KR20240032413A - System and operating method for diagnosing plant based on intelligent agent using simulator - Google Patents

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KR20240032413A
KR20240032413A KR1020220111357A KR20220111357A KR20240032413A KR 20240032413 A KR20240032413 A KR 20240032413A KR 1020220111357 A KR1020220111357 A KR 1020220111357A KR 20220111357 A KR20220111357 A KR 20220111357A KR 20240032413 A KR20240032413 A KR 20240032413A
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강해수
김두수
장성용
박규상
주미리
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 플랜트의 특성을 반영하여 시뮬레이터를 구성하고, 시뮬레이터의 복수의 모델을 연계하고 통합하여 통합 연계모델을 생성하고, 요구되는 운전 조건에 대응하는 시나리오를 구성하여 시뮬레이션을 수행하며, 시뮬레이션 데이터를 기반으로 플랜트의 고장을 진단하고 예측하기 위한 학습모델을 생성하여 상기 플랜트의 고장을 진단하고 이상을 예측함으로써, 실제 플랜트를 운영하지 않더라도 다양한 상황에 대한 신뢰도 있는 시뮬레이션 데이터를 확보할 수 있고, 정상상태와 비정상상태가 각각 반영하여 학습데이터를 쉽게 확보할 수 있으며, 플랜트에 대한 고장 및 이상 진단의 정확도를 향상시킬 수 있다. The present invention relates to an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator and its operation method. The simulator is configured to reflect the characteristics of the plant, the multiple models of the simulator are linked and integrated to create an integrated linkage model, and the required Simulation is performed by configuring scenarios corresponding to operating conditions, and a learning model is created to diagnose and predict plant failures based on simulation data to diagnose plant failures and predict abnormalities, so that the actual plant is not operated. Even so, reliable simulation data for various situations can be secured, learning data can be easily secured by reflecting normal and abnormal states, and the accuracy of diagnosis of failures and abnormalities in plants can be improved.

Description

시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법{SYSTEM AND OPERATING METHOD FOR DIAGNOSING PLANT BASED ON INTELLIGENT AGENT USING SIMULATOR}Artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator and its operation method {SYSTEM AND OPERATING METHOD FOR DIAGNOSING PLANT BASED ON INTELLIGENT AGENT USING SIMULATOR}

본 발명은 시뮬레이터를 이용하여 다양한 환경에서 플랜트의 공정 및 제어에 따른 시뮬레이션 데이터를 누적하여 플랜트 고장 진단을 위한 학습모델을 생성하여 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는, 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법에 관한 것이다. The present invention is an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator that diagnoses and predicts plant failure by accumulating simulation data according to plant process and control in various environments using a simulator to create a learning model for plant failure diagnosis. and its operation method.

현재 발전 플랜트에서는 설비의 이상 및 고장상태를 감지하기 위해 센서를 설치하고 계측된 신호를 바탕으로 온도, 압력, 유량 등 공정변수에 대한 변화 정도를 분석하는 방법이 사용되고 있다. Currently, in power generation plants, a method is used to install sensors to detect abnormalities and failures in equipment and analyze the degree of change in process variables such as temperature, pressure, and flow rate based on the measured signals.

플랜트 제어시스템의 경보를 통해 플랜트 이상상태에 대해 운영관리 되고 있지만, 고장이 발생한 이후로 경보가 발생하므로 고장이 발생하기 전에 예측하여 대비할 수 없고 고장 발생 후에 대응할 수 있는 시간이 부족한 경우가 많으므로 문제가 있다. Plant abnormalities are operated and managed through alarms in the plant control system, but because alarms are generated after a failure occurs, it is impossible to predict and prepare for a failure before it occurs, and there is often insufficient time to respond after a failure occurs, causing problems. There is.

이에 최근에는 플랜트 운영 데이터 및 인공지능 기술을 활용하여 플랜트 이상진단 및 예측하는 기법이 개발되고 있다.Accordingly, recently, techniques for diagnosing and predicting plant abnormalities using plant operation data and artificial intelligence technology have been developed.

관련 기술로는 대한민국 등록특허 제10-2118966호, "발전소 고장 예측 및 진단시스템과 그 방법"이 있다.Related technologies include Republic of Korea Patent No. 10-2118966, “Power Plant Failure Prediction and Diagnosis System and Method.”

설비의 비정상상태를 진단하거나 이상/고장을 미리 예측하는 인공지능 모델은 선별이 잘 된 정상상태 및 이상상태에 대한 방대한 양의 이력 데이터(빅데이터)들이 필요할 뿐만 아니라, 인공지능 모델의 학습에 참여하고자 하는 데이터들의 신뢰성이 인공지능 모델의 성능을 결정할 수 있는 명확한 한계를 갖는다.An artificial intelligence model that diagnoses abnormal states of equipment or predicts abnormalities/failures in advance not only requires a large amount of historical data (big data) on well-selected normal and abnormal states, but also participates in the learning of the artificial intelligence model. The reliability of the data to be analyzed has clear limits that can determine the performance of the artificial intelligence model.

따라서 신뢰성 있는 플랜트의 이상을 진단하고 예측하기 위해서는 플랜트 운영 시 생성되는 정상상태 및 이상상태에 대한 방대한 양의 데이터가 필요하며, 특히 인공지능 모델에 학습시킬 데이터는 플랜트의 안정적인 운영 범위의 정상 데이터와 플랜트 이상 발생 시 이상에 대한 원인 및 조치결과가 반영되어 있는 데이터가 필요하다.Therefore, in order to diagnose and predict plant abnormalities reliably, a vast amount of data on normal and abnormal states generated during plant operation is required. In particular, the data to be trained on the artificial intelligence model is normal data in the stable operating range of the plant and When a plant abnormality occurs, data reflecting the cause of the abnormality and the results of action are needed.

그러나 전력수요와 공급에 민감한 전력계통 운영 특성상 계통에 연결된 플랜트에서 생성된 운전데이터는 인공지능 모델이 학습이 용이한 정상상태 데이터라고 보기 어렵고, 더욱이 이상상태의 데이터 확보는 더욱 어려운 실정이다. However, due to the nature of power system operation, which is sensitive to power demand and supply, it is difficult to view the operation data generated from plants connected to the grid as steady-state data that can be easily learned by artificial intelligence models, and securing abnormal state data is even more difficult.

비정상영역에서의 운전이 정상 영역 운전에 비해 현저히 적은 운전범위에 속하며, 이상상태 운전데이터를 확보하기 위해 운영이 잘되고 있는 설비에 비정상적인 영향을 줄 수 없다. Operation in the abnormal area falls within a significantly smaller operating range compared to operation in the normal area, and in order to secure abnormal state operation data, it cannot have abnormal effects on well-operated facilities.

따라서 다양한 상황에서의 신뢰성 있는 플랜트 데이터를 확보하고, 그에 따른 변수나 운전조건에 따라 학습모델을 구축하여 플랜트의 고장을 진단할 뿐 아니라, 고장을 예측할 방안이 필요하다. Therefore, a method is needed to secure reliable plant data in various situations and build a learning model according to the corresponding variables or operating conditions to not only diagnose plant failures but also predict failures.

대한민국 등록특허 제10-2118966호Republic of Korea Patent No. 10-2118966

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 플랜트의 특성을 반영하여 시뮬레이터를 구성하고, 요구되는 운전 조건에 대응하는 시나리오를 구성하여 시뮬레이션을 수행함으로써 특정 상황에 대한 데이터를 확보하여 플랜트 고장진단에 적용하는, 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention was created in response to the above-mentioned need. By configuring a simulator to reflect the characteristics of the plant, configuring a scenario corresponding to the required operating conditions, and performing a simulation, data on a specific situation is secured and plant failure diagnosis is achieved. The purpose is to provide an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator and its operation method, which is applied to .

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템은, 플랜트에 대응하는 공정모델 및 제어모델을 구성하여 운전조건에 따른 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 데이터를 생성하는 시뮬레이터; 및 상기 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 플랜트에 대한 학습모델을 생성하고, 상기 학습모델을 기반으로 상기 플랜트의 데이터를 분석하여 상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 진단예측장치; 를 포함하고, 상기 시뮬레이터는 상기 공정모델 및 상기 제어모델 간의 입출력변수를 연계하여 통합 연계모델을 생성하고, 운전조건별 시나리오를 생성하여 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to the present invention includes a simulator that configures a process model and a control model corresponding to the plant and performs simulation according to operating conditions to generate simulation data; and a diagnostic prediction device that generates a learning model for the plant based on the simulation data, analyzes data of the plant based on the learning model, diagnoses the state of the plant, and predicts abnormalities. It includes, and the simulator is characterized in that it creates an integrated linkage model by linking input and output variables between the process model and the control model, and performs simulation by generating a scenario for each operating condition.

상기 시뮬레이터는, 상기 공정모델 및 상기 제어모델에 대한 외부환경조건을 포함하는 연계모델; 상기 시뮬레이션에 따른 진행상황을 출력하는 운전조작반; 및 상기 시뮬레이터를 구동하여 시뮬레이션을 수행하는 강사조작반; 을 더 포함한다. The simulator includes a linkage model including external environmental conditions for the process model and the control model; An operation control panel that outputs progress according to the simulation; and an instructor operation panel that runs the simulator to perform simulation. It further includes.

상기 시뮬레이터는, 상기 공정모델의 파라미터를 튜닝하고, 튜닝된 파라미터에 대응하여 상기 제어모델의 로직을 수정하여 입출력 변수를 연계하는 것을 특징으로 한다. The simulator is characterized by tuning the parameters of the process model and linking input and output variables by modifying the logic of the control model in response to the tuned parameters.

상기 시뮬레이터는, 상기 제어모델의 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수를 입출력모델의 변수와 통합하여 연계하고, 상기 입출력모델에 태그를 등록하여 상기 운전조작반의 화면에 출력하는 것을 특징으로 한다. The simulator integrates and links the analog monitoring variables and face plate variables of the control model with the variables of the input/output model, registers tags in the input/output model, and outputs them on the screen of the operation control panel.

상기 시뮬레이터는, 상기 플랜트의 운전절차서를 기반으로 시뮬레이션 운전절차 데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델을 생성하는 것을 특징으로 한다. The simulator is characterized in that it generates the integrated linkage model by reflecting simulation operation procedure data based on the operation procedure of the plant.

상기 시뮬레이터는, 상기 플랜트의 설계데이터 및 운전데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 산출하여 상기 통합 연계모델을 검증하는 것을 특징으로 한다. The simulator is characterized in that it verifies the integrated linkage model by calculating the fidelity of the integrated linkage model by reflecting the design data and operation data of the plant.

상기 시뮬레이터는 정격 100% 부하에서의 열평형 상태를 유지하고, 열평형상태에서 주요 데이터가 설계 데이터를 만족하는지를 확인하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 것을 특징으로 한다. The simulator is characterized by maintaining thermal balance at 100% rated load and determining fidelity to the integrated linkage model by checking whether key data satisfies design data in the thermal balance state.

상기 시뮬레이터는 100% 부하에서의 열평형 상태에 대한 부하를 낮추어 냉간상태로 절환하고, 정격 부하까지 기동하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 것을 특징으로 한다. The simulator is characterized by lowering the load to the thermal balance state at 100% load, switching to the cold state, and operating up to the rated load to determine fidelity to the integrated linkage model.

상기 시뮬레이터는 냉간상태, 열간상태, 가스터빈 예열, 기동, 배열회수보일러 예열, 증기터빈 승속, 계통병입, 출력 50%, 출력 75%, 및 출력 100% 중 적어도 하나에 대한 운전조건별로 시나리오를 생성하는 것을 특징으로 한다. The simulator generates a scenario for each operating condition for at least one of cold state, hot state, gas turbine preheating, startup, heat recovery boiler preheating, steam turbine speed up, grid feed-in, output 50%, output 75%, and output 100%. It is characterized by:

상기 진단예측장치는 상기 시뮬레이터로부터 생성되는 시뮬레이션 데이터를 학습하여 생성되는 학습모델을 기반으로, 정상상태 진단예측모델 및 이상상태 진단예측모델을 생성하고, 상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하고, 상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 것을 특징으로 한다. The diagnosis prediction device generates a normal state diagnosis prediction model and an abnormal state diagnosis prediction model based on a learning model generated by learning simulation data generated from the simulator, and determines a normal state based on the steady state diagnosis prediction model. Diagnosing and predicting the state of the plant according to abnormal operating conditions, and diagnosing and predicting failure of the plant due to an abnormal state based on the abnormal state diagnosis and prediction model.

상기 진단예측장치는 상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하고, 상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 것을 특징으로 한다. The diagnostic prediction device diagnoses and predicts the state of the plant according to operating conditions that deviate from the normal state based on the normal state diagnostic prediction model, and detects a failure of the plant due to an abnormal state based on the abnormal state diagnostic prediction model. It is characterized by diagnosis and prediction.

본 발명의 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법은, 시뮬레이터가, 플랜트에 대응하는 공정모델 및 제어모델을 구성하는 단계; 상기 공정모델 및 상기 제어모델 간의 입출력변수를 연계하여 통합 연계모델을 생성하는 단계; 운전조건별 시나리오를 생성하여 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 데이터를 생성하는 단계; 진단예측장치가, 상기 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 플랜트에 대한 학습모델을 생성하는 단계; 및 상기 학습모델을 기반으로 상기 플랜트의 데이터를 분석하여 상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 단계; 를 포함한다. A method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator of the present invention includes the steps of configuring, by the simulator, a process model and a control model corresponding to a plant; Generating an integrated linkage model by linking input and output variables between the process model and the control model; Generating simulation data by creating a scenario for each driving condition and performing a simulation; A diagnostic prediction device generating a learning model for the plant based on the simulation data; and analyzing data from the plant based on the learning model to diagnose the state of the plant and predict abnormalities. Includes.

상기 통합 연계모델을 생성하는 단계는, 상기 공정모델 및 상기 제어모델에 대한 외부환경조건을 포함하는 연계모델을 구성하는 단계; 및 상기 공정모델, 상기 제어모델, 및 상기 연계모델을 통합하는 단계; 상기 플랜트의 운전절차서를 기반으로 시뮬레이션 운전절차 데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델을 생성하는 단계; 를 포함한다. The step of generating the integrated linkage model includes configuring a linkage model including external environmental conditions for the process model and the control model; and integrating the process model, the control model, and the linkage model; generating the integrated linkage model by reflecting simulation operation procedure data based on the operation procedure of the plant; Includes.

상기 통합 연계모델을 생성하는 단계는, 상기 공정모델의 파라미터를 튜닝하는 단계; 튜닝된 파라미터에 대응하여 상기 제어모델의 로직을 수정하여 입출력 변수를 연계하는 단계; 상기 제어모델의 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수를 입출력모델의 변수와 통합하여 연계하는 단계; 및 상기 입출력모델에 태그를 등록하여 상기 시뮬레이터의 운전조작반 화면에 출력하는 단계; 를 포함한다. Generating the integrated linkage model includes tuning parameters of the process model; Linking input and output variables by modifying the logic of the control model in response to the tuned parameters; Integrating and linking analog monitoring variables and face plate variables of the control model with variables of the input/output model; and registering a tag in the input/output model and outputting it on the operation panel screen of the simulator. Includes.

상기 통합 연계모델을 생성하는 단계 후, 상기 플랜트의 설계데이터 및 운전데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 산출하여 상기 통합 연계모델을 검증하는 단계; 를 더 포함한다. After generating the integrated linkage model, verifying the integrated linkage model by calculating fidelity to the integrated linkage model by reflecting the design data and operation data of the plant; It further includes.

상기 통합 연계모델을 검증하는 단계는, 상기 시뮬레이터가, 정격 100% 부하에서의 열평형 상태를 유지하도록 설정하는 단계; 및 열평형상태에서 획득되는 주요 데이터가 상기 설계데이터를 만족하는지를 확인하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 단계; 를 포함한다. The step of verifying the integrated linkage model includes setting the simulator to maintain a thermal balance state at a rated 100% load; and determining fidelity to the integrated linkage model by checking whether key data obtained in thermal equilibrium satisfies the design data. Includes.

상기 통합 연계모델을 검증하는 단계는, 상기 시뮬레이터가, 100% 부하에서의 열평형 상태에 대한 부하를 낮추어 냉간상태로 절환하는 단계; 및 절환 후, 정격 부하까지 기동하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 단계; 를 더 포함한다. Verifying the integrated linkage model includes: switching the simulator to a cold state by lowering the load from the thermal balance state at 100% load; and after switching, starting up to the rated load and determining fidelity to the integrated linkage model; It further includes.

상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 단계는, 상기 시뮬레이터로부터 생성되는 시뮬레이션 데이터를 학습하여 생성되는 학습모델을 기반으로, 정상상태 진단예측모델 및 이상상태 진단예측모델을 생성하는 단계; 상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하는 단계; 및 상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 단계; 를 포함한다. The step of diagnosing the state of the plant and predicting an abnormality includes generating a normal state diagnosis prediction model and an abnormal state diagnosis prediction model based on a learning model generated by learning simulation data generated from the simulator; Diagnosing and predicting the state of the plant according to operating conditions outside of the normal state based on the steady-state diagnosis and prediction model; and diagnosing and predicting a failure of the plant due to an abnormal state based on the abnormal state diagnosis and prediction model; Includes.

일 측면에 따르면, 본 발명의 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법은 플랜트의 설비계통에 대한 공정 및 제어의 운전특성을 반영하여 시뮬레이터를 구성하고, 운전 조건에 대응하는 시나리오를 구성하여 시뮬레이션을 수행함으로써, 실제 플랜트를 운영하지 않더라도 다양한 상황에 대한 빅데이터와 운영모델을 생성할 수 있다. According to one aspect, the artificial intelligence-based plant diagnosis system using the simulator of the present invention and its operation method configure the simulator by reflecting the operation characteristics of the process and control for the facility system of the plant, and configure a scenario corresponding to the operating conditions. By performing simulations, big data and operating models for various situations can be created even if the actual plant is not operated.

본 발명의 일 측면에 따르면, 정상상태와 비정상상태가 각각 반영하여 학습데이터를 확보하고 실제 데이터와 시뮬레이션 데이터를 비교하여 특정 상황에 대한 데이터를 확보하여 진단예측에 적용함으로써 플랜트에 대한 고장 진단 및 이상예측의 정확도를 향상시킬 수 있다. According to one aspect of the present invention, learning data is secured by reflecting normal and abnormal states respectively, and data for a specific situation is obtained by comparing actual data and simulation data, and applied to diagnosis and prediction, thereby detecting failures and abnormalities for the plant. The accuracy of prediction can be improved.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 구성이 도시된 도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이션 방법이 순서도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 진단방법이 도시된 순서도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이터의 구성을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이션 과정을 설명하는 데 참조되는 도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시나리오 구성 및 학습모델 생성을 설명하는 데 참조되는 도이다.
Figure 1 is a diagram illustrating the configuration of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flow chart of a simulation method of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a flowchart showing a diagnosis method of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram referenced for explaining the configuration of a simulator of a plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram referenced to explain the simulation process of the plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a diagram referenced to explain scenario configuration and learning model creation of a plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In this process, the thickness of lines or sizes of components shown in the drawing may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 구성이 도시된 도이다. Figure 1 is a diagram illustrating the configuration of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 플랜트 진단 시스템은 시뮬레이터(100), 데이터베이스(DB)(50) 및 진단예측장치(200)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the plant diagnosis system includes a simulator 100, a database (DB) 50, and a diagnosis prediction device 200.

시뮬레이터(100)는 현장설비의 공정 및 제어기능을 수학적으로 모사하여 플랜트를 실제 운영하는 것 같이 모의 할 수 있는 시스템이다. 시뮬레이터(100)는 플랜트의 설비계통에 대한 공정과 제어, 운전특성을 반영하여 구성된다. The simulator 100 is a system that can simulate the actual operation of a plant by mathematically simulating the process and control functions of field equipment. The simulator 100 is configured to reflect the process, control, and operation characteristics of the plant's equipment system.

시뮬레이터(100)는 요구되는 운전 조건에 대응하는 시나리오를 생성하고, 시나리오에 대응하여 설정된 공정/제어 변수에 대한 시뮬레이션을 수행하여 빅데이터 확보할 수 있다.The simulator 100 can secure big data by creating a scenario corresponding to the required operating conditions and performing a simulation on the process/control variables set in response to the scenario.

시뮬레이터(100)는 시뮬레이션을 통해 생성된 정상상태의 데이터와 이상상태의 데이터를 구축한다. 시뮬레이터(100)는 생성되는 데이터를 데이터베이스(DB)(50)에 저장한다. The simulator 100 constructs normal state data and abnormal state data generated through simulation. The simulator 100 stores the generated data in the database (DB) 50.

시뮬레이터(100)는 적어도 하나의 운전조작반(110, 110a, 110b), 강사조작반(120), 제어모델(130) 및 공정모델(140)을 포함한다. The simulator 100 includes at least one operation control panel (110, 110a, 110b), an instructor control panel 120, a control model 130, and a process model 140.

진단 예측 장치(200)는 시뮬레이터(100)에서 생성되는 데이터를 기반으로, 플랜트에 대한 이상 또는 고장을 예측하는 알고리즘을 적용하여 정상상태에 대한 정상상태 학습모델(20) 및 이상상태에 대한 이상상태 학습모델(30)을 생성한다.The diagnostic prediction device 200 applies an algorithm to predict abnormalities or failures in the plant based on data generated by the simulator 100, and generates a normal state learning model 20 for the normal state and an abnormal state for the abnormal state. Create a learning model (30).

진단 예측 장치(200)는 정상상태 학습모델(20) 및 이상상태 학습모델(30)을 이용하여 플랜트(10)의 데이터를 분석하고, 기 발생된 고장을 진단하고, 또한, 발생 가능한 이상에 대하여 진단한다. The diagnostic prediction device 200 analyzes the data of the plant 10 using the normal state learning model 20 and the abnormal state learning model 30, diagnoses existing failures, and provides information on possible abnormalities. Diagnose.

또한, 진단 예측 장치(200)는 플랜트 데이터를 기반으로 하는 진단결과 및 예측결과를 학습모델에 반영하여 학습모델을 갱신한다. Additionally, the diagnosis and prediction device 200 updates the learning model by reflecting the diagnosis and prediction results based on plant data in the learning model.

데이터베이스(DB)(50)는 시뮬레이터(100)의 빅데이터와, 진단 예측 장치(200)의 정상상태 학습모델(20) 및 이상상태 학습모델(30)을 저장한다. The database (DB) 50 stores big data of the simulator 100, and the normal state learning model 20 and abnormal state learning model 30 of the diagnosis and prediction device 200.

또한, 데이터베이스(DB)(50)는 플랜트 데이터를 저장하고, 플랜트 데이터에 때한 진단결과 및 예측결과를 저장한다. Additionally, the database (DB) 50 stores plant data and stores diagnosis results and prediction results based on the plant data.

도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이션 방법이 순서도이다. Figure 2 is a flow chart of a simulation method of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)는 실제 플랜트(10)에 대응하는 공정모델(140)과 플랜트(10)의 제어 시스템에 대응하는 제어모델(130)을 구성한다. As shown in FIG. 2, the simulator 100 configures a process model 140 corresponding to the actual plant 10 and a control model 130 corresponding to the control system of the plant 10.

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)를 운영하여 시뮬레이션을 수행한다(S10). The instructor operation panel 120 operates the simulator 100 to perform simulation (S10).

시뮬레이터(100)의 강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)의 공정모델(140) 및 제어모델(130)의 시뮬레이션을 위한 변수를 설정한다(S21)(S22).The instructor operation panel 120 of the simulator 100 sets variables for simulation of the process model 140 and the control model 130 of the simulator 100 (S21) (S22).

강사조작반(120)은 시뮬레이션을 위한 메뉴 구성 및 진행상황을 운전조작반(110)을 통해 모니터링 하도록 한다(S23). The instructor operation panel 120 monitors the menu configuration and progress for the simulation through the operation operation panel 110 (S23).

또한, 강사조작반(120)은 연계모델을 구성하여, 시뮬레이션에 필요한 변수, 운전조건, 및 외부 환경 변수에 대한 데이터를 시뮬레이터(100)에 연계한다(S24). In addition, the instructor operation panel 120 configures a linkage model and links data on variables necessary for simulation, operating conditions, and external environmental variables to the simulator 100 (S24).

강사조작반(120)은 플랜트의 운전절차서를 기반으로, 시뮬레이션을 위한 운전절차 데이터를 획득한다(S31).The instructor operation panel 120 acquires operation procedure data for simulation based on the plant's operation procedures (S31).

강사조작반(120)은 시뮬레이터의 공정모델(140), 제어모델(130), 연계모델 및 운전절차 데이터를 이용하여 모델을 통합하고, 그에 대한 연계시험을 생성한다(S35). The instructor operation panel 120 integrates the model using the simulator's process model 140, control model 130, linkage model, and operation procedure data, and creates a linkage test for it (S35).

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)에 실제 플랜트(10)의 플랜트 설계 및 운전 데이터를 적용하여 시뮬레이션을 수행하고, 그 결과를 바탕으로 시뮬레이터(100)의 충실도를 검증한다(S45). The instructor operation panel 120 performs a simulation by applying the plant design and operation data of the actual plant 10 to the simulator 100, and verifies the fidelity of the simulator 100 based on the results (S45).

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)의 충실도가 설정값 이상이면, 시뮬레이터의 구성을 완료하고, 충실도가 설정값 미만이면, 플랜트(10)의 데이터를 재반영하여 시뮬레이터(100)를 수정한다. 강사조작반(1200은 공정모델(140), 제어모델(130) 및 연계모델을 수정하고, 플랜트 운전절차서와 설계 및 운전데이터를 재검토하여 시뮬레이터(100)를 수정한다. If the fidelity of the simulator 100 is higher than the set value, the instructor operation panel 120 completes the configuration of the simulator, and if the fidelity is less than the set value, it modifies the simulator 100 by re-reflecting the data of the plant 10. The instructor operation panel (1200) modifies the process model (140), control model (130), and linkage model, and revises the plant operation procedures and design and operation data to modify the simulator (100).

강사조작반(120)은 요구되는 운전조건을 기반으로 시나리오를 생성한다(S50). 강사조작반(120)은 운전조건 별로 각각 시나리오를 생성한다. The instructor operation panel 120 creates a scenario based on the required driving conditions (S50). The instructor operation panel 120 generates a scenario for each driving condition.

또한, 강사조작반(120)은 고장 모의를 인가하고(S48), 고장상황에 대한 시나리오를 생성한다(S50). In addition, the instructor operation panel 120 authorizes failure simulation (S48) and creates a scenario for the failure situation (S50).

강사조작반(120)은 정상상태에 대한 시뮬레이션을 수행하여 정상상대 시뮬레이션 데이터를 생성한다(S60). 강사조작반(120)은 정상상태에 대한 조건 및 운전상황을 기반으로 시뮬레이션을 수행하여, 플랜트(10)에 대한 정상상태 시뮬레이션 데이터를 생성한다. The instructor operation panel 120 performs a simulation of the normal state and generates normal relative simulation data (S60). The instructor operation panel 120 performs simulation based on steady-state conditions and operating situations to generate steady-state simulation data for the plant 10.

강사조작반(120)은 이상상태에 대한 시뮬레이션을 수행하여 정상상대 시뮬레이션 데이터를 생성한다(S65). 강사조작반(120)은 이상상태, 고장, 정상을 벗어난 상태에 대한 조건 및 운전상황을 기반으로 시뮬레이션을 수행하여, 플랜트(10)에 대한 정상상태 시뮬레이션 데이터를 생성한다. The instructor operation panel 120 performs a simulation of an abnormal state and generates normal relative simulation data (S65). The instructor operation panel 120 performs simulation based on conditions and operating situations for abnormal states, failures, and non-normal states, and generates normal state simulation data for the plant 10.

시뮬레이션 과정은 운전조작반(110)을 통해 출력된다. The simulation process is output through the operation control panel 110.

운전조작반(110)은 시뮬레이션 과정 중에 특정키가 입력되면 시뮬레이션을 일시 중지하거나 재 시작하도록 한다. The operation control panel 110 pauses or restarts the simulation when a specific key is input during the simulation process.

강사조작반(120)은 생성된 정상상태 시뮬레이션 데이터 및 이상상태 시뮬레이션 데이터를 데이터베이스(DB)(50)에 저장한다. The instructor operation panel 120 stores the generated normal-state simulation data and abnormal-state simulation data in the database (DB) 50.

시뮬레이터(100)는 시나리오별 시뮬레이션을 반복하고, 그에 따른 데이터를 누적하여 데이터베이스(DB)(50)에 저장한다. The simulator 100 repeats the simulation for each scenario, accumulates the corresponding data, and stores it in the database (DB) 50.

도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 진단방법이 도시된 순서도이다. Figure 3 is a flowchart showing a diagnosis method of an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)에 의해 생성된 정상상태 시뮬레이션 데이터 및 이상상태 시뮬레이션 데이터를 각각 데이터베이스(DB)(50)에 저장된다(S60)(S65). As shown in FIG. 3, the steady-state simulation data and abnormal-state simulation data generated by the simulator 100 are respectively stored in the database (DB) 50 (S60) (S65).

진단예측장치(200)는 데이터베이스(DB)(50)에 저장된 데이터를 호출하여 진단예측을 수행한다. The diagnostic prediction device 200 calls data stored in the database (DB) 50 and performs diagnostic prediction.

진단예측장치(200)는 정상상태 시뮬레이션 데이터를 기반으로 이상진단예측 알고리즘을 적용하여 플랜트(10)의 정상상태 데이터를 학습한다(S70).The diagnosis prediction device 200 learns the normal state data of the plant 10 by applying an abnormality diagnosis prediction algorithm based on the normal state simulation data (S70).

또한, 진단예측장치(200)는 이상상태 시뮬레이션 데이터를 기반으로 이상진단예측 알고리즘을 적용하여 플랜트(10)의 이상상태 데이터를 학습한다(S75).In addition, the diagnosis prediction device 200 learns abnormal state data of the plant 10 by applying an abnormality diagnosis prediction algorithm based on abnormal state simulation data (S75).

이상진단예측 알고리즘은, 머신 러닝 또는 딥 러닝의 인공지능 기반 학습 알고리즘이 적용된다. 예를 들어 CNN(Convolutional Neural Network), RNN(Recurrent Neural Network), LSTM(Long short term memory network), RBM(Restricted Boltzmann Machine), 및 DBN(Deep Belief Network) 등이 사용될 수 있다. The abnormality diagnosis prediction algorithm uses an artificial intelligence-based learning algorithm such as machine learning or deep learning. For example, Convolutional Neural Network (CNN), Recurrent Neural Network (RNN), Long short term memory network (LSTM), Restricted Boltzmann Machine (RBM), and Deep Belief Network (DBN) may be used.

진단예측장치(200)는 정상상태 데이터에 대한 학습결과 및 이상상태 데이터에 대한 학습결과를 병합하여 학습모델을 구성한다(S85). The diagnostic prediction device 200 configures a learning model by merging the learning results for the normal state data and the learning results for the abnormal state data (S85).

또한, 진단예측장치(200)는 학습결과에 대한 데이터 라벨링을 수행하고(S81), 데이터 간의 상관관계를 분석하여(S88), 분석결과가 반영된 학습모델을 구성한다(S85).In addition, the diagnosis prediction device 200 performs data labeling on learning results (S81), analyzes correlations between data (S88), and constructs a learning model reflecting the analysis results (S85).

진단예측장치(200)는 생성된 학습모델을 기반으로 각각 정상상태 진단예측을 위한 정상상태 학습모델(20)을 생성하고(S90), 이상상태 진단예측을 위한 이상상태 학습모델(30)을 생성하여(S95), 각각 저장한다. The diagnosis prediction device 200 generates a normal state learning model 20 for normal state diagnosis prediction based on the generated learning model (S90), and an abnormal state learning model 30 for abnormal state diagnosis prediction. Then (S95), each is saved.

진단예측장치(200)는 정상상태 학습모델(20)을 기반으로 플랜트(10)의 데이터를 적용하여 분석하고, 정상상태를 벗어난 플랜트의 상태에 대한 진단예측 솔루션을 산출하여 제공한다(S97). 정상상태를 벗어난 상태는, 정상은 아니지만 아직 고장으로 분류하기 전, 플랜트에 일부 이상이 발생한 상태이다. The diagnostic prediction device 200 applies and analyzes data from the plant 10 based on the normal state learning model 20, and calculates and provides a diagnostic prediction solution for the state of the plant that is out of normal state (S97). A state outside the normal state is a state in which some abnormality has occurred in the plant before it can be classified as a failure, although it is not normal.

진단예측장치(200)는 이상상태 학습모델(30)을 기반으로, 플랜트(10)의 데이터를 적용하여 분석하고, 플랜트(10)의 비정상상태에 대한 진단예측 솔루션을 산출하여 제공한다(S97). 비정상상태는 고장이 발생한 경우, 및 경고가 발생하지 않았으나 고장인 경우를 포함할 수 있다. The diagnostic prediction device 200 applies and analyzes data from the plant 10 based on the abnormal state learning model 30, and calculates and provides a diagnostic prediction solution for the abnormal state of the plant 10 (S97). . Abnormal states may include cases where a failure occurs and cases where a failure occurs even though a warning has not occurred.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이터의 구성을 설명하는데 참조되는 도이다. FIG. 4 is a diagram referenced for explaining the configuration of a simulator of a plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

시뮬레이터(100)는 적어도 하나의 운전조작반(110), 강사조작반(120), 제어모델(130) 및 공정모델(140)을 포함한다. The simulator 100 includes at least one operation control panel 110, an instructor control panel 120, a control model 130, and a process model 140.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 공정모델(140)은 실제 플랜트(10)의 공정 전체를 모사하여 구성한다. As shown in (a) of FIG. 4, the process model 140 is constructed by simulating the entire process of the actual plant 10.

도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 제어모델(130)은 실제 플랜트(10)의 공정을 제어하기 위한 제어시스템을 모사하여 구성한다. As shown in (b) of FIG. 4, the control model 130 is configured by simulating a control system for controlling the process of the actual plant 10.

도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 운전조작반(110)은 공정모델(140) 및 제어모델(130)에 대한 운전상황 및 동작흐름을 표시한다. 운전조작반(110)은 제 2 운전조작반(110a) 및 제 3 운전조작반(110b)을 더 포함할 수 있다. As shown in (c) of FIG. 4, the operation control panel 110 displays the operation status and operation flow for the process model 140 and the control model 130. The driving control panel 110 may further include a second driving control panel 110a and a third driving control panel 110b.

운전조작반(110)은 적어도 하나 구비되며, 복수로 구성될 수 있다. 운전조작반(110)은 시뮬레이션 상황을 표시할 수 있는 디스플레이를 포함한다. There is at least one operation control panel 110 and may be composed of multiple units. The operation control panel 110 includes a display capable of displaying simulation situations.

도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)를 운영한다. As shown in (d) of FIG. 4, the instructor operation panel 120 operates the simulator 100.

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)를 기동하고 정지하여 시뮬레이션을 수행한다. 강사조작반(120)은 시나리오를 생성하여 저장하고, 기 생성된 시나리오를 호출하여 시뮬레이션에 적용하고, 고장모의를 수행하며, 외부환경변수를 시뮬레이션에 적용하여 시뮬레이션을 수행한다. The instructor operation panel 120 starts and stops the simulator 100 to perform simulation. The instructor operation panel 120 creates and stores a scenario, calls a previously created scenario, applies it to the simulation, performs a failure simulation, and performs the simulation by applying external environmental variables to the simulation.

강사조작반(120)은 강사조작반에서 공정모델(140) 및 제어모델(130)에 고장 모의에 필요한 변수를 조작하여 고장모의를 수행한다. The instructor operation panel 120 performs failure simulation by manipulating the variables necessary for failure simulation in the process model 140 and the control model 130.

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)를 통해 정상상태 운전에서 설비의 비정상적인 현상을 반영한다. 그에 따라 시뮬레이터(100)는 반영된 현상에 대응하는 이상조건 또는 고장 조건에 대한 이상상태 데이터를 산출할 수 있다. The instructor operation panel 120 reflects abnormal phenomena of the equipment in normal state operation through the simulator 100. Accordingly, the simulator 100 can calculate abnormal state data for abnormal conditions or failure conditions corresponding to the reflected phenomenon.

강사조작반(120)은 고장 모의 기능이 활성화 되면, 플랜트의 비정상상태에 대한 현상들이 모의 된다. 이때 운전조작반(110)은 고장 모의 중에 수반되는 현상을 반영한 제어와 공정값들을 출력한다. When the failure simulation function of the instructor operation panel 120 is activated, phenomena related to the abnormal state of the plant are simulated. At this time, the operation control panel 110 outputs control and process values that reflect the phenomena accompanying failure simulation.

시뮬레이터(100)는 플랜트 타입을 변경하는 경우 그에 대한 공정모델(140)과 제어모델(130)을 변경하여 시뮬레이션 할 수 있다. When the plant type is changed, the simulator 100 can simulate it by changing the process model 140 and control model 130 for the plant type.

도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시뮬레이션 과정을 설명하는 데 참조되는 도이다. Figure 5 is a diagram referenced to explain the simulation process of the plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)는 시뮬레이터의 모델 간 입출력변수 및 외부 조건에 대한 연계모델을 생성하여 모델통합 연계 시험을 수행한다. As shown in FIG. 5, the simulator 100 creates a linkage model for input/output variables and external conditions between models of the simulator and performs a model integration linkage test.

또한, 시뮬레이터(100)는 플랜트 운전절차서를 기반으로 하는 운전절차 데이터를 적용하여 시뮬레이터(100)의 통한 연계 시험을 수행할 수 있다. Additionally, the simulator 100 can perform a linkage test through the simulator 100 by applying operation procedure data based on the plant operation procedure.

시뮬레이터(100)는 제어모델(130)과 운전조작반(110) 사이에 OPC 입출력모델(150)을 구성하고, 제어모델(130)과 공정모델(140)의 사이에 입출력모델(160)을 구성하여, 모델 간 입출력변수를 통합하고, 복수의 모델을 연결하여 연계시험을 수행한다. The simulator 100 configures the OPC input/output model 150 between the control model 130 and the operation panel 110, and configures the input/output model 160 between the control model 130 and the process model 140. , integrate input and output variables between models, and connect multiple models to perform linkage tests.

시뮬레이터(100)는 운전조작반의 화면(170) 상에 연계시험의 진행상황 및 이상상태를 출력한다. The simulator 100 outputs the progress and abnormal status of the linkage test on the screen 170 of the operation control panel.

시뮬레이터(100)는 공정모델 내부의 파라미터를 튜닝하고, 튜닝된 파라미터에 대응하여 제어모델(130)의 로직을 수정한다. The simulator 100 tunes parameters within the process model and modifies the logic of the control model 130 in response to the tuned parameters.

시뮬레이터(100)는 제어모델(130)의 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수를 OPC 입출력모델(150)의 변수와 통합하여 연계한다. The simulator 100 integrates and links the analog monitoring variables and face plate variables of the control model 130 with the variables of the OPC input/output model 150.

또한, 시뮬레이터(100)는 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수에 대하여, 입출력모델(160)을 통해 공정모델(140)과 연계한다. Additionally, the simulator 100 links analog monitoring variables and face plate variables with the process model 140 through the input/output model 160.

예를 들어 제어모델(130)과 공정모델(140) 간에 연결되는 입출력모델(160)은 아날로그 모니터링 변수는 COP Min Flow(CM)과 COP Min Flow(PM), Hotwell Level(CM)과 Hotwell Level(PM)로 연계하고, 페이스 플레이트 변수는 COP Min FCV(CM)과 COP Min FCV(PM)으로 연계할 수 있다. For example, the input/output model 160 connected between the control model 130 and the process model 140 includes analog monitoring variables such as COP Min Flow (CM), COP Min Flow (PM), Hotwell Level (CM), and Hotwell Level ( PM), and the face plate variable can be linked to COP Min FCV(CM) and COP Min FCV(PM).

또한, 제어모델(130)과 운전조작반(110) 간에 연결되는 OPC 입출력모델(150)은 COP Min Flow(CM)과 COP Min Flow(HMI), Hotwell Level(CM)과 Hotwell Level(HMI)로 연계하고, 페이스 플레이트 변수는 COP Min FCV(CM)과 COP Min FCV(HMI)으로 연계할 수 있다. In addition, the OPC input/output model 150 connected between the control model 130 and the operation panel 110 is linked to COP Min Flow (CM), COP Min Flow (HMI), and Hotwell Level (CM) and Hotwell Level (HMI). And the face plate variable can be linked to COP Min FCV(CM) and COP Min FCV(HMI).

그에 따라 시뮬레이터(100)는 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수에 대한 정보를 운전조작반(110)의 화면(170)을 통해 출력한다. Accordingly, the simulator 100 outputs information about analog monitoring variables and face plate variables through the screen 170 of the operation control panel 110.

시뮬레이터(100)는 OPC 입출력모델(150) 및 입출력모델(160)에 각각 태그를 등록하여 컴파일 및 실행파일을 생성하도록 한다. The simulator 100 registers tags in the OPC input/output model 150 and the input/output model 160 to compile and generate an executable file.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랜트 진단 시스템의 시나리오 구성 및 학습모델 생성을 설명하는 데 참조되는 도이다. Figure 6 is a diagram referenced to explain scenario configuration and learning model creation of a plant diagnosis system according to an embodiment of the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)는 모델 통합에 따른 연계 시험 후, 시뮬레이터(100)의 충실도를 검증한다. As shown in FIG. 6, the simulator 100 verifies the fidelity of the simulator 100 after a linkage test according to model integration.

강사조작반(120)은 시뮬레이터(100)에 대하여, 정격 100% 부하에서의 열평형 상태를 유지하고, 열평형상태에서 주요 데이터가 설계 데이터를 만족하는지를 확인하여 그 결과를 바탕으로 시뮬레이터(100)의 충실도를 판단한다. The instructor operation panel 120 maintains thermal balance at a rated 100% load for the simulator 100, checks whether key data satisfies the design data in the thermal balance state, and controls the simulator 100 based on the results. Judge fidelity.

강사조작반(120)은 100% 부하에서의 열평형 상태에 대한 부하를 낮추어 냉간상태로 절환하고, 정격 부하까지 기동하여 시뮬레이터(100)에 대한 충실도를 확인한다. 모델 오차율 계산식은 다음 수학식 1과 같다.The instructor operation panel 120 lowers the load to the thermal balance state at 100% load, switches to the cold state, and operates up to the rated load to check the fidelity of the simulator 100. The model error rate calculation formula is as follows:

Figure pat00001
Figure pat00001

모델의 충실도는 설계데이터와 시뮬레이션데이터의 차이를 기반으로 산출한다. Model fidelity is calculated based on the difference between design data and simulation data.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)는 시뮬레이터(100)의 충실도가 설정 조건을 만족하는 경우 운전조건별 시나리오를 생성한다. As shown in (a) of FIG. 6, the simulator 100 generates a scenario for each driving condition when the fidelity of the simulator 100 satisfies the set conditions.

시뮬레이터(100)는 냉간상태, 열간상태, 가스터빈 예열, 기동, 배열회수보일러 예열, 증기터빈 승속, 계통병입, 출력 50%, 출력 75%, 및 출력 100% 과 같은 운전조건별로 시나리오를 생성한다. The simulator 100 generates scenarios for each operating condition, such as cold state, hot state, gas turbine preheating, startup, heat recovery boiler preheating, steam turbine speed up, grid feed-in, output 50%, output 75%, and output 100%. .

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 시뮬레이터(100)는 생성된 시나리오를 기반으로 이상을 예측하고 고장을 진단하는, 인공지능 기반 이상진단예측 알고리즘을 적용하여 시뮬레이션을 수행한다. As shown in (b) of FIG. 6, the simulator 100 performs simulation by applying an artificial intelligence-based abnormality diagnosis prediction algorithm that predicts abnormalities and diagnoses failures based on the generated scenario.

시뮬레이터(100)는 시뮬레이터 데이터를 획득하여 데이터베이스(DB)(50)에 누적하여 저장한다. 시뮬레이터(100)는 정상상태와 이상상태를 구분하여 각각의 시뮬레이션 데이터를 저장한다. The simulator 100 acquires simulator data and stores it cumulatively in the database (DB) 50. The simulator 100 distinguishes between normal and abnormal states and stores each simulation data.

시뮬레이터(100)는 복수의 시나리오에 대하여 각각 시뮬레이션을 수행할 수 있다. The simulator 100 can perform simulations for each of a plurality of scenarios.

진단예측장치(200)는 시뮬레이션을 통해 생성되는 데이터를 이상진단예측 알고리즘을 적용하여 학습하고, 학습결과를 바탕으로 학습모델을 구성한다. The diagnosis prediction device 200 learns data generated through simulation by applying an abnormality diagnosis prediction algorithm and constructs a learning model based on the learning results.

진단예측장치(200)는 생성된 학습모델을 기반으로 플랜트(10)의 데이터를 분석하여 정상상태 및 비정상상태에 대한 진단결과를 생성하고, 진단결과에 대한 솔루션을 생성할 수 있다. The diagnostic prediction device 200 analyzes the data of the plant 10 based on the generated learning model, generates diagnostic results for normal and abnormal states, and creates a solution for the diagnostic results.

그에 따라 본 발명의 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템 및 그 동작 방법은, 플랜트를 실제 운용하지 않더라도, 다양한 운전조건별 시나리오 생성하고 시뮬레이션을 통해 정상상태와 비정상상태에 대한 신뢰성 있는 데이터를 획득할 수 있다. Accordingly, the artificial intelligence-based plant diagnosis system and its operation method using the simulator of the present invention can generate scenarios for various operating conditions and obtain reliable data on normal and abnormal states through simulation, even if the plant is not actually operated. You can.

또한, 본 발명은 정상상태를 벗어난 운전조건 및 비정상상태에 대한 플랜트의 이상을 예측할 수 있다. In addition, the present invention can predict plant abnormalities for operating conditions that deviate from normal conditions and abnormal conditions.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments can be made therefrom. You will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the scope of the patent claims below.

20: 정상상태 시뮬레이션 데이터 30: 이상상태 시뮬레이션 데이터
50: 데이터베이스(DB)
100: 시뮬레이터 110: 운전조작반
120: 강사조작반 130: 제어모델
140: 공정모델 150, 160: 입출력모델
200: 진단예측장치
20: Steady state simulation data 30: Abnormal state simulation data
50: Database (DB)
100: Simulator 110: Driving control panel
120: Instructor operation panel 130: Control model
140: Process model 150, 160: Input/output model
200: Diagnosis prediction device

Claims (18)

플랜트에 대응하는 공정모델 및 제어모델을 구성하여 운전조건에 따른 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 데이터를 생성하는 시뮬레이터; 및
상기 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 플랜트에 대한 학습모델을 생성하고, 상기 학습모델을 기반으로 상기 플랜트의 데이터를 분석하여 상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 진단예측장치; 를 포함하고,
상기 시뮬레이터는 상기 공정모델 및 상기 제어모델 간의 입출력변수를 연계하여 통합 연계모델을 생성하고, 운전조건별 시나리오를 생성하여 시뮬레이션을 수행하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
A simulator that configures a process model and control model corresponding to the plant and performs simulation according to operating conditions to generate simulation data; and
A diagnostic prediction device that generates a learning model for the plant based on the simulation data, analyzes the data of the plant based on the learning model, diagnoses the state of the plant, and predicts abnormalities; Including,
The simulator is an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator, characterized in that it creates an integrated linkage model by linking input and output variables between the process model and the control model, and creates a scenario for each operating condition to perform simulation.
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는,
상기 공정모델 및 상기 제어모델에 대한 외부환경조건을 포함하는 연계모델;
상기 시뮬레이션에 따른 진행상황을 출력하는 운전조작반; 및
상기 시뮬레이터를 구동하여 시뮬레이션을 수행하는 강사조작반; 을 더 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 1,
The simulator is,
A linkage model including external environmental conditions for the process model and the control model;
An operation control panel that outputs progress according to the simulation; and
an instructor operation panel that runs the simulator to perform simulation; An artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator that further includes.
제 2 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는, 상기 공정모델의 파라미터를 튜닝하고, 튜닝된 파라미터에 대응하여 상기 제어모델의 로직을 수정하여 입출력 변수를 연계하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 2,
The simulator is an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator, characterized in that it tunes the parameters of the process model, modifies the logic of the control model in response to the tuned parameters, and links input and output variables.
제 3 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는, 상기 제어모델의 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수를 입출력모델의 변수와 통합하여 연계하고, 상기 입출력모델에 태그를 등록하여 상기 운전조작반의 화면에 출력하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 3,
The simulator integrates and links the analog monitoring variables and face plate variables of the control model with the variables of the input/output model, registers a tag in the input/output model, and outputs it on the screen of the operation control panel. Intelligence-based plant diagnostic system.
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는, 상기 플랜트의 운전절차서를 기반으로 시뮬레이션 운전절차 데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델을 생성하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 1,
The simulator is an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator, characterized in that the integrated linkage model is generated by reflecting simulation operation procedure data based on the operation procedure of the plant.
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는, 상기 플랜트의 설계데이터 및 운전데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 산출하여 상기 통합 연계모델을 검증하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 1,
The simulator is an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator, characterized in that the simulator verifies the integrated linkage model by calculating the fidelity of the integrated linkage model by reflecting the design data and operation data of the plant.
제 6 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는 정격 100% 부하에서의 열평형 상태를 유지하고, 열평형상태에서 주요 데이터가 설계 데이터를 만족하는지를 확인하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 6,
The simulator maintains thermal balance at 100% rated load, and determines fidelity to the integrated linkage model by checking whether key data satisfies the design data in the thermal balance state. It is an artificial intelligence-based system using a simulator. Plant diagnostic system.
제 6 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는 100% 부하에서의 열평형 상태에 대한 부하를 낮추어 냉간상태로 절환하고, 정격 부하까지 기동하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 6,
The simulator switches to a cold state by lowering the load to the thermal balance state at 100% load, and starts up to the rated load to determine fidelity to the integrated linkage model. An artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator. .
제 1 항에 있어서,
상기 시뮬레이터는 냉간상태, 열간상태, 가스터빈 예열, 기동, 배열회수보일러 예열, 증기터빈 승속, 계통병입, 출력 50%, 출력 75%, 및 출력 100% 중 적어도 하나에 대한 운전조건별로 시나리오를 생성하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 1,
The simulator generates a scenario for each operating condition for at least one of cold state, hot state, gas turbine preheating, startup, heat recovery boiler preheating, steam turbine speed up, grid feed-in, output 50%, output 75%, and output 100%. An artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator.
제 1 항에 있어서,
상기 진단예측장치는 상기 시뮬레이터로부터 생성되는 시뮬레이션 데이터를 학습하여 생성되는 학습모델을 기반으로, 정상상태 진단예측모델 및 이상상태 진단예측모델을 생성하고,
상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하고, 상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 1,
The diagnosis prediction device generates a normal state diagnosis prediction model and an abnormal state diagnosis prediction model based on a learning model generated by learning simulation data generated from the simulator,
Diagnosing and predicting the state of the plant according to operating conditions outside of the normal state based on the normal state diagnosis and prediction model, and diagnosing and predicting failure of the plant for abnormal states based on the abnormal state diagnosis and prediction model. Artificial intelligence-based plant diagnosis system using a featured simulator.
제 10 항에 있어서,
상기 진단예측장치는 상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하고, 상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 것을 특징으로 하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템.
According to claim 10,
The diagnostic prediction device diagnoses and predicts the state of the plant according to operating conditions that deviate from the normal state based on the normal state diagnostic prediction model, and detects a failure of the plant due to an abnormal state based on the abnormal state diagnostic prediction model. An artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator that is characterized by diagnosis and prediction.
시뮬레이터가, 플랜트에 대응하는 공정모델 및 제어모델을 구성하는 단계;
상기 공정모델 및 상기 제어모델 간의 입출력변수를 연계하여 통합 연계모델을 생성하는 단계;
운전조건별 시나리오를 생성하여 시뮬레이션을 수행하여 시뮬레이션 데이터를 생성하는 단계;
진단예측장치가, 상기 시뮬레이션 데이터를 기반으로 상기 플랜트에 대한 학습모델을 생성하는 단계; 및
상기 학습모델을 기반으로 상기 플랜트의 데이터를 분석하여 상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 단계; 를 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
A simulator configuring a process model and control model corresponding to the plant;
Generating an integrated linkage model by linking input and output variables between the process model and the control model;
Generating simulation data by creating a scenario for each driving condition and performing a simulation;
A diagnostic prediction device generating a learning model for the plant based on the simulation data; and
Diagnosing the state of the plant and predicting abnormalities by analyzing data from the plant based on the learning model; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator including.
제 12 항에 있어서,
상기 통합 연계모델을 생성하는 단계는,
상기 공정모델 및 상기 제어모델에 대한 외부환경조건을 포함하는 연계모델을 구성하는 단계; 및
상기 공정모델, 상기 제어모델, 및 상기 연계모델을 통합하는 단계;
상기 플랜트의 운전절차서를 기반으로 시뮬레이션 운전절차 데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델을 생성하는 단계; 를 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 12,
The step of creating the integrated linkage model is,
Constructing a linkage model including external environmental conditions for the process model and the control model; and
Integrating the process model, the control model, and the linkage model;
generating the integrated linkage model by reflecting simulation operation procedure data based on the operation procedure of the plant; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator including.
제 12 항에 있어서,
상기 통합 연계모델을 생성하는 단계는,
상기 공정모델의 파라미터를 튜닝하는 단계;
튜닝된 파라미터에 대응하여 상기 제어모델의 로직을 수정하여 입출력 변수를 연계하는 단계;
상기 제어모델의 아날로그 모니터링 변수 및 페이스 플레이트 변수를 입출력모델의 변수와 통합하여 연계하는 단계; 및
상기 입출력모델에 태그를 등록하여 상기 시뮬레이터의 운전조작반 화면에 출력하는 단계; 를 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 12,
The step of creating the integrated linkage model is,
Tuning parameters of the process model;
Linking input and output variables by modifying the logic of the control model in response to the tuned parameters;
Integrating and linking analog monitoring variables and face plate variables of the control model with variables of the input/output model; and
Registering a tag in the input/output model and outputting it on the operation panel screen of the simulator; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator including.
제 12 항에 있어서,
상기 통합 연계모델을 생성하는 단계 후,
상기 플랜트의 설계데이터 및 운전데이터를 반영하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 산출하여 상기 통합 연계모델을 검증하는 단계; 를 더 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 12,
After the step of creating the integrated linkage model,
Verifying the integrated linkage model by calculating fidelity to the integrated linkage model by reflecting the design data and operation data of the plant; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator further comprising:
제 15 항에 있어서,
상기 통합 연계모델을 검증하는 단계는,
상기 시뮬레이터가, 정격 100% 부하에서의 열평형 상태를 유지하도록 설정하는 단계; 및
열평형상태에서 획득되는 주요 데이터가 상기 설계데이터를 만족하는지를 확인하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 단계; 를 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 15,
The step of verifying the integrated linkage model is,
Setting the simulator to maintain thermal balance at a rated 100% load; and
determining fidelity to the integrated linkage model by checking whether key data obtained in thermal equilibrium satisfies the design data; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator including.
제 16 항에 있어서,
상기 통합 연계모델을 검증하는 단계는,
상기 시뮬레이터가, 100% 부하에서의 열평형 상태에 대한 부하를 낮추어 냉간상태로 절환하는 단계; 및
절환 후, 정격 부하까지 기동하여 상기 통합 연계모델에 대한 충실도를 판단하는 단계; 를 더 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 16,
The step of verifying the integrated linkage model is,
The simulator switches to a cold state by lowering the load from the thermal balance state at 100% load; and
After switching, starting up to the rated load and determining fidelity to the integrated linkage model; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator further comprising:
제 12 항에 있어서,
상기 플랜트의 상태를 진단하고, 이상을 예측하는 단계는,
상기 시뮬레이터로부터 생성되는 시뮬레이션 데이터를 학습하여 생성되는 학습모델을 기반으로, 정상상태 진단예측모델 및 이상상태 진단예측모델을 생성하는 단계;
상기 정상상태 진단예측모델을 기반으로 정상상태를 벗어난 운전조건에 따른 상기 플랜트의 상태를 진단 및 예측하는 단계; 및
상기 이상상태 진단예측모델을 기반으로 비정상상태에 대한 상기 플랜트의 고장을 진단하고 예측하는 단계; 를 포함하는 시뮬레이터를 이용한 인공지능 기반 플랜트 진단 시스템의 동작 방법.
According to claim 12,
The step of diagnosing the condition of the plant and predicting abnormalities is,
Generating a normal state diagnosis prediction model and an abnormal state diagnosis prediction model based on a learning model generated by learning simulation data generated from the simulator;
Diagnosing and predicting the state of the plant according to operating conditions outside of the normal state based on the steady-state diagnosis and prediction model; and
Diagnosing and predicting a failure of the plant due to an abnormal state based on the abnormal state diagnosis and prediction model; Method of operating an artificial intelligence-based plant diagnosis system using a simulator including.
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