期是計(jì)算的第一個(gè)周期，這些參數(shù)信息需要預(yù)先人工輸入；
(2)讀取初始化參數(shù)。
初始化參數(shù)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣頻率和存儲(chǔ)頻率，數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)，還有一些算法參數(shù)等各種參數(shù)信息，計(jì)算參數(shù)需要保存在專(zhuān)門(mén)的配置文件中，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候載入。
(3)初始化數(shù)據(jù)分區(qū)信息。包括分區(qū)方法(例如可以根據(jù)正態(tài)分布的方法將數(shù)據(jù)分解為四個(gè)區(qū)間，也可以根據(jù)上期的最大最小值將數(shù)據(jù)區(qū)分均分為指定個(gè)數(shù)的區(qū)間)； 分區(qū)數(shù)，將整個(gè)數(shù)據(jù)分布的全區(qū)間按照分區(qū)數(shù)平均分布為多個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都可以計(jì)算得到開(kāi)始值和結(jié)束值；為每個(gè)區(qū)間分配一個(gè)索引，以(最大值+最小值)/2作為中間值，在該中間值之上的索引為正，之下的索引為負(fù)。在實(shí)際劃分區(qū)間的時(shí)候考慮到數(shù)據(jù)異常的情況需要將區(qū)間再往外延展幾個(gè)分區(qū)并分配索引號(hào)，然后對(duì)于最大值以上的數(shù)據(jù)區(qū)間索引號(hào)為上半部最大索引號(hào)加1，最小值以下的數(shù)據(jù)區(qū)域的索引號(hào)為下半部索引號(hào)減1。在有了分區(qū)信息之后就可以計(jì)算各個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布。通過(guò)對(duì)分區(qū)信息進(jìn)行擴(kuò)展，可以盡可能的將所有數(shù)據(jù)包括在各個(gè)分區(qū)中，對(duì)于報(bào)警區(qū)間的統(tǒng)計(jì)就可以更加科學(xué)。
2、周期中運(yùn)行階段。在該階段，在對(duì)輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在進(jìn)行合理的過(guò)濾之后，
按照一個(gè)小周期執(zhí)行計(jì)算。
(1)數(shù)據(jù)點(diǎn)按照小周期(比如一個(gè)小時(shí))的累計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算。累計(jì)數(shù)據(jù)包括下面這些信息
數(shù)據(jù)點(diǎn)的和值(SUM)。這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有實(shí)時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)帶符號(hào)數(shù)據(jù)累加之和；
帶絕對(duì)值的和值(ABS_SUM)。這個(gè)和值為一個(gè)周期所有實(shí)時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)取絕對(duì)值累加之和。
平方和的累計(jì)(SQU_SUM)。這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的平方的累計(jì)之和。
點(diǎn)數(shù)累計(jì)(COUNT)。這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
(2)計(jì)算數(shù)據(jù)分布信息。在系統(tǒng)初始化的時(shí)候
按照初始化階段確定的周期信息計(jì)算在不同數(shù)據(jù)分區(qū)的數(shù)據(jù)頻度。每來(lái)一個(gè)數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)的值落在哪個(gè)區(qū)間之中，對(duì)該區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值完成加1操作。這樣，在周期結(jié)束的時(shí)候可以按照每個(gè)小周期累計(jì)求的在大周期的每個(gè)區(qū)間的頻度值。
3、周期結(jié)束數(shù)據(jù)匯總階段。在該階段首先執(zhí)行數(shù)據(jù)匯總工作。執(zhí)行下面三類(lèi)數(shù)據(jù)的匯總
所有的累計(jì)量數(shù)據(jù)的匯總。對(duì)于在周期中運(yùn)行階段得到的和值、平方和值、點(diǎn)數(shù)和值求和，就可以得到整個(gè)大周期的和值、平方和值、點(diǎn)數(shù)和值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)公式，可以算出整個(gè)區(qū)間的最大值、最小值、算術(shù)平均值、方差、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；
然后按照所有數(shù)據(jù)區(qū)間的頻次數(shù)據(jù)執(zhí)行按區(qū)間分類(lèi)匯總操作。對(duì)于周期中計(jì)算得到的各個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)頻次信息按照各個(gè)區(qū)間進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，即可得到整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布信息，每個(gè)區(qū)間的點(diǎn)數(shù)除以所有點(diǎn)數(shù)即為該區(qū)間的數(shù)據(jù)概率分布。
然后根據(jù)數(shù)據(jù)概率分布計(jì)算報(bào)警限信息。
一種最基本的計(jì)算報(bào)警限的算法是根據(jù)最大、最小值和方差進(jìn)行計(jì)算，比如最大值簡(jiǎn)稱(chēng)為MAX，最小值簡(jiǎn)稱(chēng)為MIN，算術(shù)平均值為AVG，方差為SIGMA，則最后的報(bào)警限為 (AVG-3SIGMA, AVG-2SIGMA, AVG+2SIGMA, AVG+3SIGMA)。這種算法是基于數(shù)據(jù)為的正態(tài)分布的前提而設(shè)的，在實(shí)際操作中，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)變化過(guò)濾并不能滿(mǎn)足理想的正態(tài)分布，需要結(jié)合當(dāng)前的數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分布修改報(bào)警限。
本發(fā)明所述的根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計(jì)算報(bào)警限的步驟如圖1所示，包含下面幾個(gè)步驟
(1)首先通過(guò)人工或者經(jīng)驗(yàn)確定上下限，上下超限的閥值，這個(gè)閥值的含義是對(duì)于每個(gè)報(bào)警限中數(shù)據(jù)的概率分布給出一個(gè)范圍，比如要讓95%的數(shù)據(jù)落在上下限內(nèi)，5%的數(shù)據(jù)落在上下限和上下超限的范圍內(nèi)，0. 25%以下的數(shù)據(jù)落在上超限以上、下超限以下的范圍內(nèi)，這個(gè)區(qū)間默認(rèn)按照正態(tài)分布的規(guī)則確定，具體可由人工和經(jīng)驗(yàn)確定，為了方便起見(jiàn)， 這三個(gè)值分別定義為Al，A2，A3。在計(jì)算上下限、上下超限的時(shí)候，對(duì)應(yīng)報(bào)警區(qū)間中的數(shù)據(jù)概率分布要盡量接近閥值。
(2)在前面我們使用上次計(jì)算的最大(MAXO)、最小值(MINO)，分區(qū)數(shù)(N)來(lái)劃分整個(gè)區(qū)間，得到分區(qū)步長(zhǎng)STEP = (ΜΑΧ0-ΜΙΝ0)/N，N—般為偶數(shù)，定義N2 = N/2。為了保證區(qū)間的有效性，我們對(duì)于最大值和最小值分別擴(kuò)展了幾個(gè)分區(qū)。定義該擴(kuò)展分區(qū)數(shù)為MjiS 的索引號(hào)區(qū)間為(N2，N2+M-1)和(42-11+1，-幻，剩下的數(shù)據(jù)區(qū)間的索引號(hào)分別為-^+擬) 和M+N2。然后初始化報(bào)警限信息為一個(gè)四元組(LL，L，H，HH) = (MIN0_M*STEP，MINO，MAXO， MM0+M*STEP)。
(3)然后開(kāi)始執(zhí)行循環(huán)進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)在計(jì)算低報(bào)和低低報(bào)限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號(hào)INDEX為-(M+N2)，終止索引號(hào)為-1。在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自加一操作，計(jì)算累計(jì)頻度P。如果P > = A3/2，則得到低低限LL = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP,對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度然后將累計(jì)頻度P置為零；如果P>=A2/2或者(P+P_LL) >= (A2+A3)/2，則得到低報(bào)限 L = (MIN0+MAX0)/2+INDEX*STEP。
對(duì)于計(jì)算高報(bào)和高高報(bào)限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號(hào)INDEX為(M+N2)，終止索引號(hào)為1。在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自減1操作，計(jì)算累計(jì)頻度P。如果P > = A3/2，則得到高高限 HH= (MINO+MAXOVZ+INDEX^STEP，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_HH然后將累計(jì)頻度P置為零；如果 P>=A2/2 或者(P+P_HH) >= (A2+A3)/2，則得到高限 H = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP。
(4)報(bào)警限修正?？紤]到很多數(shù)據(jù)分布一般都滿(mǎn)足一個(gè)正態(tài)分布的規(guī)律，如果在統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)報(bào)警限重疊在一起，比如高高報(bào)和高報(bào)限相差很小，需要使用正態(tài)分布的對(duì)應(yīng)計(jì)算結(jié)果對(duì)上下超限進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展得到最終的報(bào)警限。若本次計(jì)算得到的報(bào)警限相比歷史報(bào)警限相差很大，有可能是數(shù)據(jù)異常或者儀表異常，則需要結(jié)合數(shù)據(jù)情況具體分析決定是否采用本次計(jì)算結(jié)果，或者使用歷史的報(bào)警限計(jì)算結(jié)果取平均對(duì)本次結(jié)果進(jìn)行修正；本系統(tǒng)一般和監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)結(jié)合使用，對(duì)于數(shù)據(jù)標(biāo)簽也經(jīng)常人工定義了報(bào)警限，在某些情況下用戶(hù)希望計(jì)算得到的報(bào)警限接近監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)簽的報(bào)警限，也需要對(duì)該報(bào)警限進(jìn)行修正。報(bào)警限修正的方法可以由用戶(hù)自己定義，可以根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)整修正因子，達(dá)到和實(shí)際工藝和生產(chǎn)情況結(jié)果一致的計(jì)算結(jié)果。
在報(bào)警限信息計(jì)算完畢之后，需要對(duì)該計(jì)算得到的報(bào)警限和每個(gè)限的頻度進(jìn)行存儲(chǔ)，供下個(gè)大周期的計(jì)算使用。
如圖2所示，報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)總共包括了六大模塊周期初始化模塊、小周期累積量統(tǒng)計(jì)模塊、小周期頻次信息統(tǒng)計(jì)模塊、大周期累計(jì)信息處理模塊、報(bào)警限計(jì)算模塊、報(bào)警限信息和周期信息存儲(chǔ)模塊。
周期初始化模塊初始化所有的變量，準(zhǔn)備一個(gè)大周期的所有數(shù)據(jù)計(jì)算工作；
小周期累計(jì)量統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)標(biāo)簽每個(gè)小周期的累計(jì)量；
小周期頻次信息統(tǒng)計(jì)模塊；在每個(gè)小周期除了統(tǒng)計(jì)累計(jì)量信息以外還需要統(tǒng)計(jì)按照所有區(qū)間分布的頻次信息；
大周期累計(jì)信息處理模塊在周期結(jié)束，需要按照周期合并整個(gè)區(qū)間計(jì)算得到累計(jì)信息值和每個(gè)小區(qū)間的頻次信息值；
報(bào)警限算法模塊執(zhí)行報(bào)警限的最終計(jì)算，并向數(shù)據(jù)庫(kù)或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)最新的報(bào)警信息和最大值、最小值、平均值、方差等統(tǒng)計(jì)信息，作為下一個(gè)大周期計(jì)算新的報(bào)警限的算法的基礎(chǔ)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)
1、本發(fā)明提出了一種在線報(bào)警限自學(xué)習(xí)的系統(tǒng)和方法。優(yōu)點(diǎn)在于報(bào)警限的計(jì)算是由系統(tǒng)按照一個(gè)周期自動(dòng)完成的，在每個(gè)小周期內(nèi)只需要計(jì)算當(dāng)前周期的累積量的累計(jì)值和各個(gè)分區(qū)的頻度值，不需要記錄每個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，在大周期結(jié)束的時(shí)候執(zhí)行計(jì)算的時(shí)候就可以采用每個(gè)小周期計(jì)算的中間結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，降低了大周期計(jì)算的時(shí)間負(fù)荷；下個(gè)周期的數(shù)據(jù)計(jì)算可以采用本周期的計(jì)算結(jié)果，使得對(duì)于報(bào)警限的計(jì)算值有連續(xù)性， 提高了報(bào)警分區(qū)信息計(jì)算的穩(wěn)定性；
2、在本發(fā)明中，使用基本的正態(tài)分布算法和基于數(shù)據(jù)區(qū)間頻度統(tǒng)計(jì)的報(bào)警限算法結(jié)合計(jì)算報(bào)警限和對(duì)應(yīng)區(qū)間的數(shù)據(jù)頻度；最大值和最小值采用上一次計(jì)算的結(jié)果，平均值、 方差采用當(dāng)前周期的計(jì)算結(jié)果。在基于數(shù)據(jù)頻度的算法中，在劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間的時(shí)候，考慮到數(shù)據(jù)區(qū)間的異常情況，對(duì)于整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)域分別向上部和下部擴(kuò)展了幾個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間，在小周期的計(jì)算過(guò)程中也計(jì)算這些數(shù)據(jù)區(qū)間的分布，在報(bào)警限計(jì)算過(guò)程這些擴(kuò)展區(qū)間也納入整體的計(jì)算中，提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性。在報(bào)警限結(jié)果異常的時(shí)候，使用正態(tài)分布的計(jì)算結(jié)果修正。
3、在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)候，需要在每個(gè)小周期結(jié)束的時(shí)候存儲(chǔ)累計(jì)量和頻次信息的中間結(jié)果信息，在周期結(jié)束的時(shí)候予以刪除，通過(guò)合理地劃分小周期區(qū)間，可以有效低降低數(shù)據(jù)負(fù)荷，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。


圖1為根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計(jì)算報(bào)警限的流程圖。
圖2為報(bào)警限自學(xué)習(xí)模塊圖。
具體實(shí)施方式
下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施方法。報(bào)警限計(jì)算的輸入數(shù)據(jù)一般來(lái)自工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，5秒一次或者10秒一次的數(shù)據(jù)即可，不要太高頻率的數(shù)據(jù)。一般情況下小周期的計(jì)算1小時(shí)執(zhí)行一次，大周期1個(gè)月執(zhí)行一次。
在初始化階段需要初始化如下計(jì)算參數(shù)的值
數(shù)據(jù)采樣頻率默認(rèn)5 10秒
數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)默認(rèn)20
擴(kuò)展分區(qū)數(shù)默認(rèn)3 (上下各擴(kuò)展三個(gè)區(qū)間)
上下超限報(bào)警區(qū)間數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)0. 25%
上下限報(bào)警區(qū)間數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)5%
正常數(shù)據(jù)區(qū)間(從低限到高限之間)數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)95%
在小周期執(zhí)行階段(1小時(shí)執(zhí)行一次)需要執(zhí)行下列基本數(shù)據(jù)的累計(jì)值
(最大值，最小值、和值、平方和值、本周期數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù))。
在大周期執(zhí)行階段基本數(shù)據(jù)的匯總和報(bào)警限的計(jì)算，匯總得到的數(shù)據(jù)包括
(最大值、最小值、平均值、方差，總的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù))。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的輸入主要來(lái)自監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
計(jì)算報(bào)警限輸出結(jié)果包括報(bào)警限的具體設(shè)定(LL，L，H，HH)和每個(gè)區(qū)間的頻度值。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式主要是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。
在大周期執(zhí)行完畢之后需要使用本次計(jì)算得到的最大最小值初始化下次的計(jì)算參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟 初始化階段在初始化階段初始化各種參數(shù)信息和計(jì)算報(bào)警限的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)從上個(gè)周期的計(jì)算結(jié)果讀取報(bào)警點(diǎn)基本統(tǒng)計(jì)信息包括報(bào)警點(diǎn)名稱(chēng)、統(tǒng)計(jì)時(shí)間、 初始最大值、初始最小值、初始平均值、點(diǎn)數(shù)；當(dāng)當(dāng)前周期是計(jì)算的第一個(gè)周期時(shí)，這些參數(shù)信息需要預(yù)先人工輸入；(2)讀取初始化參數(shù)包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣頻率和存儲(chǔ)頻率，數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)，還有一些算法參數(shù)，計(jì)算參數(shù)需要保存在專(zhuān)門(mén)的配置文件中，在系統(tǒng)初始化的時(shí)候載入；(3)初始化數(shù)據(jù)分區(qū)信息包括分區(qū)方法、分區(qū)數(shù)，將整個(gè)數(shù)據(jù)分布的全區(qū)間按照分區(qū)數(shù)平均分布為多個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間都可以計(jì)算得到開(kāi)始值和結(jié)束值；為每個(gè)區(qū)間分配一個(gè)索弓丨，以(最大值+最小值)/2作為中間值，在該中間值之上的索引為正，之下的索引為負(fù)；在實(shí)際劃分區(qū)間的時(shí)候考慮到數(shù)據(jù)異常的情況需要將區(qū)間再往外延展幾個(gè)分區(qū)并分配索引號(hào)，然后對(duì)于最大值以上的數(shù)據(jù)區(qū)間索引號(hào)為上半部最大索引號(hào)加1，最小值以下的數(shù)據(jù)區(qū)域的索引號(hào)為下半部索引號(hào)減1 ；在有了分區(qū)信息之后就能計(jì)算各個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布；通過(guò)對(duì)分區(qū)信息進(jìn)行擴(kuò)展，將所有數(shù)據(jù)包括在各個(gè)分區(qū)中，對(duì)于報(bào)警區(qū)間的統(tǒng)計(jì)就更加科學(xué)；周期中運(yùn)行階段在該階段，在對(duì)輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在進(jìn)行合理的過(guò)濾之后，按照一個(gè)小周期執(zhí)行計(jì)算(1)數(shù)據(jù)點(diǎn)按照小周期的累計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算，累計(jì)數(shù)據(jù)包括下面這些信息數(shù)據(jù)點(diǎn)的和值SUM 這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有實(shí)時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)帶符號(hào)數(shù)據(jù)累加之和； 帶絕對(duì)值的和值A(chǔ)BS_SUM:這個(gè)和值為一個(gè)周期所有實(shí)時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)取絕對(duì)值累加之和；平方和的累計(jì)SQU_SUM 這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的平方的累計(jì)之和； 點(diǎn)數(shù)累計(jì)COUNT 這個(gè)和值為一個(gè)周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；(2)計(jì)算數(shù)據(jù)分布信息在系統(tǒng)初始化的時(shí)候按照初始化階段確定的周期信息計(jì)算在不同數(shù)據(jù)分區(qū)的數(shù)據(jù)頻度，每來(lái)一個(gè)數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)的值落在哪個(gè)區(qū)間之中，對(duì)該區(qū)間的數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)值完成加1操作；這樣，在周期結(jié)束的時(shí)候可以按照每個(gè)小周期累計(jì)求的在大周期的每個(gè)區(qū)間的頻度值。 周期結(jié)束數(shù)據(jù)匯總階段在該階段首先執(zhí)行數(shù)據(jù)匯總工作，執(zhí)行下面三類(lèi)數(shù)據(jù)的匯總 所有的累計(jì)量數(shù)據(jù)的匯總對(duì)于在周期中運(yùn)行階段得到的和值、平方和值、點(diǎn)數(shù)和值求和，就得到整個(gè)大周期的和值、平方和值、點(diǎn)數(shù)和值，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)公式，算出整個(gè)區(qū)間的最大值、最小值、算術(shù)平均值、方差、數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)；然后所有數(shù)據(jù)區(qū)間的頻次信息分類(lèi)匯總對(duì)于周期中計(jì)算得到的各個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)頻次信息按照各個(gè)區(qū)間進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，得到整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布信息，每個(gè)區(qū)間的點(diǎn)數(shù)除以所有點(diǎn)數(shù)即為該區(qū)間的頻次概率分布； 然后根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計(jì)算報(bào)警限信息最基本的計(jì)算報(bào)警限的算法是根據(jù)最大、最小值和方差進(jìn)行計(jì)算，最大值簡(jiǎn)稱(chēng)為MAX， 最小值簡(jiǎn)稱(chēng)為MIN，算術(shù)平均值為AVG，方差為SIGMA，則最后的報(bào)警限為(AVG-2SIGMA，AVG-SIGMA, AVG+SIGMA, AVG+SIGMA)；這種算法是基于數(shù)據(jù)為的正態(tài)分布的前提而設(shè)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)總共包括六個(gè)模塊周期初始化模塊、小周期累積量統(tǒng)計(jì)模塊、小周期頻次信息統(tǒng)計(jì)模塊、大周期累計(jì)信息處理模塊、報(bào)警限計(jì)算模塊、報(bào)警限信息和周期信息存儲(chǔ)模塊；周期初始化模塊初始化所有的變量，準(zhǔn)備一個(gè)大周期的所有數(shù)據(jù)計(jì)算工作；小周期累計(jì)量統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)標(biāo)簽每個(gè)小周期的累計(jì)量；小周期頻次信息統(tǒng)計(jì)模塊；在每個(gè)小周期除了統(tǒng)計(jì)累計(jì)量信息以外還需要統(tǒng)計(jì)按照所有區(qū)間分布的頻次信息；大周期累計(jì)信息處理模塊；在周期結(jié)束，需要按照周期合并整個(gè)區(qū)間計(jì)算得到累計(jì)信息值和每個(gè)小區(qū)間的頻次信息值；調(diào)用算法模塊執(zhí)行報(bào)警限的最終計(jì)算；向數(shù)據(jù)庫(kù)或者其他存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)最新的報(bào)警信息和最大值、最小值、平均值、方差等統(tǒng)計(jì)信息，作為下一個(gè)大周期計(jì)算新的報(bào)警限的算法的基礎(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計(jì)算報(bào)警限信息包括以下步驟(1)通過(guò)人工或者經(jīng)驗(yàn)確定上下限，上下超限的閥值，這個(gè)閥值的含義是對(duì)于每個(gè)報(bào)警限中數(shù)據(jù)的概率分布給出一個(gè)范圍，要讓80%的數(shù)據(jù)落在上下限內(nèi)，15%的數(shù)據(jù)落在上下限和上下超限的范圍內(nèi)，5%以下的數(shù)據(jù)落在上超限以上、下超限以下的范圍內(nèi)，這三個(gè)值分別定義為Al，A2，A3 ；在計(jì)算上下限、上下超限的時(shí)候，報(bào)警限中的數(shù)據(jù)概率分布要盡量接近閥值；(2)在使用上次計(jì)算的最大ΜΑΧ0、最小值ΜΙΝ0，分區(qū)數(shù)N來(lái)劃分整個(gè)區(qū)間，得到分區(qū)步長(zhǎng)STEP = (ΜΑΧ0-ΜΙΝ0)/N, N為偶數(shù)，定義N2 = N/2 ；為了保證區(qū)間的有效性，對(duì)于最大值和最小值分別擴(kuò)展了幾個(gè)分區(qū)；定義該擴(kuò)展分區(qū)數(shù)為M，對(duì)應(yīng)的索引號(hào)區(qū)間為(N2，N2+M-1) 和(-N2-M+1，-N)，剩下的數(shù)據(jù)區(qū)間的索引號(hào)分別為-(M+N2)和M+N2 ；然后初始化報(bào)警限信息為一個(gè)四元組(LL，L, H, HH) = (MIN0-M*STEP，MINO, MAXO, MAX0+M*STEP)；(3)開(kāi)始執(zhí)行循環(huán)進(jìn)行計(jì)算計(jì)算低報(bào)和低低報(bào)限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號(hào)INDEX 為-(M+N2)，終止索引號(hào)為-1 ；在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自加一操作，計(jì)算累計(jì)頻度P ；如果 P > = A3/2,則得到低低限LL = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP,對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_LL然后將累計(jì)頻度P置為零；如果P > = A2/2或者(P+P_LL) > = (A2+A3) /2，則得到低報(bào)限L = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP ；對(duì)于計(jì)算高報(bào)和高高報(bào)限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號(hào)INDEX為(M+N2)，終止索引號(hào)為1 ； 在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自減1操作，計(jì)算累計(jì)頻度P ；如果P >= A3/2，則得到高高限HH =(ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_HH然后將累計(jì)頻度P置為零；如果P >=A2/2 或者(P+P_HH) >= (A2+A3)/2，則得到高限 H = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP ；(4)報(bào)警限修正考慮到很多數(shù)據(jù)分布滿(mǎn)足一個(gè)正態(tài)分布的規(guī)律，如果在統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)報(bào)警限重疊在一起，高高報(bào)和高報(bào)限相差很小，而且最大最小值的中間值和算術(shù)平均值也比較接近的話，需要使用第一種算法計(jì)算的結(jié)果重新計(jì)算高報(bào)和高高報(bào)限；當(dāng)本次計(jì)算得到的報(bào)警限相比歷史報(bào)警限相差很大，則需要結(jié)合數(shù)據(jù)情況具體分析決定是否采用本次計(jì)算結(jié)果；在報(bào)警限信息計(jì)算完畢之后，需要對(duì)該計(jì)算得到的報(bào)警限和每個(gè)限的頻度進(jìn)行存儲(chǔ)， 供下個(gè)大周期的計(jì)算使用。
全文摘要
一種基于工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)的報(bào)警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，屬于工業(yè)制造業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域。將數(shù)據(jù)根據(jù)不同的算法規(guī)則分成不同的區(qū)間，然后按照一定周期計(jì)算數(shù)據(jù)累計(jì)量和數(shù)據(jù)落在每個(gè)區(qū)間的頻度值，然后按照這個(gè)周期持續(xù)運(yùn)行，直到一個(gè)大的周期的結(jié)束計(jì)算得到整個(gè)大周期的累計(jì)值和每個(gè)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布情況，然后可以使用算法根據(jù)累計(jì)數(shù)據(jù)和頻次數(shù)據(jù)計(jì)算報(bào)警限信息。優(yōu)點(diǎn)在于，解決了人工方式設(shè)定報(bào)警限的局限性，實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算報(bào)警限的方法。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102509174SQ20111033975
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者于立業(yè), 孫彥廣, 徐化巖, 李勇 申請(qǐng)人:冶金自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院