JP3187188B2 - プラント運転支援装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熟練運転者の経験則
に基づいた運転上の指示をプラント運転者に与える運転
支援装置において、サンプルデータの効果的管理によっ
て応答性の改善を施したプラント運転支援装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、科学反応に基づくプラントにおい
ては、多くのパラメータが複雑に関係しているため、数
式モデルの作成が困難であった。このため、経験をつん
だオペレータの運転ノウハウを計算機上に表現し、運転
支援を実現する試みが行なわれてきた。

【０００３】図１１は、例えば「ＡＩビジョン ９０年
代の技術と需要」（通商産業省機械情報産業局電子政策
課監修、ＩＣＯＴ−ＪＩＰＤＥＣ ＡＩセンター編、昭
和６２年７月日本経済新聞社発行）の１７６ページから
１８４ページに示された高炉操業エキスパートシステム
におけるプラント運転支援装置を示す構成図である。図
において、１００はプラント、２００はプラント１００
の運転者、１はプラント１００から送られてくる時系列
データを管理するサンプルデータ管理手段、２は推論手
段、３は指示手段である。

【０００４】次に動作について説明する。まず、プラン
ト１００の複数のセンサ（図示せず）から送られたデー
タは、サンプルデータ管理手段１により管理される。サ
ンプルデータ管理手段１は、これら多変量からなる時系
列データをディスクに格納、蓄積を行なう。

【０００５】これらの蓄積されたデータは推論手段２の
要求にしたがって、この推論手段２に転送される。推論
手段２は熟練運転者の経験則を基にした知識を参照し、
プラント１００の運転のための指示を決定する。決定さ
れた指示は指示手段３へ転送される。この指示手段３に
より、決定された指示を運転者２００に提示する。

【０００６】図１２は従来のプラント運転支援装置にお
けるサンプルデータ管理手段の構成図である。図１２に
おいて、サンプルデータ管理手段１は、時系列データ４
をプラント１００から受け取り、ディスク７上の時系列
ファイル５に格納し、蓄積を行なう。

【０００７】時系列データ４は、各時間における多変量
データおよびサンプルされた時間からなる。サンプルデ
ータ管理手段１は、各時間における１つ１つの時系列デ
ータ４を時系列ファイル５に記述し、保存する。

【０００８】サンプルデータ管理手段１は、直接時系列
ファイル５にアクセスを行ない、最新の時系列データ４
の格納、蓄積と、推論手段２からの時系列データ４の要
求に対して時系列データ４を時系列ファイル５から読み
だし、推論手段２に渡すという処理を行なっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラント運転支
援装置は以上のように構成されているので、サンプルデ
ータ管理手段１は、長期間にわたってサンプリングされ
た多数の時系列データ４を検索中に、推論手段２から最
新の時系列データ４を要求されると、長期間の時系列デ
ータ４の検索の後に、最新の時系列データ４を推論手段
２へ転送することとなる。この動作を繰り返すと最新の
時系列データ４の要求に対する処理が遅れ、プラント運
転支援装置の応答性が悪くなるという問題点があった。

【００１０】また、すべての要求に対して、ディスク７
にアクセスして処理を行なうので、検索の高速化が困難
であり、特に緊急の運転支援のために用いられることの
多い、最新の期間の時系列データ４の要求に対して応答
性が悪くなるという問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、応答性を改善することができる
プラント運転支援装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るプラント
運転支援装置は、サンプルデータ管理手段を、所定期間
のサンプルデータを蓄えるディスクと、最新のサンプル
データを一時的に蓄える上記ディスクより高速なリング
バッファとで構成し、上記リングバッファに保存する期
間と上記ディスクに保存する期間を一部重複させてサン
プルデータを保存し、上記リングバッファの最新更新時
刻と上記ディスクの最新更新時刻を記憶するメモリを持
ち、データ読み出しの際に、上記リングバッファの最新
更新時刻と上記ディスクの最新更新時刻を比較すること
により、サンプルデータの上記リングバッファから読み
出す部分と上記ディスクから読み出す部分とを判断する
ようにしたものである。

【００１３】

【作用】 この 発明におけるプラント運転支援装置のサン
プルデータ管理手段は、所定期間のサンプルデータを蓄
えるディスクと、最新のサンプルデータを一時的に蓄え
るディスクより高速なリングバッファとで構成し、最新
のデータに対する要求にはリングバッファからデータを
得るようにし、リングバッファに保存する期間とディス
クに保存する期間を一部重複させることでサンプルデー
タの存在を保証し、リングバッファとディスクの両最新
更新時刻を比較することにより、サンプルデータのリン
グバッファから読み出す部分と上記ディスクから読み出
す部分とを判断する。

【００１４】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図１を用いて説明する。図
１は、この発明のプラント運転支援装置のサンプルデー
タ管理手段１の構成図である。１はサンプルデータ管理
手段、２はパラメータの推論を行なう推論手段、４は時
系列データ、７はディスク、５はディスク７上に格納さ
れる時系列ファイル、６はサンプルされた直後の時系列
データ４の格納、蓄積を行なうディスクより高速なリン
グバッファである。

【００１５】 次に動作について説明する。実施例１のプ
ラント運転支援装置では、熟練運転者の運転法は知識工
学に基づいて形式化され、推論のためのデータベースに
蓄積される。プラント運転支援装置は、この知識をもと
に動作し、推論手段２はサンプルデータ管理手段１より
時系列データ４を得て推論を実行し、指示手段３により
運転者に対して運転指示を与える。上記知識は、プラン
トの状態を表す多変量データ、その状態が連続する期
間、およびそれらの状態と期間が何を意味するかという
情報より構成される。具体的には、熱量があるレベル以
上の期間がある一定期間以上であれば、プラントの動作
が異常である、等である。推論手段２は、これらの知識
と時系列データ４とを比較し、運転指示を出す。

【００１６】 図２はこの発明のプラント運転支援装置に
おけるサンプルデータ管理手段のリングバッファへの時
系列データ４の書き込みの流れを示すフローチャートで
ある。サンプルデータ管理手段１はプラント１００より
送られた時系列データ４をリングバッファ６に記述す
る。時系列データ４がリングバッファ６の記憶領域を満
たすと、最古の時系列データ４を消去して、そこに最新
の時系列データ４を書きこむ。このサンプルデータ管理
手段１の動作を図２を参照しながら説明する。まず、ス
テップＳＴ２１において、登録番地ｉ＝０より始める。
プラント１００よりサンプルされた時系列データ４を読
み込み（ステップＳＴ２２）、この読み込んだ時系列デ
ータ４を登録番地ｉに登録する（ステップＳＴ２３）。

【００１７】 リングバッファ６への時系列データ４の最
大登録数を「登録数」と定義すると、時系列データ４を
登録している登録番地ｉが、ｉ＜（登録数）−１である
場合は、ステップＳＴ２５でｉ番目の登録番地に「１」
を増加して（ステップＳＴ２５）、ステップＳＴ２２の
処理に戻る。ｉ＜（登録数）−１でない場合は、ステッ
プＳＴ２１に戻り、ｉ＝０の登録番地より、ステップＳ
Ｔ２２の処理を行なう。

【００１８】 サンプルデータ管理手段１はリングバッフ
ァ６に記述された時系列データ４を、最新のデータの更
新による時系列データ４の消去が行なわれないうちにデ
ィスク７へ転送し、時系列ファイル５へ記述する。時系
列ファイル５は、指定された数のデータを記述すると、
新しい時系列ファイル５を作る。また、時系列ファイル
５が指定された数になると、最古のファイルを消去し、
新しい時系列ファイル５を作る。

【００１９】 図３にリングバッファ６より時系列ファイ
ル５へのサンプルデータの転送を行なう操作手順を示
す。まず、ステップＳＴ３１において、登録番地ｉ＝０
より始める。次のサンプリングで更新されようとしてい
る番地を更新番地と定義すると、ステップＳＴ３２にお
いて、時系列ファイル５に登録を行なう番地ｉが、ｉ≠
（更新番地）である場合は、次のステップに進むが、ｉ
≠（更新番地）でない場合は、ｉ≠（更新番地）となる
まで時系列データ４の読込みの実行を停止する。ステッ
プＳＴ３３において、時系列データ４を読み込み、時系
列ファイル５に登録する（ステップＳＴ３４）。時系列
データ４を登録している登録番地ｉが、ｉ＜（登録数）
−１である場合は、ステップＳＴ３６でｉ番目の登録番
地に「１」を増加して、ステップＳＴ３２の処理に戻
る。ｉ＜（登録数）−１でない場合には、ステップＳＴ
３１に戻り、ｉ＝０の登録番地より、ステップＳＴ３２
の処理を行なう。

【００２０】 ここで、時系列ファイル５に時系列データ
４を登録する動作手順を図４に示す。ファイル番号ｉ＝
０、レコード番号ｊ＝０より始める（ステップＳＴ４
１、ステップＳＴ４２）。時系列データ４を読み込み
（ステップＳＴ４３）、時系列ファイルｉに登録する
（ステップＳＴ４４）。レコード番号ｊが、ｊ＝（登録
数）−１でない場合には、レコード番号ｊに「１」を増
加して（ステップＳＴ４８）、ステップＳＴ４３の処理
に戻る。ｊ＝（登録数）−１である場合には、ファイル
番号ｉを調べ、ｉ＝（ファイル数）−１でない場合は、
ファイル番号ｉに「１」を増加して（ステップＳＴ４
７）、ステップＳＴ４２の処理に戻る。ｊ＝（登録数）
−１である場合は、ステップＳＴ４１の処理に戻る。

【００２１】 サンプルデータ管理手段１は推論手段２の
要求に従い、時系列ファイル５、あるいは、リングバッ
ファ６に蓄積された時系列データ４を読み出し、推論手
段２へ転送する。時系列データ４を読み出す際に、最新
であるデータをリングバッファ６より読み出し、最新で
はない時系列データ４を時系列ファイル５より読み出
す。

【００２２】 次に、 検索すべき時系列ファイル５の最初
のファイルを決定する動作手順を図５に示す。まず、要
求開始時刻Ｓ（時刻Ｓ以降にサンプリングされた時系列
データ４を要求）が与えられる（ステップＳＴ５０
１）。時系列ファイル５中の最新サンプル時刻ｔ１を調
べる（ステップＳＴ５０２）。ステップＳＴ５０３にお
いて、Ｓ＜ｔ１でない場合は、要求開始時刻Ｓにおける
データは、リングバッファ６にあると判断され、リング
バッファ６を調べることになり（ステップＳＴ５１
２）、ファイル検索は終了する。Ｓ＜ｔ１である場合
は、最新サンプル時刻ｔ１を含むファイルｉの情報を参
照し（ステップＳＴ５０４）、ファイルｉの開始時刻ｔ
０を求める（ステップＳＴ５０５）。要求開始時刻Ｓ
と、ファイルｉの開始時刻ｔ０より、ファイル間隔ｋを
求める（ステップＳＴ５０６）。ｋ＜（ファイル数）で
ない場合、ステップＳＴ５１３において、該当期間なし
と判断され、ファイル検索は終了する。ｋ＜（ファイル
数）である場合、ファイルｉのｋ個前に作られたファイ
ルが、検索開始ファイルｉとなる（ステップＳＴ５０８
〜ステップＳＴ５１１）。

【００２３】 次に、要求期間（ある時刻から次のある時
刻までの期間にサンプリングされた時系列データ４を要
求）に対するファイル検索の動作手順を図６に示す。ま
ず、要求期間Ｔが与えられる（ステップＳＴ６０１）。
ステップＳＴ６０２における検索開始ファイルｉから、
検索ファイル数を決定する（ステップＳＴ６０３）。フ
ァイルｉにおける該当期間ｔ分を読み出す（ステップＳ
Ｔ６０４）。要求期間Ｔをｔ減少させ、検索ファイル数
ｋを「１」減少させる（ステップＳＴ６０５）。検索フ
ァイル数ｋが、ｋ＞０でなくなるまで、検索すべきファ
イルｉを「１」進めては、読み出しを行ない（ステップ
ＳＴ６０６〜ステップＳＴ６０９）、ステップＳＴ６０
４の処理に戻る。検索ファイル数ｋがｋ＞０でない場
合、要求期間Ｔを調べ（ステップＳＴ６１０）、Ｔ≠０
でない場合は検索処理は終了する。Ｔ≠０である場合
は、残りの要求期間Ｔに関しては、リングバッファ６を
検索し（ステップＳＴ６１１）、検索処理が終了する。

【００２４】 サンプルデータ管理手段１は、推論手段２
の要求のうち、最新であると判断されるデータをリング
バッファ６より推論手段２に提供する。リングバッファ
６の時系列データ４は、常に、時系列ファイル５へ転送
され、最新の時系列データ４によって更新される。故
に、時系列データ４を読み出す時点においてリングバッ
ファ６に蓄積されていない時系列データ４は、時系列フ
ァイル５より読み出す。

【００２５】 検索 すべきリングバッファ６の最初の位置
を決定する動作手順を図７に示す。まず、要求開始時刻
Ｓが与えられる（ステップＳＴ７０１）。リングバッフ
ァ６の最新サンプル時刻ｔ１を調べ（ステップＳＴ７０
２）、ステップＳＴ７０３において、Ｓ＜ｔ１でない場
合は、Ｓ＜ｔ１になるまで、実行を停止する。Ｓ＜ｔ１
である場合には、ｔ１におけるデータが登録されている
レコード番地ｉを調べ（ステップＳＴ７０４）、Ｓおよ
びｔ１より、レコード間隔ｋを求める。ｋ＜（登録数）
でない場合、要求開始時刻Ｓは、時系列ファイル５にあ
ると判断され、時系列ファイル５を検索する（ステップ
ＳＴ７０６）。ｋ＜（登録数）である場合、レコード番
地ｉより、ｋ個前に記述された番地が、検索開始番地ｉ
となる（ステップＳＴ７０７〜ステップＳＴ７１０）。
ここで、ステップＳＴ７０８は、次に移動すべき番地ｉ
の判断であり、ｉの値が０を下回った場合下回った分を
リングバッファ６の最後より数える（ステップＳＴ７０
９）。

【００２６】 次に、要求期間や、要求間隔に対するリン
グバッファ６の検索処理の動作手順を図８に示す。ま
ず、要求開始時刻Ｓ、要求期間Ｔ、そして、検索時間間
隔ｔが与えられる（ステップＳＴ８０１）。これらよ
り、検索開始番地ｉ、検索終了番地ｊ、並びに検索間隔
ｋを決定する（ステップＳＴ８０２）。ステップＳＴ８
０３において、番地ｉが、更新番地でない場合は、ステ
ップＳＴ８０６に処理が移る。番地ｉが更新番地である
場合は、その番地に登録されている時刻ｔ０を調べ、Ｓ
＝ｔ０でない場合は、時刻Ｓにおけるデータは、リング
バッファ６にはないと判断され、時刻Ｓ以降は時系列フ
ァイル５を検索する（ステップＳＴ８１１）。Ｓ＝ｔ０
である場合は、ステップＳＴ８０６に処理が移る。時系
列データ４を読み込み、検索番地が、検索終了番地であ
るかどうかを調べる（ステップＳＴ８０７）。検索終了
番地である場合は、検索処理を終了する。検索終了番地
でない場合は、要求開始時刻Ｓを検索時間間隔ｔだけ増
加し、検索番地ｉを検索間隔ｋだけ進める（ステップＳ
Ｔ８０８）。ステップＳＴ８０９は、次に検索を行なう
番地ｉの値の判断であり，ｉの値がリングバッファ６の
登録数を越えた場合は、越えた分をリングバッファ６の
最初から数える（ステップＳＴ８１０）。ステップＳＴ
８０３〜ステップＳＴ８１０の処理をステップＳＴ８０
５またはステップＳＴ８０７による終了条件を満たすま
で、処理を続ける。

【００２７】 実施例２．図９に、 リングバッファ６と時系列ファイル５に蓄えら
れている時系列データ４の期間の関係を示す。リングバ
ッファ６にはある期間のサンプルデータが保存されてい
る。ａの部分は最新サンプルされたデータが蓄えられて
いる。リングバッファ６から時系列ファイル５への複写
は一定期間ごとに行なわれる。故に、リングバッファ６
に蓄えられている期間のうち、時系列ファイル５にも蓄
えられている期間が生じる。この部分をｂで示す。サン
プルデータの要求がある場合、リングバッファ６から
は、最低ａの部分の提供を行なえばよい。ｂの部分に対
しては、リングバッファ６の更新により消去されたため
にその読み出しに失敗しても、その部分ｂのデータは時
系列ファイル５にも複写されているので、新たに時系列
ファイル５をアクセスすればデータが提供される。

【００２８】サン プルデータ管理手段１が、要求された
期間に対してアクセスする部分と、リングバッファ６に
アクセスする部分を決定するための処理動作を説明す
る。最新の時系列ファイル（ディスク）５の更新時刻を
ｔ１とし、リングバッファ６の更新時刻をｔ２とし、こ
れらｔ１，ｔ２はメモリ上に保存される。そこで、サン
プルデータ管理手段１は、サンプルデータの要求された
期間に対して、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの部分をリン
グバッファ６に対してアクセスし、また時刻ｔ１までの
部分を時系列ファイル５に対してアクセスする。したが
って、サンプルデータの読み出しの際に、時系列ファイ
ル５の最新更新時刻ｔ１とリングバッファ６の最新更新
時刻ｔ２を前記メモリから読み出して比較し、サンプル
データをリングバッファ６から読み出す部分と時系列フ
ァイル５から読み出す部分とを 判断して行うことにな
る。従来のように実際に時系列データ４を全部読み込ん
でから時系列データ４に含まれるサンプル時間を確認す
る必要がなくなる。

【００２９】 最新のデータを読み出す場合には、リング
バッファという固定メモリのデータだけを読み出すこと
になるので、読み出しのための電気的処理だけですみ、
ディスク回転などの機械的動作が不要となる。したがっ
て、読み出すデータの格納位置にかかわらず、読み出す
データ量に比例した時間で読み出しが終了する。

【００３０】 図１０はリングバッファにおける最新デー
タの読み出しと過去のデータの読み出しを比較した実験
データである。図において、横軸は読み出すデータ数、
縦軸は読み出しにかかった時間を示す。最新データから
始まるｎ個の連続データを読み出す際にかかる時間を、
ｎを変化させて測定した。読み出すデータ数が多いほ
ど、過去に遡ってデータを読み出すことになる。この実
験では、２５６個の最新データをリングバッファから読
み出すように設定した。このグラフから分かるように、
リングバッファ６からデータを読み出している場合、読
み出すデータ数に比例して時間が増加している。一方、
時系列ファイル５からデータを読み出す場合、読み出し
時間を予測することが不可能であることが分かる。

【００３１】

【発明の効果】 以上のように、この発明の プラント運転
支援装置によれば、サンプルデータ管理手段を、所定の
期間のサンプルデータを蓄えるディスクと、最新のサン
プルデータを一時的に蓄える上記ディスクより高速なリ
ングバッファとの２つに分割するように構成し、リング
バッファに保存する期間とディスクに保存する期間を一
部重複させてサンプルデータを保存し、リングバッファ
の最新更新時刻とディスクの最新更新時刻を記憶するメ
モリを持ち、データ読み出しの際に、リングバッファの
最新更新時刻とディスクの最新更新時刻を比較すること
により、サンプルデータの上記リングバッファから読み
出す部分とディスクから読み出す部分を判断するように
構成したので、最新データの要求時にはリングバッファ
からデータを得ることができ、応答性を向上させる効果
がある。また、最新データを読み出 す場合には、リング
バッファという固定メモリ上のデータだけを読み出すこ
とになるので、読み出しには電気的処理だけですみ、デ
ィスクが回転するなどの機械的動作が不要となり、読み
出すデータの格納位置にかかわらず、読み出すデータ量
に比例した時間で読み出しを終了させることができる。
これは処理に必要な時間が予測することができることを
意味し、実時間処理が必要となる制御システムの構築を
有効にする効果がある。さらに、この発明によれば、サ
ンプルデータ管理手段がデータを保存する際に、リング
バッファに保存する期間とディスクに保存する期間を一
部重複させるように構成しているので、データの安全性
を向上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段の一実施例を示す構成図であ
る。

【図２】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段のリングバッファへの時系列デ
ータの書き込みの流れを示すフローチャートである。

【図３】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段のリングバッファから時系列フ
ァイルへの書き込みの流れを示すフローチャートであ
る。

【図４】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段のリングバッファから時系列フ
ァイルへの書き込みの詳細を示すフローチャートであ
る。

【図５】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段による検索を開始する時系列フ
ァイルを決定する処理を示すフローチャートである。

【図６】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段による時系列ファイルの検索処
理を示すフローチャートである。

【図７】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段によるリングバッファの検索開
始位置を決定する処理を示すフローチャートである。

【図８】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段によるリングバッファの検索処
理を示すフローチャートである。

【図９】この発明によるプラント運転支援装置における
サンプルデータ管理手段のリングバッファと時系列ファ
イルとの関係を示す構成図である。

【図１０】この発明のプラント運転支援装置における最
新データの読み出しと過去のデータの読み出しを比較し
た実験データを示す説明図である。

【図１１】従来のプラント運転支援装置の全体構成図で
ある。

【図１２】従来のプラント運転支援装置におけるサンプ
ルデータ管理手段の構成図である。

【符号の説明】

１ サンプルデータ管理手段 ２ 推論手段 ３ 指示手段４ 時系列データ ５ 時系列ファイル ６ リングバッファ ７ ディスク １００ プラント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01D 21/00 G05B 23/02 301 G06F 9/44 560

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントから送られるサンプルデータを
   管理するサンプルデータ管理手段と、上記サンプルデー
   タ管理手段より得られるデータを使用し、上記プラント
   を運転する際の各種パラメータに関する推論を行ない運
   転の指示を決定する推論手段と、上記推論手段により決
   定された指示を出力する指示手段とを備えたプラント運
   転支援装置において、上記サンプルデータ管理手段は、
   所定期間のサンプルデータを蓄えるディスクと、最新の
   サンプルデータを一時的に蓄える上記ディスクより高速
   なリングバッファとで構成されていて、上記リングバッ
   ファに保存する期間と上記ディスクに保存する期間を一
   部重複させてサンプルデータを保存し、上記リングバッ
   ファの最新更新時刻と上記ディスクの最新更新時刻を記
   憶するメモリを持ち、データ読み出しの際に、上記リン
   グバッファの最新更新時刻と上記ディスクの最新更新時
   刻を比較することにより、サンプルデータの上記リング
   バッファから読み出す部分と上記ディスクから読み出す
   部分とを判断することを特徴とするプラント運転支援装
   置。