JP2018092511A - Operational support device, apparatus operation system, control method, and program - Google Patents

Operational support device, apparatus operation system, control method, and program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monitoring device with a simulation function to aid in the monitoring of plants, etc.SOLUTION: An operational support device comprises: a process data collecting part for collecting, for each unit of one or a plurality of apparatuses, process data relating to the operating state of the apparatuses included in the unit; a prediction model constructing part for constructing a prediction model for each unit obtained by learning based on the collected process data the characteristics of the one or a plurality of apparatuses using a neural net or deep learning; and a control part for generating control data to be inputted into the prediction model.SELECTED DRAWING: Figure 12

Description

本発明は、運用支援装置、機器運用システム、運用方法、制御方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to an operation support apparatus, a device operation system, an operation method, a control method, and a program.

従来から物理モデルや統計的手法によるモデルにより監視対象のプラントや機械装置をモデリングして、それらプラント等の監視や診断に用いていた。例えば、特許文献1には、化学プラントにおいて、機器に設けたセンサが検出した正常なデータを収集し、クラスタリング等の手法によって学習モデル(正常モデル)を作成し、プラント運転中にセンサが検出した評価対象データと作成した学習モデルを比較して、プラントの異常予兆を行うシステムについて記載がある。   Conventionally, a plant or a machine to be monitored is modeled by a physical model or a statistical method model, and used for monitoring or diagnosing the plant. For example, in Patent Document 1, normal data detected by sensors provided in equipment in a chemical plant is collected, a learning model (normal model) is created by a technique such as clustering, and the sensors are detected during plant operation. There is a description of a system for predicting plant abnormalities by comparing evaluation target data and created learning models.

特許第5845374号公報Japanese Patent No. 5845374

しかし、例えば特許文献1などに開示された従来用いられる学習モデルは、プラントや機械装置の作動条件、使用環境の変化により精度が悪化することが多い。従って、同様の運転パターンを繰り返すプラント等の監視には適しても、運転パターンが固定されないプラントや機械装置には適さない。   However, for example, a conventionally used learning model disclosed in Patent Document 1 often deteriorates in accuracy due to changes in the operating conditions and usage environment of the plant and mechanical devices. Therefore, although it is suitable for monitoring a plant or the like that repeats the same operation pattern, it is not suitable for a plant or a mechanical device in which the operation pattern is not fixed.

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる運用支援装置、機器運用システム、運用方法、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an operation support apparatus, a device operation system, an operation method, a control method, and a program that can solve the above-described problems.

本発明の第1の態様は、1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集するプロセスデータ収集部と、前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する予測モデル構築部と、前記予測モデルに入力する制御データを生成する制御部と、を備える運用支援装置である。
第1の態様における予測モデル構築部によれば、機器の作動条件、使用環境の変化にも対応できる高精度な予測モデルを構築することができる。また、高精度な予測モデルに対して、任意の制御データを生成して入力することで機器の挙動をシミュレーションすることができるので、機器の運転パターンが変化したときにも実際の機器の挙動を精度良く再現し、再現された結果に応じて機器の運転を行うことができる。
According to a first aspect of the present invention, a process data collection unit that collects process data related to an operation state of a device included in the unit of one or a plurality of devices, and the process data collection unit based on the collected process data. Operation support comprising: a prediction model building unit that builds a prediction model for each unit learned by neural network or deep learning of characteristics of one or a plurality of devices; and a control unit that generates control data to be input to the prediction model Device.
According to the prediction model construction unit in the first aspect, it is possible to construct a highly accurate prediction model that can cope with changes in the operating conditions and usage environment of the device. In addition, since the behavior of the equipment can be simulated by generating and inputting arbitrary control data for a highly accurate prediction model, the behavior of the actual equipment can be changed even when the operation pattern of the equipment changes. It is possible to accurately reproduce and operate the device according to the reproduced result.

本発明の第2の態様における前記予測モデル構築部は、前記1つ又は複数の機器の単位ごとに当該単位に対する入力データと出力データの組み合わせに基づいて前記特性を学習し、その学習の範囲に前記1つ又は複数の機器に対する制御のプロセスを含まずに前記予測モデルを構築する。
なるべく小さな単位、且つ、制御プロセスを含まずにモデルを構築することで、予測モデルを単純化して精度を高め、また構築された予測モデルの利便性を向上することができる。
The prediction model construction unit according to the second aspect of the present invention learns the characteristics for each unit of the one or more devices based on a combination of input data and output data with respect to the unit, and within the range of the learning. The prediction model is constructed without including a control process for the one or more devices.
By constructing a model with as small a unit as possible and including no control process, it is possible to simplify the prediction model to improve accuracy, and to improve the convenience of the constructed prediction model.

本発明の第3の態様における前記制御部は、前記1つ又は複数の機器に対する制御を行う制御装置である。
既存の制御装置に運用支援装置を接続するだけで、予測モデルを用いた機器のシミュレーションが可能になる。
The said control part in the 3rd aspect of this invention is a control apparatus which performs control with respect to the said 1 or several apparatus.
By simply connecting an operation support device to an existing control device, it is possible to simulate a device using a prediction model.

本発明の第4の態様における前記制御部は、前記1つ又は複数の機器に対する制御を行う制御装置を模擬するエミュレータである。
制御装置(実機)が無い場合でも、PC等に制御装置の機能を実装したエミュレータを用いて、比較的安価に機器のシミュレーションを行うことが可能になる。
The control unit according to a fourth aspect of the present invention is an emulator that simulates a control device that controls the one or more devices.
Even in the absence of a control device (actual machine), it is possible to perform device simulation at a relatively low cost by using an emulator in which the function of the control device is mounted on a PC or the like.

本発明の第5の態様における運用支援装置は、前記1つ又は複数の機器の特性を示す所定の物理モデルまたは統計的モデル、をさらに備えていてもよい。
専門家等が作成した高精度で実績のある物理モデルや統計的モデルを利用してもよい。これにより、機器の挙動の予測精度を高めることができる。
The operation support apparatus according to the fifth aspect of the present invention may further include a predetermined physical model or statistical model indicating characteristics of the one or more devices.
A highly accurate and proven physical model or statistical model created by an expert or the like may be used. Thereby, the prediction precision of the behavior of an apparatus can be raised.

本発明の第6の態様における運用支援装置は、前記制御部内部の制御パラメータまたは前記制御部による制御プロセスを最適化する強化学習部、をさらに備えていてもよい。
この構成により、制御装置の制御パラメータや制御プロセスを最適化することができる。
The operation support apparatus according to the sixth aspect of the present invention may further include a reinforcement learning unit that optimizes a control parameter in the control unit or a control process by the control unit.
With this configuration, the control parameters and control process of the control device can be optimized.

本発明の第7の態様における前記制御部は、前記1つ又は複数の機器を制御する制御装置の記憶部から当該制御装置による制御演算によって生成された演算データを取得し、当該演算データを用いて制御データを生成する。
この構成により、より高精度に制御装置の処理を模擬することができる。
The control unit according to a seventh aspect of the present invention acquires calculation data generated by a control calculation by the control device from a storage unit of a control device that controls the one or more devices, and uses the calculation data Control data.
With this configuration, the processing of the control device can be simulated with higher accuracy.

本発明の第8の態様における前記予測モデルは、前記1つ又は複数の機器の特性の一部についての物理モデルまたは統計的モデルを含んでいてもよい。
予測モデルの一部に専門家等が作成した高精度で実績のある物理モデル等を組み込むことで予測モデルの精度を高めることができる。
The prediction model in the eighth aspect of the present invention may include a physical model or a statistical model for a part of the characteristics of the one or more devices.
The accuracy of the prediction model can be increased by incorporating a highly accurate and proven physical model created by an expert or the like into a part of the prediction model.

本発明の第9の態様における予測モデル構築部は、前記1つ又は複数の機器に対する入力データと出力データとの組み合わせを学習データとし、前記予測モデルに対する入力を前記学習データとした場合の当該予測モデルからの出力が、前記学習データと同じ値となるような予測モデルを構築してもよい。   The prediction model construction unit according to the ninth aspect of the present invention uses the combination of input data and output data for the one or more devices as learning data, and the prediction when the input to the prediction model is the learning data A prediction model in which the output from the model has the same value as the learning data may be constructed.

本発明の第10の態様において、前記予測モデルの中間層に前記1つ又は複数の機器の特性の一部についての物理モデルを含む場合、前記1つ又は複数の機器の特性を低次元に圧縮する層に適用した物理モデルと、高次元に復元する層に適用した物理モデルとが逆関数の関係にある。
第9および第10の態様によれば、砂時計型ニューラルネットワークにより予測モデルを構築することができる。
In the tenth aspect of the present invention, when a physical model for a part of the characteristics of the one or more devices is included in an intermediate layer of the prediction model, the characteristics of the one or more devices are compressed to a low dimension. The physical model applied to the layer to be restored and the physical model applied to the layer to be restored to a higher dimension have an inverse function relationship.
According to the ninth and tenth aspects, a prediction model can be constructed by an hourglass neural network.

本発明の第11の態様における前記運用支援装置は、前記予測モデルに基づくプロセスデータの予測値と、前記予測モデルに対応する前記1つ又は複数の機器から取得した実プロセスデータとを比較して実プロセスデータを評価する評価部、をさらに備える。   The operation support apparatus according to the eleventh aspect of the present invention compares a predicted value of process data based on the prediction model with actual process data acquired from the one or more devices corresponding to the prediction model. An evaluation unit that evaluates actual process data is further provided.

本発明の第12の態様における運用支援装置は、1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集するプロセスデータ収集部と、前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する予測モデル構築部と、前記予測モデルに基づくプロセスデータの予測値と、前記機器から取得した実プロセスデータとを比較して実プロセスデータを評価する評価部と、を備える。
第11および第12の態様によれば、運転中の機器の状態を評価することができる。
An operation support apparatus according to a twelfth aspect of the present invention is based on a process data collection unit that collects process data related to an operation state of a device included in a unit of one or a plurality of devices, and the collected process data. A prediction model building unit that builds a prediction model for each unit learned by neural network or deep learning of characteristics of the one or more devices, a predicted value of process data based on the prediction model, and the device An evaluation unit that compares the acquired actual process data with each other and evaluates the actual process data.
According to the eleventh and twelfth aspects, the state of the operating device can be evaluated.

本発明の第13の態様は、上記の何れか1つに記載の運用支援装置と、前記1つ又は複数の機器および当該1つ又は複数の機器の制御装置と、を備える機器運用システムである。   A thirteenth aspect of the present invention is a device operation system comprising the operation support device according to any one of the above, the one or more devices, and a control device for the one or more devices. .

本発明の第14の態様は、上記の何れか1つに記載の運用支援装置を、前記1つ又は複数の機器および当該1つ又は複数の機器の制御装置と併設し、前記1つ又は複数の機器の運用を行う、運用方法である。
第13および第14の態様によれば、監視対象のプラント等の機器群等と運用支援装置とを併設することで、運用支援装置によって監視対象の機器の挙動をシミュレーションしつつ、監視対象の機器の運用を行うことができる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the operation support device according to any one of the above is provided together with the one or more devices and the control device for the one or more devices, and the one or more devices are provided. It is an operation method to operate the equipment.
According to the thirteenth and fourteenth aspects, a device group to be monitored and the operation support device are provided side by side to simulate the behavior of the device to be monitored by the operation support device. Can be operated.

本発明の第15の態様は、運用支援装置が、1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集し、前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築し、前記予測モデルに入力する制御データを生成する、制御方法である。   According to a fifteenth aspect of the present invention, the operation support apparatus collects process data relating to the operating state of the equipment included in the unit in units of one or a plurality of equipment, and based on the collected process data, the 1 It is a control method that constructs a prediction model for each unit in which characteristics of one or a plurality of devices are learned by a neural network or deep learning, and generates control data to be input to the prediction model.

本発明の第16の態様は、運用支援装置のコンピュータを、1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集する手段、前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する手段、前記予測モデルに入力する制御データを生成する手段、として機能させるためのプログラムである。   According to a sixteenth aspect of the present invention, the computer of the operation support apparatus collects process data relating to the operation state of the device included in the unit in units of one or more devices, based on the collected process data. A program for functioning as means for constructing a prediction model for each unit in which characteristics of the one or more devices are learned by neural network or deep learning, and means for generating control data to be input to the prediction model. is there.

本発明によれば、高精度な予測モデルを構築し、その予測モデルを用いたシミュレーションを行いつつ監視を行うことができるので、運転パターンが固定されないプラント等に対しても適切な監視が可能となる。   According to the present invention, since a highly accurate prediction model can be constructed and monitoring can be performed while performing a simulation using the prediction model, it is possible to appropriately monitor a plant or the like whose operation pattern is not fixed. Become.

本発明の第一実施形態における機器運用システムの構成例を示す概略ブロック図である。It is a schematic block diagram which shows the structural example of the apparatus operation system in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the application object of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第1の図である。It is a 1st figure which shows the example of application object of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the example of application object of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第3の図である。It is a 3rd figure which shows the example of application object of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルの構築を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining construction of the prediction model by the operation support device in a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルの構築を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining construction of the prediction model by the operation support device in a first embodiment of the present invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたプロセスデータの評価を説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining evaluation of the process data using the prediction model by the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたプロセスデータの評価を説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining evaluation of the process data using the prediction model by the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of the operation assistance apparatus in 1st embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of the operation assistance apparatus in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する第1の図である。It is a 1st figure explaining the simulation using the prediction model by the operation assistance apparatus in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する第2の図である。It is a 2nd figure explaining the simulation using the prediction model by the operation assistance apparatus in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of the operation assistance apparatus in 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of the operation assistance apparatus in 3rd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態における運用支援装置による強化学習を説明する図である。It is a figure explaining the reinforcement learning by the operation assistance apparatus in 3rd embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of the operation assistance apparatus in 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する図である。It is a figure explaining the simulation using the prediction model by the operation assistance apparatus in 4th embodiment of this invention. 本発明の第四実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。It is a flowchart of operation | movement of the operation assistance apparatus in 4th embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態〜第四実施形態における運用支援装置の適用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application of the operation assistance apparatus in 1st embodiment-4th embodiment of this invention. 本発明の第一実施形態〜第四実施形態における運用支援装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the operation assistance apparatus in 1st embodiment-4th embodiment of this invention.

<第一実施形態>
以下、本発明の第一実施形態による機器運用システムを図1〜図11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機器運用システムの構成例を示す概略ブロック図である。
機器運用システム50は、機器群100の状態の監視、異常検知等を行う。図1(a)に示すように機器運用システム50は、機器群100と運用支援装置10とを含んで構成される。機器群100と運用支援装置10とは、ネットワークを介して接続され、運用支援装置10は、機器群100が備える機器からプロセスデータを取得し、各機器の特性を反映した予測モデルを構築する(学習モード)。また、運用支援装置10は、機器群100が備える機器からプロセスデータを取得し、構築した学習モデルに基づいて機器の状態を評価する(運用モード)。機器群100は、例えばプラントである。以下、機器群100をプラント100と記載することがある。また、本実施形態の運用支援装置10は監視装置である。なお、プロセスデータとは、機器群100を制御する制御装置が出力する制御信号(以下、制御データ)、機器の付近に設けられたセンサによって検出された計測値、あるいは、制御データや計測値に基づく演算値のセットである。
なお、図1(b)に示す機器運用システム50´のように機器群100と運用支援装置10とを直結して、運用支援装置10が、機器群100が備える機器から直接プロセスデータを取得する構成とすることも可能である。
<First embodiment>
Hereinafter, a device operation system according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration example of a device operation system in the first embodiment of the present invention.
The device operation system 50 monitors the state of the device group 100, detects an abnormality, and the like. As illustrated in FIG. 1A, the device operation system 50 includes a device group 100 and an operation support device 10. The device group 100 and the operation support apparatus 10 are connected via a network, and the operation support apparatus 10 acquires process data from the devices included in the device group 100 and constructs a prediction model that reflects the characteristics of each device ( Learning mode). In addition, the operation support apparatus 10 acquires process data from the devices included in the device group 100 and evaluates the state of the devices based on the constructed learning model (operation mode). The device group 100 is a plant, for example. Hereinafter, the device group 100 may be referred to as a plant 100. Further, the operation support apparatus 10 of the present embodiment is a monitoring apparatus. The process data refers to a control signal (hereinafter referred to as control data) output from a control device that controls the device group 100, a measurement value detected by a sensor provided in the vicinity of the device, or control data or a measurement value. A set of operation values based on it.
Note that the device group 100 and the operation support device 10 are directly connected as in the device operation system 50 ′ illustrated in FIG. 1B, and the operation support device 10 acquires process data directly from the devices included in the device group 100. A configuration is also possible.

図2は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。
図2が示すように、運用支援装置10は、プロセスデータ収集部11と、入出力部12と、通信部13と、動作モード管理部14と、記憶部15と、予測モデル構築部16と、評価部17とを備えている。
プロセスデータ収集部11は、1つ又は複数の機器の単位ごとに運転状態に関するプロセスデータを収集する。
入出力部12は、運用支援装置10に対するオペレータによる操作指示情報の入力の受け付けや、評価部17による評価結果情報の出力等を行う。
通信部13は、他装置との通信を行う。例えば、通信部13は、機器群100に設けられた通信装置を介して各機器が出力したプロセスデータを受信する。
記憶部15は、種々のデータを記憶する。例えば、記憶部15は、プロセスデータ収集部11が収集したプロセスデータを記憶する。
予測モデル構築部16は、プロセスデータ収集部11が収集したプロセスデータに基づいて、1つ又は複数の機器が稼働する運転範囲における特性を学習した1つ又は複数の機器ごとの予測モデルを構築する。予測モデルの構築にあたっては、予測モデル構築部16は、ニューラルネットワーク、深層学習の手法を用いる。
評価部17は、予測モデルに基づくプロセスデータの予測値と、機器から取得した実プロセスデータとを比較して実プロセスデータの健全性を評価する。
動作モード管理部14は、運用支援装置10の動作モードを設定する。具体的には、動作モード管理部14は、予測モデルの構築を行う学習モードと機器群100の監視を行う運用モードを切り替えて設定する。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an example of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the operation support apparatus 10 includes a process data collection unit 11, an input / output unit 12, a communication unit 13, an operation mode management unit 14, a storage unit 15, a prediction model construction unit 16, And an evaluation unit 17.
The process data collection unit 11 collects process data relating to the operation state for each unit of one or a plurality of devices.
The input / output unit 12 receives input of operation instruction information from the operator to the operation support apparatus 10 and outputs evaluation result information by the evaluation unit 17.
The communication unit 13 communicates with other devices. For example, the communication unit 13 receives process data output by each device via a communication device provided in the device group 100.
The storage unit 15 stores various data. For example, the storage unit 15 stores the process data collected by the process data collection unit 11.
Based on the process data collected by the process data collection unit 11, the prediction model construction unit 16 constructs a prediction model for each one or a plurality of devices that has learned characteristics in an operation range in which one or a plurality of devices operate. . In constructing the prediction model, the prediction model construction unit 16 uses a neural network and a deep learning technique.
The evaluation unit 17 compares the predicted value of the process data based on the prediction model with the actual process data acquired from the device, and evaluates the soundness of the actual process data.
The operation mode management unit 14 sets the operation mode of the operation support apparatus 10. Specifically, the operation mode management unit 14 switches and sets a learning mode for constructing a prediction model and an operation mode for monitoring the device group 100.

図3は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象を示す模式図である。
図3に機器群100における制御装置20と、その制御対象である機器1〜3の模式図を示す。制御装置20は、制御データを出力する。機器1は、制御データまたはその制御データに基づいて制御された入力すべき物質(機器間を流れる燃料、媒体、電流など)を入力して機器1の処理、動作を行う。機器2は機器1の処理、動作によって生じた物質を入力して機器2の処理、動作を行う。機器3は機器2の処理、動作によって生じた物質を入力して機器3の処理、動作を行う。また、制御装置20は、機器3の処理、動作により生成されたプロセスデータを入力して、フィードバック制御等により、次の制御データを生成し、機器1側へ出力する。なお、図3に示す構成は一例であって、これに限定されない。例えば、制御装置20がさらに機器2、3に対し制御データを出力する構成であってもよいし、機器1〜3が制御装置20に対して並列する構成であってもよい。また、機器の数も3に限定されない。これは、以下の図で例示するプラントの模式図においても同様である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an application target of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram of the control device 20 in the device group 100 and the devices 1 to 3 that are the control targets. The control device 20 outputs control data. The device 1 inputs control data or a substance to be input (fuel, medium, current, etc. flowing between the devices) controlled based on the control data, and performs processing and operation of the device 1. The device 2 performs processing and operation of the device 2 by inputting a substance generated by the processing and operation of the device 1. The device 3 performs processing and operation of the device 3 by inputting a substance generated by the processing and operation of the device 2. Further, the control device 20 receives process data generated by the processing and operation of the device 3, generates next control data by feedback control or the like, and outputs it to the device 1 side. The configuration illustrated in FIG. 3 is an example, and the present invention is not limited to this. For example, the control device 20 may further output control data to the devices 2 and 3, or the devices 1 to 3 may be parallel to the control device 20. Also, the number of devices is not limited to three. The same applies to the schematic diagram of the plant illustrated in the following figures.

図4は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第1の図である。
図4にガスタービンプラント100Aの模式図を示す。制御装置20は、圧縮機31Dに流入する空気の流量や、燃料流量調整弁31A〜31Cの開度調整による燃焼器31Eへの燃料ガスの供給量等を制御して、タービン31Fを回転駆動し、発電機31Gを稼働させる。ガスタービンプラント100Aを図3の模式図に当てはめると、例えば、燃焼器31Eは機器1であり、タービン31Fは機器2であり、発電機31Gは機器3である。制御装置20は、発電機31Gの出力値を取得して燃料流量調整弁31A等の開度調整を行う。
FIG. 4 is a first diagram illustrating an application target example of the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a schematic diagram of the gas turbine plant 100A. The control device 20 controls the flow rate of air flowing into the compressor 31D, the amount of fuel gas supplied to the combustor 31E by adjusting the opening of the fuel flow rate adjusting valves 31A to 31C, and the like, and rotationally drives the turbine 31F. Then, the generator 31G is operated. When the gas turbine plant 100A is applied to the schematic diagram of FIG. 3, for example, the combustor 31E is the device 1, the turbine 31F is the device 2, and the generator 31G is the device 3. The control device 20 acquires the output value of the generator 31G and adjusts the opening of the fuel flow rate adjustment valve 31A and the like.

図5は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第2の図である。
図5に蒸気タービンプラント100Bの模式図を示す。蒸気タービンプラント100Bは、高圧蒸気供給弁32A、中圧蒸気供給弁32B、高圧蒸気タービン32C、中圧蒸気タービン32D、低圧蒸気タービン32E、発電機32F、復水器32G、低圧給水加熱器32H、脱気器32I、給水ポンプ32J、高圧給水加熱器32K、ボイラ32L、制御装置20などを含む。蒸気タービンプラント100Bの場合も、例えば、高圧蒸気タービン32C、中圧蒸気タービン32D、低圧蒸気タービン32E、発電機32F、復水器32G、低圧給水加熱器32H、脱気器32I、高圧給水加熱器32Kなどを、図3に示す機器1〜3に当てはめることができる。なお、後述するように本実施形態では、図3に示す機器1〜3の各々について各機器の特性を学習した予測モデルを構築するが、1つの予測モデルの対象は1つの機器に限定しない。図5において、例えば復水器32Gと低圧給水加熱器32Hとを一まとまりとして、機器1として扱って予測モデルの構築を行ってもよい。
FIG. 5 is a second diagram showing an application target example of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 shows a schematic diagram of the steam turbine plant 100B. The steam turbine plant 100B includes a high pressure steam supply valve 32A, an intermediate pressure steam supply valve 32B, a high pressure steam turbine 32C, an intermediate pressure steam turbine 32D, a low pressure steam turbine 32E, a generator 32F, a condenser 32G, a low pressure feed water heater 32H, It includes a deaerator 32I, a feed water pump 32J, a high pressure feed water heater 32K, a boiler 32L, the control device 20, and the like. Also in the case of the steam turbine plant 100B, for example, the high pressure steam turbine 32C, the intermediate pressure steam turbine 32D, the low pressure steam turbine 32E, the generator 32F, the condenser 32G, the low pressure feed water heater 32H, the deaerator 32I, and the high pressure feed water heater. 32K or the like can be applied to the devices 1 to 3 shown in FIG. As will be described later, in the present embodiment, a prediction model in which the characteristics of each device are learned for each of the devices 1 to 3 shown in FIG. 3 is constructed, but the target of one prediction model is not limited to one device. In FIG. 5, for example, the condenser 32G and the low-pressure feed water heater 32H may be grouped and handled as the device 1 to construct the prediction model.

図6は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の適用対象例を示す第3の図である。
図4、図5にて運用支援装置10の適用対象としてプラントを例として挙げた。しかし、運用支援装置10の適用対象はプラントに限らず、複数の機器を含んだ1つの機械装置とすることも可能である。機械装置の例として、図6にエンジンの概念図を示す。機器群100Cは、吸排気系統33A、燃料系統33B、潤滑系統33C、冷却系統33Dを含むエンジンである。機器群100C(エンジン)の場合も、例えば、吸排気系統33A、燃料系統33B、潤滑系統33C、冷却系統33Dなどを、図3に示す機器1〜3に当てはめることができる。
FIG. 6 is a third diagram showing an application target example of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
In FIGS. 4 and 5, the plant is exemplified as an application target of the operation support apparatus 10. However, the application target of the operation support apparatus 10 is not limited to a plant, and may be a single machine apparatus including a plurality of devices. As an example of the mechanical device, FIG. 6 shows a conceptual diagram of the engine. The device group 100C is an engine including an intake / exhaust system 33A, a fuel system 33B, a lubrication system 33C, and a cooling system 33D. In the case of the device group 100C (engine), for example, the intake / exhaust system 33A, the fuel system 33B, the lubrication system 33C, the cooling system 33D, and the like can be applied to the devices 1 to 3 shown in FIG.

図7は、本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルの構築を説明する第1の図である。
図7に示すように運転中のプラント100において、運用支援装置10は、機器1に対する入力データおよび出力データを取得し、機器1の特性を示す学習モデルである予測モデル161を構築する。同様に、運用支援装置10は、機器2の入出力データを取得して機器2の特性を示す予測モデル162を、機器3の入出力データを取得して機器3の特性を示す予測モデル163を構築する。より具体的には、プロセスデータ収集部11が機器1に対する入力データおよび出力データを取得し、記憶部15に格納する。また、予測モデル構築部16が記憶部15に格納された入出力データに基づいて、機械学習(ニューラルネットワーク、深層学習)の手法を用いて予測モデル161を構築する。予測モデル162、163についても同様である。
FIG. 7 is a first diagram illustrating the construction of a prediction model by the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, in the operating plant 100, the operation support apparatus 10 acquires input data and output data for the device 1, and constructs a prediction model 161 that is a learning model indicating the characteristics of the device 1. Similarly, the operation support apparatus 10 acquires the input / output data of the device 2 and obtains a prediction model 162 that indicates the characteristics of the device 2. The operation support apparatus 10 acquires the input and output data of the device 3 and indicates the prediction model 163 that indicates the characteristics of the device 3. To construct. More specifically, the process data collection unit 11 acquires input data and output data for the device 1 and stores them in the storage unit 15. Further, the prediction model construction unit 16 constructs a prediction model 161 based on the input / output data stored in the storage unit 15 by using a machine learning (neural network, deep learning) technique. The same applies to the prediction models 162 and 163.

次に予測モデル構築部16による予測モデルの構築について説明する。従来から、プラントが備える機器等に物理モデルや統計的手法によって構築したモデルを適用して、監視や異常予兆等に役立てることは行われている。しかしこれらの手法によって構築したモデルは、ある範囲については機器の正確な挙動を模擬することができても、作動条件や使用環境がその範囲を外れると、実際の機器の挙動との乖離が大きくなることが一般的である。すると、想定外の事象が発生した場合などには、当該モデルを用いた監視や異常予兆の精度が悪化する。また、プラントの挙動を精度良くモデル化するには、通常、複雑な解析やチューニング等が必要とされていた。本実施形態では、予測モデル構築部16が、プラント100の運転中に収集された機器1等の時系列の入出力データを用いて、ニューラルネットワーク等を学習手法として、機器1等の特性を学習する。これにより、プラント100の各機器1〜3の時系列の入出力データを与えるだけで、プロセスデータ間の相関、応答遅れ、動特性を反映した予測モデルを構築することができる。予測モデル構築部16が用いる学習手法には、例えば、AANN(Auto Associative Neural Network:砂時計型ニューラルネットワーク)、RNN(Recurrent Neural Network)、RNNの拡張モデルであるLSTM(Long short-term memory)、同等の性能を有するGRU(Gated Recurrent Unit)等の深層学習手法等である。これらの学習手法によって予測モデルを構築することで、より広い範囲での作動条件や使用環境に適応できる予測モデルを構築できることが分かっている。   Next, the construction of the prediction model by the prediction model construction unit 16 will be described. Conventionally, a model constructed by a physical model or a statistical method is applied to equipment or the like provided in a plant to be useful for monitoring, an abnormality sign, or the like. However, models constructed using these methods can simulate the exact behavior of a device within a certain range, but if the operating conditions and usage environment deviate from that range, there will be a large discrepancy from the actual behavior of the device. It is common to become. Then, when an unexpected event occurs, the accuracy of monitoring using the model and the abnormality sign deteriorates. In addition, in order to accurately model the behavior of the plant, complicated analysis and tuning are usually required. In the present embodiment, the prediction model construction unit 16 learns the characteristics of the equipment 1 and the like using a neural network or the like as a learning method using time-series input / output data of the equipment 1 and the like collected during operation of the plant 100. To do. Thereby, the prediction model reflecting the correlation between the process data, the response delay, and the dynamic characteristics can be constructed only by giving the time-series input / output data of the devices 1 to 3 of the plant 100. Learning methods used by the prediction model construction unit 16 include, for example, AANN (Auto Associative Neural Network), RNN (Recurrent Neural Network), LSTM (Long short-term memory), which is an extended model of RNN, and the like. A deep learning method such as a GRU (Gated Recurrent Unit) having the above performance. It has been found that by building a prediction model using these learning methods, a prediction model that can be adapted to a wider range of operating conditions and usage environments can be constructed.

また、予測モデル構築部16は、1つ又は複数の機器を単位として(複数機器のまとまりをコンポーネントと記載する)、その機器又はコンポーネントへの入力データと出力データを学習データとして予測モデルを学習する。例えば、予測モデル構築部16は、図5における低圧給水加熱器32H単体を対象として、記憶部15に格納された低圧給水加熱器32Hの入力および出力の時系列データを学習し、低圧給水加熱器32Hの予測モデルを構築してもよい。また、予測モデル構築部16は、図5の復水器32G、低圧給水加熱器32H、脱気器32Iの3つの機器をまとめた1つのコンポーネントを対象として、復水器32Gの入力および脱気器32Iの出力の時系列データを学習し、このコンポーネントの予測モデルを構築してもよい。   Further, the prediction model construction unit 16 learns a prediction model by using one or a plurality of devices as a unit (a group of a plurality of devices is described as a component), and using input data and output data to that device or component as learning data. . For example, the prediction model construction unit 16 learns input and output time series data of the low-pressure feed water heater 32H stored in the storage unit 15 for the low-pressure feed water heater 32H alone in FIG. A 32H prediction model may be constructed. In addition, the prediction model construction unit 16 inputs and degass the condenser 32G for one component in which the three devices of the condenser 32G, the low pressure feed water heater 32H, and the deaerator 32I in FIG. 5 are combined. The time series data of the output of the device 32I may be learned to construct a prediction model for this component.

モデル化する対象機器の範囲が広がると異常発生時における発生箇所の特定が難しくなる為、モデル化する対象機器の範囲はなるべく小さな単位(例えば1つの機器)とすることが好ましい。
また、制御装置とは独立した制御される機器だけを対象としてモデル化する。これは、モデル内部に制御プロセスを含めるとモデルが複雑化するためである。また、制御装置の動作についてはメーカが熟知しておりモデル化する必要がない。従って、本実施形態では、制御装置による制御プロセスを除いた範囲を対象としてモデル構築を行う。例えば、図5にて、高圧蒸気タービン32Cの出力(温度など)に応じて高圧蒸気供給弁32Aの開度調整を行う場合、高圧蒸気供給弁32A、高圧蒸気タービン32Cを一つのコンポーネントとすると、高圧蒸気供給弁32Aの開度調整の制御プロセスを内部に含むことになるので、この範囲を単位とするモデル構築は行わない。
If the range of the target device to be modeled is widened, it is difficult to specify the location of occurrence when an abnormality occurs. Therefore, the range of the target device to be modeled is preferably as small as possible (for example, one device).
In addition, only the device to be controlled independent of the control device is modeled. This is because the model becomes complicated if a control process is included in the model. The operation of the control device is well known by the manufacturer and does not need to be modeled. Therefore, in this embodiment, model construction is performed for the range excluding the control process by the control device. For example, in FIG. 5, when adjusting the opening of the high-pressure steam supply valve 32A according to the output (temperature, etc.) of the high-pressure steam turbine 32C, the high-pressure steam supply valve 32A and the high-pressure steam turbine 32C are one component. Since the control process for adjusting the opening degree of the high-pressure steam supply valve 32A is included inside, no model is constructed in units of this range.

次に学習手法の一例について説明する。
図8は、本発明の第一実施形態における運用支援装置による学習モデルの構築を説明する第2の図である。
図8は、AANNによる学習モデルの構成図である。入力層L1から中間層L3のデータの流れは、モデル化する対象の特徴が低次元へ次元圧縮される過程を示し、中間層L3から出力層L5のデータの流れは、データが高次元へ復元される過程を示す。予測モデル構築部16は、図4における燃焼器31Eについての予測モデルを構築する場合、例えば、メイン系統の燃料流量と、パイロット系統の燃料流量と、トップハット系統の燃料流量、圧縮機31Dから流入する空気流量(以上入力データ4個)、タービン31Fの入口温度(出力データ1個)を学習データとして入力層L1に入力する。そして、予測モデル構築部16は、入力層L1から入力した学習データと出力層L5から出力される出力データの誤差が小さくなる(0になる)ように各ネットワークの結合係数を学習する。結合係数の学習には誤差逆伝播法等の手法を用いる。学習が完了すると、予測モデル161の出力層L5からは入力層L1に入力した学習データと同じ値を有する1まとまりのデータが出力される。
Next, an example of the learning method will be described.
FIG. 8 is a second diagram for explaining the construction of the learning model by the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of a learning model by AANN. The data flow from the input layer L1 to the intermediate layer L3 indicates a process in which the feature to be modeled is dimensionally compressed to a low dimension, and the data flow from the intermediate layer L3 to the output layer L5 is restored to a high dimension. Shows the process. When the prediction model construction unit 16 constructs a prediction model for the combustor 31E in FIG. 4, for example, the fuel flow rate of the main system, the fuel flow rate of the pilot system, the fuel flow rate of the top hat system, and the inflow from the compressor 31D The air flow rate (four pieces of input data) and the inlet temperature of the turbine 31F (one piece of output data) are input to the input layer L1 as learning data. Then, the prediction model construction unit 16 learns the coupling coefficient of each network so that the error between the learning data input from the input layer L1 and the output data output from the output layer L5 becomes small (becomes 0). A method such as a back propagation method is used for learning the coupling coefficient. When the learning is completed, one set of data having the same value as the learning data input to the input layer L1 is output from the output layer L5 of the prediction model 161.

また、この予測モデル161は、機器1の特性を次元圧縮して学習するので、外れ値を含んだ入力データのセットを入力しても、その外れ値の影響をあまり受けることなく出力層L5から出力データを出力するように構成される。例えば、学習データ(10、10、10、10)を入力し、同じく(10、10、10、10)を出力するように構成された予測モデル161は、学習データ(20、10、10、10)を入力した場合、外れ値「20」の影響を低減して、例えば(11、10、10、10)を出力する。このとき入力層L1に入力する学習データと出力層L5から出力されるデータには乖離が生じる。乖離が生じた場合は何らかの異常が生じたと判定できる。後述するように、評価部17は、この性質を利用して、プラント100の機器の入出力データの組を予測モデル161の入力層L1に入力したときの出力層L5からの出力データのセットと、入力データのセットとを比較することによって機器1に異常が生じていないかどうかを判定する。   Further, since the prediction model 161 learns the characteristics of the device 1 by dimensional compression, even if a set of input data including an outlier is input, the prediction model 161 is not affected by the outlier so that the output model L5 is not affected. It is configured to output output data. For example, the prediction model 161 configured to input learning data (10, 10, 10, 10) and output (10, 10, 10, 10) is the learning data (20, 10, 10, 10). ) Is input, the influence of the outlier “20” is reduced and, for example, (11, 10, 10, 10) is output. At this time, a difference occurs between the learning data input to the input layer L1 and the data output from the output layer L5. When the divergence occurs, it can be determined that some abnormality has occurred. As will be described later, the evaluation unit 17 uses this property to set the output data from the output layer L5 when the input / output data set of the equipment of the plant 100 is input to the input layer L1 of the prediction model 161. Then, it is determined whether or not an abnormality has occurred in the device 1 by comparing with the set of input data.

また、図中、破線で囲んだ中間層L2のノード群L2Aは、物理モデルや統計的モデルである。この物理モデル等は、専門家等が、対象機器の物理的・機械的特性に基づいて作成したモデルである。機器1の特性の一部について予め分かっている適切な(実績のある)物理モデルが存在する場合、その物理モデルを予測モデル161の中間層の一部に組み込むことが可能である。また、中間層L4のノード群L4Aは、ノード群L2Aに対応するノード群である。対応するとは、例えば、中間層L2に適用した物理モデルが関数y=f(x)で表される場合、中間層L4に適用する物理モデルは逆関数x=f−1(y)で表すことができることをいう。 In the figure, the node group L2A of the intermediate layer L2 surrounded by a broken line is a physical model or a statistical model. This physical model or the like is a model created by an expert or the like based on the physical and mechanical characteristics of the target device. When there is an appropriate (proven) physical model that is known in advance for some of the characteristics of the device 1, the physical model can be incorporated into a part of the intermediate layer of the prediction model 161. Further, the node group L4A of the intermediate layer L4 is a node group corresponding to the node group L2A. For example, when the physical model applied to the intermediate layer L2 is represented by the function y = f (x), the physical model applied to the intermediate layer L4 is represented by the inverse function x = f −1 (y). It means that you can.

なお、入力層L1に与える1セットの学習データに含まれるのは、制御装置20が出力した制御データの値、当該機器の入力側や出力側で計測された計測値、あるいは、それらに基づく演算値(体積流量から演算された質量流量など)である。   The set of learning data given to the input layer L1 includes the value of the control data output by the control device 20, the measured value measured on the input side or the output side of the device, or the calculation based on them. Value (mass flow calculated from volume flow).

また、図8ではAANNによる予測モデルの構築を説明したが、例えば、RNNやLSTMの場合、例えば機器1に対する入力データ(例えば、制御データの値)を入力層へ与え、出力層から機器1の出力データ(例えば、機器1の下流側での計測値など)と同じ値のデータが出力されるように学習する。この場合の学習にも誤差逆伝播法を使用することができる。   8 explains the construction of the prediction model by AANN. For example, in the case of RNN or LSTM, for example, input data (for example, the value of control data) for the device 1 is given to the input layer, and the device 1 Learning is performed so that data having the same value as output data (for example, a measured value on the downstream side of the device 1) is output. The error back-propagation method can also be used for learning in this case.

図9は、本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたプロセスデータの評価を説明する第1の図である。
図9に示すように運転中のプラント100において、運用支援装置10は、機器1に対する入力データおよび出力データを取得し、それらの値が健全かどうかを評価する。具体的には評価部17が予測モデル161を用いて評価を行う。例えば、予測モデル161が図8で例示したAANNによるモデルの場合、評価部17が、機器1の入力データと出力データとをセットにした評価データ(例えば、上記の例では3系統の燃料流量、空気流入量、タービン入口温度)を予測モデル161の入力層L1に入力し、出力層L5から出力される予測データと比較する。評価部17は、例えば、両者の差が閾値以上であれば機器1の状態が異常であると評価する。あるいは、予測モデル161が、例えばRNNによって構築されたモデルの場合、評価部17が、機器1の入力データを予測モデル161の入力層に入力し、予測モデル161の出力層が出力する予測データと機器1の出力データ(実測値)とを比較し、両者の差が閾値以上であれば機器1の状態が異常であると評価する。
FIG. 9 is a first diagram illustrating process data evaluation using a prediction model by the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 9, in the operating plant 100, the operation support apparatus 10 acquires input data and output data for the device 1 and evaluates whether these values are healthy. Specifically, the evaluation unit 17 performs evaluation using the prediction model 161. For example, when the prediction model 161 is the model by AANN illustrated in FIG. 8, the evaluation unit 17 sets the evaluation data (for example, three systems of fuel flow rates in the above example, The air inflow amount and the turbine inlet temperature) are input to the input layer L1 of the prediction model 161 and compared with the prediction data output from the output layer L5. For example, the evaluation unit 17 evaluates that the state of the device 1 is abnormal if the difference between the two is equal to or greater than a threshold value. Alternatively, when the prediction model 161 is a model constructed by RNN, for example, the evaluation unit 17 inputs the input data of the device 1 to the input layer of the prediction model 161, and the prediction data output from the output layer of the prediction model 161 The output data (actually measured value) of the device 1 is compared, and if the difference between the two is equal to or greater than the threshold value, it is evaluated that the state of the device 1 is abnormal.

なお、評価部17は、予測データの値と実測値との偏差を閾値によって判定する他、偏差の累積和を所定の閾値と比較して偏差の累積和が閾値以上であれば異常であると評価してもよい。また、評価部17は、逐次確率比検定やChangeFinder等の統計的手法によって、例えば、過去の偏差の履歴と比べて、偏差の変化が大きいときの予測データを異常として評価してもよい。図10に異常の評価方法の一例を示す。
図10は、本発明の第一実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたプロセスデータの評価を説明する第2の図である。
図10の縦軸は予測データと実プロセスデータとの偏差の積算値を示し、横軸は計測時刻を示す。計測データの量が増える(時間が経過する)につれて誤差は累積される。図10には、その誤差積算値の上限値(Un)、下限値(Ln)が図示されている。評価部17は、例えば、予測データと実プロセスデータとの偏差(Sn)が上限値以上であれば異常、下限値以下であれば正常と判定する。
The evaluation unit 17 determines that the deviation between the value of the prediction data and the actual measurement value is a threshold value, and compares the cumulative sum of deviations with a predetermined threshold value, and is abnormal if the cumulative sum of deviations is equal to or greater than the threshold value. You may evaluate. Further, the evaluation unit 17 may evaluate, for example, the prediction data when the deviation change is larger than that of the past deviation history by using a statistical method such as a sequential probability ratio test or ChangeFinder. FIG. 10 shows an example of an abnormality evaluation method.
FIG. 10 is a second diagram illustrating process data evaluation using a prediction model by the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The vertical axis in FIG. 10 indicates the integrated value of the deviation between the predicted data and the actual process data, and the horizontal axis indicates the measurement time. Errors are accumulated as the amount of measurement data increases (time elapses). FIG. 10 shows an upper limit value (Un) and a lower limit value (Ln) of the error integrated value. For example, the evaluation unit 17 determines that the deviation (Sn) between the predicted data and the actual process data is equal to or higher than the upper limit value, and is normal when the deviation is equal to or lower than the lower limit value.

このように本実施形態の運用支援装置10は、プラント100が備える機器またはコンポーネントからプロセスデータを取得して、個々の機器またはコンポーネントごとに対応する予測モデルを構築する(学習モード)。そして、運用支援装置10は、プラント100が備える機器またはコンポーネントからプロセスデータを取得して、取得したプロセスデータを構築した予測モデルに基づいて評価する(運用モード)。次に運用支援装置10の動作全体について図11を用いて説明する。   As described above, the operation support apparatus 10 according to the present embodiment acquires process data from the devices or components included in the plant 100 and constructs a prediction model corresponding to each individual device or component (learning mode). And the operation support apparatus 10 acquires process data from the apparatus or component with which the plant 100 is equipped, and evaluates based on the prediction model which constructed | assembled the acquired process data (operation mode). Next, the overall operation of the operation support apparatus 10 will be described with reference to FIG.

図11は、本発明の第一実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。
なお、以下の説明において機器1の予測モデル161を構築し、予測モデル161に基づいてプロセスデータの評価を行う場合を例に説明を行う。
まず、プロセスデータ収集部11が運転中のプラント100から機器1のプロセスデータを取得する(ステップS11)。具体的には、プロセスデータ収集部11が機器1の入力データと出力データとを取得する。プロセスデータ収集部11は、取得したプロセスデータを取得時刻と対応付けて記憶部15に格納する(ステップS12)。次に動作モード管理部14が、運用支援装置10の動作モードが「学習モード」か否かを判定する(ステップS13)。例えば、オペレータの操作により、記憶部15には現在の動作モードが記録されており、動作モード管理部14は、この記録に基づいて「学習モード」か「運用モード」かを判定する。学習モードの場合(ステップS13;Yes)、予測モデル構築部16が、予測モデル161を構築する(ステップS14)。具体的には、予測モデル構築部16が、記憶部15に格納された時系列の入出力のプロセスデータを学習データとして、ニューラルネットワークや深層学習の手法を用いてモデル構築を行う。これらの手法を用いることで、プラントや機械装置のダイナミクス、非線形性を反映した精度の高い予測モデル161の構築が可能になる。予測モデル構築部16は、構築した予測モデル161を記憶部15に記録する。次に動作モード管理部14が運用支援装置10の動作を終了する否かを判定する(ステップS17)。例えば、オペレータが終了指示操作を行うと、入出力部12がその指示操作を受け付けて動作モード管理部14に出力する。動作モード管理部14は、この指示操作の有無に基づいて運用支援装置10を終了するか否かを判定する。終了する場合(ステップS17;Yes)、フローチャートを終了する。動作を継続する場合(ステップS17;No)、ステップS11からの処理を繰り返す。
FIG. 11 is a flowchart of the operation of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
In the following description, the case where the prediction model 161 of the device 1 is constructed and the process data is evaluated based on the prediction model 161 will be described as an example.
First, the process data collection unit 11 acquires process data of the device 1 from the operating plant 100 (step S11). Specifically, the process data collection unit 11 acquires input data and output data of the device 1. The process data collection unit 11 stores the acquired process data in the storage unit 15 in association with the acquisition time (step S12). Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not the operation mode of the operation support apparatus 10 is the “learning mode” (step S13). For example, the current operation mode is recorded in the storage unit 15 by the operation of the operator, and the operation mode management unit 14 determines whether it is “learning mode” or “operation mode” based on this recording. In the learning mode (step S13; Yes), the prediction model construction unit 16 constructs a prediction model 161 (step S14). Specifically, the prediction model construction unit 16 constructs a model using a neural network or a deep learning method using the time-series input / output process data stored in the storage unit 15 as learning data. By using these methods, it is possible to construct a highly accurate prediction model 161 reflecting the dynamics and non-linearity of the plant and the mechanical device. The prediction model construction unit 16 records the constructed prediction model 161 in the storage unit 15. Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not to end the operation of the operation support apparatus 10 (step S17). For example, when the operator performs an end instruction operation, the input / output unit 12 receives the instruction operation and outputs it to the operation mode management unit 14. The operation mode management unit 14 determines whether to end the operation support apparatus 10 based on the presence / absence of the instruction operation. When the process ends (step S17; Yes), the flowchart ends. When the operation is continued (step S17; No), the processing from step S11 is repeated.

一方、ステップS13での判定結果が運用モードの場合(ステップS13;No)、評価部17が、記憶部15に記録された予測モデル161にプロセスデータを入力する。予測モデル161は予測データを算出する(ステップS15)。評価部17は、予測モデル161による予測結果(予測データ)を取得する。評価部17は、予測データとプロセスデータ(評価データ)とを比較してプロセスデータの評価を実施する(ステップS16)。例えば、評価部17は、予測データとプロセスデータの差が閾値以上であれば、評価データは異常であると評価する。入出力部12は、評価部17による評価結果を例えば、ディスプレイに出力し表示させる。次に動作モード管理部14が運用支援装置10の動作の終了判定を行って、終了しない場合、ステップS11からの処理を繰り返す。   On the other hand, when the determination result in step S13 is the operation mode (step S13; No), the evaluation unit 17 inputs process data to the prediction model 161 recorded in the storage unit 15. The prediction model 161 calculates prediction data (step S15). The evaluation unit 17 acquires a prediction result (prediction data) based on the prediction model 161. The evaluation unit 17 compares the predicted data with the process data (evaluation data) and evaluates the process data (step S16). For example, the evaluation unit 17 evaluates that the evaluation data is abnormal if the difference between the prediction data and the process data is greater than or equal to a threshold value. The input / output unit 12 outputs and displays the evaluation result by the evaluation unit 17 on a display, for example. Next, when the operation mode management unit 14 determines whether the operation of the operation support apparatus 10 is finished and does not finish, the processing from step S11 is repeated.

本実施形態によれば、プロセスデータ間の相関、応答遅れや動特性などの機器のダイナミクス、非線形性を反映した高精度な予測モデルを構築することができる。また、機器の作動条件、使用環境の変化にも対応できる高精度な予測モデルを構築することができる。これにより、プラントや機械装置のプロセスの状態推定精度が向上でき、より適切な監視が可能となる。   According to the present embodiment, it is possible to construct a highly accurate prediction model that reflects correlation between process data, device dynamics such as response delay and dynamic characteristics, and nonlinearity. In addition, it is possible to construct a highly accurate prediction model that can cope with changes in the operating conditions of the equipment and the usage environment. Thereby, the process state estimation accuracy of a plant or a mechanical device can be improved, and more appropriate monitoring can be performed.

<第二実施形態>
以下、本発明の第二実施形態による機器運用システムについて図12〜図15を参照して説明する。
第二実施形態に係る運用支援装置10Aは、プラント100の挙動を模擬するシミュレーション機能を有している。運用支援装置10Aを用いると、プラント100の挙動をシミュレーションしながらプランンと100の運用・監視を行うことができる。第二実施形態の運用支援装置10Aは、いわばシミュレーション機能付きの監視装置である。
<Second embodiment>
Hereinafter, a device operation system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The operation support apparatus 10 </ b> A according to the second embodiment has a simulation function for simulating the behavior of the plant 100. When the operation support apparatus 10A is used, it is possible to operate and monitor the plan 100 while simulating the behavior of the plant 100. The operation support apparatus 10A of the second embodiment is a monitoring apparatus with a simulation function.

図12は、本発明の第二実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、第一実施形態に係る運用支援装置10を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように運用支援装置10Aは、プロセスデータ収集部11と、入出力部12と、通信部13と、動作モード管理部14と、記憶部15と、予測モデル構築部16と、評価部17と、制御模擬部18と、を備えている。
制御模擬部18は、予測モデル構築部16が構築した予測モデル161等に入力する模擬制御データを生成して予測モデル161等に入力する。また、その入力に対して予測モデル161等が出力する模擬プロセスデータを取得し、新たな模擬制御データを生成する。このようにして制御模擬部18は、プラント100の挙動を模擬する。
FIG. 12 is a functional block diagram showing an example of the operation support apparatus in the second embodiment of the present invention.
Of the configurations according to the second embodiment of the present invention, the same components as those constituting the operation support apparatus 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As illustrated, the operation support apparatus 10A includes a process data collection unit 11, an input / output unit 12, a communication unit 13, an operation mode management unit 14, a storage unit 15, a prediction model construction unit 16, and an evaluation unit 17. And a control simulation unit 18.
The control simulation unit 18 generates simulation control data to be input to the prediction model 161 and the like constructed by the prediction model construction unit 16 and inputs the simulation control data to the prediction model 161 and the like. Moreover, the simulation process data which the prediction model 161 grade | etc., Outputs with respect to the input is acquired, and new simulation control data is produced | generated. In this way, the control simulation unit 18 simulates the behavior of the plant 100.

図13は、本発明の第二実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する第1の図である。
図13に示すように運用支援装置10Aは、プラント100(制御装置20)に対するデマンドやプラント100の作動条件、使用環境を取得する。そして、運用支援装置10Aは、プラント100の挙動をシミュレーションする。なお、図中、予測モデル161、162、163は、第一実施形態と同様にして構築された予測モデルであり、記憶部15に格納されている。また、図示するように複数の予測モデル161〜163は、機器1〜3の構成に基づき、制御模擬部18によって、制御模擬部18及びそれぞれの予測モデル161〜163の間で入出力が接続される。
FIG. 13 is a first diagram illustrating a simulation using a prediction model by the operation support apparatus according to the second embodiment of the present invention.
As illustrated in FIG. 13, the operation support apparatus 10A acquires a demand for the plant 100 (the control apparatus 20), an operation condition of the plant 100, and a use environment. Then, the operation support apparatus 10A simulates the behavior of the plant 100. In the figure, prediction models 161, 162, and 163 are prediction models constructed in the same manner as in the first embodiment, and are stored in the storage unit 15. Also, as shown in the drawing, the plurality of prediction models 161 to 163 are connected to the input / output between the control simulation unit 18 and the respective prediction models 161 to 163 by the control simulation unit 18 based on the configuration of the devices 1 to 3. The

運用支援装置10Aの制御模擬部18は、制御装置20と同様の制御を行うエミュレータとしての機能を有する。また、制御模擬部18は、制御装置20と予測モデル161と予測モデル162と予測モデル163の間のプロセスデータの流れを模擬する。
つまり、運用支援装置10Aは、プラント100に対するデマンド等(例えば、発電プラントであれば発電すべき電力)の作動条件を取得すると、制御模擬部18が、デマンドに応じた模擬制御データを生成し、機器1をモデル化した予測モデル161へ出力する。予測モデル161は、入力した模擬制御データに応じた機器1の出力値を予測し、予測データを出力する。制御模擬部18は、この予測データを取得し、予測モデル162に出力する。予測モデル162は、この予測データを取得し機器2の出力値を予測し、予測データを出力する。同様に制御模擬部18は、予測モデル162が出力した予測データを予測モデル163に出力する。予測モデル163は、この予測データに基づく機器3の出力値を予測し、予測データを出力する。制御模擬部18は、予測モデル163の出力した予測データを取得し、フィードバック制御等を行って次の模擬制御データを生成する。
The control simulation unit 18 of the operation support apparatus 10 </ b> A has a function as an emulator that performs the same control as the control apparatus 20. Further, the control simulation unit 18 simulates the flow of process data among the control device 20, the prediction model 161, the prediction model 162, and the prediction model 163.
That is, when the operation support apparatus 10A obtains an operation condition such as a demand for the plant 100 (for example, power to be generated if it is a power plant), the control simulation unit 18 generates simulated control data according to the demand, It outputs to the prediction model 161 which modeled the apparatus 1. FIG. The prediction model 161 predicts the output value of the device 1 according to the input simulation control data, and outputs the prediction data. The control simulation unit 18 acquires this prediction data and outputs it to the prediction model 162. The prediction model 162 acquires this prediction data, predicts the output value of the device 2, and outputs the prediction data. Similarly, the control simulation unit 18 outputs the prediction data output from the prediction model 162 to the prediction model 163. The prediction model 163 predicts the output value of the device 3 based on the prediction data and outputs the prediction data. The control simulation unit 18 acquires the prediction data output from the prediction model 163, performs feedback control or the like, and generates the next simulation control data.

一方、評価部17は、プロセスデータ収集部11を介して、例えばシミュレーション内容に相当する運用が行われたときの機器1の入出力データ、機器2の入出力データ、機器3の入出力データを取得する。あるいは、評価部17は、入出力部12を介してオペレータが入力した参照データ(評価の基準となるデータ)を取得する。そして、評価部17は、機器1の入出力データ(または参照データ)と予測モデル161の入出力データとを比較して当該シミュレーションによって生じた予測モデル161の状態を評価する。同様にして、評価部17は、予測モデル162、予測モデル163が異常かどうかの評価を行う。これにより、オペレータはシミュレーションした内容が正しいかどうかを確認することができる。
以降、このプロセスを繰り返す。予測モデル161〜163の精度が高ければ高い程、運用支援装置10Aにて行われるシミュレーションの結果と、プラント100が示す挙動との偏差は小さくなると考えられる。
On the other hand, the evaluation unit 17 receives the input / output data of the device 1, the input / output data of the device 2, and the input / output data of the device 3 when an operation corresponding to the simulation content is performed, for example, via the process data collection unit 11. get. Alternatively, the evaluation unit 17 acquires reference data (data serving as an evaluation criterion) input by the operator via the input / output unit 12. Then, the evaluation unit 17 compares the input / output data (or reference data) of the device 1 with the input / output data of the prediction model 161 and evaluates the state of the prediction model 161 generated by the simulation. Similarly, the evaluation unit 17 evaluates whether the prediction model 162 and the prediction model 163 are abnormal. As a result, the operator can check whether the simulated contents are correct.
Thereafter, this process is repeated. It is considered that the higher the accuracy of the prediction models 161 to 163, the smaller the deviation between the result of the simulation performed by the operation support apparatus 10A and the behavior shown by the plant 100.

例えば、入出力部12は、制御模擬部18から制御データ、予測モデル161〜163へ出力する入力データ、予測モデル161〜163が出力する出力データを取得して、ディスプレイ装置に出力し表示させてもよい。オペレータは、ディスプレイ装置に表示された運用支援装置10A(制御模擬部18)による模擬プロセスデータと、プラント100から得られる実プロセスデータやオペレータが入力した参照データとを比較してプラント100の状態を監視することができる。
なお、予測モデル161〜163は、全てが予測モデル構築部16により構築されたものである必要はなく、専門家により物理的・機械的特性に基づいて作成された物理モデル(統計的モデルを含む)であってもよい。また、第一実施形態と同様、予測モデル161〜163の一部に専門家により作成された物理モデルが組み込まれていてもよい。
For example, the input / output unit 12 acquires control data from the control simulation unit 18, input data output to the prediction models 161 to 163, and output data output from the prediction models 161 to 163, and outputs and displays them on the display device. Also good. The operator compares the simulated process data by the operation support apparatus 10A (control simulation unit 18) displayed on the display device with the actual process data obtained from the plant 100 and the reference data input by the operator, and determines the state of the plant 100. Can be monitored.
Note that the prediction models 161 to 163 need not all be constructed by the prediction model construction unit 16, but include physical models (including statistical models) created by experts based on physical and mechanical characteristics. ). As in the first embodiment, a physical model created by an expert may be incorporated in a part of the prediction models 161 to 163.

本実施形態のシミュレーション機能によれば、予測モデル構築部16によって構築した予測モデル161等を用いてプラント100の挙動をシミュレーションすることで、各機器1〜3におけるプロセスの状態を高い精度で推定することができる。また、高精度にシミュレーションした結果をプラント100から取得した実プロセスデータ等と比較することで、現実の機器1等の状態が、シミュレーション上の状態とどの程度乖離しているのかを把握することができる。
また、シミュレーションの結果、時々刻々と得られる各機器1〜3に関する模擬プロセスデータを可視化することにより、プロセスデータ間の相関や機器のダイナミクス、非線形性を反映したプラント100全体の模擬プロセスデータを参考にしながら、実際のプラント100の監視を行うことができるので、より適切な監視が可能となる。
According to the simulation function of the present embodiment, the process state of each device 1 to 3 is estimated with high accuracy by simulating the behavior of the plant 100 using the prediction model 161 and the like constructed by the prediction model construction unit 16. be able to. Further, by comparing the result of highly accurate simulation with actual process data obtained from the plant 100, it is possible to grasp how far the actual state of the device 1 etc. is from the state on the simulation. it can.
In addition, by simulating simulated process data on each of the devices 1 to 3 obtained from the simulation results, the simulated process data of the entire plant 100 reflecting the correlation between the process data, the dynamics of the devices, and the non-linearity is referenced. However, since the actual plant 100 can be monitored, more appropriate monitoring can be performed.

また、本実施形態のシミュレーション機能によれば、制御模擬部18によって、現在のプラント100の状態と異なる状態をシミュレーションしながら、プラント100の運用監視を行うことができる。例えば、機器1で異常が疑われるプロセスデータが検出されたとする。このような場面で制御模擬部18を用いると、オペレータは、どのようにして機器1を正常な状態に戻すかを検討することができる。例えば、オペレータは機器1(予測モデル161)の出力データを正常に戻すような操作指示情報を運用支援装置10Aに入力する。すると入出力部12が、その操作指示情報の入力を受け、制御模擬部18に出力する。制御模擬部18は、操作指示情報に応じた制御データを生成し、予測モデル161へ出力する。オペレータは、予測モデル161の出力データを見て、予測モデル161(機器1)の挙動を確認する。予測モデル161の出力データが正常であれば、当該操作指示情報が適切であると確認することができる。すると、オペレータは確認済みの操作を実際のプラント100に対して行い、機器1の挙動を正常な状態に戻すことができる。このようにシミュレーション機能によって事前に操作の検証を行うことができるので異常発生時などの利便性が向上する。   Further, according to the simulation function of the present embodiment, the operation simulation of the plant 100 can be performed by the control simulation unit 18 while simulating a state different from the current state of the plant 100. For example, it is assumed that process data suspected of being abnormal is detected in the device 1. If the control simulation part 18 is used in such a scene, the operator can consider how to return the apparatus 1 to a normal state. For example, the operator inputs operation instruction information that returns the output data of the device 1 (prediction model 161) to the operation support apparatus 10A. Then, the input / output unit 12 receives the operation instruction information and outputs it to the control simulation unit 18. The control simulation unit 18 generates control data corresponding to the operation instruction information and outputs the control data to the prediction model 161. The operator looks at the output data of the prediction model 161 and confirms the behavior of the prediction model 161 (device 1). If the output data of the prediction model 161 is normal, it can be confirmed that the operation instruction information is appropriate. Then, the operator can perform the confirmed operation on the actual plant 100 to return the behavior of the device 1 to a normal state. As described above, since the operation can be verified in advance by the simulation function, the convenience when an abnormality occurs is improved.

図14は、本発明の第二実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する第2の図である。
本実施形態の変形例として、図14に示すように、例えば、実際のプラント100と、制御模擬部18によるシミュレーションと、第一実施形態のように実プロセスデータを予測モデル161等に投入して予測データを得る処理とを並行して行うようにしてもよい。より具体的には、運用支援装置10Aは、プラント100の挙動をシミュレートしつつ、プラント100の各機器1〜3に関する実プロセスデータを取得し、実プロセスデータの評価を行う。つまり、制御模擬部18が、予測モデル161〜163との間で実際のプラント100とは異なる運転状態をシミュレーションするのと並行して、第一実施形態と同様にプロセスデータ収集部11が、機器1の実プロセスデータを取得し、評価部17が実プロセスデータを予測モデル161に投入する。そして評価部17は、実プロセスデータと評価データを比較して、両データの乖離度合などに基づいて機器1の状態を評価する。
FIG. 14 is a second diagram illustrating a simulation using a prediction model by the operation support apparatus according to the second embodiment of the present invention.
As a modification of the present embodiment, as shown in FIG. 14, for example, the actual plant 100, simulation by the control simulation unit 18, and actual process data are input to the prediction model 161 and the like as in the first embodiment. The process of obtaining the prediction data may be performed in parallel. More specifically, the operation support apparatus 10 </ b> A acquires actual process data related to the devices 1 to 3 of the plant 100 while simulating the behavior of the plant 100, and evaluates the actual process data. That is, in parallel with the simulation model 18 that simulates the operation state different from the actual plant 100 between the prediction models 161 to 163, the process data collection unit 11 is connected to the device as in the first embodiment. 1 actual process data is acquired, and the evaluation unit 17 inputs the actual process data to the prediction model 161. Then, the evaluation unit 17 compares the actual process data with the evaluation data, and evaluates the state of the device 1 based on the degree of divergence between the two data.

このように評価部17による実プロセスデータの評価を並行して行うようにすれば、制御模擬部18を用いて現在のプラント100の状態と異なる状態をシミュレーションしながら、プラント100の運用監視を行う場面での利便性が向上する。例えば、評価部17の評価によって機器1に異常が疑われるプロセスデータが検出されたとする。このような場面で、オペレータは、制御模擬部18にシミュレーションを行わせることで、どのような操作を行って機器1を正常な状態に戻すかを検証することができる。その間も評価部17は、機器1等の評価を継続するので、オペレータは、プラントの100の監視を運用支援装置10Aに任せ、異常への対策に集中することができる。   If the evaluation of the actual process data by the evaluation unit 17 is performed in this way, the operation monitoring of the plant 100 is performed while simulating a state different from the current state of the plant 100 using the control simulation unit 18. Convenience in the scene is improved. For example, it is assumed that process data suspected of being abnormal in the device 1 is detected by the evaluation of the evaluation unit 17. In such a situation, the operator can verify what operation is performed to return the device 1 to a normal state by causing the control simulation unit 18 to perform a simulation. In the meantime, the evaluation unit 17 continues to evaluate the device 1 and the like, so the operator can leave the monitoring of the plant 100 to the operation support apparatus 10A and concentrate on countermeasures against abnormalities.

なお、図13で例示した使用方法で運用する場合、運用支援装置10Aの構成を、図12で例示したブロック図から評価部17を除いた構成とすることができる。つまり、この場合、プラント100の運用と並行して、制御模擬部18によるシミュレーションを行い、オペレータはシミュレーション結果を参考にしながらプラント100の運用監視を行う。   Note that, when the operation method illustrated in FIG. 13 is used, the configuration of the operation support apparatus 10A may be configured by removing the evaluation unit 17 from the block diagram illustrated in FIG. That is, in this case, in parallel with the operation of the plant 100, a simulation by the control simulation unit 18 is performed, and the operator monitors the operation of the plant 100 while referring to the simulation result.

次に本実施形態の運用支援装置10Aの動作の一例について説明する。
図15は、本発明の第二実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。
なお、図11と同様の処理については簡単に説明する。まず、プロセスデータ収集部11が運転中のプラント100から機器1のプロセスデータを取得する(ステップS11)。プロセスデータ収集部11は、取得したプロセスデータを取得時刻と対応付けて記憶部15に格納する(ステップS12)。次に動作モード管理部14が、運用支援装置10の動作モードが「学習モード」か否かを判定する(ステップS13)。学習モードの場合(ステップS13;Yes)、予測モデル構築部16が、予測モデル161を構築する(ステップS14)。予測モデル構築部16は、構築した予測モデル161を記憶部15に記録する。以上の学習モード時の動作は第一実施形態と同様である。
次に動作モード管理部14が運用支援装置10の動作を終了する否かを判定する(ステップS17)。終了する場合(ステップS17;Yes)、フローチャートを終了する。動作を継続する場合(ステップS17;No)、ステップS11からの処理を繰り返す。
Next, an example of operation | movement of 10 A of operation assistance apparatuses of this embodiment is demonstrated.
FIG. 15 is a flowchart of the operation of the operation support apparatus in the second embodiment of the present invention.
The processing similar to that in FIG. 11 will be briefly described. First, the process data collection unit 11 acquires process data of the device 1 from the operating plant 100 (step S11). The process data collection unit 11 stores the acquired process data in the storage unit 15 in association with the acquisition time (step S12). Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not the operation mode of the operation support apparatus 10 is the “learning mode” (step S13). In the learning mode (step S13; Yes), the prediction model construction unit 16 constructs a prediction model 161 (step S14). The prediction model construction unit 16 records the constructed prediction model 161 in the storage unit 15. The operation in the above learning mode is the same as in the first embodiment.
Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not to end the operation of the operation support apparatus 10 (step S17). When the process ends (step S17; Yes), the flowchart ends. When the operation is continued (step S17; No), the processing from step S11 is repeated.

一方、ステップS13での判定結果が運用モードの場合(ステップS13;No)、制御模擬部18が、オペレータが入力した作動条件・使用環境・操作指示などの情報を、入出力部12を介して取得する。作動条件の情報とは、例えばプラント100が発電プラントであれば、出力すべき電力の大きさ、また、運転環境とは、例えば大気温度などである。制御模擬部18は、取得した作動条件の情報などに基づいて制御演算を実施する(ステップS131)。例えば、制御模擬部18は、機器1に指示する制御データを演算して生成し、予測モデル161に出力する。次に予測モデル161等が予測データを算出する(ステップS15)。次に評価部17は、予測モデル161による予測結果(予測データ)を取得し、例えば、オペレータが入力した参照データ等と比較して予測データの評価を実施する(ステップS161)。例えば、評価部17は、予測データと参照データの差が閾値以上であれば、予測データは異常であると評価する。これにより、オペレータは自らが入力した操作指示が所望の操作指示かどうかを確認することができる。次に動作モード管理部14が運用支援装置10Aの動作の終了判定を行って、終了しない場合、ステップS131からの処理を繰り返す。つまり、制御模擬部18によるシミュレーションを、実プラント側と独立して繰り返すことができる。   On the other hand, when the determination result in step S13 is the operation mode (step S13; No), the control simulation unit 18 transmits the information input by the operator, such as operating conditions, usage environment, and operation instructions, via the input / output unit 12. get. The operating condition information is, for example, the magnitude of electric power to be output if the plant 100 is a power plant, and the operating environment is, for example, the atmospheric temperature. The control simulation unit 18 performs a control calculation based on the acquired operating condition information (step S131). For example, the control simulation unit 18 calculates and generates control data instructing the device 1 and outputs the control data to the prediction model 161. Next, the prediction model 161 and the like calculate prediction data (step S15). Next, the evaluation unit 17 acquires a prediction result (prediction data) based on the prediction model 161, and evaluates the prediction data by comparing with, for example, reference data input by the operator (step S161). For example, the evaluation unit 17 evaluates that the prediction data is abnormal if the difference between the prediction data and the reference data is greater than or equal to a threshold value. As a result, the operator can confirm whether or not the operation instruction input by the operator is a desired operation instruction. Next, the operation mode management unit 14 determines the end of the operation of the operation support apparatus 10A. If the operation mode management unit 14 does not end the operation, the processing from step S131 is repeated. That is, the simulation by the control simulation unit 18 can be repeated independently of the actual plant side.

本実施形態によれば、プラント100の運用と並行して、学習モードで構築した高精度な予測モデルに基づいてプラント100の挙動をシミュレーションすることができる。また、各予測モデル161等によるシミュレーション結果とプラント100が備える各機器1等に関する実プロセスデータや参照データを比較することで、機器1等の状態評価を行うことができる。また、高精度な予測モデル161等を用いたシミュレーションをプラント100と独立して行うことができるので、例えば、通常時の運用パターンと大きく異なる運用を要求されるような場面でも、予めシミュレーションによってこれから行おうとする操作が適切かどうかを確かめながら、プラント100の運転を行うことができるので運用性が向上する。   According to the present embodiment, in parallel with the operation of the plant 100, the behavior of the plant 100 can be simulated based on a highly accurate prediction model constructed in the learning mode. Moreover, the state evaluation of the apparatus 1 etc. can be performed by comparing the simulation result by each prediction model 161 etc. with the actual process data and reference data regarding each apparatus 1 etc. with which the plant 100 is equipped. In addition, since a simulation using the high-precision prediction model 161 and the like can be performed independently of the plant 100, for example, even in a scene where an operation that is significantly different from the normal operation pattern is required, a simulation will be performed in advance. Since the operation of the plant 100 can be performed while confirming whether the operation to be performed is appropriate, the operability is improved.

<第三実施形態>
以下、本発明の第三実施形態による機器運用システムについて図16〜図17を参照して説明する。
第三実施形態に係る運用支援装置10Bは、さらに強化学習機能を有している。第二実施形態が備える制御模擬部18によるシミュレーションを行っていると、改善すべき制御パラメータの存在に気づくことがある。本実施形態では、強化学習機能によって、制御パラメータの改善や運用方法の向上を図ることができる。
<Third embodiment>
Hereinafter, a device operation system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The operation support apparatus 10B according to the third embodiment further has a reinforcement learning function. When a simulation is performed by the control simulation unit 18 included in the second embodiment, the presence of a control parameter to be improved may be noticed. In the present embodiment, the reinforcement learning function can improve the control parameter and the operation method.

図16は、本発明の第三実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。
本発明の第三実施形態に係る構成のうち、第二実施形態に係る運用支援装置10Aを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように運用支援装置10Bは、プロセスデータ収集部11と、入出力部12と、通信部13と、動作モード管理部14と、記憶部15と、予測モデル構築部16と、評価部17と、制御模擬部18と、強化学習部18Bとを備えている。
強化学習部18Bは、制御模擬部18による一連のシミュレーションの結果に対して評価関数を設定し、ある目的に適ったシミュレーションには良い評価を与え、そうでない結果に対しては低い評価を与えることで、目的に適った制御パラメータ、制御プロセスを学習する機能を有している。
FIG. 16 is a functional block diagram showing an example of the operation support apparatus in the third embodiment of the present invention.
Among the configurations according to the third embodiment of the present invention, the same components as those constituting the operation support apparatus 10A according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As illustrated, the operation support apparatus 10B includes a process data collection unit 11, an input / output unit 12, a communication unit 13, an operation mode management unit 14, a storage unit 15, a prediction model construction unit 16, and an evaluation unit 17. And a control simulation unit 18 and a reinforcement learning unit 18B.
The reinforcement learning unit 18B sets an evaluation function for the result of a series of simulations by the control simulation unit 18, gives a good evaluation to a simulation suitable for a certain purpose, and gives a low evaluation to a result other than that. Thus, it has a function of learning control parameters and control processes suitable for the purpose.

図17は、本発明の第三実施形態における運用支援装置による強化学習を説明する図である。
図17に示すように運用支援装置10Bは、強化学習部18Bを備える。強化学習部18Bは、制御模擬部18が入力する作動条件および使用環境、制御模擬部18が出力する模擬制御データ、予測モデル161、162、163の入出力データを取得し記憶部15に格納する。そして、制御模擬部18の内部の制御パラメータを最適化するような学習を行う。例えば、エミッションを最小化する、出力を最大化(効率化)する、燃費やコストを最小化する、ある制御結果について目標値と実際の値との偏差を最小化する、などの最適化の指標を強化学習部18Bに与える。すると、強化学習部18Bは、シミュレーション中に蓄積した時系列の模擬プロセスデータを学習して、与えられた指標について最適化された制御プロセスおよびその制御プロセスを実現するための制御パラメータを算出する。強化学習部18Bは算出した制御パラメータで、制御模擬部18が記憶する制御パラメータを更新する。例えば、制御模擬部18が、従来の制御プロセスに基づき、最初の60秒間のプラント100に設けられたバルブの弁開度を50%にして次の90秒間では弁開度を80%にするという制御を実行している場合に、強化学習部18Bは、強化学習を行って、例えば、最初の90秒間の弁開度を60%にして次の60秒間の弁開度を80%にするという制御プロセスが所定の出力を得る場合に最も効率化された制御プロセスであることを学習する。そして、強化学習部18Bは、内部の制御パラメータのうち最初の「60秒間」を「90秒間」、最初の弁開度「50%」を「60%」、次の「90秒」を「60秒」に更新する処理を行う。なお、実際に更新するかどうかは、自動で更新してもよいし、オペレータによる更新許可操作を入出力部12が受け付けた場合のみ更新するようにしてもよい。
オペレータは、強化学習部18Bによる更新結果を参照して、実際の制御装置20へ同様の更新を検討・実施することができる。
FIG. 17 is a diagram for explaining reinforcement learning by the operation support apparatus according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 17, the operation support apparatus 10B includes a reinforcement learning unit 18B. The reinforcement learning unit 18 </ b> B acquires the operating conditions and usage environment input by the control simulation unit 18, simulation control data output by the control simulation unit 18, and input / output data of the prediction models 161, 162, and 163, and stores them in the storage unit 15. . Then, learning is performed to optimize the control parameters inside the control simulation unit 18. For example, optimization indicators such as minimizing emissions, maximizing output (efficiency), minimizing fuel consumption and cost, and minimizing deviations between target values and actual values for certain control results Is given to the reinforcement learning unit 18B. Then, the reinforcement learning unit 18B learns time-series simulated process data accumulated during the simulation, and calculates a control process optimized for a given index and a control parameter for realizing the control process. The reinforcement learning unit 18B updates the control parameters stored in the control simulation unit 18 with the calculated control parameters. For example, the control simulation unit 18 says that the valve opening degree of the valve provided in the plant 100 for the first 60 seconds is 50% based on the conventional control process, and the valve opening degree is 80% for the next 90 seconds. When the control is being executed, the reinforcement learning unit 18B performs reinforcement learning, for example, setting the valve opening for the first 90 seconds to 60% and the valve opening for the next 60 seconds to 80%. It is learned that the control process is the most efficient control process when a predetermined output is obtained. Then, the reinforcement learning unit 18B sets the first “60 seconds” among the internal control parameters to “90 seconds”, the first valve opening “50%” to “60%”, and the next “90 seconds” to “60”. Update to "second". Whether or not the update is actually performed may be automatically updated, or may be updated only when the input / output unit 12 receives an update permission operation by the operator.
The operator can examine and implement the same update to the actual control device 20 with reference to the update result by the reinforcement learning unit 18B.

本実施形態によれば、第一実施形態および第二実施形態の効果に加え、制御パラメータ、制御プロセスの最適化を実現することができる。
なお、強化学習部18Bによる更新の他、制御模擬部18の制御パラメータを外部からオペレータ等の操作指示により更新可能に構成してもよい。
According to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment and the second embodiment, optimization of control parameters and control processes can be realized.
In addition to the update by the reinforcement learning unit 18B, the control parameters of the control simulation unit 18 may be configured to be updated from the outside by an operation instruction from an operator or the like.

<第四実施形態>
以下、本発明の第四実施形態による機器運用システムについて図18〜図20を参照して説明する。
図18は、本発明の第四実施形態における運用支援装置の一例を示す機能ブロック図である。
本発明の第四実施形態に係る構成のうち、第二実施形態に係る運用支援装置10Aを構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それぞれの説明を省略する。図示するように運用支援装置10Cは、プロセスデータ収集部11Cと、入出力部12と、通信部13と、動作モード管理部14と、記憶部15と、予測モデル構築部16と、評価部17と、制御模擬部18と、を備えている。
プロセスデータ収集部11Cは、プラント100の制御装置20の内部メモリが記憶する制御演算データや機器1〜3に関するプロセスデータを取得する。
第二実施形態の運用支援装置10A、第三実施形態の運用支援装置10Bにおける制御模擬部18が模擬するプラント100の仮想プラントは、現在のプラント100の運転状態を必ずしも反映せず、全く独立した状態を模擬していた。これに対し第四実施形態の運用支援装置10Cにおいては、プロセスデータ収集部11Cが定期的にプラント100からプロセスデータ等を取得し、制御模擬部18が模擬する仮想プラントにその値を反映させるので、時々刻々と変化するプラント100の運転状態を忠実に再現したプラント100の仮想環境を実現することができる(デジタルツイン)。
<Fourth embodiment>
Hereinafter, a device operation system according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 18 is a functional block diagram showing an example of the operation support apparatus in the fourth embodiment of the present invention.
Among the configurations according to the fourth embodiment of the present invention, the same components as those constituting the operation support apparatus 10A according to the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As illustrated, the operation support apparatus 10C includes a process data collection unit 11C, an input / output unit 12, a communication unit 13, an operation mode management unit 14, a storage unit 15, a prediction model construction unit 16, and an evaluation unit 17. And a control simulation unit 18.
The process data collection unit 11C acquires control calculation data stored in the internal memory of the control device 20 of the plant 100 and process data related to the devices 1 to 3.
The virtual plant of the plant 100 simulated by the control simulation unit 18 in the operation support device 10A of the second embodiment and the operation support device 10B of the third embodiment does not necessarily reflect the current operation state of the plant 100, and is completely independent. I was simulating the condition. On the other hand, in the operation support apparatus 10C of the fourth embodiment, the process data collection unit 11C periodically acquires process data from the plant 100 and reflects the value in the virtual plant simulated by the control simulation unit 18. The virtual environment of the plant 100 that faithfully reproduces the operation state of the plant 100 that changes from moment to moment can be realized (digital twin).

図19は、本発明の第四実施形態における運用支援装置による予測モデルを用いたシミュレーションを説明する図である。
図19に示すように運用支援装置10Cは、プラント100からプロセスデータを定期的にトラッキングする。通常、プラント等の制御装置は2重化されており、同じ状態を維持できるように2つの制御装置のそれぞれにはトラッキング機能が設けられている。このトラッキング機能を利用して、運用支援装置10C(プロセスデータ収集部11C)は、プラント100からプロセスデータを取得する。特に本実施形態のプロセスデータ収集部11Cは、制御装置20や機器1〜3の間で計測等されるプロセスデータだけではなく、制御装置20の内部メモリに記録された制御演算によって生成された演算データを取得することができる。例えば、制御装置20の制御ロジックに一次遅れ要素や積分要素があれば、これらの値が内部メモリに記録される。プロセスデータ収集部11Cは、トラッキング機能により制御装置20の内部メモリの制御演算データを取得し、制御模擬部18は取得した値を用いて制御演算を行う。これにより、制御模擬部18は、より実際の制御装置20に近い制御を模擬することができる。また、制御模擬部18内部に一次遅れ要素等を持つロジックの実装を省略することができる。
FIG. 19 is a diagram for explaining a simulation using a prediction model by the operation support apparatus in the fourth embodiment of the present invention.
As illustrated in FIG. 19, the operation support apparatus 10 </ b> C periodically tracks process data from the plant 100. Normally, control devices such as plants are duplicated, and each of the two control devices is provided with a tracking function so that the same state can be maintained. Using this tracking function, the operation support apparatus 10 </ b> C (process data collection unit 11 </ b> C) acquires process data from the plant 100. In particular, the process data collection unit 11 </ b> C according to the present embodiment is not limited to process data measured between the control device 20 and the devices 1 to 3, but is also calculated by control calculations recorded in the internal memory of the control device 20. Data can be acquired. For example, if the control logic of the control device 20 includes a first-order lag element or an integral element, these values are recorded in the internal memory. The process data collection unit 11C acquires control calculation data in the internal memory of the control device 20 by the tracking function, and the control simulation unit 18 performs control calculation using the acquired value. Thereby, the control simulation unit 18 can simulate control closer to the actual control device 20. Further, it is possible to omit the implementation of logic having a first-order lag element or the like in the control simulation unit 18.

また、制御模擬部18は、プロセスデータ収集部11Cが取得した機器1の入力データを予測モデル161に出力する。同様に制御模擬部18は、プロセスデータ収集部11Cが取得した機器2、機器3の入力データをそれぞれ予測モデル162、163に出力する。定期的に実プロセスデータを予測モデル161等に出力することで、制御模擬部18は、より現実に近いシミュレーションを行うことができる。さらに、入出力部12よりオペレータが操作指示情報を入力することで、将来行う操作に対するプラント100のより現実に近いシミュレーションを行うことができる。なお、操作確認のためのシミュレーション中は、プロセスデータ収集部11Cが取得したプロセスデータ等のシミュレーション空間への反映を停止させるようにしてもよい。   The control simulation unit 18 outputs the input data of the device 1 acquired by the process data collection unit 11C to the prediction model 161. Similarly, the control simulation unit 18 outputs the input data of the devices 2 and 3 acquired by the process data collection unit 11C to the prediction models 162 and 163, respectively. By periodically outputting actual process data to the prediction model 161 and the like, the control simulation unit 18 can perform a simulation closer to reality. Furthermore, when the operator inputs operation instruction information from the input / output unit 12, a simulation closer to the reality of the plant 100 for an operation to be performed in the future can be performed. During simulation for operation confirmation, reflection of the process data acquired by the process data collection unit 11C in the simulation space may be stopped.

次に本実施形態の運用支援装置10Cの動作の一例について説明する。
図20は、本発明の第四実施形態における運用支援装置の動作のフローチャートである。
なお、図15と同様の処理については簡単に説明する。まず、プロセスデータ収集部11Cが運転中のプラント100から機器1等のプロセスデータ、制御装置20の内部メモリの制御演算データを取得する(ステップS111)。プロセスデータ収集部11Cは、取得したプロセスデータ等を取得時刻と対応付けて記憶部15に格納する(ステップS12)。次に動作モード管理部14が、運用支援装置10の動作モードが「学習モード」か否かを判定する(ステップS13)。学習モードの場合(ステップS13;Yes)、予測モデル構築部16が、予測モデル161等を構築する(ステップS14)。予測モデル構築部16は、構築した予測モデル161等を記憶部15に記録する。以上の学習モード時の動作は第一実施形態と同様である。
次に動作モード管理部14が運用支援装置10Cの動作を終了する否かを判定する(ステップS17)。終了する場合(ステップS17;Yes)、フローチャートを終了する。動作を継続する場合(ステップS17;No)、ステップS11からの処理を繰り返す。
Next, an example of the operation of the operation support apparatus 10C according to the present embodiment will be described.
FIG. 20 is a flowchart of the operation of the operation support apparatus in the fourth embodiment of the present invention.
The process similar to that in FIG. 15 will be briefly described. First, the process data collection unit 11C acquires process data of the equipment 1 and the like, and control calculation data in the internal memory of the control device 20 from the operating plant 100 (step S111). The process data collection unit 11C stores the acquired process data and the like in the storage unit 15 in association with the acquisition time (step S12). Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not the operation mode of the operation support apparatus 10 is the “learning mode” (step S13). In the learning mode (step S13; Yes), the prediction model construction unit 16 constructs the prediction model 161 and the like (step S14). The prediction model construction unit 16 records the constructed prediction model 161 and the like in the storage unit 15. The operation in the above learning mode is the same as in the first embodiment.
Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not to end the operation of the operation support apparatus 10C (step S17). When the process ends (step S17; Yes), the flowchart ends. When the operation is continued (step S17; No), the processing from step S11 is repeated.

一方、ステップS13での判定結果が運用モードの場合(ステップS13;No)、制御模擬部18が、オペレータが入力した作動条件・使用環境・操作指示などの情報を、入出力部12を介して取得する。制御模擬部18は、取得した作動条件などの情報およびステップS111にて取得した制御装置20の内部データ(制御演算データ)に基づいて制御演算を実施する(ステップS132)。制御装置20の内部データを用いることで、制御プロセスを高い精度で模擬することができる。制御模擬部18は、機器1等に指示する制御データを演算して予測モデル161等に出力する。あるいは、最新の機器1等の入出力データ(実プロセスデータ)をトラッキングした直後のタイミングの場合、トラッキングした最新の実プロセスデータを予測モデル161等に出力する。次に予測モデル161等が予測データを算出する(ステップS15)。次に評価部17は、予測モデル161等による予測データと、プロセスデータ収集部11Cが取得した機器1等の実プロセスデータを取得する。そして、評価部17は、予測データと実プロセスデータとを比較して実プロセスデータの評価を実施する(ステップS162)。例えば、評価部17は、予測データと実プロセスデータの差が閾値以上であれば、実プロセスデータは異常であると評価する。次に動作モード管理部14が運用支援装置10Cの動作の終了判定を行って、終了しない場合、ステップS111からの処理を繰り返す。   On the other hand, when the determination result in step S13 is the operation mode (step S13; No), the control simulation unit 18 transmits the information input by the operator, such as operating conditions, usage environment, and operation instructions, via the input / output unit 12. get. The control simulation unit 18 performs a control calculation based on the acquired information such as operating conditions and the internal data (control calculation data) of the control device 20 acquired in step S111 (step S132). By using the internal data of the control device 20, the control process can be simulated with high accuracy. The control simulation unit 18 calculates control data instructed to the device 1 and outputs it to the prediction model 161 and the like. Alternatively, in the case of timing immediately after the input / output data (actual process data) of the latest device 1 or the like is tracked, the latest tracked actual process data is output to the prediction model 161 or the like. Next, the prediction model 161 and the like calculate prediction data (step S15). Next, the evaluation unit 17 acquires prediction data based on the prediction model 161 and the like, and actual process data of the device 1 and the like acquired by the process data collection unit 11C. Then, the evaluation unit 17 compares the predicted data with the actual process data and evaluates the actual process data (step S162). For example, the evaluation unit 17 evaluates that the actual process data is abnormal if the difference between the predicted data and the actual process data is equal to or greater than a threshold value. Next, the operation mode management unit 14 determines whether or not the operation support device 10C has ended. If the operation mode management unit 14 does not end the operation, the processing from step S111 is repeated.

本実施形態によれば、制御模擬部18と予測モデル161等を定期的にプラント100とトラッキングさせてシミュレーションすることで、プラント100の運転状態を高い精度で推定することができる。
なお、フローチャートの説明とは別に、オペレータが任意の操作指示情報(模擬操作)を運用支援装置10Cに対して行って、状態予測シミュレーションを行ってもよい。
According to the present embodiment, it is possible to estimate the operation state of the plant 100 with high accuracy by performing the simulation by periodically tracking the control simulation unit 18 and the prediction model 161 and the like with the plant 100.
Apart from the description of the flowchart, the operator may perform arbitrary operation instruction information (simulated operation) on the operation support apparatus 10C to perform the state prediction simulation.

なお、さらに機器ごとの使用環境や作動条件に応じた疲労劣化モデルを構築し(専門家等が作成した疲労劣化モデルでもよい)、疲労劣化モデルを記憶部15に格納し、機器1等の劣化度合いを加味したシミュレーションを行うことができるように構成してもよい。   Furthermore, a fatigue deterioration model corresponding to the usage environment and operating conditions for each device is constructed (a fatigue deterioration model created by an expert or the like) may be stored, and the fatigue deterioration model is stored in the storage unit 15 to deteriorate the device 1 or the like. You may comprise so that the simulation which considered the degree can be performed.

また、第二実施形態〜第四実施形態の制御模擬部18について、制御装置20の動作をエミュレートする機能については、プラント100で使用している制御装置20と同様の図示しない制御装置20´(実機)を適用できるように構成されていてもよい。この場合、制御模擬部18は、制御装置20´および予測モデル161〜163の間のプロセスデータのやり取りを模擬する。このような使用方法を応用すると、例えば実際に稼働するプラントで2重化された制御装置20のうちの待機側制御装置(20´)を、運用支援装置10A〜10Cに接続することで容易にシミュレーション機能付きの監視装置を併設することができる。以下、第一実施形態〜第四実施形態の運用支援装置10〜10Cの適用例について説明する。   Moreover, about the control simulation part 18 of 2nd embodiment-4th embodiment, about the function which emulates operation | movement of the control apparatus 20, control apparatus 20 'similar to the control apparatus 20 currently used in the plant 100 is not shown. (Actual machine) may be applied. In this case, the control simulation unit 18 simulates the exchange of process data between the control device 20 ′ and the prediction models 161 to 163. When such a usage method is applied, for example, the standby side control device (20 ′) of the control devices 20 that are duplicated in a plant that actually operates is easily connected to the operation support devices 10A to 10C. A monitoring device with a simulation function can be added. Hereinafter, application examples of the operation support apparatuses 10 to 10C of the first embodiment to the fourth embodiment will be described.

図21は、本発明の第一実施形態〜第四実施形態における運用支援装置の適用例を示す図である。
図21に示すように発電所70ではプラント100が稼働している。プラント100は、制御装置20、機器1、機器2、・・・、機器nを含む。プラント100のオペレータHは、端末30を操作しながらプラント100の運用監視を行う。端末30は、制御装置20と接続されており、オペレータHは端末30を介して、制御装置20に操作指示情報を入力する。また、オペレータHは端末30を介して、プラント100に設けられたセンサ類が検出した計測値等を含む各種の実プロセスデータを監視する。また、端末30は、ネットワークを介して例えば遠隔地に設置された運用支援装置10(または運用支援装置10A〜10D)と接続されている。
FIG. 21 is a diagram illustrating an application example of the operation support apparatus in the first to fourth embodiments of the present invention.
As shown in FIG. 21, the plant 100 is operating at the power plant 70. The plant 100 includes a control device 20, a device 1, a device 2, ..., a device n. The operator H of the plant 100 performs operation monitoring of the plant 100 while operating the terminal 30. The terminal 30 is connected to the control device 20, and the operator H inputs operation instruction information to the control device 20 through the terminal 30. Further, the operator H monitors various actual process data including measurement values detected by sensors provided in the plant 100 via the terminal 30. Further, the terminal 30 is connected to the operation support apparatus 10 (or operation support apparatuses 10A to 10D) installed in a remote place, for example, via a network.

運用支援装置10は、例えば遠隔値の制御室60に設置されている。運用支援装置10はネットワークを介してプラント100と接続されている。運用支援装置10は、学習モードでは予測モデル161〜16nを構築する。予測モデル161〜16nの構築が終わり運用モードで動作する場合、運用支援装置10はプラント100のプロセスデータを、ネットワークを介して取得し、取得したプロセスデータと予測モデル161等に基づく予測データとプロセスデータとを比較してプラント100の機器1等の状態を評価する。運用支援装置10は、その評価結果を、ネットワークを介して端末30へ送信する。また、運用支援装置10は、評価結果を端末40に出力する。端末30は、運用支援装置10による評価結果を表示する。オペレータHは、この評価結果を確認しつつ、プラント100の運用監視を行う。また、運用支援装置10に代えてシミュレーション機能を有した運用支援装置10A〜10Cが制御室60に設置されている場合、オペレータHは、端末30に制御模擬部18に対する操作指示情報を入力する。オペレータHによる操作指示情報は、ネットワークを介して通信部13が受信し、入出力部12がその操作指示情報を受け付ける。制御模擬部18は、この操作指示情報に基づいてシミュレーションを行う。通信部13は、シミュレーション結果を端末30へ送信する。端末30は、シミュレーション結果を表示する。オペレータHは、自分が行った操作指示に対するシミュレーション結果を確認することができる。   The operation support apparatus 10 is installed in a remote control room 60, for example. The operation support apparatus 10 is connected to the plant 100 via a network. The operation support apparatus 10 constructs the prediction models 161 to 16n in the learning mode. When the construction of the prediction models 161 to 16n is completed and the operation is performed in the operation mode, the operation support apparatus 10 acquires the process data of the plant 100 via the network, and the prediction data and the process based on the acquired process data, the prediction model 161, and the like. The state of equipment 1 etc. of plant 100 is evaluated by comparing with data. The operation support apparatus 10 transmits the evaluation result to the terminal 30 via the network. In addition, the operation support apparatus 10 outputs the evaluation result to the terminal 40. The terminal 30 displays the evaluation result by the operation support apparatus 10. The operator H performs operation monitoring of the plant 100 while confirming the evaluation result. When operation support devices 10 </ b> A to 10 </ b> C having a simulation function are installed in the control room 60 instead of the operation support device 10, the operator H inputs operation instruction information for the control simulation unit 18 to the terminal 30. The operation instruction information by the operator H is received by the communication unit 13 via the network, and the input / output unit 12 receives the operation instruction information. The control simulation unit 18 performs a simulation based on the operation instruction information. The communication unit 13 transmits the simulation result to the terminal 30. The terminal 30 displays the simulation result. The operator H can confirm the simulation result for the operation instruction made by the operator H.

一方、制御室60のオペレータIは、端末40に表示された評価結果を参照し、遠隔地に居ながらプラント100の状態を把握することができる。また、オペレータHから問い合わせがあったときには、端末40に表示された評価結果を参照して、現地のオペレータHに運用の助言をすることができる。また、オペレータIが、端末40に制御模擬部18に対する操作指示情報を入力すると、入出力部12を介して制御模擬部18がその操作指示情報を取得し、シミュレーションを行う。シミュレーション結果は端末40に出力され、オペレータIはシミュレーション結果を確認する。   On the other hand, the operator I of the control room 60 can grasp the state of the plant 100 while referring to the evaluation result displayed on the terminal 40 while being in a remote place. Further, when there is an inquiry from the operator H, it is possible to give operational advice to the local operator H by referring to the evaluation result displayed on the terminal 40. When the operator I inputs operation instruction information for the control simulation unit 18 to the terminal 40, the control simulation unit 18 acquires the operation instruction information via the input / output unit 12 and performs a simulation. The simulation result is output to the terminal 40, and the operator I confirms the simulation result.

図21のような構成において、オペレータIを例えばプラント100について専門的な知識を有するメーカ側の技術者、制御室60をメーカ側に設けられた集中制御室とし、オペレータHを、発電所70の従業員であるとする。すると、メーカは、自社製品であるプラント100の運用を、納入先ユーザ(発電所70)に任せつつ、自社でもプラント100の状態を監視することができる。運用支援装置10によれば、オペレータI(メーカ側)は、自社の制御室60に設置されたコンピュータ(運用支援装置10)に送信されるプロセスデータ、そのプロセスデータを入力した予測モデル161等の出力データによってプラント100の状態を監視することができる。一方、オペレータH(ユーザ側)は、発電所70に運用支援装置10を設置することなく、運用支援装置10が送信する評価部17による評価結果を参照し、プラント100の運用監視に役立てることができる。また、ユーザ側では、予測モデル161等の構築や運用支援装置10のメンテナンス等を行う必要がなく、プラント100の運用監視に必要のない作業等については全てメーカ側に任せることができる。   In the configuration as shown in FIG. 21, the operator I is an engineer on the manufacturer side who has specialized knowledge about the plant 100, the control room 60 is a central control room provided on the manufacturer side, and the operator H is the power plant 70. Suppose you are an employee. Then, the manufacturer can monitor the state of the plant 100 by himself / herself while leaving the operation of the plant 100 which is his / her product to the delivery destination user (power plant 70). According to the operation support apparatus 10, the operator I (manufacturer side), such as process data transmitted to a computer (operation support apparatus 10) installed in the control room 60 of the company, the prediction model 161 that inputs the process data, and the like. The state of the plant 100 can be monitored by the output data. On the other hand, the operator H (user side) can refer to the evaluation result by the evaluation unit 17 transmitted by the operation support apparatus 10 without installing the operation support apparatus 10 in the power plant 70, and can be used for operation monitoring of the plant 100. it can. Further, it is not necessary for the user side to construct the prediction model 161 or the like, or to perform maintenance of the operation support apparatus 10, and it is possible to leave all the work and the like unnecessary for operation monitoring of the plant 100 to the manufacturer side.

また、図21において運用支援装置10の代わりに運用支援装置10A〜10Cの何れかを設置した場合、オペレータI(メーカ側)は、運用支援装置10A等を操作して、プラント100のシミュレーションを行うことができる。例えば、オペレータH(ユーザ側)から操作方法などについて問い合わせがあった場合、オペレータIは、運用支援装置10A等が提供するシミュレーション機能によってこれから行うべき操作に問題がないことを確認してから、どのような操作を行えば良いかをオペレータHに回答することができるので、プラント100の安全な運用に効果的である。また、例えば、オペレータHが何か誤った操作をしてしまった場合なども、制御模擬部18によって、その操作を再現することができるので、現地で生じている事象に対する理解も深まり適切なサポートを提供することができる。   In addition, when any of the operation support devices 10A to 10C is installed instead of the operation support device 10 in FIG. 21, the operator I (manufacturer side) operates the operation support device 10A and the like to simulate the plant 100. be able to. For example, when there is an inquiry about an operation method from the operator H (user side), the operator I confirms that there is no problem in the operation to be performed by the simulation function provided by the operation support apparatus 10A or the like. Since it is possible to answer to the operator H whether such operation should be performed, it is effective for safe operation of the plant 100. In addition, for example, when the operator H has made an incorrect operation, the operation can be reproduced by the control simulation unit 18, so that the understanding of the phenomenon occurring in the field is deepened and appropriate support is provided. Can be provided.

一方、発電所70のオペレータHも、シミュレーション機能により、これから行おうとする操作の結果を確認してから、実際のプラント100に対する操作を行うことができるので、より適切に日々の運用を行うことができる。また、例えば、何らかの操作について、メーカ側に問い合わせる際にも、オペレータHは、端末30にその操作指示情報を入力し、制御模擬部18にシミュレーションを実行させながら問い合わせることができる。このとき、メーカ側ではオペレータIが、オペレータHによるシミュレーションの内容を、端末40を介して参照することができる。オペレータHとオペレータIは、運用支援装置10A等で実行された1つのシミュレーション結果を互いに確認し合いながら意思疎通を行うことができる。これにより、例えば経験の浅いオペレータHでも安心してプラント100の運用監視を行うことができる。なお、制御室60側に2台の運用支援装置10A等を設置し、1台はユーザ側と共用にし、1台をメーカ側専用とする構成とすることができる。また、制御室60に複数の運用支援装置10等(例えば10−1〜10−3)を設置し、それぞれに異なるプラント100(例えば100−1〜100−3)を割り当てて監視を行ってもよい。また、制御装置20が制御室60に設置されていてもよい。   On the other hand, the operator H of the power plant 70 can also operate the actual plant 100 after confirming the result of the operation to be performed by the simulation function, so that the daily operation can be performed more appropriately. it can. Further, for example, when inquiring about a certain operation to the manufacturer, the operator H can inquire while inputting the operation instruction information to the terminal 30 and causing the control simulation unit 18 to execute the simulation. At this time, on the manufacturer side, the operator I can refer to the contents of the simulation by the operator H via the terminal 40. The operator H and the operator I can communicate with each other while mutually confirming one simulation result executed by the operation support apparatus 10A or the like. As a result, for example, an inexperienced operator H can monitor the operation of the plant 100 with peace of mind. Note that two operation support devices 10A and the like can be installed on the control room 60 side, one can be shared with the user side, and one can be dedicated to the manufacturer side. Alternatively, a plurality of operation support devices 10 (for example, 10-1 to 10-3) may be installed in the control room 60, and different plants 100 (for example, 100-1 to 100-3) may be assigned to each for monitoring. Good. Further, the control device 20 may be installed in the control room 60.

図23は、本発明の第一実施形態〜第四実施形態における運用支援装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、入出力インタフェース904、通信インタフェース905を備える例えばPC(Personal Computer)やサーバ端末装置である。上述の運用支援装置10〜10Cは、コンピュータ900に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、記憶部15に対応する記憶領域を主記憶装置902に確保する。また、CPU901は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置903に確保する。
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the operation support apparatus according to the first to fourth embodiments of the present invention.
The computer 900 is, for example, a PC (Personal Computer) or a server terminal device including a CPU 901, a main storage device 902, an auxiliary storage device 903, an input / output interface 904, and a communication interface 905. The above-described operation support apparatuses 10 to 10C are mounted on the computer 900. The operation of each processing unit described above is stored in the auxiliary storage device 903 in the form of a program. The CPU 901 reads a program from the auxiliary storage device 903, develops it in the main storage device 902, and executes the above processing according to the program. Further, the CPU 901 ensures a storage area corresponding to the storage unit 15 in the main storage device 902 according to the program. In addition, the CPU 901 ensures a storage area for storing data being processed in the auxiliary storage device 903 according to the program.

なお、少なくとも1つの実施形態において、補助記憶装置903は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、入出力インタフェース904を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ900に配信される場合、配信を受けたコンピュータ900が当該プログラムを主記憶装置902に展開し、上記処理を実行しても良い。また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置903に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   In at least one embodiment, the auxiliary storage device 903 is an example of a tangible medium that is not temporary. Other examples of the tangible medium that is not temporary include a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, and a semiconductor memory connected via the input / output interface 904. When this program is distributed to the computer 900 via a communication line, the computer 900 that has received the distribution may develop the program in the main storage device 902 and execute the above processing. The program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-described function in combination with another program already stored in the auxiliary storage device 903.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、制御模擬部18は制御部の一例である。   In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention. The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The control simulation unit 18 is an example of a control unit.

1、2、3・・・機器
100・・・機器群(プラント)
10、10A、10B、10C・・・運用支援装置
11、11C・・・プロセスデータ収集部
12・・・入出力部
13・・・通信部
14・・・動作モード管理部
15・・・記憶部
16・・・予測モデル構築部
17・・・評価部
18・・・制御模擬部
18B・・・強化学習部
20・・・制御装置
30、40・・・端末
50、50´・・・機器運用システム
1, 2, 3 ... equipment 100 ... equipment group (plant)
10, 10A, 10B, 10C ... operation support apparatuses 11, 11C ... process data collection unit 12 ... input / output unit 13 ... communication unit 14 ... operation mode management unit 15 ... storage unit 16 ... Prediction model construction unit 17 ... Evaluation unit 18 ... Control simulation unit 18B ... Reinforcement learning unit 20 ... Control device 30, 40 ... Terminal 50, 50 '... Device operation system

Claims (16)

1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集するプロセスデータ収集部と、
前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する予測モデル構築部と、
前記予測モデルに入力する制御データを生成する制御部と、
を備える運用支援装置。
A process data collection unit that collects process data related to the operating state of the equipment included in the unit in one or more equipment units;
A prediction model construction unit that constructs a prediction model for each unit in which characteristics of the one or more devices are learned by neural network or deep learning based on the collected process data;
A control unit that generates control data to be input to the prediction model;
An operation support apparatus comprising:
前記予測モデル構築部は、前記1つ又は複数の機器の単位ごとに当該単位に対する入力データと出力データの組み合わせに基づいて前記特性を学習し、その学習の範囲に前記1つ又は複数の機器に対する制御のプロセスを含まずに前記予測モデルを構築する、
請求項1に記載の運用支援装置。
The prediction model construction unit learns the characteristic based on a combination of input data and output data for the unit for each unit of the one or a plurality of devices, and the range of the learning for the one or a plurality of devices Building the predictive model without the control process;
The operation support apparatus according to claim 1.
前記制御部は、前記1つ又は複数の機器に対する制御を行う制御装置である、
請求項1または請求項2に記載の運用支援装置。
The control unit is a control device that controls the one or more devices.
The operation support apparatus according to claim 1 or 2.
前記制御部は、前記1つ又は複数の機器に対する制御を行う制御装置を模擬するエミュレータである、
請求項1または請求項2に記載の運用支援装置。
The control unit is an emulator that simulates a control device that controls the one or more devices.
The operation support apparatus according to claim 1 or 2.
前記1つ又は複数の機器の特性を示す所定の物理モデルまたは統計的モデル、をさらに備える、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の運用支援装置。
Further comprising a predetermined physical model or statistical model indicative of characteristics of the one or more devices;
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 4.
前記制御部内部の制御パラメータまたは前記制御部による制御プロセスを最適化する強化学習部、をさらに備える、
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の運用支援装置。
A reinforcement learning unit that optimizes a control parameter in the control unit or a control process by the control unit;
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記制御部は、前記1つ又は複数の機器を制御する制御装置の記憶部から当該制御装置による制御演算によって生成された演算データを取得し、当該演算データを用いて制御データを生成する、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の運用支援装置。
The control unit obtains calculation data generated by a control calculation by the control device from a storage unit of a control device that controls the one or more devices, and generates control data using the calculation data.
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 6.
前記予測モデルは、前記1つ又は複数の機器の特性の一部についての物理モデルを含む、
請求項1から請求項7の何れか1項に記載の運用支援装置。
The prediction model includes a physical model for some of the characteristics of the one or more devices.
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 7.
予測モデル構築部は、前記1つ又は複数の機器に対する入力データと出力データとの組み合わせを学習データとし、前記予測モデルに対する入力を前記学習データとした場合の当該予測モデルからの出力が、前記学習データと同じ値となるような予測モデルを構築する、
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の運用支援装置。
The prediction model construction unit uses a combination of input data and output data for the one or more devices as learning data, and outputs from the prediction model when the input to the prediction model is the learning data. Build a prediction model that has the same value as the data,
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 8.
前記予測モデルの中間層に前記1つ又は複数の機器の特性の一部についての物理モデルを含む場合、前記1つ又は複数の機器の特性を低次元に圧縮する層に適用した物理モデルと、高次元に復元する層に適用した物理モデルとが逆関数の関係にある、
請求項9に記載の運用支援装置。
When the intermediate layer of the prediction model includes a physical model for some of the characteristics of the one or more devices, a physical model applied to the layer that compresses the characteristics of the one or more devices to a low dimension; There is an inverse function relationship with the physical model applied to the layer that restores to higher dimensions.
The operation support apparatus according to claim 9.
前記予測モデルに基づくプロセスデータの予測値と、前記予測モデルに対応する前記1つ又は複数の機器から取得した実プロセスデータとを比較して実プロセスデータを評価する評価部、
をさらに備える請求項1から請求項10の何れか1項に記載の運用支援装置。
An evaluation unit that evaluates the actual process data by comparing the predicted value of the process data based on the prediction model and the actual process data acquired from the one or more devices corresponding to the prediction model;
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 10, further comprising:
1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集するプロセスデータ収集部と、
前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する予測モデル構築部と、
前記予測モデルに基づくプロセスデータの予測値と、前記機器から取得した実プロセスデータとを比較して実プロセスデータを評価する評価部と、
を備える運用支援装置。
A process data collection unit that collects process data related to the operating state of the equipment included in the unit in one or more equipment units;
A prediction model construction unit that constructs a prediction model for each unit in which characteristics of the one or more devices are learned by neural network or deep learning based on the collected process data;
An evaluation unit that evaluates the actual process data by comparing the predicted value of the process data based on the prediction model and the actual process data acquired from the device;
An operation support apparatus comprising:
請求項1から請求項12の何れか1項に記載の運用支援装置と、
前記1つ又は複数の機器および当該1つ又は複数の機器の制御装置と、
を備える機器運用システム。
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 12,
The one or more devices and a control device for the one or more devices;
A device operation system comprising:
請求項1から請求項11の何れか1項に記載の運用支援装置を、
前記1つ又は複数の機器および当該1つ又は複数の機器の制御装置と併設し、前記1つ又は複数の機器の運用を行う、
運用方法。
The operation support apparatus according to any one of claims 1 to 11,
Along with the one or more devices and the control device for the one or more devices, the one or more devices are operated.
Operation method.
運用支援装置が、
1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集し、
前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築し、
前記予測モデルに入力する制御データを生成する、
制御方法。
Operation support device
Collect process data on the operating status of the equipment contained in the unit of one or more equipment,
Based on the collected process data, construct a prediction model for each unit in which the characteristics of the one or more devices are learned by neural network or deep learning,
Generating control data to be input to the prediction model;
Control method.
運用支援装置のコンピュータを、
1つ又は複数の機器の単位で当該単位に含まれる機器の運転状態に関するプロセスデータを収集する手段、
前記収集したプロセスデータに基づいて、前記1つ又は複数の機器の特性をニューラルネットワークまたは深層学習によって学習した前記単位ごとの予測モデルを構築する手段、
前記予測モデルに入力する制御データを生成する手段、
として機能させるためのプログラム。
The computer of the operation support device
Means for collecting process data relating to the operating state of equipment included in one or more equipment units;
Means for constructing a prediction model for each unit in which characteristics of the one or more devices are learned by neural network or deep learning based on the collected process data;
Means for generating control data to be input to the prediction model;
Program to function as.
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