本发明涉及报警
技术领域：
，特别是涉及一种死区报警器的参数确定方法。
背景技术：
：报警系统被广泛应用于现代流程工业，以实现对生产过程异常状况进行监控的目的。报警的产生是过程变量的实时数值与其报警阈值比较，当过程变量的实时数值大于(或小于)报警阈值时触发报警，报警信息以列表、声音、光字牌等形式呈递给操作员，提醒操作人员生产过程中存在的异常状况，因此报警系统对保障现代化工业生产过程的安全生产与高效运行发挥着至关重要的作用。然而，目前的报警系统普遍存在着滋扰报警过多的问题，大量的滋扰报警使得报警系统产生大量的报警，远远超过了操作员的处理和应对能力，使得操作员对报警系统的信任感急剧降低，为安全生产与高效运行带来了隐患，因此针对滋扰报警的剔除问题已经受到了报警系统供应商、用户和科研人员的广泛关注。当前，滋扰报警消除的方法主要有应用报警延迟器、应用数字滤波器和应用死区报警器三种，其中应用死区报警器的方法具有风险低、易应用等特点，应用也最为广泛。通过应用死区报警器，可有效提出滋扰报警，降低报警数量，增强报警系统可靠性，同时应用报警死区也是提高报警系统可靠性的重要方法。死区报警器是在报警阈值上下各加上一段报警死区，使同一个报警信号通过两条不同的报警阈值来触发和清除，而不是传统的通过一条报警阈值触发和清除报警，即当信号测量值大于高报警阈值触发报警时只有测量值小于低报警阈值才能清除当前报警。但是，目前报警系统中关于死区报警器的设计主要存在两个问题：1)哪些过程变量适用死区报警器完全人为确定，没有科学合理的依据，容易产生死区报警器使用不当的问题，反而造成报警系统有效性降低的问题；2)死区报警器的报警死区宽度取值也基本由主观确定，尽管国际工程设备及材料用户协会(EEMUA)等国际工业组织在其设定的标准中，给出了报警死区设置的指导性建议，但是这些建议过于宽泛，在实际应用过程效果往往欠佳。以上两个问题为死区报警器在报警系统中的合理应用造成了障碍，如果不加以解决，则死区报警器使用不当将会直接损害报警系统的有效性、及时性和准确性。技术实现要素：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种死区报警器的参数确定方法，实现了对适用死区报警器的报警变量的确认以及依据报警变量历史数据对其报警死区的设计。一种死区报警器的参数确定方法，包括：根据历史测量数据及报警阈值计算每次报警的报警持续时间和报警偏差，具体的报警持续时间为每次报警事件从报警触发时刻到报警清除时刻之间的时间差，报警偏差是指每次报警事件中测量信号和报警阈值之间最大差值；对报警持续时间和报警偏差进行标准化；根据标准化后的报警持续时间和报警偏差计算死区指数，判断测量信号是否适合使用死区报警器；将滋扰报警持续时间比作为报警系统性能指标，计算满足性能指标的最小报警死区。进一步的技术方案，所述对报警持续时间和报警偏差进行标准化，具体为：标准化报警持续时间为报警持续时间与最大报警持续时间的比值；标准化报警偏差为报警偏差与最大报警偏差的比值；将工业标准EEMUA中关于报警延迟器的建议值作为最大报警持续时间，同时根据工业标准EEMUA中推荐的报警死区值与报警阈值xtp计算最大报警偏差。进一步的技术方案，所述死区指数为通过对测量信号x(t)所有标准化报警持续时间和报警偏差进行线性最小二乘法拟合，并对拟合结果取反正切获得，然后计算死区指数在置信度95％下的置信区间。进一步的技术方案，所述判断测量信号是否适合使用死区报警器时，提出假设检验，其零假设为信号的死区指数等于临界值；通过假设检验判断，当拒绝零假设时，如果死区指数大于临界值，则可以判断该信号适合采用死区报警器，如果死区指数小于临界值，则该信号并不适合采用死区报警器。进一步的技术方案，所述滋扰报警持续时间比的定义是滋扰报警的总持续时间占报警数据总时长的比值；当给出报警系统滋扰报警持续时间比的要求时，当滋扰报警持续时间比不超过f，计算得到满足要求的最小报警死区值即为最优的值。进一步的技术方案，所述计算最大报警偏差时，da,max为最大报警偏差，da,max＝p·xtp，p为对应不同类型信号的比例，本发明将工业标准EEMUA中对报警死区的建议值作为p的默认值，报警阈值xtp。进一步的技术方案，所述死区指数为θ＝arctan(s)，其中s为对标准化报警持续时间和报警偏差线性最小二乘法拟合的斜率，死区指数是[0°,90°]范围内的角度；其中，Ta,i和Da,i分别代表第i次报警的标准化报警持续时间和标准化报警偏差。进一步的技术方案，拟合斜率在置信度95％下的置信区间为[s-,s+]＝[s-1.96σs,s+1.96σs]，其中计算死区指数在置信度95％下的置信区间为[θ-,θ+]＝[θ-1.96σθ,θ+1.96σθ]，其σθ＝arctan(σs)；进一步的技术方案，考虑到死区指数θ的不确定性，提出了一个假设检验：H0:θ＝45°,H1:θ≠45°，对于零假设H0，在限制性水平α＝0.05下的接受域为[45-1.96σθ,45+1.96σθ]；当满足θ≥(45+1.96σθ)时，拒绝零假设，则该信号适合采用死区报警器，当θ≤(45-1.96σθ)时，表明该信号并不适合采用死区报警器。进一步的技术方案，对于采用死区报警器的报警系统，其滋扰报警持续时间比为其中N为数据长度，d为死区，为不同报警死区值对应的报警信号，当发生报警时，为1，反之为0；当需设计的报警系统性能要求为滋扰报警持续时间比不超过f时，以此为目标，根据公式计算得到最小报警死区即为满足要求的最优值。本发明还公开了一种报警器，该报警器的最小报警死区通过上述方法确定。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明提出了判断死区报警器适用性的量化标准，以用来解决报警系统中死区报警器应用的随意性问题，避免死区报警器的过度使用及不当使用所导致的报警系统性能下降等问题。本发明可以对报警测点是否适用死区报警器进行判断，同时对适合使用死区报警器的报警测点可以计算出报警死区具体取值，对提高死区报警器在报警系统中的应用效率具有重要意义。(2)本发明提出了基于报警变量历史数据设计其报警死区方法，为死区报警器的设计提供科学合理的依据，克服了当前依据主观经验进行报警死区设置的缺陷。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为一种死区报警器的参数确定方法流程图；图2为本发明具体实施示例中信号的部分采样数据；图3为本发明具体实施示例中标准化报警持续时间和标准化报警偏差关系图；图4为本发明具体实施示例中报警死区和滋扰报警持续时间比关系图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
技术领域：
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。图1为本发明的一种死区报警器的参数确定方法流程图。如图1所示，一种死区报警器的参数确定方法，包括：步骤1：获得报警变量的历史测量数据及其报警阈值xtp，其中N为数据长度，根据历史测量数据x(t)及报警阈值xtp，计算每次报警的报警持续时间和报警偏差。此处，报警持续时间是指每次报警事件从报警触发时刻到报警清除时刻之间的时间差；报警偏差是指每次报警事件中测量信号和报警阈值之间最大差值。其中ta,i和da,i分别代表第i次报警的报警持续时间和报警偏差。第i次报警持续时间为ta,i＝t1,i-t0,i+1，其中t0,i为第i次报警的报警触发时刻，t1,i为第i次报警的报警清除时刻。第i次报警偏差为da,i＝max{(x(t0,i)-xtp),x(t0,i+1)-xtp),L,(x(t1,i)-xtp))}。步骤2：报警持续时间和报警偏差进行标准化，因为工业中每个变量的单位可能都不相同，为了使所有变量的报警持续时间和报警偏差具有可比性，需要对报警持续时间和报警偏差进行标准化。标准化报警持续时间为报警持续时间与最大报警持续时间的比值，相似的，标准化报警偏差为报警偏差与最大报警偏差的比值。本发明中将工业标准EEMUA中关于报警延迟器的建议值作为最大报警持续时间，同时根据工业标准EEMUA中推荐的报警死区值与报警阈值xtp计算最大报警偏差。其中Ta,i和Da,i分别代表第i次报警的标准化报警持续时间和标准化报警偏差。标准化报警持续时间Ta,i＝ta,i/ta,max，其中ta,max为最大报警持续时间，如表1所示，本发明将工业标准EEMUA中对报警延迟器的建议值作为ta,max的默认值。标准化报警偏差Da,i＝da,i/da,max，其中da,max为最大报警偏差，da,max＝p·xtp，p为对应不同类型信号的比例，如表1所示，本发明将工业标准EEMUA中对报警死区的建议值作为p的默认值。表1.ta,max和p的默认值信号类型ta,maxp流量15s5％液位60s5％压力15s2％温度60s1％步骤3：根据标准化后的报警持续时间和报警偏差计算死区指数，死区指数通过对信号x(t)所有标准化报警持续时间和报警偏差进行线性最小二乘法拟合，并对拟合结果取反正切获得。然后计算死区指数在置信度95％下的置信区间，提出假设检验，其零假设为信号的死区指数等于临界值45°。通过假设检验判断，当拒绝零假设时，如果死区指数大于临界值，则可以判断该信号适合采用死区报警器，如果死区指数小于临界值，则该信号并不适合采用死区报警器；而当接受假设检验的零假设时，认为死区报警器和其他技术性能差距不大，是否应用死区报警器由现场操作人员根据具体情况确定。死区指数为θ＝arctan(s)，其中s为对标准化报警持续时间和报警偏差线性最小二乘法拟合的斜率，其中n为信号总报警数，死区指数是[0°,90°]范围内的角度。拟合斜率在置信度95％下的置信区间为[s-,s+]＝[s-1.96σs,s+1.96σs]，其中计算死区指数在置信度95％下的置信区间为[θ-,θ+]＝[θ-1.96σθ,θ+1.96σθ]，其中σθ＝arctan(σs)。考虑到死区指数θ的不确定性，我们提出了一个假设检验：H0:θ＝45°,H1:θ≠45°，对于零假设H0，在限制性水平α＝0.05下的接受域为[45-1.96σθ,45+1.96σθ]。当满足θ≥(45+1.96σθ)时，拒绝零假设，则该信号适合采用死区报警器，当θ≤(45-1.96σθ)时，表明该信号并不适合采用死区报警器。而当接受假设检验的零假设时，认为死区报警器和其他技术性能差距不大，是否使用死区报警器由现场操作人员确定。步骤4：计算最优报警死区值，本发明提出将滋扰报警持续时间比作为设计报警系统的性能指标，滋扰报警持续时间比的定义是滋扰报警的总持续时间占报警数据总时长的比值。当给出报警系统滋扰报警持续时间比的要求时，如滋扰报警持续时间比不超过f，计算得到满足要求的最小报警死区值即为最优的设计结果。具体的，当f＝0.05时，即滋扰报警持续时间比不超过0.05。已经给出滋扰报警持续时间比和死区d的关系为死区d增大时，会减小。当不超过0.05，时即可计算满足要求的死区d的范围，d的最小值即为设计结果。对于采用死区报警器的报警系统，其滋扰报警持续时间比为其中N为数据长度，d为死区，为不同报警死区值对应的报警信号，当发生报警时，为1，反之为0。当需设计的报警系统性能要求为滋扰报警持续时间比不超过f时，以此为目标，根据公式计算得到最小报警死区d即为满足要求的设计结果。以下是本发明所述方法在具体示例中的应用。给出一段历史数据x(t)。其中数据长度为40000，其部分采样数据如图2所示，报警阈值xtp为11(图2中红色虚线)。设计死区报警器使报警系统满足滋扰报警持续时间比不超过5％。第一步，首先根据x(t)和xtp计算该信号每个报警的报警持续时间和报警偏差。第二步，根据表1和xtp得到最大报警持续时间为ta,max＝60s、最大报警偏差为da,max＝0.05·xtp＝0.55，通过公式Ta,i＝ta,i/ta,max、Da,i＝da,i/da,max对每个报警的报警持续时间和报警偏差进行标准化。第三步，根据标准化结果计算死区指数及死区指数的置信区间。本示例中计算得死区指数为65.33°如图3中所示，置信区间为[64.12°,66.54°]如图3中蓝色虚线所示。提出一个假设检验：H0:θ＝45°,H1:θ≠45°，对于零假设H0，在限制性水平α＝0.05下的接受域为[43.79°,46.21°]。显然θ≥46.21°，因此可以得到结论该信号适合使用死区报警器。第四步，最后根据报警系统性能要求滋扰报警持续时间比不超过5％，根据公式计算得到满足要求的报警死区值，其中最小报警死区值0.34即为本示例的设计结果，如图4所示。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。当前第1页1 2 3