JP2006330774A - プロセス異常状態回復操作支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】 プラントのオペレータが、迅速かつ正確な作業を行えるようにし、特に情報収集・情報解析および再発防止策実施の各作業を支援するプロセス異常状態回復操作支援システムを提供する。
【解決手段】 プロセスデータを含む各種データが蓄積され、該蓄積されたデータを用いて統計演算を行う統計演算手段および蓄積されたデータの検索を行うデータ検索手段を有する情報蓄積装置と、プロセスの異常に際して発せられるアラームに対して情報検索装置を介して前記情報蓄積装置からデータを取り出してプロセスの回復作業を行うための情報を表示する表示手段を有するプラント運転支援装置からなり、 該プラント運転支援装置は前記アラームの種類に応じて関連するプロセスデータや関連機器，操作履歴，メンテナンス情報を含む定型化された複数の情報を予め定めた手順に従って前記情報検索装置を用いて収集し、前記表示手段に自動的に表示するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの異常発生時において、迅速に対処するために必要な情報を自動で表示して運転員の判断を支援するプロセス異常状態回復操作支援システムに関する。

プラント運転支援装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

横河技報 Vol.41No.4(1997)115/119 非定常運転支援パッケージExapilot URL http://www.yokogawa.co.jp/rd/pdf/tr/rd-tr-r04104-004.pdf 横河技報 Vol.47No.4(2003)129/132 Exaquantum設備傾向分析パッケージとその応用事例 URL http://www.yokogawa.jp/rd/pdf/tr/rd-tr-r04704-003.pdf 特開平１０−７４１０９号公報

スタートアップ、シャットダウン、ロードチェンジ、グレードチェンジなどに代表され
る非定常運転や、定常運転時に発生したプロセス異常、機器異常、制御異常などに対する処置、制御の補助作業などは未だマニュアル操作主体で行われていることの多い運転領域である。そのため、オペレータのスキル差によって運転品質にムラ（制御不安定、運転時間ロス、製品品質ロス、ユーティリティロス、作業抜けなど）が生じ、これが運転効率向上のボトルネックとなっている。

例えば、分散型制御装置では、装置のアラーム発生や工程の遷移通知などでオペレータ
は様々な箇所でプロセス異常状態回復のための操作のオペレーションを手動運転で行う必要がある。しかしながら、手動運転は習熟したオペレータのスキルに依存するところが大きく、そのために、習熟したオペレータの運転手順をシステム化したパソコン上で実行できる運転自動化パッケージが、運転効率向上支援ソフトウェアとして提供されている。

非特許文献１には、オペレータ主体で行われている運転領域を、知識システムをキーワードに複数のソリューションパッケージから構成され、定常時運転と非定常時運転を監視と制御の面で支援する「Exapilot」（登録商標）の製品概要が紹介されている。

非特許文献２には、生産設備の長期／短期の傾向を視覚的および数値的に把握することにより日常使う設備保全業務の支援、運転管理の効率化、省エネルギー、省コストを目的とした設備傾向分析パッケージ「Exaquantum」（登録商標）の製品概要が紹介されている。

また、特許文献１には、表示監視盤と表示手段（ＣＲＴ）を用いて表示監視盤には異常となった系統を認識できる系統別アラームを提示し、表示手段(ＣＲＴ)には系統内で発生した個別の警報を表示することにより、プラント停止に至るような緊急時には系統別アラームで警報発生状況を即座に確認し、時間的余裕のある場合や原因究明の場合に、表示手段(ＣＲＴ)に表示された個別警報を確認することにより、プラント異常時のオペレータや管理者の負担を軽減する技術が示されている。

図２は従来のプラント運転支援装置を有する分散型制御装置の一例を示す機能ブロック図である。制御バス１に対して操作・監視を担当する上位装置２とプラントに分散配置される制御装置３が接続されている。

制御装置３は、Ｉ／Ｏバス４を介してプラント５の複数の装置・機器５１，５２，５３
，...５ｎの制御を担当し、制御結果で得られるプロセスデータ（アラーム等のイベント情
報を含む）を通信により上位装置２に渡し、上位装置２で操作・監視が行われる。

６は制御バス１に接続されたインターフェースサーバであり、プロセスデータを利用す
る上位のユーザ（以下、クライアント）側に制御装置３からのプロセスデータを収集して
提供する機能を有している。

インターフェースサーバ６は、制御装置３から制御バス１を介して受信されるプロセス
データを汎用ネットワーク７等の通信環境を介してクライアント側のパソコン(図示省略)に供給する。８はインターフェースサーバ６から定期的にプロセスデータを取り込むデータベース、９は戦略情報提供を行うプラント情報管理パソコンである。

ところで、このような運転支援装置において、プロセスに異常が発生した場合のプロセス異常状態の回復操作は図３に示すような手順により行われる。
図３において、システムに異常が発生するとアラームが発信される。そして,
１．においてアラームが検知され、
次に２．においてそのアラームがどのような性質のものか解釈され、
次に３．においてそのアラームに対する情報が収集される。

次に４．において情報が解析され、
５．においてオペレータがアラームがどのようなものか判断し
６．において対処する。
なお、図中２〜６で示す部分がオペレータが手動で作業している範囲であり、点線で囲った部分１，５，６は本発明の対象外である。

即ち、１のアラーム検知段階では、ＤＣＳ／ＰＬＣ等よりアラームがＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）に通知される。
２のアラーム解釈段階では、オペレータは発生したプロセスアラームの内容を解釈し、アラーム発生元プロセスデータを特定する。

３の情報収集段階では、オペレータは、アラーム発生元プロセスデータのトレンドをＨＭＩにて手動で呼び出し、アラーム発生前後のデータを確認する。
また、オペレータは、自らのプロセス知識を元に、アラーム発生元プロセスデータと関連するプロセスデータ（関連プロセスデータ）を導き出す。

４の情報解析では、オペレータはアラーム発生元プロセスデータおよび関連プロセスデータのうち、最初に通常とは異なる挙動を示していたプロセスデータ（アラーム原因プロセスデータ）を特定する。
また、オペレータは、手動で操作履歴を検索し、アラーム原因プロセスデータの変動を引き起こす可能性の有る操作が行われていなかったか（オペレータの誤操作による異常発生か？）を確認する。
更に、オペレータは手動でアラーム原因プロセスデータのヒストリカルデータを呼び出し、特定期間の偏差、移動平均を比較する。

５の判断の段階では、
ａ．機器の突発故障や経年変化による故障か？
ｂ．ソフトウエアの誤動作か？
について検討する。

６の対処の段階では
ａ．オペレータの誤操作による異常発生の場合→プロセスデータを正常に戻すための操作を実施する。
ｂ．機器の突発故障、経年変化による故障の場合→故障した機器を修理する。

また、再発防止策として
ａ．関連プロセスデータがヒストリカルデータベースに登録されていなかった場合は、そのデータをヒストリカルデータベースに新規登録する。
ｂ．異常事象に陥ることを未然に防ぐための異常検知ロジックを作成し、異常検知ロジックの検証を実施する。

上述のプロセス異常への対応作業の中で、特に情報収集・情報解析および再発防止策の実施においては、以下のような問題が有った。
イ.情報収集の過程において、オペレータは、切迫した状況下で自らの経験を元にアラーム原因プロセスデータを特定しなければならない。
ロ.情報解析の過程において、オペレータは、手動でアラーム原因プロセスデータの操作履歴やヒストリカルデータなどを検索し、異常の要因となった痕跡を発見しなければならない。
ハ.さらにそれらの生のデータを元に自ら考察し、原因を特定しなければならない。
再発防止の仮定において、オペレータは、今回のプロセス異常の原因となったプロセスデータがヒストリカルデータベースに未登録だった場合は、手動でその新規登録を行わねばならない。

このように、作業の大半にオペレータ自らの操作や判断が必要となっている一方で、コンピュータは単に情報を蓄積しているだけの存在に過ぎなかった。
一刻を争う場面で、より効率良く正確な対応が行えるようにするには、コンピュータ側からの積極的な作業支援が不可欠である。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので、プラントのオペレータが、迅速かつ正確な作業を行えるようにし、特に情報収集・情報解析および再発防止策実施の各作業を支援するプロセス異常状態回復操作支援システムを提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載のプロセス異常状態回復操作支援システムは、
プロセスデータを含む各種データが蓄積され、該蓄積されたデータを用いて統計演算を行う統計演算手段および蓄積されたデータの検索を行うデータ検索手段を有する情報蓄積装置と、プロセスの異常に際して発せられるアラームに対して情報検索装置を介して前記情報蓄積装置からデータを取り出してプロセスの回復作業を行うための情報を表示する表示手段を有するプラント運転支援装置からなり、
該プラント運転支援装置は前記アラームの種類に応じて関連するプロセスデータや関連機器，操作履歴，メンテナンス情報を含む定型化された複数の情報を予め定めた手順に従って前記情報検索装置を用いて収集し、前記表示手段に自動的に表示するようにしたことを特徴とする。

請求項２においては、請求項１記載のプロセス異常状態回復操作支援システムにおいて、前記情報蓄積装置の統計演算手段は少なくとも特定期間の偏差や移動平均を求めると共に短期的・長期的な傾向を求めることを特徴とする。

請求項３においては、請求項１または２に記載のプロセス異常状態回復操作支援システムにおいて、情報蓄積装置はプロセスのヒストリカルデータ、操作履歴、機器メンテナンス履歴、プロセスの設計データ，アラーム対処手順を含むことを特徴とする。

請求項４においては、請求項１乃至３に記載のプロセス異常状態回復操作支援システムにおいて、
前記プラント運転支援装置は既登録データと未登録データを判別する判別手段を有し、未登録データと判断した場合はそのデータを情報蓄積装置に書き込むようにしたことを特徴とする。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１および２に記載の発明によれば、プロセス異常発生時の回復操作のうちの定型化された操作が予め定めた手順により自動的に表示され、特定期間の偏差や移動平均を求て短期的・長期的な傾向を表示することができるので、

ａ．情報収集の作業が自動化され、正確かつ迅速にアラーム原因プロセスが特定可能となる。その結果、オペレータのスキル・経験不足に伴う判断ミスが防止できる。
ｂ．原因の判断に必要な各種のデータが、情報蓄積装置側から自動的に提供される。これによりオペレータは、限られた時間を「判断」することに専念できる。
ｃ．さらに過去の同様な事例における操作履歴が提供されるため、より正確な回復操作を選択することが可能となる。
ｄ．原因の解析に不足したプロセスデータがヒストリカルデータべースに自動的に登録されるため、次回再発した際には、確実に情報収集を行うことができるようになる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るプロセス異常状態回復操作支援システムの概念を示す図である。
図１において２０は管理すべきプラント、２１はプラント２０を制御するＤＣＳ／ＰＬＣ等の制御システム、２２は運転支援装置である。

この運転支援装置２２には制御システム２１からのアラームを検知するアラームを検知手段２２ａ、検知したアラームを解釈するアラームを解釈２２ｂ、アラームに関連した情報を収集するアラームに関連情報収集手段２２ｃ、アラーム関連情報の解析を支援するアラーム関連情報解析支援手段２２ｄおよび関連のトレンドを表示したり、関連のイベントを表示するイベント表示手段２２ｅ、および未登録のプロセスデータを情報蓄積装置に登録するするためのプロセスデータ登録手段２２ｆを含んで構成されている。

２３は運転支援装置２２からの指令に基づいて情報を収集する情報検索装置（エージェント）である。この装置はオペレータの連続した操作を必要とせず，自律的に情報収集や状況判断を行い，適切な処理動作を実行できる機能を有するもので、

例えば、
２３ａ．関連プロセスデータの検索、
２３ｂ．関連機器の検索
２３ｃ．関連機器の操作履歴の検索
２３ｄ．関連機器のメンテナンス情報検索
２３ｅ．対象プラントの生産計画検索
を含む検索手段を有している。

２４は情報蓄積装置で、
２４ａ．プロセスデータ、
２４ｂ．操作履歴、
２４ｃ．設計データ、
２４ｄ．機器メンテナンス履歴、
２４ｅ．アラーム対処手順
２４ｆ．生産計画実績
を含むデータが格納されており、これらの元データを元に統計演算を行う統計演算手段２４ｇ、データ検索を行うデータ検索手段２４ｈ、データ蓄積などの処理を行うデータ蓄積手段２４ｉを備えている。

２５はオペレータの作業内容を示すもので、オペレータは運転支援装置２２の表示手段に表示されたトレンドやイベントの内容から適切な判断／対処を行い、制御手段２１に対して操作指示を行う。

上述の構成において、プラント運転支援装置２２はＤＣＳ／ＰＬＣからのアラームを受け、その書式から対象タグや異常の発生時刻およびアラームの内容などを自動で解釈する。

次に、アラームに関連情報収集を自動的に検索するが、その内容はプロセスのオペレータが見たい情報、あるいは知るべき情報がアラームの内容に応じて検索される。
検索された内容は関連トレンド表示手段、関連イベント表示手段２２ｅにより表示される。
ここで、アラームの内容に応じて検索される情報はプロセスのオペレータが欲しいと思われる情報であって、予め定めたプログラムに従って自動的に検索される。
例えば、過去に同様のアラームがないかを見てみたい場合→アラームの種類・対象タグで検索し、過去の発生アラームのリストを表示する。

続けてアラームが出て、どこがアラームの発端を見たい場合は、
→イベント履歴にてアラームの発端を表示する。
対象タグのトレンドが見たい場合は、
→ヒストリカルデータを使って発生時刻近辺のトレンドを表示する。
正しく動いていた時（たとえば昨日）のトレンドが見たい場合は、
→短期トレンドを表示する。
正しく動いていた時（たとえば昨年同月同日）のトレンドが見たい場合は、
→短期トレンドを表示する。

ここ１年のトレンドが見たい場合は、
→長期トレンドを表示する。
対象タグの属する機器の関連するタグが見たい場合は、
→設計図などをもとに関連タグのリストを表示する
対象タグの属する機器の情報が見たい場合は、
→設計図などをもとに機器の情報表示する。

機器のメンテナンス履歴が見たい場合は、
→メンテナンス履歴から情報表示する。
機器のメンテナンス直後のトレンドが見たい場合は、
→メンテナンス時期近辺のトレンド表示する。
発生時刻近辺にオペレータがどんな操作をしたのか見たい場合は、
→操作履歴を表示する。
対象タグに対してオペレータがどんな操作をしたのか見たい場合は、
→操作履歴を表示する。

対象タグが属する機器についてオペレータがどんな操作をしたのか見たい場合は、
→操作履歴を表示する。
過去の生産計画・実績が見たい場合は、
→生産計画・実績データベース表示する。

これらの表示はアラームの種類に応じて定型化されたものであり、予め定めた手順に従って情報蓄積装置２３から収集してトレンド表示手段やイベント表示手段２２ｅに自動的に表示される。
従来はアラームに対してオペレータが自身の経験に基づいて情報蓄積装置２4からアラームに対処するために最適と思われる複数個のデータを検索し表示手段に表示し、それを参照して対策を立てていた。

本発明では、アラームが発生した時点でどのような情報をどのような順序で表示するか(オペレータの経験をもとに作成したロジック)を予め決めておき、その順序に従ってトレンド表示手段２２、イベント表示手段２２ｅに最適な情報を提供する。(なお、定型操作表示手段に表示するためのロジックについては本発明では論じない)

例えばプロセスデータのデータベースより対象タグのヒストリカルデータを取得し、このヒストリカルデータを自動的に表示することで、データが大きく変化した時期を知ることができ、特定期間を割り出すことができる。

即ち、定常状態でデータが大きく変化するのは、設定値を変更したなどによる人為的なものか異常が発生したことによる。
また、特定期間の短期的なデータ変化を見ることにより異常発生の原因（たとえばバルブの破損など）の一部を割り出すことができる。

また、長期的なデータ変化を見ることにより経年劣化（たとえば配管のつまり）などを割り出すことができる。
また、正しく動いていた時期のデータとアラームが発生したときのデータを比較することにより何が異なることで異常が発生したかを判断することができる。

また、対象タグのトレンドを自動的に表示して、設計図のデータベースをもとに対象タグに関連するタグを検索したり、関連タグを自動でリストで表示し、対象タグをもとに操作履歴からオペレータがどんな操作をしたかを検索する。

また、アラームの内容により操作履歴を自動表示し、対象タグや設計図をもとに機器メンテナンス履歴からメンテナンス情報を検索しメンテナンス情報を自動表示する。
オペレータはこれら自動的に提示された情報をもとに処置対策を判断し発生したアラームに対処する。

なお、本発明では再発防止策として既登録データと未登録データを判別し、未登録データであった場合はその未登録プロセスデータを登録する登録手段２２ｆを有している。そして、この登録手段により対象タグや関連タグの中にヒストリカルデータ登録されていないタグがあれば自動的に登録するようになっている。このように未登録データを蓄積することにより、次回の異常状態が発生した時に判断や対処の効率化を図ることができる。

このように本発明では、プロセス異常発生時の回復操作のうちの定型化された操作が予め定めた手順により自動的に表示され、特定期間の偏差や移動平均を求て短期的・長期的な傾向を表示することができるので、情報収集の作業が自動化され、正確かつ迅速にアラーム原因プロセスが特定可能となる。その結果、オペレータのスキル・経験不足に伴う判断ミスを防止することができる。

本発明の以上の説明は、説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明はその本質から逸脱せずに多くの変更、変形をなし得ることは当業者に明らかである。特許請求の範囲の欄の記載により定義される本発明の範囲は、その範囲内の変更、変形を包含するものとする。

本発明に係るプロセス異常状態回復操作支援システムの概念を示す説明図である。 従来のプロセス異常状態回復操作支援システムの構成を示す説明図である。 プロセスに異常が発生した場合のプロセス異常状態の回復操作を示す図である。

符号の説明

１ 制御バス
２ 上位装置
３ 制御装置
４ Ｉ／Ｏバス
５ プラント
５１，５２，５３，...５ｎ 装置・機器
６ インターフェースサーバ
７ 汎用ネットワーク
８ データベース
９ プラント情報管理パソコン
２０ プラント
２１ プラント制御装置（ＤＣＳ／ＰＬＣ）
２２ 運転支援装置
２３ 情報検索装置（エージェント）
２４ 情報蓄積装置
２５ オペレータ

Claims (4)

1. プロセスデータを含む各種データが蓄積され、該蓄積されたデータを用いて統計演算を行う統計演算手段および蓄積されたデータの検索を行うデータ検索手段を有する情報蓄積装置と、プロセスの異常に際して発せられるアラームに対して情報検索装置を介して前記情報蓄積装置からデータを取り出してプロセスの回復作業を行うための情報を表示する表示手段を有するプラント運転支援装置からなり、
   該プラント運転支援装置は前記アラームの種類に応じて関連するプロセスデータや関連機器，操作履歴，メンテナンス情報を含む定型化された複数の情報を予め定めた手順に従って前記情報検索装置を用いて収集し、前記表示手段に自動的に表示するようにしたことを特徴とするプロセス異常状態回復操作支援システム。
2. 前記情報蓄積装置の統計演算手段は少なくとも特定期間の偏差や移動平均を求めると共に短期的・長期的な傾向を求めることを特徴とする請求項１記載のプロセス異常状態回復操作支援システム。
3. 情報蓄積装置はプロセスのヒストリカルデータ、操作履歴、機器メンテナンス履歴、プロセスの設計データ，アラーム対処手順を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス異常状態回復操作支援システム。
4. 前記プラント運転支援装置は既登録データと未登録データを判別する判別手段を有し、未登録データと判断した場合はそのデータを情報蓄積装置に書き込むようにしたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のプロセス異常状態回復操作支援システム。
   

Images