JP2017049801A - 運転支援システム、運転支援方法及びプログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態による運転支援システムを図1〜図12を参照して説明する。図1は、本発明の第一実施形態における運転支援システムの構成の一例を示す概略ブロック図である。
運転支援システム1は、履歴情報作成装置15(15A、15B)、操作履歴情報DB(データベース)16(16A、16B)、運転履歴情報DB(データベース)17(17A、17B)、通信装置18(18A、18B)、運転支援装置20を含んで構成される。
図2が示すように、運転支援装置20は、入力受付部200と、履歴情報取得部204と、操作提案ルール生成部205と、運転状態情報取得部206と、比較用情報生成部207と、運転状態比較判定部208と、操作提案情報出力部209と、操作実施情報記録部210と、操作実施状況判定部211と、記憶部212と、を備えている。入力受付部200は、比較用項目設定部201と、操作提案ルール設定部202と、出力モード設定部203とを備えている。記憶部212は、運転履歴情報DB(データベース)213と、操作履歴情報DB(データベース)214と、介入操作履歴DB(データベース)215と、操作提案ルールDB(データベース)216と、操作実施情報DB(データベース)217とを備えている。
具体的には、入力受付部200の比較用項目設定部201は、プラントの機器に対して例えば熟練した運転員が行う介入操作(運転員のノウハウによって行う操作)ごとに、運転状態情報に含まれる状態量のうち、熟練した運転員がその介入操作を行うにあたり目印としている監視対象項目の入力操作を受け付ける。例えば、運転支援装置20のオペレータは、「XXバルブを10%開く」という操作に対し、その「XXバルブ」を流れる媒体の「流量」、「圧力」、「温度」を監視対象項目として設定する。比較用項目設定部201は、その設定入力操作を受け付けて、当該介入操作と当該介入操作を行うプラントと監視対象項目とを対応付けて記憶部212に記録する。また、比較用項目設定部201は、監視対象項目となる各状態量について、その状態量の値の種類の設定を受け付ける。状態量の値の種類とは、例えば平均値、瞬時値、変動量などである。比較用項目設定部201は、受け付けた状態量の値の種類の設定を記憶部212に記録する。
比較用情報生成部207は、運転状態情報から、操作別に設定された監視対象項目を抽出し、その値から、ルール情報に含まれる介入操作を行う条件と比較するための比較用情報を生成する。
運転状態比較判定部208は、比較用情報とルール情報に含まれる介入操作を行う条件との比較を行う。比較用情報が介入操作を行う条件に近い場合、運転状態比較判定部208は、その条件に対応する操作提案情報を出力することを決定する。
操作実施状況判定部211は、操作提案情報の出力に対する当該操作の実施率を計算し、計算した実施率をその操作と対応付けて記憶部212に記録する。また、操作実施状況判定部211は、計算した実施率に基づいて当該操作の実施状況を評価する。例えば、「介入操作X1」の実施率が所定の閾値よりも低ければ、操作実施状況判定部211は、この介入操作の操作提案情報を出力しないと決定する。
プラントでは、制御装置12およびDCS13から出力された機器の制御に関する制御信号、操作盤を介して入力された操作指示信号をイベントログに記録する。制御装置12およびDCS13から出力される機器の制御に関する制御信号は、予め定められたロジックで実行されるので、イベントログに含まれる操作履歴のうち、どの操作が自動的に実行されたものであるかを知ることができる。履歴情報作成装置15は、イベントログの情報から、介入操作の履歴情報だけを抽出して操作履歴情報DB16に記録する。図3の操作履歴情報は、介入操作だけを抽出した後の履歴情報である。
図示するように操作履歴情報は、「介入時間」、「操作の種類」、「操作量」の各項目を有している。「介入時間」には運転員が介入操作を行った時刻が記録されている。「操作の種類」には、運転員が行った介入操作の種類が記録されている。「操作量」には、運転員が行った介入操作の操作量が記録されている。
履歴情報取得部204は、通信装置18が送信した図3で例示した操作履歴情報を取得し、記憶部212の操作履歴情報DB214に記録する。
プラントに備えられたセンサー14やDCS13は、プラント機器の運転状態を検出し値を履歴情報作成装置15に出力する。履歴情報作成装置15は、センサー14やDCS13が検出した運転状態を所定の時間間隔で取得し、運転履歴情報DB17に記録する。プラントでは多い場合には数千点にも及ぶ検出点でセンサー14等による状態量の測定を行っている場合もある。このような場合、履歴情報作成装置15は、センサー14などが検出した運転状態情報のうち必要な項目だけを運転履歴情報DB17に記録するようにしてもよい。なお、どの項目が必要であるかは、予め運転員が入力受付部200から入力を行い、履歴情報作成装置15に設定されている。
図4に例示する操作履歴情報は、「サンプリング時間」、「回転数」、「出力」、「温度」、「ガス濃度」、「流量」の各項目を有している。「サンプリング時間」にはセンサー14などがプラントの状態量を検出する時刻が記録されている。図4の例では、10秒ごとに状態量の収集が行われている。「回転数」、「出力」、「温度」、「ガス濃度」、「流量」の各項目は、運転状態情報の例である。これらの項目には、例えば、タービンの回転数(「回転数」)、発電電力(「出力」)、ボイラーの出口温度(「温度」)、Noxの濃度(「ガス濃度」)、アンモニア流量(「流量」)などの測定値が格納される。
履歴情報取得部204は、通信装置18が送信した図4で例示した運転履歴情報を取得し、記憶部212の運転履歴情報DB213に記録する。
操作提案ルール生成部205は、運転履歴情報DB213と操作履歴情報DB214に記録された情報を読み出して図5に例示する過去介入履歴情報を生成する。このとき、操作提案ルール生成部205は、運転履歴情報DB213に記録された運転履歴情報について比較用情報の算出を行って、操作履歴情報DB214に記録された介入操作の履歴情報と対応付ける。具体的には、操作提案ルール生成部205は、比較用項目設定部201が受け付けた状態量の値の種類の設定に基づいて比較用情報の算出を行う。例えば、比較用項目設定部201は運転員から次のような設定を受け付け記憶部212にその設定を記録している。
設定2.「操作B」の監視対象項目は、「ガス濃度」、「流量」である。これら2つの項目のそれぞれの値の判定については、操作Bが行われた直前の瞬時値を用いる。
設定3.「操作C」の監視対象項目は、「温度」である。この項目の値の判定については、操作Cが行われた10分前からの値の変動量を用いる。
図6は、操作提案ルール生成部205が図5に例示した過去介入履歴情報を用いて決定木と呼ばれる機械学習の手法で生成した介入操作の予測モデルである。ゴミ焼却プラントでは、ゴミの焼却によって生じた排ガスに含まれるNoxを除去するために、排ガスにアンモニアを注入する手法を用いる場合がある。図6は、Nox除去のためのアンモニア流量を制御するバルブの開度を調整するノウハウを形式知化した決定木の例である。
図6に例示した決定木では、監視対象項目としてNox濃度とアンモニア流量に対してNox濃度を除去する介入操作を再現する条件をルール化している。このように決定木を用いれば、熟練した運転員でも必ずしも正確に把握できていない介入操作の判断に必要な監視対象項目およびその値を自動的に算出することができる。
火力発電プラントでは、石炭を燃焼させたときに生じる煤を除去するためにスーツブロワが用いられる。ボイラなどに付着する煤は、石炭の種類や量などによって変動する。また、同じ種類の石炭であったとしても個体差が有るため煤の発生には変動が生じる。煤が付着するとボイラの熱効率が下がり、プラントの発電効率に影響が出る。そこで熟練した運転員は、ノウハウによってスーツブロワを運転し、煤の付着状態を適切に管理する。具体的には、スーツブロワの運転パターンには予めパターン1〜パターン5の動作が定められており、熟練した運転員は、状況に応じてパターン1〜パターン5から選択してスーツブロワを運転させている。図7は、熟練した運転員がスーツブロワを運転(介入操作)させたときの過去介入履歴情報を用いて操作提案ルール生成部205が生成した、スーツブロワの運転パターンを決定する決定木である。
次に形式知化したノウハウを、他の運転員と共有する方法について説明する。
図8(a)は、プラントAの過去介入履歴情報に基づいて生成されたルールに基づいてプラントAの運転員に対して表示された操作提案情報の一例である。操作提案ルール生成部205が運転状態を提案するルールを生成する一方、運転状態情報取得部206は、通信装置18Aから現在のプラントAの運転状態情報を取得する。また、比較用情報生成部207は、取得した運転状態情報から比較用情報を算出する。具体的には、上記の「設定1」に基づいて、比較用情報生成部207は、運転状態情報を取得する度に「回転数」、「出力」、「温度」の1時間平均を算出し、記憶部212に記録する。同様に、比較用情報生成部207は、上記の「設定2」に基づいて、取得した運転状態情報のうち「ガス濃度」、「流量」をそのまま(瞬時値)記憶部212に記録する。また、比較用情報生成部207は、上記の「設定3」に基づいて、取得した運転状態情報のうち「温度」の10分間の変動量を算出し記憶部212に記録する。つまり、「設定1」〜「設定3」の内容が設定されている場合、記憶部212には、「回転数」および「出力」および「温度」の1時間平均、「ガス濃度」および「流量」の瞬時値、「温度」の10分間の変動量が記録され、それぞれの値は、通信装置18Aから現在の運転状態情報が操作されるたびに比較用情報生成部207によって更新される。
同じ型のプラントであっても、設置場所の環境の違いやプラントに設置された機器の個体差によってノウハウとなる介入操作は異なってくる。従って、基本的にはプラントAの運転員が操作する運転支援装置20においては、プラントAの過去介入履歴情報に基づいて生成されたルールによって操作提案情報を表示すれば良い。しかし、プラントAの稼働が始まったばかりで過去介入履歴情報の蓄積が無い場合など、他の同型のプラントなどで行われている介入操作が参考になる可能性がある。そのような場合、運転員は、出力モード設定部203を介して、「他の同型のプラントの操作提案情報を表示する」という設定を行う。すると、比較用情報生成部207は、通信装置18Aから取得した現在の運転状態情報について、他の同型のプラント(プラントB、プラントCとする)について入力された比較用情報の設定に従って比較用情報を生成する。また、運転状態比較判定部208は、比較用情報生成部207が生成した操作ごとの比較用情報と、それに対応するルールとに基づいて、プラントB用の操作提案情報、プラントC用の操作提案情報の出力判定を行う。例えば、プラントAから取得した状態量が、プラントB用の操作提案情報ルールおよびプラントC用の操作提案情報ルールを満たす場合、操作提案情報出力部209は、図8(b)で例示するように、プラントB用の操作提案情報およびプラントC用の操作提案情報を出力する。これにより、プラントAの稼働開始直後であっても、同型のプラントで行われている介入操作を参考にプラントの運転を行うことができる。
操作提案情報出力部209が操作提案情報を出力すると、操作実施情報記録部210は、出力した操作提案情報を出力した時刻と対応付けて操作実施情報DB217に記録する。また、操作実施情報記録部210は、操作履歴情報DB214から操作提案情報を出力した時刻から所定の時間以内に行われた介入操作の情報を読み出し、対応する操作提案情報と対応付けて操作実施情報DB217に記録する。図9は、操作実施情報DB217に記録された操作実施記録情報の一例である。例えば図9に例示する操作実施記録情報の場合、1行目を見ると2015年3月4日10時10分に操作提案情報「操作G2」が出力されている。しかし、この提案情の出力に対し介入操作は行われなかったことを示している。続いて2行目と3行目を見ると、同日の10時20分に操作提案情報「操作G2」が出力され、3分後の10時23分に提案した操作とは異なる「操作G3」が行われている。また、続いて4行目と5行目を見ると、同日の18時10分に操作提案情報「操作G2」が出力され、5分後の18時15分に提案した操作と同じ「操作G2」が行われている。操作実施情報記録部210は、このように操作提案情報の出力と、それに対して行われた介入操作の実施履歴を記録する。
操作実施状況判定部211は、図9で例示した操作実施履歴情報の記録を読み出して、所定の期間ごとに介入操作の実施状況を算出する。実施状況とは、ある操作の操作提案情報の出力に対して、実際にその操作を行った割合(実施率)、ある操作の操作提案情報の出力に対して、何の介入操作も行わなかった割合、ある操作の操作提案情報の出力に対して、操作提案情報とは異なる介入操作を行った割合、などのことをいう。図10は、操作実施状況判定部211が、操作実施履歴情報に基づいて、これらの実施状況を算出した結果を示している。
熟練した運転員による介入操作であっても、必ずしも正しいとは限らない。ある状況下でたまたま介入操作を行った場合や、以前は良く行われていたが環境の変化やプラントを構成する機器の更新などにより、徐々に実施しなくなる介入操作も存在する。そのような場合、何時までも実施しなくなった操作提案情報を表示するのは煩わしく、誤操作の原因にもなる。そのような場合、例えば実施率の低い介入操作については、操作提案情報の出力を行わないように設定する。
図11は、本発明の第一実施形態における運転支援システムの第一の処理フローである。
まず、各プラントにおいて履歴情報作成装置15が、操作盤11、制御装置12、DCS13が機器に対して行った操作の情報(操作の種類と操作量)を取得し、操作履歴情報DB16に記録する(ステップS11)。このとき、履歴情報作成装置15は、自動制御によって行われた操作情報を除去し、運転員による介入操作だけを抽出して記録する。また、それと並行して、履歴情報作成装置15は、DCS13、センサー14からプラントの運転状態の情報を取得し、運転履歴情報DB17に記録する(ステップS12)。センサー14などからの情報は膨大なので、履歴情報作成装置15は、操作の提案に明らかに不必要な運転状態の情報を除いて記録する。履歴情報作成装置15は、通信装置18を介して、例えば1日に1回、保存した情報を運転支援装置20に送信する。運転支援装置20では、履歴情報取得部204が運転履歴情報と操作履歴情報とを取得して、運転履歴情報を運転履歴情報DB213に記録し、操作履歴情報を操作履歴情報DB214に記録する。
次に操作提案ルール生成部205が、操作提案ルールの生成を行う(ステップS14)。例えば、上述の「設置1」(つまり「操作A」)に対する操作提案ルールを生成する場合、操作提案ルール生成部205は、まず、操作履歴情報DB214から「操作A」の行われた時刻を抽出する。次に操作提案ルール生成部205は、抽出した時刻の1時間前から抽出した時刻までの間に記録された運転履歴情報のうち、「回転数」、「出力」、「温度」の情報を運転履歴情報DB213から読み出して、1時間平均を算出する。次に操作提案ルール生成部205は、算出した1時間平均の値と「操作A」とを対応付けて図5で例示した過去介入履歴情報を生成する。次に操作提案ルール生成部205は、過去介入履歴情報を用いて「回転数」、「出力」、「温度」の平均値がどのような値となると「操作A」が行われているかを分析する。この分析には、例えば決定木などの機械学習の手法を用いることができる。操作提案ルール生成部205は、この分析によって「操作A」を提案する提案情報ルールを生成する。次に操作提案ルール生成部205は、生成した操作提案ルールの情報を操作提案ルールDB216に記録する(ステップS15)。
図12は、本発明の第一実施形態における運転支援システムの第二の処理フローである。
まず、運転状態情報取得部206が、通信装置18から現在のプラントの運転状態情報を取得する(ステップS21)。運転状態情報取得部206は、取得した現在の運転状態情報を比較用情報生成部207へ出力する。比較用情報生成部207は、記憶部212からプラント別、操作別に監視対象項目、監視対象項目の値の種類の設定を取得する(ステップS22)。このとき、出力モードの設定(ステップS16)で例えば「型式別」が選択されていれば、比較用情報生成部207は、同型の他のプラントと対応付けて記録された比較用情報の設定(監視対象項目や監視対象項目の値の種類の設定)も読み出す。比較用情報生成部207は、読み出した比較用情報の設定に基づいて、現在の運転状態情報から比較用情報を算出する。例えば、比較用情報生成部207は、項目「温度」について1時間あたりの平均値や変動量などを算出する。比較用情報生成部207は、操作提案ルールとの比較用に現在の運転状態情報から比較用情報の算出を行うと、運転状態比較判定部208にそれらの値と操作提案ルールとの比較を指示する。運転状態比較判定部208は、操作提案ルールDB216から介入操作ごとにルール情報を読み出して、比較用情報生成部207が生成した比較値がそのルールを満たすかどうかを判定する(ステップS23)。このとき、出力モードの設定(ステップS17)で例えば「型式別」が選択されていれば、運転状態比較判定部208は、同型の他のプラントと対応付けて記録された操作提案ルールと比較値との比較を行い、同型の他のプラントの操作提案ルールに該当するかどうかの判定も行う。
また、運転支援システムは、1台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
10・・・プラント
11・・・操作盤
12・・・制御装置
13・・・DCS
14・・・センサー
15・・・履歴情報作成装置
16・・・操作履歴情報DB
17・・・運転履歴情報DB
18・・・通信装置
20・・・運転支援装置
200・・・入力受付部
201・・・比較用項目設定部
202・・・操作提案ルール設定部
203・・・出力モード設定部
204・・・履歴情報取得部
205・・・操作提案ルール生成部
206・・・運転状態情報取得部
207・・・比較用情報生成部
208・・・運転状態比較判定部
209・・・操作提案情報出力部
210・・・操作実施情報記録部
211・・・操作実施状況判定部
212・・・記憶部
213・・・運転履歴情報DB
214・・・操作履歴情報DB
215・・・介入操作履歴DB
216・・・操作提案ルールDB
217・・・操作実施情報DB
Claims (11)
- プラントで稼働する機器の運転状態の履歴を示す運転履歴情報と、前記機器に対して介入操作を行った履歴を示す操作履歴情報と、に基づいて前記機器の運転状態と前記介入操作とを対応付けた過去介入履歴情報を生成し、当該過去介入履歴情報に基づいて前記介入操作を行う条件を含むルール情報を生成する操作提案ルール生成部と、
機器の運転状態を示す運転状態情報を取得し、当該取得した運転状態情報と前記ルール情報とに基づいて、前記運転状態情報に対応する前記介入操作を決定する運転状態比較判定部と、
前記運転状態比較判定部が決定した前記介入操作に係る操作指示情報を出力する操作指示情報出力部と、
を備える運転支援システム。 - 前記操作指示情報出力部は、前記運転状態比較判定部が決定した前記介入操作の実施を案内する操作提案情報を出力する、
請求項1に記載の運転支援システム。 - 前記運転状態比較判定部が前記介入操作の決定に用いる前記運転状態情報に含まれる状態量の設定と、その状態量の値の種類の設定と、を受け付ける比較用項目設定部、
をさらに備える請求項2に記載の運転支援システム。 - 前記操作指示情報出力部が出力した前記操作提案情報に対して実施された操作情報を記録する操作実施情報記録部、
をさらに備える請求項2または請求項3に記載の運転支援システム。 - 前記操作実施情報記録部の記録した操作情報に基づいて、前記操作提案情報に対する実施状況を算出する実施状況判定部、
をさらに備え、
前記操作指示情報出力部は、前記実施状況判定部の算出した実施状況に応じて前記操作提案情報を出力する、
請求項4に記載の運転支援システム。 - 前記操作提案情報の出力モードの選択を受け付ける出力モード設定部、
をさらに備え、
前記操作指示情報出力部は、前記出力モード設定部が受け付けた出力モードの設定に基づいて、同じ型式の他のプラントで行った前記介入操作に係る操作提案情報を出力する
請求項2から請求項5の何れか1項に記載の運転支援システム。 - 前記操作提案情報は、前記機器に対する操作の種類および操作量を含む
請求項2から請求項6の何れか1項に記載の運転支援システム。 - 前記操作提案ルール生成部は、前記過去介入履歴情報を統計的手法または機械学習手法のうち少なくとも一方により学習することにより、前記介入操作を行う条件を含むルール情報を生成する、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の運転支援システム。 - 前記操作指示情報出力部は、前記運転状態比較判定部が決定した前記介入操作の実施を指示する制御信号を出力する、
請求項1に記載の運転支援システム。 - プラントで稼働する機器の運転状態の履歴を示す運転履歴情報と、前記機器に対して介入操作を行った履歴を示す操作履歴情報と、に基づいて前記機器の運転状態と前記介入操作とを対応付けた過去介入履歴情報を生成し、当該過去介入履歴情報に基づいて前記介入操作を行う条件を含むルール情報を生成し、
機器の運転状態を示す運転状態情報を取得し、当該運転状態情報と前記ルール情報とに基づいて、前記運転状態情報に対応する前記介入操作を決定し、
前記決定した前記介入操作に係る操作指示情報を出力する、
運転支援方法。 - プラント制御装置のコンピュータを、
プラントで稼働する機器の運転状態の履歴を示す運転履歴情報と、前記機器に対して介入操作を行った履歴を示す操作履歴情報と、に基づいて前記機器の運転状態と前記介入操作とを対応付けた過去介入履歴情報を生成し、当該過去介入履歴情報に基づいて前記介入操作を行う条件を含むルール情報を生成する手段、
機器の運転状態を示す運転状態情報を取得し、当該取得した運転状態情報と前記ルール情報とに基づいて、前記運転状態情報に対応する前記介入操作を決定する手段、
前記決定した前記介入操作に係る操作指示情報を出力する手段、
として機能させるためのプログラム。
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