一种工业控制柜多源运行数据融合诊断方法及系统与流程

本发明涉及计算机数据处理及工业控制运行数据诊断领域，更具体地说，涉及一种工业控制柜多源运行数据融合诊断方法及系统。

背景技术：

1、工业控制柜的运行状态分布于plc或dcs控制变量、i/o状态、hmi状态、执行部件反馈、电流电压数据及现场设备反馈中，不同数据源在采样周期和响应时刻上存在差异。专利cn107943009a公开了一种工业控制系统故障定位方法，通过plc高速采样和wincc归档捕捉事件先后关系，以辅助确定首出故障，但其主要围绕plc过程数据记录，未建立同一次控制动作下多源异步响应的统一相位关系。专利cn117406689a公开了一种数据驱动与知识引导的故障诊断方法及系统，通过多源运行数据和故障知识图谱实施异常检测及故障溯源，但其侧重知识图谱推理，未针对当前控制动作的传播路径提取局部状态约束。因此，当控制输出异常、执行部件异常、反馈链路异常、数据采集异常或通信迟滞相互伴生时，现有方案仍难以确定异常首次发生位置及其传播依据，有必要提出一种基于控制事件相位、实际传播路径和首断点约束验证的多源运行数据融合诊断方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种工业控制柜多源运行数据融合诊断方法及系统，其解决了不同来源运行数据时间基准不统一、异常传播关系难以恢复以及多个伴生异常难以区分故障起点的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种工业控制柜多源运行数据融合诊断方法，所述方法包括：

3、采集工业控制柜运行过程中的控制变量、i/o状态、hmi状态、执行部件反馈、电气运行参数及现场设备反馈，依据数据源标识、设备标识、变量标识和采集时间建立多源运行数据集；

4、识别引起设备状态转换的控制触发事件，以其发生时刻为相位基准，在对应观察窗口内提取异步响应事件并确定响应相位；

5、依据控制逻辑、i/o映射关系及设备关联关系，将同一次控制动作对应的事件按照控制指令、控制输出、执行部件响应、电气响应及设备状态反馈的传播顺序关联，构建控制事件相位回响链；

6、根据所述控制事件相位回响链确定基础状态关系网络中的传播路径，提取该传播路径对应的状态节点及节点间约束，生成局部状态约束子网；

7、沿所述控制事件相位回响链的传播方向校验事件出现状态、事件顺序、响应相位及前后状态一致性，将首次发生约束破坏的相邻节点之间确定为首断点区段；

8、对所述首断点区段的上游控制状态与下游执行响应进行一致性验证，根据前后节点的状态组合确定故障节点及故障类型，并输出事件传播诊断依据。

9、进一步地，所述建立多源运行数据集，包括：

10、分别采集plc或dcs的控制指令状态和控制输出状态、数字量输入状态、数字量输出状态、模拟量输入数据、模拟量输出数据、hmi状态数据、接触器动作反馈、继电器动作反馈、变频器运行参数、电流数据、电压数据及现场设备反馈数据；

11、将每一采集数据封装为包含数据源标识、设备标识、变量标识、采集时间及数据值的数据记录，并依据设备标识和变量标识建立控制变量、i/o通道、执行部件与现场设备之间的关联索引。

12、进一步地，确定所述异步响应事件的响应相位，包括：

13、检测控制变量、控制指令或控制输出的状态跳变，将引起执行部件或现场设备状态转换的状态跳变确定为控制触发事件；

14、以控制触发事件的发生时刻作为零相位时刻，根据控制逻辑中对应控制动作的允许响应时长确定观察窗口；

15、在所述观察窗口内提取i/o状态变化、执行部件动作、电气参数变化及设备状态反馈变化，并以各变化事件的发生时刻与所述零相位时刻之间的时间差表征对应响应相位。

16、进一步地，所述构建控制事件相位回响链，包括：

17、根据控制程序中的逻辑条件确定控制指令与控制输出之间的逻辑边，根据i/o地址与设备端子的映射关系确定控制输出与执行部件之间的信号边，根据执行部件与供电回路、现场设备之间的连接关系确定响应边；

18、基于所述关联索引将同一次控制动作对应的数据记录映射为事件节点，并依据所述逻辑边、信号边、响应边以及各事件节点的响应相位确定事件节点的传播次序；

19、按照确定的传播次序连接事件节点，形成表征当前控制动作实际传播过程的控制事件相位回响链。

20、进一步地，所述基础状态关系网络的构建，包括：

21、将控制指令、控制输出、执行部件、电气运行状态及设备状态反馈分别定义为状态节点；

22、依据控制逻辑建立控制指令节点与控制输出节点之间的逻辑约束，依据i/o映射关系建立控制输出节点与执行部件节点之间的动作约束，依据设备连接关系建立执行部件节点、电气运行状态节点与设备状态反馈节点之间的响应约束；

23、将所述状态节点及对应约束形成基础状态关系网络，并为每一约束关联允许的事件顺序、状态组合和响应时间区间。

24、进一步地，所述生成局部状态约束子网，包括：

25、将控制事件相位回响链中的事件节点映射至基础状态关系网络中的对应状态节点；

26、以映射得到的状态节点为路径节点，提取相邻前序状态节点、相邻后序状态节点以及连接所述路径节点的状态约束；

27、删除与当前控制动作不存在逻辑边、信号边或响应边连接关系的状态节点，形成与所述传播路径对应的局部状态约束子网。

28、进一步地，确定所述首断点区段，包括：

29、以控制指令侧为传播起点，按照局部状态约束子网中各节点对应的传播次序依次执行约束校验；

30、当前节点对应的预期事件未出现时确定为事件缺失，当前事件的响应相位超出对应响应时间区间时确定为事件迟滞，当前事件先于其前序事件出现时确定为事件逆序，相邻节点的实际状态组合不满足对应状态组合约束时确定为状态矛盾；

31、记录沿传播方向首次出现事件缺失、事件迟滞、事件逆序或状态矛盾的位置，并将形成该位置的前序节点与当前节点之间确定为首断点区段。

32、进一步地，所述一致性验证，包括：

33、读取首断点区段前序节点对应的控制指令状态、控制输出状态及已经通过约束校验的上游事件，形成上游控制状态；

34、读取首断点区段当前节点及后序节点对应的执行部件反馈、电气运行参数及现场设备反馈，形成下游执行响应；

35、将所述上游控制状态与下游执行响应按照局部状态约束子网中的状态组合约束进行匹配，根据匹配结果确定异常位于控制输出侧、执行部件侧、反馈链路侧、数据采集侧或通信传输侧。

36、进一步地，所述确定故障节点及故障类型，包括：

37、在上游控制指令有效且控制输出未满足逻辑约束时，将控制输出节点确定为故障节点，并标记为控制输出异常；

38、在控制输出满足逻辑约束且执行部件未满足动作约束时，将执行部件节点确定为故障节点，并标记为执行部件异常；

39、在执行部件和电气运行状态满足响应约束而设备状态反馈不满足对应状态组合约束时，将反馈链路对应节点确定为故障节点，并标记为反馈链路异常；

40、在关联数据缺失且相邻事件传播关系连续时，将对应数据节点确定为故障节点并标记为数据采集异常；在事件顺序及状态组合满足传播关系但响应相位超出响应时间区间时，将对应传播区段标记为通信迟滞；

41、将故障节点、故障类型、首断点区段、异常前后的事件状态及响应相位组合形成事件传播诊断依据。

42、一种工业控制柜多源运行数据融合诊断系统，应用于执行上述的工业控制柜多源运行数据融合诊断方法，所述系统包括：

43、数据融合单元，用于采集工业控制柜运行过程中的plc或dcs控制变量、i/o状态、hmi状态数据、执行部件反馈、电气运行参数及现场设备反馈，并建立多源运行数据集；

44、事件相位化单元，用于识别控制触发事件，以控制触发事件的发生时刻为相位基准提取异步响应事件并确定响应相位；

45、回响链构建单元，用于依据控制逻辑、i/o映射关系及设备关联关系，将同一次控制动作对应的事件按照控制传播顺序构建为控制事件相位回响链；

46、约束子网生成单元，用于根据控制事件相位回响链确定基础状态关系网络中的实际传播路径，并提取对应状态节点及状态约束形成局部状态约束子网；

47、首断点识别单元，用于沿传播方向校验事件出现状态、事件顺序、响应相位及前后状态一致性，并确定首次发生约束破坏的首断点区段；

48、故障诊断单元，用于对首断点区段的上游控制状态与下游执行响应进行一致性验证，确定故障节点和故障类型，并输出事件传播诊断依据。

49、本发明的有益效果在于：

50、1、本发明以能够引起设备状态转换的控制触发事件作为统一相位基准，将不同数据源、不同采样周期产生的响应数据转换为相对于同一次控制动作的响应相位，使控制变量、i/o状态、执行部件反馈、电气响应及现场设备反馈能够在统一事件时间基准下关联，减少多源数据异步采集对事件顺序判断的影响。

51、2、本发明依据控制逻辑、i/o映射关系及设备关联关系构建当前控制动作实际发生的控制事件相位回响链，并据此从基础状态关系网络中动态提取实际传播路径及其前后状态约束，形成局部状态约束子网，使故障搜索范围由整个工业控制柜状态网络收敛至本次控制动作实际涉及的局部节点，降低无关设备状态对诊断结果的干扰。

52、3、本发明沿实际传播方向对事件存在性、事件顺序、响应相位及前后状态一致性进行确定性约束校验，将首次出现约束破坏的传播区段确定为首断点区段，从而把由同一上游故障引起的多个下游伴生异常收敛至异常首次形成位置，避免将后续事件缺失分别误判为独立故障源。

53、4、本发明进一步利用首断点区段的上游控制状态与下游执行响应进行一致性验证，可区分控制输出异常、执行部件异常、反馈链路异常、数据采集异常及通信迟滞，并同步输出故障节点、首断点位置、响应相位及约束校验结果，使诊断结果具有明确的事件传播依据和可追溯性。