JP2008140109A

JP2008140109A - プロセス操作支援装置およびプロセス操作支援方法

Info

Publication number: JP2008140109A
Application number: JP2006325329A
Authority: JP
Inventors: Masayasu Ohashi; 政康大橋
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2006-12-01
Publication date: 2008-06-19

Abstract

【課題】適切な情報を抽出、提示することにより、プロセスの現状を解析し、あるいはプロセスを予測することで、プラントに対する操作を効果的に支援できるプロセス操作支援装置およびプロセス操作支援方法を提供する。
【解決手段】履歴格納手段３１は、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する。検索手段２１は、現在の状況に対応する検索キーを用いて、過去のプロセスデータを履歴格納手段３１から検索する。予測手段２３は、検索手段２１により検索された過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータの動向を予測する。表示手段２２は、予測手段２３による予測結果をトレンド表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置およびプロセス操作支援方法に関する。

プラントを安全に操業する上で、異常を早期に発見しこれに対応することは非常に重要である。このため、プロセスや装置の異常に対する迅速かつ正確に対応することは、プラントの運転員にとって重要な任務となっている。

プロセス異常発生時には、運転員は以下のような流れに沿って作業をしている。
（１）アラーム検知
作業員は、プラント制御システムや安全計装システムからのアラーム通知を、プラント監視用端末を介して受け取る。
（２）アラーム解釈
運転員は、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）情報収集
運転員は、アラーム発生元プロセスデータのトレンドを、プラント監視用端末により手動で呼び出し、アラーム発生前後のプロセスデータを確認する。また、運転員は、自らのプロセス知識に基づいて、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）情報解析
運転員は、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。次に、運転員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ある操作が行われていなかったかを確認する。これにより、運転員の誤操作による異常発生の有無が分かる。また、運転員は、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。これにより、機器の突発故障や経年変化による故障の有無を判定する。さらに、運転員はソフトウェアの誤作動の有無などについても検討する。
（５）対処
運転員の誤操作が異常発生の原因であった場合には、運転員はプロセスデータを正常に戻すための操作を実施する。また、機器の突発故障や経年変化による故障が原因であった場合には、故障した機器の修理を行う。その他、必要な作業を行う。
（６）再発防止策の実施
関連プロセスデータがヒストリカルデータに登録されていなかった場合には、そのデータをヒストリカルデータに新規登録する。また、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する。さらに、異常検知ロジックの検証を実施する。

特開２００６−５８９８３号公報

プロセス異常発生時の情報解析に際しては、異常発生時のデータを正常時データと比較して相違点を抽出し、原因の特定を進めることが一般的に要求される。しかし、現実には、以下の問題等により情報解析をうまく行えないことが多い。
（１）正常時データが異常時のデータとして区別して保存されていない場合が多い。すなわち、プラントは正常に稼動していることが当たり前であるため、あえて正常時データを示す目印を付けた上でデータを格納することは通常ない。
（２）膨大なヒストリカルデータの中から、正常時データを判別することは困難である。正常時データを異常時のデータと切り分ける基準は、運転員の判断等に依らざるを得ないため、データのひとつひとつを目視で確認する必要があり現実的でない。
（３）正常時データとして、現在の状況に近いものを抽出する必要があるが、実際にこのようなデータを探し出すことは困難である。
（４）仮にプラントシミュレータを用いて算出した理論値（モデル値）を正常時データと定義しても、種々の条件による影響を受ける実際のデータとは乖離があり、実用的でないことが多い。

以上の問題等により、迅速な情報解析は困難であるという事情がある。また、単に異常発生の事後報告のための解析ではなく、そもそもトラブルの発生を未然に防止できるよう、今後の動向をリアルタイム予測することが要望されている。

本発明の目的は、適切な情報を抽出、提示することにより、プロセスの現状を解析し、あるいはプロセスを予測することで、プラントに対する操作を効果的に支援できるプロセス操作支援装置およびプロセス操作支援方法を提供することにある。

本発明のプロセス解析支援装置は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置において、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する履歴格納手段と、現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、過去のプロセスデータを前記履歴格納手段から検索する検索手段と、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータを、現在のプロセスデータのトレンド表示とともにトレンド表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
このプロセス解析支援装置によれば、現在の状況に対応する検索キーを用いて、検索された過去のプロセスデータをトレンド表示するので、プロセスの現状を解析し、あるいは、プロセスデータの動向を予測することができる。

本発明のプロセス解析支援装置は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置において、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する履歴格納手段と、現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、過去のプロセスデータを前記履歴格納手段から検索する検索手段と、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータの動向を予測する予測手段と、前記予測手段による予測結果をトレンド表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
このプロセス解析支援装置によれば、検索手段により検索された過去のプロセスデータに基づいてプロセスデータの動向を予測し、予測結果をトレンド表示するので、プラントに対する操作を効果的に支援できる。

前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータのうち、現在のプロセス状況に近似したプロセスデータを抽出し、抽出されたプロセスデータの動向を前記プロセスデータの動向として予測してもよい。

前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータの平均値を前記プロセスデータの動向として予測してもよい。

前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータの中間値ないし平均値から外れたデータを除去したうえで、前記平均値を算出してもよい。

前記予測手段は、前記平均値に基づいて工程完了時刻を予測してもよい。

本発明のプロセス解析支援方法は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援方法において、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納するステップと、現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、格納された前記プロセスデータを前記履歴格納手段から検索するステップと、前記検索するステップにより検索された前記過去のプロセスデータを、現在のプロセスデータのトレンド表示とともにトレンド表示するステップと、を備えることを特徴とする。
このプロセス解析支援方法によれば、現在の状況に対応する検索キーを用いて、検索された過去のプロセスデータをトレンド表示するので、プロセスの現状を解析し、あるいは、プロセスデータの動向を予測することができる。

本発明のプロセス解析支援方法は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援方法において、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納するステップと、現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、格納された前記プロセスデータを前記履歴格納手段から検索するステップと、前記検索するステップにより検索された前記過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータの動向を予測するステップと、前記予測するステップにける予測結果をトレンド表示するステップと、を備えることを特徴とする。
このプロセス解析支援方法によれば、検索手段により検索された過去のプロセスデータに基づいてプロセスデータの動向を予測し、予測結果をトレンド表示するので、プラントに対する操作を効果的に支援できる。

本発明のプロセス解析支援装置によれば、現在の状況に対応する検索キーを用いて、検索された過去のプロセスデータをトレンド表示するので、プロセスの現状を解析し、あるいは、プロセスデータの動向を予測することができる。

本発明のプロセス解析支援装置によれば、検索手段により検索された過去のプロセスデータに基づいてプロセスデータの動向を予測し、予測結果をトレンド表示するので、プラントに対する操作を効果的に支援できる。

本発明のプロセス解析支援方法によれば、現在の状況に対応する検索キーを用いて、検索された過去のプロセスデータをトレンド表示するので、プロセスの現状を解析し、あるいは、プロセスデータの動向を予測することができる。

本発明のプロセス解析支援方法によれば、検索された過去のプロセスデータに基づいてプロセスデータの動向を予測し、予測結果をトレンド表示するので、プラントに対する操作を効果的に支援できる。

以下、図１〜図５を参照して、本発明によるプロセス操作支援装置の一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のプロセス操作支援装置が設けられたフィールド制御システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、フィールド制御システムは、プラントに分散配置されたフィールドコントローラ１，１，・・・と、フィールドコントローラ１，１，・・・を介してフィールド機器群を監視、操作するためのプラント監視用端末２と、フィールド機器から出力されるプロセス値やフィールド機器に与えられる操作値等のプロセスデータを収集し、蓄積するデータ格納部３とを備える。フィールドコントローラ１，１，・・・、プラント監視用端末２およびデータ格納部３は、通信回線４により互いに接続される。

図１に示すように、データ格納部３には、時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する履歴格納手段３１が構成されている。

また、プラント監視用端末２には、プロセスデータを履歴格納手段３１から検索する検索手段２１と、検索手段２１により検索された過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータを予測する予測手段２２と、検索手段２１により検索された過去のプロセスデータおよび予測手段２２による予測結果をトレンド表示する表示手段２３と、が構成されている。

履歴格納手段３１に格納される時系列のプロセスデータには、各データが収集されたときの「工程」が検索キーとして付加される。

図２には、プロセスデータと工程との対応付けが例示されている。この例では、「投入」→「昇温」→「反応」→「移送」→「洗浄」という各工程がプロセスデータに付加されて履歴格納手段３１に格納される。

例えば、流量を示すプロセスデータであるタグ「TAG01.PV」について、「投入」の工程区間のデータには「投入」の工程を示す検索キーが付加される。しかし、同じタグ「TAG01.PV」であっても、「昇温」の工程区間のデータには、「昇温」の工程を示す検索キーが付加される。同様に、それぞれの工程（「反応」「移送」「洗浄」）の区間のデータについては、対応する工程を示す検索キーが付加された上で、タグ「TAG01.PV」のデータが履歴格納手段３１に格納される。

同様に、他のタグ、すなわち、温度を示すプロセスデータであるタグ「TAG02.PV」、圧力を示すプロセスデータであるタグ「TAG03.PV」、流量を示すプロセスデータであるタグ「TAG04.PV」、および回転数を示すプロセスデータであるタグ「TAG05.PV」についても、それぞれの工程のデータに対応する検索キーが付加された上で、履歴格納手段３１に格納される。

検索キーの付加は、例えば、工程を管理するシステムがフィールド制御システムに組み込まれている場合には、この工程を管理するシステムによって自動的、あるいは半自動的に実行することもできる。また、作業員が手動で検索キーを付加することもできる。また、プロセスデータと検索キーとの対応付けを、履歴格納手段３１へのデータ格納の後に、実際のプロセスに合わせるように手動で修正することもできる。

本実施形態のプロセス操作支援装置では、履歴格納手段３１に格納されたプロセスデータを用いて、プロセスデータの予測値を表示することができる。

以下、プロセスデータを予測する手順について説明する。

プラント監視用端末２は、プラント稼動中に常時、プロセスデータを収集し、モニタ画面には、現在のプロセス状態を示すプロセスデータのトレンドがリアルタイム表示される。

また、プラント監視用端末２は、現在進行中の工程のプロセスデータに基づいて統計演算を実行し、プロセスデータのトレンドの短期予測をモニタ画面に表示する。

図３は、プラント監視用端末２のモニタに表示される短期予測表示画面を示す図である。図３の例では、プラント監視用端末２で収集された、昇温工程が開始されてからの区間についてのプラントデータについて、最大、最小、平均、標準偏差、回帰直線の算出等を行い、トレンドの傾向を求める。図３では、現在のプロセス状況を示すプロセスデータのトレンド曲線５１の延長線上に、演算により予測されるプロセスデータのトレンド曲線５２が表示されている。図３に例示するトレンド曲線５２の表示によれば、プロセスデータがアラーム設定温度を越えてアラームが発生する旨の予測が示されている。

このように短期予測では、履歴格納手段３１に格納されたデータは利用せず、直近のデータに基づく統計演算により予測を行う。回帰直線の傾きなどから、アラームを予告することができる。

また、プラント監視用端末２は、トレンドの中期予測をモニタ画面に表示する。

図４は、中期予測表示画面を示す図である。

中期予測に際しては、プラント監視用端末２の検索手段２１が、現在進行中の工程である「昇温」の工程を検索キーとして履歴格納手段３１に格納された過去のプロセスデータを検索する。次に、プラント監視用端末２の予測手段２３が、検索により得られたプロセスデータから、現在のプロセス状態に最も近似する過去のプロセスデータを予測データとして抽出する。例えば、現在の工程と最も回帰直線が似たプロセスデータを抽出する。次に、プラント監視用端末２の表示手段２２が、予測手段２３により抽出されたプロセスデータのトレンド曲線をモニタ画面に表示する。

図４の例では、現在のプロセス状態に最も近似する過去のプロセスデータのトレンド曲線５３が、現在のプロセス状況を示すトレンド曲線５１と重ね合わされて表示されている。このように、中期予測では、現在進行中の工程と同一工程に属し、かつ最も近い動向を示したトレンドが予測値として示される。このため、例えば、過去に同様のトラブルが発生している場合に、精度良い予測が可能となる。また、アラームを予告することもできる。

さらに、プラント監視用端末２は、トレンドの長期予測をモニタ画面に表示する。

図５は、長期予測表示画面を示す図である。長期予測に際しては、プラント監視用端末２の検索手段２１が、現在進行中の工程である「昇温」の工程を検索キーとして履歴格納手段３１に格納された過去のプロセスデータを検索する。次に、プラント監視用端末２の予測手段２３が、検索により得られたプロセスデータ群の平均値をプロセスデータの予測値として算出する。次に、プラント監視用端末２の表示手段２２が、予測手段２３により算出されたプロセスデータの平均トレンド曲線をモニタ画面に表示する。

図５の例では、検索により得られたプロセスデータ群の平均値を示す平均トレンド曲線５４が、現在のプロセス状況を示すトレンド曲線５１と重ね合わされて表示されている。このように、長期予測では、現在進行中の工程と同一工程の過去の平均トレンドが示される。また、工程完了予定時刻などの時間的要素を予測することもできる。

以上の短期予測、中期予測および長期予測は、モニタ画面上に並べて表示してもよいし、運転員の操作、あるいはプロセス状況に応じて選択的に表示してもよい。

このように、本実施形態のプロセス操作支援装置では、プロセス状況を短期、中期、長期的に予測し、アラームの発生等も予報として知らせることができる。このため、運転員はプロセスが異常状態に陥ることを未然に防止するための処置をとることも可能となる。

また、提示された予測結果にどの程度の確度が見込めるか、確率を表示することもできる。

例えば、上記の中期予測の場合、現在のプロセスデータと、抽出された過去のプロセスデータとの間で、演算により得られた統計値がどの程度一致しているかに基づいて、確率を算出することができる。統計値としては、プロセスデータの最小値、最大値、移動平均、標準偏差、積算値などが考えられる。これらの値の差が所定の許容範囲内にあれば、両者のデータの統計値が一致していると判定することができる。

また、長期予測に際して、検索されたすべてのプロセスデータの平均を採用するのではなく、中間値ないし平均値から大きくはずれた値を除去してもよい。例えば、各データの瞬時値の最高値あるいは最低値を取り除いた値の平均を採用するようにしてもよい。このような処理により正常時のデータのみを抽出できるため、正常時のトレンドあるいは理想的なトレンドを表示することが可能となる。また、アラームが発生した際のプロセスデータを除外してもよい。

さらに、トラブルの発生が多い工程等において、このような処理を経由してもなお、異常トレンドを示すような場合には、運転員が手動で異常なプロセスデータをサンプルから除外することで正常時のトレンドを得るようにしてもよい。

上記実施形態では、検索キーとして工程を用いる例を示したが、検索キーとして種々の要素を使用することができる。例えば、原料品質、原料量、生産量、季節、生産品の銘柄などを検索キーとして使用できる。また、複数の検索キーを組み合わせて使用してもよい。適切な検索キーを設けることで、現在のプロセス状況と同様の状況下で蓄積されたプロセスデータを効率的に抽出することが可能となる。

以上説明したように、本発明のプロセス解析支援装置によれば、現在の状況に対応する検索キーを用いて、検索された過去のプロセスデータをトレンド表示するので、プロセスの現状を解析し、あるいは、プロセスデータの動向を予測することができる。また、検索手段により検索された過去のプロセスデータに基づいてプロセスデータの動向を予測し、予測結果をトレンド表示するので、プラントに対する操作を効果的に支援できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置およびプロセス操作支援方法に対し、広く適用することができる。

一実施形態のプロセス操作支援装置が設けられたフィールド制御システムの構成を示すブロック図。プロセスデータと工程との対応付けを例示する図。短期予測表示画面を示す図。中期予測表示画面を示す図。長期予測表示画面を示す図。

符号の説明

２１検索手段
２２表示手段
２３予測手段
３１履歴格納手段

Claims

プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置において、
時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する履歴格納手段と、
現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、過去のプロセスデータを前記履歴格納手段から検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータをトレンド表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするプロセス解析支援装置。
プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援装置において、
時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納する履歴格納手段と、
現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、過去のプロセスデータを前記履歴格納手段から検索する検索手段と、
前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータの動向を予測する予測手段と、
前記予測手段による予測結果をトレンド表示する表示手段と、
を備えることを特徴とするプロセス解析支援装置。
前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータのうち、現在のプロセス状況に近似したプロセスデータを抽出し、抽出されたプロセスデータの動向を前記プロセスデータの動向として予測することを特徴とする請求項２に記載のプロセス解析支援装置。
前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータの平均値を前記プロセスデータの動向として予測することを特徴とする請求項２または３に記載のプロセス解析支援装置。
前記予測手段は、前記検索手段により検索された前記過去のプロセスデータの中間値ないし平均値から外れたデータを除去したうえで、前記平均値を算出することを特徴とする請求項４に記載のプロセス解析支援装置。
前記予測手段は、前記平均値に基づいて工程完了時刻を予測することを特徴とする請求項４または５に記載のプロセス解析支援装置。
プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援方法において、
時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納するステップと、
現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、格納された前記プロセスデータを前記履歴格納手段から検索するステップと、
前記検索するステップにより検索された前記過去のプロセスデータをトレンド表示するステップと、
を備えることを特徴とするプロセス解析支援方法。
プロセスデータの履歴に基づく表示により操作を支援するプロセス操作支援方法において、
時系列のプロセスデータの履歴を検索キーと対応付けて格納するステップと、
現在の状況に対応する前記検索キーを用いて、格納された前記プロセスデータを前記履歴格納手段から検索するステップと、
前記検索するステップにより検索された前記過去のプロセスデータに基づいて、プロセスデータの動向を予測するステップと、
前記予測するステップにける予測結果をトレンド表示するステップと、
を備えることを特徴とするプロセス解析支援方法。