JP6228083B2 - プラント監視システム及びプラント監視方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、運転員の作業内容を電子的に記録および蓄積し、分析するプラント監視システム及びプラント監視方法に関する。

従来、プラントの異常予兆通知方法としては、プラント監視装置に入力されるアナログ信号やデジタル信号を用いて、プラント監視システムが異常を検知し、通知する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１６４７２０号公報

しかしながら、従来の異常予兆通知方法では、運転員の作業内容が原因で異常が発生する場合、実際の作業を行ってからプラント監視システムが異常の予兆を通知するまでにタイムラグが発生するという問題があった。例えば、運転員がヒューマンエラーを起こした場合であっても、従来の異常予兆通知方法では、プラント監視システムへの入力信号が、警報設定値を超えるまで異常予兆通知とはならず、運転員の認知が遅れる可能性がある。

このように運転員の作業内容といった、アナログ信号やデジタル信号によらないものは、プラント監視システムの要素として活用されていなかったのが現状である。

本発明は、運転員の作業内容を電子的に蓄積し、その蓄積データから傾向をリアルタイムに分析することで、プラントの異常予兆を捉えることができるプラント監視システム及びプラント監視方法を提供することにある。

本発明の実施の形態に係るプラント監視システムは、プラント運転に関する作業内容が電子的に入力されると、その作業内容を実施時刻と共に蓄積する作業内容蓄積装置と、分析用のキーワード、所定時間幅の分析単位、この分析単位のサンプル数、更新周期、及び傾向判定基準が分析条件として予め設定され、前記更新周期毎に前記作業内容蓄積装置に蓄積された作業内容を分析し、その分析時点の最新の分析単位における、前記作業内容中での前記キーワードの登場傾向が、前記分析時点から前記分析単位のサンプル数分遡った検索期間における前記キーワードの登場傾向から外れているかを、前記傾向判定基準に基づいて判定する分析システムとを備えている。

上記構成によれば、アナログ信号やデジタル信号によらない運転員の作業内容をリアルタイムに分析し、分析結果が作業内容の蓄積データの傾向から外れた場合には通知することで、プラントの重大事故を未然に防ぐことが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプラント監視システムの概略構成を示すブロック図である。 図１の日誌装置の動作を示すフローチャートである。 図１の分析システムにおける入力部の動作を示すフローチャートである。 図１の分析システムにおける機能部の動作を示すフローチャートである。 図１の分析システムにおける表示部の動作を示すフローチャートである。 図３Ｂの分析機能の動作を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態で用いる分析条件および通知条件のデータ構成を説明する図である。 図５で示した分析条件および通知条件の実施例を示す図である。 図６の条件で導出された数値例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、この実施の形態におけるプラント監視システム５０は、作業内容蓄積装置（作業内容を、日誌を書くように入力することから、以下、日誌装置と呼ぶ）１０、分析システム３０、及びこの間のデータの送受信を行う通信部２０からなる。なお、この通信部２０は、有線又は無線による送受信、同一ＰＣ内でのデータ授受、別ＰＣ間でのデータ授受、を問わず、いずれの方式でもよい。

日誌装置１０は、図示しない各種プラントの運転に関する作業内容が電子的に入力されると、この作業内容をその実施時刻と共に蓄積する。この日誌装置１０は、入力部１１、記憶部１２、表示部１３の少なくとも３つの要素を有する。

入力部１１は、運転員が作業内容とその実施時刻の少なくとも２つの要素を入力できる機能を有する。この入力部１１で入力した要素は、記憶部１２に記録され、蓄積される。記憶部１２はプラント操業において十分な量の要素を保持しておくことが可能なものとする。表示部１３は記憶部１２にある要素を所定のフォーマットに従って表示する機能を有する。

分析システム３０は、詳細を後述する分析用のキーワード、所定時間幅の分析単位、この分析単位のサンプル数、更新周期、及び傾向判定基準が分析条件として予め設定される。そして、上述した更新周期毎に、日誌装置１０の記憶部１２に蓄積された作業内容を分析し、その分析時点の最新の作業内容の傾向が、これまで蓄積された所定期間における作業内容の傾向から大きく外れているかを分析し判定する。すなわち、詳細は後述するが、分析時点の最新の分析単位における作業内容中での予め設定したキーワードの登場傾向が、分析時点から、分析単位のサンプル数分遡った検索期間におけるキーワードの登場傾向から外れているかを、予め設定した傾向判定基準に基づいて判定する。

また、この分析システム３０は、上述した傾向の分析結果に応じて、予め設定された通知条件に基づいて異常予兆としての通知を行う機能を有する。

これらの機能を実現するため、分析システム３０は、入力部３１、記憶部３２、機能部３３、表示部３４の少なくとも４つの要素を有する。

入力部３１は、前述した分析条件と異常予兆の通知条件との少なくとも２つの条件を入力できる機能を有する。この入力部３１で入力した条件は、記憶部３２に記録される。記憶部３２はプラント操業において十分な量の条件を保持しておくことが可能なものとする。

機能部３３は入力部３１で入力した条件に応じて日誌装置１０の記憶部１２と通信を行い、前述した分析と異常予兆通知を行う。この機能部３３で分析した結果は条件ごとに記憶部３２に記録される。表示部３４は記憶部３２に記録された条件ごとのデータを所定のフォーマットに従って表示する。

次に、図１のプラント監視システム５０の動作説明を行う。まず、日誌装置１０の動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。

運転員はプラント操業に関わる作業を実施した場合（動作１００）、その内容を入力部１１により入力する（動作１１１）。入力した作業内容は実施期間ごとに記憶部１２に記録され（動作１２１）、実施期間ごとに表示部１３に所定のフォーマットで表示される（動作１３１）。

ここで、プラント操業に関わる作業内容の入力例としては、例えば、プラントのプロセスの目標値の変更操作や、プラントを構成する機器（例えばバルブ）の操作、さらには、プロセスにハンチング等の現象が生じた場合、これを運転員が認識して入力する行為などである。これらは定型文章で入力するか、定型文章が無い場合は作業内容に応じた任意の文章を作成して入力する。

次に、分析システム３０の動作を図３のフローチャートに基づいて説明する。図３Ａは、入力部３１の動作の流れを示している。まず、分析条件（後述する）の入力を行う（動作３１１）。入力した内容は条件ごとに記憶部３２に記録される（動作３１２）。次に、通知条件（後述する）の入力を行うが、それに先立って、通知条件の一要素となる分析条件を読み込み（動作３１３）、それに応じた通知条件の入力を行う（動作３１４）。入力した内容は条件ごとに記憶部３２に記録される（動作３１５）。

図３Ｂは機能部３３の動作の流れを示している。まず、日誌装置１０の記憶部１２に記録蓄積された作業内容の入力情報（以下、日誌情報と呼ぶ）と、分析システム３０に入力され、その記憶部３２に記録された分析条件とを読み込み（動作３３１）、分析を行う（動作３３２）。この分析動作３３２については後に詳述する。

分析結果は分析条件ごとに記録する（動作３３３）。次に、記憶部３２に記録された分析結果と、前述した通知条件とを読み込む（動作３３４）。そして、この分析結果について通知するか否かを、通知条件を満たしているか否かで判別し（動作３３５）、通知条件の全ての条件を満たしている場合は通知を行う（動作３３６）。この通知結果は通知条件ごとに記憶部３２に記録する（動作３３７）。

図３Ｃは 表示部３４の動作の流れを示している。まず、記憶部３２に記録された分析条件と分析結果を読み込み（動作３４１）、この分析結果を分析条件ごとに表示する（動作３４２）。また、同じく記憶部３２に記録された通知条件と通知結果を読み込み（動作３４３）、この通知結果を通知条件ごとに表示する。（動作３４４）。

次に、入力部３１から入力され、記憶部３２に記録された前述の分析条件及び通知条件を図５に基づいて説明する。

図３Ａの動作３１１で入力される分析条件（以下、分析条件３１１として説明する）は、前述のように、分析用のキーワード３１１１、分析単位３１１２、分析サンプル数３１１３、更新周期３１１４、条件式３１１５の少なくとも５つの要素で構成される。したがって、これら５つの要素が入力される。これら５つの要素をまとめて１つの分析条件３１１とする。なお、この分析条件３１１は複数入力を可能とする。

ここで、 分析システム３０による分析とは、前述したように日誌装置１０の記憶部１２に蓄積されたプラント操業に関わる日誌情報（作業内容）の中に、予め設定したキーワードがどの程度登場するかの傾向（ここでは登場回数とする）を捉えて行う。そして、最新の傾向が、これまでの傾向（日誌情報の所定の蓄積期間中の傾向）から大きく外れているかを判定する。したがって、分析用のキーワード３１１１は、運転日誌等で普段常用しているキーワードであることが望ましい。

分析単位３１１２は、どの程度の期間でキーワード３１１１の登場回数計測を行うかを決定する単位であり、所定の時間幅に設定される。例えば、分析単位３１１２を１日（２４時間）と設定した場合、１日のキーワード３１１１の登場回数が１単位となる。この場合、対象となる作業が周期的な作業の場合、分析単位３１１２は、キーワード３１１１がある程度登場することが見込まれる期間とする。例えば、８時間に１回程度に周期的に発生することが予め想定される作業の場合、分析単位３１１２を６時間に設定すると、登場回数０回の分析単位が多く発生することとなり、後述する判定処理上好ましくない。このような場合、キーワードの登場回数が数回想定される、例えば１日（２４時間）に分析単位を設定するとよい。

分析サンプル数３１１３は、過去の傾向をとらえるための日誌情報の検索対象期間を設定するものであり、このデータ期間を構成する分析単位３１１２の数である。すなわち、分析単位３１１２に分析サンプル数３１１３を乗じたものが日誌情報の検索対象期間となる。例えば、分析単位３１１２が１日であり、サンプル数が１０であれば、分析時点（現時点）より１０日遡った期間に蓄積された日誌情報がデータ検索対象となり、この期間内におけるキーワードの登場回数が過去の傾向としてとらえられる。このサンプル数が少ない場合、傾向に偏りが発生することが想定されるので、サンプル数はある程度増やすことが望ましい。

更新周期３１１４は、図３Ｂで示した分析のためのデータ読み込み（動作３３１）、分析（動作３３２）及び分析結果記録（動作３３３）を実施する周期である。

条件式３１１５は、検索結果である最新のキーワード登場傾向が、上述したデータ期間におけるキーワードの登場傾向から大きく外れているかを判定する傾向判定基準として設定される。そのために、≧、＝、≦などの数式記号と分析結果の判別式の２つからなる。分析結果の判別式には定数の他、検索結果の最新値、最大値、最小値、平均値、標準偏差などを数式として組み合わせることを可能とする。

図３Ａの動作３１４で入力される通知条件（以下、通知条件３１４として説明する）は、上述のように、分析単位３１１２で分析した最新値を、条件式で判別し一致していた場合、通知を出すための条件を設定するものである。この通知条件３１４としては、通知方法３１４１と更新周期３１４２と分析条件選択３１４３の少なくとも３つの要素を入力する。これら３つの要素をまとめて１つの通知条件とする。また、この通知条件３１４は複数入力を可能とする。

通知方法３１４１は、アラーム、メッセージなどから選択可能する。通知を出すことを決定した場合、選択した通知方法で運転員などに通知するものとする。

更新周期３１４２は、図３Ｂで示した通知のためのデータ読込（動作３３４）、選択した分析条件が通知対象か否かの判断（動作３３５）、その結果の通知動作（動作３３６）、及び通知結果記録（動作３３７）の更新周期である。

分析条件選択３１４３は、分析条件を記憶部３２から読み込んで通知条件を構成する要素として設定する。すなわち、前述した分析条件３１１は、図５で説明したように、少なくとも５つの要素３１１１〜３１１５により構成されており、入力部３１から入力する各要素３１１１〜３１１５の内容を変えることにより複数種構成できる。

例えば、図６（ａ）（ｂ）で示すように、２つの分析条件３１１（条件名：「Ａ１」，「Ａ２」）が入力部３１からの入力により、記憶部３２に記録されているものとする。そこで、この２つの分析条件「Ａ１」，「Ａ２」を記憶部３２から読み込んで、図６（ｃ）で示すように、これらを分析条件選択３１４３においてＡＮＤ，ＯＲ等（図６（ｃ）の例ではＯＲが用いられている）で組み合わせ、所定の通知条件３１４（条件名：「Ａ」）を構成する。勿論、分析条件３１１を１つも入力していない場合、通知条件３１４を構成することはできない。

次に、図３Ｂで示した分析機能（動作３３２）の詳細を図４のフローチャートに基づいて説明する。機能部３３は、前述のように、日誌装置１０の記憶部１２に記録蓄積された日誌情報（作業内容の入力情報）と、分析システム３０の記憶部３２に記録された分析条件３１１（図６で示した条件名：「Ａ１」，「Ａ２」の２つとする）とを読み込む（動作３３１）。

ここで、分析条件３１１「Ａ１」，「Ａ２」は、図６（ａ）（ｂ）で示すように、キーワード３１１１として「ＡＡＡ」が設定され、分析単位３１１２として「１日(２４時間)」が設定され、分析サンプル数３１１３として数値「９」が設定され、更新周期３１１４として「１時間」がそれぞれ設定されている。条件式３１１５については、分析条件「Ａ１」では、「最新値＞平均値＋標準偏差×２」が設定され、分析条件「Ａ２」では、「最新値＜平均値−標準偏差×２」が設定されている。

前述した読み込み動作後、分析条件３１１「Ａ１」，「Ａ２」に従って日誌情報を検索し、その中に登場するキーワード３１１１「ＡＡＡ」の登場回数を導出する（動作３３２２）。

この検索に際しては、検索期間の終点を現在の最新データとし、そこから分析単位３１１２「１日」分、遡った範囲で検索を行う。検索されたキーワードの登場回数を検索期間ごとに記録する（動作３３２３）。最新の分析単位「１日」分の検索が終了すると、次に、１分析単位前の運転日誌データを検索するために、検索期間の始点と終点を変更する（動作３３２４）。この分析単位３１１２「１日」毎のキーワード検索（動作３３２２〜３３２４）をサンプル３１１３の数値「９」と一致するまで繰り返す（ループ３３２１）。

上述のように検索され、分析単位毎に記憶部３２に記録された内容から、キーワードの１分析単位毎の登場回数の最新値、最大値、最小値、平均値、標準偏差などを導出する（動作３３２５）。これらの値の何れか又はそれらにより数式が組み合わされ、条件式３１１５が構成されているので、上述した最新値が条件式３１１５と一致しているかを判断する（３３２６）。一致している場合は、当該分析条件は条件式を満たしていることとし（動作３３２７）、最新値が条件式３１１５と相違している場合は、当該分析条件は条件式を満たしていないこととする（動作３３２８）。これら、条件式を満たしたか否かの結果は記憶部３２に記録する（動作３３３）。

ここで、分析条件３１１「Ａ１」，「Ａ２」の条件式は、いずれも標準偏差（σ）を用いている。通常、キーワード「ＡＡＡ」の登場回数が正規分布であるとき、キーワード「ＡＡＡ」の最新登場回数が平均登場回数±２σの範囲に収まる確率は９５．４５％である。言い換えると、平均登場回数＋２σよりも最新登場回数が大きい（分析条件３１１「Ａ１」の条件式と一致しており、これを満たしている）場合、もしくは平均登場回数−２σよりも最新登場回数が小さい（分析条件３１１「Ａ２」の条件式と一致しており、これを満たしている）場合、それは傾向から外れているといえる。

すなわち、図６の分析条件例は、キーワード「ＡＡＡ」の最新登場回数が、平均登場回数±２σの範囲内にないとき通知するとして、入力部３１へ入力した条件である。

図６の条件で２０ＸＸ／１０／１０ ０：００に分析した結果を図７に示す。図７では、分析時点２０ＸＸ／１０／１０ ０：００における最新の分析単位２０ＸＸ／１０／９ ０：００〜２３：５９における、日誌情報中のキーワードの登場回数、及びその１分析単位前のキーワードの登場回数、さらに、その１分析単位前のキーワードの登場回数、・・・が、サンプル数「９」分、記録されている。すなわち、最新登場回数が１７回、最大登場回数が２０回、最小登場回数が９回、平均登場回数が１２．３回、標準偏差が３．５０７１３６・・・であることが示されている。

これらの数値を分析条件３１１「Ａ１」，「Ａ２」の条件式に当てはめると、最新登場回数（１７回）が平均登場回数±２σの範囲（５．２８５＜１７＜１９．３１４）に収まっている。すなわち、分析条件３１１「Ａ１」，「Ａ２」の条件式の何れとも一致せず、これらを満足しない。このため、この場合は、図６（ｃ）で示す通知条件「Ａ」の分析条件選択「Ａ１ ＯＲ Ａ２」が成立せず、通知されない。

上述した分析動作を更新周期３１１４「１時間」ごとに行い、キーワード「ＡＡＡ」の最新登場回数が、平均登場回数±２σの範囲内にあるか否かをリアルタイムに判定する。その結果、平均登場回数±２σの範囲内にないときは、通知条件「Ａ」の通知方法「アラーム」で通知する。

なお、図６で示した標準偏差を用いた条件式はあくまで一例であり、これに限定されるものではない。例えば、最新登場回数が最大登場回数より大きいとき、或いは、最新登場回数が最少登場回数より小さいときに通知するなど、ユーザの目的および作業内容に合わせた条件を設定することが出来る。

また、上記説明では、傾向を表すものとしてキーワードの登場回数を用いたが、あくまで一例であり、これに限定されるものではなく、例えばキーワードの登場周期など、任意に設定することができる。

以上のように、この実施の形態に係るプラント監視システム及び監視方法では、運転員の作業内容を分析し、分析結果が作業内容の蓄積データの傾向から外れた場合に通知するようにしたので、アナログ信号、デジタル信号によらない運転員の作業データからプラントの重大事故を未然に防ぐことが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…作業内容蓄積装置（日誌装置）
２０…通信部
３０…分析システム
５０…プラント監視システム
３１１…分析条件
３１１１…キーワード
３１１２…分析単位
３１１３…分析サンプル数
３１１４…更新周期
３１１５…傾向判定基準（条件式）
３１４…通知条件
３１４１…通知方法
３１４２…更新周期
３１４３…分析条件選択

Claims (5)

1. プラント運転に関する作業内容が電子的に入力されると、その作業内容を実施時刻と共に蓄積する作業内容蓄積装置と、
   分析用のキーワード、所定時間幅の分析単位、この分析単位のサンプル数、更新周期、及び傾向判定基準が分析条件として予め設定され、前記更新周期毎に前記作業内容蓄積装置に蓄積された作業内容を分析し、その分析時点の最新の分析単位における、前記作業内容中での前記キーワードの登場傾向が、前記分析時点から前記分析単位のサンプル数分遡った検索期間における前記キーワードの登場傾向から外れているかを、前記傾向判定基準に基づいて判定する分析システムと、
   を備えたプラント監視システム。
2. 前記分析システムは、前記分析時点の最新の分析単位における前記キーワードの登場傾向の分析結果に応じて、予め設定された通知条件に基づいて通知を行う機能を有する請求項１に記載のプラント監視システム。
3. 前記分析システムは、前記分析条件を複数設定可能で、前記通知条件はこれら複数の分析条件による分析結果を組み合わせて通知の有無を判断するように設定可能である請求項２に記載のプラント監視システム。
4. 前記傾向判定基準は、前記検索期間における前記分析単位毎のキーワードの登場傾向の最新値、最大値、最小値、平均値及び標準偏差の何れか又はそれらを数式として組み合わせた請求項１乃至請求項３の何れかに記載のプラント監視システム。
5. プラント運転に関する作業内容が電子的に入力されると、その作業内容を入力時刻と共に作業内容蓄積装置が蓄積し、
   分析用のキーワード、所定時間幅の分析単位、この分析単位のサンプル数、更新周期、及び傾向判定基準を分析条件として予め設定した分析システムを用い、
   前記更新周期毎に前記作業内容蓄積装置に蓄積された作業内容を分析し、その分析時点の最新の分析単位における、前記作業内容中での前記キーワードの登場傾向が、前記分析時点から前記分析単位のサンプル数分遡った検索期間における前記キーワードの登場傾向から外れているかを、前記傾向判定基準に基づいて判定する工程と、
   前記分析時点の最新の分析単位における前記キーワードの登場傾向の分析結果に応じて、予め設定された通知条件に基づいて通知を行う工程と、
   を前記分析システムが実行するプラント監視方法。

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