JP2023104104A - 運転支援装置、運転支援方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態に係るプラント制御システム1の全体構成例を図1に示す。図1に示すように、本実施形態に係るプラント制御システム1には、運転支援装置10と、制御装置20と、プラント30とが含まれる。ここで、運転支援装置10と制御装置20は任意の通信ネットワークを介して通信可能に接続されており、同様に制御装置20とプラント30は任意の通信ネットワークを介して通信可能に接続されている。
本実施形態に係る運転支援装置10のハードウェア構成例を図2に示す。図2に示すように、本実施形態に係る運転支援装置10は、入力装置101と、表示装置102と、外部I/F103と、通信I/F104と、RAM(Random Access Memory)105と、ROM(Read Only Memory)106と、補助記憶装置107と、プロセッサ108とを有する。これらの各ハードウェアは、それぞれがバス109を介して通信可能に接続される。
本実施形態に係る運転支援装置10の機能構成例を図3に示す。図3に示すように、本実施形態に係る運転支援装置10は、入力部201と、異常診断部202と、操作量計算部203と、出力部204とを有する。これら各部は、例えば、運転支援装置10にインストールされた1以上のプログラムが、プロセッサ108等に実行させる処理により実現される。また、本実施形態に係る運転支援装置10は、データベース205を有する。データベース205は、例えば、補助記憶装置107等により実現される。なお、データベース205は、例えば、運転支援装置10と通信ネットワークを介して通信可能に接続される記憶装置等により実現されてもよい。
本実施形態に係る運転支援処理について、図4を参照しながら説明する。なお、図4のステップS101~ステップS105は所定の時間毎(例えば、プラント30の制御周期毎)に繰り返し実行される。
以下、上記のステップS104の最適な操作量aの計算方法について説明する。
本計算方法では、H(x(p)+a)=+1を満たし、かつ、操作量aの大きさが最も小さくなる操作量を最適な操作量aとして計算する。これにより、プラント30の現在の状態を考慮して最も少ない操作量で、当該プラント30の状態を異常から正常に戻すことが可能となる。
本計算方法では、H(x(p)+a)=+1を満たし、かつ、プラント30の正常時における過去の運転データを考慮して操作量aの大きさが最も小さくなる操作量を最適な操作量aとして計算する。これにより、操作量が少ないだけでなく、過去の正常時の運用を考慮して実現可能性が高い操作量(つまり、過去の正常時における実際のプラント30の状態に戻すような操作量)で、プラント30の状態を異常から正常に戻ることが可能となる。
本計算方法では、H(x(p)+a)=+1を満たし、かつ、操作量aの大きさが最も小さくなる操作量を最適な操作量aとして計算すると共に、その操作量aに含まれる各要素の最適な操作順も計算する。ここで、操作順とは、操作量a=(a1,・・・,aM)の非零要素の順番のことである。これは、例えば、a=(a1,a2)を考えた場合、a1→a2の順に操作した場合とa2→a1の順に操作した場合とでプラント30の状態が異なり得るためである。これにより、操作量が少ないだけでなく、最適な操作順で、プラント30の状態を異常から正常に戻ることが可能となる。なお、操作量a=(a1,・・・,aM)の零要素は操作不要又は操作できない状態変数を表すものとする。
上記の計算方法その2とその3を組み合わせてもよい。すなわち、Mina,σd(a)+γCord(a,σ|D)+λqk(x(p)+a|X) s.t. H(x(p)+a)=+1という最適化問題を解いてもよい。
以下、本実施形態の一実施例について説明する。
本実施例では、プラント30としてごみ焼却プラントを想定し、最適な操作量aをオペレータ等に提示する場合について説明する。
x2:蒸気流量(速度)
x3:CO濃度(現在値)
x4:CO濃度(速度)
x5:空気流量
x6:フィーダ速度
すなわち、運転データはx=(x1,x2,x3,x4,x5,x6)と表される。また、上記の状態変数のうち、オペレータ等が操作可能なものは空気流量x5とフィーダ速度x6である。このため、操作量はa=(0,0,0,0,a5,a6)と表される。ここで、a5は空気流量に対する操作量、a6はフィーダ速度に対する操作量である。
実施例1と同様の設定において、上記の計算方法2により最適な操作量aを計算する場合、Mina(a5 2+a6 2)1/2+λqk(x(p)+a|X) s.t. H(x(p)+a)=+1という最適化問題を解けばよい。これにより、実施例1と比較して、より実現可能性が高い操作量を計算することが可能となる。
本実施例でもプラント30としてごみ焼却プラントを想定し、上記の計算方法3により最適な操作量aを計算する場合について説明する。
x2:蒸気流量(速度)
x3:CO濃度(現在値)
x4:CO濃度(速度)
x5:空気流量
x6:ストーカ速度
x7:フィーダ速度
x8:自動制御設定値
すなわち、運転データはx=(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8)と表される。また、上記の状態変数のうち、オペレータ等が操作可能なものは空気流量x5とストーカ速度x6とフィーダ速度x7と自動制御設定値x8である。このため、操作量はa=(0,0,0,0,a5,a6,a7,a8)と表される。ここで、a5は空気流量に対する操作量、a6はストーカ速度に対する操作量、a7はフィーダ速度に対する操作量、a8は自動制御設定値に対する操作量である。
以上のように、本実施形態に係る運転支援装置10は、プラント30に異常等が発生した場合に、そのプラント30を異常から正常に戻すための最適な操作量やその操作順をオペレータ等に提示することができる。このため、オペレータ等は、実際にその操作量や操作順を制御装置20に設定し、プラント30が正常に戻るように制御することが可能となる。
参考文献1:金森 憲太朗, 高木 拓也, 小林 健, 有村 博紀,"混合整数線形計画法に基づく実現可能性を考慮した反事実的説明法",人工知能学会 第34回全国大会(2020)
参考文献2:Kentaro Kanamori, Takuya Takagi, Ken Kobayashi, Yuichi Ike, Kento Uemura, Hiroki Arimura, "Ordered Counterfactual Explanation by Mixed-Integer Linear Optimization",35th AAAI Conference on Artificial Intelligence (AAAI 2021)
10 運転支援装置
20 制御装置
30 プラント
101 入力装置
102 表示装置
103 外部I/F
103a 記録媒体
104 通信I/F
105 RAM
106 ROM
107 補助記憶装置
108 プロセッサ
109 バス
201 入力部
202 異常診断部
203 操作量計算部
204 出力部
205 データベース
Claims (9)
- 制御対象の運転データを用いて、前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したか否かを診断するように構成されている異常診断部と、
前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したと診断された場合、前記制御対象を正常に戻すための最適な操作を計算するように構成されている操作量計算部と、
前記最適な操作を所定の出力先に出力するように構成されている出力部と、
を有する運転支援装置。 - 前記出力部は、
前記運転支援装置が備える表示装置、又は、前記制御対象のオペレータが利用する端末に前記最適な操作を出力するように構成されている、請求項1に記載の運転支援装置。 - 前記出力部は、
前記制御対象を制御する制御装置に前記最適な操作を出力するように構成されている、請求項1に記載の運転支援装置。 - 前記操作量計算部は、
前記制御対象が正常となり、かつ、操作量が最小となる操作を前記最適な操作として計算するように構成されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載の運転支援装置。 - 前記操作量計算部は、
前記制御対象が正常となり、かつ、前記制御対象の正常時における過去の運転データからの外れ度合いが小さくなると共に操作量が小さくなるような操作を前記最適な操作として計算するように構成されている、請求項1乃至3の何れか一項に記載の運転支援装置。 - 前記最適な操作には、前記制御対象に対する複数の操作が含まれており、
前記操作量計算部は、
前記複数の操作の各々の操作の最適な操作順を更に計算するように構成されている、請求項1乃至5の何れか一項に記載の運転支援装置。 - 前記異常診断部は、
前記制御対象の操作に対する時間遅れを考慮した機械学習モデルと、前記運転データとを用いて、前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したか否かを診断するように構成されている、請求項1乃至6の何れか一項に記載の運転支援装置。 - 制御対象の運転データを用いて、前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したか否かを診断する異常診断手順と、
前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したと診断された場合、前記制御対象を正常に戻すための最適な操作を計算する操作量計算手順と、
前記最適な操作を所定の出力先に出力する出力手順と、
をコンピュータが実行する運転支援方法。 - 制御対象の運転データを用いて、前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したか否かを診断する異常診断手順と、
前記制御対象に異常又は前記異常の兆候が発生したと診断された場合、前記制御対象を正常に戻すための最適な操作を計算する操作量計算手順と、
前記最適な操作を所定の出力先に出力する出力手順と、
をコンピュータに実行させるプログラム。
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