JP2010231671A - プロセス監視装置およびプロセス監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスデータの予測値を精度高く行うことができるプロセス監視装置およびプロセス監視方法を提供すること。
【解決手段】取得されたプロセスデータＤＶのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出する近似式算出部５と、この近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出する予測値算出部６と、この予測値および傾向予測を出力するとともに、この予測値が所定範囲を越えた場合に警報を出力する出力処理部を備える。なお、近似式のもとになる基準式は、１次式に限らず、高次式が適用可能であり、プロセスデータに応じて最適なものを適用することが好ましい。
【選択図】図１

Description

この発明は、入力されたプロセスデータをもとに精度の高いプロセスデータの予測値あるいはプロセスデータの傾向を容易に予測して監視するプロセス監視装置およびプロセス監視方法に関するものである。

従来から、温度、圧力、あるいは流量などのプロセスを制御するプロセス制御器では、プロセス値あるいはその変化量の一定時間後の予測を行い、その予測結果をもとにプロセスを同定したり、ＰＩＤなどの制御演算定数をチューニングしたり、オーバーシュートを制御したりして、プロセス応答を改善するようにしていた。

たとえば、特許文献１では、現在時刻でのプロセス量の変化量と、一定時刻前のプロセス量の変化量との比を求め、この比を用いて一定時間後のプロセス量を予測するようにしていた。また、特許文献２では、さらに、現在時刻から一定時間前の操作量の変化を用いて、操作量が急変する場合であっても正確なプロセス値の予測を行うようにしている。

特開平３−１１３６０２号公報 特開平４−１２３１１２号公報

ところで、従来のプロセスデータの予測では、現時点のプロセスデータと過去の１点のプロセスデータとをもとに現時点以降のプロセスデータの予測を行っていたため、正確な傾向予測を行うことができない場合が多かった。また、複数の過去のプロセスデータを用いる場合であっても、過去の個々のプロセスデータそのものを取り扱って、現時点以降のプロセスデータ全体の傾向を予測しているため、予測精度が低い場合があった。特に、個々のプロセスデータが振動的に変化する場合、精度の高いプロセスデータの傾向予測をすることが困難であった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プロセスデータの予測値を精度高く行うことができるプロセス監視装置およびプロセス監視方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかるプロセス監視装置は、取得されたプロセスデータのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出する近似式算出部と、前記近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出する予測値算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視装置は、上記の発明において、前記プロセスデータの期間的出力状態に応じて前記近似式の元になる異なる基準式を変更設定する近似式変更設定部を備え、前記近似式算出部は、前記近似式変更設定部によって変更設定された基準式をもとに前記近似式を算出することを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視装置は、上記の発明において、前記予測値が所定範囲を越えた場合に警報を出力する出力処理部を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視装置は、上記の発明において、前記出力処理部は、前記予測値を出力するとともに、前記近似式をもとに現時点以降におけるプロセスデータの出力傾向を出力することを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視方法は、取得されたプロセスデータのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出する近似式算出ステップと、前記近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出する予測値算出ステップと、を含むことを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視方法は、上記の発明において、前記プロセスデータの期間的出力状態に応じて前記近似式の元になる異なる基準式を変更設定する近似式変更設定ステップを含み、前記近似式算出ステップは、前記近似式変更設定ステップによって変更設定された基準式をもとに前記近似式を算出することを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視方法は、上記の発明において、前記予測値が所定範囲を越えた場合に警報を出力する出力処理ステップを含むことを特徴とする。

また、この発明にかかるプロセス監視方法は、上記の発明において、前記出力処理ステップは、前記予測値を出力するとともに、前記近似式をもとに現時点以降におけるプロセスデータの出力傾向を出力することを特徴とする。

この発明によれば、近似算出部が、取得されたプロセスデータのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出し、予測値算出部が、前記近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出するという近似式を用いた処理を行っているので、プロセスデータの予測値を精度高く行うことができる。

図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロセス監視装置の概要構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示したプロセス監視装置によるプロセス監視処理手順を示すフローチャートである。 図３は、プロセスデータが上昇傾向である場合のプロセスデータの予測を説明する模式図である。 図４は、プロセスデータが下降傾向である場合のプロセスデータの予測を説明する模式図である。 図５は、汚泥焼却炉の温度プロセスデータに本プロセス監視処理を適用した結果を示す図である。 図６は、水処理装置の流量プロセスデータに本プロセス監視処理を適用した結果を示す図である。 図７は、この発明の実施の形態２にかかるプロセス監視装置の概要構成を示すブロック図である。 図８は、図７に示したプロセス監視装置による基準近似式の変更状態の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、この発明を実施するための形態であるプロセス監視装置およびプロセス監視方法について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるプロセス監視装置の概要構成を示すブロック図である。図１に示すように、このプロセス監視装置１は、監視制御部２と、入出力部９とを有する。監視制御部２は、プロセスデータＰＶを受け付ける入力Ｉ／Ｆ３と、監視制御部２による予測結果である予測値Ｄ１、傾向Ｄ２、警報Ｄ３などの出力データＤを外部に出力する出力Ｉ／Ｆ４とを有する。

監視制御部２は、記憶部８を有し、記憶部８は、少なくとも過去のプロセスデータＰＶを記憶する。監視制御部３の近似式算出部５は、現時点から過去の一定時間ΔＰｔまでのプロセスデータを記憶部８から取得し、このプロセスデータ群ＰＶＧを、最小二乗法によって近似式、たとえば１次近似式を求める。監視制御部２の予測値算出部６は、近似式算出部５が算出した近似式をもとに、現時点から所定時間Δｔ後の予測値を算出する。また、監視制御部２は、出力処理部７を有し、出力処理部７は、予測値が予め設定された上限値と下限値とによって決まる所定範囲を超えたか否かを判断し、越えた場合に、警報Ｄ３を出力Ｉ／Ｆ４を介して出力するとともに、予測値Ｄ１、および近似式から求められる傾向Ｄ２を出力Ｉ／Ｆ４を介して出力する。

一方、入出力部９は、たとえばタッチパネルなどによって実現され、監視制御部２に対する各種設定指示を入力し、また各種設定状態を出力する。この各種設定指示とは、たとえば、近似式算出部５が求める近似式のもとになる式が１次式である場合には、１次式の設定であり、上述した一定時間ΔＰｔの設定である。また、各種設定指示には、予測値算出部６が予測値Ｄ１を算出する場合に必要な所定時間Δｔの設定である。

ここで、図２に示すフローチャートを参照して、プロセス監視処理手順について説明する。まず、近似式算出部５は、記憶部８から、現時点から一定時間ΔＰｔ前までの間のプロセスデータ群ＰＶＧを取得する（ステップＳ１０１）。その後、近似式算出部５は、取得したプロセスデータ群ＰＶＧに対して、予め指示された基準式、たとえば１次式をもとに１次近似式を最小二乗法によって求める（ステップＳ１０２）。

その後、予測値算出部６は、求めた近似式をもとに、現時点から一定時間Δｔ後の予測値Ｄ１を求めるとともに、傾向Ｄ２を求める（ステップＳ１０３）。その後、出力処理部７は、予測値Ｄ１は、上限値ｙ_Ｈまたは下限値ｙ_Ｌを超えたか否か、すなわち、予測値Ｄ１が上限値ｙ_Ｈおよび下限値ｙ_Ｌに囲まれる所定範囲を超えたか否かを判断する（ステップＳ１０４）。

出力処理部７は、予測値Ｄ１が、上限値ｙ_Ｈまたは下限値ｙ_Ｌを超える場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）には、警報Ｄ３を出力する処理を行い（ステップＳ１０５）、さらに予測値Ｄ１および傾向Ｄ２を出力する処理を行う（ステップＳ１０６）。一方、予測値Ｄ１が、上限値ｙ_Ｈまたは下限値ｙ_Ｌを超えない場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）には、ステップＳ１０５による警報の出力処理を行わず、そのままステップＳ１０６に移行し、予測値Ｄ１および傾向Ｄ２を出力する処理を行う。

その後、本処理を終了する指示があるか否かを判断し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する指示がない場合（ステップＳ１０７，Ｎｏ）には、ステップＳ１０１に移行し、上述した処理を繰り返し、本処理を終了する指示がある場合（ステップＳ１０７，Ｙｅｓ）には、本処理を終了する。

たとえば、図３に示すように、現時点から一定時間ΔＰｔまでの間に、サンプリングされた１０個のプロセスデータＤＶからなるプロセスデータ群ＤＶＧがある場合、近似式算出部５は、この１０個のプロセスデータＤＶに対して、最小二乗法を適用して１次近似式Ｌとしてｙ＝ａｔ＋ｂを求める。そして、この１次近似式のｔ＝Δｔの予測値Ｄ１＝ｙ（Δｔ）を求める。そして、このｙ（Δｔ）の値が、上限値ｙ_Ｈを超えている場合、警報Ｄ３を出力する。また、１次近似式の傾きａが正である場合、傾向Ｄ２は、上昇傾向であるとして出力する。

また、図４に示すように、求めた１次近似式Ｌによって、一定時間Δｔ後の予測値Ｄ１＝ｙ（Δｔ）を求め、このｙ（Δｔ）が、下限値ｙ_Ｌを超えている場合、傾向Ｄ３を出力し、求めた１次近似式Ｌの傾きａが負である場合に、傾向Ｄ２は、下降傾向であるとして出力する。

さらに、実プラントに適用した場合について説明する。図５は、汚泥焼却炉のフリーボード温度をプロセスデータＤＶとし、１０個のプロセスデータＤＶをもとに、最小二乗法によって、現時点以降の各時点（サンプリング間隔と同じ）での予測値を算出した結果を示している。なお、図５では、近似式として、１次式、２次式、３次式を適用した場合を示している。図５に示すように、一定温度に制御すべきプロセスデータＤＶである場合、１次近似式を用いる方が、２次近似式および３次近似式を用いる場合に比して、精度の高い予測が可能となっている。特に、予測値Δｔの時点が現時点から離れるにしたがって、その誤差が大きくなっている。したがって、一定温度に制御するフリーボード温度のプロセスデータの場合、最小二乗法によって１次近似式を求めて予測値を予測することが好ましい。

また、図６は、水処理装置の流量をプロセスデータとし、１０個のプロセスデータＤＶをもとに、最小二乗法によって、現時点以降の各時点での予測値を算出した結果を示している。この場合も、近似式として、１次式、２次式、３次式を適用した場合を示している。この図６では、最小二乗法による２次近似が最も精度の高い予測値を得ている。

したがって、近似式算出部５が最小二乗法によって求める近似式のもとになる基準式は、適用するプロセスデータの傾向を加味して、１次式、２次式、３次式以上の高次式の適用を設定することが好ましい。また、プロセスデータによっては、三角関数や指数関数などを組み合わせた基準式を用いるとさらに精度の高い予測が可能になる。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、近似式算出部５が１つの近似式を算出するものであったが、この実施の形態２では、プロセスデータの時間的出力状態に応じて、それぞれ適合する近似式の元になる基準式を替えるようにしている。

図７は、この発明の実施の形態２にかかるプロセス監視装置の概要構成を示すブロック図である。図７に示したいプロセス監視装置は、図１に示したプロセス監視装置に、さらに近似式切替部１０を設けている。その他の構成は、実施の形態２と同じである。入出力部９は、近似式算出部５が用いる複数の近似式のもとになる複数の基準式を近似式算出部５に設定するとともに、近似式切替部１０にこの基準式の切替タイミングを設定する。

近似式切替部１０は、たとえば、図８に示すように、予め設定された周期ＴＡ，ＴＢで基準式ｆＡ，ｆＢに変更する制御を行う。この周期ＴＡ，ＴＢは、たとえば、昼間と夜間とであり、それぞれ異なる傾向を示すプロセスデータを生成する場合があるからである。

この実施の形態２では、プロセスデータの時間的出力状態に応じて、それぞれ最適な異なる基準式を用いて最小二乗法によって近似式を求めているので、一層精度の高い予測値を得ることができる。

１ プロセス監視装置
２ 監視制御部
３ 入力Ｉ／Ｆ
４ 出力Ｉ／Ｆ
５ 近似式算出部
６ 予測値算出部
７ 出力処理部
８ 記憶部
９ 入出力部
１０ 近似式切替部
ＰＶ プロセスデータ
ＰＶＧ プロセスデータ群
Ｄ 出力データ

Claims (8)

1. 取得されたプロセスデータのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出する近似式算出部と、
   前記近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出する予測値算出部と、
   を備えたことを特徴とするプロセス監視装置。
2. 前記プロセスデータの期間的出力状態に応じて前記近似式の元になる異なる基準式を変更設定する近似式変更設定部を備え、
   前記近似式算出部は、前記近似式変更設定部によって変更設定された基準式をもとに前記近似式を算出することを特徴とする請求項１に記載のプロセス監視装置。
3. 前記予測値が所定範囲を越えた場合に警報を出力する出力処理部を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス監視装置。
4. 前記出力処理部は、前記予測値を出力するとともに、前記近似式をもとに現時点以降におけるプロセスデータの出力傾向を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のプロセス監視装置。
5. 取得されたプロセスデータのうち、現時点から一定時間前のプロセスデータ群をもとに近似式を最小二乗法によって算出する近似式算出ステップと、
   前記近似式をもとに所定時間後のプロセスデータの予測値を算出する予測値算出ステップと、
   を含むことを特徴とするプロセス監視方法。
6. 前記プロセスデータの期間的出力状態に応じて前記近似式の元になる異なる基準式を変更設定する近似式変更設定ステップを含み、
   前記近似式算出ステップは、前記近似式変更設定ステップによって変更設定された基準式をもとに前記近似式を算出することを特徴とする請求項５に記載のプロセス監視方法。
7. 前記予測値が所定範囲を越えた場合に警報を出力する出力処理ステップを含むことを特徴とする請求項５または６に記載のプロセス監視方法。
8. 前記出力処理ステップは、前記予測値を出力するとともに、前記近似式をもとに現時点以降におけるプロセスデータの出力傾向を出力することを特徴とする請求項５〜７のいずれか一つに記載のプロセス監視方法。

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