JP2016004299A - センサキャリブレーションシステム、方法、およびプログラム - Google Patents

センサキャリブレーションシステム、方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】センサが適切な値を取得するように感度調整されているかを判断、調整すること。【解決手段】発電所内のポンプ(12)の流入口側および流出口側に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器(S11,S12)を持つ流入液圧センサ(S1)および流出液圧のセンサ(S2)の感度を調整するセンサキャリブレーションシステムは、流入液圧センサおよび流出液圧センサによってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして蓄積する情報蓄積部(14)と、正常動作時の蓄積データから、流入液圧測定データと流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部(15)と、モデルを異常検知用モデルとして蓄積するためのモデル蓄積部(18)と、抽出された相関関係と蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、第1および第2の感度調整器へ調整指令を発する比較・判定ユニット(16,17)と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、所定経路に設置されたセンサの感度を調整するセンサキャリブレーションシステム、方法、およびプログラムに関し、特に、発電所におけるポンプを流れる水圧を検出する水圧センサ(圧力計)などのような、感度調整が必要な複数の液圧センサの感度を調整するセンサキャリブレーションシステム、方法、およびプログラムに関する。
特許文献1は、給水ポンプと、この給水ポンプを駆動する可変速電動機を具備する可変速給水装置を開示している。この特許文献1に開示された可変速給水装置は、給水ポンプの吐出圧力を検出する吐出圧力検出手段と、給水ポンプの吸入側の押込水圧を検出する圧力検出手段と、ポンプ吐出圧力が目標圧力になるように給水ポンプを可変速制御する制御手段とを具備している。
特許第3291007号公報
特許文献1は、給水ポンプを可変速制御する可変速給水装置を開示しているだけであって、圧力検出手段であるセンサのキャリブレーションについては何ら開示していない。
これまでは、点検の度に手動でセンサのキャリブレーションを行い、センサ感度の調整を行ってきた。
しかしながら、複数個のセンサがある場合、操作者の技量によって、センサごとの感度にばらつきが生じてしまう。
そこで、本発明の目的は、複数のセンサの感度をばらつきなく自動的に調整することができるセンサキャリブレーションシステム、方法、およびプログラムを提供することにある。
本発明によるセンサキャリブレーションシステムは、発電所内のポンプを備えた配管の異なる箇所に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器を持つ第1および第2のセンサの感度を調整するセンサキャリブレーションシステムであって、前記第1のセンサは、前記ポンプへ流入する液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入液圧センサから成り、前記第2のセンサは、前記ポンプから流出する液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出液圧センサから成り、前記流入液圧センサおよび前記流出液圧センサによってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして蓄積する情報蓄積部と、正常動作時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部と、前記モデルを異常検知用モデルとして蓄積するためのモデル蓄積部と、前記抽出された相関関係と前記蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、前記第1および第2の感度調整器へ調整指令を発する比較・判定ユニットと、を備える。
本発明では、定量的にセンサ感度のキャリブレーションができ、センサごとの感度のばらつきを低減することができる。
本発明の一実施形態であるセンサキャリブレーションシステムの構成を概略的に示す説明図である。 圧力計および情報蓄積部の動作を示すフローチャートである。 モデル構築部、モデル比較部、モデル判定部、およびモデル蓄積部の動作を示すフローチャートである。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態であるセンサキャリブレーションシステムについて説明する。
本実施形態のセンサキャリブレーションシステムは、プラント設備内の所定経路の異なる箇所に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器を持つ第1および第2のセンサの感度を調整するシステムである。
また、本実施形態のモデル抽出システムは、プラント設備内の所定経路の異なる箇所に設置された第1および第2のセンサの感度を調整するために必要な異常検知用モデルを抽出するためのシステムである。
図示のセンサキャリブレーションシステムは、プラント設備が発電所から成り、所定経路がポンプ12を備えた配管11から成るシステムに適用した例を示している。そして、図示の例では、第1のセンサは、ポンプ12へ流入する液圧を測定して、第1の測定データとして流入液圧測定データを生成する流入液圧センサS1から成り、第2のセンサは、ポンプ12から流出する液圧を測定して、第2の測定データとして流出液圧測定データを生成する流出液圧センサS2から成る。第1の感度調整器は、流入液圧センサS1に備えられた流入液圧センサ感度調整器S11から成り、第2の感度調整器は、流出液圧センサS2に備えられた流出液圧センサ感度調整器S12から成る。
センサキャリブレーションシステムは、図1に示すように、第1のセンサとしての流入液圧センサS1と、第2のセンサとしての流出液圧センサS2と、第1の感度調整器としての流入液圧センサ感度調整器S11と、第2の感度調整器としての流出液圧センサ感度調整器S12と、調整機13と、情報蓄積部14と、モデル構築部15と、モデル比較部16と、モデル判定部17と、モデル蓄積部18とを備えている。
流入液圧センサS1は、図1に示すように、ポンプ12の流入口側に設置され、ポンプ12へ流入する液体の液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する。なお、流入液圧センサS1は、ポンプ12に設置してもよく、また、ポンプ12の流入口側の配管11に設置してもよい。
流出液圧センサS2は、図1に示すように、ポンプ12の流出口側に設置され、ポンプ12から流出する液体の液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する。なお、流出液圧センサS2は、ポンプ12に設置してもよく、また、ポンプ12の流出口側の配管11に設置してもよい。
尚、図示の例では、液体は水から成る。
流入液圧センサ感度調整器S11は、後述する調整指令に応答して、流入液圧センサS1の感度を調整する。同様に、流出液圧センサ感度調整器S12は、調整指令に応答して、流出液圧センサS2の感度を調整する。
調整機13は、配管11内の水(液体)の量や圧力等を調整する。本実施形態では、調整機13は、配管11内の水圧(液圧)を制御する制御弁として構成されている。
ポンプ12と流入液圧センサS1と流出液圧センサS2と調整機13とは、図1に示すように、配管11で繋がれている。
情報蓄積部14とモデル構築部15とモデル比較部16とモデル判定部17とモデル蓄積部18との組み合わせは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含むマイクロコンピュータ10で実現され得る。RAMは、データを一時的に記憶するワークメモリとして使用され、本例では、情報蓄積部14およびモデル蓄積部18として働く。
ROMは、プログラムを記憶するが、本例では、プログラムとしてセンサキャリブレーションプログラムを記憶する。
CPUは、ROMに記憶されたセンサキャリブレーションプログラムに従って、RAMに記憶されている蓄積データおよび異常検知用モデルを処理することにより、モデル構築部15、モデル比較部16、およびモデル判定部17として働く。
情報蓄積部15は、流入液圧センサS1、流出液圧センサS2によってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データと測定時刻の時刻データとを、流入液圧センサS1、流出液圧センサS2から受けとって、蓄積データとして蓄積する。
モデル構築部15は、キャビテーションが発生していない正常動作時の一定時間分の蓄積データを、情報蓄積部14から受け取り、流入液圧測定データと流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出して、モデルを構築する。
モデル蓄積部18は、後述のように、モデルを異常検知用モデルとして蓄積する。
モデル比較部16は、モデル構築部15で抽出された相関関係の相関性の強さと、過去に構築した異常検知用モデルの相関性の強さとを比較する。モデル判定部17は、過去に構築した異常検知用モデルの相関性の強さと所定の閾値とを比較して、後述するように、流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ調整指令を発する。
換言すれば、モデル比較部16とモデル判定部17との組み合わせは、抽出された相関関係と蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ調整指令を発する比較・判定ユニットとして働く。また、モデル比較部16は、抽出された相関関係と蓄積した異常検知用モデルとを比較して、比較結果に応じて、後述のように、異常検知用モデルを更新する。
少し詳細に述べると、モデル構築部15は、相関関係として、後述のように、相関関係を示す近似式および相関度を生成する。モデル蓄積部18は、近似式および相関度を異常検知用モデルとして蓄積する。
そして、モデル比較部16は、生成された相関度と蓄積された異常検知用モデルの相関度とを比較して、生成された相関度が蓄積された異常検知用モデルの相関度よりも大きいときに、生成された相関度を含む相関関係を、新たな異常検知用モデルとしてモデル蓄積部18に保存し、生成された相関度が蓄積された異常検知用モデルの相関度以下のときに、流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ調整指令を発する。モデル判定部17は、蓄積した異常検知用モデルの相関度と所定の閾値とを比較して、蓄積した異常検知用モデルの相関度が所定の閾値よりも小さいときに、流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ調整指令を発する。
つぎに、図2を用いて、センサS1、S2および情報蓄積部14の動作を説明する。
まず、センサS1、S2は、ポンプ2の流入口側および流出口側において水圧(液圧)を常に測定している(ステップ201)。
次に、センサS1、S2によって測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データは、測定時刻の時刻データとともに情報蓄積部14へ通知される(ステップ202)。
次に、情報蓄積部14は、センサS1、S2から受け取ったデータ(流入液圧測定データ、流出液圧測定データおよび時刻データ)を蓄積データとして蓄積する(ステップ203)。
上述したステップ201〜203の動作は、常時、繰り返し行われる。
なお、情報蓄積部14による情報蓄積の態様としては、リレーショナルデータベースのような機構を用いてもよいし、単純なテキストファイルで保持してもよい。また、蓄積データは、センサS1、S2による流入液圧測定データおよび流出液圧測定データと測定時刻の時刻データとから構成され、一般に時系列データと呼ばれている形態となる。
つぎに、図3を用いて、モデル構築部15、モデル比較部16、モデル判定部17、およびモデル蓄積部18の動作を説明する。
まず、流入液圧センサS1、流出液圧センサS2の感度を調整するため、マイクロコンピュータ10は、調整指令を、流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ発して、流入液圧センサS1、流出液圧センサS2の感度を調整する(ステップ301)。
次に、配管11に正常に流水させる正常動作時において、調整機13を調整して配管11、ポンプ12に流れる水圧を少しずつ変化させる(ステップ302)。なお、この際、水圧を上げる方向、下げる方向が混在しても構わない。
次に、調整機13の操作により変化する水圧を、流入液圧センサS1、流出液圧センサS2が検知し、その流入液圧測定データ、流出液圧測定データおよび時刻データを情報蓄積部14へ通知し、情報蓄積部14は、受け取った情報を随時、蓄積データとして蓄積する(ステップ303、図2のステップ201〜203)。
次に、モデル構築部15は、情報蓄積部14から、調整機13を操作して水圧を変化させた期間の蓄積データを受け取る(ステップ304)。
次に、モデル構築部15は、受け取った蓄積データから、ポンプ12の流入口側で測定された水圧値とポンプ12の流出口側で測定された水圧値との間の相関関係(近似式および相関値Fn)を確認する(ステップ305)。
ここでは、モデル構築部15は、情報蓄積部14から入手した2点の一定時間の時系列データから、2点間の相関関係として、B=f(A)のような近似式を生成する。近似式の生成方法としては、例えば、線形回帰と呼ばれている方法や、ほかにも既に様々な方法が提案されているため、ここでは詳細について述べない。さらに、モデル構築部15は、生成した近似式と、生成時に利用した時系列データとから、実際のデータを近似式がどの程度近似できているかどうかの指標である相関度Fnを算出する。相関度Fnの算出方法としては、例えば、線形回帰として最小二乗法を用いて近似した場合、相関度Fnは最小二乗法における決定係数とすることができ、ほかにも既に様々な方法が提案されているため、ここでは詳細について述べない。
次に、モデル比較部16は、モデル構築が1回目かどうか判断し(ステップ306)、1回目であれば(ステップ306のY)、モデル比較部16は、モデル蓄積部18にモデル近似式および相関度Fnを保存する(ステップ308)。このとき、モデル比較部16は、相関度Fnを相関度Fpに置き換えて保存する。これにより、モデル蓄積部18には、上記モデル近似式と相関度Fpとが仮の異常検知用モデルとして蓄積される。
次に、モデル判定部17は、仮の異常検知用モデルの相関度Fpが所定の閾値よりも大きいか否かを判断する(ステップ309)。ここで、仮の異常検知用モデルの相関度Fpが所定の閾値よりも大きければ(ステップ309のY)、処理を終了するので、モデル蓄積部18には、その蓄積されている仮の異常検知用モデルが、最終的な異常検知用モデルとして格納(採用)される。
また、所定の閾値よりも仮の異常検知用モデルの相関度Fpが小さい場合(ステップ309のN)、モデル判定部17は、調整指令を流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ発して、ステップ301へ戻り、上記操作を繰り返す。
2回目以降も、センサ感度調整器の調整(ステップ301)から、流入圧力と流出圧力との間の測定データの相関度の確認(ステップ305)まで、1回目と同様の操作を行う。
次に、モデル構築部15は、新たに取得した測定データからモデルの近似式および相関度Fnを取得する(ステップ305)。
2回目なので(ステップ306のN)、モデル比較部16は、モデル蓄積部18に保存されている過去に生成した仮の異常検知用モデルの相関度Fpと新たに生成した相関度Fnの大きさを比較する(ステップ307)。新たに生成した相関度Fnが過去に生成した仮の異常検知用モデルの相関度Fpより大きい(Fn>Fp)場合(ステップ307のY)、モデル比較部16は、新しく生成したモデル(モデル近似式および相関度Fn)を、新たな仮の異常検知用モデルとしてモデル蓄積部18に保存する(ステップ308)。ここで、1回目と同様に、モデル比較部16は、相関度Fnを相関度Fpに置き換えて保存する。
新たに生成した相関度Fnが過去に生成した仮の異常検知用モデルの相関度Fp以下(Fn≦Fp)場合(ステップ307のN)、モデル比較部16は、調整指令を流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ発して、ステップ301へ戻り、上記操作を繰り返す。
次に、モデル判定部17は、仮の異常検知用モデルの相関度Fpが所定の閾値よりも大きいか否かを判断する(ステップ309)。ここで、仮の異常検知用モデルの相関度Fpが所定の閾値よりも大きければ(ステップ309のY)、処理を終了するので、モデル蓄積部18には、その蓄積されている仮の異常検知用モデルが、最終的な異常検知用モデルとして格納(採用)される。
また、所定の閾値よりも仮の異常検知用モデルの相関度Fpが小さい場合(ステップ309のN)、モデル判定部17は、調整指令を流入液圧センサ感度調整器S11および流出液圧センサ感度調整器S12へ発して、ステップ301へ戻り、上記操作を繰り返す。
このようにして得られた本実施形態のセンサキャリブレーションシステムでは、水圧を測定するために設置される既存の流入液圧センサS1、流出液圧センサS2の測定データの相関性の強さから定量的にセンサ感度のキャリブレーションを行うことができる。
また、複数センサがある場合、操作者の技量によって生じるセンサごとの感度のばらつきを低減することができる。
さらに、本発明は、センサのキャリブレーション不備による異常値報告を防ぐといった用途にも適用できる。
10 ・・・ マイクロコンピュータ
11 ・・・ 配管(所定経路)
12 ・・・ ポンプ
13 ・・・ 調整機
14 ・・・ 情報蓄積部
15 ・・・ モデル構築部
16 ・・・ モデル比較部
17 ・・・ モデル判定部
18 ・・・ モデル蓄積部
S1 ・・・ 流入液圧センサ(第1のセンサ)
S2 ・・・ 流出液圧センサ(第2のセンサ)
S11 ・・・ 流入液圧センサ感度調整器(第1の感度調整器)
S12 ・・・ 流出液圧センサ感度調整器(第2の感度調整器)

Claims (10)

  1. 発電所内のポンプを備えた配管の異なる箇所に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器を持つ第1および第2のセンサの感度を調整するセンサキャリブレーションシステムであって、
    前記第1のセンサは、前記ポンプへ流入する液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入液圧センサから成り、
    前記第2のセンサは、前記ポンプから流出する液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出液圧センサから成り、
    前記流入液圧センサおよび前記流出液圧センサによってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして蓄積する情報蓄積部と、
    正常動作時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築部と、
    前記モデルを異常検知用モデルとして蓄積するためのモデル蓄積部と、
    前記抽出された相関関係と前記蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、前記第1および第2の感度調整器へ調整指令を発する比較・判定ユニットと、
    を備えることを特徴とするセンサキャリブレーションシステム。
  2. 前記モデル構築部は、前記相関関係として、該相関関係を示す近似式および相関度を生成し、
    前記モデル蓄積部は、前記近似式および相関度を前記異常検知用モデルとして蓄積する、
    請求項1に記載のセンサキャリブレーションシステム。
  3. 前記比較・判定ユニットは、
    前記生成された相関度と前記蓄積した異常検知用モデルの相関度とを比較して、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度よりも大きいときに、前記生成された相関度を含む相関関係を、新たな異常検知用モデルとして前記モデル蓄積部に保存し、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度以下のときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル比較部と、
    前記蓄積した異常検知用モデルの相関度と所定の閾値とを比較して、前記蓄積した異常検知用モデルの相関度が前記所定の閾値よりも小さいときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル判定部と、
    から構成される、請求項2に記載のセンサキャリブレーションシステム。
  4. 前記配管内の液体の量および圧力を変化させる調整機をさらに備える請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のセンサキャリブレーションシステム。
  5. 発電所内のポンプを備えた配管の異なる箇所に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器を持つ第1および第2のセンサの感度を調整するセンサキャリブレーション方法であって、前記第1のセンサは、前記ポンプへ流入する液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入液圧センサから成り、前記第2のセンサは、前記ポンプから流出する液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出液圧センサから成り、
    前記流入液圧センサおよび前記流出液圧センサによってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積するデータ蓄積ステップと、
    正常動作時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築ステップと、
    前記モデルをモデル蓄積部に異常検知用モデルとして蓄積するモデル蓄積ステップと、
    前記抽出された相関関係と前記蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、前記第1および第2の感度調整器へ調整指令を発する比較・判定ステップと、
    を含むセンサキャリブレーション方法。
  6. 前記モデル構築ステップは、前記相関関係として、該相関関係を示す近似式および相関度を生成し、
    前記モデル蓄積ステップは、前記近似式および相関度を前記モデル蓄積部に前記異常検知用モデルとして蓄積する、
    請求項5に記載のセンサキャリブレーション方法。
  7. 前記比較・判定ステップは、
    前記生成された相関度と前記蓄積した異常検知用モデルの相関度とを比較して、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度よりも大きいときに、前記生成された相関度を含む相関関係を、新たな異常検知用モデルとして前記モデル蓄積部に保存し、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度以下のときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル比較ステップと、
    前記蓄積した異常検知用モデルの相関度と所定の閾値とを比較して、前記蓄積した異常検知用モデルの相関度が前記所定の閾値よりも小さいときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル判定ステップと、
    から成る、請求項6に記載のセンサキャリブレーション方法。
  8. コンピュータに、発電所内のポンプを備えた配管の異なる箇所に設置され、それぞれ、第1および第2の感度調整器を持つ第1および第2のセンサの感度を調整させるセンサキャリブレーションプログラムであって、前記第1のセンサは、前記ポンプへ流入する液圧を測定して、流入液圧測定データを生成する流入液圧センサから成り、前記第2のセンサは、前記ポンプから流出する液圧を測定して、流出液圧測定データを生成する流出液圧センサから成り、
    前記流入液圧センサおよび前記流出液圧センサによってそれぞれ測定された流入液圧測定データおよび流出液圧測定データを収集して蓄積データとして情報蓄積部に蓄積するデータ蓄積処理と、
    正常動作時の前記蓄積データから、前記流入液圧測定データと前記流出液圧測定データとの間の相関関係を抽出してモデルを構築するモデル構築処理と、
    前記モデルをモデル蓄積部に異常検知用モデルとして蓄積するモデル蓄積処理と、
    前記抽出された相関関係と前記蓄積した異常検知用モデルとを比較判定して、比較判定結果に応じて、前記第1および第2の感度調整器へ調整指令を発する比較・判定処理と、
    を前記コンピュータに実行させるセンサキャリブレーションプログラム。
  9. 前記モデル構築処理は、前記コンピュータに、前記相関関係として、該相関関係を示す近似式および相関度を生成させ、
    前記モデル蓄積処理は、前記コンピュータに、前記近似式および相関度を前記モデル蓄積部に前記異常検知用モデルとして蓄積させる、
    請求項8に記載のセンサキャリブレーションプログラム。
  10. 前記比較・判定処理は、
    前記生成された相関度と前記蓄積した異常検知用モデルの相関度とを比較して、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度よりも大きいときに、前記生成された相関度を含む相関関係を、新たな異常検知用モデルとして前記モデル蓄積部に保存し、前記生成された相関度が前記蓄積した異常検知用モデルの相関度以下のときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル比較処理と、
    前記蓄積した異常検知用モデルの相関度と所定の閾値とを比較して、前記蓄積した異常検知用モデルの相関度が前記所定の閾値よりも小さいときに、前記第1および第2の感度調整器へ前記調整指令を発するモデル判定処理と、
    を前記コンピュータに実行させる、請求項9に記載のセンサキャリブレーションプログラム。
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