JP2013175101A - プラント監視装置、制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】プラントで発生した警報等に対する対応優先度と適切なプラント運用とを判断するための、明確な指標をオペレータに提示可能とする。
【解決手段】プラント監視装置１３は、監視対象のプラント１１のプロセス状態を検出するプロセス状態検出手段１２ａ〜１２ｎを備えている。そして危険度算出手段２１は、プロセス状態検出手段が検出したプロセス状態に基づいて警報が発生した場合に、他の対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出する。これにより提示手段２２は、危険度算出手段が算出した危険度を提示する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、プラント監視装置、制御方法及び制御プログラムに関する。

従来、プラントの中央監視システムでは、プラントの運用や警報の発生に対して、オペレータが都度確認し、対応を行っている。しかしながら、プラントに合わせた運用方法、警報が複数発生した場合の対応の優先度といった判断は、オペレータ個人の経験、能力に依存するところが大きく、若手やプラントに精通していないオペレータでは、ミスや対応の遅れを招く恐れがある。

このため、特許文献１記載の技術では、プラント状態量や警報制御値といった情報を設定したプロセスデータベースにより、各計測点におけるプラント状態量の現在値と警報制御値と、を比較し、警報制御値を逸脱している計測点に関する警報情報をアラームリストに出力して、警報発生時刻からの経過時間に応じて警報の表示を変化させるプラント監視装置を用いて、警報発生時の対応操作についてオペレータの負担を軽減すると共に、警報発生時からの時間経過や重要度を一目で判別可能になるよう警報情報を表示する方法を提案している。

特開２０００−３４７７２４号公報

しかしながら、従来技術においては、複数の警報が発生した場合の対応等のように対応する優先度が異なるような異常状態が複数発生した場合、結局、プラント運用をどのようにするのかは、オペレータの判断、すなわち、オペレータの能力に依存することとなっていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、プラントで発生した警報等に対する対応優先度と適切なプラント運用とを判断するための、明確な指標をオペレータに提示可能とすることにある。

実施形態のプラント監視装置は、監視対象のプラントのプロセス状態を検出するプロセス状態検出手段を備えている。
そして危険度算出手段は、プロセス状態検出手段が検出したプロセス状態に基づいて警報が発生した場合に、他の対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出する。
これにより提示手段は、危険度算出手段が算出した危険度を提示する。

図１は、実施形態のプラント監視装置が適用されるプラント監視システムの概要構成ブロック図である。 図２は、実施形態のプラント監視装置の概要動作フローチャートである。 図３は、プロセス単位の危険度及び注意度の算出処理フローチャートである。 図４は、危険度算出処理の処理フローチャートである。 図５は、配水池水位の監視画面の一例の説明図である。 図６は、警報一覧画面の一例の説明図である。 図７は、目標注意度の算出処理フローチャートである。 図８は、目標注意度表示画面の一例の説明図である。 図９は、警報注意度の算出処理フローチャートである。 図１０は、警報注意度算出例の説明図である。 図１１は、警報一覧画面の一例の説明図である。

次に図面を参照して、実施形態について詳細に説明する。
図１は、実施形態のプラント監視装置が適用されるプラント監視システムの概要構成ブロック図である。
プラントシステム１０は、プラント１１と、水位センサ等を含む複数のセンサ１２ａ，…，１２ｎと、プラント監視装置１３と、を備えている。

プラント１１は、例えば水処理プラントであり、送水ポンプ、各種処理装置等を含む各種の機器を有する。
センサ１２ａ，…，１２ｎは、プラント１１を構成する機器や、配水池等の各所に設置され、水などの温度、圧力、流速、流量、水位といった各種のプロセスデータの諸量を連続して測定する温度センサ、圧力センサ、流速センサ、流量センサ、水位センサなどに相当するものである。センサ１２ａ，…，１２ｎで測定された値は、信号配線あるいは通信ネットワークを介してリアルタイムにプラント監視装置１３へ送られる。

プラント監視装置１３は、大別すると、プラント監視装置１３全体を制御する監視装置本体２１と、プラント運用状態、異常警報等の各種情報を表示する表示装置２２と、オペレータが各種操作を行うための操作装置２３と、各種状態を印刷するためのプリンタ２４と、プラントデータベース２５を格納した外部記憶装置２６と、を備えている。

ここで、プラントデータベース２５は、ハードディスクドライブ装置、不揮発性記憶装置等により実現される記憶手段であり、プラント制御のための各種設定値、監視装置本体２１がセンサ１２ａ，…，１２ｎから得た複数のプロセス値（測定値）、それらの時系列データなど、各種の情報を記憶するものである。

監視装置本体２１は、予め記憶した制御プログラムにしたがって制御を行う、いわゆるコンピュータとして構成されており、図示しないＭＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えている。
プラント監視装置１３は、センサ１２ａ，…，１２ｎにより検出される各種のプロセスデータの測定値に基づき、プラント１１の運転状態を示す情報を表示装置２２に表示（提示）するものである。

すなわち、プラント監視装置１３は、逐次、センサ１２ａ，…，１２ｎから送信される複数のプロセスデータ（測定値）を受信し、それらの表示単位などを調整した上で、プロセスデータに対応する測定値をプラントデータベース２５に記憶させたり、プロセスデータに対応する測定値をグラフ表示等の形式で表示装置２２に表示させたりする。

また、プラント監視装置１３は、複数のプロセスデータ（測定値）及び所定の警報発生条件に基づいて警報を発生し、オペレータに対応を促したり、複数のプロセスデータ（測定値）及び所定の注意喚起条件に基づいて注意喚起メッセージを提示したりする。
さらにプラント監視装置１３は、後述するように、受信したプロセスデータに基づいて、ひいては、プロセスデータに基づく検出したプロセス状態に基づいて、警報発生時には、他の警報等における対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出し、表示装置２２を介して算出した危険度を提示（表示）する。さらに警報発生前においては、プラント監視装置１３は、警報発生に至る可能性を判断する指標となる警報注意度を算出し、表示装置２２を介して算出した警報注意度を提示（表示）する。

また、プラント監視装置１３は、後述するように、受信したプロセスデータに基づいて、ひいては、プロセスデータに基づく検出したプロセス状態に基づいて、現在の測定値と、制御目標値と、の差及び差が増加方向あるいは減少方向のいずれにあるかに基づいて目標注意度を算出し、表示装置２２を介して算出した目標注意度を提示（表示）する。この場合において、プラント監視装置１３は、差が増加方向にある場合には目標注意度を大きくし、差が減少方向にある場合には目標注意度を小さくするように目標注意度の算出を行っている。

次に、実施形態の動作をより詳細に説明する。
図２は、実施形態のプラント監視装置の概要動作フローチャートである。
プラント監視装置１３の監視装置本体２１は、センサ１２ａ〜センサ１２ｎからセンサデータを取得する（ステップＳ１１）。
これにより監視装置本体２１は、センサデータに基づいて演算処理を行い、プラント１１で動作しているプロセス毎にプロセス状態を算出する（ステップＳ１２）。
次に監視装置本体２１は、算出したプロセス状態に基づいて、危険度及び注意度を算出する（ステップＳ１３）。

図３は、プロセス単位の危険度及び注意度の算出処理フローチャートである。
まず、監視装置本体２１は、いずれかのプロセスにおいて警報が発生する状態となっているか否かを判別する（ステップＳ２１）。
より具体的には、水処理プラントの場合、例えば、配水池の水位異常（異常高水位あるいは異常低水位）と判断される閾値水位（異常高水位閾値あるいは異常低水位閾値）を超えた水位が検出されているか否かを判別し、閾値水位を超えた場合には、警報が発生する状態であると判別することとなる。

ステップＳ２１の判別において、警報が発生する状態となっている場合には（ステップＳ２１；Ｙｅｓ）、ステップＳ１２で算出したプロセス状態に基づいて危険度を算出する（ステップＳ２２）。

図４は、危険度算出処理の処理フローチャートである。
まず、監視装置本体２１は、危険度算出手段として機能し、警報に対応する異常がプラントデータに関わる異常であるか否かを判別する（ステップＳ３１）。
ここで、プラントデータとは、プラント運用に関係するプロセス値である。つまり、プラント運用に関係するプロセス値が異常であると言うことは、プラント運用を左右するような支障が生じる異常ということである。
ステップＳ３１の判別において、警報に対応する異常がプラントデータに関わる異常であると判別した場合には（ステップＳ３１；Ｙｅｓ）、監視装置本体２１はプロセス状態に基づいて危険度を算出する（ステップＳ３２）。

図５は、配水池水位の監視画面の一例の説明図である。
警報に対応する異常がプラントデータに関わる異常としては、例えば、配水池水位異常が挙げられる。
より具体的には、水位高（軽異常）の警報が発生した場合に、水位高（軽故障）発生から水位異常高（重故障）発生へ至る危険度を、プロセス状態としての単位時間当たりの水位上昇量及び異常高水位と現在水位の差（差分）に基づいて危険度を算出する。

すなわち、単位時間当たりの水位上昇量が高いほど、かつ、異常高水位と現在水位との差が小さいほど、危険度が高く（危険度１００％側）算出される。逆に単位時間当たりの水位上昇量が低いほど、かつ、異常高水位と現在水位との差が大きいほど危険度が低く（危険度０％側）算出される。ここで、危険度１００％とは、予め設定した所定時間内に異常高水位警報が出される確率が１００％であるということである。
そして、図５に示すような配水池水位表示画面Ｄ１において、配水池の画像Ｇ１に加えて、水位表示領域Ａ１に検出した水位を表示するとともに、算出した危険度を危険度表示領域Ａ２に表示することとなる。
以上の説明は、水位高〜水位異常高の間に危険度を表示する場合の例であったが、水位低〜異常低間でも同様に危険度を算出し表示させることができる。

一方、ステップＳ３１の判別において、警報に対応する異常がプラントデータに関わる異常ではないと判別した場合には（ステップＳ３１；Ｎｏ）、監視装置本体２１は、警報発生からの経過時間に基づいて危険度を算出する（ステップＳ３３）。
この場合においては、報発生後にオペレータによる処置（対処操作）が行われていない場合、警報発生からの経過時間が長いほど、危険度が高く算出される。

そして、時間経過に伴う危険度の増加係数（単位時間当たりの危険度増加割合）は、各異常の重要度の違いを考慮して予め設定されている。すなわち、重要度の高い（放置することで影響が大きい）異常については、より大きな係数が設定されている。
さらに、この結果、危険度が所定値（基準値）を超えた場合には、再度警報を発生させる。なお、警報を再発生させる所定値（基準値）は、プラント監視システム毎に適宜設定することができる。

図６は、警報一覧画面の一例の説明図である。
警報一覧画面Ｄ２においては、図６に示すように、警報対象の異常を特定する情報、発生からの経過時間及び危険度が表表示領域Ａ３に表形式で表示される。
したがって、オペレータは、警報一覧画面を参照することで、容易に優先して対処すべき内容を把握することができる。

ステップＳ２１の判別において、警報が発生する状態となっていない場合には（ステップＳ２１；Ｎｏ）、ステップＳ１２で算出したプロセス状態に基づいて注意度を算出する（ステップＳ２２）。
本実施形態における注意度としては、プラント運用時にはプロセスの目標値と現在値（実際値）との差が少なくあるべきであり、その観点からプロセス制御の方向性を判断する指標となる目標注意度と、あるプロセスについて警報が発生する虞がある場合に、警報の発生前に、当該警報の発生に至る可能性を判断する指標となる警報注意度と、の二つがある。

まず、目標注意度の算出について説明する。
図７は、目標注意度の算出処理フローチャートである。
図８は、目標注意度表示画面の一例の説明図である。
まず監視装置本体２１は、目標注意度算出手段として機能し、目標値ＴＧと現在値（Ｎとの差を算出する（ステップＳ４１）。
次に監視装置本体２１は、ステップＳ４１で算出した差が所定基準差以上であるか否かを判別する（ステップＳ４２）。

ステップＳ４２の判別において、ステップＳ４１で算出した差が所定基準差未満である場合には（ステップＳ４２；Ｎｏ）、プロセスが完全な制御状態にあるので、目標注意度算出処理を終了する。
ステップＳ４２の判別において、ステップＳ４１で算出した差が所定基準差以上である場合には、少なくとも前回の算出値（差）と比較して差が増加する方向であるか否かを判別する（ステップＳ４３）。

ステップＳ４３の判別において、差が減少する方向である場合（図＃＃における、現在値Ｎ１の場合；ステップＳ４３；Ｎｏ）、目標注意度を小さく設定して処理を終了する（ステップＳ４５）。
ステップＳ４３の判別において、差が増加する方向（図＃＃における、現在値Ｎ２の場合；ステップＳ４３；Ｙｅｓ）、目標注意度を大きく設定して処理を終了する（ステップＳ４５）。

したがって、上述の例の場合、例えば、
ＴＧ−Ｎ１＝Ｎ２−ＴＧ
であり、両者が同じ値（差）であったとしても、目標注意度は、現在値Ｎ２の方が、現在値Ｎ１の時よりも大きく設定されることとなる。
図８に示すように、目標注意度表示画面Ｄ３には、プロセス値の時間経過を示すグラフＧＨを表示するグラフ表示領域Ａ４と、グラフ表示領域Ａ４に重畳された目標注意度表示領域Ａ５と、が設けられている。

あるプロセスにおける目標注意度表示画面においては、予め設定された当該プロセス運用における目標値と、当該プロセスの実運用時における現在値の時間経過を表示しており、時間経過に伴う目標値と現在値との差の増減に対応して目標注意度を変化させて、オペレータへの注意喚起を行うようになっている。

図９は、警報注意度の算出処理フローチャートである。
図１０は、警報注意度算出例の説明図である。
まず、監視装置本体２１は、警報注意度算出手段として機能し、現在のプロセスの変化状態を把握する（ステップＳ５１）。

すなわち、図１０の例の場合、監視装置本体２１は、検出し流入量表示領域Ａ６に表示する配水池への流入量をＱ１、検出し流出量表示領域Ａ７に表示する配水池からの流出量をＱ２、配水池の画像Ｇ２に重畳させて水位を表示する水位表示領域Ａ８に表示する現在水位と、に基づいて、現在の水位に対する警報発生への注意を促す警報注意度を算出し、警報注意度表示領域Ａ９に表示する。

より、具体的には、Ｑ１＜Ｑ２の場合には、時間経過に伴い水位は減少するため、Ｑ１とＱ２の差分から水位減少速度を計算し、現在水位が警報発生水位へ到達するまでの時間を算出する。そして、現在水位が警報発生水位（例えば、水位低［軽異常］に相当する水位）へ到達するまでの時間に基づいて警報注意度を算出し表示する。

ここで、現在水位が警報発生水位へ到達するまでの時間が短いほど、警報注意度は高くなるとともに、所定の基準時間以内で現在水位が警報発生水位へ到達すると予測される場合に、警報注意度は、１００％となる。
同様に、Ｑ１＞Ｑ２の場合には、時間経過に伴い水位は増加するため、Ｑ１とＱ２の差分から水位増加速度を計算し、現在水位が異常発生水位へ到達するまでの時間を算出する。そして、現在水位が警報発生水位（例えば、水位高［軽異常］に相当する水位）へ到達するまでの時間に基づいて警報注意度を算出し表示する。

この場合も現在水位が警報発生水位へ到達するまでの時間が短いほど、警報注意度は高くなるとともに、所定の基準時間以内で現在水位が警報発生水位へ到達すると予測される場合に、警報注意度は、１００％となる。

以上の説明は、個別のプロセスについて危険度あるいは注意度を表示する場合について説明したが、実際のプラント１１の運用においては、複数の事象を監視する必要がある。
このため、オペレータは、通常時においては、危険度あるいは注意度を一覧できる警報一覧画面を参照して監視を行っている。

図１１は、警報一覧画面の一例の説明図である。
警報一覧画面Ｄ５は、図１１に示すように、警報の内容（図１１では、「故障Ａ」〜「故障Ｃ」）とともに、オペレータの対応優先度に相当する危険度あるいは注意度を棒グラフとして表示する。

すなわち、図１１の場合、表示しているのが危険度であるとすると、「故障Ｂ」が最も高い危険度を示しているので、最も先に対応する必要がある旨をオペレータは容易に把握することが出来るようになっている。
この結果、経験や知識の少ないオペレータであっても、対応順序を誤ることが無い。

以上の説明のように、本実施形態によれば、既に警報が発生されている状況あるいは警報が発生される虞のある状況において、オペレータの経験や知識が少ない場合であっても、対応優先度を数値的あるいはグラフ的に容易に把握することができ、同時に複数の警報等が発生している場合であっても対処を誤る虞をなくすことが可能となる。

以上の説明は、プラントとして水処理プラントの場合を一例として説明したが、同様に様々なプラントにおいても適用が可能である。

本実施形態のプラント監視装置で実行される制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録されて提供される。

また、本実施形態のプラント監視装置で実行される制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態のプラント監視装置で実行される制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。
また、本実施形態のプラント監視装置の制御プログラムを、ＲＯＭ等に予め組み込んで提供するように構成してもよい。

１０ プラントシステム
１１ プラント
１２ａ〜１２ｎ センサ（プロセス状態検出手段）
１３ プラント監視装置
２１ 監視装置本体（危険度算出手段、警報注意度算出手段、目標注意度算出手段）
２２ 表示装置（提示手段、表示手段）
２３ 操作装置
２４ プリンタ
２５ プラントデータベース
２６ 外部記憶装置
Ａ２ 危険度表示領域
Ａ３ 表表示領域
Ａ４ グラフ表示領域
Ａ５ 目標注意度表示領域
Ａ９ 警報注意度表示領域
Ｄ１ 配水池水位表示画面
Ｄ２ 警報一覧画面
Ｄ３ 目標注意度表示画面
Ｄ５ 警報一覧画面
ＧＨ グラフ
ＴＧ 目標値

Claims (11)

1. 監視対象のプラントのプロセス状態を検出するプロセス状態検出手段と、
   検出した前記プロセス状態に基づいて警報が発生した場合に、他の対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出する危険度算出手段と、
   算出した前記危険度を提示する提示手段と、
   を備えたプラント監視装置。
2. 前記危険度算出手段は、前記プロセス状態の組み合わせあるいは前記警報が発生した時点からの経過時間に基づいて前記危険度を算出する、
   請求項１記載のプラント監視装置。
3. 前記提示手段は、各警報に対応する危険度を数値情報として提示する、
   請求項１または請求項２記載のプラント監視装置。
4. 検出した前記プロセス状態に基づいて警報の発生前に、当該警報の発生に至る可能性を判断する指標となる警報注意度を算出する警報注意度算出手段を備えた、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプラント監視装置。
5. 前記提示手段は、前記警報注意度を数値情報として提示する、
   請求項４記載のプラント監視装置。
6. 検出した前記プロセス状態に基づいて、前記プロセス状態の現在値と、所定の目標値との差及び前記差が増加方向あるいは減少方向のいずれにあるかに基づいてプロセス制御の方向性の判断する指標となる目標注意度を算出する目標注意度算出手段を備えた、
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のプラント監視装置。
7. 前記目標注意度算出手段は、前記差が増加方向にある場合には前記目標注意度を大きくし、前記差が減少方向にある場合には前記目標注意度を小さくする、
   請求項６記載のプラント監視装置。
8. 前記提示手段は、前記目標注意度を数値情報として提示する、
   請求項６または請求項７記載のプラント監視装置。
9. 前記提示手段は、前記危険度の一覧表示として、前記危険度をグラフ表示する表示手段を備えている、
   請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のプラント監視装置。
10. 監視対象のプラントに設けられたそれぞれプロセス状態を検出する複数のセンサの出力に基づいてプラント監視を行うプラント監視装置において実行される制御方法であって、
    前記複数のセンサの出力に基づいて前記プラントのプロセス状態を検出するプロセス状態検出過程と、
    検出した前記プロセス状態に基づいて警報が発生した場合に、他の対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出する危険度算出過程と、
    算出した前記危険度を提示する提示過程と、
    を備えた制御方法。
11. 監視対象のプラントに設けられた複数のセンサの出力が入力されるプラント監視装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムであって、
    前記コンピュータを、
    監視対象のプラントのプロセス状態を検出するプロセス状態検出手段と、
    検出した前記プロセス状態に基づいて警報が発生した場合に、他の対応優先度と当該警報の対応優先度との相対的な指標となる危険度を警報毎に算出する危険度算出手段と、
    算出した前記危険度を提示する提示手段と、
    して機能させる制御プログラム。

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