JP2021174352A - Plant control support device, program and plant control support method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電所やごみ焼却炉、工場設備などのプラントを含む制御対象の運用性を向上させるために設定/調整する操作変数の選定を可能とするプラント制御支援装置、プログラムおよびプラント制御支援方法に関する。 The present invention provides a plant control support device, a program, and a plant control support that enable selection of operation variables to be set / adjusted in order to improve the operability of controlled objects including plants such as power plants, waste incinerators, and factory equipment. Regarding the method.
ICT(Information and Communication Technology)やIoT(Internet of Things)の技術革新に伴い、ビッグデータの利活用に注目が集まっている。プラントを含む制御対象については、制御対象の性能や品質、生産性などの向上を目的として、大量のデータ(センサデータ、計測データ)を収集して解析する技術が注目されている。一方、発電事業分野においては、再生可能エネルギーや地球温暖化対策など環境問題への対応に関心が高まっている。発電事業の社会価値・環境価値・経済価値を向上させるために、火力発電所(火力発電プラント)には稼働率、環境性能などの運用性能を考慮して操業することが求められている。 With the technological innovation of ICT (Information and Communication Technology) and IoT (Internet of Things), attention is focused on the utilization of big data. For controlled objects including plants, a technique for collecting and analyzing a large amount of data (sensor data, measurement data) is attracting attention for the purpose of improving the performance, quality, productivity, etc. of the controlled object. On the other hand, in the power generation business field, there is increasing interest in dealing with environmental problems such as renewable energy and global warming countermeasures. In order to improve the social value, environmental value, and economic value of the power generation business, thermal power plants (thermal power plants) are required to operate in consideration of operational performance such as operating rate and environmental performance.
火力発電プラントの運用性能を改善する取り組みとして、特許文献1には、環境性能の指標である排ガスに含まれる窒素酸化物や一酸化炭素濃度などの濃度を最小化する制御装置が開示されている。
プラントの運用性能を向上させるには、適用するプラントの構造・運用状況に応じて操作変数(操作パラメータ)を適切に決定する必要がある。特許文献2には、プラントの運用性能向上に寄与する操作パラメータを抽出する運転支援装置が開示されている。
As an effort to improve the operational performance of a thermal power plant,
In order to improve the operational performance of a plant, it is necessary to appropriately determine the instrumental variables (instrumental parameters) according to the structure and operational status of the plant to be applied.
特許文献2に記載の運転支援装置は、制御対象から収集された運転データと制御対象の設計情報とに基づいて、制御対象の運用性能向上に寄与する操作パラメータ(操作変数)を抽出する。しかしながら、この抽出手法には、本来参照すべきではない運転データを参照して操作変数を抽出してしまう可能性や、通常運転では操作対象としていない操作変数を抽出する可能性があり、改善の余地を残している。
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであって、運用性能向上に寄与する操作変数を精度よく選定可能とするプラント制御支援装置、プログラムおよびプラント制御支援方法を提供することを課題とする。
The driving support device described in
The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a plant control support device, a program, and a plant control support method that enable accurate selection of instrumental variables that contribute to improvement of operational performance. And.
上記した課題を解決するため、本発明に係るプラント制御支援装置は、プラントの運用性能指標の向上に寄与する操作変数を選定するプラント制御支援装置であって、前記運用性能指標との相関度、および操作頻度に基づいて前記操作変数を選定する操作変数決定部を備える。 In order to solve the above-mentioned problems, the plant control support device according to the present invention is a plant control support device that selects an instrumental variable that contributes to the improvement of the operation performance index of the plant, and has a degree of correlation with the operation performance index. It also includes an instrumental variable determination unit that selects the instrumental variable based on the operation frequency.
本発明によれば、運用性能向上に寄与する操作変数を精度よく選定可能とするプラント制御支援装置、プログラムおよびプラント制御支援方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 According to the present invention, it is possible to provide a plant control support device, a program, and a plant control support method that enable accurate selection of instrumental variables that contribute to improvement of operational performance. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
次に、本発明を実施するための形態(実施形態)におけるプラント制御支援装置について説明する。プラント制御支援装置は、以下の手順で運用性能向上に寄与する操作変数を選定し、操作量(操作変数の値)を算出する。(1)プラントの制御装置から運転データを取得する。運転データには、例えばダンパ開度などの操作変数の設定値(指定値、操作量)やプラントの運転状況を示す状態量が含まれる。(2)運転データからプラントの停止期間・テスト期間・故障期間などに取得された無効なデータを除く。(3)運転データのなかで、窒素酸化物量などの運用性能指標との相関度や操作量の変動量が大きい操作変数を、運用性能向上に寄与する操作変数として選定する。(4)操作量を入力、プラントの運用性能指標を出力とし、プラントの特性を模擬する統計モデルを構築する。(5)機械学習技術を用いて統計モデルから運用性能指標が最良となる操作量を導出する。 Next, the plant control support device in the embodiment (embodiment) for carrying out the present invention will be described. The plant control support device selects the manipulated variables that contribute to the improvement of operational performance according to the following procedure, and calculates the manipulated variable (value of the manipulated variables). (1) Acquire operation data from the control device of the plant. The operation data includes, for example, set values (designated values, operation amounts) of operation variables such as damper opening, and state quantities indicating the operation status of the plant. (2) Exclude invalid data acquired during the plant outage period, test period, failure period, etc. from the operation data. (3) From the operation data, select an instrumental variable that has a large correlation with an operation performance index such as the amount of nitrogen oxides and a large fluctuation amount of the operation amount as an operation variable that contributes to the improvement of the operation performance. (4) A statistical model that simulates the characteristics of the plant is constructed by inputting the operation amount and outputting the operation performance index of the plant. (5) Using machine learning technology, the manipulated variable with the best operational performance index is derived from the statistical model.
プラント制御支援装置は、無効なデータを除いた後に、運用性能指標と相関関係の高い操作変数を選定しており、高精度に運用性能向上に寄与する操作変数を選定する。また、プラント制御支援装置は、操作量の変動量が大きい操作変数を選定しており、通常運転では操作対象としていない(変動量が小さい)操作変数を除いて、運用性能向上に寄与する操作変数を選定する。さらに、プラント制御支援装置は、プラントの特性を模擬する統計モデルから、最適な操作量を導出する。プラントのオペレータは、プラント制御支援装置が出力した操作変数と操作量に基づいてプラントの運用計画を立案することができるようになり、計画立案の効率や運用性能を向上させることができるようになる。 After removing invalid data, the plant control support device selects the instrumental variables that have a high correlation with the operation performance index, and selects the instrumental variables that contribute to the improvement of the operation performance with high accuracy. In addition, the plant control support device selects instrumental variables with a large fluctuation amount of the manipulated variable, and except for the manipulated variables that are not targeted for operation in normal operation (small fluctuation amount), the manipulated variables that contribute to the improvement of operational performance. To select. Furthermore, the plant control support device derives the optimum manipulated variable from a statistical model that simulates the characteristics of the plant. The plant operator will be able to formulate an operation plan for the plant based on the instrumental variables and manipulated variables output by the plant control support device, and will be able to improve the efficiency and operational performance of the planning. ..
≪プラント制御支援装置の構成≫
図1は、本実施形態に係るプラント制御支援装置100の全体構成図である。プラント制御支援装置100は、外部装置210、およびプラント220と接続される。外部装置210は、ディスプレイやキーボード、マウスなどを備え、プラント制御支援装置100の利用者が使用するプラント制御支援装置100のユーザインターフェイス装置である。
≪Configuration of plant control support device≫
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the plant
プラント220は、プラントを構成する機器222と、プラント220の運転を制御する制御装置221とを含んで構成される。制御装置221は、機器222から出力されたプラントの状態量を示す計測信号を受信し、状態量としてプラント制御支援装置100に出力する。また、制御装置221は、プラント制御支援装置100から操作変数の操作量を受信して、操作信号(制御信号)として機器222に出力して、プラント220の運転を制御する。なお、制御装置221は、プラント制御支援装置100とは異なる装置からの操作変数の操作量を受信して、操作信号を機器222に出力してもよい。
The
プラント制御支援装置100は、CPU(Central Processing Unit)から構成される制御部、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、SSD(Solid State Drive)から構成される記憶部、通信カードから構成される入出力部(後記する図1の入出力インターフェイス120参照)などを備えるコンピュータである。入出力部は、外部装置210やプラント220と通信データを送受信する。
The plant
入出力インターフェイス120は、制御部および入出力部から構成され、外部装置210やプラント220から受信したデータを、運用データDB130や運転データDB140に格納する。また、入出力インターフェイス120は、後記する操作量決定部170が出力した操作量をプラント220に送信する。外部装置210は、入出力インターフェイス120を介して、後記する運用データDB130、運転データDB140、および処理結果DB150に記憶される情報にアクセス可能である。
The input /
≪プラント制御支援装置:記憶部の構成≫
記憶部は、運用データDB130(運用データdatabase)、運転データDB140、および処理結果DB150を備える。また、記憶部には、プラント制御支援処理(後記する図8参照)の手順を示し、コンピュータをプラント制御支援装置100として機能させるためのプログラムが記憶される。運用データDB130には、プラント220の構造に関する設計図書などの設計情報や業務データが記憶される。業務データとしては、例えば、テスト期間、故障したセンサ、運転パラメータ(操作変数)、分析対象期間、評価項目の評価点、プラント制御支援処理で参照されるパラメータなどがある。
≪Plant control support device: Configuration of storage part≫
The storage unit includes an operation data DB 130 (operation data database), an
図2は、本実施形態に係る運用データDB130に記憶されるテスト・保全・停止情報DB310のデータ構成図である。テスト・保全・停止情報DB310には、プラント220のテスト期間、保全期間、および停止期間が記憶される。
FIG. 2 is a data configuration diagram of the test / maintenance /
図3は、本実施形態に係る運用データDB130に記憶される故障発生情報DB320のデータ構成図である。故障発生情報DB320には、プラント220で発生した故障の発生時期と程度(故障分類)とが記憶される。
FIG. 3 is a data configuration diagram of the failure
図4は、本実施形態に係る運用データDB130に記憶される運転データ項目DB330のデータ構成図である。運転データ項目DB330には、運転データDB140に記憶される運転データ項目と、そのタグ(図4では「Tag No.」と記載)とが記憶される。運転データ項目には、操作変数と状態量とが含まれる。なお、以下では運転データ項目を単にデータ項目とも記す。
FIG. 4 is a data configuration diagram of the operation
図5は、本実施形態に係る運用データDB130に記憶される操作変数キーワードDB340のデータ構成図である。操作変数キーワードDB340には、データ項目(図4参照)のなかで操作変数となるデータ項目のキーワード(運転データ項目欄に含まれるキーワード)が記憶される。
FIG. 5 is a data configuration diagram of the operation variable keyword DB 340 stored in the
なお、データ項目には、操作変数の他に、プラント220の機器222の観測値(プラントの状態量)となるデータ項目もある。状態量のなかには、操作変数に対応する観測値もある。詳しくは、状態量のなかには、操作変数の値(操作量、設定値、指定値)を指定して機器222(図1参照)を操作した結果をセンサで計測した状態量がある。このような状態量の一例として、ダンパ開度という操作変数を指定してダンパを操作した後に、センサで計測したダンパ開度がある。以下の説明では、操作変数に対応する観測値(状態量)がある場合には、観測値を操作変数の値とみなす。これは、観測値の方が、操作変数の値より正確に操作後の値(例えばダンパの開度)を示していると考えられるからである。
In addition to the instrumental variables, the data items include data items that are observed values (plant state quantities) of the
図6は、本実施形態に係る運用データDB130に記憶される故障センサDB350のデータ構成図である。故障センサDB350には、故障したセンサ(デバイス)と故障期間とが記憶される。
FIG. 6 is a data configuration diagram of the
図1に戻って、運転データDB140には、プラントの運転状況に関する情報である運転データが記憶される。運転データには、運転実績データとして、例えば、機器222に設置されたセンサが取得したデータ(プラントの状態量)や操作量(操作変数の設定値、指定値)を含む。運転データは、運転データ項目の値となる時系列データである。
処理結果DB150には、後記する操作変数決定部160、および操作量決定部170の処理結果が記憶される。処理結果DB150には、例えば、データ項目に対する評価スコアが記憶される。
Returning to FIG. 1, the
The
図7は、本実施形態に係る処理結果DB150に記憶される評価スコアDB360のデータ構成図である。評価スコアDB360には、操作変数となるデータ項目362の識別番号361、運用性能指標との相関度363(相関係数の絶対値)、変動係数364(操作変数の値の変動度)、および評価スコア365が記憶される。
FIG. 7 is a data structure diagram of the
≪プラント制御支援装置:制御部の構成:操作変数決定部≫
図1に戻って、制御部は、操作変数決定部160、および操作量決定部170を備える。操作変数決定部160は、運用性能指標との相関度(相関係数の絶対値)や変動量が大きい操作変数を選定する。操作変数決定部160は、有効分析期間・有効データ項目抽出部161、評価項目生成部162、評価点取得部163、重み付け決定部164、データ項目評価部165、および操作変数選定部166を備える。
≪Plant control support device: Control unit configuration: Instrumental variable determination unit≫
Returning to FIG. 1, the control unit includes an instrumental
有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、運転データDB140に記憶される運転データにおいて、操作変数を決定するための分析の対象となるデータ項目(有効データ項目)と期間(有効分析期間)とを抽出する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、運用データDB130に記憶される分析対象期間から、プラント220のテスト期間、保全期間、および停止期間(図2参照)を除く。テスト期間、保全期間、および停止期間にセンサが取得したデータは、分析対象となるプラント220の稼働時のデータではなく、無効なデータ(ノイズ)であるためである。
The valid analysis period / valid data
また、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、操作変数であるデータ項目を抽出する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、運転データ項目DB330(図4参照)に含まれるデータ項目のなかで、操作変数キーワードDB340(図5参照)に記憶されるキーワードを含むデータ項目を抽出する。
In addition, the valid analysis period / valid data
さらに、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、条件に応じて分析対象期間から故障センサDB350(図6参照)に含まれる故障期間を除く。故障期間においては、センサが取得するデータは、分析対象となるプラント220の正しいデータではなく、不正(不正確)なデータ(ノイズ)であるためである。なお、運転データの分析対象期間からプラント220のテスト期間、保全期間、停止期間、およびセンサの故障期間を除いた期間を有効分析期間とも記す。
Further, the valid analysis period / valid data
また、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、条件に応じてデータ項目のなかで操作変数の値(操作量、プラント220に対する設定値/指定値)による操作後にセンサで計測した状態量が取得できないデータ項目を除外する。例えば、ダンパ開度を計測するセンサが故障している場合には、操作変数としてダンパ開度のデータ項目を無効データ項目として除外する。
In addition, the valid analysis period / valid data
評価項目生成部162は、有効分析期間における操作変数の値と、運用性能指標との相関度(因果関係、相関係数の絶対値)、および変動係数を算出する。運用性能指標とは、窒素酸化物(NOx)や一酸化炭素の濃度/排出量などの環境性能やプラントの稼働率などを示す指標である。なお、窒素酸化物や一酸化炭素の量が少ないほど運用性能は高い。評価項目生成部162は、操作変数であるデータ項目ごとに運用性能指標との相関係数の絶対値を算出して、評価スコアDB360(図7参照)の相関度363の欄に記憶する。
The evaluation
また、評価項目生成部162は、操作変数であるデータ項目ごとに変動係数を算出して評価スコアDB360の変動係数364の欄に記憶する。詳しくは、評価項目生成部162は、時系列データである操作変数の値を、例えば、z-score normalizationやmin-max normalizationの手法で正規化して、以下の式(1)を用いて変動係数を算出する。
変動係数=標準偏差/平均値 (1)
Further, the evaluation
Coefficient of variation = standard deviation / mean (1)
さらに、評価項目生成部162は、有効分析期間における操作変数の値と、運用性能指標との特性曲線を生成する。次に、評価項目生成部162は、特性曲線を、例えば線形関数やポアソン分布関数などの特性曲線で近似して、外部装置210のディスプレイに表示する。
Further, the evaluation
評価点取得部163は、評価項目である相関度および変動係数の評価点を運用データDB130から取得する。評価点は、例えば、5〜1の点数であり、相関度および変動係数を評価する際の重み付けの基となる点数である。
重み付け決定部164は、評価項目(相関度と変動係数)の評価点から重み付けを決定する。例えば、相関度の評価点が3で、変動係数の評価点が4であるとする。すると、相関度の重み付けは、3/(3+4)=0.42857であり、変動係数の重み付けは、4/(3+4)=0.57143であると算出される。
The evaluation point acquisition unit 163 acquires the evaluation points of the correlation degree and the coefficient of variation, which are evaluation items, from the
The
データ項目評価部165は、評価項目生成部162が算出した相関度と変動係数、および重み付け決定部164の算出した重み付けを基に、以下の式(2)を用いて評価スコアを算出して、評価スコアDB360(図7参照)の評価スコア365の欄に記憶する。
評価スコア=相関度×相関度の重み付け+変動係数×変動係数の重み付け (2)
The data
Evaluation score = Correlation degree x Correlation degree weighting + Coefficient of variation x Coefficient of variation weighting (2)
操作変数選定部166は、評価スコアが所定の閾値以上であって、評価スコアが上位である所定の数のデータ項目を運用性能向上に寄与する操作変数として選定する。
上記した操作変数決定部160の処理の詳細は、後記する図9〜図11を参照して説明する。続いて、操作量決定部170を説明する。
The instrumental
The details of the processing of the instrumental
≪プラント制御支援装置:制御部の構成:操作量決定部≫
操作量決定部170は、プラント200に出力する操作変数の操作量(指定値、設定値)を導出する。プラント220の運用者は、操作量決定部170が導出した操作量をそのまま制御装置221における機器222の制御のための設定値としてもよい。また、運用者は、プラント制御支援装置100が導出した操作変数や操作量を参考にしてプラントの運用計画を立案して、制御装置221の設定値を決めてもよい。操作量決定部170は、統計モデル171、操作学習モデル172、モデル構築部173、操作量学習部174、および操作量算出部175を備える。統計モデル171と操作学習モデル172とは、記憶部に記憶される。
≪Plant control support device: Control unit configuration: Operation amount determination unit≫
The manipulated
統計モデル171は、操作変数の操作量を入力とし、運用性能指標を出力する統計モデルである。例えば、統計モデル171は、操作変数の操作量を入力とし、運用性能指標を出力するニューラルネットワークであってもよい。詳しくは、運転データから操作量を入力とし、運用性能指標を出力(正解データ)とする学習データを用いて訓練されたニューラルネットワークであってもよい。また、特許文献1に記載のRadial Basis Function Networkによる統計モデルであってもよい。他に、例えば、火力発電プラントのボイラモデルを構築し、運転データを用いてモデルのパラメータを調整して、統計モデル171としてもよい。
The
操作学習モデル172は、運用性能指標が最良となる操作変数の操作量を導出するモデルであって、例えば、統計モデル171を制御対象(環境)とする強化学習のモデルである。操作学習モデル172は、他に、遺伝的アルゴリズム、非線形計画法などの最適化アルゴリズムの計算モデルであってもよい。
モデル構築部173は、統計モデル171を構築する。例えば、統計モデル171がニューラルネットワークであれば、モデル構築部173は、運転データから操作量を入力とし、運用性能指標を出力(正解データ)とする学習データを準備し、当該学習データを用いて統計モデル171を訓練する。
The
The
操作量学習部174は、統計モデル171を制御対象として、操作学習モデル172を訓練する。例えば、操作量学習部174は、操作学習モデル172が強化学習のモデルの場合に、Actor-Critic学習法の一手法である正規化ガウス関数ネットワークを用いて、操作学習モデル172を訓練してもよい。
操作量算出部175は、操作学習モデル172を用いて、運用性能指標が最適となる操作量を算出して、処理結果DB150に格納する。操作量算出部175は、入出力インターフェイス120を介して操作量をプラント220に出力してもよい。
The operation
The operation
≪プラント制御支援処理≫
図8は、本実施形態に係るプラント制御支援処理のフローチャートである。図8を参照しながら、プラント制御支援装置100が、運用性能向上に寄与する操作変数を選定する処理、および操作変数の最適な操作量を導出する処理を説明する。なお、プラント制御支援処理は、繰り返し実行されてもよいし、プラント制御支援装置100を始めて起動するときや前回の処理から所定の期間が過ぎたときなどの所定のタイミングで実行されてもよいし、利用者の指示により実行されてもよい。
≪Plant control support processing≫
FIG. 8 is a flowchart of the plant control support process according to the present embodiment. With reference to FIG. 8, a process in which the plant
ステップS11において操作変数決定部160は、操作変数を決定する当否を判定し、決定する場合には(ステップS11→YES)ステップS12に進み、決定しない場合には(ステップS11→NO)ステップS16に進む。操作変数決定部160は、決定の当否を、外部装置210を介して利用者に問い合わせて判断しもよいし、運用データDB130にある当否のパラメータを取得して判断してもよいし、前回の操作変数決定から所定時間経過した場合に決定すると判断してもよい。
In step S11, the instrumental
ステップS12において操作変数決定部160は、有効分析期間・有効データ項目の抽出処理を実行する。有効分析期間・有効データ項目の抽出処理の詳細は、後記する図9を参照して説明する。
ステップS13において操作変数決定部160の評価項目生成部162は、データ項目の評価項目を算出する。詳しくは、評価項目生成部162は、有効分析期間における操作変数の値と運用性能指標との相関度、および操作変数の変動係数を算出する。評価項目生成部162は、算出した相関度および変動係数を評価スコアDB360(図7参照)の相関度363および変動係数364の欄にそれぞれ記憶する。また、評価項目生成部162は、線形関数やポアソン分布関数などで近似した操作変数の値と運用性能指標との特性曲線を生成して、外部装置210のディスプレイに表示する。
In step S12, the instrumental
In step S13, the evaluation
ステップS14において操作変数決定部160は、データ項目の評価スコア算出処理を実行する。データ項目の評価スコア算出処理の詳細は、後記する図10を参照して説明する。
ステップS15において操作変数決定部160は、操作変数の選定処理を実行する。操作変数の選定処理の詳細は、後記する図11を参照して説明する。
ステップS16において操作量決定部170は、操作方法を学習する当否を判定し、学習する場合には(ステップS16→YES)ステップS17に進み、学習しない場合には(ステップS16→NO)ステップS19に進む。操作量決定部170は、学習の当否を、外部装置210を介して利用者に問い合わせて判断しもよいし、運用データDB130にある当否のパラメータを取得して判断してもよいし、前回の操作方法学習から所定時間経過した場合に学習すると判断してもよい。
In step S14, the instrumental
In step S15, the instrumental
In step S16, the operation
ステップS17においてモデル構築部173は、統計モデル171を構築する。
ステップS18において操作量学習部174は、操作方法を訓練する。詳しくは、操作量学習部174は、統計モデル171を制御対象として、操作学習モデル172を訓練する。
ステップS19において操作量算出部175は、操作学習モデル172を用いて、運用性能指標が最適となる操作量を算出して、処理結果DB150に格納する。
ステップS20において操作量決定部170は、プラント制御支援処理を終了する当否を判定し、終了する場合には(ステップS20→YES)プラント制御支援処理を終了し、終了しない場合には(ステップS20→NO)ステップS11に戻る。操作量決定部170は、終了の当否を、外部装置210を介して利用者に問い合わせて判断しもよいし、運用データDB130にある当否のパラメータを取得して判断してもよい。
In step S17, the
In step S18, the operation
In step S19, the operation
In step S20, the operation
≪有効分析期間・有効データ項目の抽出処理≫
図9は、本実施形態に係る有効分析期間・有効データ項目の抽出処理のフローチャートである。図9を参照しながら有効分析期間・有効データ項目抽出部161が実行する有効分析期間・有効データ項目の抽出処理(図8のステップS12参照)を説明する。なお、処理開始時における有効分析期間は、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されている分析対象期間であってもよいし、運用データDB130に記憶される運転データの期間としてもよい。
≪Valid analysis period / Extraction process of valid data items≫
FIG. 9 is a flowchart of the effective analysis period / valid data item extraction process according to the present embodiment. The valid analysis period / valid data item extraction process (see step S12 in FIG. 8) executed by the valid analysis period / valid data
ステップS31において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、有効分析期間の判断の要否を決定し、判断要ならば(ステップS31→YES)ステップS32に進み、判断不要ならば(ステップS31→NO)ステップS34に進む。有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、有効分析期間判断の要否を、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されている有効分析期間判断の要否フラグを取得して決定してもよいし、外部装置210を介して利用者に問い合わせて決定してもよい。
In step S31, the valid analysis period / valid data
ステップS32において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、有効分析期間からプラント220のテスト期間、保全期間、および停止期間を除外して、新たに有効分析期間とする。有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、テスト期間、保全期間、および停止期間をテスト・保全・停止情報DB310(図2参照)から取得する。
In step S32, the effective analysis period / effective data
ステップS33において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、有効分析期間から、さらにプラント220の故障期間を除外して、新たに有効分析期間とする。有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、故障期間を故障発生情報DB320(図3参照)から取得する。
In step S33, the effective analysis period / effective data
ステップS34において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、データ項目の指定の当否を決定し、指定するならば(ステップS34→YES)ステップS35に進み、指定しないならば(ステップS34→NO)ステップS36に進む。有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、データ項目の指定の当否を、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されているデータ項目指定の当否フラグを取得して決定してもよいし、外部装置210を介して利用者に問い合わせて決定してもよい。
In step S34, the valid analysis period / valid data
ステップS35において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、キーワードを含むデータ項目を抽出する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、運転データ項目DB330(図4参照)に記憶されるデータ項目のなかで、操作変数キーワードDB340(図5参照)に記憶されるキーワードを含むデータ項目を抽出する。この処理により、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、操作変数であるデータ項目を抽出する。
In step S35, the valid analysis period / valid data
ステップS36において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、ステップS35で抽出した操作変数であるデータ項目(ステップS34→YESの場合)、または全ての操作変数に対応するデータ項目(ステップS34→NOの場合)ごとにステップS37〜S40を繰り返す処理を開始する。以下、繰り返し処理の対象となるデータ項目を処理対象データ項目と記す。
ステップS37において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、故障センサ情報の有無を判定する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、処理対象データ項目に対応するセンサ情報の故障情報が故障センサDB350(図6参照)にあれば(ステップS37→YES)ステップS38に進み、なければ(ステップS37→NO)ステップS41に進む。
In step S36, the valid analysis period / valid data
In step S37, the valid analysis period / valid data
ステップS38において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、故障期間が分析期間の所定比率以内であるか否かを判定する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、処理対象データ項目に関連するセンサの故障期間と有効分析期間とが重なる期間が、有効分析期間の所定比率以内であれば(ステップS38→YES)ステップS40に進み、所定比率を超えれば(ステップS38→NO)ステップS39に進む。
In step S38, the valid analysis period / valid data
ステップS39において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、故障センサのデータ項目を無効と判定して除外する。詳しくは、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、処理対象データ項目を無効なデータ項目と判定し、分析対象となる有効データ項目から除外する。
ステップS40において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、有効分析期間からセンサの故障期間を除外して、新たに有効分析期間とする。
ステップS41において有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、未処理の処理対象データ項目があればステップS37に戻り、なければ有効分析期間・有効データ項目の抽出処理を終える。
In step S39, the valid analysis period / valid data
In step S40, the effective analysis period / effective data
In step S41, the valid analysis period / valid data
≪データ項目の評価スコア算出処理≫
図10は、本実施形態に係るデータ項目の評価スコア算出処理のフローチャートである。図10を参照しながら操作変数決定部160が実行するデータ項目の評価スコア算出処理(図8のステップS14参照)を説明する。
ステップS51においてデータ項目評価部165は、評価項目(相関度と変動係数)の評価点設定の要否を決定し、設定要ならば(ステップS51→YES)ステップS52に進み、設定不要ならば(ステップS51→NO)ステップS53に進む。データ項目評価部165は、評価項目の評価点設定の要否を、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されている評価項目の評価点設定の要否フラグを取得して決定してもよいし、外部装置210を介して利用者に問い合わせて決定してもよい。
≪Data item evaluation score calculation process≫
FIG. 10 is a flowchart of the evaluation score calculation process of the data item according to the present embodiment. The evaluation score calculation process (see step S14 of FIG. 8) of the data item executed by the instrumental
In step S51, the data
ステップS52において評価点取得部163は、評価項目の評価点を決定する。詳しくは、評価点取得部163は、評価項目の評価点を、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されている評価項目の評価点を取得して決定してもよいし、外部装置210を介して利用者に問い合わせて決定してもよい。
ステップS53において重み付け決定部164は、評価点から評価項目の重み付けを決定する。
In step S52, the evaluation point acquisition unit 163 determines the evaluation points of the evaluation items. Specifically, the evaluation point acquisition unit 163 may acquire and determine the evaluation points of the evaluation items set by the user and stored in the
In step S53, the
ステップS54においてデータ項目評価部165は、ステップS13(図8参照)で算出された相関度と変動係数、およびステップS53で算出された重み付けを基に、評価スコアを算出して、評価スコアDB360(図7参照)の評価スコア365の欄に記憶する。
In step S54, the data
≪操作変数の選定処理≫
図11は、本実施形態に係る操作変数の選定処理のフローチャートである。図11を参照しながら操作変数決定部160の操作変数選定部166が実行する操作変数の選定処理(図8のステップS15参照)を説明する。なお、図7に記載の評価スコアDB360に含まれる操作変数に対応するデータ項目を選定候補データ項目と記す。なお、図11においては、選定候補データ項目を単にデータ項目と記す。
ステップS61において操作変数選定部166は、評価スコア(図7に記載の評価スコアDB360の評価スコア欄参照)が所定の閾値以下の選定候補データ項目があれば(ステップS61→YES)ステップS62に進み、なければ(ステップS61→NO)ステップS63に進む。
ステップS62において操作変数選定部166は、評価スコアが所定の閾値以下のデータ項目を選定候補データ項目から除外し、新たに選定候補データ項目とする。
<< Instrumental variable selection process >>
FIG. 11 is a flowchart of the operation variable selection process according to the present embodiment. The operation variable selection process (see step S15 in FIG. 8) executed by the instrumental
In step S61, the instrumental
In step S62, the instrumental
ステップS63において操作変数選定部166は、選定候補データ項目のなかで評価スコアが上位である所定数のデータ項目を、新たに選定候補データ項目として抽出する。
ステップS64において操作変数選定部166は、選定候補データ項目の図面確認の要否を決定し、確認要ならば(ステップS64→YES)ステップS65に進み、確認不要ならば(ステップS64→NO)操作変数の選定処理を終える。操作変数選定部166は、選定候補データ項目の図面確認の要否を、利用者により設定されて運用データDB130に記憶されている選定候補データ項目の図面確認の要否フラグを取得して決定してもよいし、外部装置210を介して利用者に問い合わせて決定してもよい。
In step S63, the operation
In step S64, the instrumental
ステップS65において操作変数選定部166は、図面を用いて操作変数を表示する。詳しくは、操作変数選定部166は、外部装置210のディスプレイに制御ロジック回路図(後記する図12参照)を表示し、選定候補データ項目に対応する操作変数を図上でハイライト表示して、利用者に確認を促す。
In step S65, the instrumental
図12は、本実施形態に係る制御ロジック回路図410の例を示す図である。制御ロジック回路図410のなかの「空気流量設定値」という操作変数411がハイライト表示されている。制御ロジック回路図410を参照することで、利用者は、選定候補となっている操作変数について他の操作変数や計測値、回路との関連を把握して確認することができる。 FIG. 12 is a diagram showing an example of the control logic circuit diagram 410 according to the present embodiment. The instrumental variable 411 "air flow rate set value" in the control logic circuit diagram 410 is highlighted. By referring to the control logic circuit diagram 410, the user can grasp and confirm the relationship between the operation variables that are candidates for selection and other operation variables, measured values, and circuits.
≪プラント制御支援装置の特徴≫
プラント制御支援装置100は、運用性能指標との相関度、および変動係数が大きい操作変数(データ項目)を選定する。相関度や変動係数を算出する際には、プラント制御支援装置100は、運転データDB140に記憶される全ての運転データを参照して算出するのではなく、プラント220の停止期間や保全期間、センサの故障期間などを除くことで、プラントが正常に稼働している期間であって、データが有効な期間に限定して算出する。
≪Characteristics of plant control support device≫
The plant
運用性能指標との相関度が大きい操作変数を選定することにより、少ない数の操作変数を設定することでプラント220の運用性能を向上させることができる。また、変動係数が大きい操作変数を選定することにより、普段操作していない不要な操作変数を避けて操作変数を選定することができる。
利用者は評価点を設定することで、操作変数を選定における相関度および操作変数の重み付けを設定することが可能である。また、利用者はキーワードを指定することで、選定される操作変数の候補を設定することができる。操作変数の値と運用性能指標との特性曲線が表示され、利用者は操作変数と運用性能指標の関係を確認することができる。
評価スコアが所定値より低い操作変数は選定されず、運用性能指標との相関度および操作頻度が低い操作変数が選定されることはない。また、データが有効な期間の運転データから相関度や変動係数を算出することで、運用性能指標の向上に寄与する操作変数の高精度な選定が可能となる。
By selecting an instrumental variable that has a high degree of correlation with the operation performance index, the operation performance of the
By setting the evaluation points, the user can set the degree of correlation and the weighting of the manipulated variables in selecting the manipulated variables. In addition, the user can set candidates for the selected operation variable by specifying a keyword. The characteristic curve between the value of the manipulated variable and the operational performance index is displayed, and the user can confirm the relationship between the manipulated variable and the operational performance index.
Instrumental variables whose evaluation score is lower than a predetermined value are not selected, and instrumental variables whose correlation with the operational performance index and operation frequency are low are not selected. In addition, by calculating the correlation degree and coefficient of variation from the operation data during the period when the data is valid, it is possible to select the manipulated variables that contribute to the improvement of the operational performance index with high accuracy.
また、プラント制御支援装置100は、操作変数と運用性能指標との関係を示す統計モデル171を制御する操作学習モデル172を用いて、運用性能指標が最良となる操作量を算出する。算出された操作量に基づいてプラント220を制御することで、運用性能指標を向上させることができるようになる。
Further, the plant
≪変形例:外れ値≫
上記した実施形態におけるステップS13(図8参照)において評価項目生成部162は、無効なデータを含むテスト期間などを除いた有効分析期間の運転データから相関度および変動係数を算出する。評価項目生成部162は、さらに、運転データのなかで外れ値を除外して相関度および変動係数を算出するようにしてもよい。例えば、スミルノフ・グラブス検定や四分位範囲を利用して外れ値を除外してもよい。
≪Modification example: Outliers≫
In step S13 (see FIG. 8) in the above-described embodiment, the evaluation
≪変形例:無効データ≫
上記した実施形態における有効分析期間・有効データ項目の抽出処理(図9参照)のステップS37〜S40においては、有効分析期間のなかでセンサ故障期間が占める割合に応じて、有効分析期間からセンサ故障期間を除外したり、データ項目自体を除外したりしている。これに対して、割合を考慮することなく、有効分析期間からセンサ故障期間を除外したり、データ項目自体を除外したりしてもよい。
≪Transformation example: Invalid data≫
In steps S37 to S40 of the effective analysis period / valid data item extraction process (see FIG. 9) in the above-described embodiment, the sensor failure is performed from the effective analysis period according to the ratio of the sensor failure period in the effective analysis period. The period is excluded, or the data item itself is excluded. On the other hand, the sensor failure period may be excluded from the effective analysis period, or the data item itself may be excluded without considering the ratio.
≪変形例:変動係数≫
上記した実施形態では、操作変数の操作頻度を示す変動係数は、式(1)を用いて算出されている。操作変数の操作頻度として、所定の長さの期間あたりに操作変数(設定値)を変更した回数であってもよい。
また、有効分析期間・有効データ項目抽出部161は、所定の長さの期間あたりに操作変数を変更した回数が所定値以下ならば、当該操作変数を無効データ項目として有効データ項目から除いてもよい。
≪Modification example: Coefficient of variation≫
In the above-described embodiment, the coefficient of variation indicating the operation frequency of the manipulated variable is calculated using the equation (1). The operation frequency of the operation variable may be the number of times the operation variable (set value) is changed within a period of a predetermined length.
Further, if the number of times the manipulated variable is changed per predetermined length period is less than or equal to the predetermined value, the valid analysis period / valid data
≪その他の変形例≫
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。例えば、運用データDB130や運転データDB140は、プラント制御支援装置100に記憶されているが、プラント制御支援装置100とは異なる装置に記憶されるようにしてもよい。
≪Other variants≫
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be modified without departing from the spirit of the present invention. For example, the
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are merely examples and do not limit the technical scope of the present invention. The present invention can take various other embodiments, and various modifications such as omission and substitution can be made without departing from the gist of the present invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention described in the present specification and the like, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
100 プラント制御支援装置
130 運用データDB
140 運転データDB(運転データ)
160 操作変数決定部
170 操作量決定部
171 統計モデル
172 操作学習モデル(機械学習モデル)
210 外部装置
220 プラント
360 評価スコアDB
361 識別番号
362 データ項目(操作変数)
363 相関度(運用性能指標との相関係数の絶対値)
364 変動係数(操作頻度)
365 評価スコア
100 Plant
140 Operation data DB (operation data)
160 Instrumental
210
361
363 Correlation degree (absolute value of correlation coefficient with operational performance index)
364 Coefficient of variation (operation frequency)
365 rating score
Claims (14)
前記運用性能指標との相関度、および操作頻度に基づいて前記操作変数を選定する操作変数決定部
を備えることを特徴とするプラント制御支援装置。 A plant control support device that selects instrumental variables that contribute to the improvement of plant operation performance indicators.
A plant control support device including an instrumental variable determination unit that selects the instrumental variables based on the degree of correlation with the operation performance index and the operation frequency.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The instrumental variable determination unit is characterized in that the correlation degree and the operation frequency are calculated based on the operation data of the effective analysis period, which is the period during which the plant is operating normally, in the operation data of the plant. The plant control support device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The plant control support device according to claim 1, wherein the operation frequency is a coefficient of variation of the operation variable.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The plant control support device according to claim 1, wherein the operation frequency is the number of changes of the operation variable in a predetermined length period.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The plant control support device according to claim 1, wherein the degree of correlation is an absolute value of a correlation coefficient between the manipulated variable and the operational performance index.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The plant control according to claim 1, wherein the instrumental variable determination unit selects the instrumental variable based on an evaluation score calculated by giving a predetermined weight to the correlation degree and the operation frequency. Support device.
ことを特徴とする請求項6に記載のプラント制御支援装置。 The plant control support device according to claim 6, wherein the instrumental variable determination unit excludes instrumental variables whose evaluation score is lower than a predetermined value.
ことを特徴とする請求項2に記載のプラント制御支援装置。 The plant according to claim 2, wherein the instrumental variable determination unit calculates the correlation degree and the operation frequency based on the operation data excluding the operation data acquired by the failed device from the operation data. Control support device.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The operation variable determination unit approximates the characteristic curve between the value of the operation variable and the operation performance index with one of a predetermined characteristic curve including a linear function and a Poisson distribution function, and displays it on an external device. The plant control support device according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 The operation variable determination unit according to claim 1, wherein the operation variable determination unit selects an operation variable that contributes to the improvement of the operation performance index from the operation variables including a predetermined keyword in the name among the operation variables. Plant control support device.
ことを特徴とする請求項1に記載のプラント制御支援装置。 A machine learning model that controls a statistical model that simulates the relationship between the instrumental variables selected by the instrumental variable determination unit and the instrumental performance index is trained, and the trained machine learning model is used to optimize the instrumental performance index. The plant control support device according to claim 1, further comprising an operation amount determination unit for determining a set value of an instrumental variable.
ことを特徴とする請求項11に記載のプラント制御支援装置。 The plant control support device according to claim 11, wherein the machine learning model is a reinforcement learning model.
前記運用性能指標との相関度、および操作頻度に基づいて前記操作変数を選定するステップ
を実行することを特徴とするプラント制御支援方法。 It is a plant control support method of a plant control support device that selects instrumental variables that contribute to the improvement of the plant operation performance index.
A plant control support method characterized by executing a step of selecting the instrumental variables based on the degree of correlation with the operation performance index and the operation frequency.
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