JP2018136585A - エンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計情報と実稼働データの両方の情報を反映した知識抽出により、仕様書に記載されている内容と実際のプラントの動作の違いを確認することができ、より高度な知識抽出を達成することを目的とする。【解決手段】設計情報から得られた設計仕様と、計装機器のＩＯ信号であるキー信号とから、キー設計信号列を生成し、前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成する解析し、前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較することを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、発電・化学プラントや生産自動化システムなど、制御対象、機器の状態を計測機器および演算装置によって、把握確認し、一連の制御命令を制御機器に対して送信する制御システムにおける制御仕様の抽出、確認のための情報抽出および情報可視化技術に関する。

実際のシステム構成と、仕様書上のシステム構成の違いを明らかにするための技術として特許文献1がある。また、プラントの運転・保守履歴をもとに個別のデータ項目の以前と比較しての変化を抽出する技術や、レガシー図面を自動認識するための技術もある。

特開2014-48901号

特許文献1では、制御ロジック自体が、仕様書どおりに実装されていない場合に、判定することができない。また、プラントの運転・保守履歴をもとに個別のデータ項目の以前依然と比較しての変化を抽出する技術では、着目する計測値や設定値の違いをみつけることができても、各計測値や設定値、制御命令の時系列的な動作の違いをみつけることができない。また、レガシー図面を自動認識するための技術では、仕様書の情報を抽出することはできても、実際のプラントと比較することができない。

本発明は、設計情報と実稼働データの両方の情報を反映した知識抽出により、仕様書に記載されている内容と実際のプラントの動作の違いを確認することができ、より高度な知識抽出を達成することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のエンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法および装置の一つは、設計情報から得られた設計仕様と、プラントを構成する計装機器からの信号であるＩＯ信号であるキー信号とから、キー設計信号列を生成するキー設計信号列生成し、前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成する解析し、前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較する比較することを特徴とする。

本発明によれば、設計情報と実稼働データの両方の情報を反映した知識抽出により、仕様書に記載されている内容と実際のプラントの動作の違いを確認することができ、より高度な知識抽出が達成できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明をプラントの制御装置に適用した場合の機能ブロック図の一例 制御仕様からキー信号の信号シーケンスを生成するフローチャートの一例。 本発明をプラント制御装置に適用した場合の仕様書の一例である系統図の例。 本発明をプラント制御装置に適用した場合の制御仕様書の一例であるIBDの例 本発明をプラントの制御装置に適用した場合のキー信号の一例 制御仕様からキー信号の信号シーケンスを生成する処理詳細図。 本発明をプラントの制御装置に適用した場合に制御仕様から生成されるタイムチャートの一例。 運転データからキー信号に関する信号シーケンスおよびタイムチャートを生成するフローチャートの一例 本発明により制御仕様から生成される設計キー信号列の例。 本発明により制御仕様から生成される設計キー信号列の例。 本発明の処理対象となる運転データの例。 本発明により生成される運転キー信号列の例。 本発明により生成される運転キー信号列の例。 本発明により出力される設計仕様書の運転データとの差異部分の表示例。 キー信号抽出処理を含んだ第3の実施例のブロック図。 IO信号からキー信号を抽出する例。 PassedEvent/State Listの例図。 キー信号抽出処理を含んだ第3の実施例のブロック図。 第２の実施例の基本構成図。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

図１は、本発明をプラントの制御装置に適用した場合の機能ブロック図の一例である。100は、系統図、ロジック図、ＩＢＤ（Interlock Block Diagram）、単線結線図などからなる設計仕様を格納するハードディスクなどの記憶装置であり、101は、キー信号を格納したハードディスクなどの記憶装置であり、102は、プラント運転データを格納したハードディスクなどの記憶装置である。これらは、同じ装置内の別の記憶領域に格納することもできる。110は、設計仕様とキー信号からキー信号列を生成する機能ブロックであり、120は、プラント運転データとキー信号からキー運転信号列を生成する機能ブロックであり、130は、キー設計信号列とキー運転信号列を比較する比較手段であり、140は、比較結果を表示する表示手段である。

本実施例は、どういうプラントをどう作るかを記載した設計情報と実際に作られたプラントとの違いを抽出するためのもので、特にプラントの動作に関する仕様と実際のプラントの動作との比較を容易にするための例である。従って、設計情報とは、ロジック図、IBDなどプラントの動作に関する仕様を記載したものおよび、それらの動作が実際にプラントのどの装置で動作するかを記載した設計図面および仕様書全般をさす。

以下、設計仕様として、制御仕様を記載したＩＢＤを対象とした例に基づき、図１の各ブロックの処理を、他の図を用いて詳しく説明する。

図３は本実施例が対象とするプラントの系統図を示したもので、Tank-A、Tank-Bがそれぞれ外部系統OUTA-系統、OUT-B系統とつながっており、それぞれ、水位計LT-A,LT-Bにより推移を計測しており、一方の推移が高く、一方の水位が低い場合には、PMP-1またはPMP-2により、一方から他方へ、水を流す制御を行っている。

図４は、記憶装置100に格納された設計仕様のひとつであるＩＢＤの例である。図４中のＳ，および丸で囲んだRを含む素子はフリップフロップ素子で、Ｓへの入力がONになると、出力がONに保持され、Rへの入力がONになると出力がONの場合でも、OFFにリセットされることを示す。Rを○で囲んであるのは、リセットを優先することを示し、仮にSへの入力もRへの入力もONの場合、出力はOFFに保持されることを示す。両方の入力信号がOFFの場合も、出力はOFFとなる。また、図４中、点線でかこんでいるものは、計測装置からの信号と、機器への制御信号からなるキー信号を示している。LT-A HIGHは、水位計LT-Aの計測値が水位が高いことを示している信号を発生していることを表す。LT-B LOWは、水位計LT-Aの計測値が水位が低いことを示している信号が発生していることを表す。この２つの信号が発生するとA to Bという信号が発生する。この信号が発生すると図４の下側の図でＴＷと示したOne Shot Timerにより、２５秒間VA-1 OPEN CMDおよびVB-1 OPEN CMDが発生する。この結果、図３中の弁VA-1およびVA-2の弁がひらいたことを示す信号VA-1 OPENED およびVB-1 OPENEDの信号が発生すると、図３のPMP-1を起動するPMP-1OPERATE CMDが発生し、結果的にTANK-AからＢに水が送られる。その結果、Tank-A、B の水位が適当であるという信号LT-A MID またはLT-B MIDが発生すると、上側のＩＢＤで、フリップフロップ素子のリセット信号が生じ、A to B信号がオフになり、下側のＩＢＤで、PMP-1 OPERATE CMDがオフになる。図５は、本実施例のキー信号のリストである。このリストは、あらかじめ、記憶装置101に格納しておくが、図４に示したＩＢＤのように、キー信号を示す記号が明示されている場合には、設計仕様から抽出することができる。また、外部計装機器とのインターフェースを示すＩＯリストから抽出することも可能である。

図２は、このようなＩＢＤから、設計キー信号列を生成するフローチャートを示したものである。制御モード・初期状態設定部210の処理でまず信号の初期状態と、対象とする制御モードを設定する。制御モードは、対象とする制御仕様書のシートの範囲に対応し、本実施例では、図４のＩＢＤの範囲に設定することを意味する。初期値は、制御モードのロジックが進行するように、本実施例の場合では、LT-A HIGH、LT-B LOWを設定する。ワンステップ実行部220における１ステップ実行とは、ロジック上同時刻に発生する信号のON/OFF値を回路中の素子と信号線のつながりに基づいて評価する。なお、図４中のSig_a1,Sig_a2,Sig_b1は回路中の名前がついてない信号に名前をつけたもので、以下の処理でも、計算処理の内部では、適当な方法により回路中の信号に内部で名前がつけられ、その信号の値”ON”,”OFF”との組で、回路の状態が表現される。また、IBD中にＴＷやＤＴなどのようなタイマ素子のあると、その出力値が変化する事象は将来に、いわば予約される。たとえば、図４のTW素子からの出力は、入力値がすっとONでも、ONになった現時点から25Sec後にOFFになる(入力信号がOFFになれはただちにOFFになる。タイマ素子の種類ごとにこのような時間経過にもとづく動作はきまっている。このような事象の予約リスト(何時間後に、信号がどうなるかのリスト）をEvent Waiting Listとする。状態更新(230)では、このようなEvent Waiting Listに事象のリストを追加するとともに、現時点の各信号の状態は、現時刻と各信号値の組としてPasssedEvent/StateListに登録する。図17にEvent Waiting Listの例を、図18にPasssedEvent/StateListの例を示す。

Event Waiting Listは、信号の名前と値の組からなる事象とそれが発生する時間（図中では初期状態の開始時間をTOとしている）からなる表である。また、PasssedEvent/StateListは開始時刻と終了時刻、および、開始時刻から終了時刻までの間の状態のリストからなる表である。ただし、表は、上から時間帯の順にソートされており、状態のリストには、前の時間からの差分の状態のみを追記する。また、処理の途中では、終了時間が不明であり、順次、図２のフローに従って、あらたな時間帯が追加されるごとに、終了時間がかきこまれ、あらたな開始時間と、終了時間のない、レコードが追加されて、変更する状態のリストが記載される。

図２中、240の条件分岐以下の処理は、PasssedEvent/StateListの中から、キー信号に関するものだけを抽出する処理である。PasssedEvent/StateListから、キー信号に関するものだけを取り出したものが、キー信号列になる。処理250では、順次、あらたなキー信号列を追加してく処理である。処理260と270は、キー信号列生成処理の停止条件を記載したもので、すでに生成したキー信号例に繰り返しのパターンがあるか（２６０）、ロジック図上、つぎに新しい信号値の変化が起こりえない停止状態であるか（２７０）すると処理を終了する。処理(260)の繰り返しパターンとは、同じ時間間隔で、キー信号のON/OFFのパターンが繰り返されることである。

もし、これらの終了条件が満足されないと、処理220にもどる。このときは、Event Waiting Listに記載されているEventの発生時間を早い順にソートし、最早時刻Ｔにおこる信号の変化をもとに（同じ時刻に発生するEveｎt Waiting Listに記載された信号の変化をすべて反映して）、ロジック中の素子の機能をたどって、時間Ｔでの信号状態を抽出する。この際、すでに、Event Waiting Listに記載されている信号変化を無効にする事象があった場合にはがあった場合には、Event Waiting Listからその事象を除去する。（たとえば、ＴＷ素子では、入力が、待ち時間２５Secより先に、OFFにかわると、その時点で出力がOFFになり、予約されていた出力をOFFにする事象は、Event Waiting Listから削除される。キー信号リスト中の状態リストが、同じ状態を繰り返すか、想定した時間幅を超えたところで、キー信号例生成は終了する。

図６は、キー設計信号列の生成方法をやや詳しく、状態遷移図を用いて説明したもので、初期ワンステップ実行処理610では、回路の初期状態を評価して、600(実行リスト格納部)にPassedEvent/StateListを書き込むとともに、回路中に時間素子があった場合には、Event Waiting List DB にEvent Waiting Listを書き込む。次ステップ開始時刻設定部620では、次のステップの開始時間を求める。次のステップの実行時間は、現在の時刻よりも開始時刻があとになるEvent Waiting List中の最早の時刻となる。

もし、EventWaitingListDB中に現在の時刻よりも開始時刻があとになるデータがないか、初期設定した評価時間MaxTより現在時間が先に進んでいる場合には、そこで処理は終了し、結果出力(640)に処理は移る。Event Waiting List中の時刻は、図２の説明のように。ＩＢＤ図中のタイマの設定値から算出される。もし、Event Waiting ListDB中に現在の時刻よりも開始時刻があとになるデータがあれば、任意時刻でのワンステップ実行処理部630による処理をおこなう。この処理は、次のステップの信号状態を評価する処理部分で、現在の時刻よりも開始時刻があとになるEvent Waiting List中の最早の開始時刻をもったレコードに記載されている信号状態に、信号がかわったとして、回路の素子の機能に基づいて、各信号線の信号値を評価し、その結果をPassedEvent/StateListに格納する。もし、ステップの実行中に、Event Waiting Listにあるタイマにかかわる信号の値の変化があった場合には、既に説明したように設定値や素子の種類によって、Event Waiting Listから削除したり更新したりして整合性を保つ。これらの処理を繰り返し、終了条件が満たされた場合には、処理は640(結果出力にうつり、PassedEvent/StateListに格納されたデータが出力される。

図７は、こうして生成されたキー設計信号列をタイムチャートの形に図式化して表示した例である。機器IDは、図３に示した各機器の識別番号、機器種別は当該機器の種類、機器状態は、機器の種類ごとにきまる状態値、そして、機器状態は、各機器の状態を横軸を時間経過としてグラフ表示したものである。

図８は、運転データから運転キー信号列を生成するアルゴリズムを示したものである。
運転キー信号列は、図１に示すように、設計仕様をもとに図２の処理に従って作られるキー設計信号列とことなり、プラント運転データから抽出される。プラント運転データは、図18に示したPassedEvevt/StateListと同様の形式の、時刻と信号値の組からなるリストの形式で抽出される。この運転データを運転データ読込み部(810)で読み込み、そこから、キー信号以外の信号を運転データからのキー信号抽出処理部（820）にて除去することにより、運転キー信号列を抽出することができる。図７のような形式のタイムチャートを出力するためには、キー信号名から対応機器を推定する処理が必要となる（処理830）。これらの処理をもとに、図７のような形式のタイムチャートをタイムチャート生成部(840)にて生成する。この処理は、信号名のルールから対応機器を推定する方法や、設計データの中のＩＯリストから、信号名と対応機器を対応づける方法などが考えられる。

図１の比較手段130の比較処理においては、設計情報が許容する範囲に運転キー信号列が含まれているかどうかを比較する必要がある。ここでは、設計情報が許容する範囲とは、キー信号について、設計キー信号列の順序のON・OFFの変化の順序列で、運転がされることとする。たとえば、図４のＩＢＤにおいて、VA-1 OPENED とVB-1 OPENED の発生順序は規定されていない。一方、VA-1とVB-1のＯＰＥＮＣＭＤは、仕様上、同時に発生することが期待されている（したがって、運転キー信号列でも同じ順序になる必要がある）。これを図９のような順序グラフで表現する。図１０も同様に、VA-1 OpenedとVB-1 Openedの発生する順序は仕様上、どちらでもよいことを示している。運転データについては、実際には、厳密に同時に発生することは、制約を厳しくしすぎるため、ある尤度をもって、同じ時間幅に入ったものは、同時とみなす。図１１は、運転データを時系列のリストで示した例で、{}中のVB-1 OPEN CMD,VA-1OPEN CMDは同時刻と見なされる発生であることを示している。この信号列を図９の仕様と比較するために、図９に現れるキー信号を抽出して発生順序をグラフで表したものが、図１２であり、図１０に現れるキー信号列だけの発生順序をグラフで表したものが図１３である。

図９と図１２の比較処理は、図９の仕様では、１番目に発生するのは、LT-A HIGHまたはLT-B LOWであり、図１２は整合していると判定される。一方図１０と図１３の比較では、最後に発生するのはPMP-1 Operate CMDでなくてはならず設計キー信号列と運転キー信号列が合致しないことが、グラフの比較で判定することができる。これにより、設計仕様書に記載された仕様と実際のプラントに実装されたシステムの動作が同じものであるかどうかを確認することができ、新規プラントにおいては、総合テストの手間を省くことができ、システムをリプレースする際には、ドキュメントと実際のシステムがどのくらい違うかを容易に評価することができ、リプレースコストの評価に用いることができる。

本実施例の構成を図19に示す。

本実施は、実施例１に加えて、設計キー信号列と運転キー信号列の差異をもとに、設計仕様書の修正対象範囲を表示する機能を追加したものである。図１０と図１３の比較において、ＶＢ−１ Operate とVB-1 OPENEDの信号の発生順序が整合しないことがわかる。
これらキー信号が元の設計ドキュメントのどこに記載されているかの情報を図19の1900設計ドキュメントキー信号データづけＤＢに格納しておく。この例ではＩＢＤ図面において、それぞれの信号を表す図面要素をあらかじめ記憶装置1900に記憶しておくことにより、図１４に示すように設計仕様が運転データとあっていない部分を表示することができる。図１４中の点線で囲んだ部分が、キー運転信号列とことなった挙動を示すキー設計信号の部分でありこれにより、もとの設計図書のごこが実際のプラントと食い違っているかを容易に把握でき、改修やリプレースの設計コストと信頼性を高めることができる。

本実施例は、キー信号をあらかじめ指定するのではなく、ＩＯリストから抽出するところが実施例１、２と異なる。図１５は、本実施例によるシステム構成例である。キー信号はＩＯリスト1501と設計仕様から抽出される。一般には、ＩＯリストには、信号名、入出力機器名、信号種別、値の範囲などが記載されており、制御装置から計装機器への入出力信号のリストであり、一般には運転データとして取得可能である。ただし、中には平均値をとってから制御のためのセンサ信号として用いる場合のように、すべてのＩＯデータをそのままキー信号として用いるよりは、IBDやアナログロジック図に記載された、制御仕様に即した信号を用いる方が効率的である。キー信号抽出手段1510は、このための処理をする部分である。具体的には、図１６のように、IBDやアナログロジック図上で、IO信号の値の範囲に応じてLOW MID HIGHの３つの信号を発生させており、これらすべてをキー信号として用いて、以下の処理を行う。

以上説明した各実施例では、設計情報から得られた設計仕様と、計装機器のＩＯ信号であるキー信号とから、キー設計信号列を生成し、前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成し、前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較している。この比較により、例え実際の制御装置の動作と異なる仕様書のみが存在する場合でも仕様書に記載されている内容と実際のプラントの動作の違いを確認することができ、設計情報と実稼働データの両方の情報を反映した知識抽出が可能となり、仕様書に記載されている内容と実際のプラントの動作の違いを確認することができ、より高度な知識抽出が達成できる。すなわち、制御仕様書と実際のプラントの動作を比較して、制御仕様書のどの部分が、実際のプラントと異なっているかを明示させることができる。

100 記憶装置
101 記憶装置
102 記憶装置
110 機能ブロック
120 機能ブロック
130 比較手段
140 表示手段
210 制御モード・初期状態設定部
220 ワンステップ実行部
230 状態更新部
240 キー信号判定部
250 信号列追加処理部
260 繰り返し判定部
270 停止状態判定部
600 実行リスト格納部
610 初期ワンステップ実行処理
620 次ステップ開始時刻設定文
630 任意時刻でのワンステップ実行処理部
640 Event Waiting List格納部
810 運転データ読込み処理
820 運転データからキー信号抽出処理
830 キー信号名からの対応機器推定処理
840 タイムチャート生成処理
1501 IOリスト
1510 キー信号抽出手段

Claims (8)

1. 設計情報から得られた設計仕様と、プラントを構成する計装機器からの信号であるＩＯ信号であるキー信号とから、キー設計信号列を生成し、
   前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成し、
   前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較することを特徴とする、エンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法。
2. 前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列から設計タイムチャートおよび運転タイムチャートを生成することを特徴とする、請求項１のエンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法。
3. キー運転データとの差異の原因となる仕様書の部分を解析・表示することを特徴とする、請求項１のエンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法。
4. 計装機器のＩＯリストと設計仕様からキー信号を抽出し、
   前記設計仕様から、キー設計信号列を生成すし、
   前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成し、
   前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較することを特徴とするエンジニアリングドキュメントからの知識抽出方法。
5. 設計仕様と、計装機器のＩＯ信号であるキー信号とから、キー設計信号列を生成するキー設計信号列生成装置と、
   前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成する解析装置と、
   前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較する比較装置を有することを特徴とするエンジニアリングドキュメントからの知識抽出装置。
6. 前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列から設計タイムチャートおよび運転タイムチャートを生成するタイムチャート生成装置を有することを特徴とする、請求項５のエンジニアリングドキュメントからの知識抽出装置。
7. キー運転データとの差異の原因となる仕様書の部分を解析・表示する解析・表示装置を有することを特徴とする、請求項５のエンジニアリングドキュメントからの知識抽出装置。
8. 計装機器のＩＯリストを格納する記憶装置と、設計仕様を格納する記憶装置と、前記設計仕様と前記ＩＯリストからキー信号を抽出するキー信号抽出装置と、
   前記キー信号と前記設計仕様から、キー設計信号列を生成するキー設計信号列生成装置と、
   前記キー信号と実稼働データからキー運転データ信号列を生成する解析装置と、
   前記キー設計信号列と前記キー運転データ信号列とを比較する比較装置および、比較結果を表示する表示装置を有することを特徴とするエンジニアリングドキュメントからの知識抽出装置。

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