JP2010190582A - 機器診断方法および機器診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】診断対象の機器を容易に且つ精度良く設定することができる機器診断方法を提供する。
【解決手段】対象機器選択装置７により、プラント内の診断の対象にする機器の代表が指定される（ステップ２１）。指定された機器と接続されている複数の機器のうち、指定された機器から設定距離内に存在する機器を抽出する（ステップ２２）。抽出された各機器に対応するプロセス値の情報を取得する（ステップ２３）。抽出された各機器に対する各プロセス値の相関値を計算する（ステップ２４）。機器相関判定装置５で行われる。相関値の絶対値が設定値以上の機器の組み合わせを、診断に用いる機器としてグループ化する（ステップ２５）。プロセス値を用いてグループ内の各機器の異常診断を行う（ステップ２６）。得られた機器の診断結果の情報が、機器状態診断装置６から診断結果出力装置８に出力される（ステップ２７）。
【選択図】図２

Description

本発明は、機器診断方法および機器診断装置に係り、特に、プラントに設けられた機器の状態監視および異常診断に適用するのに好適な機器診断方法および機器診断装置に関する。

原子力発電プラントでは、使用されるセンサ、回転機および弁などの機器に対する保守点検作業が、一定期間ごと、すなわち、原子力発電プラントの場合では定期検査ごとに行われる。定期検査で行われる機器の校正、分解点検および取替えなどの保守点検作業の作業量は、膨大なものとなっている。

原子力発電プラントを安全かつ効率的に稼動させることを目的として、これまでの一定期間ごと保守点検作業を行う時間保全に代わって、プラントに用いられる機器の状態を常時監視し、必要な時期に保守点検作業行う状態監視保全の導入が検討されている。機器の状態監視を行う方法として、例えば、特開２００３−２０７３７３号公報および特開２００５−３３８０４９号公報に、機器のプロセス値を用いて機器の状態を診断する方法が記載されている。

特開２００３−２０７３７３号公報に記載された検出器校正支援装置は、真値を推定するための推定モデルを用い、検出器から出力された検出信号を基に真値を推定し、推定された真値および検出信号の実測値と、下限値および上限値と、検出器のドリフト特性に基づいて、ドリフト量を推定している。

特開２００５−３３８０４９号公報に記載されたプラント計測制御装置は、真値推定モデルを用い、検出器から出力された検出信号の実測値基づいて真値を推定し、推定した同一の検出器に対する推定真値を推定精度に関するデータを用いて総合評価すると共に、最も確からしい推定真値を求めて推定ドリフト量を算出している。

特開２００３−２０７３７３号公報 特開２００５−３３８０４９号公報

特開２００３−２０７３７３号公報および特開２００５−３３８０４９号公報のそれぞれに記載された各装置では、複数の機器のプロセス値をもとに、機器の正常時に示すべき値（真値）を推定し、真値と計測値との差が大きくなった場合に異常があると診断している。このとき、参照している機器間には比例関係などの相関があり、この特徴を用いて真値を推定して診断する。診断を行うための複数の機器の組み合わせは、プラント（例えば、原子力発電プラント）を熟知した技術者によって予め設定されるが、組み合わせが適切でない場合には診断性能が低下する可能性がある。

したがって、診断を行うための機器の組み合わせには十分注意を払う必要がある。しかしながら、プラントごと、および機器の構成が変わるごとに、熟練者がその機器の組み合わせを設定することは、多大な労力および時間を要する。一方、機器の組み合わせを、電子計算機を用いて試行錯誤的に相関係数などを計算して探索することも可能ではある。しかしながら、診断を行うための機器の組み合わせパターンが膨大になり、プラント特性を考慮しないで機器の組み合わせを設定することは診断精度に悪影響を与える可能性もあるので、電子計算機を用いて、診断を行うための機器の組み合わせを決定することは現実的ではない。診断を行うための機器の組み合わせを容易に行う方法は、特開２００３−２０７３７３号公報および特開２００５−３３８０４９号公報に記載されていない。

本発明の目的は、診断対象の機器を精度良く設定することができる機器診断方法および機器診断装置を提供することにある。

上記した目的を達成するための本発明の特徴は、プラントに含まれる複数の機器の接続に関する情報を含む設計情報、および計測された機器のプロセス情報を用いて、接続されている各機器のプロセス情報の相関情報を求め、得られた相関情報に基づいて診断に用いる複数の機器を特定することにある。

各機器のプロセス情報の相関情報に基づいて診断に用いる複数の機器を特定するので、診断対象の機器を精度良く設定することができる。

好ましくは、特定された複数の機器のうち対の機器の組み合わせ毎に、機器の診断を行うことが望ましい。

本発明によれば、診断対象の機器を精度良く設定することができる。

本発明の好適な一実施例である異常診断装置の構成図である。 図１に示す異常診断装置で実行される機器診断手順を示すフローチャートである。 図１に示す異常診断装置での異常診断の対象となるプラントの設計データの一例を示す説明図である。 図１に示す異常診断装置での異常診断に用いられるプロセスデータの一例を示す説明図である。 異常診断の対象となるプラントの構成の一例を示す説明図である。 機器の相関値の一例を示す説明図である。 図２に示す機器診断工程（ステップ２６）の詳細手順を示すフローチャートである。 接続関係にある機器の相関関係を示す説明図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である機器診断装置を、図1を用いて説明する。本実施例の機器診断装置１は、機器接続判定装置３、機器相関判定装置５、機器状態診断装置６、対象機器選択装置７、診断結果出力装置８および記憶装置２および４を備えている。機器診断装置１は、機器１０からの情報を入力する入力インターフェース９を有する。機器相関判定装置５は相関値算出装置５Ａおよび診断機器設定装置５Ｂを有する。

機器接続判定装置３が機器相関判定装置５の相関値算出装置５Ａおよび記憶装置２に接続される。対象機器選択装置７が機器接続判定装置３に接続される。入力インターフェース９が機器相関判定装置５の診断機器設定装置５Ｂおよび記憶装置４に接続される。相関値算出装置５Ａが診断機器設定装置５Ｂおよび記憶装置４に接続される。機器診断機器設定装置５Ｂが機器状態診断装置６に接続される。診断結果出力装置８が機器状態診断装置６に接続される。機器１０は、プラントに設けられた流量計、温度計、圧力計およびレベル計などのセンサ、ポンプなどの回転機、および弁などである。

記憶装置２は、機器と機器のそれぞれの接続情報、配管と配管のそれぞれの接続情報、機器と配管のそれぞれの接続情報等を含む設計データ（機器の接続に関する情報を含む設計情報）を記憶している。この設計データとしては、例えば、配管計装線図などの機器と配管の接続情報を含んだＣＡＤデータがある。記憶装置２に記憶された設計データの例を図３に示す。図３に示された設計データはテキストデータである。

記憶装置４には、入力インターフェース９を介して機器１０から入力されたプロセス値（プロセス情報）が記憶されている。記憶装置４に記憶されたプロセス値の例を図４に示す。記憶装置４に記憶されたプロセス値は、機器１０がセンサである場合にはそれぞれのセンサで計測された流量、温度、圧力および水位レベル等の測定値、機器１０が回転機である場合には回転機に設けられた回転計で計測された回転数の測定値および振動系で測定された振動の変位、および機器１０が弁である場合には計測された開度等の時間変化の情報である。記憶装置４に格納されるプロセス値は、機器１０に異常がないと考えられる期間のデータである。例えば、プラントの起動試験時、およびプラント起動から数ヶ月の期間のデータが、プロセス値として、記憶装置４に格納される。

機器接続判定装置３は、対象機器選択装置７から入力された診断対象である機器に基づいて、記憶装置２から該当する設計データを読み出し、この設計データを参照して、この機器が他の機器に直接、または配管を介して間接的に接続されているか否かを判定する。機器接続判定装置３は、診断対象である機器が他の機器に接続されていると判定した場合に、診断対象である機器と接続されている他の機器との間の距離を計算する。記憶装置２に記憶されている設計データがＣＡＤデータである場合、機器接続判定装置３はＣＡＤデータから接続情報を抽出する機能を備えている。

機器相関判定装置５の相関値算出装置５Ａは、機器接続判定装置３によって得られた、診断対象である機器１０とこれと接続関係にある他の機器の組み合わせにおいて、接続関係にあるこれらの機器に対応する各プロセス値を記憶装置４から取得し、これらのプロセス値間の相関値を計算する。機器相関判定装置５の診断機器設定装置５Ｂは、得られた相関値が設定値以上になっている機器の組み合わせを、相関の高い機器の組み合わせと判定し、相関の高い組み合わせの各機器を診断の対象となる機器に設定する。診断機器設定装置５Ｂは、設定されて診断対象となる各機器のグループ（機器グループ）を作成する。

機器状態診断装置６は、診断機器設定装置５Ｂによって得られた機器グループの情報を用いて、この機器グループに含まれる各機器の現在のプロセス値を、入力インターフェース９を介して機器１０から入力し、この現在のプロセス値に基づいて各機器の状態を診断する。機器の診断方法として、例えば、２つのプロセス値の関係について正常時の分布を求めておき、計測時の分布と正常時の分布との差を計算し、この差が一定以上になった場合に異常と診断する方法がある。

対象機器選択装置７は、オペレータが診断したい機器を選択するインターフェースである。対象機器選択装置７は、予め設定されたリストを含む情報（例えば、記憶装置に記憶）を基づいて診断すべき機器を自動的に設定するようにしてもよい。診断結果出力装置８は、機器状態診断装置６で得られた診断結果の情報等を表示する表示装置等のインターフェースである。

機器診断装置１を用いた機器診断の手順を、図２に基づいて説明する。この機器診断は、一例として、図５に示す構成を有するプラントを対象に行った。このプラントは、配管Ｐ００３およびＰ００４が機器Ｆに接続されており、配管Ｐ００１およびＰ００２が配管Ｐ００３に接続されている。機器Ａが配管Ｐ００１に設けられ、機器Ｂが配管Ｐ００２に設けられている。さらに、機器Ｃが機器Ｆに設けられ、機器Ｄが配管Ｐ００４に設けられ、機器Ｅが機器Ｆに設けられる。機器Ａは、配管Ｐ００１内を流れる流体の流量を計測する流量計である。機器Ｂは配管Ｐ００２内を流れる流体の流量を計測する流量計である。機器Ｃは機器Ｆの温度を計測する温度計である。機器Ｄは配管Ｐ００４の温度を計測する温度計である。機器Ｅは機器Ｆの回転数を計測する回転計である。機器Ａ〜Ｅはセンサである。機器Ｆはポンプである。図５に示すプラントにおける機器および配管の接続情報は図３で与えられ、記憶装置２に設計データとして記憶されている。機器Ａ〜Ｅで計測された図４に示す各プロセス値は、入力インターフェース９を介して記憶装置４に記憶される。

オペレータが、対象機器選択装置７により、プラント内の診断の対象にする機器の代表を指定する（ステップ２１）。例えば、機器Ｆが指定されたとする。

指定された機器と直接または間接的に接続されている機器のうち、指定された機器から設定距離内に存在する機器を抽出する（ステップ２２）。ここで、距離とは、プラントにおける配管を経由した物理的な距離または接続関係の探索回数である。前者であれば、設定距離は、指定された機器を起点にして配管を経由した物理的な距離の設定値である。後者であれば、設定距離は、接続関係の探索回数の設定回数である。この接続関係の探索回数が同じ機器は等距離にあるとする。

ステップ２２で行われる、設定距離内に存在する機器の抽出の処理を具体的に説明する。この処理は機器接続判定装置３で行われる。図３に示された接続情報を参照すると、機器Ｆは、機器Ｃ、機器Ｅ、配管Ｐ００３およびＰ００４にそれぞれ接続され、配管Ｐ００３を経て配管Ｐ００１およびＰ００２にそれぞれ間接的に接続され、配管Ｐ００４を経て機器Ｄに間接的に接続されている。さらに、機器Ｆは、配管Ｐ００１を経て機器Ａに、配管００２を経て機器Ｂにそれぞれ間接的に接続されている。

機器接続判定装置３は、機器Ｆを基点にして機器Ａ〜Ｅの各機器との間の距離を算出する。この距離は、前述した配管を経由した物理的な距離または接続関係の探索回数を基に、機器の種類等により重み付けをしてもよい。例えば、距離として接続関係の探索回数を用いた場合について述べる。機器Ｆを基点にした、機器ＡおよびＢまでの距離は３（接続関係の探索回数が３）、および機器ＣおよびＥまでの距離は１（接続関係の探索回数が１）、機器Ｄまでの距離は２（接続関係の探索回数が２）である。ここでは、設定距離が接続関係の探索回数３として設定されているので、機器接続判定装置３は、接続関係の探索回数が３以内の接続関係にある機器Ａ〜Ｅを、機器Ｆに接続されている機器として抽出する。もし、設定距離が接続関係の探索回数２として設定された場合には、機器Ｆに接続されている機器として機器Ｃ、ＤおよびＥが抽出される。

抽出された各機器に対応するプロセス値の情報を取得する（ステップ２３）。このステップ２３の処理は、相関値算出装置５Ａで行われる。相関値算出装置５Ａは、抽出された機器に対応するプロセス値の情報を記憶装置４から取得する。

抽出された各機器に対する各プロセス値の相関値を計算する（ステップ２４）。このステップ２４の処理は、相関値算出装置５Ａで行われる。

機器Ｘのプロセス値をｘｉ（ｉ＝１〜ｎ）、機器Ｙのプロセス値をｙｉ（ｉ＝１〜ｎ）、プロセス値ｘｉの平均をｘｍ、プロセス値ｙｉの平均をｙｍ、プロセス値ｘｉの標準偏差をσｘ、プロセス値ｙｉの標準偏差をσｙ、各プロセス値の数をｎとしたとき、機器Ｘと機器Ｙの相関値Ｒｘｙは、（１）式で算出できる。

Ｒｘｙ＝Σ（ｕｉ・ｖｉ）／ｎ ……（１）
ただし、
ｕｉ＝（ｘｉ−ｘｍ）／σｘ，ｖｉ＝（ｙｉ−ｙｍ）／σｙ ……（２）
である。

相関値算出装置５Ａは、抽出された機器Ａ〜Ｅのそれぞれのプロセス値のデータの相関値Ｒｘｙを（１）式および（２）式に基づいて算出する。相関値算出装置５Ａは、図６に示す、機器Ａ〜Ｅのそれぞれのプロセス値のデータに対する相関値Ｒｘｙを算出する。機器Ｅのプロセス値と機器Ａのプロセス値は、図４に示すように、同じ方向に変化しているので、これらのプロセス値の相関値は正である。一方、機器Ｅのプロセス値と機器Ｄのプロセス値は、図４に示すように、逆方向に変化しているので、これらのプロセス値の相関値は負である。また、機器Ｅのプロセス値と機器ＢおよびＣの各プロセス値は相関が見られないので、機器Ｅのプロセス値と機器ＢおよびＣの各プロセス値との相関値はほぼ０である。

相関値の絶対値が設定値以上である機器の組み合わせを、診断に用いる機器としてグループ化する（ステップ２５）。このステップ２５の処理は、診断機器設定装置５Ｂで行われる。診断機器設定装置５Ｂは、ステップ２４の処理で求めた相関値が設定値以上になる機器の組み合わせを、診断に用いる機器としてグループ化する。例えば、図６に示された相関値の絶対値が０．９以上の機器Ａ、ＤおよびＥを１つのグループ（以下、機器グループという）とする。

グループ内の機器の異常診断を行う（ステップ２６）。機器状態診断装置６は、診断機器設定装置５Ｂで設定されてグループ化した機器グループ内の各機器のそれぞれのプロセス値のデータを用いて、その機器グループに含まれる機器の異常診断を実行する。ステップ２６で行われる異常診断の詳細な内容を、図７に基づいて説明する。

機器グループから任意の機器ＸおよびＹを選択する（ステップ２８）。機器状態診断装置６は、診断機器設定装置５Ｂで診断対象の機器であると設定された各機器（例えば、機器Ａ、ＤおよびＥ）を含む機器グループから対である任意の機器ＸおよびＹを選択する。ここでは、機器ＡおよびＥが選択されたとする。

機器ＸおよびＹの正常時のプロセス値を取得する（ステップ２９）。機器状態診断装置６は、選択した機器ＸおよびＹの正常時のプロセス値を記憶装置４から取得する。機器状態診断装置６は、機器ＡおよびＥの正常時のプロセス値（図４参照）を記憶装置４から取得する。

機器ＸおよびＹの正常時における各プロセス値の関係を関数で近似する（ステップ３０）。機器状態診断装置６は、機器ＸおよびＹの正常時における各プロセス値の関係を関数で近似する。機器状態診断装置６によって近似された機器ＡおよびＥの正常時における各プロセス値の関係を、図８に示す。正常時における機器ＡおよびＥの正常時における各プロセス値の関係は、図８に示す破線（直線）で示す近似関数で表される。

機器ＸおよびＹの現時点でのそれぞれのプロセス値を入力する（ステップ３１）。機器状態診断装置６は、機器ＸおよびＹの現時点でのそれぞれのプロセス値を入力する。機器Ａで計測された現時点での配管Ｐ００１内を流れる流体の流量、および機器Ｅで計測された現時点での回転数が、入力インターフェース９から機器相関判定装置５を経て機器状態診断装置６に入力される。

入力した機器ＸおよびＹの現時点でのそれぞれのプロセス値で定まる座標位置と近似関数との距離を算出する（ステップ３２）。機器状態診断装置６は、入力した機器ＸおよびＹの現時点でのそれぞれのプロセス値で定まる座標位置と近似関数との距離を算出する。機器Ｘまたは機器Ｙが異常状態になっている場合には、現時点でのそれぞれのプロセス値で定まる座標位置と近似関数との距離が正常状態の限界である設定距離以上に大きくなる。機器ＡおよびＥの現時点での各プロセス値で定まる座標位置が、図８に示すように、Ｓであるとき、座標位置Ｓと破線で示された近似関数との距離を算出する。

算出された距離が設定距離以上であるかを判定する（ステップ３３）。機器状態診断装置６は、算出された距離が設定距離以上であるかを判定する。すなわち、座標位置Ｓと破線で示された近似関数との距離が設定距離以上であるかを判定する。算出された距離が設定距離以上ではないと判定された場合には、機器ＸおよびＹは正常であると診断する（ステップ３４）。算出された距離が設定距離以上であると判定された場合には、機器ＸおよびＹのうちの少なくとも１つが異常であると診断する（ステップ３５）。図８に示すように、座標位置Ｓと近似関数の間の距離が大きくなっている場合には、ステップ３３の判定は「ＹＥＳ」になり、機器ＡおよびＥのうちの少なくとも１つが異常であると診断される。

機器グループ内の１つの機器の組み合わせにおける機器の診断が終了したとき、すなわち、ステップ３４または３５の処理が終了したとき、機器状態診断装置６が、機器グループ内の全組み合わせにおいて機器の診断が終了したかを判定する（ステップ３６）。全組み合わせにおいて機器の診断が終了していないと判定されたとき（ステップ３６の判定が「ＮＯ」であるとき）、機器状態診断装置６は、ステップ２８〜３４（または３５）の処理を繰り返す。ステップ３６において、全組み合わせにおいて機器の診断が終了していると判定されたとき（ステップ３６の判定が「ＹＥＳ」であるとき）、機器の診断が終了する。

以上の手順によって得られた機器の診断結果の情報が、機器状態診断装置６から診断結果出力装置８に出力される（ステップ２７）。診断結果出力装置８は、機器の診断結果の情報を画面に表示する。

プラントの保守点検時に、プラントに設けられたセンサ（機器）の幾つかが撤去され、新たなセンサ（機器）が設置される場合がある。このような場合には、オペレータが、あるセンサ（機器）が撤去されて新たなセンサ（機器）が設置されることにより保守点検で変更になった機器の接続関係の情報を、保守点検が終了した後でプラントの運転が再開される前に、入力装置（図示せず）から記憶装置２に入力して機器の接続関係の情報を更新する。プラントの運転が開始されたとき、各センサ（機器）によってプラントの該当するプロセス値が計測され、入力インターフェース９を介して記憶装置４に記憶される。更新された機器の接続関係の情報、及び記憶装置４から読み出された、接続されている各機器のプロセス値のデータに基づいて、前述したように、診断の対象となる複数の機器が特定される。特定された機器を対象に前述の異常診断が行われる。

本実施例の機器診断装置１によれば、プラントに含まれる複数の機器の接続情報、および計測された機器のプロセス値（プロセス情報）を用いて、接続されている各機器のプロセス情報の相関値（相関情報）が求められ、得られた相関値に基づいて診断に用いる複数の機器が特定されるので、診断対象の機器を容易に且つ精度良く設定することができる。診断対象の機器の設定の間違いが著しく低減される。これによって、機器の診断精度が向上する。

原子力発電プラント等のプラントの保守点検時に、プラントに設けられたセンサ（機器）の幾つかが撤去され、新たなセンサ（機器）が設置された場合でも、本実施例は、機器相関判定装置５によって、プラントの運転開始後に診断対象になる各機器を精度良く設定することができる。

本実施例は、特定された複数の機器を含む機器グループ内の機器の組み合わせ毎に、機器の診断を行うので、機器の診断に要する時間を短縮することができる。また、特定された複数の機器を含む機器グループ内の機器の組み合わせ毎に、組み合わせられた各機器のプロセス値の関係、およびこれらの機器の計測された現在のプロセス値に基づいて、組み合わせられた各機器の異常を診断するので、機器の異常診断の精度がさらに向上する。

上記した実施例は、機器接続判定装置３、機器相関判定装置５、機器状態診断装置６、対象機器選択装置７、診断結果出力装置８および記憶装置２および４を備えている機器診断装置１を用いてプラントに含まれている機器の異常診断をいるが、コンピュータを用いても行うことができる。コンピュータは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、記憶装置、入力装置、表示装置および入力インターフェース９を有する。

記憶装置は、記憶装置２および４に記憶される機器の接続に関する設計情報およびプロセス情報を記憶し、さらに、図２に示すステップ２１〜２７および図７に示すステップ２８〜３６の処理を実行するプログラムを記憶している。入力装置は対象機器選択装置７に相当し、表示装置が診断結果出力装置８に相当する。中央処理ユニットは、そのプログラムに基づいて、ステップ２１〜３６の各処理を実行する。このようにコンピュータを用いた機器の診断によっても、機器診断装置１を用いた場合に生じる各効果を得ることができる。

本発明は、原子力プラント等のプラントに設けられた機器の異常診断に適用することができる。

１…機器診断装置、２，４…記憶装置、３…機器接続判定装置、５…機器相関判定装置、５Ａ…相関値算出装置、５Ｂ…診断機器設定装置、６…機器状態診断装置、９…入力インターフェース、１０…機器。

Claims (7)

1. プラントに含まれる複数の機器の接続に関する情報を含む設計情報、および計測された前記機器のプロセス情報を用いて、接続されている各前記機器のプロセス情報の相関情報を求め、得られた前記相関情報に基づいて診断に用いる複数の前記機器を特定することを特徴とする機器診断方法。
2. 前記プラントの保守点検時に前記プラントからの前記機器の撤去および前記プラントへの新たな機器の設置があったとき、前記機器の接続に関する情報を更新し、診断に用いる前記複数の機器の特定が、更新された前記機器の接続に関する情報を含む前記設計情報を用いて行われる請求項１に記載の機器診断方法。
3. 前記特定された複数の機器のうち対の機器の組み合わせ毎に、機器の診断を行う請求項１または２に記載の機器診断方法。
4. 前記機器の診断が、前記対の機器のそれぞれに対するプロセス情報の関係とそれぞれの前記機器の現在の各プロセス情報に基づいて行われる請求項３に記載の機器診断方法。
5. 前記機器の接続に関する情報が、前記プラントにおける機器と機器の接続情報、機器と配管の接続情報、及び配管と配管の接続情報を含んでいる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の機器診断方法。
6. プラントに含まれる複数の機器の接続に関する情報を含む設計情報、および計測された前記機器のプロセス情報を用いて、接続されている各前記機器のプロセス情報の相関情報を求める相関情報算出装置と、得られた前記相関情報に基づいて診断に用いる複数の前記機器を特定する診断機器設定装置とを備えたことを特徴とする機器診断装置。
7. 前記特定された複数の機器のうち対の機器の組み合わせ毎に、機器の診断を行う診断装置を備えた請求項６に記載の機器診断装置。

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