JP2010092173A - Process diagnostic method and system thereof - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プロセス診断方法およびそのシステムに係り、特に、デジタル計装制御システムにて管理制御されているプラントのプロセス機器および制御ロジックの診断を行うプロセス診断方法およびそのシステムに関するものである。 The present invention relates to a process diagnosis method and system, and more particularly to a process diagnosis method and system for diagnosing process equipment and control logic in a plant that is managed and controlled by a digital instrumentation control system.
従来、プラントの各機器からのプロセス信号を入力し、このプロセス信号に対応する実測信号を出力するプロセスデータ入力手段と、実測信号に対応する模擬信号を出力する物理モデル演算手段と、実測信号と模擬信号とを入力し、両者の差異に基づいて異常徴候の有無についての監視信号を出力する異常徴候監視手段と、この異常徴候監視手段の監視信号に基づいて異常徴候を示した個所を所定の論理により同定する異常徴候個所同定手段と、を備えたプラント診断装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a process data input means for inputting a process signal from each device of the plant and outputting an actual measurement signal corresponding to the process signal, a physical model calculation means for outputting a simulation signal corresponding to the actual measurement signal, an actual measurement signal, An abnormal sign monitoring means for inputting a simulated signal and outputting a monitoring signal for the presence or absence of an abnormal sign based on the difference between the two, and a location indicating the abnormal sign based on the monitoring signal of the abnormal sign monitoring means is determined in advance. There has been proposed a plant diagnostic apparatus including an abnormal sign location identifying means for identifying by logic (see, for example, Patent Document 1).
また、通信可能となるように二線式全デジタル通信バスによって結合される、複数のデバイスを有するプロセス制御ネットワーク内で使用するフィールドデバイスを備えたプロセス制御システムであって、そのフィールドデバイスは、フィールドデバイスを二線式全デジタル通信バスに接続し、バスで全デジタル通信を可能にするコネクタと、一連のデバイス診断テスト命令またはプロセス診断テスト命令を有する診断テストルーチンを記憶するメモリと、メモリに記憶されるデバイス診断テスト命令またはプロセス診断テスト命令を実行し、フィールドデバイスを使用してデバイスまたはプロセス診断テストを実現するコントローラと、を備えたプロセス制御システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。 A process control system comprising a field device for use in a process control network having a plurality of devices coupled by a two-wire all-digital communication bus to enable communication, the field device comprising: Connector for connecting a device to a two-wire all-digital communication bus, enabling all-digital communication on the bus, memory for storing a diagnostic test routine having a series of device diagnostic test instructions or process diagnostic test instructions, and storing in memory A process control system has been proposed that includes a controller that executes a device diagnostic test instruction or a process diagnostic test instruction that is performed and implements a device or process diagnostic test using a field device (see, for example, Patent Document 2). ).
前記特許文献1に開示された技術は、プロセスの特性により定められたパラメータと実際の信号とを比較して、その差分情報により、故障モード評価解析情報(以下、FMEA情報という。)を参照して診断するものである。また、前記特許文献2に開示された技術は、フィールドバス機能を搭載したセンサあるいは操作手段(制御対象として実際に制御出力が出される機器を意味し、例えば、バルブとこれを動作させるアクチュエータの構成体など)が自己診断を行い、その自己診断情報をホスト側に吸い上げて解析診断するものである。
The technique disclosed in
また、両者とも診断情報は、その診断を実施した客先のサイト内にて実施されていることが多く、しかも、長期的継続的に診断が実施されているのではなく、何か問題があった時点で、原因追求のために診断されることが多く、前者のプロセス診断等はシミュレーション計算として行われることが多い。 In both cases, the diagnosis information is often carried out at the site of the customer who performed the diagnosis, and the diagnosis is not carried out continuously over the long term. At this point, the diagnosis is often made for the purpose of pursuing the cause, and the former process diagnosis or the like is often performed as a simulation calculation.
しかし、特許文献1に開示された技術には、プロセスの特性により定めるパラメータの決定が非常に困難であるとともに、FMEA情報の構築にかなりの労力を要するという問題がある。また、特許文献2に開示された技術には、フィールドバス機能を搭載したセンサ、あるいは操作手段でなければ実施できない問題があり、実施するためにはフィールドバス機能を搭載したセンサ、あるいは操作手段への更新等を実施しなければならず、導入コストが多大であるという問題がある。更に、診断そのものが、何か問題があってからの原因追求的になっているという問題もある。
However, the technique disclosed in
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、構築に労力を要するFMEA情報およびパラメータの決定を不要とし、かつ、プロセスの機器等の更新コストを抑え、現状のデジタル計装制御システムにて管理制御を実施しているシステムが有しているプロセス情報からプロセス診断を行うプロセス診断方法およびそのシステムを提供するものである。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, eliminates the need to determine FMEA information and parameters that require labor for construction, and suppresses the update cost of process equipment and the like. The present invention provides a process diagnosis method and system for performing process diagnosis from process information possessed by a system that performs management control in a packaging control system.
この発明に係るプロセス診断方法は、デジタル計装制御システムにより管理制御されるプラントのプロセス診断方法において、前記デジタル計装制御システムにより管理制御される入力情報と制御したい目標値との差分の絶対値を積算し、前記差分絶対値の積算値に基づいて前記プラントのプロセスを診断するものである。 The process diagnosis method according to the present invention is an absolute value of a difference between input information managed and controlled by the digital instrumentation control system and a target value to be controlled in the process diagnosis method for a plant managed and controlled by a digital instrumentation control system. And the process of the plant is diagnosed based on the integrated value of the absolute difference.
また、この発明に係るプロセス診断システムは、プラントの入力情報と出力情報、および制御したい目標値を少なくとも管理制御するデジタル計装制御システムと、前記デジタル計装制御システムにて管理制御される入力情報と出力情報、および制御したい目標値を少なくともデータベース化するデータベース装置と、前記入力情報と前記目標値の差分絶対値の積算値を計算し、診断データを作成するIAE計算手段と、前記入力情報と出力情報を各々X、Y軸にして2次元平面にプロットし、プロットデータを作成する相関手段と、前記IAE計算手段により作成される診断データと、前記相関手段により作成されるプロットデータを時系列に保存し、トレンド情報を生成する傾向監視手段と、前記傾向監視手段で生成されたトレンド情報を表示あるいは印刷する表示・印刷手段と、を備えたものである。 In addition, the process diagnosis system according to the present invention includes input information and output information of a plant, a digital instrumentation control system for managing and controlling at least a target value to be controlled, and input information managed and controlled by the digital instrumentation control system. A database device that at least stores the output information and the target value to be controlled as a database, an IAE calculation means for calculating an integrated value of the difference absolute value between the input information and the target value, and creating diagnostic data, and the input information Correlation means for plotting the output information on the two-dimensional plane with the X and Y axes respectively and creating plot data, diagnostic data created by the IAE calculation means, and plot data created by the correlation means Trend monitoring means for storing trend information and generating trend information, and trend information generated by the trend monitoring means It is obtained and a display and printing means for displaying or printing.
この発明によれば、デジタル計装制御システムにて管理制御を実施しているシステムがもつプロセス情報から診断を実施することにより、時系列なデータをベースに診断結果を出し、その診断結果の時系列な傾向をみることにより予防保全的なプロセス診断を可能とし、プロセス機器の異常、さらには制御ループのパラメータの見直し等を提供できる。従って、プロセスの生産効率を常に高いレベルに保つことができる。 According to the present invention, diagnosis is performed based on time-series data by performing diagnosis from the process information possessed by the system performing management control in the digital instrumentation control system, and the time of the diagnosis result is By observing the trend of the series, preventive maintenance process diagnosis can be performed, and abnormalities in process equipment, review of control loop parameters, etc. can be provided. Therefore, the production efficiency of the process can always be kept at a high level.
以下、添付の図面を参照して、この発明に係るプロセス診断方法およびそのシステムについて好適な実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Preferred embodiments of a process diagnosis method and system according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るプロセス診断方法を説明するプロセス診断システムのブロック構成図である。図1において、プロセス診断システム100は、プロセスを制御するための制御演算および入出力を行うデジタル計装制御システム(以下、DCS装置という。)1と、このDCS装置1に接続されるデータベース装置2と、DCS装置1あるいはデータベース装置2からプロセス診断に必要なプロセス情報を取り出し、取り出したデータを配信する配信手段3とを備えている。更に、プロセス診断システム100は、IAE(Integral Absolute Error)計算手段4、相関手段5、傾向監視手段6、および表示・印刷手段7を備えている。
FIG. 1 is a block configuration diagram of a process diagnosis system for explaining a process diagnosis method according to
配信手段3は、後述するように、DCS装置1およびデータベース装置2から、IAE計算手段4、相関手段5、傾向監視手段6の各手段に対し、ある時刻からある時刻までにおいて、何れかのタグ(全タグということもある。)のデータを、タイムスタンプを見て指定タグのデータとして抽出して配信する。なお、IAE計算手段4は、診断データファイル8を備えており、相関手段5はプロットデータファイル9を備えている。
As will be described later, the distribution means 3 sends any tag from the
DCS装置1には、プロセスを管理制御するための制御ループが存在し、その制御ループにセンサからの入力信号(以下、PVという。)を取り込み、制御演算を実施し、その制御演算結果を出力信号(以下、MVという。)として、例えば、バルブとこれを動作させるアクチュエータからなる構成体など、制御対象として実際に制御出力が出される機器を動作させることになる。また、制御演算には、プロセスをある値に持っていく目標値(以下、SVという。)があり、これらPV、SV、MV、および制御のモード(自動、手動等)をDCS装置1が有している。
The
データベース装置2は、DCS装置1が有する情報をデータベースとして蓄積しており、DCS装置1の内部構成として、あるいは外付けとして備えられており、このデータベース装置2からは、必要とするデータを容易に取り込むことができるように構成されている。このデータベース装置2には、タイムスタンプ、タグ情報、およびデータがデータベース化されて保存されている。例えば、2008年3月14日1時5分0秒のTC101のPV、SV、MVの場合、
20080313010500 TC101 PV 100.0
20080313010500 TC101 SV 50.0
20080313010500 TC101 MV 60.0
とされ、この集合がデータベースとなっている。なお、TC101は、タグ情報で、例えば重油流量、給炭量、蒸気流量など診断対象を符号化したものである。
The
20080313010500 TC101 PV 100.0
20080313010500 TC101 SV 50.0
20080313010500 TC101 MV 60.0
This set is a database. Note that TC101 is tag information and encodes a diagnosis target such as a heavy oil flow rate, a coal supply amount, and a steam flow rate.
IAE計算手段4は、DCS装置1あるいはデータベース装置2から配信手段3により配信されたプロセス情報を取り込むことにより、PV−SVの差分絶対値の積算値を計算し、診断データファイル8を作成するもので、詳しくは、図2のフロー図に示すように動作するものである。
The IAE calculation means 4 takes in process information distributed by the distribution means 3 from the
即ち、図2において、DCS装置1あるいはデータベース装置2から、配信手段3を介して指定されたタグ、期間のデータ(PV、SV、MV、モードなど)を取り込み(ステップS20)、PV−SVの差分絶対値の積算値を計算する(ステップS21)。そして、分散、標準偏差の計算を行い(ステップS22)、さらに分散、標準偏差の計算および自動モード投入率の計算を行う(ステップS23)。その後、表示および保存するための情報をファイルし(ステップS24)、診断データファイル8を作成する。
That is, in FIG. 2, the tag and period data (PV, SV, MV, mode, etc.) designated via the distribution means 3 are fetched from the
相関手段5は、PVとMV値を各々X、Y軸にして2次元平面にプロットするものである。即ち、DCS装置1あるいはデータベース装置2から、配信手段3を介してデータをある期間分取り込み、PVとMVの相関を計算することにより、プロットデータファイル9を作成するもので、詳しくは、図3のフロー図に示すように動作するものである。
The correlation means 5 plots the PV and MV values on the two-dimensional plane with the X and Y axes as the X and Y axes, respectively. That is, the
即ち、図3において、配信手段3を介してDCS装置1あるいはデータベース装置2から、指定されたタグ、期間のデータ(PV、MV)を取り込み(ステップS30)、PVを0−100%に正規化(PVは工学値なので%に正規化)する(ステップS31)。そして、正規化されたPVをX軸、MVをY軸にとり、二次元上にプロットする(ステップS32)。その後、表示および保存するための情報をファイルし(ステップS33)、プロットデータファイル9を作成する。
That is, in FIG. 3, the specified tag and period data (PV, MV) are fetched from the
また、傾向監視手段6は、IAE計算手段4および相関手段5からの診断結果を時系列に保存するため、タイムスタンプをつけて保存し、さらに、あるポイントの診断結果の傾向をみるためのトレンド情報を生成するもので、詳しくは、図4のフロー図に示すように動作するものである。 Further, the trend monitoring means 6 saves the diagnosis results from the IAE calculation means 4 and the correlation means 5 in time series, so that the trend monitoring means 6 saves them with a time stamp, and further, a trend for viewing the tendency of the diagnosis results at a certain point. It generates information and operates in detail as shown in the flowchart of FIG.
即ち、図4において、IAE計算手段4で作成された診断データファイル8、および相関手段5で作成されたプロットデータファイル9から、指定された診断データあるいはプロットデータを複数件取り込む(ステップS40)。そして、診断データの場合はIAE、分散、自動モード投入率を、件数分時系列化し、プロットデータの場合は件ごとの表示色を変更定義し(ステップS41)、データの表示情報を作成する(ステップS41)。
That is, in FIG. 4, a plurality of designated diagnostic data or plot data are fetched from the
表示・印刷手段7は、IAE計算手段4で作成された診断データ、および相関手段5で作成されたプロットデータを、傾向監視手段6により表示・印刷手段7に表示される手段である。相関手段5により作成されるプロットデータは、傾向監視手段6により各件ごと表示色を違えるとともに、重ねあわせて表示・印刷手段7に表示される。また、IAE計算手段4で作成される診断データは単なるトレンド表示で、例えば、2008年5月16日10時、2008年5月23日11時、および2008年5月30日17時に、同一タグの診断を実施したとすると、その各診断結果であるIAE等の情報をトレンドで傾向監視手段6により表示・印刷手段7に表示される。なお、診断数が少なければ、トレンド表示上数点の表示になる。
The display / printing means 7 is means for displaying the diagnostic data created by the IAE calculating means 4 and the plot data created by the correlation means 5 on the display / printing means 7 by the trend monitoring means 6. The plot data created by the
図5はIAE計算手段4で作成された診断データの表示例を示すもので、次に、この図5について説明する。表示順は診断指定したタグ順に当初表示されるが、IAE値が大きい順とか、自動モード投入率が高い順などにソートすることができる。表示例は、IAE値が大きい順で自動モード投入率(表ではA投入率)高い形でソートしたものである。 FIG. 5 shows a display example of diagnostic data created by the IAE calculation means 4, and FIG. 5 will be described next. Although the display order is initially displayed in the order of the tags designated by diagnosis, it can be sorted in the order of increasing IAE value or in order of increasing automatic mode input rate. In the display example, the automatic mode input rate (A input rate in the table) is sorted in descending order of IAE value.
図5において、左列から表示項目を説明すると、診断対象としたタグ番号(図5においてはTAGNo.と表示し、都合により空白としている。)、タグ名称に付加されているサービス名称、対象タグのレンジ下限値(RL)、上限値(RH)、単位、タグ種別となっており、ここまでの情報はタグ自体がもつ固有情報であって、データを収集する時点で収集可能なものは集めるが、収集不能であったものは集めず、表示もされない。なお、最低限の項目としてタグ番号は必要である。 In FIG. 5, the display items are described from the left column. The tag number to be diagnosed (in FIG. 5, TAG No. is displayed and left blank for convenience), the service name added to the tag name, and the target tag Range lower limit value (RL), upper limit value (RH), unit, and tag type. The information up to this point is unique information of the tag itself, and collects what can be collected at the time of data collection. However, those that could not be collected are not collected nor displayed. A tag number is necessary as a minimum item.
次に、最大周期は、データを収集した周期を表し、60なら60秒、つまり1分周期で、IAE計算手段4が収集したことになる。IAEは、IAE計算手段4にて計算したIAE値、SV一定は、診断した期間でSVに変化が有ったか、無かったかを○印で示し、SVが全く変化せず一定だった場合に○印を表示する。平均は、診断した期間でのPV値の平均値、σおよびσ(%)は、PVの分散値で、(%)はレンジが各タグ異なるので、0−100%で正規化した分散値を示したものである。A投入率は、診断した期間に自動モードに投入されていた期間の割合で、100%は対象期間内、自動モードであってことを示している。なお、100%でないものは、期間中に手動モードになったことがあることを示す。
Next, the maximum period represents a period in which data is collected. If 60, 60 seconds, that is, a period of 1 minute, is collected by the
表示結果であるIAE値をみると、この値が大きいほど、診断対象期間中、偏差が大きかったことを示す。制御で偏差が大きいということは、制御の安定性に欠けていることで、制御パラメータが適切でないか、制御システムが悪いか、あるいは他のループの影響を大きく受けているということが判り、その改善を実施することになる。また、IAE値が大きく、分散σが大きいといことは、PVが大きく揺れていることを示すので、安定性に欠けることが判る。 Looking at the IAE value that is the display result, the larger the value, the greater the deviation during the diagnosis target period. A large deviation in control means that control is lacking in stability, indicating that the control parameters are not appropriate, the control system is bad, or that it is greatly affected by other loops. Improvement will be implemented. Further, a large IAE value and a large dispersion σ indicate that PV is greatly swaying, so that it is understood that the stability is lacking.
相関手段5で計算されるPVとMVの相関は、操作手段としてバルブを考えた場合、通常、PV値に追従して動作するものであり、X軸をPV、Y軸をMVとする図6に示すような領域分布になるのが普通である。しかし、この領域分布と異なるように、PVが変わっているのにMVが長く水平のままのような軌跡を描くとなると、バルブが正常に機能していないことが判る。操作手段としてのバルブが正常に機能しないことは、制御が正常に実施されないことになり、制御の安定性を大きく揺るがすことになる。
The correlation between PV and MV calculated by the correlating
以上のように、実施の形態1に係るプロセス診断方法およびそのシステムによれば、分散型制御システムにて管理制御を実施しているシステムがもつプロセス情報を解析することにより、時系列なデータをベースに診断結果を出し、その診断結果の時系列な傾向をみることにより予防保全的なプロセス診断を可能とし、プロセス機器の異常、さらには制御ループのパラメータの見直し等を提供できる。従って、プロセスの生産効率を常に高いレベルを保つことができる。 As described above, according to the process diagnosis method and the system thereof according to the first embodiment, the time series data is obtained by analyzing the process information of the system that performs the management control in the distributed control system. By providing diagnosis results to the base and observing the chronological trend of the diagnosis results, it is possible to perform preventive and maintenance process diagnosis, and to provide process equipment abnormalities and review of control loop parameters. Therefore, the production efficiency of the process can always be kept at a high level.
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2に係るプロセス診断方法とそのシステムについて説明する。図7は、この発明の実施の形態2に係るプロセス診断方法を説明するプロセス診断システムのブロック構成図である。実施の形態2に係るプロセス診断方法およびそのシステムは、実施の形態1において説明したDCS装置およびデータベース装置から取り出したプロセス診断に必要なプロセス情報を、DCS装置が設置されている場所でなく、ネットワークにより接続される診断センターのサーバに収集し、逐次診断を実施し、その結果をDCS装置が設置されている顧客に診断レポートとして提出するプロセス診断方法およびそのシステムである。
Next, a process diagnosis method and system according to
以下、実施の形態2に係るプロセス診断方法およびそのシステムについて、図7を参照して説明する。図7において、プロセス診断システム200は、ネットワーク70に複数のDCS装置1、あるいは複数のデータベース装置2が接続されるとともに、配信手段3が接続される構成となっている。そして、配信手段3、IAE計算手段4、相関手段5、傾向監視手段6、および表示・印刷手段7が診断センター71に設けられている。なお、各装置、各手段の構成並びに動作については、実施の形態1で説明したとおりであり、同一符号を付して重複説明を省略する。
The process diagnosis method and system according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. In FIG. 7, the
実施の形態2に係るプロセス診断システム200は、診断を行うことにより、その診断結果を各DCS装置1、各データベース装置2のサイトの顧客にレポートとして提出することを行い、定期的に診断し、プロセスのどの点が劣化してきているのかを推定できるようになる。ここで言う劣化は、機械的な劣化だけでなく、IAEが時系列的に増加してきていることは、制御ループの制御演算のためのパラメータが最適値でないことが予測される。つまりこれがパラメータの劣化ということになる。更に言えば、パラメータでなく、制御演算ロジックそのものの見直しをすることになるかもしれないロジックの劣化という点もある。
The
なお、PV−MV相関では、通常はある曲線上に、プロットした点は並ぶことになるが、センサが不安定、あるいはゼロ点がドリフト、故障による信号の固定化等すれば、通常のプロットの曲線上から逸脱することになる。逆に操作手段の機械的緩み、あるいは歪みにより指定したMVの通り動作しなければ、通常の曲線上からは逸脱することになる。これにより、センサあるいは操作手段の異常を検知することができる。 In the PV-MV correlation, the plotted points are usually arranged on a certain curve. However, if the sensor is unstable, the zero point drifts, the signal is fixed due to a failure, etc. It will deviate from the curve. On the other hand, if the operation means does not operate according to the specified MV due to mechanical looseness or distortion, it deviates from the normal curve. Thereby, abnormality of a sensor or an operation means can be detected.
以上のように、実施の形態2に係るプロセス診断方法およびそのシステムによれば、診断を顧客サイトで実施するのでなく、ネットワーク70で接続さえた診断センター71にて実施し、その結果を定期的に提出できる手段を設けることで予防的な保全へ進展することができる。
As described above, according to the process diagnosis method and system thereof according to the second embodiment, the diagnosis is not performed at the customer site, but is performed at the diagnosis center 71 connected by the
この発明に係るプロセス診断方法およびそのシステムは、石油プラントシステムにおける油送給装置のように、油送給量が常に一定の範囲になるように、センサあるいはバルブなどの動作を管理するプラントシステムに利用できる。 The process diagnosis method and system according to the present invention are applied to a plant system that manages the operation of a sensor or a valve so that the oil feed amount is always within a certain range, like an oil feed device in an oil plant system. Available.
1 デジタル計装制御システム
2 データベース装置
3 配信手段
4 IAE計算手段
5 相関手段
6 傾向監視装置
7 表示・印刷手段
8 診断データファイル
9 プロットデータファイル
100、200 プロセス診断システム
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記デジタル計装制御システムにて管理制御される入力情報と出力情報、および制御したい目標値を少なくともデータベース化するデータベース装置と、
前記入力情報と前記目標値の差分絶対値の積算値を計算し、診断データを作成するIAE計算手段と、
前記入力情報と出力情報を各々X、Y軸にして2次元平面にプロットし、プロットデータを作成する相関手段と、
前記IAE計算手段により作成される診断データと、前記相関手段により作成されるプロットデータを時系列に保存し、トレンド情報を生成する傾向監視手段と、
前記傾向監視手段で生成されたトレンド情報を表示あるいは印刷する表示・印刷手段と、を備えたことを特徴とするプロセス診断システム。 A digital instrumentation control system that at least manages and controls plant input and output information and target values to be controlled;
A database device that at least forms a database of input information and output information managed and controlled by the digital instrumentation control system and a target value to be controlled;
An IAE calculating means for calculating an integrated value of the difference absolute value between the input information and the target value, and creating diagnostic data;
Correlation means for plotting the input information and output information on a two-dimensional plane with the X and Y axes respectively and creating plot data;
Trend monitoring means for storing diagnostic data created by the IAE calculating means and plot data created by the correlating means in time series, and generating trend information;
And a display / printing means for displaying or printing the trend information generated by the trend monitoring means.
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