JP2005301582A - Process management device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業用や民生用の各種設備の異常や運転不能になる状況をあらかじめ予測したり、故障が発生した場合に原因を推定したりするプロセス管理装置に係わり、特にBEMS装置の数多くある機能のうち、故障検知、故障予知、故障診断を行うプロセス管理装置に関する。 The present invention relates to a process management apparatus that predicts in advance an abnormality of various types of industrial and consumer equipment or a situation where operation is impossible, and estimates the cause when a failure occurs, and there are many BEMS apparatuses in particular. Of the functions, the present invention relates to a process management apparatus that performs failure detection, failure prediction, and failure diagnosis.
現在、一般のプロセスでもほぼ同様のことが言えるが、近年、ビル設備運用管理の熟練技術者の確保が困難になる中で、ビルの大規模化が進み、その結果、空調システムなどのビル設備に発生した異常の発見や処置が遅くなり、室内環境悪化やエネルギー浪費を引き起こす可能性が増大している。これらの問題を解決し、かつ高い省エネ効果が見込まれるシステムとして、ビル・環境・エネルギー管理システム(BEMS:Bui1ding and Energy Management System)装置が改めて今、注目されている。 Currently, almost the same can be said for general processes, but in recent years, it has become difficult to secure skilled engineers in building equipment operation management, and as a result, building scale has increased, resulting in building equipment such as air conditioning systems. The detection and treatment of abnormalities occurring in the country are slowing down, and the possibility of causing deterioration of the indoor environment and energy waste is increasing. As a system that solves these problems and is expected to have a high energy-saving effect, a building, environment, and energy management system (BEMS) apparatus is now attracting attention.
BEMS装置は、ビル経営管理からエネルギー管理まで、ビルに関する全てのビル管理項目あるいは複数のビル管理項目を一括して管理するものであり、事務所や店舗など業務用ビルの省エネ対策として重要なものになっている。
ところで、ビルの設備には、いろいろなものがあるが、今日、暖房や冷房を行う空調システムは建物にとって欠かせないものになっている。空調システムはビルの階毎に数台必要で、大規模ビルでは、台数が多くなる。また、この空調システムは複数の装置から成り立っているため、しばしば不具合が生じる。 By the way, there are various building facilities. Today, air conditioning systems for heating and cooling are indispensable for buildings. Several air conditioning systems are required for each floor of the building, and the number of large air conditioning systems increases. Moreover, since this air conditioning system is composed of a plurality of devices, problems often occur.
そして、不具合が生じると、空調システムが正常な動作をしなくなるので、居住者に快適な空調環境を提供できなくなる。さらに省エネ制御などが導入されていても、センサは通常、制御に最低限必要なものしか設置されず、故障及びその要因検知用のものは設置されない。 If a malfunction occurs, the air conditioning system does not operate normally, and a comfortable air conditioning environment cannot be provided to the residents. Further, even if energy saving control or the like is introduced, usually only sensors necessary for the control are installed, and those for detecting a failure and its factor are not installed.
このため、設備機器の不具合が発生しても、これが発見されず、そのまま運転され、機器効率が大幅に低下した状態が継続されて、エネルギーが無駄に使われることが多い。 For this reason, even if a malfunction occurs in the equipment, it is not discovered and it is operated as it is, and the state in which the equipment efficiency is greatly reduced is continued and energy is often wasted.
そこで、近年、建物に設置された各設備の不具合を迅速に見つけるために、多数の建物とセンタとを通信回線で結び、センタに配置された監視員によって各建物の設備を集中的に監視し、各建物側に管理装置が設置されていないときでも、センサ側で、各建物側に設けられた各設備の異常有無を監視できるようにした監視システムを導入することが多い。 Therefore, in recent years, in order to quickly find defects in each facility installed in a building, many buildings and the center are connected by a communication line, and the facilities in each building are intensively monitored by an observer placed in the center. Even when no management device is installed on each building side, a monitoring system is often introduced that allows the sensor side to monitor the presence or absence of abnormality of each facility provided on each building side.
しかしながら、このような監視システムでは、センタ側に膨大な量のデータが集中することから、人手の監視による不具合の検知には限界があり、膨大な量のデータを自動的に解析して、故障の有無を判定することができる装置の開発が強く望まれていた。 However, in such a monitoring system, a huge amount of data is concentrated on the center side, so there is a limit to the detection of malfunctions by manual monitoring, and a huge amount of data is automatically analyzed and a failure is detected. There has been a strong demand for the development of an apparatus that can determine whether or not there is any.
本発明は、上記の事情に鑑み、限られたセンサ信号から正常運転状態と故障状態とを効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行できるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができるプロセス管理装置を提供することを主目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention is capable of efficiently discriminating and estimating a normal operation state and a failure state from a limited sensor signal, and estimating the factor when a failure occurs to verify system performance, failure detection, and failure prediction. The main object of the present invention is to provide a process management apparatus that can accurately perform failure diagnosis, reduce energy consumption, and reduce maintenance costs.
上記の目的を達成するために本発明は、プロセスを計測して得られる多変数を解析パラメータを用いて統計解析し、変数数を削減して統計解析データを生成する統計解析手段と、学習処理で得られた判定パラメータを用いて、前記統計解析手段から出力される統計解析データを解析し、異常の有無を判定し、故障要因を推定する人工知能手段とを備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a statistical analysis means for statistically analyzing multivariables obtained by measuring a process using analysis parameters, reducing the number of variables and generating statistical analysis data, and a learning process. And an artificial intelligence means for analyzing the statistical analysis data output from the statistical analysis means, determining the presence or absence of an abnormality, and estimating a failure factor.
本発明によるプロセス管理装置では、限られたセンサ信号から正常運転状態と故障状態とを効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。 In the process management apparatus according to the present invention, it is possible to efficiently discriminate and estimate the normal operation state and the failure state from the limited sensor signal, and when the failure occurs, the cause is estimated, and the system performance verification, failure detection, failure prediction, failure Diagnosis can be performed with high accuracy, energy consumption can be reduced, and maintenance costs can be reduced.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明が一般的なプロセスに適用できることは明らかであるが、実施形態では具体例として、図9に示すように外気の取り込み量を制御する吸気側のダンパ102と、排気量を制御する排気側のダンパ103と、空気の循環量を制御する循環側のダンパ104と、冷水、温水、蒸気などを用いて、吸気側のダンパ102を介して取り込まれた外気の温度、湿度を調整する空調機105と、空調機105で温度、湿度が調整された空気を取り込み、室内106に送り込む送風機107と、室内106内から空気を取り込み、排気、環気する環気ファン108と、通信回線109を介して中央CPUから供給される制御指令、室内106の温度計110、湿度計111によって得られた計測結果などに基づき、空調機105を制御するコントローラ112とを備えた空調プロセス101を用い、ネットワークを介して、この空調プロセス101をリモート制御するビル・環境・エネルギー管理(BEMS)装置の故障検知・予知・診断機能について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. It is obvious that the present invention can be applied to a general process. However, in the embodiment, as a specific example, the intake-side damper 102 that controls the intake amount of outside air and the exhaust amount are controlled as shown in FIG. Using the exhaust-side damper 103, the circulation-side damper 104 that controls the amount of air circulation, and cold water, hot water, steam, etc., the temperature and humidity of outside air taken in via the intake-side damper 102 are adjusted. An air conditioner 105, an air blower 107 that takes in air whose temperature and humidity have been adjusted by the air conditioner 105 and sends the air into the room 106, an air fan 108 that takes air from inside the room 106, exhausts and circulates, and a communication line 109. The control unit for controlling the air conditioner 105 based on the control command supplied from the central CPU via the central control unit, the measurement result obtained by the
《実施形態の構成説明》
図1はこのような空調プロセスに適用される本発明によるプロセス管理装置の全体構成を示すブロック図である。
<< Configuration Description of Embodiment >>
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a process management apparatus according to the present invention applied to such an air conditioning process.
この図に示すプロセス管理装置1は、プロセスデータを収集するプロセス実績データ蓄積手段2と、主成分分析(PCA:Principa1 Components anlysis)を用いて、プロセス実績データを解析する統計解析手段3と、解析結果を蓄積する解析データ蓄積手段4と、蓄積されている解析結果に基づき、プロセスの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断などを行う人工知能手段5とを備えている。そして、対象建物側(事務所ビル、デパート、病院等)に設置された各計測監視制御手段10を構成する各センサによって、各建物に設置された各空調装置のエネルギー消費量、その他のプロセス値(外気温、室温、室内湿度等)を検知するとともに、ネットワーク11を介して、検知結果(プロセス実績データ)を取り込んで、空調プロセス101の故障検知、故障予知、故障診断故障検知などを行う。
The process management apparatus 1 shown in this figure includes a process result
プロセス実績データ蓄積手段2は、事務所ビルやデパート、病院等の対象建物側に設置された計測監視制御手段10から空調装置のエネルギー消費量、その他のプロセス値(外気温、室温、室内湿度等)が出力されたとき、ネットワーク11を介してこれを取り込み、正常時のプロセス実績データと、故障発生時のプロセス実績データとに分けて蓄積する。 The process result data storage means 2 is used to measure the energy consumption of the air conditioner, other process values (outside temperature, room temperature, indoor humidity, etc.) from the measurement monitoring control means 10 installed on the target building side such as an office building, department store, or hospital. ) Is output via the network 11 and stored separately in normal process performance data and failure process performance data.
また、統計解析手段3は、各種建築物、負荷条件などの各パラメータを用いて、プロセスの正常状態のシミュレーションと各種故障状態のシミュレーションを事前に行うプロセスシミュレーション手段6と、プロセスシミュレーション手段6で得られたシミュレーション結果を蓄積するシミュレーションデータ蓄積手段7と、主成分分析を用いて、シミュレーションデータ蓄積手段7に蓄積されているシミュレーション結果、プロセス実績データ蓄積手段2に蓄積されている正常時のプロセス実績データ、故障発生時のプロセス実績データを統計解析して、正常状態の特性値と、異状状態の特性値との差異を早期に、容易に抽出するのに必要な前段階の処理を行う主成分分析手段8とを備えている。 Further, the statistical analysis means 3 is obtained by the process simulation means 6 and the process simulation means 6 which perform the simulation of the normal state of the process and the simulation of the various fault states in advance using each parameter such as various buildings and load conditions. Simulation data accumulating means 7 for accumulating the obtained simulation results, and using the principal component analysis, the simulation results accumulated in the simulation data accumulating means 7 and the normal process results accumulated in the process performance data accumulating means 2 Data and process performance data at the time of failure occurrence are statistically analyzed, and the main component that performs the pre-stage processing necessary to quickly and easily extract the difference between the normal state characteristic value and the abnormal state characteristic value And analyzing means 8.
そして、プロセス管理装置1を稼動する前に、各種建築物、負荷条件などの各パラメータを用いて、プロセスが正常な状態であるときのシミュレーションと、各種故障状態のときのシミュレーションとを行ってシミュレーション結果を蓄積し、このシミュレーション結果を主成分分析して、正常状態の特性値と、異状状態の特性値との差異を早期に、容易に抽出するのに必要なプロセス変数結合重みパラメータを求めるとともに、このプロセス変数結合重みパラメータを用いて、プロセスが正常な状態であるときのシミュレーション結果と、各種故障状態のときのシミュレーション結果とを主成分分析し、各主分析スコアを解析データ蓄積手段4に蓄積する。この後、プロセス管理装置1を稼働しているとき、プロセス変数結合重みパラメータを用いして、プロセス実績データ蓄積手段2を介して供給されるプロセス実績データを主成分分析して、主分析スコアを人工知能手段5に供給する。そして、プロセス管理装置1の運転期間が長くなり、プロセス実績データ蓄積手段2に正常時の実績データ、故障時の実績データが十分蓄積されてきたとき、これらのプロセス実績データを用いて、プロセス変数結合重みパラメータを更新し、解析データ蓄積手段4に蓄積されているプロセスが正常なときの各主分析スコアと、プロセスが故障しているときの各主分析スコアとを更新する。
Then, before operating the process management apparatus 1, a simulation is performed by performing a simulation when the process is in a normal state and a simulation when there are various failure states using various parameters such as various buildings and load conditions. The results are accumulated, and the simulation results are subjected to principal component analysis to obtain process variable connection weight parameters necessary to quickly and easily extract the difference between the normal state characteristic value and the abnormal state characteristic value. Using this process variable coupling weight parameter, the principal component analysis is performed on the simulation result when the process is in a normal state and the simulation result when the various failure states occur, and each main analysis score is stored in the analysis data storage means 4. accumulate. Thereafter, when the process management apparatus 1 is operating, the process result data supplied via the process result data storage means 2 is principally analyzed using the process variable coupling weight parameter, and the main analysis score is obtained. The artificial intelligence means 5 is supplied. Then, when the operation period of the process management apparatus 1 becomes long and the actual performance data and the actual performance data at the time of failure have been sufficiently accumulated in the process performance data storage means 2, process variables are used to The connection weight parameter is updated, and each main analysis score when the process stored in the analysis
また、解析データ蓄積手段4は、プロセス管理装置1から統計解析手段3から正常状態時のシミュレーション結果を主成分分析した新たな処理結果と、各種故障状態時のシミュレーション結果を主成分分析した新たな処理結果とが出力される毎に、これを取り込み、それまでの処理結果を更新しながら、最も新しい処理結果を人工知能手段5に供給する。 Also, the analysis data storage means 4 is a new processing result obtained by performing principal component analysis on the simulation result in the normal state from the statistical analysis means 3 from the process management apparatus 1 and a new principal component analysis on the simulation result in various failure states. Each time a processing result is output, it is fetched, and the latest processing result is supplied to the artificial intelligence means 5 while updating the previous processing result.
人工知能手段5は、解析データ蓄積手段4に蓄積されている各主分析スコア(プロセスが正常なときの各主分析スコア、プロセスが故障しているときの各主分析スコア)が更新される毎に、これら各主分析スコアに基づき、ニューラルネットワークの重みパラメータを更新しながら、統計解析手段3から出力されるプロセス実績データの主成分スコアを解析し、空調プロセス111の故障検知、故障予知、故障診断故障検知、省エネ制御などを行うニューラルネットワーク手段9を備えており、プロセス管理装置1が稼動する前に、解析データ蓄積手段4に蓄積されている各主成分スコアに基づき、学習を行わせて、ニューラルネットワークの重みパラメータを決定する。この後、プロセス管理装置1が稼働しているとき、統計解析手段3から出力されるプロセス実績データの主成分スコアを解析し、空調プロセス111の故障検知、故障予知、故障診断故障検知などを行う。
The artificial intelligence means 5 updates each main analysis score (each main analysis score when the process is normal, each main analysis score when the process is faulty) stored in the analysis data storage means 4. In addition, based on these main analysis scores, while updating the weight parameters of the neural network, the principal component score of the process performance data output from the statistical analysis means 3 is analyzed to detect failure of the air conditioning process 111, failure prediction, failure Neural network means 9 for performing diagnostic failure detection, energy saving control, etc. is provided, and learning is performed based on each principal component score stored in the analysis data storage means 4 before the process management apparatus 1 is operated. Determine the weight parameters of the neural network. Thereafter, when the process management apparatus 1 is in operation, the principal component score of the process performance data output from the
《実施形態の動作説明》
次に、図1に示すブロック図、図2に示すフローチャート、図3に示す模式図を参照しながら、プロセス管理装置1が稼働する前と、プロセス管理装置1が稼働しているときとに分けて、プロセス管理装置1の動作を説明する。
<< Description of Operation of Embodiment >>
Next, with reference to the block diagram shown in FIG. 1, the flowchart shown in FIG. 2, and the schematic diagram shown in FIG. 3, the process management device 1 is divided into before and when the process management device 1 is operating. The operation of the process management apparatus 1 will be described.
<プロセス管理装置1が稼働する前>
まず、プロセス管理装置1が稼働する前に、統計解析手段3のシミュレーション手段6によって、予め入力されている建物に関する各データ、各負荷条件データなどが時刻毎に整理される。
<Before the process management device 1 is operated>
First, before the process management apparatus 1 operates, the simulation means 6 of the statistical analysis means 3 organizes each piece of data relating to the building that has been input in advance, each load condition data, etc. for each time.
この後、シミュレーション手段6によって、図2のフローチャートに示すように、予め入力された建物側に関する各情報が読み出されて、建物側に設けられた部屋の大きさ、熱容量、壁面積、壁の熱貫流率等のデータが設定されて(ステップS1)、各負荷条件データなどに基づき、空調負荷に関連する気象要素である外気温、外気湿度、日射量が事前に設定された後(ステップS2)、人の在室率変化に応じたシミュレーション時間分だけ、日射量を用いて窓ガラス面からの取得熱量、人の発熱量やOA等の電気機器、照明の発熱量などが予め計算されて、熱負荷データが設定される(ステップS3)。 Thereafter, as shown in the flowchart of FIG. 2, the simulation means 6 reads each piece of information relating to the building side inputted in advance, and the size, heat capacity, wall area, and wall size of the room provided on the building side. After data such as the heat transmissibility is set (step S1), and based on each load condition data, etc., the outside air temperature, the outside air humidity, and the amount of solar radiation, which are meteorological factors related to the air conditioning load, are set in advance (step S2). ) The amount of heat acquired from the window glass surface, the amount of heat generated by the person, the amount of heat generated by the person, OA, and the amount of heat generated by the lighting are calculated in advance for the simulation time corresponding to the change in the occupancy rate of the person. The heat load data is set (step S3).
この後、シミュレーション手段6によって、サンプリング制御周期(シミュレータ計算周期の整数倍)であるかどうかがチェックされ、サンプリング周期であるとき(ステップS4)、DDC(Direct Digita1 Contro11er)制御アルゴリズム方式で、室温設定値と室温との偏差、湿度設定値と室内湿度との偏差などに基づいて、PIDパラメータ(速度形)が演算される(ステップS5)。 Thereafter, the simulation means 6 checks whether the sampling control period is an integer multiple of the simulator calculation period, and when it is the sampling period (step S4), the room temperature is set by the DDC (Direct Digita1 Contro11er) control algorithm method. A PID parameter (speed type) is calculated based on the deviation between the value and room temperature, the deviation between the humidity setting value and the room humidity, etc. (step S5).
次いで、シミュレーション手段6によって、冷却コイル、加熱コイル、加湿器の順で熱交換器の理論計算式や、空気線図の計算式が用いられて、空調機105内での空気の各状態点(温度、湿度、エンタルピなど)が求められるとともに(ステップS6)、ビル内の部屋の壁が外壁(窓あり)、床、内壁、天井の部分に分けられて、伝熱方程式(伝熱モデル)で、熱の収支が記述され(ステップS7)、差分解法による室温と壁温との動特性変化が計算され、再循環空気と導入外気の混合計算により空調機入口での空気の状態点が求められる(ステップS8)。
Next, the
以下、シミュレーション手段6によって、時刻データが更新されながら、シミュレーション終了時刻になるまで、上述した計算が実行されて、プロセスが正常な状態であるときのシミュレーションと、各種故障状態のときのシミュレーションとが行われて、シミュレーションデータ蓄積手段8にプロセスが正常な状態であるときのプロセス実績データと、各種故障状態のときのプロセス実績データとが蓄積される(ステップS4〜S10)。
Hereinafter, the
また、この動作と並行し、プロセス管理装置1を稼動する前に、主成分分析手段8によって、シミュレーションデータ蓄積手段7に蓄積されているプロセスが正常な状態であるときのプロセス実績データと、各種故障状態のときのプロセス実績データとが分析されて、正常状態の特性値と、異状状態の特性値との差異を早期に、容易に抽出するのに必要なプロセス変数結合重みパラメータが求められる。 In parallel with this operation, before operating the process management apparatus 1, the process result data when the process accumulated in the simulation data accumulation means 7 is in a normal state by the principal component analysis means 8 and various The process performance data in the failure state is analyzed, and a process variable connection weight parameter necessary to easily and quickly extract the difference between the characteristic value in the normal state and the characteristic value in the abnormal state is obtained.
この際、例えばプロセス実績データが変数の数がp個“X1,X2,……,xp”、観測対象の数がn個の多変量データであり、この多変量データを用いて、p個より少ないm個の新しい変数“Z1,Z2,……,Zm”を作る場合、下記に示す条件の下で、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が算出される。 In this case, for example, the process performance data is p multivariable data with the number of variables “X 1 , X 2 ,..., X p ” and the number of observation objects n, and using this multivariate data, When creating m new variables “Z 1 , Z 2 ,..., Z m ” less than p, process variable connection weight parameters “a 11 , a 12 ,. "Is calculated.
〔数1〕
Var(Z1)≧Var(Z2)≧…≧Var(Zm) …(1)
ai1 2+ai2 2+…十aip 2=1 …(2)
但し、i:i=1,2,…,m
Var(Zi):分散
この際、新しい変数“Z1”は新しい変数“Z2”とは独立になるようにする。また新しい変数“Z3”は新しい変数“Z1”および新しい変数“Z2”とは独立になるようにする。以下、新しい変数“Z4”から新しい変数“Zm”まで同様である。
[Equation 1]
Var (Z 1 ) ≧ Var (Z 2 ) ≧… ≧ Var (Z m ) (1)
a i1 2 + a i2 2 + ... 10 a ip 2 = 1 (2)
Where i: i = 1, 2,..., M
Var (Z i ): Variance At this time, the new variable “Z 1 ” is made independent of the new variable “Z 2 ”. The new variable “Z 3 ” is independent of the new variable “Z 1 ” and the new variable “Z 2 ”. The same applies from the new variable “Z 4 ” to the new variable “Z m ”.
このような条件の下で、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”を求めることは、元の変数“X1,X2,…,Xp”の分散共分散行列の固有値と、固有ベクトルを計算することに帰着し、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”は、固有ベクトルを求めることに他ならない。 Under such conditions, the process variable connection weight parameter "a 11, a 12, ... , a mp" to seek the original variables "X 1, X 2, ... , X p" covariance matrix of The process variable coupling weight parameters “a 11 , a 12 ,..., A mp ” are none other than finding the eigenvectors.
但し、この際、元の変数“X1,X2,…,Xp”の単位と、新しい変数“Z1,Z2,……,Zm”の単位とが異なることから、主成分分析の前に、元の変数“X1,X2,…,Xp”が正規化(標準化)される。 However, this time, the original variable "X 1, X 2, ... , X p" and the units of the new variable "Z 1, Z 2, ...... , Z m" from that and units of different, principal component analysis , The original variables “X 1 , X 2 ,..., X p ” are normalized (standardized).
すなわち、k番目の変数の対象全データの平均値が“Mk”、標準偏差が“Sk”であるとき、下のように各変数“Xkj”が正規化される。 That is, when the average value of all target data of the kth variable is “M k ” and the standard deviation is “S k ”, each variable “X kj ” is normalized as follows.
〔数2〕
Xkj→(Xkj−Mk)/Sk …(3)
但し、j:j=1〜n(nはデータの個数)
次いで、主成分分析手段8によって、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が使用されて、次式に示す演算式で、正常な状態であるときプロセス実績データ(または、各種故障状態のときのプロセス実績データ)を構成している元の変数“X1,X2,……,xp”が結合されて、主成分となる新しい変数“Z1,Z2,……,Zm”が作成される。
[Equation 2]
X kj → (X kj −M k ) / S k (3)
However, j: j = 1 to n (n is the number of data)
Next, the process variable combination weight parameters “a 11 , a 12 ,..., A mp ” are used by the principal component analysis means 8 to calculate the process performance data (or , Process actual data at the time of various fault conditions) are combined with original variables “X 1 , X 2 ,..., X p ” to form new variables “Z 1 , Z 2 , ..., Z m ″ is created.
〔数3〕
Z1(t)=a11・X1(t)+a12・X2(t)+…十a1p・Xp(t) …(4)
Z2(t)=a21・X1(t)+a22・X2(t)+…十a2p・Xp(t) …(5)
…
…
Zm(t)=am1・X1(t)+am2・X2(t)+…十amp・Xp(t) …(6)
但し、amp:プロセス変数結合重みパラメータ
t:時間
この場合、新しい変数(主成分スコア)“Z1,Z2,……,Zm”は、次のような性質を持つものとする。
[Equation 3]
Z 1 (t) = a 11 · X 1 (t) + a 12 · X 2 (t) + ... Ten a 1p · X p (t) ... (4)
Z 2 (t) = a 21 · X 1 (t) + a 22 · X 2 (t) + ... Ten a 2p · X p (t) ... (5)
...
...
Z m (t) = a m1 · X 1 (t) + a m2 · X 2 (t) + ... 10 amp · X p (t) (6)
However, amp : process variable connection weight parameter t: time In this case, it is assumed that the new variable (principal component score) “Z 1 , Z 2 ,..., Z m ” has the following properties.
新しい変数“Z1”は元の変数“X1〜Xp”の情報が最大限集約されるようにする。また、新しい変数“Z2”は元の変数“X1〜Xp”の情報が新しい変数“Z1”の次に出来るだけ多く集約されるようにする。以下、新しい変数“Z3”から新しい変数“Zm”まで、同様に考える。 The new variable “Z 1 ” allows the information of the original variables “X 1 to X p ” to be aggregated to the maximum extent. Further, the new variable “Z 2 ” is configured so that the information of the original variables “X 1 to X p ” is aggregated as much as possible after the new variable “Z 1 ”. Hereinafter, the same applies from the new variable “Z 3 ” to the new variable “Z m ”.
そして、主成分分析手段8によって、シミュレーションデータ蓄積手段7に蓄積されているプロセスが正常な状態であるときの全プロセス実績データに対する主成分分析処理と、各種故障状態のときの全プロセス実績データに対する主成分分析処理とが完了したとき、主成分分析で得られた正常時の主成分スコア“Zm”と、故障時の主成分スコア“Zm”とが解析データ蓄積手段4に転送されて、蓄積される。 Then, the principal component analysis means 8 performs principal component analysis processing on all process result data when the process stored in the simulation data storage means 7 is in a normal state, and applies to all process result data when various failure states occur. when the principal component analysis process and was complete the principal component scores "Z m" of normal that obtained by principal component analysis, and the principal component scores "Z m" at the time of failure is transferred to the analysis data storage means 4 Accumulated.
また、上述した動作と並行し、プロセス管理装置1を稼動する前に、人工知能手段5のニューラルネットワーク手段9によって、解析データ蓄積手段4に蓄積されている正常時の主成分スコア“Zm”と、故障時の主成分スコア“Zm”とに基づき、学習が行われて、ニューラルネットワークの重みパラメータが決定される。
In parallel with the above-described operation, the normal principal component score “Z m ” stored in the analysis
これにより、シミュレーション手段6のシミュレーション処理で得られたプロセス実績データの変数として、空調プロセス101で計測された室内温度、操作弁開度、室内湿度、外気温度、外気湿度が使用され、ニューラルネットワーク手段9によって冷却コイル故障、冷却ファン故障、冷却水操作弁故障、ダクト圧損、熱源機故障に分けて、故障要因が推定されるとき、ニューラルネットワークの重みパラメータに応じて、図3に示すように、ニューラルネットワーク手段9を構成している入力層の各ニューロン素子と、中間層の各ニューロン素子と、出力層の各ニューロン素子とが結合される。 As a result, the room temperature, the operation valve opening, the room humidity, the outside air temperature, and the outside air humidity measured in the air conditioning process 101 are used as variables of the process performance data obtained by the simulation process of the simulation means 6, and the neural network means 9 is divided into cooling coil failure, cooling fan failure, cooling water operation valve failure, duct pressure loss, heat source machine failure, and when the failure factor is estimated, according to the weight parameter of the neural network, as shown in FIG. Each neuron element in the input layer, each neuron element in the intermediate layer, and each neuron element in the output layer constituting the neural network means 9 are coupled.
<プロセス管理装置1が稼働しているとき>
また、プロセス管理装置1が稼働すると、プロセス実績データ蓄積手段2によって、事務所ビルやデパート、病院等の対象建物側に設置された計測監視制御手段10から出力される各プロセス実績データ、例えば各空調プロセス101のエネルギー消費量、その他のプロセス値(外気温、室温、室内湿度等)が取り込まれ、統計解析手段3に出力されるとともに、人工知能手段5の判定結果に基づき、正常時のプロセス実績データと、故障発生時のプロセス実績データとに分けられて、蓄積される。
<When the process management device 1 is operating>
Further, when the process management apparatus 1 is operated, each process result data output from the measurement monitoring control means 10 installed on the target building side such as an office building, department store, or hospital by the process result data storage means 2, for example, each The energy consumption of the air-conditioning process 101 and other process values (outside temperature, room temperature, indoor humidity, etc.) are captured and output to the statistical analysis means 3, and based on the determination result of the artificial intelligence means 5, the normal process The result data and the process result data at the time of the failure are divided and accumulated.
また、この動作と並行し、統計解析手段3の主成分分析手段8によって、プロセス稼働前に得られたプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が用いられて、プロセス実績データ蓄積手段2から出力されるプロセス実績データに対し、前記(3)式〜(6)式に示す演算が行われて、主成分スコア“Zm”が求められ、人工知能手段5に供給される。
In parallel with this operation, the principal
これにより、人工知能手段5のニューラルネットワーク手段9によって、主成分スコア“Zm”がニューラルネット処理され、事務所ビルやデパート、病院等の対象建物側の空調プロセス101が故障しているかどうかが推定され、故障していると推定されるとき、故障要因が出力されるとともに、空調プロセス101の復旧が完了するまで、プロセス実績データ蓄積手段2に取り込まれたプロセス実績データが故障発生時のプロセス実績データとして蓄積される。 As a result, the neural network means 9 of the artificial intelligence means 5 performs neural network processing on the principal component score “Z m ” to determine whether the air conditioning process 101 on the target building side such as an office building, department store, or hospital is out of order. When it is estimated that a failure has occurred, a failure factor is output, and the process result data stored in the process result data storage means 2 is a process at the time of failure until the restoration of the air conditioning process 101 is completed. Accumulated as actual data.
また、プロセス管理装置1の運転期間が長くなり、プロセス実績データ蓄積手段2に正常時のプロセス実績データ、故障時のプロセス実績データが十分蓄積されると、主成分分析手段8によって、プロセス実績データ蓄積手段2に蓄積されている正常時のプロセス実績データ、故障時のプロセス実績データが分析されて、新たなプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が求められて、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が更新されるとともに、新たなプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”が用いられて、プロセス実績データ蓄積手段2に蓄積されている正常時のプロセス実績データ、故障時のプロセス実績データに対し、前記(3)式〜(6)式に示す演算が行われて、主成分分析で得られた新たな正常時の主成分スコア“Zm”と、新たな故障時の主成分スコア“Zm”とが解析データ蓄積手段4に転送されて、正常時の主成分スコア“Zm”と、故障時の主成分スコア“Zm”とが更新される。
Further, when the operation period of the process management apparatus 1 becomes long and the process result
そして、人工知能手段5のニューラルネットワーク手段9によって、解析データ蓄積手段4に蓄積されている新たな正常時の主成分スコア“Zm”と、新たな故障時の主成分スコア“Zm”に基づき、学習が行われて、新たなニューラルネットワークの重みパラメータが求められ、入力層の各ニューロン素子と、中間層の各ニューロン素子と、出力層の各ニューロン素子との結合内容が更新される。
Then, a new normal principal component score “Z m ” and a new failure principal component score “Z m ” stored in the analysis
《実施形態のシミュレーション結果》
次に、図4乃至図7を用いてプロセス管理装置1の正常/異常判定能力を確認したときのシミュレーション内容を説明する。
<< Simulation result of embodiment >>
Next, simulation contents when the normality / abnormality determination capability of the process management apparatus 1 is confirmed will be described with reference to FIGS.
まず、対象プロセスとして、図9に示す空調プロセス101を用い、またプロセス実績データの変数として、通常計測可能な下記の5つの変数(P=5)、すなわち現在、稼働している実際の空調プロセス101などに、新たにセンサを追加することなく、プロセス実績データを収集することができる変数“X1,X2,X3,X4,X5”を用いた。 First, the air conditioning process 101 shown in FIG. 9 is used as the target process, and the following five variables (P = 5) that can be normally measured as process performance data variables, that is, the actual air conditioning process that is currently operating. Variables “X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X 5 ” that can collect process performance data without adding a new sensor are used for 101 and the like.
X1:室温(計測ノイズ有) …(7)
X2:冷水操作弁MV …(8)
X3:室内湿度 …(9)
X4:外気温度 …(10)
X5:外気湿度 …(11)
<給気ファンの故障シミュレーション>
そして、部屋の大きさが“2、009m3”、南と西に窓があり、空調プロセス101の運転時間が“8時”から“19時(計算周期:1分)”までという条件で、図4に示す表に示すように、外気温度や室内熱負荷などの空調負荷条件を変えながら、シミュレータ手段3によって、冷房時期の正常時シミュレーションを実施して、主成分スコア“Zi”を求め、また故障シミュレーションについては、給気ファンが故障し、正常時に、7.0[kg/s]ある給気量が“4.5[kg/s]”まで減少したもの仮定して、主成分スコア“Zi”を求めたとき、図5に示す各主成分スコア時系列表示(トレンドグラフ)を得ることができた。
X 1 : Room temperature (with measurement noise) (7)
X 2 : Cold water operation valve MV (8)
X 3 : Indoor humidity (9)
X 4 : outside air temperature (10)
X 5: ambient humidity ... (11)
<Air supply fan failure simulation>
And the size of the room is “2,009 m 3 ”, there are windows in the south and west, and the operating time of the air conditioning process 101 is from “8 o'clock” to “19 o'clock (calculation cycle: 1 minute)” As shown in the table of FIG. 4, the simulator means 3 performs a normal simulation of the cooling time while changing the air conditioning load conditions such as the outside air temperature and the indoor heat load, and obtains the principal component score “Z i ”. As for the failure simulation, it is assumed that the supply air fan has failed and the supply amount of 7.0 [kg / s] is reduced to “4.5 [kg / s]” under normal conditions. When the score “Z i ” was obtained, each principal component score time series display (trend graph) shown in FIG. 5 could be obtained.
この図5に示すトレンドグラフで示される各主成分スコア“Zi”のうち、“No.4”で示される主成分スコア“Zi”の正常時データ部分、異常時データ部分を各々、拡大した図6に示すトレンドグラフから分かるように、1つのしきい値によって、正常時の主成分スコア“Zi”と、異常時の主成分スコア“Zi”とを分離することができる。 Among the principal component scores “Z i ” shown in the trend graph shown in FIG. 5, the normal data portion and the abnormal data portion of the principal component score “Z i ” indicated by “No. 4” are respectively expanded. as can be seen from the trend graph shown in FIG. 6 described, can be the one threshold, to separate the principal component scores "Z i" of normal, the principal component scores "Z i" of the abnormality.
次に、正常状態と異常状態を判別することができる、しきい値(調整パラメータ)を求める方法を説明する。 Next, a method for obtaining a threshold value (adjustment parameter) that can discriminate between a normal state and an abnormal state will be described.
今、“i番目”の主成分スコア“Zi”で、正常/異常が分離できるものと仮定し、設計パラメータを“n”とし、また正常時における“i番目”の主成分スコア“Zi”の標準偏差を“σi”としたとき、正常/異常を分離するしきい値を“nσi”とする。 Now, assuming that normal / abnormal can be separated with the “i-th” principal component score “Z i ”, the design parameter is “n”, and the “i-th” principal component score “Z i ” in the normal state. When a standard deviation of “σ i ” is “σ i ”, a threshold value for separating normal / abnormal is set to “nσ i ”.
この場合、正常時の主成分スコア“Zi”の中で、しきい値“nσi”を満たさないデータの個数、すなわち異常と判断されたデータの個数を“Ne”とし、主成分スコア“Zi”の全データ数を“Na”としたとき、次式に示す如くしきい値パラメータ“n”を決めれば、正常時の主成分スコア“Zi”と、異常時の主成分スコア“Zi”とを分離するときの誤り率、すなわち正常データを異常と判定する誤り率を“5%”以下にすることができる。 In this case, among the normal principal component scores “Z i ”, the number of data that does not satisfy the threshold “nσ i ”, that is, the number of data determined to be abnormal is “Ne”, and the principal component score “ When the total number of data of Z i ”is“ N a ”, if the threshold parameter“ n ”is determined as shown in the following formula, the principal component score“ Z i ”at normal time and the principal component score at abnormal time The error rate when separating “Z i ”, that is, the error rate at which normal data is determined to be abnormal can be reduced to “5%” or less.
〔数4〕
n=100(Ne/Na) …(12)
n<5 …(13)
そして、“No.4”主成分スコア“Zi”を用いて、給気ファンが正常であるか、異常であるかを分離するとき、下記に示すしきい値“nσi”を使用したとき、異常データの発見確率を“90.3%”以上にできることを確認した。
[Equation 4]
n = 100 (Ne / Na) (12)
n <5 (13)
Then, when separating whether the air supply fan is normal or abnormal using the “No. 4” principal component score “Z i ”, when the threshold value “nσ i ” shown below is used It was confirmed that the discovery probability of abnormal data could be over “90.3%”.
〔数5〕
しきい値=nσi
=−1.03・σ4
=−0.2923 …(14)
但し、σ4:σ4=0.2741
<冷却水操作弁の故障シミュレーション>
また、部屋の大きさが“2、009m3”、南と西に窓があり、空調プロセス101の運転時間が“8時”から“19時(計算周期:1分)”までという条件で、図4に示すように、外気温度や室内熱負荷などの空調負荷条件を変えながら、シミュレータ手段3によって、冷房時期の正常時シミュレーションを実施して、主成分スコア“Zi”を求め、また故障シミュレーションについては、冷却水操作弁が故障し、コントローラの操作出力に対して、“5分”の遅れが生じたものと仮定して、主成分スコア“Zi”を求めたとき、図7に示す各主成分スコア時系列表示(トレンドグラフ)を得ることができた。
[Equation 5]
Threshold = nσ i
= −1.03 · σ 4
= -0.2923 (14)
However, σ 4 : σ 4 = 0.2741
<Failure simulation of cooling water operation valve>
In addition, the size of the room is “2,009 m 3 ”, there are windows in the south and west, and the operation time of the air conditioning process 101 is from “8 o'clock” to “19 o'clock (calculation cycle: 1 minute)” As shown in FIG. 4, the simulator means 3 performs a normal simulation of the cooling time while changing the air conditioning load conditions such as the outside air temperature and the indoor heat load, and obtains the principal component score “Z i ”. As for the simulation, when the principal component score “Z i ” is calculated on the assumption that the cooling water operation valve has failed and a delay of “5 minutes” has occurred with respect to the operation output of the controller, FIG. It was possible to obtain a time series display (trend graph) of each principal component score shown.
この図7に示すトレンドグラフで示される各主成分スコア“Zi”のうち、“No.2”主成分スコアの正常時データ部分、異常時データ部分を各々、拡大した図8に示すトレンドグラフから分かるように、1つのしきい値によって、正常時の主成分スコア“Zi”と、異常時の主成分スコア“Zi”とを分離することができる。 The trend graph shown in FIG. 8 in which the normal data portion and the abnormal data portion of the “No. 2” main component score are enlarged among the principal component scores “Z i ” shown in the trend graph shown in FIG. as it can be seen from the can by one threshold, to separate the principal component scores "Z i" of normal, the principal component scores "Z i" of the abnormality.
次に、正常状態と異常状態を判別することができる、しきい値(調整パラメータ)を求める方法を説明する。 Next, a method for obtaining a threshold value (adjustment parameter) that can discriminate between a normal state and an abnormal state will be described.
今、“i”番目の主成分スコア“Zi”で、正常/異常が分離できるものと仮定し、設計パラメータを“n”とし、また正常時における“i”番目の主成分スコア“Zi”の標準偏差を“σi”としたとき、正常/異常を分離するしきい値を“nσi”とする。 Now, assuming that the normal / abnormal can be separated by the “i” -th principal component score “Z i ”, the design parameter is “n”, and the “i” -th principal component score “Z i in the normal state”. When a standard deviation of “σ i ” is “σ i ”, a threshold value for separating normal / abnormal is set to “nσ i ”.
この場合、正常時の主成分スコア“Zi”の中で、しきい値“nσi”を満たさないデータの個数、すなわち異常と判断されたデータの個数を“Ne”とし、主成分スコア“Zi”の全データ数を“Na”としたとき、次式に示す如くしきい値パラメータ“n”を決めれば、正常時の主成分スコア“Zi”と、異常時の主成分スコア“Zi”とを分離するときの誤り率、すなわち正常データを異常と判定する誤り率を“5%”以下にすることができる。 In this case, among the normal principal component scores “Z i ”, the number of data that does not satisfy the threshold “nσ i ”, that is, the number of data determined to be abnormal is “Ne”, and the principal component score “ When the total number of data of Z i ”is“ N a ”, if the threshold parameter“ n ”is determined as shown in the following formula, the principal component score“ Z i ”at normal time and the principal component score at abnormal time The error rate when separating “Z i ”, that is, the error rate at which normal data is determined to be abnormal can be reduced to “5%” or less.
〔数6〕
n=100(Ne/Na) …(15)
n<5 …(16)
そして、“No.2”主成分スコア“Zi”を用いて、冷却水操作弁が正常であるか、異常であるかを分離するとき、下記に示すしきい値“nσi”を使用したとき、異常データの発見確率を“90.8%”以上にできることを確認した。
[Equation 6]
n = 100 (Ne / Na) (15)
n <5 (16)
Then, when the “No. 2” principal component score “Z i ” is used to separate whether the cooling water operation valve is normal or abnormal, the threshold value “nσ i ” shown below is used. It was confirmed that the probability of finding abnormal data could be “90.8%” or higher.
〔数7〕
しきい値=nσi
=±1.8・σ2
=1.8016 …(17)
但し、σ4:σ4=1.0009
これらのシミュレーション結果から分かるように、主成分分析の各主成分スコア“Zi”を監視すれば、正常、異常を分離することができるだけでなく、故障要因により、顕著に現れる主成分スコア“Zi”が変わり、各主成分スコア“Zi”毎に、しきい値“nσi”を設定したり、ニューラルネットワーク手段9に学習したりすることにより、空調プロセス101側で異常が発生したとき、これを検知して、警報などを出することができる。
[Equation 7]
Threshold = nσ i
= ± 1.8 · σ 2
= 1.8016 (17)
However, σ 4 : σ 4 = 1.0009
As can be seen from these simulation results, by monitoring each principal component score “Z i ” of the principal component analysis, not only normal and abnormal can be separated, but also the principal component score “Z” that appears prominently due to the failure factor. i ”changes and an abnormality occurs on the air-conditioning process 101 side by setting a threshold value“ nσ i ”or learning to the neural network means 9 for each principal component score“ Z i ” This can be detected and an alarm can be issued.
《実施形態の効果》
このように、この実施形態では、統計解析手段3によって、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”を使用して、プロセス実績データを主成分分析し、変数の数を低減した主成分スコア“Zm”を作成するとともに、予め学習した人工知能手段9によって、主成分スコア“Zm”を解析して、異常の有無を判定し、故障要因を推定するようにしているので、限られたセンサ信号から正常運転状態と故障状態とを効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。
<< Effects of the Embodiment >>
As described above, in this embodiment, the statistical analysis means 3 performs principal component analysis on the process performance data using the process variable coupling weight parameters “a 11 , a 12 ,..., A mp ”, and calculates the number of variables. The reduced principal component score “Z m ” is created, and the principal component score “Z m ” is analyzed by the artificial intelligence means 9 learned in advance to determine whether there is an abnormality and to estimate the failure factor. Therefore, it is possible to efficiently discriminate and estimate the normal operation state and the failure state from the limited sensor signal, and when the failure occurs, the cause is estimated and the system performance verification, failure detection, failure prediction, and failure diagnosis are executed accurately. Energy consumption can be reduced and maintenance costs can be reduced.
また、この実施形態では、統計解析手段3内に主成分分析手段8を配置し、主成分分析のプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”を使用して、プロセス実績データ蓄積手段2を介して供給されるプロセス実績データを主成分分析し、主成分スコア“Zm”を求めるようにしているので、各建物側に設置されるセンサの数を削減して、センサの設置コストを低減しながら、限られたセンサ信号から正常運転状態と故障状態を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く行うことができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。 In this embodiment, the principal component analysis means 8 is arranged in the statistical analysis means 3, and the process results are obtained using the process variable connection weight parameters “a 11 , a 12 ,..., A mp ” of the principal component analysis. Principal component analysis is performed on the process result data supplied via the data storage means 2 and the principal component score “Z m ” is obtained. Therefore, the number of sensors installed on each building side is reduced, and the sensor It is possible to efficiently discriminate and estimate the normal operation status and failure status from limited sensor signals while estimating the system performance verification, failure detection, failure prediction, and failure diagnosis. Can be performed with high accuracy, energy consumption can be reduced, and maintenance costs can be reduced.
また、この実施形態では、人工知能手段5として、ニューラルネットワーク手段9を使用し、プロセス管理装置1を稼働する前に、各主成分スコア“Zm”と各故障要因との関係を学習しておき、プロセス管理装置1が稼働しているとき、空調プロセス101側のプロセス実績データに対応する主成分スコア“Zm”を解析して、異常の有無を判定し、故障要因を推定するようにしているので、複雑な正常/異常判定プログラムなどを使用することなく、学習するという簡単な操作だけで、正常運転状態と故障状態を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。 In this embodiment, the neural network means 9 is used as the artificial intelligence means 5 and before the process management device 1 is operated, the relationship between each principal component score “Z m ” and each failure factor is learned. When the process management apparatus 1 is in operation, the principal component score “Z m ” corresponding to the process performance data on the air conditioning process 101 side is analyzed to determine whether there is an abnormality and to estimate the failure factor. So, without using a complicated normal / abnormal judgment program, you can efficiently discriminate and estimate the normal operation state and the failure state with only a simple operation of learning. System performance verification, failure detection, failure prediction, and failure diagnosis can be performed with high accuracy, energy consumption can be reduced, and maintenance costs can be reduced.
また、この実施形態では、プロセス管理装置1が稼働する前に、シミュレーション手段3によって、シミュレーション処理を行わせて、正常状態時のプロセス実績データと、異常時のプロセス実績データとを算出し、これら正常状態時のプロセス実績データと、異常時のプロセス実績データとを使用して、主成分分析手段8にプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”を求めるとともに、ニューラルネットワーク手段9にニューラルネットワークの重みパラメータを求めるようにしているので、プロセス管理装置1が稼働する前に、シミュレーションを行わせて、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”、ニューラルネットワークの重みパラメータなどを求め、プロセス管理装置1が稼働した時点で、これらプロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”、ニューラルネットワークの重みパラメータなどを用いて、プロセス実績データを解析し、正常運転状態と故障状態を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。
In this embodiment, before the process management apparatus 1 is operated, the simulation means 3 performs simulation processing to calculate process result data in a normal state and process result data in an abnormal state. The process variable data “a 11 , a 12 ,..., A mp ” is obtained in the principal component analysis means 8 by using the process result data in the normal state and the process result data in the abnormal state, and the neural network Since the weight parameter of the neural network is obtained by the
また、この実施形態では、プロセス管理装置1の運転期間が長くなり、プロセス実績データ蓄積手段2に正常時のプロセス実績データ、故障時のプロセス実績データが十分蓄積された時点で、主成分分析手段8によって、プロセス実績データ蓄積手段2に蓄積されている正常時のプロセス実績データ、故障時のプロセス実績データを分析して、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”、正常時の主成分“Zm”、故障時の主成分“Zm”を更新するとともに、新たな正常時の主成分“Zm”と、新たな故障時の主成分“Zm”に基づき、ニューラルネットワーク手段9に学習を行わせて、ニューラルネットワークの重みパラメータを更新するようにしているので、プロセス管理装置1の運転期間が長くなり、経年変化、制御内容の変化などに起因して、プロセス実績データが変化しているとき、これに応じて、プロセス変数結合重みパラメータ“a11,a12,…,amp”、正常時の主成分スコア“Zm”、故障時の主成分スコア“Zm”、ニューラルネットワークの重みパラメータを更新して、経年変化、制御内容の変化などに対処しながら、正常運転状態と故障状態を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く自動で行わせ、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。
Further, in this embodiment, when the operation period of the process management apparatus 1 becomes long and the process result
また、この実施形態では、管理対象プロセスとして、空調プロセス101を選択しているとき、プロセス変数として、通常の計測器で計測可能な室温(計測ノイズ有)、冷水(温水)操作弁出力、室内湿度、外気温度、外気湿度だけを用いて、主成分スコア“”空調プロセス101側が故障しているかどうかを判定するようにしているので、特別なセンサを使用することなく、通常の空調プロセス101で生じるほとんどの故障を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。 In this embodiment, when the air-conditioning process 101 is selected as a process to be managed, room temperature (with measurement noise) that can be measured with a normal measuring instrument, cold water (hot water) operation valve output, Since only the humidity, the outside air temperature, and the outside air humidity are used to determine whether or not the principal component score “” of the air conditioning process 101 side is broken, the normal air conditioning process 101 does not use a special sensor. It is possible to efficiently discriminate and estimate most of the failures that occur, and to estimate the causes when failures occur, to perform system performance verification, failure detection, failure prediction, and failure diagnosis with high accuracy, and to reduce energy consumption, Maintenance costs can be reduced.
また、この実施形態では、管理対象プロセスとして、空調プロセス101が指定されているとき、人工知能手段9によって、水系統、空気系統、熱交換器系統、熱源系統、その他の5つに大別して、故障要因を推定するようにしているので、通常の空調プロセス101で生じるほとんどの故障を効率良く判別推定でき、故障発生時にはその要因を推定して、システムの性能検証や故障検知、故障予知、故障診断を精度良く実行することができるとともに、エネルギー消費を削減し、保守費を低減することができる。 In this embodiment, when the air-conditioning process 101 is designated as a process to be managed, the artificial intelligence means 9 is roughly divided into five systems, a water system, an air system, a heat exchanger system, a heat source system, Since the failure factor is estimated, most failures occurring in the normal air conditioning process 101 can be discriminated and estimated efficiently. When a failure occurs, the cause is estimated to verify system performance, failure detection, failure prediction, failure Diagnosis can be performed with high accuracy, energy consumption can be reduced, and maintenance costs can be reduced.
《他の実施形態》
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できるものである。
<< Other embodiments >>
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement variously in the range which does not deviate from the summary.
また、上述した実施形態では、具体例として各建物の空調プロセスを制御するBEMS装置の故障検知、故障予知、故障診断機能を用いているが、本発明が一般的なプロセスに適用できることは明らかである。 Further, in the above-described embodiment, the failure detection, failure prediction, and failure diagnosis functions of the BEMS device that controls the air conditioning process of each building are used as specific examples. However, it is obvious that the present invention can be applied to general processes. is there.
また、正常/異常の判定アルゴリズムとして、予め設定されたしきい値を逸脱したか否かにより判定するアルゴリズムを使用するようにしているが、瞬時値を用いて、正常/異常を判定するアルゴリズムを使用するようにしても良い。ただし、このような判定アルゴリズムを使用した場合“Noise Factor”によるデータ変動の影響で、誤判断の可能性があることから、ある時間幅のデータに対してしきい値を逸脱したデータの割合がどの程度かを評価し、正常・異常を判断するアルゴリズムと組み合わせて、ノイズに起因する誤判定のリスクを低減さるようにしても良い。 In addition, as a normal / abnormal determination algorithm, an algorithm that is determined based on whether or not a preset threshold value is deviated is used. An algorithm for determining normal / abnormal using an instantaneous value is used. It may be used. However, if such a judgment algorithm is used, there is a possibility of misjudgment due to the influence of data fluctuation due to “Noise Factor”. It is also possible to reduce the risk of misjudgment caused by noise by combining with an algorithm that evaluates the degree of normality and abnormality.
また、上述した実施形態では、複数の建物に設置されている各空調設備などをリモートで監視、制御するBEMS装置を例にして、本発明を説明しているが、もちろん同様のアルゴリズムを建物単独で実施しても良い。この場合はリモートでなく、その建物に本発明によるプロセス管理装置が設置される。 In the above-described embodiment, the present invention has been described by taking as an example a BEMS device that remotely monitors and controls each air-conditioning facility installed in a plurality of buildings. You may carry out with. In this case, the process management apparatus according to the present invention is installed in the building, not remote.
1:プロセス管理装置、2:プロセス実績データ蓄積手段、3:統計解析手段、4:解析データ蓄積手段、5:人工知能手段、6:プロセスシミュレーション手段、7:シミュレーションデータ蓄積手段、8:主成分分析手段、9:ニューラルネットワーク手段、10:計測監視制御手段、11:ネットワーク、101:空調プロセス、102:吸気側のダンパ、103:排気側のダンパ、104:循環側のダンパ、105:空調機、106:室内、107:送風機、108:環気ファン、109:通信回線、110:温度計、111:湿度計、112:コントローラ。 1: process management device, 2: process performance data storage means, 3: statistical analysis means, 4: analysis data storage means, 5: artificial intelligence means, 6: process simulation means, 7: simulation data storage means, 8: principal component Analysis means, 9: Neural network means, 10: Measurement monitoring control means, 11: Network, 101: Air conditioning process, 102: Damper on the intake side, 103: Damper on the exhaust side, 104: Damper on the circulation side, 105: Air conditioner 106: Indoor, 107: Blower, 108: Refrigerant fan, 109: Communication line, 110: Thermometer, 111: Hygrometer, 112: Controller.
Claims (7)
学習処理で得られた判定パラメータを用いて、前記統計解析手段から出力される統計解析データを解析し、異常の有無を判定し、故障要因を推定する人工知能手段と、
を備えたことを特徴とするプロセス管理装置。 Statistical analysis means for statistically analyzing multiple variables obtained by measuring processes using analysis parameters, reducing the number of variables and generating statistical analysis data,
Using the determination parameters obtained by the learning process, analyzing the statistical analysis data output from the statistical analysis means, determining the presence or absence of an abnormality, and artificial intelligence means for estimating a failure factor;
A process management apparatus comprising:
前記統計解析手段は、前記解析パラメータとして、プロセス変数結合重みパラメータを用いるとともに、このプロセス変数結合重みパラメータを用いた主成分分析処理で、前記多変数を前記統計解析データに変換する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 The process management apparatus according to claim 1, wherein
The statistical analysis means uses a process variable coupling weight parameter as the analysis parameter, and converts the multi-variable into the statistical analysis data by principal component analysis using the process variable coupling weight parameter.
A process management apparatus characterized by that.
前記人工知能手段は、前記判定パラメータとして、ニューラルネットワークの重みパラメータを用い、ニューラルネットワークにより異常の有無を判定して故障要因を推定する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 In the process management device according to any one of claims 1 and 2,
The artificial intelligence means uses a weight parameter of a neural network as the determination parameter, determines the presence or absence of abnormality by the neural network, and estimates a failure factor.
A process management apparatus characterized by that.
プロセスの正常状態と各種故障状態のシミュレーションを行うプロセスシミュレーション手段を設け、
プロセスの稼働前に、前記プロセスシミュレーション手段によって得られたシミュレーションデータに基づき、前記解析パラメータ、または前記判定パラメータを決定する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 In the process management device according to any one of claims 1 to 3,
A process simulation means for simulating the normal state of the process and various failure states is provided,
Before the operation of the process, based on the simulation data obtained by the process simulation means, determine the analysis parameter or the determination parameter,
A process management apparatus characterized by that.
正常時のプロセス実績データ、故障発生時のプロセス実績データを蓄積するプロセス実績データ蓄積手段を設け、
プロセスの運転期間が長くなり、正常時のプロセス実績データ、故障発生時のプロセス実績データが十分蓄積されたとき、これら正常時のプロセス実績データ、故障発生時のプロセス実績データを用いて、前記プロセス変数結合重みパラメータ、または前記ニューラルネットワークの重みパラメータを補正する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 In the process management device according to any one of claims 1 to 4,
A process performance data storage means for storing process performance data at normal times and process performance data at the time of failure is provided.
When the process operation period becomes longer and the process performance data at the normal time and the process performance data at the time of the failure are sufficiently accumulated, the process performance data at the normal time and the process performance data at the time of the failure are used to Correcting variable coupling weight parameters or weight parameters of the neural network;
A process management apparatus characterized by that.
前記プロセスとして、空調プロセスが指定されているとき、変数として、室温、冷水(温水)操作弁操作出力、室内湿度、外気温度、外気湿度のすくなくともいずれかを計測する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 The process management apparatus according to any one of claims 1 to 5,
When the air conditioning process is specified as the process, as a variable, at least one of room temperature, cold water (hot water) operation valve operation output, room humidity, outside air temperature, outside air humidity is measured.
A process management apparatus characterized by that.
前記プロセスとして、空調プロセスが指定されているとき、前記人工知能手段によって、水系統、空気系統、熱交換器系統、熱源系統、その他の5つの大別して、故障要因を推定する、
ことを特徴とするプロセス管理装置。 The process management apparatus according to any one of claims 1 to 6,
When an air conditioning process is designated as the process, the artificial intelligence means roughly divides the water system, the air system, the heat exchanger system, the heat source system, and other five factors to estimate the failure factor.
A process management apparatus characterized by that.
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