JP2021189820A - プラント監視制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】監視レベルを考慮に入れたプラント設備の診断を行い、運転員の操作を支援するプラント監視制御システムを得ることを目的とする。【解決手段】プラント設備のデータを入手してモニタ上に表示させ、モニタにおける操作データによりプラント設備を制御させる監視制御装置を備えたプラント監視制御システムであって、監視制御装置は、プラント設備の動作データを保存する履歴ファイルと、プラント設備の最新のデータを管理する設備データファイルと、プラント設備の診断ルールを管理する設備診断ルールファイルと、要監視、要対応、至急対応の監視レベルとなったプラント設備の情報を保存する設備ファイルと、運転員の操作情報を保存する操作履歴ファイルとを備え、設備診断ルールファイルに基づいて現在の履歴ファイルの信号データを判定するとともに、要対応の監視レベルの場合、履歴ファイルの過去のデータと所定時間照合することで判定する。【選択図】図2

Description

本願は、プラント設備の円滑な運転を支援するためのプラント監視制御システムに関するものである。
上下水道などのプラント設備の運用を管理する従来のプラント監視制御システムは、プラント設備を監視し、異常が生じた場合に、異常の原因をある程度特定して運転員に知らせ、原因を特定できないときなどのために異常の原因を容易に特定できる方向に詳細点検作業をガイドしている。(例えば、特許文献1参照)
この特許文献1においては、センサによりプラントのプロセスデータを周期的に収集し、このプロセスデータと予め定められた基準値とを比較し、基準値から逸脱した場合に、プラントに異常が生じたとして設備診断用および異常表示用の信号監視データを出力するとともに、熟練技術者の知識または経験に基づいて作成した異常原因の因果関係樹木図を用いて異常の原因を特定あるいは絞り込み、運転員に異常を通知するものである。
特開平8−152912号公報(図1、11参照)
従来のプラント監視制御システムは、上記のように構成され、監視する点がプラント設備の異常状態を検出しているが、異常が発生した後では復旧に時間を要することが多く、異常監視だけでなく、異常状態となる前の異常につながる兆候についても監視し、異常状態になる前に対応することが望まれる。
本願は、このような課題を解決するためになされたものであり、運転員が保持しているプラント設備の知識および経験に戻づいたノウハウを蓄積し、プラント設備およびその設備に関連する設備のプロセスデータから、設備が平常運転しているのか(以降、監視レベルが正常状態という)、先々異常状態になる可能性があり、注意して監視が必要な設備なのか(以降、監視レベルが要監視という)、異常になる前に処置が必要なものなのか(以降、監視レベルが要対応という)、異常状態で至急対応が必要なものなのか(以降、監視レベルが至急対応という)といった運転員が監視するレベルを考慮に入れたプラント設備の診断を行い、プラント設備の運転員に通知するプラント監視制御システムを得ることを目的とする。
本願に開示されるプラント監視制御システムは、複数のプラント設備におけるデータを入手してモニタ画面上に表示させるとともに、画面における操作に基づいてプラント設備を制御させる監視制御装置を備えたものであって、監視制御装置は、プラント設備の動作データを保存する履歴ファイルと、プラント設備の最新のデータを管理する設備データファイルと、プラント設備の診断ルールを管理する設備診断ルールファイルと、要監視、要対応、至急対応の監視レベルとなったプラント設備の情報を保存する設備ファイルと、運転員の操作情報を保存する操作履歴ファイルと、設備診断ルールファイルに基づいて現在の履歴ファイルのデータを判定するとともに、要対応の監視レベルを履歴ファイルの過去のデータと予め定められた時間照合することによって判定するプラント診断部とを備え、プラント診断部によりプラント設備が異常状態となる前の異常につながる兆候を判定したとき、要監視の監視レベルの設備としてモニタ画面上に表示させることを特徴としたものである。
本願に開示されるプラント監視制御システムよれば、運転員が監視するレベルを考慮に入れたプラント設備の診断を行い、異常状態になる前の異常につながる兆候についても監視し、異常状態になる前に対応させることが可能となり、運転員の負担を軽減させる効果が期待できる。
実施の形態1に係るプラント監視制御システムのシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係るプラント監視制御システムにおける監視制御装置の詳細構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係る監視制御装置のハードウエア構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係る監視制御装置の系統フローをモニタ画面上に表示した系統フロー図である。 実施の形態1に係る監視制御装置の要部における特性を示すモニタ画面上の表示例を示す図である。 実施の形態1に係る監視制御装置におけるプラント設備診断ルールを説明する概念図である。 図6におけるプラント設備診断ルールを説明するフロー図である。 実施の形態1に係る監視制御装置の動作を説明するための系統フロー図である。 実施の形態2に係る監視制御装置の動作を説明するための系統フロー図である。 実施の形態2に係る監視制御装置の動作を説明するための系統フロー図である。 図9におけるモニタ画面上の要部表示例を示す図である。 図9におけるモニタ画面上の他の要部表示例を示す図である。
実施の形態1.
以下、実施の形態について図に基づき説明する。
図1は、実施の形態1に係るプラント監視制御システムのシステム構成を示すブロック図である。
図において、プラント監視制御システム1は、ポンプ、弁、貯水池など上下水道のインフラとなる複数のプラント設備11と、各プラント設備11の動作状態の収集および制御を行うコントローラ12と、プラント設備11の監視および制御の指示を行なわせる監視制御装置20と、監視制御装置20とコントローラ12とを双方向で情報の伝達を行う制御バス13と、監視制御装置20を介して各プラント設備11の系統フロー図、計測値、運転状態、アラームなどを表示し、特定のプラント設備11を指定して制御指示する際に用いる複数のモニタ14とから構成されている。
ここで、プラント設備11には、種々のセンシング機器、例えば、設備に流れる水の流量等のプロセス量を測定する計測機器と、プロセス量を機械的に調整するためのポンプまたは弁などのメカニカル機器と、各計測機器および各メカニカル機器の動作状態を確認するための音検出機器または電気信号を検出する信号検出機器とが設けられている。
また、コントローラ12には、プラント設備11における計測機器からの計測値データ、センシング機器から上下水の流量などの計測値データおよび各メカニカル機器の運転中、停止中などの運転状態を示す信号をそれぞれ受信し、この受信データをプラント監視データとして監視制御装置20に制御バス13を通して送信するとともに、モニタ14による運転員の運転、停止などの制御の指令を監視制御装置20を介して受信し、各メカニカル機器を直接制御する機能が設けられている。なお、プラント監視データには、プラント設備11の故障などの異常信号も含まれる。
したがって、監視制御装置20は、コントローラ12からプラント監視データを受け取り、受信した監視データを加工して後述の各データベースのファイルに保存するとともに、モニタ14の画面上にプラントの状態監視を行うための系統フロー図、トレンド画面、アラーム履歴画面などの情報を表示させる信号を出力する。また、モニタ14の系統フロー図の画面においてプラント設備11への制御指示データをコントローラ12へ送信することを可能としている。
図2は、図1における監視制御装置20の詳細構成を示すブロック図で、図において、監視制御装置20は、各プラント設備11の系統フロー図などをモニタ14の画面上に表示させるとともにモニタ14からの制御信号を送信してプラント設備11を制御する表示制御部21と、プラント履歴ファイル22と、プラント設備データファイル23と、プラント設備診断ルールファイル24と、要監視設備ファイル2Aと、要対応設備ファイル2Bと、至急対応設備ファイル2Cと、操作履歴ファイル25と、制御バス13を通してプラント設備11からのデータを送受信するデータ通信部26と、データ通信部26に接続されたプラントデータ入力部27およびプラントデータ出力部28と、各データに基づいてプラントの動作状態を判定し、制御信号を出力するプラント診断部29とを備えている。
ここで、プラント履歴ファイル22は、プラント設備11の動作状態および計測値などのプラント監視データを時系列に保存する。プラント設備データファイル23は、プラント設備11の最新の設備データを管理する。プラント設備診断ルールファイル24は、プラント設備11を診断するルールデータをプラント設備11ごとに管理し、このルールに基づいて各プラント設備11における正常、要監視、至急対応の監視レベルを判定するために用いられる。
また、要監視設備ファイル2Aは、要監視の監視レベルと判定されたプラント設備11の情報を時系列に保存する。要対応設備ファイル2Bは、要対応の監視レベルと判定されたプラント設備11の情報を時系列に保存する。至急対応設備ファイル2Cは、至急対応の監視レベルと判定されたプラント設備11の情報を時系列に保存する。操作履歴ファイル25は、プラント設備11に対して運転員が操作した内容と、操作の際の根拠または意図を示すコメントをプラント設備11ごと時系列に保存する。
さらに、プラント診断部29は、各データファイルから取得した現在のプラント監視データが正常、要監視、要対応、至急対応のどの状態かを診断し、状態に応じて要監視設備ファイル2A、要対応設備ファイル2B、至急対応設備ファイル2Cに情報を追加する。
なお、このような監視制御装置20は、ハードウエア構成の一例を図3に示すように、各種のデータを入力する入力回路と、制御プログラムが格納された記憶装置(ROM)と、データを一時的に保存する揮発性記憶装置(RAM)と、各種データに基づき演算処理を実行する中央処理装置(CPU)と、演算結果を出力する出力回路とを備えて構成されている。
図4は、モニタ14の画面上に表示された系統フローの一例を示す図で、系統フロー図の画面30は、ポンプ、池、弁などのプラント設備11を示すシンボルと、そのシンボルを水の流れを示す線で接続して表示され、プラント設備11と水の流れの経路の全体が識別できるようにしている。また、各プラント設備11の運転状態を、運転は水色、停止は赤色などとして状態毎で色を替えて表示するとともに、各プラント設備11のシンボルの周辺に各プラント設備11における計測値を表示するように構成している。
さらに、系統フロー図の画面30の左側に表示制御部21の操作領域が設けられており、監視系統を選択する選択キー21a、監視するプラント設備11(ここでは××貯水池2)を選択する選択キー21b、選択したプラント設備11の直近の計測データおよび状態をグラフにより時系列に表示するトレンド画面表示キー21c、画面上のプラント設備11の中で至急対応の監視レベルとなった設備の発生/回復の履歴を時系列に表示する異常発生/回復履歴画面選択キー21d、プラント設備に操作した内容の履歴を時系列に表示する操作履歴画面選択キー21e、操作手順などを記載したマニュアルを表示するマニュアル表示キー21fを備えている。
このような、トレンド画面表示キー21c、異常発生/回復履歴画面選択キー21d、操作履歴画面選択キー21eをそれぞれ操作することにより、それぞれ図5(a)(b)(c)に示すようなトレンド画面、異常発生/回復履歴画面、操作履歴画面を表示することになる。
なお、図4には示されていないが、画面上の各プラント設備11のシンボルを操作することにより表示される運転指示および停止指示などの操作ボタンまたはキーボードを操作して制御信号を出力し、プラントデータ出力部28およびデータ通信部26を通してコントローラ12へ送信し、プラント設備11を制御することになる。また、操作した内容は、操作履歴の画面に表示することにより参照することができる。
以上のように構成されたプラント監視制御システム1の各部の動作について説明する。
まず、プラントデータ入力部27は、コントローラ12からデータ通信部26を経由して受信したプラント監視データをプラント履歴ファイル22に格納する。
次に、プラント診断部29は、プラント履歴ファイル22を読み込み、プラント設備診断ルールファイル24に基づいて、プラント設備11毎に「正常」、「要監視」、「至急対応」の3つの監視レベルを判定する。
このプラント設備診断ルールファイル24には、図6(a)に示すようにプラント設備(1〜N)毎に長年プラントの運転業務を行ってきた熟練技術者の知識および経験が次のような診断ルールの形で予め記録されている。
A)監視レベル:要監視/至急対応の区分。
B)判定方式:監視レベルを判断するための基準値比較/論理条件式の区分。
C)判定方法:基準値比較の場合は判定式、論理条件式の場合はフローチャートによる。
D)併行監視信号:要監視レベル発生のデータと併せて監視するデータ。
E)マニュアル:要監視、至急対応の判定時における対処方法を記載した参考事項。
F)コメント:要監視レベル発生時の運転員への伝達事項。
例えば、プラント設備11の例の場合、図6(b)に示すように、プラント設備11(1〜N)のデータ1つと判定方法に定義された基準値と比較することで判定する。すなわち、配水設備3の配水量が基準値100.0を超えた時(配水量>100.0m/h)、要監視レベルと判断し、基準値150.0を超えた時(配水量>150.0m/h)、至急対応レベルと判断する。なお、判定方式の基準値比較は、標準偏差、変化率等の計算をして行うこともできる。
また、論理条件式による判定方式は、プラント設備の複数の信号で判定するもので、判定フローチャートに複数の信号の条件を設定して条件にマッチする場合、監視レベルと判断する。例えば、プラント設備11の例の場合、図7に示すように、配水設備3の配水量が150.0超過(配水量>150.0m/h)(ステップS1)、××貯水池2の水位が30.0未満(水位<30.0m)(ステップS2)、××貯水池2の流入量が100.0未満(流入量<100.0m/h)(ステップS3)である時、至急対応の監視レベルであると判定し、それ以外の場合は、正常の監視レベルと判断する。
なお、図6における併行監視信号は、監視レベルが要監視になったときに、同時に監視が望ましい設備のデータを定義している。すなわち、水位が50.0m以下になった時は、水の需要が多いことが考えられるため、至急対応の扱いとせず、流入量、流出量の動向も併せて監視するように促し、必要に応じて流入量の調整を行わせることになる。
したがって、表示制御部21は、系統フロー図(図4)の画面30の上で、要監視レベルとなったプラント設備11の例の場合、××貯水池2のシンボルと、その流入量および流出量のデータを、配水設備3のシンボルと、その配水量のデータとともに要監視レベルの設備として色を変えて表示し、監視を促すことになる。また、この要監視レベルの設備に関連する設備、例えば××貯水池1も他の色で表示し、併行して監視することを促すことになる。
図8は、配水設備3の配水量が要監視レベルとなった場合の画面30Aを示す系統フロー図である。
図において、プラント診断部29が要監視レベルと判定した配水設備3のシンボルと配水量のデータを要監視の色(例えば黄色)で色を替えて表示し、併せて音声により警報を発生する。また、併行監視設備である××貯水池2のシンボルと、その流入量および流出量のデータを同時に要監視の色で表示し、要監視を促す。
また、系統フロー図の画面30Aの下部にガイド画面30Bを表示する。このガイド画面30Bには、要監視の設備とデータの一覧、およびデータのトレンドを表示し、要監視の設備と関連設備の計測値の推移をグラフにより監視させることを可能としている。
さらに、至急対応レベル、要監視レベルのプラント設備11があると診断された場合、系統フロー図の画面30Aの画面にマニュアル表示キー21fを表示させ、このマニュアル表示キー21fを操作することによって、対処方法などの情報を表示させ、正しい対処が可能となるように構成している。
例えば、配水設備3の配水量が基準値である100.0(m/h)を超えて要監視レベルと判定された時、系統フロー図の画面30Aのメッセージエリア30Cにコメントとして『××貯水池2の水位が低下する恐れあり』と表示させ、これによって対応を促すことが可能となる。
なお、上述のいずれの判定条件にも合致しない場合は、プラント設備11が正常に動作していると判定し、系統フロー図の画面30Aは、平常状態として通常の表示状態を維持する。
以上、プラント診断ルールに基づき、プラント設備11毎に、正常、要監視、至急対応の3つの監視レベルを判定する形態を説明したが、加えて、要監視の監視レベルになったプラント設備11の状態が、過去、至急対応のレベルになった時の状態と類似するかどうかをチェックすることにより判定することも可能である。
すなわち、要監視の監視レベルになった設備のデータがあると、至急対応設備ファイル2Cに保存された過去の履歴データと照合し、至急対応の状態に一致するか否かチェックする。至急対応の状態になった履歴がある時、プラント履歴ファイル22に格納されたそのデータの過去の変異との照合を一定時間実施し、マッチすると、そのプラント設備11と併行監視のプラント設備とを例えば紫色で表示し、要対応設備として対応を促すことになる。
なお、実施の形態において示された水位、流入量、配水量は、設備の容量または能力に応じて予め設定されるものである。
実施の形態2.
上述の実施の形態1においては、プラント診断ルールに基づき、プラント設備11毎に、正常、要監視、要対応、至急対応の4つの監視レベルを判定するプラント監視制御システムについて説明したが、実施の形態2では、さらに至急対応の監視レベルとなった事象に対して、過去に運転員が操作した内容と操作した運転員を表示することができるリプレイ機能を追加し、異常時の対応を支援するように構成したものである。
図9は、実施の形態2に係る監視制御装置20の動作をモニタの画面上に表示した系統フローを示す図で、系統フロー図の画面40にモード切替えキー21gを追加して表示している。
図において、××貯水池2の池水位が至急対応の監視レベルに達すると、××貯水池2のシンボルと池水位のデータとを至急対応の監視レベルを示す色(例えば赤)で表示する。
なお、このモード切替えキー21gは、至急対応の監視レベルが発生していない通常時は、図示のようにオンラインモードであり、モード切替えキー21gを操作することにより図10に示すようにリプレイモードへ切り替えることになる。
また、図10において、リプレイ操作用の画面50Aと、画面40の下段にアラーム発生履歴画面50Bと、操作履歴画面50Cおよびトレンド画面50D(詳細は後述)とを表示する。
ここで、リプレイ操作画面50Aは、図11に詳細を示すように、巻戻しボタン51と、逆再生ボタン52と、一時停止ボタン53と、リプレイ再生ボタン54と、早送りボタン55と、操作状態を表示するブレイクポイントリスト56とを備えている。
すなわち、至急対応の監視レベルとなったプラント設備11が生じると、至急対応設備ファイル2C、プラント履歴ファイル22から至急対応の監視レベルとなったプラント設備11と関連するプラント設備の信号データを時系列に抽出してリプレイデータを生成するとともに、これに合わせて、至急対応設備ファイル2C及び操作履歴ファイル25から設定期間の全ての信号異常発生の履歴と回復の履歴からなるアラーム履歴と操作履歴情報とを抽出し、リプレイデータに加味して、これらの情報をブレイクポイントリスト56として表示することになる。
このブレイクポイントリスト56は、アラームおよび操作のイベントの発生時刻とアラームの場合の発生事象、操作の場合の操作内容を時系列に表示する。
例えば、指定期間で発生したアラームと運転員が操作した履歴を参照できるとともに、リプレイ再生中にブレイクポイントのイベントへ時刻を移動し、その時刻から再生させるポイントとして使用することができる。つまり、再生中の時刻をリスト上のイベントに移動させる再生ポイントの一覧であり、ブレイクポイントリスト56上の警報イベントおよび操作イベントを操作すると、その時刻に該当するプラント監視データが読み出されてアラーム情報または操作情報とともに再生する。
次に、リプレイ操作ボタン51〜55におけるリプレイ再生ボタン54を操作すると、リプレイ再生が開始され、リプレイ操作画面50Aと併せて、詳細を図12に示すように、系統フロー図の画面40の下方にアラーム発生履歴画面50B、操作履歴画面50Cを表示することになる。
ここでは、生成したリプレイデータに基づき、系統フロー図の画面40上で保存したプラント設備11の状態および計測値を時系列に所定の時間間隔でコマ送りする形で再生する。
また、再生途中にアラーム履歴、操作履歴の時刻になると、アラーム発生履歴画面5おBおよび操作履歴画面50Cに内容を追加して表示し、さらに、系統図フロー図40画面上で対象となるプラント設備11のシンボルにアラームおよび操作内容を吹き出しにより表示する。
なお、操作履歴画面50Cには、運転員ごとに操作履歴を表示し、各運転員の操作について診断を可能としている。また、対応が良好な場合は、模範操作として訓練または教育に使用することができる。
なお、リプレイ状態において、一時停止ボタン53を操作すると、系統フロー図の画面40、トレンド画面50D、アラーム発生履歴画面50Bおよび操作履歴画面50Cにおけるリプレイを停止し、再度再生ボタン54を操作すると、リプレイを再開する。
また、逆再生ボタン52を操作すると逆再生し、早送りボタン55を操作すると、所定の早送り時間間隔で再生する。ここで、早送りの時間間隔は、再生の時間間隔より長く設定され、アラーム発生前の状況を見たい時など、リプレイのポイントの進行を高速化することになる。
さらに、巻戻しボタン51を操作すると、所定の巻戻し時間間隔で逆再生され、ポイントを再度見たい場合などに、そのポイントへの巻戻しを高速化する。
加えて、リプレイ再生中にブレイクポイントリスト56上のイベントが再生されると、表示マークが変更され、リスト上の文字が色替えされる。これにより、現在のリプレイの進行状態を認識させることができる。
以上のようなモニタ14画面上の操作は、監視制御装置20における記憶装置(ROM)、揮発性記憶装置(RAM)、中央処理装置(CPU)などにより容易に達成することができる。
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
1:プラント監視制御システム、 11:プラント設備、 12:コントローラ、
13:制御バス、 14:モニタ、 20:監視制御装置、 21:表示制御部、
22:プラント履歴ファイル、 23:プラント設備データファイル、
24:プラント設備診断ルールファイル、 25:操作履歴ファイル、
26:データ通信部、 27:プラントデータ入力部、 28:プラントデータ出力部、
29:プラント診断部、 30・30A〜30C・40:モニタ画面、
2A:要監視設備ファイル、 2B:要対応設備ファイル、
2C:至急対応設備ファイル

Claims (4)

  1. 複数のプラント設備におけるデータを入手してモニタ画面上に表示させるとともに、前記モニタにおける操作に基づいて前記プラント設備を制御させる監視制御装置を備えたプラント監視制御システムであって、
    前記監視制御装置は、前記プラント設備の動作データを保存する履歴ファイルと、前記プラント設備の最新のデータを管理する設備データファイルと、前記プラント設備の診断ルールを管理する設備診断ルールファイルと、要監視、要対応、至急対応の監視レベルとなった前記プラント設備の情報を保存する設備ファイルと、運転員の操作情報を保存する操作履歴ファイルと、前記設備診断ルールファイルに基づいて現在の前記履歴ファイルのデータを判定するとともに、要対応の監視レベルを前記履歴ファイルの過去のデータと予め定められた時間照合することによって判定するプラント診断部とを備え、
    前記プラント診断部により前記プラント設備が異常状態となる前の異常につながる兆候を判定したとき、要監視の監視レベルの設備として前記モニタ画面上に表示させることを特徴としたプラント監視制御システム。
  2. 前記プラント診断部は、前記設備診断ルールファイルに記録された条件式に基づいて前記プラント設備の運転状態およびプロセス量を判定することを特徴とした請求項1記載のプラント監視制御システム。
  3. 前記監視制御装置は、前記プラント設備が要監視の監視レベルにあると判定したとき、要監視となった前記プラント設備に関連し、同時に監視が望ましいプラント設備およびデータを前記モニタ画面上に表示させることを特徴とした請求項1記載のプラント監視制御システム。
  4. 前記監視制御装置は、前記プラント設備が異常状態にあると判定したとき、前記操作履歴ファイルに基づき、過去の対応操作をプラント状態の変化とともに時系列に前記モニタ画面上に再生させるリプレイ機能を設けたことを特徴とする請求項1記載のプラント監視制御システム。
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