JP2953613B2

JP2953613B2 - 各種プラントの監視・診断方法

Info

Publication number: JP2953613B2
Application number: JP8624697A
Authority: JP
Inventors: 和憲佐藤; 富士夫山本
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1997-04-04
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2017-04-04
Also published as: JPH10283024A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、各種プラント、例え
ばコジェネレーション発電装置等の各種プラントを、各
構成機器の運転状況を示す計測データに基づいて監視・
診断する方法に関し、特に計測データの採取方法の改善
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、上記種類のプラントでは、各機
器の特性を示す計測データを、例えば０．１秒間隔で１
時間保存し、その保存した計測データによって、定期的
およびイベント発生時（故障等）の監視・診断を行って
いる。

【０００３】ところで、プラントは多種多様な機器の集
合体であるため、各機器の運転状態がそれぞれ異なる時
間的変化を示す。例えば、1)外気温度に影響される特性
は長時間の周期（例えば１０秒）で変化するし、2)ボイ
ラ等の熱特性や軸受け摩耗量は中時間の周期（例えば５
秒）で変化し、3)エンジンガバナー特性は短時間の周期
（例えば１秒）で変化し、4)瞬間電圧低下は瞬時（例え
ば０．１秒）に変化する。したがって、異常、故障等の
イベント発生時には、それぞれの時間的特性に対応させ
た時間幅（サンプリング間隔ともいう）で計測データを
採取する必要がある。

【０００４】また、上記種類のプラントでは、各構成機
器が相互干渉しながら運転されている。例えばコジェネ
レータ発電装置プラントの場合、タービンエンジンに供給されるガス圧力が変動する
と、ガス圧縮機の吐出圧力が変動する、次にタービ
ンエンジンに供給される燃料量が変動する、続いて発
電電力が変動する、排気ガスの熱量が変動する、ボ
イラの圧力が変動する、蒸気量の出力が変動する、そ
して最終的に蒸気タービンの出力（電力）が変動す
る、というように各機器（プラント）の個々の特性が互
いに影響し合っている。

【０００５】したがって、イベント発生時にこれに至る
までの過程を監視し診断を行うためには、プラントを構
成する各機器の運転状態を包括的に把握できるような計
測データを採取しなければならない。具体的には、サン
プリングする周期（時間間隔）については瞬時的特性を
考慮して例えば０．１秒に設定し、サンプリングする時
間幅については長時間的特性を考慮して例えば１時間に
設定することで、あらゆる特性を把握できることにな
る。ところが実際にはこのように設定する場合、０．１
秒ごとに計測される１つの特性に関する計測データだけ
でも、１時間ではデータ数が３６，０００個に及ぶ。こ
れを全機器の特性について計測データを採取すると、膨
大なデータを扱うことになり、データ転送や監視・診断
などの作業が困難になる。特に遠隔の遠方監視・自動診
断部への送信は、一般的に、公衆電話回線を利用して行
われるから、このような採取方法では転送に約半日かか
るため、時間も経費も多大になる。しかも、イベント発
生時には、迅速な処理が必要になるため、データ数は必
要最小限であることが望ましい。

【０００６】そこで、従来から次のようなプラントの各
機器の計測データ採取並びに監視・診断方法が一般に行
われている。その方法は、上記した異なる周期の計測デ
ータ中から２〜３種に限定して一定時間分（例えば１時
間分）採取するもので、こうして採取したデータを表示
部に表示し、それらのデータに基づいて診断を行うもの
である。そのほか、３種類のサンプリング間隔（例えば
０．２秒、１秒、１分）でそれぞれに対応する時間（例
えば２０秒間、５０秒間、５０分間）の計測データを採
取する方法もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
した従来のプラントの計測データの採取方法ならびに監
視・診断方法では、次のような不都合がある。すなわ
ち、 (a) 監視用の表示画面には２〜３種ずつの計測データし
か表示できないため、全ての機器の計測データを包括す
る監視・診断を行おうとする場合、複数の画面に分割し
て表示せざるをえなくなり、全体を把握する画面表示が
困難になる。

【０００８】(b) 一方、全ての機器の計測データを一括
で表示、監視する場合には、数種類のデータと数画面の
データを準備し、しかもサンプリング間隔がまちまちな
計測データを同時に高速で広範に処理するため、データ
の一時的な記憶装置や処理のための装置も極めて大型化
し、データ転送にも時間がかかり、処理の迅速性や経済
性に劣る。

【０００９】(c) システム（装置）としては、それらの
すべての処理（データ採取、データ保存、データ表示な
ど）を１台の装置（計算機）で行っているため、装置の
負担が大きい。特に監視・診断のために、高速データの
採取が必要な場合はシステム事態の構成が困難になるう
え、使用機器に高機能・高性能のものが必要になり、設
備コストが大幅に上昇する。

【００１０】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、主としてイベント発生時に、各機器の計測データの
時間的特性を考慮してプラント全体の運転状況を正確に
把握できる必要最小限の計測データを採取することによ
り、迅速かつ確実にしかも経済的に監視又は診断を行え
る各種プラントの監視・診断方法を提供することを目的
としている。

【００１１】

【問題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明の各種プラントの監視・診断方法は、A)プ
ラントを構成する各機器の運転状態を示し且つ各機器の
特性に対応した周期の異なる複数の計測データを所定の
時間保存するとともに、これを通信線を介し遠方監視・
自動診断部に送信して、当該プラント全体の運転状況を
把握するための各種プラントの監視・診断方法であっ
て、B)前記プラントの各機器からの各計測データがデー
タ採取部において、それぞれの計測データに基づいてあ
らかじめ設定された周期で連続してデータ入力部によっ
て対応する各データファイルに前記計測データを入力し
て保存しておき、B'）前記プラントにおける故障等のイ
ベント発生時や定期的なデータ送信時に、その時点より
逆上って保存されている前記各データファイルからそれ
ぞれの計測データの周期に比例した時間幅だけ計測デー
タを採取することにより、指数関数的に前記計測データ
を間引きして指数関数型データファイルを作成し、前記
遠方監視・自動診断部に送信するものである。

【００１２】請求項２に記載のように、C)前記データ採
取部で採取する前記計測データを、瞬時、短周期、中周
期、長周期の４種類に分類し、これらの計測データを前
記イベント発生時又はデータ送信時から所定時間逆上っ
て順に、瞬時、短周期、中周期、長周期の各時間にそれ
ぞれ比例する時間幅のデータ数だけ採取するとよい。

【００１３】請求項３に記載のように、D)前記データ採
取部および前記遠方監視・自動診断部のほか、少なくと
も通信部、演算部ならびに表示部に各機器を分散するこ
とが望ましい。

【００１４】請求項４に記載のように、E)前記遠方監視
・自動診断部の通信線として、公衆電話回線を用いるこ
とができる。

【００１５】請求項５に記載のように、F)前記データ採
取部と前記遠方監視・自動診断部との間に、監視表示部
を介設することができる。

【００１６】

【作用】上記の構成を有する本発明にかかる各種プラン
トの監視・診断方法によると、イベント発生時から逆上
る所定の時間内を複数の時間帯に分割し、イベント発生
時から逆上る時間帯になるほどデータをサンプリングす
る時間幅を長く設定することにより、計測データの周期
に対応した時間幅のデータを採取するため、監視・診断
に必要且つ十分でしかも最小限数のデータが採取され、
計測データの圧縮が図られる。例えば要求されるデータ
が、1)１秒間隔のデータと2)１時間分のデータの二つを
満足しなければならないとすると、１時間が３６００秒
であることから３６００個のデータ量が必要になるが、
実際には、指数関数に類似した時間間隔に対応して１秒
周期のデータは故障等のイベント発生前の１分間あれば
十分で、且つイベント発生の１時間前のデータは１分周
期で十分であるから、１秒周期のデータは１分間で６０
個、１分周期のデータは１時間で６０個で、両者合わせ
て１２０個のデータで、３６００個のデータと実質的に
相当する内容が得られる。このようにすれば、周期の異
なる各計測データの数を、すべて同数となるように採取
することができる。こうしたデータの削減により、監視
・診断部で画面に表示する際に、何通りものデータや画
面を用意することなく、プラント全体の運転状況を確実
に且つ正確に把握でき、監視および診断作業が容易にな
る。また複数の計測データを指数関数的に間引きしたこ
とにより、データ数を大幅に減らせることから、監視・
自動診断部へデータ転送時間の大幅な短縮が可能にな
り、送信コストがかなり削減できるともに、異常、故障
などの診断時の適切な判断情報を迅速に得ることがで
き、定常の監視や異常・故障時の診断が容易且つ迅速に
行えるようになる。しかも、データ採取部および監視・
自動診断部におけるデータ量の大幅な縮小を図れる。ま
た、データの削減に伴って全体装置の各セクションに要
求される機器が単機能で安価のもので済み、データ採取
における信頼性も向上する。

【００１７】請求項２記載の監視・診断方法によると、
データ採取部で、長周期（例えば外気温度に影響される
特性）、中周期（例えばボイラ等の熱特性）、短周期
（例えばエンジンの特性）、瞬時（例えば電気的特性）
の４種類の計測データを対応する周期に比例する時間幅
ずつ採取することにより、データ数が大幅に減少するに
もかかわらず、各種類ごとのデータ数が同一若しくはほ
ぼ同一となり、プラントの各構成機器の全ての特性を網
羅できるから、イベント発生時などに必要最小限のデー
タ数で、信頼性の高い監視および診断を効果的に行うこ
とができる。

【００１８】請求項３記載の監視・診断方法によると、
各機器が互いに独立しているため、例えば監視・診断部
で故障等が生じても、データはその保存用機器により保
存されており、一方、データ採取用機器が損傷しても、
保存データによる監視・診断が可能であり、従来の分散
化できない集中管理型システムと違って、各分散化機器
が独立性を保つ。この結果、各機器は単機能で構造の簡
単なものでも可能となり、安価で信頼性の高い監視・診
断を行うことができる。いいかえれば、データ採取部で
収集されたデータを監視・自動診断部や表示部に最小限
の時間で搬送し、監視・自動診断部の瞬時性を維持する
ので、システムの構成機器の分散化が可能になり、例え
ば1)データ採取を行う機器、2)データ保存を行う機器、
3)データ表示を行う機器、4)データ整理を行う機器、5)
データ解析を行う機器に分散した場合には、1)のデータ
採取を行う機器が故障してもデータ解析は可能であり、
また5)のデータ解析を行う機器が故障してもデータ保存
は可能である。このように、分散した機器の故障が他の
機器には影響を与えることがなく、独立性が保たれる。

【００１９】請求項４記載の監視・診断方法によると、
遠方に新たな専用回線を引く必要も無く、従来より短時
間でデータ送信を行うことができるため、時を選べない
イベント発生時等において送信コストの大幅な低減が図
られ、経済的効果が発揮される。

【００２０】請求項５記載の監視・診断方法によると、
例えばコジェネレータ発電装置プラントの設置された敷
地内などにおいて、同発電装置プラントを構成する各機
器の運転状況を示す計測データを監視・表示部に表示さ
せて確認することができるから、プラント関連の作業者
も機器の運転状態を把握することができる。

【００２１】

【実施例】次に、本発明にかかる各種プラントの監視・
診断方法の一実施例を添付図を参照にして以下に詳細に
説明する。

【００２２】図１は本発明の一実施例を示すプラントの
監視・診断方法のブロック線図、図２は図１のデータ採
取部の構成を示すブロック線図、図３は図１の監視・表
示部の構成を示すブロック線図、図４は図１の遠方監視
・自動診断部の構成を示すブロック線図、図５は同プラ
ントの監視・診断システムの指数関数に従ったデータ圧
縮の一例を示す線図である。

【００２３】図１に示すように、本例ではコジェネレー
タ発電装置プラントの構成機器（例えばガスタービンエ
ンジン、ボイラ、発電機等）から、データ採取部１００
により運転中の各機器の計測データを採取し、これらの
採取した計測データを、同一敷地内（プラントから数百
メートル位離れた場所）に設置された監視・表示部２０
０に、データ通信回線４００を通じて表示させるように
なっている。また、発電装置プラントの機器の監視やイ
ベント発生時の診断を専門的に行うため、遠隔地に設置
された遠方監視・自動診断部３００が、監視・表示部２
００と公衆電話回線５００で接続されている。なお、監
視・表示部２００を介在させずに、データ採取部１００
の転送部と遠方監視・自動診断部３００とを、公衆電話
回線６００で接続することもでき、いずれかが選択され
る。

【００２４】図２に示すように、発電装置プラントの各
機器からの計測データ、例えば、エンジン回転数等のＡ
１〜Ａｎ（アナログ）、故障信号等のＤ１〜Ｄｎ（デジ
タル）、燃料流量（積算）等のＰ１〜Ｐｎ（パルス）
が、プラントの制御室のデータ採取部１００において、
それぞれのデータに基づいてあらかじめ設定された周期
（例えば０．１秒）で、一定時間（本例では１時間）自
動的に連続してデータ入力部１０１によって各データフ
ァイル１０３〜１０６・１１６に入力され、保存され
る。それらのデータファイルは、極めて短い周期（例え
ば０．１秒周期）の瞬時高速型データファイル１０３、
短い周期（例えば１秒周期）の短周期型データファイル
１０４、中程度の周期（例えば１分周期）の中周期型デ
ータファイル１０５、および長い周期（例えば１０分周
期）の長周期型データファイル１０６に分割される。な
お本例のコジェネレータ発電装置プラントでは、ガスタ
ービンエンジンに供給されるガス圧力が変動すると、ガ
ス圧縮機の吐出圧力が変動し、続いてガスタービンエン
ジンに供給される燃料量が変動し、以降は発電電力、排
気ガスの熱量、ボイラの圧力、蒸気量の出力が順に変動
し、最終的に蒸気タービンの出力（電力）が変動するこ
とになる。このように、各機器の個々の特性が互いに干
渉し合っている。

【００２５】そして、上記プラントにイベント（故障
等）が発生すると、故障あるいは異常の原因などの診断
を開始するためのイベント信号１１５が入力される。そ
して、データイベント処理部１０７において、入力から
その直前まで（例えば１０秒間）の瞬時データ１１０を
瞬時高速型データファイル１０３から、入力より短時間
前まで（例えば１分間）のデータ１１１を短時間型デー
タファイル１０４から、入力より中時間前まで（例えば
１０分間）のデータ１１２を中時間型データファイル１
０５から、入力より長時間前まで（例えば１時間）のデ
ータ１１３を長時間型データファイル１０６から、それ
ぞれ読み取って採取する。さらに入力後（イベント発生
後）に１０秒間のデータ（本例では短周期データ）１０
９を１秒周期でデータ入力部１０１から読み取って採取
したうえ、このデータ１０９を加えて、図５に示すよう
なイベント発生前後の指数関数型データファイル１０８
を作成し、データ通信部１１４を介してデータ通信線４
００を通じて外部へ出力される。つまり、上記の各計測
データＡ・Ｄ・Ｐは、それぞれのデータの周期（時間間
隔）に比例した時間幅だけサンプリングされてデータの
削減が行われ、この削減されたデータにイベント発生後
の一定時間（１０秒間）分の短周期データ１０９を加え
た指数関数型データファイル１０８が作成される。

【００２６】この指数関数型データファイル１０８の他
にも、時々刻々と変化する瞬時データ１０２、イベント
信号１１５の入力に関わりなく常に採取している運転デ
ータファイル１１６等も、データ通信部１１４を介して
データ通信線４００を通じて出力される。

【００２７】本例では上記したように、前記プラントの
データ採取部１００から遠方監視・自動診断部３００へ
データ送信する経路の途中に、監視・表示部２００が介
設されている。この監視・表示部２００において、図３
に示すように、データ採取部１００からデータ通信線４
００を通じて送信される各計測データのうち、データ通
信部２０１を介し入力される瞬時データ１０２は瞬時デ
ータファイル２０２を、指数関数型データファイル１０
８はイベント時データファイル２０４を、運転データフ
ァイル１１６は運転データファイル２０６を、それぞれ
作成する。また、イベント時データファイル２０４を画
面に表示またはプリンタにて印字する場合は、イベント
時データファイル２０４をイベントデータ処理部２０５
によって監視診断処理部２０８にて出力できるように構
成される。瞬時データファイル２０２と運転データファ
イル２０６も同様に、それぞれ瞬時データ処理部２０３
や運転データ処理部２０７において処理した内容を監視
診断処理部２０８へ出力するように構成されている。

【００２８】なお、監視・表示部２００は通常、プラン
トと同じ敷地内でプラントの近く（普通は数１００ｍ以
内）に設置されるものであり、前記各データファイル２
０２・２０４・２０６を一括管理する機能は、後述する
プラントのメーカサイド等に設置された遠方監視・自動
診断部３００に持たせている。

【００２９】運転データファイル２０６は特に緊急性を
要求されないので、通常、ある程度蓄積した段階で、そ
の状態を運転データ処理部２０７が判断した後に、遠隔
データ通信部２０９から公衆電話回線５００を通じて出
力される。また、イベント時データファイル２０４は緊
急性を要求される場合が多いので、イベント発生後、直
ちにイベントデータ処理部２０５が遠隔データ通信部２
０９へ出力する。さらに、瞬時データファイル２０２も
要求があれば、遠隔データ通信部２０９から出力可能で
ある。

【００３０】ここで、遠方監視・自動診断部３００の構
成について説明すると、図４に示すように、公衆電話回
線５００を通じてデータ通信部３０１を介し入力したイ
ベント時データファイル２０４や、運転データファイル
２０６は、イベントデータファイル３０４および運転デ
ータファイル３０２に長期間保存される。そのイベント
データファイル３０４は、イベント処理部３０５におい
て画面表示されるとともに、プリンタでも印字され、イ
ベントの発生原因などについて自動診断が行われる。ま
た運転データファイル３０２は、劣化診断部３０３によ
って経年変化による劣化診断に役立てられる。

【００３１】なお、サンプリング間隔やサンプリング時
間は上記の数値に限られるものではなく、各種プラント
の特性によって適宜決定されるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
この発明の各種プラントの監視・診断方法には、次のよ
うな効果がある。

【００３３】(1) イベント発生時や定期的なデータ送信
時に複数の計測データを指数関数的に間引きでき、デー
タ数を大幅に減らせることから、監視・自動診断部へデ
ータ転送時間の大幅な短縮が可能になり、送信コストが
かなり削減できるともに、異常、故障などの診断時の適
切な判断情報を迅速に得ることができ、定常の監視や異
常・故障時の診断が容易且つ迅速に行える。

【００３４】(2) データ採取部および監視・自動診断部
におけるデータ量の大幅な削減が図れ、またデータの圧
縮に伴って全体装置の各セクションに要求される機器が
単機能で安価のもので済み、データ採取における信頼性
も向上する。さらにデータの圧縮により、監視・診断部
で画面に表示する際に、何通りものデータや画面を用意
することなく、プラント全体の運転状態を確実に且つ正
確に把握でき、監視および診断作業が容易になる。

【００３５】(3) 請求項２記載の監視・診断方法では、
データ採取部で、プラント構成機器に対してその特性に
応じて長周期、中周期、短周期、瞬時の各計測データに
対応した時間幅でデータサンプリングを行うので、デー
タ採取における信頼性を損なうことなく且つ必要十分な
最小限のデータで最大効果を挙げ得るデータの間引きを
行うことができる。

【００３６】(4) 請求項３記載の監視・診断方法では、
データ採取部で収集されたデータを監視・診断部や表示
部に最小時間でデータ転送し、監視・診断部の瞬時性を
維持するので、システム構成機器の分散化が可能とな
り、またこのように、分散した機器の故障が他に影響を
与えないにようして、各機器の独立性を保たせることが
できる。

【００３７】(5) 請求項４記載の監視・診断方法では、
データ送信が、遠方には公衆電話回線を経て行われるた
め、新たな専用回線を引く必要もなく、安価な時間帯に
効率的にデータ送信を行うことができる。

【００３８】(6) 請求項５記載の監視・診断方法では、
プラントの設置された敷地内などにおいて、同プラント
を構成する各機器の運転状況を示す計測データを監視・
表示部に表示させて確認できるから、プラント関係の作
業者も機器の運転状態を容易に把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかるプラントの監視・診断
方法を実施するためのシステム全体を概要的に示すブロ
ック線図である。

【図２】図１のプラントの監視・診断システムのデータ
採取部の構成を示すブロック線図である。

【図３】図１のプラントの監視・診断システムの監視・
表示部の構成を示すブロック線図である。

【図４】図１のプラントの監視・診断システムの遠方監
視・自動診断部の構成を示すブロック線図である。

【図５】図１のプラントの監視・診断システムの指数関
数的なデータ圧縮の一例を示す線図である。

【符号の説明】

１００データ採取部２００監視・表示部３００監視・自動診断部４００通信回線５００・６００公衆電話回線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05B 23/02 301 G05B 23/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントを構成する各機器の運転状態を
示し且つ各機器の特性に対応した周期の異なる複数の計
測データを所定の時間保存するとともに、これを通信線
を介し遠方監視・自動診断部に送信して、当該プラント
全体の運転状況を把握するための各種プラントの監視・
診断方法であって、前記プラントの各機器からの各計測データがデータ採取
部において、それぞれの計測データに基づいてあらかじ
め設定された周期で連続してデータ入力部によって対応
する各データファイルに前記計測データを入力して保存
しておき、前記プラントにおける故障等のイベント発生時や定期的
なデータ送信時に、その時点より逆上って保存されてい
る前記各データファイルからそれぞれの計測データの周
期に比例した時間幅だけ計測データを採取することによ
り、指数関数的に前記計測データを間引きして指数関数
型データファイルを作成し、前記遠方監視・自動診断部
に送信することを特徴とする各種プラントの監視・診断
方法。
【請求項２】前記データ採取部で採取する前記計測デ
ータを、瞬時、短周期、中周期、長周期の４種類に分類
し、これらの計測データを前記イベント発生時又はデー
タ送信時から所定時間逆上って順に、瞬時、短周期、中
周期、長周期の各時間にそれぞれ比例する時間幅のデー
タ数だけ採取する請求項１記載の各種プラントの監視・
診断方法。
【請求項３】前記データ採取部および前記遠方監視・
自動診断部のほか、少なくとも通信部、演算部ならびに
表示部に各機器を分散した請求項１又は２記載の各種プ
ラントの監視・診断方法。
【請求項４】前記遠方監視・自動診断部の通信線とし
て、公衆電話回線を用いる請求項１〜３のいずれかに記
載の各種プラントの監視・診断方法。
【請求項５】前記データ採取部と前記遠方監視・自動
診断部との間に、監視表示部を介設した請求項１〜４の
いずれかに記載の各種プラントの監視・診断方法。