Graph attention network with Granger causality map for fault detection and root cause diagnosis

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作者
Yingxiang Liu,Behnam Jafarpour
出处
期刊:Computers & Chemical Engineering [Elsevier BV]
卷期号:180: 108453-108453 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.compchemeng.2023.108453
摘要

Unsupervised data-driven methods are widely used for fault detection and diagnosis in modern industrial processes. However, previous studies have limitations in accurately distinguishing faults from normal feedback control system adjustments and promptly identifying root causes. To address these limitations, we propose a neural network model consisting of one-dimensional convolutional neural networks and a graph attention network (CNN-GAT) that uses a causal map derived from fault-free data using conditional Granger causality analysis. The CNN-GAT model produces a monitoring index that accurately reflects the operating conditions of the process and distinguishes faults from normal control adjustments. Using the causal map and prediction results from the CNN-GAT model, the root cause diagnosis can be performed promptly after faults are detected, allowing operators more time to deal with the fault. We demonstrate the performance of the proposed framework using the benchmark Tennessee Eastman process case studies and comparison with other fault detection methods.
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