طراحی یک سیستم هشدار تک متغیره با رویکرد تایمرهای تأخیری مبتنی بر سناریوی آستانه چندگانه

نوع مقاله: علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

سیستم‌های هشدار نقش مهمی در حفظ ایمنی و جلوگیری از وقوع حوادث در سیستم‌های صنعتی به عهده‌دارند. تایمر تأخیری به‌عنوان یک روش ساده در طراحی سیستم‌های هشدار، نقش مؤثری در مدیریت هشدارها و کاهش هشدارهای نویزی می‌تواند داشته باشد. در این مقاله با استفاده از سناریوی جدیدی از تایمرهای تأخیری و در نظر گرفتن چندین آستانه برای وقوع هشدار، رویکرد جدیدی تحت عنوان تایمرهای تأخیری چند آستانه‌ای معرفی می‌گردد. در سناریوی آستانه چندگانه، با تقسیم نواحی بالا و پایین آستانه به چند ناحیه و تغییر تعداد تأخیرهای تایمر تأخیری در هر ناحیه می‌توان از هشدارهای غیرضروری تا حد چشمگیری جلوگیری کرد. در این مقاله علاوه بر استخراج شاخص‌های عملکردی "نرخ هشدار نادرست" و "نرخ هشدار ازدست‌رفته"، با استفاده از مدل مارکوف، شاخص جدیدی تحت عنوان "میانگین زمانی وقوع هشدار" معرفی می‌گردد که با استفاده از آن می‌توان به‌راحتی شاخص "میانگین تأخیر هشدار" را برای تایمرهای تأخیری چند آستانه‌ای محاسبه کرد. در این مقاله عملکرد چهار سناریوی مختلف تحت عنوان سناریوی ریست، پنالتی، m-out-of n و سناریوی پیشنهادی چندآستانه­ای ارزیابی‌شده و برتری آن در مقایسه با روش‌های موجود نشان داده می‌شود.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Designing of a Univariate Alarm System based on Delay Timers Using Multiple Thresholds

نویسندگان [English]

  • J. Taheri Kalani 1
  • Gh. Latif Shabgahi 1
  • M. Alyari Shooredeli 2
1 Faculty of Electrical Engineering, University of Shahid Beheshti, Tehran, Iran
2 Faculty of Electrical Engineering, K. N. Toosi University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Alarm systems play an important role in ensuring safe and efficient operations. Delay timer as a simple method has effective role in managing alarms and reducing nuisance alarms. In this paper, a new delay timer is introduced based on multi levels of thresholds. This scenario named as multi-levels delay timers. In this scenario, the regions of upper and lower areas of threshold are divided to some regions by considering new thresholds with various delays. In this paper, three performance indices named, False Alarm Rate (FAR), Missed Alarm Rate (MAR) and Average Alarm Delay (AAD) are derived for multi thresholds approaches using Markov models. Also, the new index named “mean time to alarm (MTTA)” is introduced to analysis alarm system and computation of AAD in proposed scenario. The performance of the proposed method and other methods for designing of delay timers are compared and the effectiveness of proposed method is provided during some case studies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • alarm management
  • delay timer
  • multi thresholds
  • false alarm
  • miss alarm
[1]  ISA, (Instrumentation, Systems & Automation Society). “Management of alarm systems for the process industries”, North Carolina: ISA 18.02, 2009.
[2]  EEMUA, (Engineering Equipment and Materials Users’ Association). “Alarm systems: a guide to design, management and procurement”, 3rd ed. London: EEMUA Publication 191, 2013.
[3]  Ahnlund, Jonas, Tord Bergquist, and Lambert Spaanenburg. “Rule-based reduction of alarm signals in industrial control”, Journal of Intelligent and Fuzzy Systems, Vol. 14, No.2, pp.73-84, 2003.
[4]  Brooks, Robin, Richard Thorpe, and John Wilson. “A new method for defining and managing process alarms and for correcting process operation when an alarm occurs”, Journal of hazardous materials, Vol.115, no.1, pp.169-174, 2004.
[5]  Hugo, Alan. “Estimation of alarm dead-bands”, In Fault Detection, Supervision and Safety of Technical Processes, Vol.42, no.8, pp. 663-667, 2009.
[6]  Wang, Jiandong, and Tongwen Chen. “An online method to remove chattering and repeating alarms based on alarm durations and intervals”, Computers & Chemical Engineering, Vol.67, no.4, pp.43-52, 2014.
[7]  Liu, Jun, et al. “The intelligent alarm management system”, IEEE software, Vol.20, no.2, pp.66-71, 2003.
[8]  Srinivasan, R., et al. “Intelligent alarm management in a petroleum refinery: plant safety and environment”, Hydrocarbon processing, Vol.83, no.11, pp.47-53, 2004.
[9]  Simeu-Abazi, Zineb, Arnaud Lefebvre, and Jean-Pierre Derain. “A methodology of alarm filtering using dynamic fault tree”, Reliability Engineering & System Safety, Vol.96, no.2, pp.257-266, 2011.
[10]  Cheng, Yue, Iman Izadi, and Tongwen Chen. “Optimal alarm signal processing: Filter design and performance analysis”, Automation Science and Engineering, IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol.10, no.2 pp.446-451, 2013.
[11]  Xu, Jianwei, et al. “Performance assessment and design for univariate alarm systems based on FAR, MAR, and AAD”, Automation Science and Engineering, IEEE Transactions on Automation science and Engineering, Vol.9, no.2 pp.296-307, 2012.
[12]  Adnan, Naseeb Ahmed, Yue Cheng, Iman Izadi, and Tongwen Chen. “Study of generalized   delay-timers in alarm configuration”, Journal of Process Control 23, no. 3, pp.382-395, 2013.
[13]  Han, Liu, Huihui Gao, Yuan Xu, and Qunxiong Zhu. “Combining FAP, MAP and correlation analysis for multivariate alarm thresholds optimization in industrial process”, Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol.40, no.3, pp.471-478, 2016.
[14]  Zhang, Kai, Steven X. Ding, Yuri AW Shardt, Zhiwen Chen, and Kaixiang Peng. “Assessment of T 2-and Q-Statistics for Detecting Additive and Multiplicative Faults in Multivariate Statistical Process Monitoring”, Journal of the Franklin Institute, Vol.354, no.2, pp.668-688, 2016
[15]  Xu, Xiaobin, Shibao Li, Xiaojing Song, Chenglin Wen, and Dongling Xu. “The optimal design of industrial alarm systems based on evidence theory”, Control Engineering Practice, Vol.46, no.1, pp.142-156, 2016.
[16]  Wang, Jiandong, Fan Yang, Tongwen Chen, and Sirish L. Shah. “An Overview of Industrial Alarm Systems: Main Causes for Alarm Overloading, Research Status, and Open Problems”, IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, Vol.13, no. 2, pp.1045-1061, 2016.
[17]  جعفر طاهری کلانی، کوروش اصلان صفت و غلامرضا لطیف شبگاهی،«ارائه یک روش سیستماتیک برای طراحی و تحلیل یک سیستم هشدار تک متغیره مبتنی بر سناریوی پنالتی»، مجله کنترل، دوره 10، شماره 4، 1395.
[18]  Zeng, Zhiyong, Wen Tan, and Rong Zhou. "Performance assessment for generalized delay-timers in alarm configuration." Journal of Process Control, Vol.57, no.9, pp.80-101, 2017.
[19]  Afzal, Muhammad Shahzad, Tongwen Chen, Ali Bandehkhoda, and Iman Izadi. "Analysis and design of time-deadbands for univariate alarm systems." Control Engineering Practice, Vol.71, no.2, pp.96-107, 2018.
[20]  Xiong, Wanqi, Jiandong Wang, and Kuang Chen. “Multivariate alarm systems for time-varying processes using Bayesian filters with applications to electrical pumps”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, Vol.14, no.2, pp.504-513, 2017.
[21]  مینا سلیم و محمدجواد خسروجردی، «طراحی تخمین گر عیب با استفاده از تکنیک  مبتنی برداده»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 46، شماره 4، صفحه 147-158، 1395.
[22]  مرتضی خرم کشکولی و مریم دهقانی، «تشخیص، شناسایی و جداسازی عیب توربین گاز پالایشگاه دوم پارس جنوبی با استفاده از روش‌های ترکیبی داده‌کاوی، k-means، تحلیل مؤلفه‌های اصلی (PCA) و ماشین بردار پشتیبان (SVM)»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 2، 1396.
[23]                Tchangani, Ayeley, and Daniel Noyes. “Modeling dynamic reliability using dynamic Bayesian networks”, Journal Européen des systèmes automatisés, Vol.40, no. 8, pp.911-935, 2006.