JP4851983B2 - 監視装置及び監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、プラントの過渡現象等を監視・記録する監視装置及び監視方法に関する。

一般に、プラントの過渡現象を監視・記録する監視装置において、プラントの突発的に変化する現象（以下、突変現象、あるいは単に突変と呼ぶ。）を検知する場合には、プロセス入出力制御装置より入力されるプロセス信号を監視装置により常時監視している。

プロセス信号の突発現象を検知した場合には、記憶装置に突変データとして記憶し、警報を出力すると同時に、オペレータが解析に必要な種々の監視情報として警報レポート等を出力して、オペレータに解析作業ができるようにしている。

この場合の監視装置では、突変現象を検知するため、平均値からの差分により検知する手法が広く利用されている。すなわち、プロセス信号の平均値からの変化である差分に対して、監視レベルのしきい値を設け、現在のプロセス値と平均値との差分が、そのしきい値を逸脱したら突変発生と判断するという方法により検知している。

一例をあげると、プラントからプロセス信号を採取するプロセス入出力制御装置と、このプロセス入出力制御装置を介して得られたプロセス信号に対して、周波数解析を行って得た解析データを用いて、プラントの正常／異常の診断判定を行う演算制御装置と、前記解析データを保存する記憶装置とを備えた診断装置において、移動平均を用いてデータを逐次更新処理する方法を用いることにより、プラントの過渡現象に起因する解析データの乱れを排除するプラント診断装置が提案されている（例えば、特許文献1参照）。

図１５は、上述したプラント診断装置の構成を簡略化して示したものであり、監視装置３は、プロセス入出力制御装置２を介してプラント１と接続されている。

この監視装置３において、サンプリング処理部４は、プラント１よりプロセス信号をプロセス入出力制御装置２に入力し、突変監視計算処理部５は、突変検知判定処理部６で突変を検知するために必要な情報を計算している。すなわち、周波数解析時に使用される時系列データの有効性をチェックする手段としている。

その計算方法の一つに、プロセス信号の移動平均処理がある。これを一般的な式で表すと以下のようになる。

Ｙ（ｔ）＝Ｙ（ｔ−１） ＋ （Ｘ（ｔ）−Ｘ（ｔ−ｍ））／ｍ （１）
ここで、Ｙ（ｔ）は今回の平均値、Ｙ（ｔ−１）は前回の平均値、Ｘ（ｔ）は今回のプロセス値、Ｘ（ｔ−ｍ）はｍ回前のプロセス値、ｍは移動平均の項数である。

式（１）によりプロセス信号の移動平均計算をするためには、ｍ回分のプロセス値Ｘ（ｔ−１），…，Ｘ（ｔ−ｍ）を記憶しておかなければならないが、これでは記憶すべきデータの量が莫大になるため、前回平均値Ｙ（ｔ−１）と今回プロセス値Ｘ（ｔ）とに、時定数Ｔｍすなわち平均期間を持たせた重み計算による逐次更新を考えることができる。これを式で表すと次のようになる。

Ｙ（ｔ）＝[１−（１／ｍ）]・Ｙ（ｔ−１）＋Ｘ（ｔ）・（１／ｍ） （２）
上記の両式におけるｍの値は、逐次更新回数により１，２、…と更新し、平均回数Ｍ（平均回数を表す最大値）あるいは時定数相当数Ｍ（Ｍ＝時定数Tm／逐次更新周期）に達すれば、その値で以降継続させることにより、応答性を一定にすることができる。

このように計算された情報を基に、突変検知判定処理部６は、プロセス信号の現在の平均値Ｙ（ｔ）と現在値Ｘ（ｔ）との差分を、監視レベルであるしきい値Ｓと比較し、しきい値を逸脱していた場合には突変検知としている。式で表すと以下のようになる。

Ｓ ≦｜Ｙ（ｔ）−Ｘ（ｔ）｜ （３）
ここで、Ｓは監視レベル（しきい値）である。

このように、突変検知判定処理部６により突変を検知した場合には、保存処理部８は、その時のプロセス過渡事象を突変データとして記憶装置９へ記憶させ、出力処理部１０を介して警報装置１１への通知や出力装置１２への警報レポートとして出力している。

上記の計算は、計時処理部７を介して周期的に行われ、連続的にプラントの監視が行われている。
特開平８−２５４４４７号公報

しかしながら、オンラインによる連続監視を目的にした監視装置では、下記のような問題点があった。

プロセス信号の変動は、プラント運転操作によっても発生するため、そのプロセス信号の変動が人為的な操作等による外乱で発生したのか否かについては、記録された監視データを解析する必要があり、解析に時間を要していた。

また、移動平均するための平均項数（以下、重み係数ｍと呼ぷ）は、ある時間が経過すると一定の重み係数Ｍとなり、プラントの運転条件の変化があっても、重み係数ｍが一定値Ｍになるため、プラント運転条件の変化に対して追従性が悪くなり、場合によっては誤検知する場合もあった。

さらに、プロセス信号の故障・復帰などにより、監視が一時的に中断し、また監視が再開された場合も、重み係数ｍは既に最大値Ｍになっているため、監視を再開した時の係数ｍの追従性が悪くなり、やはり誤検知する可能性があった。

そこで、本発明の監視装置は、プロセス信号の変動を、人為的な操作による突変データと区別して管理することにより、突変検知後の解析作業を容易にするとともに、プロセス信号の故障・復帰などによる重み係数ｍの追随性をよくすることにより、高精度な監視を行うことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る監視装置は、プラントよりプロセス信号を入力するプロセス信号入力手段と、このプロセス信号入力手段により入力されたプロセス信号の突発的な変化を、時間の経過に従い、１から整数Ｍまで増加される、平均項数ｍでの、移動平均による平均値からの差分により検出する突変監視手段と、前記プロセス信号に基づき、前記平均項数ｍの変更の要否を判断し、変更要の場合に前記平均項数ｍを１にリセットする平均項数管理手段と、突変監視手段により検出されたプロセス信号の突発的な変化を監視データとして記憶するための記憶手段と、監視データをオペレ一タへ通知するための警報手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、プラントの人為的な操作に伴う突変データをその種類毎に区別して管理し、突変検知後の解析作業を容易にすることができ、また、プラントの運転状態の変化に追従した監視を連続的に行うことができるので、高精度な監視が行える。

本発明は、プロセス信号の変動が人為的な操作等による外乱に起因しているか否かを即座に判別するとともに、プロセス信号の故障・復帰などによる重み係数の追随性をよくして、高精度な監視を行うことを目的に、以下のような処理を実施した。

実施例１について、図１を参照して説明する。本実施例においては、監視装置３は、図１５で説明した従来例と同様に、プロセス入出力制御装置２を介してプラント１と接続されており、突発的な変化（以後も突変と呼ぶ）を検知した時の通知手段として警報装置１１及び出力機器１２とも接続されているが、監視装置３内に、新たにプラント操作判定処理部１３が付加されている。

まず、監視装置３について説明する。
図１において、図１５で説明した従来例と同様に、プロセス信号は、サンプリング処理部４と突変監視計算処理部５及び突変検知判定処理部６を経由し、突発的な変化を検知するために処理されている。

突変検知判定処理部６において、従来例で説明した判定式（３）により突変が検知されると、監視処理に使用されたプロセス値Ｘ（ｔ）や平均値Ｙ（ｔ）などの監視情報は、今回新しく追加したプラント操作判定処理部１３に渡される。

プラント操作判定処理部１３では、その突変がプラント操作により人為的な外乱によるものか否かを、例えば、後述する人為外乱判定テーブル１５を参照して判定し、人為的な外乱であると判断された場合には、その判断結果は、外乱種別と合わせて、保存処理部８を経由して、記憶装置９の中に新たに設けた外乱突変データファイル９ｂへ蓄積される。

人為的な外乱ではないと判断された場合には、その判断結果は、通常の突変データと考えられるため、従来どおり、保存処理部８を経由して、記憶装置９の異常突変データファイル９ａへ蓄積される。

ここで、プラント操作判定処理部１３が、人為外乱判定テーブル１５を使用して人為的な外乱であるか否かを判断する処理例を、図２〜図５により説明する。

図２は、プラント操作判定処理部１３で使用する人為外乱判定テーブル１５の一例である。
この人為外乱判定テーブル１５は、各人為外乱項目に対して、その人為外乱を判定するための判定条件と、その人為外乱操作により突変検知判定処理部６で突変検知される対象プロセス信号が対応付けられ、記憶されている。

例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ポンプＡを手動操作で起動した時、ポンプ流量が急激に増加し、ポンプ流量の平均値からの差分が監視レベル（しきい値）Ｓを越えたときに、突変検知判定処理部６では突変検知として検知される。なお、図中のＴは、ポンプＡを手動操作で起動してから突変を検知するまでの時間である。

このようにして、突変検知として判断された場合、プラント操作判定処理部１３は、人為外乱判定テーブル１５を使用して、人為的な外乱によるものか否かの判断を行う。

図４にプラント操作判定処理部１３の処理フロー例を示す。
プラント操作判定処理部１３は、突変検知判定処理部６から起動されると、突変検知されたプロセス信号（以下、突変信号ｉという）を突変検知判定処理部６から受け取る（ステップＳ５０１）。

人為外乱テーブルの対象信号の欄にあるプロセス信号名と、受け取った突変信号iのプロセス信号名が一致する人為外乱項目を、人為外乱判定テーブル１５を検索することにより探す（ステップＳ５０２）。

その結果、突変信号ｉが人為外乱対象信号であると推定された場合は（ステップＳ５０３の結果がＹＥＳ）、ステップＳ５０２で探した人為外乱項目に設定されている判定条件の欄の内容を取り出し（ステップＳ５０４）、その条件の判定処理を行う（ステップＳ５０５）。

ここで、前述の手動ポンプＡ起動時の人為外乱項目の条件判定の処理フロー例を図５に示す。

このようにして、人為的な操作ありと判断された場合（ステップＳ５０６の結果ＹＥＳ）は、その時に記憶された突変データを保存する対象のデータファイルを、外乱突変データファイル９ｂに設定する（ステップＳ５０７）。

ステップＳ５０６における判断の結果がＮＯの時は、全ての人為外乱項目についてのチェックが完了したかを判断し（ステップＳ５０８）、全ての人為外乱項目の判定を実施し、人為外乱条件ありと判断されない場合（ステップＳ５０８でＹＥＳ）は、通常の突変データと判断し、突変データを保存する対象のデータファイルを異常突変データファイル９ａに設定する（ステップＳ５０９）。
このように、プラント判定処理部１３により、その突変検知が人為的な操作によるものか否か判断され、保存処理部８を経由して、その対象データファイルへ保存されることになる。保存された突変データは、人為的なプラント操作により発生した突変データと通常の異常検知として保存された突変データを区別して記憶装置９へ保存される。
これにより、突変発生時の突変データの解析作業が容易となりオペレ一夕の解析負荷を軽減することが可能となる。

次に、本発明の実施例２に係る監視装置について、図６を参照して説明する。

監視装置３内のサンプリング処理部４に取り込まれたプロセス信号は、新たに本実施例２において監視装置３に追設した第1の平均項数管理処理部１４へ渡される。この平均項数管理処理部１４は、渡されたプロセス信号によりプラント操作の有無判断を行うとともに、突変監視計算処理部５において式（２）により計算される平均値Ｙ（ｔ）の重み係数ｍを管理する。

図７は、本実施例における第１の平均項数管理処理部１４の処理フロー例を示したものであり、以下に説明する。なお、図８は、この第１の平均項数管理処理部１４が使用するプラント操作判定テーブル１６を示したものである。

まず、第１の平均項数管理処理部１４は、プラント操作判定テーブル１６よりプラント操作条件項目に対応する判定条件を取り出す（ステップＳ７０１）。
次に、各種プラントのプロセス値を使ってその判定条件をチェックする（ステップＳ７０２）。
その結果、プラント操作ありと判断された場合には（ステップＳ７０３のＹＥＳに対応する）、リセット対象信号の情報をプラント操作判定テーブル１６より取り出し、その信号の重み係数ｍの値を1にリセットする（ステップＳ７０４）。

このようにして、全プラント操作項目ついて判断した場合は、終了とし（ステップＳ７０５のＹＥＳ）、次の突変監視計算処理部５を起動する。

その結果、突変監視計算処理部５が、設定された重み係数ｍを利用して、式（２）に従い、移動平均処理を実施することで、プラント操作ありと判断された対象となるプロセス信号の平均値Ｙ（ｔ）は、現在値すなわちｍ＝１から平均化処理が開始されることになる。

このように、プラント操作による過渡変化に対して、平均値Ｙ（ｔ）を追従させることができ、連続した監視が可能となる。

実施例１及び実施例２を同時に実施した場合を、実施例３とし、その構成図を図９に示す。上述の説明から明らかなように、突変発生時の突変データの解析作業が容易となりオペレークの解析負荷を軽減することが可能となるとともに、プラント操作による過渡変化に対して、平均値Ｙ（ｔ）を追従させることができ、連続した監視が可能となる。

実施例４に係る監視装置について、図６を参照して説明する。
監視装置３内のサンプリング処理部４に取り込まれたプロセス信号は、新たに本実施例により追加した第２の平均項数管理部１４へ渡される。第２の平均項数管理処理部１４は、渡されたプロセス信号によりプロセス信号の故障復帰を判断し、突変監視計算処理部５で計算される式（２）の平均値Ｙ（ｔ）の重み係数であるｍを管理する。

故障としては、回路の断線、本体基板の故障、信号がオーバースケールになったり、アンダースケールになったりして、信号が来なくなった場合があげられる。

図１０は、本実施例における第２の平均項数管理処理部１４の処理フロー例を示したものである。

第２の平均項数管理処理部１４は、プロセス信号を取り出し（ステップＳ９０１）、それが前回故障から今回復帰した信号であるか否かを判断する（ステップＳ９０２）。

これは、プロセス入出力制御装置２から渡される情報から容易に判断できる。

その結果、今回信号が来るようになって、復帰されたと判断された場合は（ステップＳ９０３のＹＥＳ）、この信号の重み係数ｍの値を１にリセットする。

このようにして、全プロセス信号について判断した場合は、終了とし（ステップＳ９０４のＹＥＳ）、次の突変監視計算処理部５を起動する。

このように設定された重み係数ｍを利用して、突変監視計算処理部５が、式（２）を用いて移動平均処理を実施することで、プロセス信号が故障から復帰し、監視を再開する場合に、プロセス信号の平均値Ｙ（ｔ）は、現在値すなわちｍ＝１から平均化処理が開始されることになる。

これによって、プロセス信号の故障復帰に対して、平均値Ｙ（ｔ）を追従させることができ、連続した監視が可能となる。

実施例５に係る監視装置について、図６を参照して説明する。
監視装置３内のサンプリング処理部４に取り込まれたプロセス信号は、新たに本実施例により追加した第３の平均項数管理処理部１４へ渡される。第３の平均項数管理処理部１４は、渡されたプロセス信号により、プラント機器の起動・停止判断を行い機器の起動時のみ監視されるように、突変監視計算処理部５で、式（２）により計算される平均値Ｙ（ｔ）の重み係数ｍを管理する。

図１１は、この実施例５における第３の平均項数管理処理部１４の処理フロー例を示したものである。なお、図１２は、第３の平均項数管理処理部１４が使用するプラント機器停止判定テーブルを示したものである。

まず、第３の平均項数管理処理部１４は、プラント機器停止判定テーブル１７よりプラント機器項目に対応する停止中条件を取り出す（ステップＳ１００１）。

次に、各種プラントのプロセス値を使って、その停止中条件をチェックする（ステップＳ１００２）。

その結果、プラント機器が停止中と判断された場合（ステップＳ１００３のＹＥＳ）は、対応する監視停止信号をプラント機器停止判定テーブル１７より取り出し、その信号の重み係数ｍの値を１にリセットする（ステップＳ１００４）。

このようにして全プラント機器項目について判断した場合には終了し（ステップＳ１００５のＹＥＳ）、次の突変監視計算処理部５を起動する。

このように設定された重み係数ｍを利用して、突変監視計算処理部５が、式（２）により移動平均処理を実施することにより、プラント機器の停止中は監視が停止し、機器が運転を開始すれば、プロセス信号の平均値Ｙ（ｔ）は、現在値すなわちｍ＝１から平均化処理が開始されることになる。

これによって、プラント機器の起動停止に対応して、平均値Ｙ（ｔ）を追従させることができ、連続した監視が可能となる。

実施例６に係る監視装置について、図６を参照して説明する。

監視装置３内のサンプリング処理部４に取り込まれたプロセス信号は、新たに本実施例により追加した第４の平均項数管理処理部１４へ渡される。第４の平均項数管理処理部１４は、渡されたプロセス信号によりプラント運転状態を判断し、突変監視計算処理部５で計算される、式（２）の平均値Ｙ（ｔ）の重み係数ｍを管理する。

図１３は、本実施例における第４の平均項数管理処理部１４の処理フロー例を示したものであり、図１４は、図１３中で第４の平均項数管理処理部１４が使用するプラント運転状態判定テーブルを示したものである。

第４の平均項数管理処理部１４の処理フローは、まず、プラント運転状態判定テーブル１８によりプラント運転状態項目に対応する判定条件を取り出す（ステップＳ１２０１）。

つぎに、各種プラントのプロセス値を使って、その判定条件をチェックする（ステップＳ１２０２）。

その結果、プラント運転状態が一致すると判断された場合は（ステップＳ１２０３のＹＥＳ）、さらに前回のプラント運転状態と比較し、今回初めてこのプラント運転状態に移行された場合、すなわち前回プラント運転状態と違う場合（ステップＳ１２０４のＹＥＳ）は、今回のプラント運転状態に対応した重み係数群（Ａｉ、Ｂｉ）を取り出し、これを監視する信号の重み係数の最大値Ｍｉとして設定し（ステップＳ１２０５）、突変監視計算処理部５へ渡す。

これにより、プラントの運転状態により監視するための重み係数の最大値Ｍｉが信号毎に設定されることになる。

一方、これを受けて、突変監視計算処理部５は、計算周期に合わせ、計算式（２）に従って、プラント運転毎に、移動平均Ｙｉ（ｔ）を計算する。

Ｙｉ（ｔ）＝［１−（１／ｍｉ）・Ｙｉ（ｔ−１）＋Ｘｉ（ｔ）・（１／ｍｉ） （４）なお、 ｍｉ＝ＭＩＮ（ｍｉ＋１、Ｍｉ）。

ここで、Ｙｉ（ｔ）は信号iの平均値、ｍｉは信号iの現在の重み係数、Ｘi（ｔ）は信号iの今回値、Ｍｉは信号ｉの重み係数最大値である。

上記ｍｉの逐次計算に当っては、ｍｉの値を、逐次1，2，3、‥と更新し、更新回
数がＭｉに達したらホールドする。

Ｍｉの値は、プラント運転状態判定テーブル１９から選択された判定条件により、異なった値で求まる。

突変監視計算処理部５で計算される平均値Ｙｉ（ｔ）は、プラントの運転状態に合った時定数である重み係数最大値Ｍｉを適用することになる。

このようにして、得られた平均値Ｙｉ（ｔ）を使用し、突変検知判定処理部６により突変の有無が判定されることになるので、現在のプラント運転状態に追従した監視を連続的に行うことが可能となる。

プロセス信号の変動が人為的な操作等による外乱に起因しているか否かを即座に判別するとともに、プロセス信号の故障・復帰などによる重み係数の追随性を良くして、高精度の監視を行うことが不可欠な用途にも適用できる。

本発明の実施例1の監視装置の構成図である。 本発明の実施例１の人為外乱判定テーブルである。 本発明の実施例１の人為外乱時のプロセス変化を示す図である。 本発明の実施例１のプラント操作判定処理フロー図である。 本発明の実施例１の人為外乱条件個別判定処理フロー図である。 本発明の実施例２、４〜６の監視装置の構成図である。 本発明の実施例２の第１の平均項数管理処理フロー図である。 本発明の実施例２のプラント操作判定テーブルである。 本発明の実施例３の監視装置の構成図である。 本発明の実施例４の第２の平均項数管理処理フロー図である。 本発明の実施例５の第３の平均項数管理処理フロー図である。 本発明の実施例５のプラント機器停止判定テーブルである。 本発明の実施例６の第4の平均項数管理処理フロー図である。 本発明の実施例６のプラント運転状態判定テーブルである。 従来技術による監視装置の構成図である。

符号の説明

１…プラント、２…プロセス入出力制御装置、３…監視装置、４…サンプリング処理部、５…突変監視計算処理部、６…突変検知判定処理部、７…計時処理部、８…保存処理部、９…記憶装置、１０…出力処理部、１１…警報装置、１２…出力機器、１３…プラント操作判定処理部、１４…平均項数管理処理部、１５…人為外乱判定テーブル、１６…プラント操作判定テーブル、１７…プラント機器停止判定テーブル、１８…プラント運転状態判定テーブル。

Claims (8)

1. プラントよりプロセス信号を入力するプロセス信号入力手段と、
   このプロセス信号入力手段により入力されたプロセス信号の突発的な変化を、時間の経過に従い、１から整数Ｍまで増加される、平均項数ｍでの、移動平均による平均値からの差分により検出する突変監視手段と、
   前記プロセス信号に基づき、前記平均項数ｍの変更の要否を判断し、変更要の場合に前記平均項数ｍを１にリセットする平均項数管理手段と、
   前記突変監視手段により検出されたプロセス信号の突発的な変化を監視データとして記憶するための記憶手段と、
   前記監視データをオペレータへ通知するための警報手段と
   を具備したことを特徴とする監視装置。
2. 前記突変監視手段により検出された前記プロセス信号の突発的な変化からプラント運転操作による人為的な変化を識別し取り除いて監視データを形成するプラント操作判定手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１に記載の監視装置。
3. 前記平均項数管理手段は、プラント操作条件項目、判定条件、リセット対象信号とが関連づけられたプラント操作止判定テーブルに基き、プラント操作ありと判断した場合に、その信号の前記平均項数ｍを１にリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載の監視装置。
4. 前記平均項数管理手段は、前記プロセス信号の故障／復帰等により、監視処理が一旦中断された後に再開されたと判断した場合に、その信号の前記平均項数ｍを１にリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載の監視装置。
5. 前記平均項数管理手段は、プラント機器停止項目、停止中条件、監視停止対象信号とが関連づけられたプラント機器停止判定テーブルに基き、プラント機器単位の起動・停止動作ありと判断した場合に、その信号の前記平均項数ｍを１にリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載の監視装置。
6. プラントよりプロセス信号を入力するプロセス信号入力手段と、
   このプロセス信号入力手段により入力されたプロセス信号の突発的な変化を、時間の経過に従い、１から整数Ｍまで増加される、平均項数ｍでの、移動平均による平均値からの差分により検出する突変監視手段と、
   前記プロセス信号に基づき、前記整数Ｍの変更の要否を判断し、変更要の場合に前記整数Ｍを変更する平均項数管理手段と、
   この突変監視手段により検出されたプロセス信号の突発的な変化を監視データとして記憶するための記憶手段と、
   前記監視データをオペレータへ通知するための警報手段と
   を具備したことを特徴とする監視装置。
7. 前記平均項数管理手段は、プラント運転状態項目、判定条件、使用する重み係数群とが関連づけられたプラント運転状態判定テーブルに基き、プラント運転状態が一致すると判断され、かつ前回プラント状態と今回プラント状態が違う場合に、前記整数Ｍを変更することを特徴とする請求項６に記載の監視装置。
8. プラントよりプロセス信号を入力するプロセス信号入力ステップと、
   このプロセス信号入力ステップにより入力されたプロセス信号の突発的な変化を、時間の経過に従い、１から整数Ｍまで増加される、平均項数ｍでの、移動平均による平均値からの差分により検出する突変監視ステップと、
   前記プロセス信号に基づき、前記平均項数ｍの変更の要否を判断し、変更要の場合に前記平均項数ｍを１にリセットする平均項数管理ステップと、
   前記突変監視ステップにより検出されたプロセス信号の突発的な変化を監視データとして記憶するための記憶ステップと、
   前記監視データをオペレータへ通知するための警報ステップと
   を具備したことを特徴とする監視方法。

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