JP2007042014A - プラント状態監視装置およびプラント状態監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
中央制御室、保守や点検などの作業現場、および、計画を立案する事務所などのいずれの場所においても、制御に関する情報、保守や点検に関する情報、および、運転や保守、点検の計画に関する情報が確認できるようなシステムを提供する。
【解決手段】
プラント統合運用システムにおいて、運転制御情報を伝送する制御ネットワーク１３と、現場情報を検知する手段１８，１９と、現場情報を伝送する現場ネットワーク１４と、設備保守技術情報を入力する入力手段１７，２２と、設備保守技術情報を伝送する事務所ネットワーク１５と、ネットワークハブ３１と、これらの情報を保存し、要求に応じて加工、送信するデータベースシステム１６と、これらのネットワークに接続してデータベース１６に必要な情報を要求し、表示する情報端末装置１７，２２とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラントを運用するために用いるプラント状態監視装置およびプラント状態監視方法に関する。

従来のプラント、たとえば原子力プラントには、中央制御室に設置された中央制御盤、発電所内の設備の計測制御設備、および、その間の情報や信号を伝送する制御ネットワークなどによって構成されたプラントの運転制御に関する設備がある。この設備は、プラントの通常運転時や事故時における設備機器の状況を運転員へ提示している。さらに、運転員の負担軽減を目的とする監視システムや、警報発生時の対応を迅速、効率的にサポートするシステムや、リアルタイムでの監視制御、状態監視、プラント診断や運転履歴を提供するシステムなどに関する多数の技術が発明され、利用されてきている（たとえば特許文献１〜４参照）。

プラント設備を保守、修理する場合には、中央制御盤に必要な情報が表示されない場合も多い。プラントの運転を停止し、プラント設備を保守する段階では、一部の設備が保守のため電源供給が停止され停止状態となる。また、プラント設備の分解点検のために、その設備の前後で弁を閉止する等のいわゆる隔離（アイソレーション）作業が行われ、隔離された設備は同様に停止状態となる。これら設備に関する運転・制御情報は、中央制御盤に伝送されず、表示もされない状態となる。

これらの設備の保守作業や隔離作業の作業工程は、中央制御室とは異なる事務所の執務室にいる保守員によって計画される。中央制御室に執務している運転員は保守作業や隔離作業に関する情報を、保守員の作成した書類もしくは口頭によって確認している。日々の作業工程は中央制御室に設置した白板に手書きすることで、保守員の間での情報共有が図られている。また、保守作業や隔離作業は中央制御室から離れた作業現場にて実施されている。このため、当該作業の開始および終了の報告は、保守員が口頭で行っている。この報告は、作業現場からページングと呼ばれる一種の無線機で伝達され、または、作業現場から中央制御室に移動した保守員によって伝達されている。このような状況では保守作業または隔離作業に関する情報の伝達ミス、あるいは作業の開始および終了の確認ミスなどの人為的ミスが発生する可能性がある。このようなミスは設備の破損、運転開始の遅延、労働災害などのトラブルが発生する原因となる。

また、プラント内にはＩＴＶと呼ばれる定点観測用ＴＶカメラが付帯設備として設置されており、中央制御室で一部の作業現場の映像を見ることができるようになっている。配管からの漏えいなどの発電設備の不具合がＩＴＶの撮影範囲で発生した場合には、早期に漏えいを確認し、漏えい箇所を限定できるなど、素早い対応が可能である。しかし、ＩＴＶは台数が限定されているため、撮影範囲内で漏えいが検知されることは極めて稀であり、一般的には運転員が定期的な現場パトロールで発見される場合が多い。従来の中央制御盤はプラント設備の運転・制御が主な目的であり、ＩＴＶもその目的の一環として利用されている。このためプラント内で発生した不具合の状況を、ＩＴＶによって運転員が迅速に確認し対応することができず、プラント停止に至る可能性がある。

配管からの漏えいなどの不具合が発生した場合には、通常、不具合を是正する担当の保守員は、運転員からの口頭による情報を基に不具合の発生現場に行って不具合の状況を確認し、発生現場から事務所に戻って補修方法などを検討する。このような不具合発生現場の確認、発生現場と事務所との移動などによって時間を消費してしまい、プラント再立ち上げを遅延させる原因となっている。さらに、このような不具合が発生した場合には、一般公衆などへの報告を担当する技術員も同様に、不具合発生の状況、現場の状況、放射線の漏えいなどを迅速に確認する必要がある。このような確認のためにも、不具合発生現場の確認のための移動、保守員、運転員からの情報収集などによって時間を消費してしまい、報告が遅れる原因となっている。

一方、発電原価の低減のため、発電設備の稼働率を向上させ、保守にかかる費用を低減する必要がある。発電設備の稼働率向上のためには、安定運転の継続、トラブル発生防止、トラブル発生時の再立上げまでの期間の短縮が不可欠である。トラブル発生防止には、運転員のヒューマンエラーだけでなく保守員のヒューマンエラーを低減することも重要である。保守費用の低減は、従来の一定周期で分解点検を行う時間計画保全（ＴＢＭ）に代わって、機器の状態に応じて保全を実施する状態監視保全（ＣＢＭ）やプラント運転中に機器の保全を行う運転中保全（ＯＬＭ）などの、新たな保全方式の導入（保守高度化）が必要である。

原子力プラントの保守を計画する段階では、機器の機能喪失がプラントの安全や運転に与える影響などの重要度リスクが評価、分析される。この重要度リスクに基づいて選定された各種設備の保守の要否は、その設備に関する各種情報を基に判断される。たとえば、状態監視保全を行う際に、対象とする機器がポンプの場合には、このポンプの運転中に収集される振動データや流量、圧力といったプロセスデータ、ポンプの運転時間、あるいは過去に分解点検した際に計測した点検データなどの履歴傾向や、基準しきい値との比較により保守の要否が判断される。これらのデータは、保守員が現場に持参した計測器による測定、あるいは、運転切替えの時刻の運転員への確認などにより、人手にて収集して管理しなければならない状況にある。

保守高度化の一環として、状態監視保全の導入と同様に、プラント設備の運転中に機器を隔離して保守を行う運転中保全の導入も不可欠となっている。原子力発電設備は、一般的には同種の機能を持つ系統機器が２系統あるので、片方の系統機器だけで運転を継続することが可能である。そこで、運転中のある一定期間、２系統のうちの片方を隔離して、停止し、保守（ＯＬＭ）を行うことができる。

しかし、２系統ある同種の機能を持つ系統機器の片方の系統機器だけで運転している場合に、運転している系統機器に異常状態が発生すると、直ちにプラントの停止に至るというリスクがある。このため、運転を継続している系統機器のプロセスデータや振動データなどを集中的に監視することが不可である。このためには、運転員が現場に常駐して現場に設置された計器を確認し、ページングなどにより中央制御室に伝達することが必要である。このような方法では、保守員の確認ミスが発生する可能性があり、作業が増大する。

さらに、原子力発電プラントの点検・検査に関する記録の管理が重要になってきており、このための作業が追加されてきている。
特開２００２−２１５２２７号公報 特許第２７３６２０２号公報 特許第３０３８５２０号公報 特開平９−６４２８号公報

このように、保守の高度化のためには、情報収集のための膨大な手間と労力が必要である。このため、分解点検の周期が延長し、分解点検にかかる費用が低減できても、情報収集に掛かる費用と相殺され、保守費用が全体として低減できない原因となっている。また、このような情報は、保守計画の判断のエビデンスとして保管・管理する必要があり、人手による対応が困難である。

一方、従来の制御ネットワークは、運転・制御を主な機能としていて、中央制御室、作業現場、および、事務所において、必要な情報が瞬時に得られるようにはなっていない。

そこで、本発明は、中央制御室、保守や点検などの作業を行う作業現場、および、保守や点検などの計画を立案する事務所などの管理設備のいずれの場所においても、従来制御ネットワークによって伝達されていた運転および制御に関する情報だけでなく、保守や点検に関する情報、および、運転や保守、点検の計画に関する情報が確認できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、プラントを制御するための運転制御情報を検出する運転制御情報検出手段と、プラントの状態を表す現場情報を検知する計測手段と、プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力する入力手段と、前記運転制御情報検出手段、前記計測手段および前記入力手段が接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を伝送するネットワークと、前記ネットワークに接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を表示する情報端末装置と、を有することを特徴とする。

また、本発明は、プラントを制御するための運転制御情報を検出する運転制御情報検出手段と、プラントの状態を表す現場情報を検知する計測手段と、プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力する情報端末装置と、前記運転制御情報検出手段、前記計測手段および前記情報端末装置が接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を伝送するネットワークとを備え、前記情報端末装置は、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を表示することを特徴とする。

また、本発明は、プラントを制御するための運転制御情報を検出してネットワークに伝送する工程と、プラントの状態を表す現場情報を検知して前記ネットワークに伝送する工程と、プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力して前記ネットワークに伝送する工程と、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を情報端末装置に表示する工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、中央制御室、保守や点検などの作業を行う作業現場、および、保守や点検などの計画を立案する事務所などの管理設備のいずれの場所においても、従来制御ネットワークによって伝達されていた運転および制御に関する情報だけでなく、保守や点検に関する情報、および、運転や保守、点検の計画に関する情報が確認できる。

本発明による原子力プラント統合運用システムの実施形態を、図面を用いて説明する。

図１は本実施形態における原子力プラント統合運用システムの構成図である。本実施形態のプラント統合運用システムは、制御ネットワーク１３、現場ネットワーク１４、事務所ネットワーク１５、データベースシステム１６および可動式コミュニケーションボード（情報端末装置）１７とユビキタス情報提示装置（情報端末装置）２２を有している。制御ネットワーク１３、現場ネットワーク１４および事務所ネットワーク１５はネットワークハブ３１を介して相互に接続されている。データベースシステム１６、可動式コミュニケーションボード１７およびユビキタス情報提示装置２２は、制御ネットワーク、現場ネットワークおよび事務所ネットワークのいずれかに接続されている。

なお、本実施形態では、それぞれ独立した制御ネットワーク１３、現場ネットワーク１４および事務所ネットワーク１５がネットワークハブ３１を介して相互に接続しているが、このような形態に限定されるものではない。たとえば、制御ネットワーク１３の一端に現場ネットワーク１４が接続し、他の端に事務所ネットワーク１５が接続していてもよい。さらに、事務所ネットワーク１５の一端が現場ネットワーク１４の一端に接続して、全体としてループ状のネットワークを構成してもよい。また、制御ネットワーク１３、現場ネットワーク１４および事務所ネットワーク１５が、それぞれ独立した通信手段によって構成されている必要もなく、ある通信手段の一部または全部を複数のネットワークで共有しても構わない。

発電設備内に配設された制御ネットワーク１３には、計測制御設備１２と中央制御盤１１が接続されている。中央制御盤１１は、計測制御設備１２で検出した発電施設の運転状態や制御・操作状況などの運転制御情報を表示するとともに、発電施設の計測制御設備１２に指示を与えるための入力手段を備えている。中央制御盤１１には運転制御情報を表示するための大型表示装置２４が取り付けられている。発電施設が運転状態にあるときと停止状態にあるときとは注目すべき情報が異なるため、大型表示装置２４に表示される情報は運転保守切替え装置２６によって一括して変更される。

発電設備内および発電設備の近傍に配設された現場ネットワーク１４には、現場情報を検出するための常設計測設備１８および仮設計測設備１９が接続されている。現場情報とは、発電施設内での保守・点検・修理などの作業に必要な情報であるが、制御ネットワーク１３に接続された各種計測制御設備１２では検出されていない情報であって、作業現場に設置されている機器の状態や、作業場所の雰囲気などの情報である。現場情報には、たとえば作業現場に設置されている機器の振動や温度などの機器状態情報や、作業現場の映像、環境温度および放射線量などのエリア情報がある。現場情報を検出するための設備としては、常時発電施設内に設置されている常設計測設備１８の他に、トラブル発生後の監視や状態監視保全などを目的として一時的に設置された仮設計測設備１９がある。

常設計測設備１８および仮設計測設備１９には、接触式または非接触式で振動・温度・変位を計測する計測装置や、放射線測定装置、映像撮影装置、光ファイバーを利用した多点多種同時計測装置などがある。現場ネットワーク１３は、電線や光ファイバーによる有線のネットワークであってもよい。また、無線ＬＡＮやＰＨＳなどを用いた無線のネットワークであってもよいし、有線と無線のネットワークを組み合わせたものでもよい。

管理設備内に配設された事務所ネットワーク１５には、設備保守技術情報を入力し、各種情報を表示することができるユビキタス情報提示装置２２が接続されている。管理設備としては、発電所敷地内に発電設備が収められている建屋とは別に建てられた事務所がある。さらに、発電設備が収められている建屋内や、発電所敷地外のたとえば別の発電所敷地内の事務建屋や発電会社のいわゆる本店ビルであっても、原子力発電プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力する場所を管理設備と称することができる。たとえば複数の原子力発電所に共通する情報を、ある原子力発電所敷地内で入力して他の原子力発電所と共有してもよい。

設備保守技術情報とは、原子力発電プラントの運用に必要な情報である。設備保守技術情報には、たとえば発電設備の運用に関係する設備機器情報、保全計画情報、状態監視保全情報、設備リスク評価情報、工程管理情報、作業管理情報、点検記録管理情報、設備重要度情報、設備図書・図面ＣＡＤ情報、作業リスク情報、不適合情報、法規制情報などが含まれる。

データベースシステム１６は、制御ネットワーク１３、現場ネットワーク１４または事務所ネットワーク１５に接続されており、制御ネットワーク１３を介して伝送される運転制御情報、現場ネットワーク１４を介して伝送される現場情報、事務所ネットワーク１５を介して伝送される設備保守技術情報を保存する。また、可動式コミュニケーションボード１７とユビキタス情報提示装置２２からの要求に応じて、保存したデータまたは保存したデータを加工したデータを可動式コミュニケーションボード１７とユビキタス情報提示装置２２に送信する。なお、データベースシステム１６は一箇所に配設された装置であってもよいが、複数の場所に配設された複数の装置を組み合わせたものであってもよい。たとえば制御ネットワーク１３に接続された装置に運転制御情報を保存し、事務所ネットワーク１５に設置された装置に現場情報と設備保守技術情報を保存してもよい。ただし、これら複数の装置を制御する装置も必要である。

次に、本実施形態による原子力プラント統合運用システムを用いたプラントの運用方法を説明する。

中央制御盤１１および計測制御設備１２から、プラントの制御、プラントプロセスおよび警報などに関する情報が収集され、データベースシステム１６の情報が更新される。また、現場仮設計器１９や現場常設計器１８から、状態監視保全に関する機器の振動、温度などの状態データや音響、放射線、映像などのエリアの情報などが収集され、データベースシステム１６の情報が更新される。また、管理設備内に設置されたユビキタス情報表示装置２２からは、点検工程、工事要領書等が入力され、データベースシステム１６の情報が更新される。作業現場に設置されたユビキタス情報表示装置２２からは、作業進捗状況や工事の記録が入力され、データベースシステム１６の情報が更新される。

更新頻度が低く、プラント以外の場所で生成されることが多い設計関連のデータである設備図書等の図面、設備機器情報、設備リスク評価情報、設備重要度情報、設備図書／図面ＣＡＤ情報、法規制情報などは、管理設備内のユビキタス情報表示装置２２から入力され、データベース１６に保存されている。なお、このような情報は、たとえばこの原子力プラント統合運用システムから独立したデータベースシステムで原図データを管理し、その写しをデータベース１６に保存してもよいが、これらデータの更新の日時・時刻は適切に管理されていなければならない。

データベースシステム１６は、状態監視保全運用支援機能、保全作業支援機能、プラント状態評価機能、ＲＢＭ運用支援機能、記録エビデンス管理機能、不適合対応支援機能を有している。管理設備に配設された可動式コミュニケーションボード１７とユビキタス情報提示装置２２から、これらの機能を用いることができる。

また、データベースシステム１６は、工程表示機能、プロセスデータや弁開閉状態等を確認するためのプラント状態表示機能、現場での疑問点等を問い合わせるための機能、作業進捗状況を迅速に報告し情報共有するための作業進捗状況送信機能、隔離状態表示機能、図面や図書の表示機能を有している。作業現場に配設された可動式コミュニケーションボード１７とユビキタス情報提示装置２２から、これらの機能を用いることができる。

データベースシステム１６はさらに、現場で行われている工事および作業の一覧を表示して関係者の情報共有を図るワークオーダ表示機能、これら工事および作業の進捗状況を表示するための工程表示機能、作業が行われている系統の隔離状態を表示する隔離状態表示機能、運転中保全実施中に運転中保全工事中の機器と関連のあるデータを集中的に表示するとともに、停止している機器の許容停止時間の表示等を行う運転中保全状況表示機能を有している。可動式コミュニケーションボード１７から、これらの機能を用いることができる。また、可動式コミュニケーションボード１７では、たとえば定検中、起動中、運転中といったプラント状況に合わせて、表示する内容のプリセットを適宜切り替えるようにして、プラント状況に合わせて最適な情報を常に表示することが可能である。

なお、データベースシステム１６に保存された情報およびデータベースシステム１６の機能は、ネットワークに接続された全てのユビキタス情報表示装置２２および可動式コミュニケーションボード１７などから利用することができる。

このように各種情報は一つのデータベースシステム１６で管理されていて、必要に応じて適宜情報が更新されている。このため、次のような使い方と利点がある。

作業現場での作業終了時に、作業担当者はユビキタス情報提示装置２２から作業終了報告と作業にともなう隔離復旧報告を入力すると、ただちに、データベース１６の工程管理情報、作業管理情報やプラント情報が更新される。この情報を基にデータベースシステム１６が、次の作業を担当する作業員のユビキタス情報端末装置２２に作業許可を発信すれば、隔離作業ミスを防止できる。また、更新された工程や隔離状況を可動式コミュニケーションボード１７や保守員・技術員のユビキタス情報端末装置２２に表示させることも可能であり、管理設備や中央制御室と作業現場の間でリアルタイムの情報共有が可能になる。

また、作業現場において生じた疑問を、ユビキタス情報提示装置２２を通じて、離れた場所にいる保守員や技術員に質問することができる。質問の際には作業現場で撮影した写真などの画像情報を併せて送ると、質問の内容を理解することが容易になる。また、回答においても、映像を併せて送ることにより回答の理解も容易になる。従来は一方通行になりがちであった情報の流れを双方向にすることにより、ヒューマンエラーの低減に非常に効果があると考えられる。

状態監視保全やトラブル対策におけるデータ解析では、多種のデータを容易に組み合わせることが可能となる。たとえば状態監視保全の対象機器において振動変化が発生した場合には、制御ネットワーク１３から収集されるプロセス情報と、仮設計測設備１９から収集される振動データを容易に比較できるようになる。このため、振動変化の要因が外部からのものなのか、機器の異常徴候なのかの判断が容易になる。また、トラブル発生時には、制御ネットワーク１３から収集される警報データと、仮設計測設備１９から収集される現場の映像などの情報を比較することにより、事象の究明やエビデンス管理も効率的に行うことができる。

以上の本実施形態におけるプラント統合運用システム構成および機能により、運転員、保守員、技術員は、従来の運転・制御情報２３だけでなく、設備・保守・技術情報２１及び、現場情報２０を相互にかつリアルタイムに共有でき、従来の口頭による伝達ミス、現場移動による時間遅れ等、安定運転の継続や保守高度化等を妨げる要因を大きく低減し、かつ各種作業の効率と信頼性の向上にも大きく貢献することができる。

本発明に係る実施形態の原子力プラント統合運用システムの構成図。

符号の説明

１１…中央制御盤、１２…計測制御設備、１３…制御ネットワーク、１４…現場ネットワーク、１５…事務所ネットワーク、１６…データベースシステム、１７…可動式コミュニケーションボード（情報端末装置）、１８…常設計測設備、１９…仮設計測設備、２２…ユビキタス情報提示装置（情報端末装置）、２４…大型表示装置、２６…運転保守切替え装置、３１…ネットワークハブ

Claims (6)

1. プラントを制御するための運転制御情報を検出する運転制御情報検出手段と、
   プラントの状態を表す現場情報を検知する計測手段と、
   プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力する入力手段と、
   前記運転制御情報検出手段、前記計測手段および前記入力手段が接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を伝送するネットワークと、
   前記ネットワークに接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を表示する情報端末装置と、
   を有することを特徴とするプラント状態監視システム。
2. プラントを制御するための運転制御情報を検出する運転制御情報検出手段と、
   プラントの状態を表す現場情報を検知する計測手段と、
   プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力する情報端末装置と、
   前記運転制御情報検出手段、前記計測手段および前記情報端末装置が接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を伝送するネットワークと
   を備え、
   前記情報端末装置は、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を表示することを特徴とするプラント状態監視システム。
3. 前記ネットワークは、制御ネットワーク、現場ネットワークおよび事務所ネットワークからなり、前記制御ネットワークには前記運転制御情報検出手段が接続され、前記現場ネットワークには前記計測手段が接続されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラント状態監視システム。
4. 前記ネットワークに接続され、前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を保存するデータベースを備え、前記データベースシステムは、前記情報端末装置からの要求に応じてデータの加工および送信をすることを特徴とする請求項１または請求項２記載のプラント状態監視システム。
5. プラントを制御するための運転制御情報を検出してネットワークに伝送する工程と、
   プラントの状態を表す現場情報を検知して前記ネットワークに伝送する工程と、
   プラントの運用に必要な設備保守技術情報を入力して前記ネットワークに伝送する工程と、
   前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を情報端末装置に表示する工程と、
   を有することを特徴とするプラント状態監視方法。
6. 前記運転制御情報、前記現場情報および前記設備保守技術情報を保存するデータベースに対し、前記情報端末装置からデータの加工および送信を要求する工程を有することを特徴とする請求項５記載のプラント状態監視方法。

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