JP2018160075A - 補助演算装置、及びそれを備えた演算装置 - Google Patents
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Abstract
Description
当該遠隔監視システムにあっては、故障等による予期しないシステムダウンが発生することを回避する必要があるため、非常に高い稼働率が保障されたシステムとして構築されている。このため、当該遠隔監視システムにあっては、システム構築後に、後から機能を付加することは難しいという問題があった。
例えば、特許文献1には、主演算に関連する情報を記憶するメインデータベースを備えるメインコンピュータと、適宜設定されたバックアップタイミングにて、当該メインデータベースに記憶されるデータを、バックアップするサブデータベースを有するバックアップコンピュータを備えたシステムが開示されている。
信頼性の高いメインデータベースを有し当該メインデータベースに記憶されるデータに基づいて主演算を実行する主演算装置に対し、補助的に設けられ、補助演算を実行する補助演算装置であって、その特徴構成は、
前記メインデータベースに記憶されているデータをバックアップ可能であり、前記メインデータベースよりも信頼性の低いサブデータベースと、
前記メインデータベースに記憶されているデータと前記サブデータベースに記憶されているデータとの差分データを、前記メインデータベースから前記サブデータベースへ特定時間毎にバックアップするバックアップ処理を実行するバックアップ処理部と、
前記バックアップ処理が実行されるバックアップ時点の直後に、前記バックアップ処理後の前記サブデータベースに記憶されているデータに基づいて前記補助演算を実行する補助演算実行部とを備える点にある。
特に、上記特徴構成の補助演算装置は、メインデータベースよりも信頼性の低いサブデータベースを用いているから、比較的安価に、補助演算の機能を付加したシステムを構築できる。
ただし、以上の構成を採用する場合、サブデータベースとして、信頼性の低いデータベースを採用しているから、補助演算装置がシステムダウンする虞が高くなる。
上記特徴構成によれば、補助演算実行部が、バックアップが実行されるバックアップ時点の直後に補助演算を実行するから、補助演算装置がシステムダウンした場合であっても、当該補助演算装置を再起動した後で、メインデータベースからサブデータベースへ差分データをバックアップした直後に、補助演算が実行されるため、補助演算の信頼性を担保できる。
以上より、主演算装置へ補助的な演算機能を追加するに当たり、比較的低いコストを維持しながらも、補助演算を高い信頼性を担保しながら実行できる補助演算装置を実現できる。
前記バックアップ処理部は、前記バックアップ処理において、記憶されている複数のデータの夫々について、前記メインデータベースに記憶されているデータのデータ名と前記サブデータベースに記憶されているデータのデータ名とを比較して、前記メインデータベースに記憶されているデータに存在し且つ前記サブデータベースに記憶されているデータに存在しないデータ名のデータを、前記メインデータベースから前記サブデータベースへバックアップする第1バックアップ処理を実行する点にある。
前記サブデータベースは、前記メインデータベースに記憶されているデータと前記サブデータベースに記憶されているデータとの比が基準圧縮比となるように圧縮されたデータを記憶するものであり、
前記バックアップ処理部は、前記バックアップ処理において、記憶されている複数のデータの夫々について、前記メインデータベースに記憶されているデータと、前記メインデータベースに記憶されているデータに紐付けられる前記サブデータベースに記憶されているデータとの圧縮比を判定圧縮比として算出する判定圧縮比算出処理と、
前記判定圧縮比算出処理にて算出された前記判定圧縮比が前記基準圧縮比と異なるデータを前記差分データとして、前記メインデータベースから前記サブデータベースへバックアップする第2バックアップ処理とを実行する点にある。
上記特徴構成によれば、当該基準圧縮比と異なる判定圧縮比のデータを、欠損があるデータと判定し、差分データとしてバックアップする。これにより、欠損があるデータを漏れなく、サブデータベースにバックアップすることができる。
更に、上記特徴構成によれば、メインデータベースのデータの内容とサブデータベースのデータの内容とを比較することなく、データの欠損の有無を判定できるから、データ内容を比較する場合に比べ、演算量を低減でき、演算時間を短縮できる。
前記メインデータベースに記憶されているデータは時系列データであり、
前記補助演算実行部は、前記補助演算として、前記時系列データに基づいて対象の異常状態を判定するものであり、
前記補助演算実行部が異常状態であると判定した前記時系列データのうち、前記異常状態の判定に関連する時間帯に係る前記時系列データをグラフ化して、管理部へ送信する送信部を備える点にある。
以下、図面に基づいて説明する。
エンジン30は、例えば、都市ガス(13A)等の気体燃料を燃料とするものであり、ピストンをシリンダ内で往復運動させると共に吸気弁及び排気弁を開閉動作させて点火プラグを所望の時期に作動させることにより、燃焼室Co(図4に図示:CoはCo1〜Co20の何れか一つ、又はすべてを含む概念)において、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程を順次実行する。これにより、ピストンの往復動を、連結棒を介してクランク軸の回転運動として出力するように構成されている。当該構成は、通常の4ストローク内燃機関と同様の構成である。
更に、当該エンジン30は、複数の燃焼室Coを備えた多気筒式ガスエンジンにて構成されており、各燃焼室Coからの排気温度を排気路にて各別に測定する温度センサS1と、各燃焼室Coにおけるノッキング強度を検出するノックセンサS2と、クランク軸のクランク角度を計測する形態でエンジンの回転数を計測する回転数センサS3とを備えている。
制御装置Ccは、エンジン30の運転を制御する制御部(図示せず)と、上記温度センサS1、ノックセンサS2、及び回転数センサS3の計測データを取得するデータ取得部Cc1と、データ取得部Cc1にて取得した計測データを記憶する記憶部DBcと、外部との間でデータの送受信を実行する通信部Cc2とを備えている。特に、当該通信部Cc2は、記憶部DBcに記憶された計測データを、ネットワーク回線Nを介して、故障予測装置200へ送信可能に構成されている。
さて、昨今では、技術の進歩に伴い、コジェネレーションシステムCの異常状態を、統計手法等に基づいて判定する様々な技術が開発されている。しかしながら、高い稼働率が保障され高い信頼性を有する故障予測装置200には、システム構築後にその仕様を変更するにはコスト等の観点から困難であり、異常状態の判定等の新たな機能を付与することが難しい。
さて、当該異常状態判定通知装置100は、経済メリットを得るべく、メインデータベースDBmよりも信頼性が低いサブデータベースDBsを採用しているのであるが、それにより、異常状態の判定の信頼性が低下することを避けるべく、以下の如く構成されている。
即ち、異常状態判定通知装置100は、メインデータベースDBmに記憶されている計測データ(データ取得部A7にて取得されたデータ)とサブデータベースDBsに記憶されているデータとの差分データを、メインデータベースDBmからサブデータベースDBsへ特定時間毎にバックアップするバックアップ処理を実行するバックアップ処理部A8と、バックアップ処理が実行されるバックアップ時点の直後に、バックアップ処理後のサブデータベースDBsに記憶されているデータに基づいて異常状態の判定(補助演算の一例)を実行する補助演算実行部A10とを備える。
当該構成により、補助演算実行部A10が、バックアップが実行されるバックアップ時点の直後に異常状態の判定を実行するから、異常状態判定通知装置100がシステムダウンしたりサブデータベースDBsがクラッシュした場合であっても、当該異常状態判定通知装置100を再起動した後で、メインデータベースDBmからサブデータベースDBsへ差分データをバックアップした直後に、異常状態の判定が実行されるため、データ欠損のあるデータ等に基づいて補助演算が実行されることを回避でき、補助演算の信頼性を担保できる。
バックアップ処理部A8は、メインデータベースDBmに記憶されるデータに対して、サブデータベースDBsに記憶されるデータにデータ欠損があるか否かを判断すると共に、データ欠損があるデータを欠損のないデータと置き換える処理を、少ない演算量で実行するべく、上述のバックアップ処理において、メインデータベースDBm及びサブデータベースDBsに記憶されている複数のデータの夫々について、メインデータベースDBmに記憶されているデータと、当該メインデータベースDBmに記憶されているデータに紐付けられているサブデータベースDBsに記憶されているデータとの圧縮比を判定圧縮比として算出する判定圧縮比算出処理と、判定圧縮比算出処理にて算出された判定圧縮比が基準圧縮比と異なるデータを差分データとして、メインデータベースDBmからサブデータベースDBsへバックアップする第2バックアップ処理とを実行する。
これにより、比較的信頼性の低いサブデータベースDBsのクラッシュ等により、サブデータベースDBsに記憶されるデータにデータ欠損等が発生している場合でも、その欠損を少ない演算量により適切に発見して、適切なデータに置き換えて、その後の異常状態判定通知装置100の異常状態の判定の精度の信頼性を向上する。
異常状態判定通知装置100は、コジェネレーションシステムCに備えられる複数の燃焼室Co(複数の対象の一例)において計測される排ガスの温度(具体的には、温度センサS1にて各燃焼室Coに対応する排気路で計測される温度:パラメータの一例)の時系列データをサブデータベースDBsに記憶しており、当該サブデータベースDBsに記憶された時系列データに基づいて、複数の燃焼室Coの異常判定を実行する異常判定部A5を備える。
尚、上述した所定の導出期間は、例えば、センサー値(時系列データの各時点での値)の計測周期が1秒間隔である場合は、30分以上、最長でも3,4時間が望ましい。センサー値の点数は、統計学の観点から少なくとも、1,000点から2,000点は必要である。従って、1秒間隔でデータ点数が記録されている場合、30×60点=1,800点が担保される30分以上の期間で導出するのが望ましい。また、センサー値は外気温度から影響を受けるため、可能な限り外気温が一定の期間を導出期間とするのが望ましい。そのため、最長でも3,4時間の導出期間にする方がよい。
異常度導出部A4による異常度Eの導出に関し、一の異常判定対象である燃焼室Coに対応する時系列データをχ1とし、一の非異常判定対象である燃焼室Coに対応する時系列データをχ2とする場合、マハラノビス距離は、以下の〔数1〕にて表される。
一方、マハラノビス距離は、上記〔数1〕に示す如く、χ1の分散、χ2の分散、χ1とχ2との共分散を考慮したものであるため、正常領域の境界は、図2において、2つの時系列データχ1、χ2の平均ベクトルμで表される重心から等距離の円ではなく、2つの時系列データχ1、χ2の相関が反映された楕円(例えば、図2でEで示される楕円)で示されることとなる。ここで、楕円の内側が正常領域であり楕円の外側が異常領域である。
因みに、図2では、時間a、bとは異なる時間に対する複数のデータも図示している。
当該実施形態に係る異常度導出部A4によれば、マハラノビス距離を用いて2つの時系列データの相関を考慮して異常度Eの導出を行うため、重心μから等距離にあるχ(a)、χ(b)であっても、正常と判定されるべきデータであるχ(a)を正常領域内(図2で楕円Eの内側)のデータとし、異常と判定されるべきデータであるχ(b)を異常領域(図2で楕円Eの外側)内のデータとして、異常度Eの導出を実体に則した状態で実行できる。
統計閾値として例えば3を採用する場合、図2に示す例では、異常領域に存在するデータ数は5であるため、異常度導出部A4は、異常度Eが高いと判定する。
例えば、エンジン30が、20気筒の多気筒エンジンである場合であって、一の異常判定対象の燃焼室Co1の異常状態を判定する場合、選択部A3は、残りの19の燃焼室から非異常判定対象の燃焼室Coを複数(図4では、燃焼室Co2から燃焼室Co20まで19個)を選択する。
異常度導出部A4は、一の異常判定対象の燃焼室Co1と他の非異常判定対象の燃焼室Co2〜Co20の夫々との間で、異常度Eを導出する。
異常判定部A5は、異常度導出部A4にて導出された複数の異常度Eにおいて異常度Eが高いと判定される割合に基づいて、異常判定対象が異常状態にあるか否かを判定する。より詳細には、異常判定部A5は、異常度導出部A4にて導出された複数の異常度Eにおいて異常度Eが高いと判定される割合が、異常状態判定割合以上である場合に、異常判定対象の燃焼室Coが異常状態にあると判定し、異常状態判定割合未満である場合に、異常判定対象の燃焼室Coが異常状態にないと判定する。
上記異常状態判定割合は、判定対象にもよるが、例えば、50%以上とすることが好ましく、より好ましくは50%とすることが好ましい。
これにより、単一の異常度Eのみで異常状態の判定を行う場合に比べ、異常状態の誤判定を抑制できる。
当該判定精度調整部A2は、判定の精度を高く調整するのに伴って、選択部A3にて選択される非異常判定対象としての燃焼室Coの数を増加させる。
例えば、異常状態判定通知装置100には、操作者による操作により誤判定の可能性を調整可能な操作部(図示せず)を備え、判定精度調整部A2は、当該操作部の設定値に基づいて、判定の精度を調整する。
当該感度調整部A6は、感度を高く調整するのに伴って、統計閾値を、マハラノビス距離において統計的に決定される異常判定の統計閾値として設定可能な範囲(例えば、3以上5以下)で、低減する。
即ち、当該異常判定方法にあっては、一のエンジン30の複数の燃焼室Coから一の異常判定対象としての燃焼室Coを選択すると共に、一のエンジン30の複数の燃焼室Coから異常判定対象以外の一の非異常判定対象としての燃焼室Coを選択する選択工程と、選択工程にて選択された異常判定対象としての燃焼室Coに対応する排ガス温度(温度センサS1にて計測される温度:時系列データの一例)と、非異常判定対象としての燃焼室Coに対応する排ガス温度(温度センサS1にて計測される温度:時系列データの一例)とから、排ガス温度の夫々に対応するマハラノビス距離を算出し、算出されたマハラノビス距離の正常領域を算出し、マハラノビス距離と正常領域とに基づいて異常判定対象の異常度Eを導出する異常度導出工程とを備え、選択工程は、一の異常判定対象としての燃焼室Coに対し、複数の非異常判定対象としての燃焼室Coを選択するものであり、異常度導出工程は、一の異常判定対象としての燃焼室Coと、選択工程にて選択された複数の非異常判定対象としての燃焼室Coの夫々とで、異常度Eを導出するものであり、異常判定工程は、異常度導出工程にて導出された複数の異常度Eに基づいて、異常判定対象としての燃焼室Coが異常状態にあるか否かを判定する。
次に、当該実施形態に係る異常状態判定通知装置100におけるバックアップ処理及び異常状態の通知処理の制御について、図5の制御フローに基づいて説明する。
データ取得部A7は、これまでに、データを圧縮するための基準圧縮比を取得していない場合、当該基準圧縮比を図示しない設定部から取得する。バックアップ処理部A8は、データ取得部A7にて取得されたデータを、基準圧縮比で圧縮して、サブデータベースDBsに、データ名が設定されたデータを単位として記憶する(#01)。
具体的には、バックアップ処理部A8は、メインデータベースDBm及びサブデータベースDBsに記憶されている複数のデータの夫々について、メインデータベースDBmに記憶されているデータのデータ名とサブデータベースDBsに記憶されているデータのデータ名とを比較する(#02)。
バックアップ処理部A8は、メインデータベースDBmに記憶されているデータに存在し且つサブデータベースDBsに記憶されているデータに存在しないデータ(差分データの一例)がある場合(#03)、メインデータベースDBmからサブデータベースDBsへバックアップする第1バックアップ処理を実行する(#04)。
一方、バックアップ処理部A8は、メインデータベースDBmに記憶されているデータに存在し且つサブデータベースDBsに記憶されているデータに存在しないデータ(差分データの一例)がない場合(#03)、処理を実行しない(#05へ)。
バックアップ処理部A8は、判定圧縮比算出処理にて算出された判定圧縮比が基準圧縮比と異なるデータが存在するか否かを判定し(#06)、存在する場合には、当該データを差分データとして、メインデータベースDBmからサブデータベースDBsへバックアップする第2バックアップ処理とを実行する(#07)。
一方、バックアップ処理部A8は、判定圧縮比算出処理にて算出された判定圧縮比が基準圧縮比と異なるデータが存在しない場合、処理を実行しない(#08へ)。
一方、補助演算実行部A10としての異常判定部A5は、異常状態にないと判定した場合、通信部A1は、処理を実行しない(制御フロー:終了へ)。
(1)本発明にあっては、故障予測装置200(主演算装置の一例)と、異常状態判定通知装置100(補助演算装置の一例)との双方を含む演算装置も、権利範囲に含むものである。
しかしながら、当該第1バックアップ処理では、メインデータベースDBmとサブデータベースDBsで紐づけられたデータの具体的内容までを照合する形態で、差分データを抽出する構成を採用しても構わない。
例えば、信頼性よりも処理速度を優先する場合、上記第1バックアップ処理及び第2バックアップ処理の双方を実行しなくても構わないし、何れか一方のみを実行しても構わない。
しかしながら、故障予測装置200は、例えば、コジェネレーションシステムCの夫々に対して併設して設けられ、ネットワーク回線Nを介することなく、複数の対象からの計測データを取得して異常判定を実行する構成を採用しても構わない。
更には、故障予測装置200は、コジェネレーションシステムCの制御装置Ccとして備えられる構成を採用しても構わない。
しかしながら、異常度導出に用いられるマハラノビス距離は、正規化マハラノビス距離でなくても構わない。
しかしながら、上述したノックセンサS2にて検出されるノッキング強度をパラメータとしても構わない。
そこで、ネットワーク回線Nにて異常状態判定通知装置100に接続される複数のコジェネレーションシステムCのエンジン30の夫々を、複数の対象として採用し、当該エンジン30の回転数を計測する回転数センサS3の計測結果を、パラメータとして採用しても構わない。
また、複数の対象として、一の発電設備の一の発電軸を支える複数の軸受を採用でき、この場合、各軸受けの振動周波数をパラメータとして採用する。
また、複数の対象として、近接する複数のエリア毎の気象状態を採用でき、この場合、複数のエリア毎の気温や湿度をパラメータとして採用する。この場合、異常状態としては、突発的に発生する竜巻等が想定される。
200 :故障予測装置
A1 :通信部
A2 :判定精度調整部
A3 :選択部
A4 :異常度導出部
A5 :異常判定部
A6 :感度調整部
A7 :データ取得部
A8 :バックアップ処理部
DBm :メインデータベース
DBs :サブデータベース
K :管理部
N :ネットワーク回線
χ1 :時系列データ
Claims (5)
- 信頼性の高いメインデータベースを有し当該メインデータベースに記憶されるデータに基づいて主演算を実行する主演算装置に対し、補助的に設けられ、補助演算を実行する補助演算装置であって、
前記メインデータベースに記憶されているデータをバックアップ可能であり、前記メインデータベースよりも信頼性の低いサブデータベースと、
前記メインデータベースに記憶されているデータと前記サブデータベースに記憶されているデータとの差分データを、前記メインデータベースから前記サブデータベースへ特定時間毎にバックアップするバックアップ処理を実行するバックアップ処理部と、
前記バックアップ処理が実行されるバックアップ時点の直後に、前記バックアップ処理後の前記サブデータベースに記憶されているデータに基づいて前記補助演算を実行する補助演算実行部とを備える補助演算装置。 - 前記バックアップ処理部は、前記バックアップ処理において、記憶されている複数のデータの夫々について、前記メインデータベースに記憶されているデータのデータ名と前記サブデータベースに記憶されているデータのデータ名とを比較して、前記メインデータベースに記憶されているデータに存在し且つ前記サブデータベースに記憶されているデータに存在しないデータ名のデータを、前記メインデータベースから前記サブデータベースへバックアップする第1バックアップ処理を実行する請求項1に記載の補助演算装置。
- 前記サブデータベースは、前記メインデータベースに記憶されているデータと前記サブデータベースに記憶されているデータとの比が基準圧縮比となるように圧縮されたデータを記憶するものであり、
前記バックアップ処理部は、前記バックアップ処理において、記憶されている複数のデータの夫々について、前記メインデータベースに記憶されているデータと、前記メインデータベースに記憶されているデータに紐付けられる前記サブデータベースに記憶されているデータとの圧縮比を判定圧縮比として算出する判定圧縮比算出処理と、
前記判定圧縮比算出処理にて算出された前記判定圧縮比が前記基準圧縮比と異なるデータを前記差分データとして、前記メインデータベースから前記サブデータベースへバックアップする第2バックアップ処理とを実行する請求項1又は2に記載の補助演算装置。 - 前記メインデータベースに記憶されているデータは時系列データであり、
前記補助演算実行部は、前記補助演算として、前記時系列データに基づいて対象の異常状態を判定するものであり、
前記補助演算実行部が異常状態であると判定した前記時系列データのうち、前記異常状態の判定に関連する時間帯に係る前記時系列データをグラフ化して、管理部へ送信する送信部を備える請求項1〜3の何れか一項に記載の補助演算装置。 - 請求項1〜4の何れか一項に記載の前記補助演算装置と前記主演算装置とから構成されている演算装置。
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