Study of Fault Diagnosis Approach Based on Rules

8/8/2019 Study of Fault Diagnosis Approach Based on Rules

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S t u d y of F a u l t Diagnosis A p p r o a c h Based on RulesofDeep Knowledge R e p r e s e n t a t i o n of Signed

D i r e c t e d GraphW e n - l i a n g C a o 1 , B i n g - s h u W a n g 1 , L i a n g - y u M a 1 , Q i n Y a n 1 , Wei H a o 1 , Yufeng X i n 21 . S ch oo l o f C o n tr ol S ci e n c e & E n g i n e e r i n g , N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y , B a o d i n g , H e b e i 0 7 1 0 0 3 , C h i n a2 . Y a n g c h e n g I n t e r n a t i o n a l P o w e r G e n e r a t i n g C o m p a n y , Y a n g c h e n g , S ha n x i 0 4 8 1 0 2 , C h i n a

A b s t r a c t - T h e f a u l t d i a g n o s i s m e t h o d u s i n g a S i g n e d D i r e c t e dG r a p h ( S D G ) b a s e d o n q u a l i t a t i v e m o d e l a s a m o d e l o f t h e s y s t e mi s u s e f u l t o r e a l - t i m e d i a gn o s i s o f f a i l u r e s t h a t o c c u r i n p r o c e s s .F i r s t , i t e s t a b l i s h e s t h e SDG o f t h e s y s t e m s a n d c o m p o n e n t s ,s i m p l i f i e s t h e s e SDG c o r r e s p o n d i n g t o t h e f a u l t m o d e s n e e d i n g t ob e d i a g n o s e d , a t t h e same t i m e SDG a r e d e s c r i b e d t h e many r u l e sf o r m s f o r s h o r t e n i n g t h e c a l c u l a t i n g t i m e o f m a k i n g u s e o f S D G ,t h e n e x p a n d s t h e d i a g n o s i n g r u l e w i t h e x p e r t k n o w l e d g e t oc o n s t r u c t t h e d i a g n o s i n g r u l e bank o f t h e s y s t e m ; S e c o n d , t h ef a u l t m o d e s c a n b e p r i m a r y d i a g n o s e d b y u s i n g t h e c o n s t r u c t e dr u l e s ; And t h e n t h e m o d e s t h a t c a n n o t b e d i s t i n g u i s h e d a r ed i a g n o s e d b y a d di n g a d e q u a t e q u a n t i t a t i v e i n f o r m a t i o n . T he c a s es t u d i e s show t h a t t h e p r o b l e m o f m i s o p e r a t i o n a u t o d i a g n o s i sd u r i n g c o m p u t e r s i m u l a t i o n t r a i n i n g c a n b e s o l v e d e f f e c t i v e l y , a n dt h e SDG d i a g n o s i s m e t h o d h a s g o o d c o m p l e t e n e s s , f i n e r e s o l u t i o na n d d e t a i l e d e x p l a n a t i o n i n a c t u a l i n d u s t r i a l p r o c e s s .

I . I N T R O D U C T I O NS i g n e d D i r e c t e d G r a p h ( S D G ) i s a v e r y c o n v e n i e n t t o o l t op r o v i d e a v i s u a l d e s c r i p t i o n o n t h e i n d u s t r i a l s y s t e m s t r u c t u r e

b y u s i n g g r a p h t o s h o w t h e c a u s e a n d e f f e c t r e l a t i o n b e t w e e ns y s t e m v a r i a b l e s . A p p l y i n g t h e d e s c r i p t i o n s y s t e m S D G - b a s e da n d c a u s a l a n a l y s i s , i t c a n i d e n t i f y t h e r o o t c a u s e b y u s i n g t h ei n f o r m a t i o n s a v e d o n SDG t o s e a r c h f o r t h e p o s s i b l e f a u l ts o u r c e o f d i s t u r b a n c e . I t s a d v a n t a g e l i e s i n t h e l e s s i n f o r m a t i o ni n SDG c o n s t r u c t i o n a n d a p p l i c a t i o n i n d i a g n o s i s . F i r s t , i te s t a b l i s h e s t h e SDG o f t h e s y s t e m s a n d c o m p o n e n t s , s i m p l i f i e st h e s e SDG c o r r e s p o n d i n g t o t h e f a u l t m o d e s n e e d i n g t o b ed i a g n o s e d , a t t h e s a m e t i m e SDG a r e d e s c r i b e d t h e many r u l e sf o r m s f o r s h o r t e n i n g t h e c a l c u l a t i n g t i m e o f m a k i n g u s e o f S D G ,t h e n e x p a n d s t h e d i a g n o s i n g r u l e t o c o n s t r u c t t h e d i a g n o s i n gr u l e b a n k o f t h e s y s t e m . S e c o n d , t r a n s f o r m i n g t h e q u a n t i t a t i v ev a l u e s o f t h e s y s t e m ' s v a r i a b l e s i n t o q u a l i t a t i v e v a l u e s , a n dt h e n t h e f a u l t m o d e s c a n b e d i a g n o s e d b y u s i n g t h e c o n s t r u c t e dr u l e s .

I I . D E F I N I T I O N S AND E X P L A N A T I O N O F SDGR e s e a r c h o n f a u l t d i a g n o s i s a p p r o a c h S D G - b a s e d , a ne x a m p l e o f t h r e e - p a t t e r n SDG i s s h o w n i n F i g . 1 . T h e v a l u e o fe a c h n o d e r e p r e s e n t s t h e q u a l i t a t i v e s t a t e o f a g i v e n p r o c e s sv a r i a b l e , i t i n c l u d e s t h r e e s i g n s " + " , " - " o r " 0 " , i f t h e n o d e " A "o r " B " i s u p p e r t h a n t h e t h r e s h o l d , t h e n t h e n o d es i g n s D ( A ) o r D ( B ) a r e " + " , i f t h e n o d e v a r i a b l e s i s l o w e r t h a nt h e t h r e s h o l d , t h e n D ( A ) o r D ( B ) a r e " - " , i f t h e y a r e a t n o r m a l

A O s i g n ( A - B ) OBF i g . 1 . S i m p l e S t r u c t u r e o f SDG

a d j u s t i n g t h r e s h o l d s i s b e n e f i c i a l t o i m p r o v e f o r e c a s t a n dr e s o l u t i o n o f d i a g n o s i s .D i r e c t e d a r c s b e t w e e n n o d e s i n SDG r e p r e s e n t t h eq u a l i t a t i v e i n f l u e n c e o f a v a r i a b l e ( i n i t i a l n o d e A ) o n a n o t h e rv a r i a b l e ( f i n a l n o d e B ) , w h e n t h e a r c s i g n " s i g n ( A - B ) " i si n c r e a s i n g i n f l u e n c e " " , t h e c h a n g e t e n d e n c y b e t w e e n b r a n c hn o d e s a r e t h e s a m e , w h e n t h e " s i g n ( A - B ) " i s d e c r e a s i n gi n f l u e n c e " - " , t h e c h a n g e t e n d e n c y b e t w e e n b r a n c h n o d e s a r et h e o p p o s i t e .I f t h e 4 D ( A ) o r 4 D ( B ) a r e n o t " 0 " , t h i s n o d e c a n b e r e g a r d e d a sv a l i d , w h i c h s h o w s t h e a b n o r m a l s t a t e o f i t s a c c o r d i n g v a r i a b l e ,t h a t i s t o s a y , t h e s y s t e m h a s f a u l t . An a r c i s s a i d t o b ec o n s i s t e n t i f 4 D ( A ) * s i g n ( A - B ) * 4 D ( B ) = + . I t c a n b e r e g a r d e dt h a t c o n s i s t e n t a r c i s t h e o n l y p a t h t h a t c a n p r o p a g a t e t h e f a u l ti n f o r m a t i o n . T h e r e l a t i o n b e t w e e n n o d e s i s c a l l e d C a u s e - E f f e c tG r a p h ( C E G ) , w h i c h i s c o m p o s e d b y a l l v a l i d n o d e s a n dc o n s i s t e n t a r c s i n S D G , s o t h e p r o b l e m o f f a u l t d i a g n o s i sS D G - b a s e d c a n b e d e s c r i b e d a s t h e s e a r c h o f m o s t c o n n e c t i v i t yb r a n c h e s i n CEG [ 1 ] .

I I I . SDG MODELINGSDG m o d e l i n g o f h i g h q u a l i t y t h a t i s t h e b a s e t h a t f a u l t c a nb e d i a g n o s e d s u c c e s s f u l l y i n s y s t e m . A l t h o u g h t h e f o r m o fSDG i s o n l y m a d e u p o f t h e n o d e s a n d s i g n e d a r c s , e a c h o ft h e s e m u s t b e c o n s i d e r e d c a r e f u l l y i n o r d e r t h a t SDG m o d e la c c o r d s w i t h o b j e c t i v e l a w , s o i t i s e s s e n t i a l t o r e a l i z e t h e

p r o c e s s d e e p l y a n d m a s t e r p r a c t i c a l e x p e r i e n c e . T h e r e a r e t h r e em e t h o d s a b o u t m o d e l i n g SDG a r e i n t r o d u c e d i n t h e f o l l o w i n g .A . T h e E x p e r i e n c e M e t h o dW i t h t h e d e v e l o p m e n t o f n e t w o r k t e c h n o l o g y e s p e c i a l l y t h ea p p l i c a t i o n o f p l a n t s ' I n t r a n e t s y s t e m , n o w a d a y s m o s t r e a l - t i m es u p e r v i s o r y s y s t e m a l r e a d y a d o p t e d Web d i s t r i b u t i o n . Webd i s t r i b u t i o n w o r k s a c c o r d i n g t o d a t a b a s e s e r v e r , s o t h ec o n s t r u c t i o n o f r e a l - t i m e d a t a b a s e h a s g r e a t e f f e c t o n t h ec a p a b i l i t y o f i n f o r m a t i o n d i s t r i b u t i o n [ 2 ] .SDG m o d e l i n g h a s g o o d d i r e c t p r o p e r t y a n d t h en o n - m e a s u r a b l e n o d e s c o n t a i n e d i n t h e SDG i s f e w , b u t i t i s

0 - 7 8 0 3 - 9 4 8 4 - 4 / 0 5 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 5 I E E E 7 7 8


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p o s s i b l e t h a t s o m e f a u l t s i n s y s t e m w h i c h may n o t b e p r e d i c t e db y h u m a n e x p e r i e n c e w o u l d b e e x c l u d e d f r o m s y s t e m i n t h i sm o d e l . T h e s t e p s a r e t h e f o l l o w i n g :a . T o t a k e t h e c r i t i c a l v a r i a b l e s c o r r e s p o n d i n g t o t h e f a u l t s o fs y s t e m a s n o d e s .b . T o F i n d o u t t h e c o m b i n a t i o n o f n o d e s a n d a r c s r e s u l t i n g i nt h e f a u l t a s f a r a s p o s s i b l e . A t t h e s a m e t i m e , i t w i l l b e a n a l y z e dt h a t t h e y a r e p o s i t i v e o r n e g a t i v e i n f l u e n c e s i n p r i n c i p l e , t h e nt h e r e l a t i o n s b e t w e e n n o d e s a r e c o n n e c t e d b y " + " o r " - " .c . T o u s e e x p e r i e n c e s , f i e l d i n f o r m a t i o n a n d d y n a m i c a n dq u a l i t a t i v e s i m u l a t i o n m o d e l o f s y s t e m t o t e s t , m o d i f y a n ds i m p l i f y SDG m o d e l u n t i l t h e m o d e l s a t i s f i e s r e q u i r e m e n t s .D u r i n g t h e c o u r s e o f m o d e l i n g S D G , t h e p r i n c i p l e o f n o d e s a n da r c s d e t e r m i n e d i s t h a t i t s h o u l d b e f a v o r a b l e t o r e v e a l t h ec a u s e a n d r e s u l t o f f a u l t s i n s y s t e m o n t h e b a s i s o f a c c o r d i n gw i t h t h e o b j e c t i v e l a w .B . F l o w G r a p h M e t h o dI t i s common k n o w l e d g e t h a t t h e f a u l t ' s p r o p a g a t i o n i s a l o n gt e c h n o l o g i c a l p r o c e s s i n s y s t e m . S o o n t h e b a s i s o f t h e a b o v ef e a t u r e , t h e SDG m o d e l i s e a s i l y e s t a b l i s h e d b y t h e way w h i c hh a s d i r e c t p r o p e r t y a n d c a n r e f l e c t p r o p e r l y t h e r e l a t i o n s o ff a u l t ' s p r o p a g a t i o n i n s y s t e m . H o w e v e r , I t i s i n c l i n e d t oc o n s t r u c t a p a r t i a l m o d e l o r n o t w h o l e , e s p e c i a l l y i n t h e p a r t o fe q u i p m e n t u n i t s o f s y s t e m a n d l e a v e o u t s o m e i m p o r t a n tv a r i a b l e s i n w h o l e s y s t e m . M o r e o v e r , t h e SDG m o d e l i n g b yt h i s way i s m o r e c o m p l e x a n d n e e d t o s i m p l i f y b y d e p e n d i n go n m at he m a t i c a l m o d e l w i t h e x p e r i e n c e a n d s i m u l a t i o n . T h es t e p s a r e t h e f o l l o w i n g :a . T o d i v i d e t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s i n t o s e v e r a l u n i t s o fe q u i p m e n t ;b . T o m a r k a n u m e r a l i n t h e j o i n t s o f e q u i p m e n t u n i t s . A s a ne x a m p l e o f F l o w D e t e c t o r ( F T ) i n F i g . 2 , t h e j o i n t s o fc o n n e c t i n g w i t h o t h e r e q u i p m e n t u n i t s s e p a r a t e l y m a r k e dn u m b e r 1 , 2 a n d 3 , t h e f o l l o w i n g i s f o r n u m b e r 3 t o i l l u s t r a t e .T h e n u m b e r 3 i s m a r k e d i n t h e j o i n t b e t w e e n FT a n d P I D , t h eo u t p u t s i g n a l i n FT i s s h o w e d b y F 3 a n d i n p u t s i g n a l i n P I D i sa l s o s h o w e d b y F 3 . S o t h r o u g h t h i s n u m b e r 3 , n o d e s o f t wod i f f e r e n t e q u i p m e n t u n i t s a r e c o m b i n e d o n e n o d e d u r i n g t h ec o u r s e o f SDG m o d e l i n g o f l a r g e r s y s t e m , o t h e r n o d e s a r es i m i l a r .c . T o c o n s t r u c t SDG m o d e l o f e a c h e q u i p m e n t u n i t . T h er e l a t i o n s b e t w e e n t h e r e l a t e d v a r i a b l e s a n d e v e n t s o fp r o p a g a t i o n a m o n g e q u i p m e n t u n i t s o f s y s t e m w i l l b ed e t e r m i n e d b y c o r r e l a t i o n a n a l y s i s , e x p e r i e n c e o r t e s t o fs i m u l a t i o n , t h a t i s , i t w i l l b e d e t e r mi n e d t h a t n o d e s a n d s t a t e o fa r c s . F o r e x a m p l e , F i g . 3 s h o w s SDG m o d e l o f e q u i p m e n t u n i t so f F T . SDG m o d e l o f s y s t e m w i l l b e c o n s t r u c t e d b y t h ec om b i n a t i o n o f m o d e l o f e ac h e q u i p m e n t u n i t a c c o r d i n g t ot e c h n o l o g i c a l p r o c e s s a n d t h e j o i n t s o f e a c h e q u i p m e n t u n i t .

t 3

F i g . 2 . E q u i p m e n t U n i t o f FT

I f FT d a m a g e s ,R e l a t i o n i s 0F 3F i g . 3 . SD G o f FT

C . M a t h e m a t i c s M o d e l M e t h o dT h e m a t h e m a t i c s e q u a t i o n t h a t d e s c r i b e s s y s t e m c a n r e f l e c ts y s t e m a c t i o n m o r e c o m p r e h e n s i v e , h o w e v e r , i t i s m o r ec o m p l i c a t e d a n d h a s m o r e n o n - m e a s u r a b l e n o d e s t h a t n e e d t ob e s i m p l i f i e d . C o n s i d e r i n g t h e p r o c e s s m a t h e m a t i c a l m o d e l ,g e n e r a l l y r e w r i t t e n i n t h e f o l l o w i n g f o r m :d x t = f i ( X 1 , X 2 . . . , X n )

x i ( t o ) = x i ( i = 1 , 2 , n )T h e e x p r e s s i o n s f o r d i s c r e t i z a t i o n o f e q . ( 1 ) a n d e q . ( 2 ) i s :

i i + 2 n

( 1 )( 2 )

( 3 )( 4 )

A c t u a l l y , t h e m e t h o d b a s e d o n m a th e ma ti c s m o d e l i s t oc o m p l e t e t h e t r a n s f o r m a t i o n f r o m q u a n t i t a t i v e m a t h e m a t i c sm o d e l t o q u a l i t a t i v e SDG m o d e l , i n w h i c h t h e n o d e i n SDG i sc o r r e s p o n d i n g t o t h e v a r i a b l e i n m a t h e m a t i c s e q u a t i o n , a n d t h es t a t e o f a r c c a n b e a c q u i r e d f r o m p a r t i a l d e r i v a t i v e o f e q u a t i o n .I n o t h e r w o r d s , i n a d i g r a p h t h e g a i n G i C c o r r e s p o n d i n g t o t h ea r c f r o m n o d e x i a n d n o d e X i i s a q u a l i t a t i v e i n d i c a t o r o f t h ed i r e c t e f f e c t o n X i d u e t o a p e r t u r b a t i o n o n x i .G U = S i g n ( a x i / a x i ) ( 5 )

T h e r e l a t i o n s h i p b e tw e e n n o d e x i a n d n o d e x j c a n b ee x p r e s s e d a s a x j a / x i i n t h e m a t h e m a t i c m o d e l ; a c c o r d i n g l y ,t h e s i g n o f a x j / a x i i s t h e s t a t e o f t h e a r c b e t w e e n x i a n d x j i nt h e SDG m o d e l .I n a w or d, a i m i n g t o t h e d i f f e r e n t s i t u a t i o n s , i n t h e p r o c e s s o fSDG m o d e l i n g , i t s h o u l d c o m b i n e t h e a d v a n t a g e s o f t h e a b o v et h r e e m e t h o d s f o r o b t a i n i n g t h e SDG m o d e l o f h i g h q u a l i t y .

I V . REASONING RULES O F SDGA . F a u l t S i m u l a t i n gF a u l t d i a g n o s i s i s i n f a c t t h e i n v e r s e p r o c e s s o f f a u l ts i m u l a t i n g ; d i a g n o s i s i s t o t e s t t h e c o r r e c t n e s s o f s t a t ea s s u m p t i o n f r o m t h e o b s e r v e d s y m p t o m , w h i l e s i m u l a t i n g i s t od e d u c e t h e p r e d i c t i o n f r o m t h e g i v e n s t a t e , s o t h e c o m p l i c a t e dd i a g n o s i s p r o b l e m c a n b e f u r t h e r a n a l y z e d f r o m t h e a n g l e o fs i m p l e s i m u l a t i n g .A c c o r d i n g t o o n e g i v e n r o o t n o d e ( f a u l t s o u r c e ) , F a u l ts i m u l a t i n g c a n g e n e r a t e a s u b S D G , w h i c h c a n b e c a l l e ds i m u l a t i n g t r e e a n d i n t e r p r e t a t i o n ; i t r e p r e s e n t s t h e r o u t e o ff a u l t p r o p a g a t i o n a n d g e n e r a t e s t h e i n f o r m a t i o n o f f a u l t a n dd e v i a t e d t e n d e n c y o f e a c h n o d e . A s f o r o n e g i v e n SDG a n dr o o t n o d e , i t i s p o s s i b l e t o h a v e m o r e t h a n o n e p r o p a g a t i n gi n t e r p r e t a t i o n , b u t o n l y o n e o f t h e m c a n r e f l e c t t h e a c t u a lp r o c e s s a c t i o n .L e t ' s t a k e F i g . 4 a s t h e e x a m p l e ; i t i s a s i m p l i f i e d S D G , i nw h i c h i f t h e n o d e " A " o c c u r s p o s i t i v e d e v i a t i o n , t h e t w oi n t e r p r e t a t i o n s s h o w n i n F i g . 4 ( a ) a n d F i g . 4 ( b ) , t h ec o r r e s p o n d i n g f a u l t p a t t e r n o f e a c h m e a s ur a b l e n o d e i s s h o w n

7 7 9

... .. .X i ( t n ) =x' ( i =1 , 2 , , n ; m=0 , 1 , 2 , , M )


3/5

F q A AK 0 - X )B F O B F cE D c E D C

F i g . 4 . F a u l t s o u r c e A F i g . 4 . ( a ) P a t t e r n a I

A

E D C

F i g . 4 . ( b ) P a t t e r n bT A B L E I

F A U L T P A T T E R N S O F C O R R E S P O N D 1 N G T o R o O T NODEP a t t e r n s ( a ) P a t t e r n s ( b )

B CD E F B C D E F0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 000- 0 O O 0 000 0 + 0 O + 0 OO O + - 0 + + OO O + -- __+ + +

+ O O-- + O O00 +

- + - 0 0

i n T A B L E I . When t h e a c t u a l f a u l t p a t t e r n d e t e c t e d o n l i n e m a t c hw i t h t h a t i n T A B L E I , t h e f a u l t s o u r c e c a n b e r e g a r d e d a s t h ep o s i t i v e d e v i a t i o n o f " A " .I n p r a c t i c e , i t i s u n s c i e n t i f i c t o a p p l y t h e d i a g n o s i s m e t h o da b o v e i n t h e l a r g e - s c a l e p r o c e s s , s o w e w i l l i n t r o d u c e a m e t h o do f t r a n s f o r m i n g t h e SDG t o a s e r i e s o f r u l e s .F i r s t , i n o r d e r t o c o n v e n i e n t l y e x a m i n e w h e t h e r o n e a r c i s ac o n s i s t e n t a r c , w e w i l l a d o p t l o g i c s i g n t o d e s c r i b e , t h e "P "a n d " m " a r e d e f i n e d a s t h e l o g i c f u n c t i o n f o r m o f t h e a r c s i g no f " + " a n d " - " . F o r e x a m p l e , t h e l o g i c r e l a t i o n o f SDG i n F i g . 1i s s h o w n i n T A B L E I I . I n a d d i t i o n , t h e l o g i c f u n c t i o n f o r m o fn o d e A < O < - A . l t . O ; A =O < - A . e q . 0 ; A > O < - A . h t . O .T h e i n t e r p r e t a t i o n s o f " A " f a u l t s o u r c e i n F i g . 4 ( a ) c a n b ed e s c r i b e d b y i t s l o g i c r e l a t i o n s h i p a s :

+ +A - B * - * ( m A B ) ; B-C * - * ( p B C ) ; A->D * - * ( p A D ) ;D-E * - * ( m D E ) ; E-F * - * ( m E F )T h e i n t e r p r e t a t i o n s o f " A " f a u l t s o u r c e i n F i g . 4 ( b ) c a n b ed e s c r i b e d b y i t s l o g i c r e l a t i o n s h i p a s :++->B < - > ( m A B ) ; B->C< - > ( p B C ) ; C- D* - ( p C D ) ;D-E < - * ( m D E ) ; E-F < - > ( m E F ) ;T h u s a l l t h e f a u l t p a t t e r n s o f " A" f a u l t s o u r c e c a n b e d e s c r i b e di n t h e r u l e o f I F -THEN a s f o l l o w i n g :I F [ ( m A B ) a n d ( p B C ) a n d ( m A D ) a n d ( m D E ) a n d ( m E F ) ]

o r [ ( m A B ) a n d ( ( p B C ) a n d ( p C D ) a n d ( m D E ) a n d ( m E F ) ]T H E N A i s t h e p o s s i b l e f a u l t s o u r c eBy u s i n g d i s t r i b u t e d i s c i p l i n a r i a n t o s i m p l i f y t h e a b o v e r u l e ,w e c a n d r a w o u t t h a t :[ R u l e ] : I F ( m A B ) a n d ( p B C ) a n d ( m D E ) a n d ( m E F ) a n d [ ( p A D ) o r ( p C D ) ]

T H E N A i s t h e p o s s i b l e f a u l t s o u r c e

T A B L E I IS D G L O G I C R E L A T I O N O F S D GT y p e s A->B < - ( p A B ) A->B < - ( m A B )B + O - + O -

+ T F F F F TO F T F F T F

F F T T F F

B . S i m p l i f i e s a n d R e a s o n i n g R u l e s o f SDGW h a t h a s b e e n d i s c u s s e d a b o v e , i t c a n b e s e e n t h a t o n e f a u l ts o u r c e c a n g e n e r a t e many i n t e r p r e t a t i o n s , w h i c h c a n b ec o m b i n e d a n d s i m p l i f i e d a s o n e r u l e , H o w e v e r , i t i s i n f e a s i b l et o u s e t h i s m e t h o d i n a c t u a l i n d u s t r i a l p r o c e s s , s o t h e f o l l o w i n gp r o c e d u r e s n e e d t o a p p l i e d t o g e n e r a t e r u l e s f r o m p r o c e s s SDGd i r e c t l y [ 3 ] [ 4 ] .* T o s e l e c t o n e r o o t n o d e ;* T o d e l e t e t h e a r c s t h a t p o i n t t h e r o o t n o d e ;* T o c o m b i n e t h e n o d e s o f s e n s o r s t h a t h a v e n o t f a u l t w i t hi t s d e t e c t i n g s t a t e v a r i a b l e s ; a n d d e l e t e t h e n o d e t h a t t h er o o t n o d e c a n n o t r e a c h f r o m S D G .* As f o r e a c h m e a s ur a b l e n o d e " n 1 " , t h e f o l l o w i n g r u l e

n e e d t o a d d e d :. . . a n d [ ( * k I n i ) o r ( * k 2 n i ) . . . o r ( * k j n i ) ]

* As f o r p o s i t i v e f e e d b a c k l o o p , t h e f o l l o w i n g r u l e n e e d t oa d d e d :. . . a n d [ ( * B l ) o r ( * B 2 ) . . . o r ( * B i ) ]

I n w h i c h k i i s t h e i n p u t n o d e o f t h e n i , B i i s t h e l o o p i n p u tn o d e , * i s t h e l o g i c f u n c t i o n f o r m p ( + ) o r m ( - ) f r o m k i t o n i .v . R E A S O N I N G MECHANISM A N D CASE ANALYSEST h e r e a s o n i n g m e c h a n i s m b a s e d o n SDG i s t o a c q u i r e t h ei n s t a n t m e a s u r a b l e s a m p l e s f r o m t h e o p e r a t i n g p r o c e s sd a t a b a s e , a n d c o m p a r e w i t h t h r e s h o l d v a l u e o f t h e n o d e , o n c et h e a b n o r m a l d e v i a t i o n o f i m p o r t a n t v a r i a b l e s a r e d e t e c t e d , t h er e v e r s e r e a s o n i n g f r o m t h i s d e v i a t i o n n o d e w i l l b e m a d e , t h e nt h e f a u l t s o u r c e i s d e t e r m i n e d b a s e d o n t h e e x a m i n a t i o n o fc o n s i s t e n t a r c [ 5 ] [ 6 ] .T h e T h e r m a l E x c h a n g e E q u i p m e n t ( T E E ) i n i n d u s t r y i ss h o w n i n F i g . 5 , t h e SDG m o d e l o f T EE i s s h o w n i n F i g . 6 . I nw h i c h t h e i r r e v e r s i b l e e x o t h e r m i c r e a c t i o n i s g o i n g o n , t h e c o l d

f l u i d t e m p e r a t u r e T o f T EE i s a d j u s t e d b y f l o w F o 1 o f c o o l i n gw a t e r , t h e l i q u i d l e v e l L o f T EE i s c o n t r o l l e d b y o u t l e t f l o w F 2 ,a n d t h e PI D c o n t r o l l e r s a r e u s e d i n c o n t r o l l o o p . B e s i d e s , o t h e rp a r a m e t e r s : s u c h a s f l o w F 1 , i n l e t v a l v e v 1 a n d t e m p e r a t u r e T 1 o fh o t f l u i d ; i n l e t t e m p e r a t u r e T o , a n d o u t l e t t e m p e r a t u r e T o 1 o fc o o l i n g w a t e r ; o u t l e t v a l v e v a n d c o n t r o l v a l v e v o o f c o l d f l u i d ,l e v e l d e t e c t i n g c e l l L C , s e t p o i n t L S , f l o w d e t e c t i n g c e l l F C a n ds e t p o i n t T s , t h e p i p e b l o c k a g e F o I I o f c o o l i n g w a t e r , t h e p i p eb l o c k a g e F 1 1 o f h o t f l u i d a n d s o o n .

7 8 0


4/5

H o t F l u i d TF C oToli _ _ _ _ '

L v ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ C o o l i n ga t e r0 0I.Fig5 o P af T T E

_....__

F i g . 5 . . . . P o c s h rto T

t e c h n i q u e , t h e p r o b l e m o f o n - l i n e m i s o p e r a t i o n a u t o d i a g n o s i sd u r i n g c o m p u t e r s i m u l a t i o n t r a i n i n g c a n b e s o l v e d e f f e c t i v e l y ,a n d i n s t r u c t o r s ' b u r d e n c a n b e r e d u c e d g r e a t l y .B . A p p l i c a t i o n i n A c t u a l I n d u s t r i a l P r o c e s sI n a c t u a l a p p l i c a t i o n , o w i n g t o t h e c a u s e o f t e c h n o l o g y a n de c o n o m y , s o m e n o d e s i n F i g . 5 c o u l d n o t b e m e a s u r e d . S u c h a st h e n o d e s V 1 , L c a n d F c a r e u n m e a s u r a b l e . A c c o r d i n g t o t h em e t h o d m e n t i o n e d i n s e c t i o n I V , f o r e x a m p l e , t h e s u b S D G 1 'c o r r e s p o n d i n g t o P I i s s h o w n i n F i g . 8 , t h e c o r r e s p o n d i n gd i a g n o s i s r u l e i s [ R u l e 2 ] . By t h e s a m e w a y , w e c a n g e t t h ed i a g n o s i s r u l e b a n k o f t h e s y s t e m .[ R u l e 2 ] : I F ( T o . e q . O ) a n d ( T 1 . e q . O ) a n d ( F 1 . I t . O ) a n d ( m T T c ) a n d ( m T c V O )a n d [ ( p F 1 L ) o r ( m F 2 L ) ] a n d ( p L V ) a n d ( p V F 2 )a n d [ ( p L T ) o r ( p T O j T ) ] a n d [ ( m V o T o j ) o r ( p T T o I ) ]

T h e p o s i t i v e f e e d b a c k l o o p b e t w e e n T a n d T O 1 :a n d I F [ ( p L T ) o r ( m V o T o 1 ) ]

T H E N V 1 i s t h e p o s s i b l e f a u l t s o u r c e .

F i g . 6 SD G o f T T EI n t h e c a s e , s e v e n f a u l t p a t t e r n s a r e t a k e n i n t o c o n s i d e r a t i o n ,s u c h a s t h e b l o c k a g e o f i n v 1 ; t h e i n c r e a s e i n T o ; t h e d e c r e a s ei n T 1 ; t h e b l o c k a g e o f i n v ; t h e j a m i n F O 1 1 ; t h e i n c r e a s e o f v o ;t h e j a m i n F 1 1 , t h e y a r e m a r k e d a s P t , P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , P 6 a n d P 7s e p a r a t e l y .

A . A p p l i c a t i o n i n S i m u l a t i o n T r a i n i n gI n a p p l i c a t i o n o f s i m u l a t i o n t r a i n i n g , o w i n g t o t h e a l l n o d e si n F i g . 5 a r e m e a s u r a b l e , a c c o r d i n g t o t h e m e t h o d m e n t i o n e d i ns e c t i o n I V , f o r e x a m p l e , F i r s t l y , SDG s h o u l d b e s i m p l i f i e d t og e t s u b SDG1 c o r r e s p o n d i n g t o t h e P I i s s h o w n i n F i g . 7 ,S e c o n d l y , t h e d i a g n o s i s [ R u l e l ] s h o u l d b e e s t a b l i s h e d . B y t h es a m e w a y , w e c a n g e t d i a g n o s i s r u l e s o f t h e c o r r e s p o n d i n g r e s tf a u l t p a t t e r n s , a n d c o n s t r u c t t h e d i a g n o s i n g r u l e b a n k o f t h es y s t e m .[ R u l e ] : I F ( T o . e q . O ) a n d ( T 1 . e q . O ) a n d ( V 1 j . I t . O ) a n d ( p V 1 F 1 )a n d [ ( p F i L ) o r ( m F 2 L ) ] a n d ( m L L c ) a n d ( m L c V ) a n d ( p V F 2 )a n d [ ( p L T ) o r ( p T O I T ) ] a n d [ ( m F O I T O I ) o r ( p T T o I ) ]

a n d ( m T T C ) a n d (p T C F C ) a n d ( mF C o V )a n d ( pV O F O)T h e p o s i t i v e f e e d b a c k l o o p b e t w e e n T a n d T o 1 :a n d l F [ ( m F 1 T ) o r ( m F O 1 T 0 1 ) ]T H E N V 1 i s t h e p o s s i b l e f a u l t s o u r c e .

U s i n g t h e r u l e s a b o v e , t h e c a s e t e s t i s s t u d i e d o n t h eS i m u l a t i o n T r a i n i n g , i n T A B L E I I I , t h e r e l i s t s SDG i n s t a n tm e a s u r a b l e s a m p l e s a n d d i a g n o s i s r e s u l t s . T h i s c a s e s t u d y i sv e r y s u c c e s s f u l , n o t o n l y t h e d i a g n o s i s r e s u l t i s c o r r e c t b u t a l s oa l l t h e r e s o l u t i o n s a c h i e v e 1 0 0 % . T h a t i s , b y u s i n g o f SDGd e e p k n o w l e d g e m o d e l a n d i n v e r s e d i r e c t i o n i n f e r e n c e

+T

F i j g . 7 . SUb SDG1 OfPt F i g . 8 . S u b S D G 1 ' o f P IT A B L E I I IC A S E S S T U D I E S

C a s e s 1 2 3 4 5 6 7

F 1 0 0 0 0 0F 2 0 0 0 0

F C - L 0 0 0 0L S 0 0 0 0 0 0 0V 0

V i 0 0 0 0 0 0V 0 0 0 0T

T S 0 0 0 0 0 0 0T , 0 0 0 0 0 0T O 0 0 0 0 0 0D i a g n o s i s P I P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7R e s u l t s _ _ _

7 8 1


5/5

I n l i k e s a m e , b y u s i n g t h e r u l e s a b o v e , t h e a b o v e f a u l tp a t t e r n s a r e t e s t e d b y t h e i n s t a n t m e a s u r a b l e s a m p l e s . T h e c a s es t u d i e s s h o w t h e f a u l t p a t t e r n P 2 , P 3 , P 4 , P 5 , P 6 i s u n i q u ed e t e r m i n e d b a s e d o n t h e e x a m i n a t i o n o f c o n s i s t e n t a r c . W h i l et h e f a u l t p a t t e r n P I a n d P 7 c a n ' t b e d i s t i n g u i s h e d , t h i s i sb e c a u s e t h e y a r e s a m e i n q u a l i t a t i v e c h a r a c t e r i s t i c s , t h a t i s ,SDG o n l y a p p l i e s q u a l i t a t i v e k n o w l e d g e i n t h e p r o c e s s o fe s t a b l i s h m e n t w i t h o u t c o n s i d e r i n g o t h e r d e e p q u a n t i t a t i v ei n f o r m a t i o n .S o w e c o n s i d e r t o c o m b i n e t h e q u a n t i t a t i v e k n o w l e d g e t oi m p r o v e SDG m o d e l , F o r e x a m p l e , b y a n a l y s i n g t h e o p e r a t i n gd a t a o f f a u l t p a t t e r n P I a n d P 7 , w e c a n d i s t i n g u i s h t h e t w o f a u l tp a t t e r n s b y a d d i n g t h e A d d i t i o n a l R u l e s .[ A d d i t i o n a l R u l e 1 ] : I F : t h e c h a n g i n g s c o p e o f i n l e t f l o w i s t h em o s t i n a l l r e l a t i v e p a r a m e t e r s .T H E N P 7 i s t h e p o s s i b l e f a u l t s o u r c e .V I . CONCLUSIONS

( 1 ) T h e d i a g n o s i s m o d e l b a s e d o n SDG h a s h i g hc o m p l e t e n e s s , w h i c h i s s u i t a b l e t o t h e d i a g n o s i s o n t h ep r o b l e m s o f r o o t c a u s e a n d m u l t i p l e c a u s e - e f f e c t r e l a t i o n s h i p ;a n d t h e SDG d i a g n o s i s m e t h o d h a s g o o d c o m p l e t e n e s s , f i n er e s o l u t i o n a n d d e t a i l e d e x p l a n a t i o n .( 2 ) As f o r o n e g i v e n SDG a n d f a u l t s o u r c e , b e c a u s e o f t h eu n c e r t a i n t y o f SDG i n f o r e c a s t i n g f a u l t p r o p a g a t i o n r o u t e , t h e r ea r e m o r e t h a n o n e e x p l a n a t i o n w h i c h c a n l e a d t o t h e l o n g t i m e

c o n s u m p t i o n , w h i l e d i a g n o s i s r u l e s c o r r e s p o n d i n g t o s u b SDGc a n s h o r t e n g r e a t l y t h e t i m e c o n s u m p t i o n .( 3 ) H i g h e f f i c i e n c y s i m u l a t i o n s o f t w a r e p l a t f o r m f o r p r o c e s ss y s t e m w i t h m i s o p e r a t i o n a u t o d i a g n o s i s c a n g r e a t l y i m p r o v et h e t r a i n i n g r e s u l t .( 4 ) T h e m o d e s t h a t c a n n o t b e d i s t i n g u i s h e d may b ed i a g n o s i s t o c o m b i n e t h e q u a n t i t a t i v e k n o w l e d g e .

ACKNOWLEDGEMENTST h i s p a p e r i s s u p p o r t e d b y t h e T e a c h e r F u n d o f D o c t o r ' sd e g r e e o f N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ( 2 0 0 4 1 2 0 9 ) .

R E F E R E N C E S[ 1 ] H o n g g a n g L i u , J i a n j u n Wu, X i a o q i a n C h e n . S t u d y o n t h e S D G - B a s e dI n t e l l i g e n t F a u l t D i a g n o s i s M e t h o d , S y s t e m s E n g i n e e r i n g a n dE l e c t r o n i c s , 2 4 ( 1 ) : 1 0 3 - 1 0 5 , 2 0 0 2[ 2 ] C h o n g g u a n g W u , T a o X i a , B e i k e Z h a n g . T h e Q u a l i t a t i v e S i m u l a t i o nB a s e d o n D e e p K n o w l e d g e M o d e l o f S i g n e d D i r e c t e d G r a p h , J o u r n a l o fS y s t e m S i m u l a t i o n , 1 5 ( 1 0 ) : 1 3 5 1 - 1 3 5 5 , 2 0 0 3[ 3 ] M i a n yu W a n g. R e s e a r c h f o r F a u l t D i a g n o s i s B a s e d o n S i g n e d D i r e c t e dG r a p h . M . S c . T h e s i s , 4 9 - 6 5 , 2 0 0 3 , C h i n a[ 4 ] S h i o z a k i , J . e t a l . An i m p r o v e d a l g o r i t h m f o r d i a g n o s i s o f s y s t e m f a i l u r e si n t h e c h e m i c a l p r o c e s s . C o m p u t e r & C h e m i c a lE n g i n e e r i n g , . 9 ( 3 ) : 2 8 5 - 2 9 3 , 1 9 8 5[ 5 ] M . A . K r a m e r a n d J . B . L . P a l o w i t c h . A r u l e - b a s e d a p p r o a c h t o f a u l td i a g n o s i s u s i n g t h e s i g n e d d i r e c t e d g r a p h . A I C h E . J , 3 3 : 1 0 6 7 - 1 0 7 8 , 1 9 8 7[ 6 ] H . V e d a m a n d V . V e n k a t a s u b r a m a n i a n . S i g n e d d i g r a p h b a s e d m u l t i p l ef a u l t d i a g n o s i s . C o m p u t e r s & C h e m i c a l E n g i n e e r i n g , 2 1 : 6 5 5 - 6 6 0 , 1 9 9 7

7 8 2

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