In this thesis, an anomaly detection framework is assessed and fine-tuned to detect and explain anomalies in a power station, where EtherCAT, an Industrial Control System, is employed for monitoring. The chosen framework is based on a previously published Graph Neural Network (GNN) model, utilizing attention mechanisms to capture complex relationships between diverse measurements within the EtherCAT system. To address the challenges in graph learning and improve model performance and computational efficiency, the study introduces a novel similarity thresholding approach. This approach dynamically selects the number of neighbors for each node based on their similarity instead of adhering to a fixed 'k' value, thus making the learning process more adaptive and efficient. Further in the exploration, the study integrates Extreme Value Theory (EVT) into the framework to set the anomaly detection threshold and assess its effectiveness. The effect of temporal features on model performance is examined, and the role of seconds of the day as a temporal feature is notably highlighted. These various methodological innovations aim to refine the application of the attention based GNN framework to the EtherCAT system. The results obtained in this study illustrate that the similarity thresholding approach significantly improves the model's F1 score compared to the standard TopK approach. The inclusion of seconds of the day as a temporal feature led to modest improvements in model performance, and the application of EVT as a thresholding technique was explored, although it did not yield significant benefits in this context. Despite the limitations, including the utilization of a single-day dataset for training, the thesis provides valuable insights for the detection of anomalies in EtherCAT systems, contributing both to the literature and the practitioners in the field. It lays the groundwork for future research in this domain, highlighting key areas for further exploration such as larger datasets, alternative anomaly detection techniques, and the application of the framework in streaming data environments. / I denna avhandling utvärderas och finslipas ett ramverk för att detektera och förklara anomalier på ett kraftverk, där EtherCAT, ett industriellt styrsystem, används för övervakning. Det valda ramverket är baserat på en tidigare publicerad graf neurala nätverksmodell (GNN) som använder uppmärksamhetsmekanismer för att fånga komplexa samband mellan olika mätningar inom EtherCAT-systemet. För att hantera utmaningar inom grafiskt lärande och förbättra modellens prestanda och beräkningseffektivitet introducerar studien en ny metod för likhetsgränsdragning. Denna metod väljer dynamiskt antalet grannar för varje nod baserat på deras likhet istället för att hålla sig till ett fast 'k'-värde, vilket gör inlärningsprocessen mer anpassningsbar och effektiv. I en vidare undersökning integrerar studien extremvärdesteori (EVT) i ramverket för att sätta tröskeln för detektering av anomalier och utvärdera dess effektivitet. Effekten av tidsberoende egenskaper på modellens prestanda undersöks, och sekunder av dagen som en tidsberoende egenskap framhävs särskilt. Dessa olika metodologiska innovationer syftar till att förädla användningen av det uppmärksamhetsbaserade GNN-ramverket på EtherCAT-systemet. Resultaten som erhållits i denna studie illustrerar att likhetsgränsdragning väsentligt förbättrar modellens F1-poäng jämfört med den standardiserade TopK-metoden. Inkluderingen av sekunder av dagen som en tidsberoende egenskap ledde till blygsamma förbättringar i modellens prestanda, och användningen av EVT som en tröskelmetod undersöktes, även om den inte gav några betydande fördelar i detta sammanhang. Trots begränsningarna, inklusive användningen av ett dataset för endast en dag för träning, ger avhandlingen värdefulla insikter för detektering av anomalier i EtherCAT-system, och bidrar både till litteraturen och praktiker inom området. Den lägger grunden för framtida forskning inom detta område, och belyser nyckelområden för ytterligare utforskning såsom större dataset, alternativa tekniker för detektering av anomalier och tillämpningen av ramverket i strömmande data-miljöer.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-335221 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Barth, Niklas |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2023:591 |
Page generated in 0.0029 seconds