Data-Driven Fault Detection in a Thermocouple Network Using Neighboring Redundancy, XGBoost Classifier, and Up–Down Counter

冗余(工程) 故障检测与隔离 计算机科学 实时计算 热电偶 数据冗余 可靠性工程 工程类 数据挖掘 人工智能 执行机构 电气工程 操作系统
作者
Diego A. Velandia Cárdenas,Erwin Jose López Pulgarín,Jorge Sofrony
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (4): 5215-5223 被引量:3
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3342614
摘要

Fault detection and isolation (FDI) is of great interest for the control community since it can drive improved performance in a system by allowing predictive maintenance/repairing and catering for improved operational safety. FDI in large-scale smelting furnaces presents several challenges, as it requires the understanding of complex thermal and chemical reactions occurring inside the structure. Furthermore, the impossibility of having full operational information about the process makes the use of model-based methods very complex or unfeasible. This article introduces a methodology to develop a data-driven FDI system for the detection of incipient and intermittent failures in a network made out of 322 thermocouples located on the shell of the furnace. Statistical metrics over fault counter time windows (FTCWs) were used to identify different types of sensor failures, which led to establishing a baseline of known failure events and to create a dataset to train the machine learning (ML) classification models. A data-driven approach was proposed based on the sensors' physical (neighboring) redundancy, which led to some type of physical redundancy. A postprocessing stage was used to stabilize the model's response in time, determining that the proposed FDI system successfully detects faults while reducing reported false negatives.
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