JP6347771B2 - Abnormality diagnosis apparatus, abnormality diagnosis method, and abnormality diagnosis program - Google Patents
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Description
本発明はプラントの異常を診断する異常診断装置、異常診断方法及び異常診断プログラムに関する。 The present invention relates to an abnormality diagnosis device, an abnormality diagnosis method, and an abnormality diagnosis program for diagnosing plant abnormality.
プラントは、複数の機器が様々な条件で運転されている。また、プラントでは、複数のセンサを利用して状態が計測されている。プラントの異常は、この複数の条件値や、複数のセンサの計測値から検出することができるが、例えば、各センサの計測値が各センサの計測値毎に定められる上下限値(閾値)を超えたときに異常と判断する方法が主流である。一方、各センサの計測値毎に上下限値を設定する場合、使用するセンサを増やすと上下限値の数も増やす必要があり、異常判定用の値の管理が複雑になる問題があった。 In the plant, a plurality of devices are operated under various conditions. In the plant, the state is measured using a plurality of sensors. An abnormality of the plant can be detected from the plurality of condition values and the measurement values of the plurality of sensors. For example, the upper and lower limit values (threshold values) determined for the measurement values of the sensors by the measurement values of the sensors are set. The mainstream method is to determine that there is an abnormality when the number is exceeded. On the other hand, when the upper and lower limit values are set for each measured value of each sensor, it is necessary to increase the number of upper and lower limit values when the number of sensors to be used is increased.
これに対し、近年、MT法(マハラノビス・タグチメソッド)というパターン認識技術を用いて異常を診断する技術もある。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マハラノビス空間の中心を基準として、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判断する方法である。具体的には、センサの計測データを複数のグループに分け、それぞれのグループ毎に単位空間を生成し、MT法を利用して異常を診断するものがある(例えば、特許文献1参照)。 On the other hand, in recent years, there is also a technique for diagnosing abnormality using a pattern recognition technique called MT method (Mahalanobis Taguchi method). The MT method is for diagnosing whether or not the state is “same as usual”, and the Mahalanobis distance of the object to be diagnosed is determined from the Mahalanobis space based on the center of the Mahalanobis space that represents the same state as usual. This is a method for determining an abnormality when going far. Specifically, there is one that divides sensor measurement data into a plurality of groups, generates a unit space for each group, and diagnoses an abnormality using the MT method (see, for example, Patent Document 1).
ここで、正常であっても、運転負荷、季節、又は時間等によって状態が変動する。したがって、診断する時点におけるプラントの状態に合わせた単位空間を利用して診断することが望ましい。一方、自動制御で自動的に状態が変わる場合、リアルタイムでプラントの状態を判断して単位空間を生成することは困難であった。 Here, even if it is normal, the state varies depending on the driving load, season, time, or the like. Therefore, it is desirable to make a diagnosis using a unit space that matches the state of the plant at the time of diagnosis. On the other hand, when the state is automatically changed by automatic control, it is difficult to generate a unit space by judging the state of the plant in real time.
上述したように、プラントのリアルタイムな状態に応じて、高精度で異常診断することは困難であった。 As described above, it is difficult to diagnose an abnormality with high accuracy according to the real-time state of the plant.
上記課題に鑑み、プラントのリアルタイムな状態に応じて、高精度で異常診断する異常診断装置、異常診断方法及び異常診断プログラム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 an abnormality diagnosis device, an abnormality diagnosis method, and an abnormality diagnosis program that perform an abnormality diagnosis with high accuracy according to a real-time state of a plant.
上記目的を達成するために、本発明は、プラントの異常を診断する異常診断装置であって、プラントの運転状態を表す変数を含むレコードから成るグループが記憶されるグループデータ記憶部と、所定のタイミングで繰り返し、前記グループデータ記憶部から読み出された複数のグループの各々について、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第1算出部と、前記複数のグループのうち前記マハラノビス距離が最小であるグループを選択する選択部と、異常を診断する所定のタイミングで、前記グループデータ記憶部から読み出された前記選択部が選択したグループについて、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第2算出部と、前記第2算出部で算出されたマハラノビス距離を利用してプラントの状態を判定する診断部とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an abnormality diagnosis device for diagnosing plant abnormality, a group data storage unit in which a group including records including variables representing the operation state of a plant is stored, and a predetermined data For each of the plurality of groups read from the group data storage unit repeatedly at the timing, the value of the variable included in the group and the value of the variable representing the new state of the plant corresponding to the variable are used. A first calculation unit for calculating the Mahalanobis distance, a selection unit for selecting the group having the smallest Mahalanobis distance from the plurality of groups, and reading from the group data storage unit at a predetermined timing for diagnosing abnormality. For the group selected by the selected selection unit, the value of the variable included in the group and the previous value corresponding to the variable A second calculation unit that calculates a Mahalanobis distance using a value of a variable that represents a new state of the plant, and a diagnosis unit that determines the state of the plant using the Mahalanobis distance calculated by the second calculation unit; It is characterized by providing.
また、本発明は、プラントの異常を診断する異常診断装置で行う異常診断方法であって、プラントの運転状態を表す変数を含むレコードから成るグループが記憶されるグループデータ記憶部から、所定のタイミングで繰り返し読み出された複数のグループの各々について、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第1の算出ステップと、前記複数のグループのうち前記マハラノビス距離が最小であるグループを選択する選択ステップと、異常を診断する所定のタイミングで、前記グループデータ記憶部から読み出され前記選択ステップで選択されたグループについて、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第2の算出ステップと、前記第2の算出ステップで算出されたマハラノビス距離を利用してプラントの状態を判定する診断ステップとを備えることを特徴とする。 The present invention also relates to an abnormality diagnosis method performed by an abnormality diagnosis apparatus for diagnosing plant abnormality, wherein a predetermined timing is obtained from a group data storage unit in which a group including records including variables representing the operation state of a plant is stored. First, the Mahalanobis distance is calculated for each of the plurality of groups read repeatedly in the above using the value of the variable included in the group and the value of the variable representing the new state of the plant corresponding to the variable. 1 calculation step, a selection step of selecting the group having the smallest Mahalanobis distance among the plurality of groups, and reading from the group data storage unit at a predetermined timing for diagnosing an abnormality and selecting in the selection step The value of the variable included in the group and the plant corresponding to the variable A second calculation step of calculating a Mahalanobis distance using a value of a variable representing a new state, and a diagnosis step of determining a plant state using the Mahalanobis distance calculated in the second calculation step; It is characterized by providing.
さらに、本発明は、前記異常診断装置としてコンピュータを機能させることを特徴とする異常診断プログラムである。 Furthermore, the present invention is an abnormality diagnosis program that causes a computer to function as the abnormality diagnosis apparatus.
本発明によれば、プラントの異常診断の精度を向上させることができる。 According to the present invention, the accuracy of plant abnormality diagnosis can be improved.
実施形態に係る異常診断装置は、プラントの運転の異常を診断する異常診断装置である。例えば、異常診断装置が診断するプラントは、発電プラントである。発電プラントは、複数の機器(ポンプ、バルブ等)を備えており、これらの機器を制御する値が目標値として設定されている。この目標値は、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、各センサで吸気量、排気量、発電量等が計測されている。 The abnormality diagnosis apparatus according to the embodiment is an abnormality diagnosis apparatus that diagnoses an abnormality in plant operation. For example, the plant diagnosed by the abnormality diagnosis device is a power plant. The power plant includes a plurality of devices (pumps, valves, etc.), and values for controlling these devices are set as target values. This target value is, for example, the pressure of the pump, the opening / closing of a valve, or the like. In addition, the power plant includes a plurality of sensors, and each sensor measures the intake air amount, the exhaust air amount, the power generation amount, and the like.
さらに、発電プラントでは、様々なモードが設定可能であって、このモードによって各機器に設定する目標値、各センサで計測される計測値が異なる。例えば、発電プラントでは、常に一定量の電力を発電する必要はなく、電力需要に合わせて発電する。したがって、時間帯、曜日、季節等に合わせて複数のモードが規定されており、設定されているモード毎に各機器の目標値が異なる。また、各機器の目標値が異なることにより、設定されるモード毎に各センサの計測値も異なる。 Furthermore, in a power plant, various modes can be set, and the target value set for each device and the measured value measured by each sensor differ depending on this mode. For example, in a power plant, it is not always necessary to generate a certain amount of power, and power is generated in accordance with power demand. Therefore, a plurality of modes are defined according to the time zone, day of the week, season, etc., and the target value of each device differs for each set mode. Moreover, since the target value of each device is different, the measured value of each sensor is different for each set mode.
図1に示すように、実施形態に係る異常診断装置1は、プラントから入力した新たな変数で蓄積データ21を更新する更新部11と、異常の診断に利用するグループを生成し、各グループに診断で利用する判定値を設定してグループデータ22として記憶させる生成部12と、プラントから新たに入力する変数とグループデータ22の変数を利用して複数のグループについてマハラノビス距離を算出する第1算出部13と、第1算出部13が算出したマハラノビス距離のうち最小値のグループを選択する選択部14と、プラントから新たに入力した変数と選択部14が選択したグループのグループデータ22の変数とを利用してマハラノビス距離を算出する第2算出部15と、第2算出部15が算出したマハラノビス距離を判定値と比較して異常を診断する診断部16とを備えている。
As shown in FIG. 1, 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Pが読み出されて実行されることで、図1に示すように、CPU10に更新部11、生成部12、第1算出部13、選択部14、第2算出部15及び診断部16が実装される。記憶装置20では、異常診断プログラムPの他、蓄積データ21及びグループデータ22を記憶している。また、異常診断装置1は、操作を入力するキーボード、マウス、操作ボタン、タッチパネル等の入力装置2と接続されており、異常診断の処理過程や結果を出力するディスプレイ、スピーカ等の出力装置3と接続されている。
The
更新部11は、プラントから新たに各変数の値を入力すると、入力した各変数の値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記憶装置20に記憶される蓄積データ21を更新する。
When the value of each variable is newly input from the plant, the
蓄積データ21は、過去のプラントの状態を表す変数のレコードを蓄積したデータである。蓄積データ21の変数は、プラントの運転の条件値及び当該条件値の場合にプラントで計測された計測値である。図2に示す一例では、蓄積データ21は、プラントの運転の条件値であるプラントの各機器に設定する目標値(変数1、2)と、このモード及び目標値の場合に計測された計測値(変数4、5)等を関連づけたレコードを有している。また、図2に示す蓄積データ21の一例では、各レコードに時刻等のサンプル番号を付している。
The accumulated
生成部12は、グループを生成する所定のタイミングで、記憶装置20から蓄積データ21を読み出し、変数が所定の抽出条件を満たすレコードを抽出して複数のグループを生成する。この抽出条件は、例えば、入力装置2を介して入力される。例えば、変数1や変数2(目標値)の値、変数4や変数5(計測値)の値のいずれか一つを抽出条件としても良いし、複数の変数の値の組み合わせを抽出条件としても良い。生成部12は、生成した複数のグループにプラントの異常診断に利用する判定値を設定し、グループの各変数の値と判定値とを含むグループデータ22を生成して記憶装置20に記憶する。
The
なお、図1の一例では、記憶装置20には1つのグループデータ22を記憶するものとして示しているが、記憶装置20では、各グループについてのグループデータ22を記憶するものとする。
In the example of FIG. 1, the
ここで、生成部12がグループを生成する所定のタイミングは、例えば、定期的なタイミングや、入力装置2を介して入力されるタイミングである。また、生成部12で判定値とする値は、このグループについて求められるマハラノビス空間を表す値である。この判定値は、例えば、入力装置2を介して入力される。
Here, the predetermined timing at which the
第1算出部13は、異常の診断に利用するグループを選択する所定のタイミングで、記憶装置20から各グループのグループデータ22を読み出し、読み出したグループデータ22が有する各変数の値を抽出する。また、第1算出部13は、グループデータ22から抽出した各変数の値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変数とを利用して、各グループのマハラノビス距離を求め、求めた値を選択部14に出力する。ここで、異常の診断に利用するグループを選択する所定のタイミングとは、例えば、定期的なタイミングや診断部16によって異常と診断されたタイミングである。
The
具体的には、(1)まず、第1算出部13は、各変数に対して平均値と標準偏差を求める。(2)その後、第1算出部13は、各変数の値と、各変数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、各変数に対する基準化値を求める。(3)続いて、第1算出部13は、各変数に対して求めた基準化値を利用して、各変数についての相関行列を求めるとともに、相関行列の逆行列を求める。(4)最後に、第1算出部13は、求めた逆行列を利用してマハラノビス距離を求める。このようにして求められたマハラノビス距離により、対象のグループの値について現在の状態といつもの状態との違いを特定することができ、プラントにおける現在の状態といつもの状態との違いを求めることができる。
Specifically, (1) First, the
選択部14は、第1算出部13から各グループのマハラノビス距離を入力すると、入力した複数のマハラノビス距離から最小値を選択し、この最小値のグループを異常の診断に利用するグループとして選択する。
When the
第2算出部15は、異常を診断する所定のタイミングで、記憶装置20から選択部14で選択された異常の診断に使用するグループのグループデータ22を読み出し、読み出したグループデータ22が有する各変数の値を抽出する。また、第2算出部15は、グループデータ22から抽出した各変数の値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変数とを利用して、マハラノビス距離を求め、診断部16に求めた値を出力する。第2算出部15におけるマハラノビス距離の算出方法も第1算出部13における算出方法と同様である。
The
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。また、第2算出部15は、第1算出部13よりも短い時間間隔でマハラノビス距離を算出する。すなわち、異常診断装置1では、第1算出部13が算出した複数のマハラノビス距離を利用し、選択部14が異常の診断に利用するグループを選択する。その後、第2算出部15は、選択部14が選択したグループを利用してプラントの異常を診断するためのマハラノビス距離の算出を継続するが、プラントの状態に合わせたグループを選択するため、第1算出部13がグループを確認するタイミングで再びマハラノビス距離を算出する。したがって、第2算出部15は、第1算出部13より短いタイムスパンでマハラノビス距離を算出する。
Here, the predetermined timing for diagnosing abnormality is, for example, a regular timing. In addition, the
第1算出部13が再度複数のマハラノビス距離を算出した場合、プラントの状態が変化したことで、異常の診断に使用するグループを変更することが望ましい場合には、選択部14は、前回とは異なるグループを選択するため、その後、第2算出部15は新たに選択されたグループのマハラノビス距離を算出する。一方、異常の診断に使用するグループを変更する必要がない場合には、選択部14は、前回と同一のグループを選択するため、第2算出部15は、その後も前回と同一のグループのマハラノビス距離を算出する。
When the
診断部16は、第2算出部15からマハラノビス距離を入力すると、グループデータ22から異常の診断に使用するグループデータ22を読み出し、読み出したグループデータ22が有する判定値を抽出する。また、診断部16は、第2算出部15から入力したマハラノビス距離を、グループデータ22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て判定結果を出力装置3に出力する。
When the Mahalanobis distance is input from the
例えば、図4に示すように、MT法を利用して異常を判定する場合、第2算出部15で求めたマハラノビス距離が設定された判定値より小さいとき、すなわちマハラノビス空間内にあるとき、診断部16は、現在のプラントの状態はいつもの状態と同じであるとし、プラントは正常に運転していると診断する。一方、第2算出部15で求めたマハラノビス距離が設定された判定値より大きいとき、すなわち、マハラノビス空間から外れているとき、診断部16は、現在のプラントの状態がいつもの状態とは異なる状態であるとし、プラントで異常が発生していると診断する。
For example, as shown in FIG. 4, when determining an abnormality using the MT method, when the Mahalanobis distance obtained by the
なお、第1算出部13は、上述したように第2算出部15よりも長い定期的なタイムスパンで各グループのマハラノビス距離を算出する他、診断部16で異常と診断された場合に異常を診断するグループを選択するタイミングとして各グループのマハラノビス距離を算出してもよい。すなわち、第2算出部15が算出したグループのマハラノビス距離が所定の判定値の範囲外である場合であっても、プラントの状態が変化したことにより、使用していたグループでの診断が最適ではなくなった可能性もある。この場合に、使用していたグループで異常を診断することは、異常診断の精度の信頼性は低い。したがって、再度、第1算出部13で各グループのマハラノビス距離を算出してもなお、使用していたグループが選択されて、異常と診断された場合には異常診断の精度も信頼することができる。
The
また、異常診断装置1は、複数の情報処理装置から構成されていてもよく、例えば、更新部11のみ他の処理部12〜16とは異なる情報処理装置に含まれていてもよい。また、記憶装置20に記憶されるデータの一部のみ外部の記憶装置に記憶されていてもよい。
Moreover, the
続いて、図3に示すフローチャートを用いて、異常診断装置1において最適なグループで異常を診断する処理について説明する。
Next, a process for diagnosing an abnormality in an optimum group in the
生成部12が、グループデータ22を生成するタイミングで、記憶装置20から蓄積データ21を読み出して抽出条件を満たすレコードの値を抽出し、グループデータ22を生成して記憶装置20に記憶させる(S1)。
The
その後、第1算出部13は、各グループについてそれぞれマハラノビス距離を算出する(S2)。続いて、選択部14は、第1算出部13が算出した複数のマハラノビス距離から最小値を選択し、マハラノビス距離が最小値のグループを異常の診断に利用するグループとして選択する(S3)。
Thereafter, the
第2算出部15は、異常を診断するタイミングで、プラントから新たに入力した変数の値と、ステップS3で選択したグループについてのグループデータ22の各変数の値とを利用してマハラノビス距離を求めて診断部16に出力する(S4)。
The
第2算出部15からマハラノビス距離を入力した診断部16は、入力したマハラノビス距離をグループデータ22で異常の診断に利用するグループに設定されている判定値と比較し、プラントの運転状態が異常であるか診断し、診断結果を出力装置3に出力する(S5)。
The
その後、異常診断装置1では、グループの確認のタイミングになるまで(S6でNO)、選択部14が選択したグループデータ22を使用してマハラノビスの距離の算出及び異常診断を繰り返す(S4及びS5)。また、異常診断装置1では、グループの確認のタイミングになると(S6でYES)、ステップS2に戻り、ステップS2乃至S5の処理を繰り返す。
Thereafter, the
なお、図3に示すフローチャートでは、グループデータ22の生成を繰り返すことについては示していないが、グループデータ22も、例えば定期的等の所定のタイミングで繰り返して生成しても良い。
In addition, although it does not show about repeating the production | generation of the
上述したように、本発明に係る異常診断装置では、プラントのリアルタイムな状態に応じて選択されたグループデータを利用してマハラノビス距離を算出して異常を診断するため、高精度で異常診断することができる。 As described above, the abnormality diagnosis apparatus according to the present invention calculates the Mahalanobis distance using group data selected according to the real-time state of the plant and diagnoses the abnormality, so that the abnormality diagnosis can be performed with high accuracy. Can do.
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…更新部
12…生成部
13…第1算出部
14…選択部
15…第2算出部
16…診断部
20…記憶装置(蓄積データ記憶部、グループデータ記憶部)
21…蓄積データ
22…グループデータ
P…異常診断プログラム
2…入力装置
3…出力装置
1 ...
DESCRIPTION OF
21 ...
Claims (4)
プラントの運転状態を表す変数を含むレコードから成るグループが記憶されるグループデータ記憶部と、
異常診断に利用するグループを選択する所定のタイミングで、前記グループデータ記憶部から読み出された複数のグループの各々について、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第1算出部と、
前記複数のグループのうち前記マハラノビス距離が最小であるグループを選択する選択部と、
異常を診断する所定のタイミングで、前記グループデータ記憶部から読み出された前記選択部が選択したグループについて、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第2算出部と、
前記第2算出部で算出されたマハラノビス距離を利用してプラントの状態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 abnormality diagnosis device for diagnosing plant abnormality,
A group data storage unit for storing a group of records including variables representing the operating state of the plant;
For each of the plurality of groups read from the group data storage unit at a predetermined timing for selecting a group to be used for abnormality diagnosis, the value of a variable included in the group and a new value of the plant corresponding to the variable A first calculation unit that calculates a Mahalanobis distance using a value of a variable that represents an uncertain state;
A selection unit for selecting a group having the smallest Mahalanobis distance among the plurality of groups;
For a group selected by the selection unit read from the group data storage unit at a predetermined timing for diagnosing abnormality, a value of a variable included in the group and a new state of the plant corresponding to the variable are displayed. A second calculation unit that calculates the Mahalanobis distance using the value of the variable to represent,
An abnormality diagnosis device comprising: a diagnosis unit that determines a state of the plant using the Mahalanobis distance calculated by the second calculation unit.
異常診断に利用するグループを選択する所定のタイミングで、プラントの運転状態を表す変数を含むレコードから成るグループが記憶されるグループデータ記憶部から複数のグループを読み出し、読み出された複数のグループの各々について、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第1の算出ステップと、
前記複数のグループのうち前記マハラノビス距離が最小であるグループを選択する選択ステップと、
異常を診断する所定のタイミングで、前記グループデータ記憶部から読み出され前記選択ステップで選択されたグループについて、当該グループに含まれる変数の値と、当該変数に対応する前記プラントの新たな状態を表す変数の値とを利用してマハラノビス距離を算出する第2の算出ステップと、
前記第2の算出ステップで算出されたマハラノビス距離を利用してプラントの状態を判定する診断ステップとを備えることを特徴とする異常診断方法。 An abnormality diagnosis method performed by an abnormality diagnosis apparatus for diagnosing plant abnormality,
At a predetermined timing for selecting a group to be used for abnormality diagnosis, a plurality of groups are read from a group data storage unit in which a group including a record including a variable representing a plant operating state is stored, and For each, a first calculation step of calculating a Mahalanobis distance using a value of a variable included in the group and a value of a variable representing a new state of the plant corresponding to the variable;
A selection step of selecting a group having the smallest Mahalanobis distance among the plurality of groups;
For a group read from the group data storage unit and selected in the selection step at a predetermined timing for diagnosing an abnormality, a value of a variable included in the group and a new state of the plant corresponding to the variable are displayed. A second calculation step of calculating the Mahalanobis distance using the value of the variable to represent;
A diagnostic step of determining a state of the plant using the Mahalanobis distance calculated in the second calculation step.
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