JP2016085501A - 計装システム支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラントの異常発生個所とその周辺の物理的な距離や位置関係を、保守員を含む保守作業関係者が短時間で的確に把握できる計装システム支援装置を実現すること
【解決手段】計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報に基づき計装システムの運転保守管理を支援する計装システム支援装置において、前記計装システムの３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段１０９と、前記計装システムのエンジニアリング情報格納手段と、前記計装システムに発生した異常を検出して所定のアラーム情報を出力するアラーム発報手段と、前記アラーム情報と前記３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段に格納されている関連する３Ｄ ＣＡＤデータとをリンクさせるデータリンク手段２０１と、このデータリンク手段の出力に基づき、前記計装システムに発生した異常個所を含む３次元の造形物を成形出力する３Ｄプリンタ２０３、を設けたことを特徴とするもの。
【選択図】図１

Description

本発明は、計装システム支援装置に関し、詳しくは、プラント計装システムにおける障害発生源の特定とその障害復旧に関わる作業の効率化に関する。

図９は、従来の計装システム支援装置の一例を示すブロック図である。図９において、計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報はエンジニアリング機能部１０２により作成され、データベース１０１へ保存される。

データベース１０１に保存されたエンジニアリング情報は要求に応じて操作監視部１０３、制御演算処理部１０４、入出力モジュール１０５などにダウンロードされ、これらによりプラントの運転制御が可能となる。なお、制御演算処理部１０４は、操作監視部１０３および入出力モジュール１０５との間で各種データの授受を行う。

入出力モジュール１０５には、接続部１０６を介して流量計などのセンサ端末１０７や制御弁などの操作端末１０８が接続されている。

データベース１０１には、３Ｄ ＣＡＤ１０９で作成されたプラントの設計図データ、ＰＩＤ演算部１１０のＰＩＤ演算処理に関わる設定パラメータや演算結果などの各種データ、シミュレータモデル１１１の各種データなども保存されている。

プラントの運転制御中に制御演算処理部１０４がセンサ端末１０７や操作端末１０８を介してプラントの異常を検出するとアラームが発報され、その内容は操作監視部１０３で閲覧確認できる。

アラームの動作条件は、あらかじめエンジニアリング機能部１０２により設定できる。たとえばセンサ端末１０７の測定値がある値を超えたら操作監視部１０３へアラームを発報するように設定する。その設定データ(エンジニアリング情報)を操作監視部１０３、制御演算処理部１０４、入出力モジュール１０５へダウンロードし、その後計装システムを稼働させる仕組みである。

制御演算処理部１０４は、計装システムの稼働中におけるセンサ端末１０７の測定値を入出力モジュール１０５を介して常時取得していて、測定値が閾値を超えると、操作監視部１０３へアラームを発報する。

保守員は、操作監視部１０３に表示されるアラーム情報をもとに、たとえば配管に亀裂などの異常がある場合は、修繕などの対応を行う。プラントの異常発生の箇所はアラーム情報により特定できる。

特許文献１には、上流図書であるＩＢＤ（Interlock Block Diagram：インターロックブロック線図）の警報信号名称から詳細設計図書を検索することにより、その警報の原因機器を迅速に推測したり、影響範囲を迅速に調査できる計装システム支援装置および管理保守方法について記載されている。

特開２０１２−１２３５００号公報

しかし、操作監視部１０３に表示されるアラーム情報は奥行情報のない２次元情報であることから、奥行き方向の距離がわかりにくい。たとえば異常発生個所が複雑に入り組んだ配管群の中である場合、保守員が入っていけるスペースはあるか、交換部材を入れることができるか、などの適切な判断が困難な場合がある。

そこで、このような場合には、一般的には、３Ｄ ＣＡＤ１０９で作成されたプラントの設計図を参照して、現場の物理的状況を確認することが行われている。

ところが、通常、３Ｄ ＣＡＤ上の画面に表示されるプラントの設計図はその道の専門家である３Ｄ ＣＡＤの設計オペレータが使用するものであり、普段から３Ｄ ＣＡＤの画面を見慣れていない保守員にとって、プラントの３Ｄ ＣＡＤ上の画面表示は非常にわかりにくいものである。

このことから、保守作業の計画から実行までに多くの時間がかかるという問題がある。
本発明は、このような課題を解決するものであって、その目的は、プラントの異常発生個所とその周辺の物理的な距離や位置関係を、保守員を含む保守作業関係者が短時間で的確に把握できる計装システム支援装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報に基づき計装システムの運転保守管理を支援する計装システム支援装置において、
前記計装システムの３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段と、
前記計装システムのエンジニアリング情報格納手段と、
前記計装システムに発生した異常を検出して所定のアラーム情報を出力するアラーム発報手段と、
前記アラーム情報と前記３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段に格納されている関連する３Ｄ ＣＡＤデータとをリンクさせるデータリンク手段と、
このデータリンク手段の出力に基づき、前記計装システムに発生した異常個所を含む３次元の造形物を成形出力する３Ｄプリンタ、
を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の計装システム支援装置において、
前記計装システムに発生した異常個所は、前記３次元の造形物の色、記号、文字、付加体の少なくともいずれかで識別できることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の計装システム支援装置において、
前記３次元の造形物は作業者の人型および作業用機材、交換物の少なくともいずれかとともに同一縮尺で出力されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の計装システム支援装置において、
前記３次元の造形物には、前記異常個所の物理量が反映されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、
計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報に基づき計装システムの運転保守管理を支援する計装システム支援装置において、
前記計装システムの運転保守管理の対象とする部分の３次元の造形物を設けたことを特徴とする。

これらにより、保守員を含む保守作業関係者は、プラントの異常発生個所とその周辺の物理的な距離や位置関係を短時間で的確に把握でき、効率よく計装システムの保守作業が行える。

本発明の一実施例の主要部分を示す構成説明図である。 図１のデータリンク部２０１の動作例を説明するフローチャートである。 管路の異常個所を示す３Ｄ ＣＡＤデータの表示例図である。 管路の異常個所を示す３Ｄ ＣＡＤデータの表示例図である。 管路の異常個所を示す３Ｄ ＣＡＤデータの表示例図である。 図３および図４に示す配管路における具体的な温度分布情報を数値および各温度に応じて割り当てられた所定の表示色で可視化したものである。 管路のその他の表示例図である。 管路のその他の表示例図である。 従来の計装システム支援装置の一例を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例の主要部分を示す構成説明図であり、図９と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、データリンク部２０１には、データベース１０１のデータと、制御演算処理部１０４のデータと、３Ｄスキャナ２０２の３Ｄ ＣＡＤデータとが入力されるとともに、３Ｄプリンタ２０３が接続されている。

データリンク部２０１は、データベース１０１のデータと、制御演算処理部１０４のデータと、３Ｄスキャナ２０２の３Ｄ ＣＡＤデータとを必要に応じて関連づけて、それら関連づけたデータを３Ｄプリンタ２０３に出力する。具体的には、たとえば異常個所に目印を付加するツールであり、目印は色、記号、文字、突起物などで表すことができる。

３Ｄスキャナ２０２は、実際のプラントと、３Ｄ ＣＡＤデータとアラーム信号をリンクしたデータとを、照合したい場合に使用する。たとえばプラントにおいて、配管が変形しているような場合がある。その変形した配管を３Ｄスキャナ２０２でスキャンして取り込み、それと３Ｄ ＣＡＤデータとアラーム信号をリンクしたデータを重ねて３Ｄプリンタ２０３で３Ｄ プリントする。

保守員は、目印を付加したプラントの設計データを３Ｄプリンタ２０３で３Ｄ プリント出力した造形物として確認することにより、異常発生個所とその周辺の物理的な位置関係や距離関係などを、従来の２次元的な平面プリントの場合と比較して、より的確に把握することができる。

なお、データの重ね合わせは、異常発生の原因究明にも応用できる。具体的には、データリンク部２０１において、３Ｄ ＣＡＤデータの目印が付いた該当する異常発生個所にたとえばマウスなどでカーソルを移動させることにより行う。

図２は、図１のデータリンク部２０１の動作例を説明するフローチャートである。前提条件として、３Ｄ ＣＡＤ１０９で作成された設計データにＰＩＤ演算部１１０が実装された機器を予めエンジニアリング機能部１０２などを使って設定し、データベース１０１に保存しておく。そしてデータリンク部２０１は、これら保存されたデータを取得しておく。

はじめに、制御演算処理部１０４からアラーム情報を取得する（ステップＳ１）。続いて、３Ｄ ＣＡＤデータから、そのアラーム情報を生成出力した機器を検索する（ステップＳ２）。そして、ヒットした機器の位置から目印を付ける場所を割り出し、所定の目印を付ける（ステップＳ３）。

たとえば配管の継ぎ目の前後に２台の流量計を設置して測定した流量に差がある場合には、その間の管路に亀裂などの異常が発生していて、流体が漏れている可能性がある。

図３は、このような管路の異常個所を示す３Ｄプリンタから出力した３次元の造形物の具体例図である。
これにより、保守員は、現場に出向く前に、現場における管路の異常個所を３次元の造形物に基づき的確に把握できる。なお、異常個所の識別表示は着色に限るものではなく、記号や文字であってもよい。特に記号や文字などの目印を付加することは、カラー出力ができないプリンタの場合に有効である。

図４および図５も、管路の異常個所を示す３Ｄプリンタから出力した３次元の造形物の具体例図である。
特に、図５に示すように、配管路の異常個所Ａを作業者の人型画像Ｍや図示しない交換部品や作業機材などとともに同一縮尺で出力しておけば、現場における構造物のすきまや配管の間隔の大きさなどの具体的な状況を事前に的確に把握でき、保守作業の具体的な作業内容や作業の進め方などを効率よく立案して実行できる。

異常個所情報については、たとえば振動センサを用いて配管の振動を解析し、亀裂個所を算出することにより、さらに精度の良い位置情報が得られる。

図６は図３および図４に示す配管路における具体的な温度分布情報を数値および各温度に応じて割り当てられた所定の表示色で可視化したものであり、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。

図６（ａ）の正面図によれば、手前側における縦方向の配管の温度は１５０℃であるのに対し、奥行側における横方向の配管の温度は３０℃と低くなっていて、手前の縦管よりも危険性は低いことがわかる。保守員は、配管路各部における温度の分布状態を、単純に２値化されているだけの図３および図４に比べてさらに直感的に把握識別できる。

そして、これらの温度情報もふまえて、高温の管路に不用意に接近するおそれのない安全対策を加味した保守計画を立てることができる。

図７は管路のその他の表示例図であって、管路の異常個所を示すものであり、（ａ）は管内の液体が流出していることを示し、（ｂ）は配管に亀裂が入っていることを示している。

図８も管路のその他の表示例図であって、（ａ）は管の側壁に穴をあけることを示し、（ｂ）は管路を斜め方向にずらすことを示している。

これら図７や図８を３Ｄプリンタでプリント出力した造形物を保守員が作業現場に持って行くようにすることで地図の役割を果たすことができ、作業を効率よく実行できる効果が期待できる。

また、３Ｄモデルを事前に３Ｄプリントしておくことにより、たとえばタブレット端末のカメラでその３Ｄモデルを撮影し、撮影した３Ｄモデル画像の異常個所をマークすることができる。異常個所をマークするにあたっては、３Ｄモデルと図１のデータリンク部２０１が保持している異常発生個所の位置情報とを照合する。

事前に３Ｄプリントしておくことにより、アラーム発生後に３Ｄプリントする場合に要する待ち時間（たとえば数時間程度）が発生しないメリットが得られ、アラーム発生に対する適切な処置を迅速に行うことができ、計装システムの異常動作に起因する停止時間を可能な限り短縮できる。

さらに、このような３Ｄプリンタで造形出力された正常状態の３Ｄの造形物を作業員が作業現場で装着するゴーグル型のウェアラブルコンピュータで閲覧できるようにすることで、現場に出向くことなく３Ｄの造形物に発生している異常の情報を目視確認することができ、保守作業をさらに効率よく行うことができる。

なお、上記実施例では、３Ｄの造形物を出力する３Ｄプリンタを含む計装システムについて説明したが、３Ｄの造形物は３Ｄプリンタの出力に限るものではなく、たとえば他の工作機械や手作業で作成してもよい。

以上説明したように、本発明によれば、保守員を含む保守作業関係者は、３Ｄの造形物に基づいてプラントの異常発生個所とその周辺の物理的な距離や位置関係を短時間で的確に把握でき、効率よく保守作業が行える計装システム支援装置を実現できる。

１０１ データベース
１０２ エンジニアリング機能部
１０３ 操作監視部
１０４ 制御演算処理部
１０５ 入出力モジュール
１０９ ３Ｄ ＣＡＤ
２０１ データリンク部
２０２ ３Ｄスキャナ
２０３ ３Ｄプリンタ

Claims (5)

1. 計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報に基づき計装システムの運転保守管理を支援する計装システム支援装置において、
   前記計装システムの３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段と、
   前記計装システムのエンジニアリング情報格納手段と、
   前記計装システムに発生した異常を検出して所定のアラーム情報を出力するアラーム発報手段と、
   前記アラーム情報と前記３Ｄ ＣＡＤデータ格納手段に格納されている関連する３Ｄ ＣＡＤデータとをリンクさせるデータリンク手段と、
   このデータリンク手段の出力に基づき、前記計装システムに発生した異常個所を含む３次元の造形物を成形出力する３Ｄプリンタ、
   を設けたことを特徴とする計装システム支援装置。
2. 前記計装システムに発生した異常個所は、前記３次元の造形物の色、記号、文字、付加体の少なくともいずれかで識別できることを特徴とする請求項１記載の計装システム支援装置。
3. 前記３次元の造形物は作業者の人型および作業用機材、交換物の少なくともいずれかとともに同一縮尺で出力されることを特徴とする請求項１または請求項２の計装システム支援装置。
4. 前記３次元の造形物には、前記異常個所の物理量が反映されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の計装システム支援装置。
5. 計装システムを動作させるためのエンジニアリング情報に基づき計装システムの運転保守管理を支援する計装システム支援装置において、
   前記計装システムの運転保守管理の対象とする部分の３次元の造形物を設けたことを特徴とする計装システム支援装置。