JP6734362B2 - 監視装置、監視方法、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、監視装置、監視方法、プログラムに関する。
本願は、２０１６年０３月２４日に、日本に出願された特願２０１６−０６０７１３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

制御対象に設けられたセンサからセンシング情報を取得し、そのセンシング情報を用いて制御対象の異常診断を行う異常診断方法が特許文献１に開示されている。この異常診断方法では、制御対象の正常状態を表す正常モデルと、制御対象の異常状態を表す異常モデルとを予め作成しておく。そして制御対象の出力の測定値と、正常モデルの出力の推定値と、異常モデルの出力の推定値とを比較することにより、制御対象の異常診断を行う。

特開平６−１８７０３０号公報

ところで制御対象には多数のセンサが設けられる場合がある。例えばプラントなどでは配管、ポンプ、駆動装置、発熱装置など様々なセンシング対象が存在し、それらセンシング対象それぞれに様々なセンサが設けられている。このような多数のセンサが設けられる制御対象の監視者は、制御対象に設けられた多数のセンサを常時監視して異常の予兆が発生していないかを監視している。監視者はその異常の予兆の発生の判定をより適切に行うことが求められている。そして異常の予兆の発生の判定に、より適した監視装置が求められていた。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる監視装置、監視方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、監視装置は、制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出する第一算出部と、前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する第二算出部と、前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する管理部と、を備える。

上述の監視装置において、前記管理部は、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力する。

また上述の監視装置は、前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する第二算出部と、を備え、前記管理部は、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する。

上述の監視装置において、前記管理部は、時間経過に応じた前記異常予兆度合を示すグラフに、前記異常予兆度合の移動平均曲線を重ねて表す前記第二異常予兆情報を生成して出力する。

また上述の監視装置において、前記制御対象がプラントであり、前記複数のセンサは前記プラントに設けられたセンサである。

また本発明の第２の態様によれば、監視方法は、制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出し、前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出し、前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する。

また本発明の第３の態様によれば、プログラムは、監視装置のコンピュータを、制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出する第一算出手段、前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する第二算出手段、前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する管理手段、として機能させる。

本発明によれば、監視者は監視対象の異常の予兆の発生の判定をより適切に行うことができる。

本発明の一実施形態による監視装置を備えた監視システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による監視装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の一実施形態による監視装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態によるセンサの組み合わせを表す第一データテーブルである。 本発明の一実施形態による対象センサと関連センサについての関係変動度合記憶するデータテーブルを示す図である。 本発明の一実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態による第一異常予兆情報の例を示す図である。 本発明の一実施形態による第二異常予兆情報の例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態による監視装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による監視装置を備えた監視システム１００の構成を示す図である。 本実施形態による監視装置１は、監視対象（制御対象）２に設けられた多数のセンサと通信ケーブル等で接続されている。監視装置１は各センサの出力する信号を受信し、監視対象の異常の発生や異状の予兆を監視する。

図２は監視装置のハードウェア構成を示す図である。
監視装置１は図２で示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＩＦ（Interface）２０２、通信モジュール２０３、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０４、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０５、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０６などの構成を備えたコンピュータである。ＩＦ２０２は例えばキーボードやマウスなどからの信号を入力する。通信モジュール２０３は監視対象２に多数設けられたセンサと通信ケーブル等で接続されている。

図３は監視装置の機能ブロック図である。
監視装置１には異常予兆診断プログラムが格納されている。監視装置１のＣＰＵ２０１は監視者の操作に基づいて異常予兆診断プログラムを実行する。これにより監視装置１にはセンサ情報取得部１１、関係変動度合算出部１２、異常予兆度合算出部１３、管理部１４の各機能を備える。また監視装置１は記憶部１５を備える。記憶部１５はＲＯＭ２０４、ＲＡＭ２０５、ＨＤＤ２０６などのハードウェア構成により実現されてよい。

センサ情報取得部１１は監視対象２に取り付けられた各センサからセンシング情報を取得する。
関係変動度合算出部１２は、監視対象２の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を対象センサと関連センサとの組み合わせごとに算出する。
異常予兆度合算出部１３は、対象センサと関連センサの組み合わせ毎の関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する。
管理部１４は、関係変動度合の値が所定値以上となる対象センサと関連センサとの組み合わせを特定する。管理部１４は、その特定した組み合わせに含まれる対象センサと関連センサの出現数をそれぞれ算出する。管理部１４は、特定した組み合わせに含まれる対象センサと関連センサを示すセンサ毎の出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力する。以下の説明において関係変動度合算出部１２を第一算出部１２と呼ぶこととする。また以下の説明において異常予兆度合算出部１３を第二算出部１３と呼ぶこととする。

図４はセンサの組み合わせを表す第一データテーブルである。
監視対象２には多数のセンサが取り付けられている。監視対象２に取り付けられる各センサは、対象センサと、その対象センサの出力に応じて出力が変動する関連センサとに分けられる。１つのセンサが、対象センサと関連センサの両方に分類されてよい。図４で示す第一データテーブルには監視対象２に設けられる多数のセンサのうちの、ある対象センサと関連センサの２つのセンサの組み合わせの一覧である。例えば監視対象２には、○○ライン出口流量センサ、○○ライン入口温度センサ、××ポンプ軸受温度センサと、□□ライン出口温度センサなどが設けられているとする。

○○ライン出口流量センサの値が変動した場合に××ポンプ軸受温度センサの値が変動する場合には、○○ライン出口流量センサが対象センサと分類され、××ポンプ軸受温度センサが関連センサと分類される。図４の第一データテーブルにはその２つのセンサの組み合わせが第一データテーブルに記録されている。同様に第一データテーブルの例では、○○ライン出口流量センサと○○ライン入口温度センサが対象センサと関連センサの組み合わせとなり記録されている。同様に第一データテーブルの例では、○○ライン出口流量センサと□□ライン出口温度センサが対象センサと関連センサの組み合わせとなり記録されている。第一データテーブルは例えば記憶部１５に記録されている。

このように第一データテーブルには対象センサと、その対象センサの出力値が変動した場合にそのセンサが検知している一の対象の状態の影響を受けて他の対象の値が変動する当該他の対象をセンシングする関連センサとの対応関係が記録されている。監視対象２にセンサが１００個取り付けられており、それらセンサが、そのすべての組み合わせでそれぞれ相互に影響を受けあう対象に取り付けられたセンサである場合には１００の階乗通りの組み合わせの対象センサと関連センサの組み合わせが第一データテーブルに記録されてよい。つまり第一データテーブルには数多くの対象センサと関連センサの組み合わせが記録されてよい。

監視装置１は、対象センサが出力した信号の大きさと、関連センサの出力した信号の大きさとの関係の変動度合（関係変動度合）を対象センサと関連センサとの組み合わせごとに算出する。監視装置１は、関係変動度合の値が所定値以上となる対象センサと関連センサとの組み合わせを特定する。監視装置１はその特定した組み合わせに含まれる対象センサと関連センサの出現数をそれぞれ算出する。監視装置１は、特定した組み合わせに含まれる対象センサと関連センサを示すセンサ毎の出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力する。また監視装置１は、対象センサと関連センサの組み合わせ毎の関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する。監視装置１は、異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する。

図５は対象センサと関連センサについての関係変動度合を記憶するデータテーブルを示す図である。
監視装置１は監視対象２に設けられた各センサについてのセンシング情報を当該各センサそれぞれから受信する。第一算出部１２は、図４で示す対象センサと関連センサとの各センシング情報に基づいて、そのそれらの値の関係の変動の度合を算出する。例えば対象センサであるセンサＡとそのセンサＡの関連センサであるセンサＢの関係が図４の第一データテーブルに記録されているとする。そして例えばセンサＡの信号が０．０１％変動した場合、センサＢの信号は０．０２％変動することが予めシミュレーションや実測によって得られているとする。センサＡの信号の変動とセンサＢの信号の変動が通常と異なるような場合には異常の予兆が発生している可能性がある。監視装置１はそのような対象センサと関連センサの値の関係の変動の度合を示す関係変動度合を算出する。関係変動度合は数値により表される。監視装置１は対象センサと関連センサと関係変動度合との対応関係を示す関係変動度合テーブル（図５）を生成する。関係変動度合はその値が大きいほど、センサＡの信号の変動とセンサＢの信号の関係の変動が通常と異なることを判定することができる。なお関係変動度合を算出する技術としては、例えばシステムインバリアント分析技術などが存在する。監視装置１は、このような公知の技術を使って関係変動度合を算出する。関係変動度合の算出はどのような手法であってもよい。

図６は監視装置の処理フローを示す図である。
監視装置１の処理フローについて説明する。以下の説明では監視対象２はプラントであるとする。
監視装置１のセンサ情報取得部１１はプラントに多数設けられた各センサからセンシング情報を取得する（ステップＳ１０１）。センサ情報取得部１１は記憶部１５に各センサのセンシング情報を記録する。センサ情報取得部１１は第一算出部１２に関係変動度合の算出を指示する。第一算出部１２は記憶部１５から図４で示す第一データテーブルを読み込む。第一算出部１２は第一データテーブルに記録されている対象センサと関連センサのセンシング情報を取得する。第一算出部１２はそれらセンシング情報を用いて対象センサと関連センサの関係変動度合を算出する（ステップＳ１０２）。第一算出部１２は対象センサと関連センサの組み合わせに対応付けて、それらセンサの組み合わせについての関係変動度合を図５で示すような関係変動度合テーブルに記録する。第一算出部１２は図４に記録されている対象センサと関連センサの全ての組み合わせについて関係変動度合を算出したかを判定する（ステップＳ１０３）。第一算出部１２は全ての組み合わせについて関係変動度合を算出した場合には処理を終了する。第一算出部１２は処理の終了を管理部１４へ通知する。第一算出部１２は全ての組み合わせについての関係変動を算出していない場合には、次の対象センサと関連センサの組み合わせについての関係変動を算出する処理を繰り返す。

上述の処理により第一算出部１２は第一データテーブルに記録されている対象センサと関連センサの全ての組み合わせについての関係変動度合を算出する。管理部１４は対象センサと関連センサの組み合わせについて算出された関係変動度合のうち、関係性の崩れを示す閾値よりも値の高い関係変動度合を示す対象センサと関連センサの組み合わせを特定する（ステップＳ１０４）。管理部１４は、その特定した対象センサと関連センサの組み合わせに含まれるセンサ毎の出現数を算出する（ステップＳ１０５）。なおステップＳ１０４においては、具体的には例えば図５で示されている対象センサと関連センサの組み合わせの関係変動度合が関係性の崩れを示す閾値以上と判定された組み合わせを特定したとする。

図５は、対象センサと関連センサの組み合わせとして○○ライン出口流量センサと××ポンプ軸受温度センサの第一の組み合わせを示している。図５は対象センサと関連センサの組み合わせとして○○ライン出口流量センサと○○ライン入口温度センサの第二の組み合わせを示している。図５は対象センサと関連センサの組み合わせとして○○ライン出口流量センサと□□ライン出口温度センサの第三の組み合わせを示している。図５は対象センサと関連センサの組み合わせとして○○ライン入口温度センサと××ポンプ軸受温度センサの第四の組み合わせを示している。図５は対象センサと関連センサの組み合わせとして××ポンプ軸受温度センサと○○ライン入口温度センサの第五の組み合わせを示している。図５は対象センサと関連センサの組み合わせとして□□ライン出口温度センサと○○ライン出口流量センサの第六の組み合わせを示している。

この場合、○○ライン出口流量センサの出現数は４回である。××ポンプ軸受温度センサの出現数は３回である。□□ライン出口温度センサの出現数は２回である。○○ライン入口温度センサの出現数は３回である。管理部１４は、センサ毎の出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成する（ステップＳ１０６）。管理部１４は第一異常予兆情報をモニタ等に出力する（ステップＳ１０７）。
対象センサと関連センサの組み合わせの関係変動度合が関係性の崩れを示す閾値以上と判定する場合の当該閾値は、対象センサの信号と関連センサの信号の変動の関係性が通常とは異なると判定するための閾値である。この閾値以上の対象センサと関連センサの組み合わせは、その各センサの信号の変動の関係性が通常とは異なり関係が崩れていると言える。

図７は第一異常予兆情報の例を示す図である。
この図が示すように第一異常予兆情報は関係性の崩れを示す閾値以上の関係変動度合となった対象センサと関連センサの組み合わせに含まれるセンサ毎の出現数を、各センサと時刻（日時）毎に表示する。
プラントの監視者は、このような第一異常予兆情報を確認することにより、どのセンサに異常の予兆が発生しているかを容易にまたより精度高く判定することができる。

管理部１４は所定の時間間隔でステップＳ１０１〜ステップＳ１０７の処理を繰り返す。一方、第二算出部１３は、記憶部１５から第一算出部１２の算出した対象センサと関連センサの全ての組み合わせの関係変動度合を取得する。第二算出部１３は、対象センサと関連センサの全ての組み合わせの関係変動度合を合計して異常予兆度合を算出する。なお多くの関係変動度合の値が増加すると異常予兆度合が増加する。したがって異常予兆度合によって監視対象２であるプラント全体を見た場合の異常の予兆を推定することができる。第二算出部１３は、異常予兆度合を管理部１４へ出力する。なお第二算出部１３は所定の時間間隔で異常予兆度合を管理部１４へ出力する。

管理部１４は異常予兆度合を所定の時間間隔で取得してそのグラフである第二異常予兆情報を生成する。また管理部１４は過去の所定期間の異常予兆度合を用いて移動平均曲線を算出する。そして管理部１４は移動予兆度合の移動平均曲線と、所定の時間間隔毎の異常予兆度合を示す第二異常予兆情報を生成する（ステップＳ１０８）。管理部１４は第二異常予兆情報をモニタへ出力する（ステップＳ１０９）。

図８は第二異常予兆情報の例を示す図である。
この図が示すように第二異常予兆情報は、各時刻（日時）の異常予兆度合と、その移動平均曲線Ｃとを表すグラフである。図８の第二異常予兆情報において縦軸は異常予兆度合を示す。また横軸は日時を示す。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上述の監視装置１の処理によれば、関係性の崩れを示す閾値以上の関係変動度合となった対象センサと関連センサの組み合わせに含まれるセンサ毎の出現数を、時刻毎に表示する。したがって監視者は監視対象２の異常の発生の予兆の判定が、各センサのどれで表れているのかの判定をより適切に行うことができる。
また時間経過に応じた異常予兆度合を示すグラフに、異常予兆度合の移動平均曲線を重ねて表す第二異常予兆情報を生成して出力する。よって監視者は、第二異常予兆情報の出力により、長い期間での異常予兆のトレンドを目視することができる。

上述の監視装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・監視装置
２・・・監視対象
１１・・・センサ情報取得部
１２・・・関係変動度合算出部（第一算出部）
１３・・・異常予兆度合算出部（第二算出部）
１４・・・管理部
１５・・・記憶部

Claims (5)

1. 制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出する第一算出部と、
   前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する第二算出部と、
   前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する管理部と、
   を備える監視装置。
2. 前記管理部は、時間経過に応じた前記異常予兆度合を示すグラフに、前記異常予兆度合の移動平均曲線を重ねて表す前記第二異常予兆情報を生成して出力する
   請求項１に記載の監視装置。
3. 前記制御対象がプラントであり、前記複数のセンサは前記プラントに設けられたセンサである
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の監視装置。
4. 制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出し、
   前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出し、
   前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する
   監視方法。
5. 監視装置のコンピュータを、
   制御対象の状態を検出する複数のセンサのうち対象センサが出力した信号の大きさと他の関連センサの出力した信号の大きさとの関係変動度合を前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせごとに算出する第一算出手段、
   前記対象センサと前記関連センサの組み合わせ毎の前記関係変動度合をそれら組み合わせの全てについて合計した異常予兆度合を算出する第二算出手段、
   前記関係変動度合の値が関係性の崩れを示す所定値以上となる前記対象センサと前記関連センサとの組み合わせを特定し、その特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサそれぞれの出現数を算出し、前記特定した組み合わせに含まれる前記対象センサと前記関連センサを示すセンサ毎の前記出現数を時刻ごとに表す第一異常予兆情報を生成して出力し、前記異常予兆度合の移動平均曲線を表す第二異常予兆情報を生成して出力する管理手段、
   として機能させるプログラム。

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