JP5949032B2 - Pre-processing method and abnormality diagnosis device - Google Patents
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Description
本発明は、MT法を利用した異常診断の前処理として行われる前処理方法及び異常診断装置に関する。 The present invention relates to a preprocessing method and an abnormality diagnosis apparatus that are performed as preprocessing for abnormality diagnosis using the MT method.
プラント等、複数の機器を有するシステムは、複数の機器に対してそれぞれ条件を設定して運転される。また、このようなシステムでは、運転状態把握のため、複数のセンサで状態が計測されている。 A system having a plurality of devices such as a plant is operated by setting conditions for the plurality of devices. Further, in such a system, the state is measured by a plurality of sensors for grasping the operation state.
このようなシステムの異常は、これら複数の設定値や複数の計測値等を利用して検出することができる。例えば、各機器に対応するセンサの計測値が各センサの計測値毎に求められる上下限値を超えたときに異常と診断する方法がある。しかしながら、各センサの計測値毎に上下限値を設定する場合、使用する機器が増えると、上下限値の数も増えることとなり、異常検出用の値の管理、異常検出の処理が煩雑になる問題がある。 Such a system abnormality can be detected by using the plurality of setting values, the plurality of measurement values, and the like. For example, there is a method of diagnosing an abnormality when the measured value of a sensor corresponding to each device exceeds the upper and lower limit values obtained for each measured value of each sensor. However, when setting the upper and lower limit values for each measurement value of each sensor, the number of upper and lower limit values increases as the number of devices used increases, and the management of abnormality detection values and abnormality detection processing become complicated. There's a problem.
これに対し、MT法(マハラノビス・タグチメソッド)を用いた異常診断も提案されている(例えば、特許文献1参照)。MT法を利用する場合、現在の状態を特定する値(設定値や計測値)を、基準とする単位空間の値と比較することで、容易に異常を診断することができる。 On the other hand, abnormality diagnosis using the MT method (Mahalanobis Taguchi method) has also been proposed (see, for example, Patent Document 1). When the MT method is used, an abnormality can be easily diagnosed by comparing a value (setting value or measurement value) specifying the current state with a value of a unit space as a reference.
MT法では、異常の検出精度を上げる方法として、本質的には異常の診断で不要であり、診断精度を下げる項目(パラメータ)の値を除外することが考えられている。例えば、カウンタやタイマーのような時間経過とともに値が増え続ける特徴を有する項目(累積値項目)の値なども本質的には異常の診断に不要な項目である。除外対象の項目の決定には、各項目の異常診断における貢献度(SN比)を求め、これを直交表として表わし、貢献度の低い項目を不要と判定する方法が一般的である。 In the MT method, as a method for improving the detection accuracy of abnormality, it is essentially unnecessary for diagnosis of abnormality, and it is considered to exclude values of items (parameters) that lower the diagnosis accuracy. For example, the value of an item (cumulative value item) having a characteristic that the value continues to increase with the passage of time, such as a counter or a timer, is essentially an unnecessary item for abnormality diagnosis. In determining the items to be excluded, a method is generally used in which a contribution (SN ratio) in abnormality diagnosis of each item is obtained and expressed as an orthogonal table, and an item with a low contribution is determined to be unnecessary.
しかしながら、この直交表を使用する方法の場合、特有の誤差が含まれる。したがって、診断するオペレータが、直交表を参考にして除外対象の項目を選択するのが現状である。この際、オペレータの経験や知識に依存しており、仮に項目の選択を誤ると、異常の検出精度が劣る問題があった。また、異常診断に使用しない除外対象の項目を選択するためには、試行錯誤を繰り返すこともあり、異常の診断精度を確保するためには、時間がかかる問題があった。 However, the method using this orthogonal table includes a specific error. Therefore, the current situation is that the operator to be diagnosed selects items to be excluded with reference to the orthogonal table. At this time, it depends on the experience and knowledge of the operator, and if the item is selected incorrectly, there is a problem that the detection accuracy of the abnormality is poor. In addition, trial and error may be repeated to select items to be excluded that are not used for abnormality diagnosis, and there is a problem that it takes time to ensure the accuracy of abnormality diagnosis.
上述したように、従来のMT法を利用した異常診断の場合、異常の検出精度を向上することは困難であった。 As described above, in the case of abnormality diagnosis using the conventional MT method, it is difficult to improve abnormality detection accuracy.
上記課題に鑑み、本発明は、MT法を利用した異常診断における、異常の検出精度を向上する前処理方法及び異常診断装置を提供することを目的としている。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a preprocessing method and an abnormality diagnosis device that improve the accuracy of abnormality detection in abnormality diagnosis using the MT method.
上記目的を達成するために、本発明は、MT法による異常診断の前処理として、複数のパラメータから異常診断で除外するパラメータの候補を選択する前処理方法であって、各パラメータについて所定期間の値を利用してヒストグラムを生成するステップと、生成されたヒストグラムのうち、所定の正規分布に近似しないパラメータを、除外パラメータの候補とするステップとを有する。
また、本発明に係る異常診断装置は、異常診断の対象であるプラントの状態を特定する機器の設定値や測定値を含むパラメータの値を蓄積する蓄積データ記憶部と、マハラノビス空間を特定する所定条件の場合の過去のプラントの状態を表すパラメータの値を含むデータを単位空間データとして記憶する単位空間データ記憶部と、前処理をするタイミングで、前記蓄積データ記憶部から蓄積データを読み出し、読み出した蓄積データが有する各パラメータについて、所定期間の値を利用してヒストグラムを生成する生成部と、前記生成部が生成した各パラメータについてのヒストグラムが、正規分布に近似するか否かを判定するとともに、正規分布に近似しないヒストグラムのパラメータについて、異常診断の際に除外する除外パラメータとして決定する決定部と、異常を診断する所定のタイミングで、前記決定部の判断に応じて、解析に用いるパラメータのみを有する単位データを蓄積データから抽出して単位空間データ記憶部に記憶し前記単位空間データ記憶部から読み出した単位空間データが有する各パラメータの値と、前記プラントから入力した新たなパラメータの値とを利用し、前記決定部で除外パラメータとされたパラメータを除いた状態でマハラノビス距離を求める算出部と、前記算出部で求められたマハラノビス距離を利用して前記プラントの異常有無を判定する診断部と、を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a preprocessing method for selecting candidate parameters to be excluded from an abnormality diagnosis from a plurality of parameters as preprocessing for abnormality diagnosis by the MT method. The method includes a step of generating a histogram using values, and a step of setting a parameter that does not approximate a predetermined normal distribution in the generated histogram as a candidate for an exclusion parameter.
In addition, the abnormality diagnosis apparatus according to the present invention includes an accumulated data storage unit that accumulates values of parameters including set values and measurement values of equipment that identifies the state of a plant that is an object of abnormality diagnosis, and a predetermined that identifies Mahalanobis space. In the case of conditions, the unit space data storage unit that stores data including parameter values representing the state of the past plant as unit space data, and the accumulated data is read out from the accumulated data storage unit at the timing of preprocessing For each parameter of the accumulated data, a generation unit that generates a histogram using a value of a predetermined period, and whether or not the histogram for each parameter generated by the generation unit approximates a normal distribution For the histogram parameters that do not approximate the normal distribution, And at a predetermined timing for diagnosing abnormality, unit data having only parameters used for analysis is extracted from accumulated data and stored in a unit space data storage unit according to the determination of the determination unit. Mahalanobis in a state where the parameter values included in the unit space data read from the unit space data storage unit and the new parameter values input from the plant are excluded, and the parameters excluded by the determination unit are excluded. It is characterized by comprising a calculation unit for obtaining a distance, and a diagnosis unit for determining the presence or absence of abnormality of the plant using the Mahalanobis distance obtained by the calculation unit.
本発明によれば、MT法を利用した異常診断における、異常の検出精度を向上することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abnormality detection precision in abnormality diagnosis using MT method can be improved.
図面を参照して、本発明に係る前処理方法について説明する。本発明に係る前処理方法は、MT法を利用した異常診断の前処理として実施されるものである。例えば、異常診断は、複数の機器を有するプラントの異常を検出するものである。また、本発明に係る前処理方法は、複数の機器についてのパラメータから、異常診断の際に除外するパラメータの候補を選択する方法である。 A preprocessing method according to the present invention will be described with reference to the drawings. The pretreatment method according to the present invention is implemented as a pretreatment for abnormality diagnosis using the MT method. For example, abnormality diagnosis detects abnormality of a plant having a plurality of devices. The pre-processing method according to the present invention is a method for selecting parameter candidates to be excluded from abnormality diagnosis from parameters for a plurality of devices.
例えば、異常診断で対象とするプラントは、発電プラントである。発電プラントは、複数の機器(バルブ、ポンプ等)を備えており、これらの機器を制御する値が設定値として設定されている。この設定値は、例えば、ポンプの圧力、バルブの開閉等である。また、発電プラントでは、複数のセンサを備えており、各センサで温度、圧力、発電量等の計測値が計測されている。したがって、本発明に係る前処理方法では、これらの設定値や計測値の中から、異常の診断の際に除外するパラメータの候補を選択する。 For example, the plant targeted for abnormality diagnosis is a power plant. The power plant includes a plurality of devices (valves, pumps, etc.), and values for controlling these devices are set as set values. This set value is, for example, a pump pressure, a valve opening / closing, or the like. In addition, the power plant includes a plurality of sensors, and each sensor measures a measured value such as temperature, pressure, and power generation amount. Therefore, in the pre-processing method according to the present invention, parameter candidates to be excluded at the time of abnormality diagnosis are selected from these set values and measured values.
MT法による異常診断では、基礎となる設定値や計測値によって予め単位空間を生成し、診断時の設定値や計測値をこの基準の単位空間の値と比較して異常診断を行う。この、MT法は、「いつもと同じ」状態であるかどうかを診断するものであり、予め設定したいつもと同じ状態を表す単位空間であるマハラノビス空間を基準として、求めた診断対象のマハラノビス距離が、このマハラノビス空間より遠くなるときに異常と診断する方法である。 In the abnormality diagnosis by the MT method, a unit space is generated in advance based on the set values and measurement values that are the basis, and the abnormality diagnosis is performed by comparing the set values and measurement values at the time of diagnosis with the values of the reference unit space. This MT method is used to diagnose whether or not the state is “same as usual”, and the Mahalanobis distance of the object to be diagnosed is determined based on the Mahalanobis space that is a unit space that represents the same state as usual. This is a method for diagnosing an abnormality when it is farther than this Mahalanobis space.
本発明に係る前処理方法は、例えば、図1に示す異常診断装置1において実行される。例えば、異常診断装置1は、異常診断のために、算出部13、診断部14及び更新部15を備えている。また、異常診断装置1は、本発明に係る前処理方法を実行するために、生成部11と、決定部12とを備えている。
The preprocessing method according to the present invention is executed in, for example, the
異常診断装置1は、例えば、中央処理装置(CPU)10や記憶装置20を備える情報処理装置であって、記憶装置20に記憶される異常診断プログラムP1が読みだされて実行されることで、図1に示すように、CPU10に算出部13、診断部14及び更新部15が実装される。また、異常診断装置1では、記憶装置20に記憶される前処理プログラムP2が読みだされて実行されることで、図1に示すように、CPU10に生成部11及び決定部12が実装される。
The
異常診断装置1の記憶装置20は、異常診断プログラムP1及び前処理プログラムP2を記憶する他、蓄積データを記憶する蓄積データ記憶部21及び単位空間データを記憶する単位空間データ記憶部22を有している。
The
さらに、異常診断装置1は、入力装置2及び出力装置3と接続されている。入力装置2は、キーボードや操作ボタン等であって、操作信号や選択信号を入力して異常診断装置1に送信する。また、出力装置3は、ディスプレイ等であって、異常診断装置1から診断結果や処理結果を受信して出力する。
Further, the
蓄積データ記憶部21で記憶される蓄積データは、異常診断の対象であるプラントの状態を特定する機器の設定値や測定値などのパラメータ値を蓄積するデータである。例えば、「時刻」に、過去のプラントの状態を表すパラメータであるプラントの運転の「設定値」や当該設定値の場合にプラントで測定された「測定値」を含むレコードを蓄積したデータである。
The accumulated data stored in the accumulated
単位空間データ記憶部22で記憶される単位空間データは、マハラノビス空間を特定する所定条件の場合の過去のプラントの状態を表すパラメータの値の履歴と、各平均値と、各パラメータの標準偏差と、各パラメータについての相関行列の逆行列とに、マハラノビス空間に設定された判定値を関連付けたデータである。
The unit space data stored in the unit space
生成部11は、前処理をするタイミングで、蓄積データ記憶部21から蓄積データを読み出す。ここで、前処理をするタイミングとは、例えば、蓄積データに一定期間のデータが蓄積されたタイミングである。また、生成部11は、読み出した蓄積データが有する各パラメータについて、所定期間の値でヒストグラムを生成する。
The
決定部12は、生成部11が生成した各パラメータについてのヒストグラムを、正規分布に近似するか否か判定する。また、決定部12は、正規分布に近似しないヒストグラムのパラメータについて、異常診断の際に除外する除外パラメータの候補として決定し、出力装置3に出力する。その後、入力装置2を介してこの除外パラメータの候補を除外パラメータとして選択する信号を入力装置2を介して入力すると、決定部12は、このパラメータを「除外パラメータ」として決定し、その結果を算出部13に出力する。
The
算出部13は、異常を診断する所定のタイミングで、単位空間データ記憶部22から単位空間データを読み出す。ここで、異常を診断する所定のタイミングとは、例えば、定期的なタイミングである。
The
また、算出部13は、読み出した単位空間データが有する各パラメータの値(変数)の平均値と標準偏差、各パラメータの値についての相関行列の逆行列と、異常を診断する所定のタイミングでプラントから入力した新たなパラメータの値とを利用して、一般的なマハラノビス距離の算出方法でマハラノビス距離を求め、求めた値を診断部14に出力する。具体的には、算出部13は、まず、各パラメータの値と、各パラメータに対して求めた平均値及び標準偏差を利用してデータを基準化し、各パラメータに対する基準化値を求める。算出部13は、続いて、各パラメータの基準化値と求めた逆行列を利用してマハラノビス距離を求める。
In addition, the
ここで、決定部12において、いずれかのパラメータが「除外パラメータ」として決定されているとき、算出部13は、この「除外パラメータ」については除いた各パラメータの値を利用して、マハラノビス距離を求める。
Here, when any parameter is determined as an “exclusion parameter” in the
診断部14は、算出部13からマハラノビス距離を入力すると、単位空間データ記憶部22から単位空間データを読み出し、読み出した単位空間データが有する判定値を抽出する。また、診断部14は、算出部13から入力したマハラノビス距離を、単位空間データから抽出した判定値と比較し、プラントの運転状態が正常であるか異常であるかを判定し、判定結果を出力装置3に出力する。
When the
更新部15は、プラントから新たに各パラメータの値を入力すると、入力した各パラメータの値及び値の入力時刻を含む新たなレコードを生成し、生成したレコードを追加して蓄積データ記憶部21に記憶される蓄積データを更新する。
When the value of each parameter is newly input from the plant, the
図2(a)は、マハラノビス距離を求める場合の各パラメータの貢献度を示す直交表である。例えば、パラメータが133ある場合に、この133全てのパラメータを利用してマハラノビス距離を求め、各パラメータのマハラノビス距離を求める際の貢献度を求めて、求めた貢献度を順に表わしたグラフが図2(a)で示すグラフである。なお、マハラノビス距離を求める際のSN比が、貢献度となる。 FIG. 2A is an orthogonal table showing the contribution of each parameter when the Mahalanobis distance is obtained. For example, when there are 133 parameters, the Mahalanobis distance is obtained using all the parameters of 133, and the contribution when obtaining the Mahalanobis distance of each parameter is obtained. It is a graph shown by (a). The S / N ratio when obtaining the Mahalanobis distance is the contribution.
図2(a)に示すような直交表を用いてパラメータの選択を行う場合、貢献度の低いパラメータを除外している。しかしながら、例えば、貢献度上位(例えば、5位)のパラメータであるとしても、実際には、異常診断の精度を下げるものもある。また、貢献度は下位のパラメータであるとしても、実際には、このパラメータを除いて異常を診断した場合、異常診断の精度を下げるものもある。 When parameters are selected using an orthogonal table as shown in FIG. 2A, parameters with low contribution are excluded. However, for example, even if the parameter is a higher contribution level (for example, fifth place), there are actually cases where the accuracy of abnormality diagnosis is lowered. Even if the contribution level is a low-order parameter, in reality, when the abnormality is diagnosed except for this parameter, the accuracy of the abnormality diagnosis may be lowered.
図2(b)は、生成部11によって、図2(a)で貢献度5位のパラメータについて、一定期間のデータで生成されたヒストグラムである。なお、図2(b)において、横軸はパラメータの値であり、縦軸はこの値が得られた回数である。ここで、MT法は正規分布のパラメータを使用することを前提とする方法である。したがって、パラメータのヒストグラムが、図2(b)のように表わされる場合、このパラメータは正規分布ではないことが明らかである。そのため、決定部12は、このパラメータを、MT法を使用する異常診断では除外することが好ましいパラメータ、すなわち、除外パラメータの候補と決定する。
FIG. 2B is a histogram generated by the
図3(a)は、入力するパラメータの値について除外することなく、全てのパラメータを使用して求めたマハラノビス距離の変化を表すグラフである。また、図3(b)は、生成部11によって生成された各パラメータのヒストグラムを利用して、ヒストグラムが正規分布でないパラメータの値は除外して求めたマハラノビス距離の変化を表すグラフである。なお、図3では、横軸は時間であり、縦軸は、各時間のパラメータの値を利用して求めたマハラノビス距離である。
FIG. 3A is a graph showing changes in Mahalanobis distance obtained using all parameters without excluding the input parameter values. FIG. 3B is a graph showing a change in the Mahalanobis distance obtained by using the histogram of each parameter generated by the
図3(a)のグラフの場合、マハラノビス距離が長くなっている期間も数回あるものの、時間の経過に伴ってマハラノビス距離が長くなる傾向にある。したがって、図3(a)に示すように、全てのパラメータを使用した場合、一定時間を経過した後は、全て異常と診断されることになり、異常診断の精度が低いことがわかる。 In the case of the graph in FIG. 3A, the Mahalanobis distance tends to increase with the passage of time, although the Mahalanobis distance is increased several times. Therefore, as shown in FIG. 3A, when all the parameters are used, it is understood that after a predetermined time has passed, all are diagnosed as abnormal, and the accuracy of abnormality diagnosis is low.
これに対し、図3(b)のグラフの場合、時間の経過に伴ってマハラノビス距離が長くなることはなく、マハラノビス距離が長くなっている期間は1回に限定され、その他は安定している。したがって、異常と診断されるのは、実際に異常が発生した期間のみに限定され、異常診断の精度が高いことがわかかる。 On the other hand, in the case of the graph of FIG. 3B, the Mahalanobis distance does not increase with time, the period during which the Mahalanobis distance is increased is limited to one time, and the others are stable. . Therefore, it can be seen that an abnormality is diagnosed only during a period in which an abnormality actually occurs and the accuracy of the abnormality diagnosis is high.
上述したように、本発明に係る前処理方法によれば、各パラメータについてヒストグラムを生成し、正規分布に近似しないパラメータについては除外の候補と決定することができる。また、上述した前処理方法を利用する場合、オペレータの経験や知識に依存することなく、除外パラメータの候補を決定することができる。したがって、本発明に係る前処理方法で前処理された後に異常診断を行う場合、前処理で決定された除外パラメータの候補から実際に除外する候補を決定してマハラノビス距離を求めることで、容易に異常診断の精度を向上することができる。 As described above, according to the preprocessing method of the present invention, a histogram is generated for each parameter, and parameters that do not approximate the normal distribution can be determined as candidates for exclusion. Further, when using the above-described preprocessing method, it is possible to determine candidates for exclusion parameters without depending on the experience and knowledge of the operator. Therefore, when performing an abnormality diagnosis after pre-processing by the pre-processing method according to the present invention, it is easy to determine the Mahalanobis distance by determining candidates to be actually excluded from the exclusion parameter candidates determined by the pre-processing. The accuracy of abnormality diagnosis can be improved.
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims.
1…異常診断装置
10…CPU
11…生成部
12…決定部
13…算出部
14…診断部
15…更新部
20…記憶装置
21…蓄積データ記憶部
22…単位空間データ記憶部
2…入力装置
3…出力装置
1 ...
DESCRIPTION OF
Claims (2)
蓄積データ記憶部に一定期間のパラメータが蓄積されたタイミングを前処理をするタイミングとし、蓄積された各パラメータについて所定期間の値を利用してヒストグラムを生成するステップと、
生成されたヒストグラムのうち、所定の正規分布に近似しないパラメータを、除外パラメータの候補とするステップと、
を有することを特徴とする前処理方法。 As a pre-process for abnormality diagnosis by MT method, a pre-processing method for selecting parameter candidates to be excluded from abnormality diagnosis from a plurality of parameters,
Generating a histogram using the value of a predetermined period for each accumulated parameter , with the timing at which the parameter for a certain period is accumulated in the accumulated data storage unit as a timing for preprocessing ;
Of the generated histogram, a parameter that does not approximate a predetermined normal distribution is set as an exclusion parameter candidate; and
A pre-processing method comprising:
マハラノビス空間を特定する所定条件の場合の過去のプラントの状態を表すパラメータの値を含むデータを単位空間データとして記憶する単位空間データ記憶部と、
蓄積データ記憶部に一定期間のパラメータが蓄積されたタイミングを前処理をするタイミングとし、前記蓄積データ記憶部から蓄積データを読み出し、読み出した蓄積データが有する各パラメータについて、所定期間の値を利用してヒストグラムを生成する生成部と、
前記生成部が生成した各パラメータについてのヒストグラムが、正規分布に近似するか否かを判定するとともに、正規分布に近似しないヒストグラムのパラメータについて、異常診断の際に除外する除外パラメータとして決定する決定部と、
異常を診断する所定のタイミングで、前記決定部の判断に応じて、解析に用いるパラメータのみを有する単位データを蓄積データから抽出して単位空間データ記憶部に記憶し前記単位空間データ記憶部から読み出した単位空間データが有する各パラメータの値と、前記プラントから入力した新たなパラメータの値とを利用し、前記決定部で除外パラメータとされたパラメータを除いた状態でマハラノビス距離を求める算出部と、
前記算出部で求められたマハラノビス距離を利用して前記プラントの異常有無を判定する診断部と、
を備えることを特徴とする異常診断装置。 An accumulated data storage unit that accumulates parameter values including set values and measured values of equipment that identifies the state of the plant that is the target of abnormality diagnosis;
A unit space data storage unit that stores data including values of parameters representing the state of the past plant in the case of a predetermined condition for specifying the Mahalanobis space as unit space data;
The timing at which the parameters for a certain period are accumulated in the accumulated data storage unit is used as the preprocessing timing, the accumulated data is read from the accumulated data storage unit, and the value of the predetermined period is used for each parameter of the accumulated data read. A generator for generating a histogram,
A determination unit that determines whether or not a histogram for each parameter generated by the generation unit approximates a normal distribution, and determines a parameter of a histogram that does not approximate a normal distribution as an excluded parameter to be excluded at the time of abnormality diagnosis When,
At a predetermined timing for diagnosing an abnormality, unit data having only parameters used for analysis is extracted from stored data, stored in the unit space data storage unit, and read from the unit space data storage unit according to the determination of the determination unit The calculation unit for obtaining the Mahalanobis distance in a state where the parameter value excluded from the determination unit is used, using the value of each parameter included in the unit space data and the value of the new parameter input from the plant,
A diagnostic unit for determining the presence or absence of abnormality of the plant using the Mahalanobis distance obtained by the calculation unit;
An abnormality diagnosis apparatus comprising:
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