JP6654119B2 - プラントデータ表示処理装置及びプラント制御システム - Google Patents
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Description
本発明は、プラント設備の温度、圧力などの運転データを表示するプラントデータ表示処理装置及びプラント制御システムに関する。
発電プラントや化学プラント等には、プラントの監視及び制御を目的として、温度計、圧力計及び流量計などの多くのセンサーが設置されている。近年、これらのセンサーの計測データを活用し、プラントの運用効率や製品(プラント設備、プラント設備を構成する機器など)の収率等を向上させたいという要求が大きくなっている。
プラントの運用効率や製品の収率などの性能指標を向上させるには、プラントの状態と、性能指標との関係をモデル化する必要がある。
このため、例えば特許文献1には、操作パラメータをX軸、条件パラメータをY軸、評価パラメータをZ軸に示して、各パラメータの関係をモデル化する方法が記載されており、これらの関係を可視化するデータ表示方法も示されている。
プラントを構成する設備や機器の数が多くなると、プラントの計測点の数は非常に多くなる。この非常に多くの計測点のデータ(多次元データ)を分類する方法として、データクラスタリング技術がある。例えば特許文献2には、適応共鳴理論というクラスタリング技術を用いて、多次元の運転データを複数のカテゴリーに分類する異常診断方法が記されている。この方法によれば、各時刻の多次元のプラントデータは、類似度に応じて、複数のカテゴリーに分類されるため、プラントの状態をカテゴリー番号で管理することができる。
しかしながら、特許文献1に記載の技術では、操作パラメータの項目と条件パラメータの項目を合わせた数が3以上となった場合に、これらのパラメータの関係を可視化することは非常に難しい。
また、特許文献2に記載の技術は、プラントの状態をカテゴリー番号で管理することができるが、プラントの状態を変化させる場合に、プラントの状態をどのように変化させればよいのかを判断することが難しい。
上記の状況から、プラントの多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係を明確にするとともに、カテゴリーと評価指標の関係を表示する手法が要望されていた。
本発明の第1の態様に係るプラントデータ表示処理装置は、プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、この運転データデータベースから取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、運転データデータベースに格納された運転データの値から上記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、を備える。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を2次元にマッピングし、マッピングしたカテゴリーの識別情報を第1の軸及び第2の軸からなる平面に表し、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標を第3の軸に表した3次元の画像データを生成する分類結果表示処理部を備える。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を2次元にマッピングし、マッピングしたカテゴリーの識別情報を第1の軸及び第2の軸からなる平面に表し、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標を第3の軸に表した3次元の画像データを生成する分類結果表示処理部を備える。
本発明の第2の態様に係るプラントデータ表示処理装置は、プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、この運転データデータベースから取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、運転データデータベースに格納された運転データの値から上記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、を備える。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を2次元又は3次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの識別情報の色又は濃淡を、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標の代表値に応じて変化させた画像データを生成する。
そして、このプラントデータ表示装置は、上記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、各カテゴリーの識別情報を2次元又は3次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの識別情報の色又は濃淡を、上記評価指標計算部で求めたカテゴリーの評価指標の代表値に応じて変化させた画像データを生成する。
本発明の少なくとも一態様によれば、プラントの多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係が明確となる。またカテゴリーとプラントの評価指標との関係を組み合わせて表示することができる。このため、監視員は、プラントの評価指標の値を向上させるための操作方法を容易に決定することが可能である。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。説明は下記の順序で行う。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
1.第1の実施形態(マッピングしたカテゴリー番号と評価指標とを3次元表示する例)
2.第2の実施形態(マッピングしたカテゴリー番号を評価指標に応じて色表示する例)
3.第3の実施形態(カテゴリー番号間も評価指標に応じて識別可能に表示する例)
4.第4の実施形態(3次元表示と2次元表示を切り替える例)
5.第5の実施形態(指定又は現在のカテゴリー番号を中心にマッピングする例)
1.第1の実施形態(マッピングしたカテゴリー番号と評価指標とを3次元表示する例)
2.第2の実施形態(マッピングしたカテゴリー番号を評価指標に応じて色表示する例)
3.第3の実施形態(カテゴリー番号間も評価指標に応じて識別可能に表示する例)
4.第4の実施形態(3次元表示と2次元表示を切り替える例)
5.第5の実施形態(指定又は現在のカテゴリー番号を中心にマッピングする例)
<1.第1の実施形態>
[検討]
発明者らは、特許文献1及び特許文献2に記載の技術を組み合わせて、プラントの状態(カテゴリー番号)と評価指標の関係を可視化する方法を考えた。
[検討]
発明者らは、特許文献1及び特許文献2に記載の技術を組み合わせて、プラントの状態(カテゴリー番号)と評価指標の関係を可視化する方法を考えた。
図1は、プラントの状態としてのカテゴリーと評価指標の関係を表す表示形態例を示す。
図1に示すように、横軸にカテゴリー番号、縦軸に各カテゴリーに含まれる運転データの評価指標の代表値をとることで、プラントの状態(カテゴリー番号)と評価指標の関係を可視化することができる。
図1に示すように、横軸にカテゴリー番号、縦軸に各カテゴリーに含まれる運転データの評価指標の代表値をとることで、プラントの状態(カテゴリー番号)と評価指標の関係を可視化することができる。
しかしながら、図1の横軸に示したカテゴリー番号は、カテゴリーの発生順序で決められた分類であり、カテゴリー間のデータ空間上の近さを表していない。したがって、現在のカテゴリーから評価指標の高いカテゴリーにプラントの状態を遷移させようとした場合に、プラントの状態をどのように変化させればよいのかを判断することが難しい。
図1の例では、カテゴリー1とカテゴリー4の評価指標が高い。プラントの現在の運転データがカテゴリー3の状態にあった場合、プラントの状態をカテゴリー1又はカテゴリー4の状態に遷移させることが望ましい。しかしながら、カテゴリー3の状態から見た場合に、カテゴリー1の状態が近いのか、それともカテゴリー4の状態が近いのかが判別できないため、目指すべき目標を定めることが困難となる。
そこで、発明者らは、多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係を明確にし、プラントの運転データと評価指標との関係を組み合わせて表示する方法について検討を重ねた結果、以下に説明する構成を発明した。
[プラント制御装置の全体構成]
図2は、本発明の第1の実施形態に係るデータ表示処理装置を含むプラント制御システムの構成例を示す。
図2は、本発明の第1の実施形態に係るデータ表示処理装置を含むプラント制御システムの構成例を示す。
第1の実施形態に係るプラント制御システム40は、図2に示すように、プラント10の運転データの分類処理及び分類結果の表示処理を行うデータ表示処理装置20、表示部21、制御装置30及び操作部31を備える。
データ表示処理装置20(プラントデータ表示処理装置の一例)は、運転データデータベース201、データ分類部202、評価指標計算部203、及び分類結果表示処理部204を含む。
運転データデータベース201は、不図示の入力インターフェースを介して入力される、プラント10を構成する設備や機器の温度、圧力、流量などの計測データの時系列データを格納する。また、運転データデータベース201は、制御装置30より入力される、バルブ開度などの操作量データや制御の設定値データの時系列データを格納する。以下、計測データ、操作量データ、設定値データを合わせて「運転データ」と呼ぶ。ただし、計測データを運転データと記載することもある。
(系統図の例)
図3は、プラント10の系統図の一例を示す。
以下、プラント10として化学プラントを例に説明する。図3は、表示部21の画面に表示される化学プラントの系統図の一例である。系統図は、例えば系統図作成用CADソフトで作成された電子ファイルであり、系統図には、機器、接続配管、主要な計測機器が記載されている。系統図は、配管計装線図または、P&ID(Piping & Instrument Flow Diagram)とも呼ばれる。系統図には、機器(図3では反応器R1〜R4)、機器間を接続する配管、計測器などの情報が記載されている。なお、図3において、計測器にはF1,P1,T1などのタグがついている。本実施形態では、Fが流量計、Pが圧力計、Tが温度計を示している。図3に示す系統には、28個の計測器が設けられている。
図3は、プラント10の系統図の一例を示す。
以下、プラント10として化学プラントを例に説明する。図3は、表示部21の画面に表示される化学プラントの系統図の一例である。系統図は、例えば系統図作成用CADソフトで作成された電子ファイルであり、系統図には、機器、接続配管、主要な計測機器が記載されている。系統図は、配管計装線図または、P&ID(Piping & Instrument Flow Diagram)とも呼ばれる。系統図には、機器(図3では反応器R1〜R4)、機器間を接続する配管、計測器などの情報が記載されている。なお、図3において、計測器にはF1,P1,T1などのタグがついている。本実施形態では、Fが流量計、Pが圧力計、Tが温度計を示している。図3に示す系統には、28個の計測器が設けられている。
(運転データの例)
図4は、運転データデータベース201に格納されている運転データの例を示す。
運転データ201aは、時刻毎の流量、圧力、温度の値が保存された時系列データである。図4の例では、第1反応器入口流量、第1反応器入口圧力などのようにプラント10の系統図(図3)の各部位で計測された計測データが、例えば数秒間隔で保存されている。
図4は、運転データデータベース201に格納されている運転データの例を示す。
運転データ201aは、時刻毎の流量、圧力、温度の値が保存された時系列データである。図4の例では、第1反応器入口流量、第1反応器入口圧力などのようにプラント10の系統図(図3)の各部位で計測された計測データが、例えば数秒間隔で保存されている。
図2の説明に戻る。データ分類部202は、データクラスタリング技術を用いて、運転データデータベース201から取得した多次元の運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類する。そして、データ分類部202は、分類結果(本実施形態ではカテゴリー番号)を、評価指標計算部203及び分類結果表示処理部204に出力する。データクラスタリング技術として、いくつかの手法が提案されているが、本実施形態では、適応共鳴理論(Adaptive Resonance Theory:ART)を用いた。ただし、分類手法を適応共鳴理論に限定するものではなく、他のデータクラスタリング技術を用いてもよい。
(運転データの分類方法)
図5は、適応共鳴理論(ART)を利用した運転データの分類方法の概要を示す。図5上段の横軸は時刻、縦軸は運転データの値を表す。また図5下段の横軸は時刻、縦軸はカテゴリー番号を表す。
図5は、適応共鳴理論(ART)を利用した運転データの分類方法の概要を示す。図5上段の横軸は時刻、縦軸は運転データの値を表す。また図5下段の横軸は時刻、縦軸はカテゴリー番号を表す。
ARTは、人間のパターン認識アルゴリズムを模擬したモデルであり、多次元のデータをその類似度に応じて複数のカテゴリーに分類することができる。ARTの構成については、公知の文献等に記載されているため、詳細な説明を割愛し、ARTを使ったデータの分類方法についてのみ図5を用いて説明する。ARTを用いたデータ分類方法の一例は、例えば特開2005−258649号公報に記載されている。
一般にARTに入力する運転データは4次元以上のデータであるが、ここでは、データを単純化し、図5上段に示す2次元の時系列データ(データ1、データ2)を分類する場合について考える。この時系列データの各時刻におけるデータは、データ1、データ2の2次元のデータとなる。
この2次元のデータをデータ分類部202(ART)に入力すると、例えば、データ1の値が大きくかつデータ2の値が小さい領域1のデータは、あるカテゴリー(カテゴリー1)に分類される(図5下段)。また、領域2のデータは、領域1のデータとはデータ1とデータ2の関係が異なるため、別のカテゴリー(カテゴリー2)として分類される。同様にして、領域3、領域4のデータは、それぞれ別のカテゴリーとして分類される。本実施形態では、図4に示した28項目のデータを入力項目としてARTにより分類した。
なお、本実施形態では、カテゴリーを番号(数字)により識別したが、何らかの記号を用いて識別すればよい。即ち、番号はカテゴリーの識別情報の一例である。また、番号を囲む円(球)等の図形は、該当カテゴリーの位置を示すものであって自カテゴリーと他のカテゴリーを区別し得る情報であるから、広い意味で識別情報に含まれる。
図2の機能ブロックの説明に戻る。評価指標計算部203は、運転データデータベース201に格納された運転データの値からプラント10の評価指標を計算する。
本実施形態では、プラント10の評価指標として製品(図3の系統)の収率を計算した。具体的には、図4に示す運転データ201aのうち、流量計F1で計測された反応器R1の入口流量である第1反応器入口流量、及び、流量計F12で計測された反応器R4の出口流量である第4反応器出口流量の値を式(1)に適用する。
製品の収率=K×(流量計F12の値)/(流量計F1の値) ・・・・・(1)
ここで、Kは、理論式から求めた係数であり、理想的な運転状態では、製品の収率が100%となる。
ここで、Kは、理論式から求めた係数であり、理想的な運転状態では、製品の収率が100%となる。
(評価指標データの例)
図6は、評価指標データの一例を示す。
図6に示す評価指標データ203aは、図4の運転データ201aの取得タイミングに対応して、例えば数秒間隔で評価指標(収率)の計算及び記録がなされる。
図6は、評価指標データの一例を示す。
図6に示す評価指標データ203aは、図4の運転データ201aの取得タイミングに対応して、例えば数秒間隔で評価指標(収率)の計算及び記録がなされる。
図2の機能ブロックの説明に戻る。分類結果表示処理部204は、データ分類部202で分類されたカテゴリーの情報(カテゴリー番号)を2次元又は3次元に写像する(マッピング)。そして、分類結果表示処理部204は、2次元又は3次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標との関係を表す画像データを生成(グラフ化)する。第1の実施形態では、分類結果表示処理部204は、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標との関係を表す3次元の画像データを生成し、表示部21へ出力する。この分類結果表示処理部204の動作については、後で詳述する。
表示部21は、分類結果表示処理部204で生成された、カテゴリー番号と評価指標との関係を表す画像データを画面に表示する。
制御装置30は、運転データデータベース201に格納されたプラント10の運転データに基づいて、プラント10の監視及び制御を行う。また、制御装置30は、操作部31から入力される操作信号に応じてプラント10の制御を行う。
操作部31は、監視員の入力操作を受け付けて、入力操作に応じた操作信号を制御装置30に入力する。
[各装置のハードウェア構成]
図7は、図2の各装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
ここでは、プラント制御システム40に示されたデータ表示処理装置20、制御装置30を構成するコンピューター50のハードウェア構成を説明する。なお、各装置の機能、使用目的に合わせてコンピューター50の各部は取捨選択される。
図7は、図2の各装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
ここでは、プラント制御システム40に示されたデータ表示処理装置20、制御装置30を構成するコンピューター50のハードウェア構成を説明する。なお、各装置の機能、使用目的に合わせてコンピューター50の各部は取捨選択される。
コンピューター50は、バス54にそれぞれ接続されたCPU(Central Processing Unit)51、ROM(Read Only Memory)52、RAM(Random Access Memory)53を備える。さらに、コンピューター50は、表示部55、操作部56、不揮発性ストレージ57、ネットワークインターフェース58を備える。
CPU51は、本実施形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをROM52から読み出して実行する。なお、コンピューター50は、CPU51の代わりに、MPU(Micro-Processing Unit)等の処理装置を備えるようにしてもよい。RAM53には、演算処理の途中に発生した変数やパラメータ等が一時的に書き込まれる。
表示部55は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、コンピューター50で行われる処理の結果等を表示する。この表示部55は、図2の表示部21に相当する。操作部56には、例えば、キーボード、マウス又はタッチパネル等が用いられ、監視員が所定の操作入力、指示を行うことが可能である。また操作部56は、操作キーやボタンスイッチなどの操作子でもよい。この操作部56は、図2の操作部31に相当する。
不揮発性ストレージ57としては、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等が用いられる。この不揮発性ストレージ57には、OS(Operating System)、各種のパラメータやデータの他に、コンピューター50を機能させるためのプログラムが記録されていてもよい。例えば不揮発性ストレージ57には、運転データデータベース201のデータや評価指標データ203a等が記憶されている。
ネットワークインターフェース58には、例えば、NIC(Network Interface Card)等が用いられ、LAN等のネットワークNを介して各装置間で各種のデータを送受信することが可能である。
なお、データ表示処理装置20の全部又は一部と、制御装置30の全部又は一部とを一つのコンピューターで構成してもよい。
[分類結果表示処理部204の処理]
図8は、分類結果表示処理部204の処理を示すフローチャートである。
まずステップS1において、分類結果表示処理部204は、データ分類部202で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。即ち、分類結果表示処理部204は、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を計算するとともに、その運転を計算する。
図8は、分類結果表示処理部204の処理を示すフローチャートである。
まずステップS1において、分類結果表示処理部204は、データ分類部202で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。即ち、分類結果表示処理部204は、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を計算するとともに、その運転を計算する。
本実施形態で用いた運転データは、一例として図3に示す28項目である。例えば、カテゴリー1に含まれるデータが100点(100サンプリング点)あったとすると、流量計F1による第1反応器入口流量、圧力計P1による第1反応器入口圧力といった項目毎に100点のデータの平均値を計算する。
また、評価指標は、式(1)により求めた製品の収率であり、評価指標についても同様に100点の平均値を算出する。
なお、本実施形態では、代表値として平均値を採用したが、中央値など他の代表値を採用してもよい。
次にステップS2において、ステップS1で計算されたカテゴリー間の運転データの各項目の代表値の類似度に応じて、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を2次元にマッピングする(写像)。なお以下の説明において、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を2次元にマッピングすることを「カテゴリー番号を2次元にマッピングする」と記すことがある。
本実施形態では、運転データの代表値をマッピングする方法として、自己組織化マップを利用する。自己組織化マップは、ニューラルネットワークの一種であり、高次元のデータを1〜3次元空間にマッピングする手法であり、高次元の空間内の位置関係を、低次元の空間内で再現しようとするものである。
[自己組織化マップの概要]
ここで、自己組織化マップの概要について説明する。
図9は、n次元のデータ(Xj1〜Xjn)を2次元にマッピングする場合の構成を示す。
ここで、自己組織化マップの概要について説明する。
図9は、n次元のデータ(Xj1〜Xjn)を2次元にマッピングする場合の構成を示す。
図9に示すように、自己組織化マップでは、入力データを入力する入力層と、入力データをマッピングする出力層の2つの層を備える。入力データ及びマッピング後のデータは、ノードとも呼ばれる。入力データを2次元にマッピングする場合には、出力層ではノードが2次元(例えば格子状)に配置される。即ち、出力層の各ノードの位置が、各カテゴリーの位置に対応する。
本実施形態では、入力層に入力される各データXj1〜Xjnは、カテゴリーごとの運転データの各項目(図4)の代表値に相当する。入力層の各ノードは、出力層の各ノードと重み係数mi1〜minを介して接続されている。なお、図9では、図が煩雑になるのを避けるため、入力層の各入力データと出力層のi番目のノードとの接続関係のみを記載している。
次に、自己組織化マップのアルゴリズムについて説明する。自己組織化マップでは、次の3つのステップ(1)〜(3)により、n次元のデータを出力層にマッピングする。
ステップ(1)
出力層における全てのノードの重み係数ベクトルmiの中から、入力データの重み係数mi1〜minに基づく重み係数ベクトルと最も類似している重み係数ベクトルmcを探し出し、そのノードを勝者とする。重み係数ベクトルは「参照ベクトル」とも呼ばれる。
ステップ(2)
勝者のノード及びその近傍のノードの重み係数ベクトルmiを、入力データの重み係数mi1〜minに基づく重み係数ベクトルに近くなるように更新する。
ステップ(3)
入力データが与えられる度にステップ(1)、(2)を繰り返す。
出力層における全てのノードの重み係数ベクトルmiの中から、入力データの重み係数mi1〜minに基づく重み係数ベクトルと最も類似している重み係数ベクトルmcを探し出し、そのノードを勝者とする。重み係数ベクトルは「参照ベクトル」とも呼ばれる。
ステップ(2)
勝者のノード及びその近傍のノードの重み係数ベクトルmiを、入力データの重み係数mi1〜minに基づく重み係数ベクトルに近くなるように更新する。
ステップ(3)
入力データが与えられる度にステップ(1)、(2)を繰り返す。
重み係数ベクトルminの初期値は乱数を発生させて決定する。その後はステップ(1)〜(3)により、出力層において近くに配置されているノード同士は互いに類似の重み係数ベクトルを持つようになり、遠くに配置されているノード同士は互いに異なる重み係数ベクトルを持つようになる。したがって、入力層に入力したデータ(Xj1〜Xjn)を、出力層の重み係数ベクトルが最も近いノードの位置に配置することで、n次元のデータを2次元にマッピングすることができる。
なお、本実施形態では、分類結果表示処理部204におけるマッピング方法に自己組織化マップを採用したが、多次元データをマッピングする方法は、自己組織化マップに限定されるものでなく、例えば多次元尺度法などの別の手段を利用してもよい。多次元尺度法は、分類対象物間の類似度あるいは距離に変換可能な親近性データを、2次元あるいは3次元空間に配置する手法で、類似した分類対象物を近くに、そうでない分類対象物を遠くに配置する。
[2次元へのマッピング例]
図10は、第1の実施形態に係るカテゴリー番号を2次元空間にマッピングした例を示す。
図10の2次元空間61に示された数字はカテゴリー番号であり、カテゴリー番号は各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を元にマッピングされる。したがって、本図から、例えば3番のカテゴリーは、4番及び5番にも近いが、9番にも近いということがわかる。また、7番と8番のカテゴリーは、番号は近いが、空間(ユークリッド距離)上は大きく離れていることが分かる。
図10は、第1の実施形態に係るカテゴリー番号を2次元空間にマッピングした例を示す。
図10の2次元空間61に示された数字はカテゴリー番号であり、カテゴリー番号は各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を元にマッピングされる。したがって、本図から、例えば3番のカテゴリーは、4番及び5番にも近いが、9番にも近いということがわかる。また、7番と8番のカテゴリーは、番号は近いが、空間(ユークリッド距離)上は大きく離れていることが分かる。
図8のフローチャートの説明に戻る。ステップS3において、分類結果表示処理部204は、ステップS2でマッピングした2次元のカテゴリー番号をX軸及びY軸からなるXY平面に表し、評価指標計算部203で求めた評価指標の代表値をZ軸に表した3次元グラフを作成する。作成した3次元グラフの例を図11に示す。
[カテゴリー番号及び評価指標の3次元表示]
図11は、第1の実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の関係を表す3次元グラフの例を示す。
図11は、第1の実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の関係を表す3次元グラフの例を示す。
X軸(第1の軸)とY軸(第2の軸)を含むXY平面は、図10に示したカテゴリーの類似度の関係をマッピングした例を示している。本実施形態では、XY平面は4×4のドットを有し、分類されたカテゴリーが16点のドットのいずれかの上に描画されるようにしたが、この例に限らない。Z軸(第3の軸)の評価指標は、製品の収率であり、本実施形態では0.9から1.0の間の値をとる。例えば、本実施形態に係るカテゴリー番号と評価指標の代表値の対応は以下のとおりである。なお以降の説明において、各カテゴリーの評価指標の代表値を「評価値」と記すことがある。
番号1;0.97、番号2;0.93、番号3;0.92、番号4;0.94、番号5;0.92、番号6;0.98、番号7;1.00、番号8;0.91、番号9;1.00、番号10;0.99
図11のような3次元グラフ62により、カテゴリー(プラントの状態)間の関係が明確になるとともに、評価指標が高いカテゴリーの位置を可視化することができる。例えば、現在の運転データのカテゴリーが4番であるとき、1番、6番又は9番のカテゴリーになるようにプラントを操作すると評価指標が高くなり、逆に3番のカテゴリーの状態に近づくと評価指標が低下するということを、監視員は直観的に理解できる。
[第1の実施形態の効果]
上述の構成を備える第1の実施形態によれば、プラント10の多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係が明確となる。また、カテゴリーと評価指標の関係を組み合わせて表示できる。このため、監視員は、プラント10の評価指標を向上させるための操作方法を容易に決定することができる。
上述の構成を備える第1の実施形態によれば、プラント10の多次元の運転データの状態を分類したカテゴリー間の関係が明確となる。また、カテゴリーと評価指標の関係を組み合わせて表示できる。このため、監視員は、プラント10の評価指標を向上させるための操作方法を容易に決定することができる。
例えば監視員は、図11に示すカテゴリー番号と評価指標の関係を見て、現在のカテゴリーより評価指標が高いカテゴリー番号を操作部31により選択する。制御装置30は、操作部31で受け付けたカテゴリー番号に基づいて、不図示の操作テーブルを参照し、プラント10の各機器(例えば図3に示すバルブなど)の操作量、及び設定値(例えば流量)を決定する。
例えば不揮発性ストレージ57に、不図示の操作テーブルが格納されており、その操作テーブルには、カテゴリー番号、操作量データ、設定値データなどの対応関係が登録されている。制御装置30は、現在のカテゴリーの操作量データ及び設定値データと、選択されたカテゴリーの操作量データ及び設定値データを比較し、これら操作量データ及び設定値データの差分に基づいてプラント10を操作する。
ここで、監視員が、図11に示すカテゴリー番号と評価指標の関係を見て、現在のカテゴリーより評価指標が高いカテゴリーを選択する場合、現在の番号のカテゴリーから近い位置にあるカテゴリーの番号が選択されることが望ましい。現在のカテゴリーから近いカテゴリーを選択することで、プラント10が現在の状態から近い状態へと遷移しつつプラント10の評価指標が向上するので、効率の良い状態遷移が可能となる。
また、あるカテゴリー番号の近くに少しだけ評価値が大きい第1のカテゴリー番号と、あるカテゴリー番号から第1のカテゴリー番号よりも離れた位置に第1のカテゴリー番号よりも評価値の大きな第2のカテゴリー番号が存在すると想定する。この場合、監視員は、3次元グラフでカテゴリー番号と評価指標の関係を確認した上で、より離れた位置にある第2のカテゴリーを選択するという操作も可能である。
なお、図11の3次元グラフ62では、隣接するカテゴリー番号の評価値が連続している(繋がっている)が、柱状グラフを用いて評価指標の代表値を各カテゴリーの位置に合わせて離散的に表示してもよい。
図11のように、線形補間など何らかの手段を用いて計算した値をカテゴリー間に追加して隣接するカテゴリーの評価値(離散値)を滑らかに繋いだ場合、カテゴリー間の評価値が連続的に表示されるため、カテゴリー間の評価値の関係がより分かりやすくなる。言い換えると、評価値の大きさ(山の高さ)に加えて斜面の角度も表示されることで、監視員は、より直感的にカテゴリー間の状態の違いを認識しやすくなる。
<2.第2の実施形態>
第2の実施形態は、プラント制御システム40(図1)の分類結果表示処理部204が、各カテゴリー番号を2次元又は3次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの色を評価指標の代表値に応じて変化させて表示する例である。以下では、分類結果表示処理部204の処理を中心に説明する。
第2の実施形態は、プラント制御システム40(図1)の分類結果表示処理部204が、各カテゴリー番号を2次元又は3次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの色を評価指標の代表値に応じて変化させて表示する例である。以下では、分類結果表示処理部204の処理を中心に説明する。
図12は、第2の実施形態に係る分類結果表示処理部204の処理を示すフローチャートである。
ステップS11は、第1の実施形態のステップS1と同じであり、分類結果表示処理部204は、データ分類部202で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。
ステップS11は、第1の実施形態のステップS1と同じであり、分類結果表示処理部204は、データ分類部202で分類された各カテゴリーに含まれる運転データを元に、カテゴリー毎に運転データ及び評価指標の代表値を計算する。
次にステップS12において、ステップS11で計算されたカテゴリー間の運転データの各項目の代表値の類似度に応じて、各カテゴリーに含まれる運転データの各項目の代表値を2次元(図10の2次元空間61)又は3次元にマッピングする。運転データの代表値をマッピングする方法として、第1の実施形態と同様に、自己組織化マップを用いる。
次に、ステップS13において、ステップS12でマッピングしたカテゴリー番号、又はカテゴリー番号を含む領域を評価指標の代表値に応じて色分けする。すなわち、第1の実施形態では、評価指標の代表値に応じてZ座標の値を変更することによりカテゴリー番号と評価指標との関係を表示したが、第2の実施形態では、色の違いによって両者の関係を表示する。あるいは、濃淡によって両者の関係を表現してもよい。ここで、カテゴリー番号を3次元空間上にマッピングした例を図13に示す。
[3次元へのマッピング例]
図13は、第2の実施形態に係るカテゴリー番号を3次元空間にマッピングした例を示す。即ち、図13は、図9において出力層のノードが3次元である例である。
図13の3次元空間71に示された数字はカテゴリー番号である。図13のマッピング例と図10のマッピング例は、同じ運転データを用いたものである。
図13は、第2の実施形態に係るカテゴリー番号を3次元空間にマッピングした例を示す。即ち、図13は、図9において出力層のノードが3次元である例である。
図13の3次元空間71に示された数字はカテゴリー番号である。図13のマッピング例と図10のマッピング例は、同じ運転データを用いたものである。
図13において、カテゴリー番号の大きさを変えてカテゴリー間の位置関係をさらに見やすく表現してもよい。例えばX軸、Y軸及びX軸の原点に近いほどカテゴリー番号を小さく記載し、原点からより離れているほどカテゴリー番号を大きく記載するようにしてもよい。あるいは、カテゴリー番号を図15のように円(球)で囲み、その円の直径の大きさで遠近を表現するようにしてもよい。また、カテゴリー番号を四角形や他の図形で囲んでもよい。
なお、多次元データを2次元空間にマッピングした場合と3次元空間にマッピングした場合とでは、一般に3次元空間にマッピングした場合の方がカテゴリー間の位置関係をより正確に表現できるという利点がある。ただし、カテゴリー番号の視認性は2次元の方がよい。例えば分類結果表示処理部204は、操作部31からの指示に基づいて、3次元空間71に対する視点を移動(3次元空間71を回転)させることで、視認性を向上させることができる。
[2次元の色分け例]
図14は、2次元にマッピングしたカテゴリー番号(図10)に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。図14では、図面の制約により色の違いを濃淡で示している。
図14は、2次元にマッピングしたカテゴリー番号(図10)に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。図14では、図面の制約により色の違いを濃淡で示している。
図14に示す2次元グラフ72において、色が薄いカテゴリー番号ほど評価指標が高く、色が濃いものほど評価指標が低い。図14により、7番、9番及び10番のカテゴリーの評価指標が最も高く、その次に1番及び6番のカテゴリーの評価指標が高く、次に2番及び4番のカテゴリーの評価指標が高く、3番、5番及び8番のカテゴリーの評価指標が最も低いことが読み取れる。
[3次元の色分け例]
図15は、3次元にマッピングしたカテゴリー番号(図13)に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。
図15は、3次元にマッピングしたカテゴリー番号(図13)に対して評価指標の代表値に応じて色を変化させた例を示す。
図15に示す3次元グラフ73において、図14と同様に、色が薄いカテゴリー番号ほど評価指標が高く、色が濃いものほど評価指標が低い。そして図14と同様に、9番及び10番のカテゴリーの評価指標が最も高く、次に1番及び6番のカテゴリー、その次に2番及び4番のカテゴリーの評価指標が高く、3番、5番及び8番のカテゴリーの評価指標が最も低いことが読み取れる。
上述の構成を備える第2の実施形態によれば、カテゴリー番号(番号を囲った円又は球)に色又は濃淡を付けることで、図11と同様にカテゴリー間の関係と評価指標が高いカテゴリーの位置を可視化することができる。それ故、監視員は、第1の実施形態と同様に、現在のプラント10の状態から評価指標の値がより高い状態にプラント10の状態を変更するための指針を決定することができる。
<3.第3の実施形態>
第3の実施形態は、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いてグラフ化した例である。
第3の実施形態は、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いてグラフ化した例である。
(第1例)
図16は、第3の実施形態の第1例に係る、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いて示した例である。
図16は、第3の実施形態の第1例に係る、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて等高線を用いて示した例である。
図16の2次元グラフ81は、図10に示した2次元空間61のカテゴリーに対して、等高線を用いて評価指標の代表値を示したものである。この図16からも、1番、7番及び10番のカテゴリーの評価指標が高く、次に6番、9番のカテゴリーの評価指標が最も高く、次に2番、4番のカテゴリーの評価指標が高く、3番、5番及び8番のカテゴリーの評価指標が最も低い。
(第2例)
図17は、第3の実施形態の第2例に係る、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて示した等高情報を用いて示した例である。本実施形態における等高情報は、同じ評価値を示す情報(色、濃淡)を含む。
図17は、第3の実施形態の第2例に係る、2次元にマッピングしたカテゴリー番号と評価指標の関係を、評価指標の代表値に応じて示した等高情報を用いて示した例である。本実施形態における等高情報は、同じ評価値を示す情報(色、濃淡)を含む。
図17の2次元グラフ82は、ある運転データを元に2次元空間にマッピングしたカテゴリー番号に対して、色(濃淡)により評価指標の等高を示している。図17の表示形態は、色及び濃淡で評価指標の値の大きさを確認できるので、図16の表示形態と比較して、瞬時に評価指標の値の大きさを判別しやすい。この図17の2次元グラフ82は、図14の2次元グラフ82の変形例とも言える。
<4.第4の実施形態>
第4の実施形態は、3次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図(3次元グラフ)と2次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図(2次元グラフ)とを、切り替え可能な構成とした例である。
第4の実施形態は、3次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図(3次元グラフ)と2次元表示のカテゴリー番号と評価指標の関係図(2次元グラフ)とを、切り替え可能な構成とした例である。
図18は、第4の実施形態に係るデータ表示処理装置20Aを含むプラント制御システム40Aの構成例を示す。
データ表示処理装置20Aの分類結果表示処理部204Aは、操作部31からの切替信号を受けて、3次元グラフ(第1表示画像205a)と2次元グラフ(第2表示画像205b)とを切り替える。3次元グラフは、例えば図11、図15に示すグラフである。また、2次元グラフは、例えば図14、図16及び図17に示すグラフである。
データ表示処理装置20Aの分類結果表示処理部204Aは、操作部31からの切替信号を受けて、3次元グラフ(第1表示画像205a)と2次元グラフ(第2表示画像205b)とを切り替える。3次元グラフは、例えば図11、図15に示すグラフである。また、2次元グラフは、例えば図14、図16及び図17に示すグラフである。
分類結果表示処理部204Aは、プラント10の稼働中に2次元グラフ及び3次元グラフを作成し、それぞれの画像データを内蔵のメモリ又は不揮発性ストレージ57等に格納する。分類結果表示処理部204Aは、初期設定のグラフの画像データを表示部21に出力し、切替指示を受けると、他方のグラフの画像データに切り替えて表示部21に出力する。
あるいは、分類結果表示処理部204Aは、初期設定では2次元グラフ及び3次元グラフの一方を作成し、切替指示を受けると、他方のグラフを作成してその画像データを表示部21に出力するようにしてもよい。
上述の構成を備える第4の実施形態によれば、分類結果表示処理部204Aは、操作部31からの指示に基づいて、2次元グラフと3次元グラフを切り替えることができる。既述したとおり、2次元空間と3次元空間とでは、3次元空間の方がよりカテゴリー間の位置関係を正確に表現できるが、カテゴリー番号の視認性は2次元の方がよい。したがって、監視員は、2次元グラフと3次元グラフを切り替えることで、視認性を向上させ、注目したいカテゴリー番号に関する情報を得ることができる。
<5.第5の実施形態>
第1〜第4の実施形態において、カテゴリー番号を2次元空間(図10)にマッピングする際、2次元空間(出力層)の中心に位置するカテゴリー番号を特に指定していない。第5の実施形態では、注目したいカテゴリー番号(指定した又は現在のカテゴリー番号)が2次元空間の中心に位置するようにマッピングする。
第1〜第4の実施形態において、カテゴリー番号を2次元空間(図10)にマッピングする際、2次元空間(出力層)の中心に位置するカテゴリー番号を特に指定していない。第5の実施形態では、注目したいカテゴリー番号(指定した又は現在のカテゴリー番号)が2次元空間の中心に位置するようにマッピングする。
例えば、図10の2次元空間61において、番号7に近い番号4及び番号9のカテゴリーについては、番号7のカテゴリーとの類似度の関係性が保たれる。しかし、番号7と番号10のカテゴリーの関係は正確にはわからない。
図19は、第5の実施形態に係る指定したカテゴリー番号を2次元空間の中心にマッピングした例を示す。図19の例は、図10と同じ運転データを元に、カテゴリー番号7が2次元空間91の中心に位置するように指定した例である。
例えば、出力層(図9)の各次元の大きさ(長さ)を考慮し、特定のカテゴリー番号が各次元において真ん中に位置するように設定する。それにより、特定のカテゴリー番号を出力層の中心(中央)に配置しつつ各カテゴリー番号を類似度に応じた位置にマッピングすることができる。
カテゴリー番号7の近くにカテゴリー番号4及び番号9が位置し、カテゴリー番号7とカテゴリー番号4及び番号9との類似度が高いことがわかる。そして、カテゴリー番号10は、図10のマッピング例よりもカテゴリー番号7と類似性があることがわかる。
ところで、プラント10が稼動している際に、プラント10のデータが分類されるカテゴリーは変化していく。そこで、現在(もしくは直近)のプラント10のデータが分類されたカテゴリーが2次元空間(出力層)の中心に位置するように、カテゴリー番号をマッピングしてもよい。
このように、現在のプラント10の状態が変化した場合に、最新のカテゴリーを基準としたマッピングデータ(カテゴリー間の関係)の画像データを作成/表示する。これにより、最新のカテゴリー間の関係が正確に表現される。それ故、現在のプラント10のデータから分類したカテゴリー番号が2次元空間の中心に位置するように再表示されることで、現在の状態からどちらの状態にプラントを操作すべきかがより直感的に分かりやすくなる。
なお、上記の第5の実施形態に係る概念を、3次元空間へのマッピングに適用することも可能である。
<6.その他>
上述した第3の実施形態に係る第1例(図16)において、カラーの等高線地図のように、同一の評価指標の代表値に該当する領域に色(濃淡)を付けて表示してもよい。これにより、カテゴリー間の評価指標の関係についての視認性がさらに向上する。
上述した第3の実施形態に係る第1例(図16)において、カラーの等高線地図のように、同一の評価指標の代表値に該当する領域に色(濃淡)を付けて表示してもよい。これにより、カテゴリー間の評価指標の関係についての視認性がさらに向上する。
また、第4の実施形態において2次元グラフと3次元グラフを切り替える構成としたが、3次元グラフ(図11)と色(濃淡)付きのグラフ(図14、図15)を切り替える構成としてもよい。このように構成することにより、監視員の好みに応じたグラフを表示できるため、利便性が向上する。
また、図2及び図18のデータ表示処理装置20,20Aは、評価指標計算部203を有しているがこの例に限らない。運転データデータベース201が各カテゴリーの評価指標の代表値を格納しており、運転データデータベース201に格納された評価指標の代表値を分類結果表示処理部204へ入力するようにしてもよい。あるいは、運転データデータベース201が各カテゴリーの評価指標の代表値を計算する機能を有していてもよい。
また、図1及び図18では、制御装置30がプラント10を監視及び制御する形態を説明したが、制御装置30がシミュレーターを監視及び制御する構成としてもよい。
さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又はICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理(例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理)をも含むものである。
10…プラント、 20…データ表示処理装置、 21…表示部、 30…制御装置、 31…操作部、 40…プラント制御システム、 50…コンピューター、 51…CPU、 61…2次元空間、 62…3次元グラフ、 71…3次元空間、 72…2次元グラフ、 73…3次元グラフ、 81…2次元グラフ、82…2次元グラフ、 91…2次元平面、 201…運転データデータベース、 201a…運転データ、 202…データ分類部、 203…評価指標計算部、 203a…評価指標データ、 204…分類結果表示処理部、205a…第1表示画面、 205b…第2表示画面
Claims (8)
- プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、
前記運転データデータベースから取得した多次元の前記運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、
前記運転データデータベースに格納された前記運転データの値から前記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、
前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる前記運転データから、前記カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて各カテゴリーの識別情報を2次元にマッピングし、マッピングした前記カテゴリーの識別情報を第1の軸及び第2の軸からなる平面に表し、前記評価指標計算部で求めた前記カテゴリーの評価指標を第3の軸に表した3次元の画像データを生成する分類結果表示処理部と、
を備えるプラントデータ表示処理装置。 - 前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、指定したカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を2次元にマッピングする
請求項1に記載のプラントデータ表示処理装置。 - 前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、現在の前記プラントの運転データが分類されるカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を2次元にマッピングする
請求項1に記載のプラントデータ表示処理装置。 - プラントの運転データを格納する運転データデータベースと、
前記運転データデータベースから取得した多次元の前記運転データを類似度に応じたカテゴリーに分類し、分類結果のカテゴリーを出力するデータ分類部と、
前記運転データデータベースに格納された前記運転データの値から前記カテゴリーの評価指標を計算する評価指標計算部と、
前記データ分類部から出力された各カテゴリーに含まれる前記運転データから、前記カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて各カテゴリーの識別情報を2次元又は3次元にマッピングし、マッピングした各カテゴリーの識別情報の色又は濃淡を、前記評価指標計算部で求めた前記カテゴリーの評価指標の代表値に応じて変化させた画像データを生成する分類結果表示処理部と、
を備えるプラントデータ表示処理装置。 - 前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、指定したカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を2次元又は3次元にマッピングする
請求項4に記載のプラントデータ表示処理装置。 - 前記分類結果表示処理部は、前記データ分類部から出力された各カテゴリーに対応する運転データから、カテゴリー毎に前記運転データの代表値を計算し、当該運転データの代表値の類似度に応じて、現在の前記プラントの運転データが分類されるカテゴリーの識別情報が表示位置の中心となるように各カテゴリーの識別情報を2次元又は3次元にマッピングする
請求項4に記載のプラントデータ表示処理装置。 - 前記分類結果表示処理部により前記カテゴリーの識別情報をマッピングする方法は、自己組織化マップ又は多次元尺度法である
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のプラントデータ表示処理装置。 - 請求項1又は4に記載のプラントデータ表示処理装置と、
入力操作を受け付けて前記入力操作に応じた操作信号を出力する操作部と、
前記操作部から入力された前記操作信号に基づいて前記プラントの制御を行う制御装置と、備える
プラント制御システム。
Priority Applications (4)
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