JP6908930B2 - 情報生成装置及び情報生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、情報生成装置及び情報生成方法に関するものである。

発電プラントは、制御装置と多くの機器とで構成されており、それら機器は、一般的に制御装置によってフィードバック制御されている。例えば、発電プラントを構成する１つの機器であるガスタービンは、タービンと、燃焼器と、燃焼器に供給される燃料供給量を調節するバルブと、タービンの回転数を計測する回転計とを備えている。このガスタービンを制御する制御装置は、回転計によって計測された制御対象のタービンの回転数と設定回転数との差を用いた比例積分演算等により制御指令信号を求め、この制御指令信号をバルブに出力している。このようにして、制御装置は、タービンの回転数に応じて、ガスタービンへの燃料の供給量をバルブで調整して、タービンの回転数をほぼ設定回転数に保っている。

また、上記のような発電プラントでは、ガスタービン等の各機器の状態を作業者が監視しており、設備に異常や異常の兆候が見られるときに迅速に機器の点検等の対応ができるようにしている。例えば、上記のようなガスタービンの回転数を制御パネル等に表示し、回転数が設定回転数から外れる傾向にある場合には、異常の兆候が見られるとして、ガスタービンやその周辺の機器の点検等の指示を出す。また、コンピュータによって、設備を構成する各機器の運転に関する大量の運転データを解析し、設備の異常や異常の兆候を調べるデータマイニング技術が知られている（特許文献１を参照）。

特開２００５−０３８０９８号公報

ところで、上記のようにフィードバック制御されているガスタービンでは、そのタービンの回転数は、制御装置によってほぼ設定回転数に保たれている。このため、例えばガスタービンを構成する機器に異常が生じている場合に、その異常による影響があってもフィードバック制御によって回転数がほぼ設定回転数に保たれてしまうことがある。したがって、このようなガスタービンをはじめとするフィードバック制御されている設備の異常は、顕在化し難く、設備の異常や異常の兆候を作業者が早期に把握することが難しかった。また、この制御量をデータマイニング技術で解析しても、設備の異常や異常の兆候を示す情報は得られなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、異常の兆候を含め設備の種々の異常を作業者に把握させることができる情報生成装置及び情報生成方法を提供することを目的とする。

本発明は、機器及び前記機器をフィードバック制御する制御装置を備えた設備に設けられる情報生成装置において、設定された出力目標値と前記機器の制御量を計測した計測値との差に基づいて前記制御装置によって生成される前記機器に対する操作量を取得する操作量取得部と、前記操作量から前記設備の異常に関する判断情報を生成する情報生成部とを備え、前記情報生成部は、前記出力目標値の変化に対応した前記操作量の過渡応答における周波数を、前記操作量取得部で取得される前記操作量から求める周波数算出部を備え、前記周波数算出部で算出される前記周波数に基づいて前記判断情報を生成するものである。

また、本発明は、機器及び前記機器をフィードバック制御する制御装置を備えた設備に用いられる情報生成方法において、設定された出力目標値と前記機器の制御量を計測した計測値との差に基づいて前記制御装置によって生成される前記機器に対する操作量を取得する操作量取得ステップと、前記操作量から前記設備の異常に関する判断情報を生成する情報生成ステップとを有し、前記情報生成ステップは、前記出力目標値の変化に対応した前記操作量の過渡応答における周波数を、前記操作量取得ステップで取得される前記操作量から求め、この求めた前記周波数に基づいて前記判断情報を生成するものである。

本発明によれば、設備を構成する機器に対する操作量の変化にはその機器の状態が反映されるので、この操作量の過渡応答における周波数に基づいて判断情報を生成することにより、フィードバック制御されている計測値には現われない設備の異常であっても、その判断情報を基に当該異常を作業者に対して把握させることができる。よって本発明の情報生成装置及び情報生成方法は、設備の異常の兆候を含め設備の種々の異常を作業者に把握させることができる。

本発明を実施した第１実施形態のシステムを示すブロック図である。 タービンの回転数をバルブの弁開度によって制御した状態を示すグラフである。 第２実施形態のシステムを示すブロック図である。 フィードバック制御する制御装置と機器との概略を示すブロック図である。 指標値と目標値との関係を示すグラフである。 情報生成装置の構成を示すブロック図である。 指標値の変化による目標値及び操作量の変化の状態を示すグラフである。 操作量の過渡応答の周波数の経年変化と変化傾向を表すグラフの表示例を示す説明図である。

［第１実施形態］
図１に第１実施形態に係るシステム１０を示す。システム１０は、例えば発電所に設けられた設備（発電プラント）１１と、この設備１１に接続された情報生成装置１２とを備えている。設備１１は、制御装置１４、燃料供給部１５、ガスタービン１６、発電機１９、及び記録部２１を備えている。ガスタービン１６は、バルブ１６ａ、タービン１６ｂ、回転計１６ｃ、タービン１６ｂ内の燃焼器（図示省略）等を備えている。このガスタービン１６は、燃料供給部１５からの燃料の供給を受け、燃焼器での燃料の燃焼で生成される高温ガスでタービン１６ｂを回転させ、その回転を発電機１９に伝達して発電を行う。なお、設備１１は、ガスタービン１６以外の機器を備えるが、説明を簡単にするために、図１ではガスタービン１６だけを描いてある。

バルブ１６ａは、燃焼器への燃料供給量を調整するものであり、燃料供給部１５と燃焼器との間に設けられている。このバルブ１６ａは、アクチェータを有しており、制御装置１４からの制御指令信号によってアクチェータが作動して弁開度が変化する。タービン１６ｂは、バルブ１６ａによる燃料供給量の調整でその回転数（回転速度）が変化する。回転計１６ｃは、タービン１６ｂの回転数を計測回転数として計測する。回転計１６ｃは、計測回転数を制御装置１４に送る。

制御装置１４は、設備１１の指示装置（図示省略）によって設定される設定回転数と、回転計１６ｃで計測する計測回転数との差を基に制御指令信号を生成して、生成した制御指令信号をバルブ１６ａに出力する。これにより、制御装置１４は、バルブ１６ａで燃料供給量を増減し、タービン１６ｂの回転数が設定回転数となるようにガスタービン１６をフィードバック制御する。制御装置１４は、ＰＩ（Proportional-Integral）制御によってフィードバック制御する。

制御装置１４は、上記フィードバック制御のための減算部１４ａとＰＩ演算部１４ｂとを備えている。減算部１４ａは、設定回転数に対する計測回転数の差を算出し、算出した差をＰＩ演算部１４ｂに送る。ＰＩ演算部１４ｂは、減算部１４ａから入力される差を用いて比例積分演算を行い、バルブ１６ａの弁開度を示す制御指令信号を生成する。制御指令信号は、ＰＩ演算部１４ｂからバルブ１６ａに送られる。この制御装置１４の構成は、従来のＰＩ制御によるフィードバック制御を行う制御装置と同様である。

この実施形態におけるフィードバック制御では、ガスタービン１６が機器、タービン１６ｂが制御対象、タービン１６ｂの回転数が制御装置１４によって制御される制御量である。また、バルブ１６ａは、制御量を調整するために制御指令信号によって直接に操作される操作端であり、バルブ１６ａの弁開度が操作量である。また、回転計１６ｃは、制御量を計測する計測部であり、この回転計１６ｃで計測される計測回転数が計測値である。さらに、制御装置１４に設定される設定回転数が目標値（出力目標値）である。

記録部２１は、操作量の履歴を記録するものであり、ＰＩ演算部１４ｂからの制御指令信号と、設定回転数とが入力される。この記録部２１は、所定のサンプリング周期で、制御指令信号をサンプリングし、その制御指令信号に示される操作量としての弁開度を取得し、弁開度を日時の情報とともに設定回転数ごとに記録して保持する。なお、バルブ１６ａに、その弁開度を検出する検出器を設ける場合には、制御指令信号から弁開度を取得することに代えて、検出器からの出力信号から弁開度を取得して記録部２１に記録してもよい。

記録部２１は、発電プラント等に一般的に設けられているものである。後述するように情報生成装置１２は、このように発電プラント等に一般的に設けられている記録部２１で記録されている弁開度を利用する。このため、設備１１には、例えば新たなセンサを追加する等の変更は必要がなく、記録部２１にアクセスできるようにするだけの軽微な変更で済むという利点がある。なお、記録部２１を情報生成装置１２に設けてもよい。

情報生成装置１２は、操作量に基づいて設備１１の異常に関する判断情報を生成する。設備１１の異常は、ガスタービン１６をはじめとする設備１１を構成する機器の異常である。また、設備１１を構成する機器の異常は、制御装置１４からバルブ１６ａ、タービン１６ｂ、回転計１６ｃを経て制御装置１４に戻る制御ループ上に何らかの不具合があると発生する。このような不具合としては、バルブ１６ａの固着、バルブ１６ａや燃料を供給するための配管の狭窄あるいは閉塞、回転計１６ｃの接続不良や故障、制御装置１４の制御異常、燃料供給の障害、燃料の品質不良、ガスタービン１６の過負荷等が挙げられる。

上記情報生成装置１２は、操作量取得部としてインタフェース部１２ａと、情報生成部１２ｂと、報知部としてのモニタ１２ｃとを備えている。インタフェース部１２ａは、情報生成部１２ｂの制御下で、記録部２１にアクセスし、記録部２１に記録されている弁開度を取得して、取得した弁開度を情報生成部１２ｂに送る。

情報生成部１２ｂは、インタフェース部１２ａを介して記録部２１に記録されている各弁開度を取得し、取得した弁開度を基に設備１１の異常の有無を調べる。この情報生成部１２ｂは、設備１１の異常を検知したときに異常を検知したことを示す判断情報を生成して、モニタ１２ｃに出力する。モニタ１２ｃは、通常、例えば設備１１の動作状態を表示している。このモニタ１２ｃは、判断情報が入力されると、その判断情報を表示することによって設備１１の異常を報知する。これにより、モニタ１２ｃを通して設備１１の異常が作業者に提示される。

上記情報生成部１２ｂは、最新の弁開度を、例えば所定時間ごとに、インタフェース部１２ａを介して記録部２１から取得する。また、情報生成部１２ｂは、記録部２１から過去の弁開度（注目する弁開度よりも前の弁開度）を取得し、取得した過去の弁開度から、設定回転数ごとに基準となる弁開度（以下、基準値と称する）を生成する。基準値は、設定回転数ごとに生成される。各基準値は、情報生成部１２ｂ内のメモリにそれぞれ記憶される。ここで、設定回転数についての基準値は、設備１１に異常が生じていないときの当該設定回転数の過去の複数の弁開度から算出した弁開度の平均値や中央値を用いることができる。このような基準値は、弁開度が正常か否か、すなわち設備１１に異常が発生しているか否かの目安として用いることができる。

情報生成部１２ｂは、最新の弁開度を記録部２１から取得すると、当該最新の弁開度の設定回転数と同じ設定回転数における基準値をメモリから読み出し、当該基準値と最新の弁開度とを照合することによって、設備１１に異常が生じているか否かを判断する。情報生成部１２ｂは、例えば、基準値と最新の弁開度との差が所定値以上であるか否かを判断し、基準値と最新の弁開度との差が所定値以上となったときに、設備１１に異常が生じていると判断する。なお、基準値を基にした異常の判断手法は、これに限定されず、例えば、所定期間、弁開度が基準値よりも低くなったときや、弁開度が基準値よりも高くなったときに設備１１に異常が生じていると判断してもよい。情報生成部１２ｂは、基準値と弁開度との照合から、設備１１に異常が生じていると判断すると、設備の異常に関する判断情報を生成する。

なお、この実施形態においては、所定の基準値が情報生成部１２ｂに予め記憶されているが、本発明はこれに限らず、記録部２１から最新の弁開度を取得するたびに基準値を更新してもよい。また、情報生成部１２ｂで基準値を算出することなく、設備１１での過去の弁開度から別のコンピュータ等で算出した基準値を情報生成部１２ｂに記憶させてもよい。さらに、この実施形態においては、基準値として、平均値や中央値を基準値としているが、本発明はこれに限らず、注目する弁開度の設定回転数と同じ設定回転数の過去のある時点での弁開度を基準値として、その都度、記録部２１から取得し、当該基準値と、注目する弁開度と、を照合して設備１１に異常が生じているか否かを判断するようにしてもよい。基準値を算出する際には、過去の任意の一定期間の弁開度の平均値や中央値として算出された基準値を用いてもよい。

また、この実施形態では、最新の弁開度を利用して、現時点における設備１１の異常の有無を判断しているが、同様な手法によって、設備１１の過去の異常を判断することもできる。この場合、情報生成部１２ｂは、例えば、指定した過去の日時と、それより以前の過去の弁開度から算出された基準値とを照合すればよい。さらには、異常を判断する際に、一定期間における各弁開度から算出される例えば平均値や中央値を注目する弁開度として、この注目する弁開度と基準値とを照合することによって設備１１の異常の有無を判断することもできる。注目する弁開度や基準値を算出する際には、外れ値を除外することが好ましい。

判断情報は、弁開度の変化を基に生成されて異常や異常の兆候を把握することができるものであれば、異常を検知したことを示す情報に限らない。例えば、設定回転数に対して予め決められた正常な弁開度の範囲を逸脱したか否かの情報であってもよい。また、情報生成部１２ｂは、現時点に至るまでの弁開度の分布状態を示す情報や、標準偏差、最新の弁開度の偏差値等の統計情報を、設備の異常に関する判断情報として生成してもよい。このような統計情報を判断情報として、モニタ１２ｃに表示すれば、作業者は、設備１１の異常の有無や異常の兆候の把握が容易になる。

次に上記構成の作用について説明する。なお、設定回転数は、適宜に変更されるものであるが説明を簡単にするために、以下では設定回転数は一定なものとして説明する。設備１１が稼働している間では、ガスタービン１６は、制御装置１４によってフィードバック制御されている。例えば、タービン１６ｂの回転数を計測している回転計１６ｃからの計測回転数が設定回転数に対して低下している場合には、制御装置１４は、その差に応じて弁開度を大きくする制御指令信号を生成してバルブ１６ａに出力する。これにより、バルブ１６ａは、その制御指令信号によって弁開度が大きくなるので、ガスタービン１６への燃料供給量が増加してタービン１６ｂの回転数が高くなる。

一方、計測回転数が設定回転数に対して高い場合には、制御装置１４は、その差に応じて弁開度を小さくする制御指令信号を生成してバルブ１６ａに出力する。このため、バルブ１６ａは、その制御指令信号によって弁開度が小さくなり、ガスタービン１６への燃料供給量が減少するから、結果としてタービン１６ｂの回転数が低くなる。このようにして、タービン１６ｂは、設定回転数とほぼ同じ回転数で一定に保たれる。

上記のように制御を行っている制御装置１４からの制御指令信号は、記録部２１にも出力されている。そして、記録部２１は、所定のサンプリング周期で制御指令信号をサンプリングすることによって取得した弁開度（操作量）を順次に蓄積している。

情報生成装置１２の情報生成部１２ｂは、所定時間ごとに設備１１から最新の弁開度を取得し、その最新の弁開度と、それ以前の過去の弁開度から決まる基準値とを照合し、基準値と最新の弁開度との差が所定値以上であるか否かを判断している。そして、最新の弁開度と基準値との差が所定値以上である場合には、情報生成部１２ｂによって、設備１１に異常があると判断され、異常を検知したことを示す判断情報が生成されてモニタ１２ｃに出力される。これにより、モニタ１２ｃには、その判断情報が表示され、作業者に設備１１の異常が報知される。

ここで、設備１１が正常である場合、ガスタービン１６のタービン１６ｂの回転数は、図２に実線で示すように、設定回転数にほぼ保たれる。このときに、弁開度の変動は、特に大きな外乱等がなければ小さい。

一方、例えばガスタービン１６の燃料の配管が狭窄した状態になり、設備１１に異常が生じた場合では、バルブ１６ａの弁開度が同じに保たれていても、ガスタービン１６への燃料の供給が少なくなり、設定回転数に対してタービン１６ｂの回転数が低下する。このようにタービン１６ｂの回転数の低下が生じた場合には、計測回転数が設定回転数よりも低くなる。このため、制御装置１４は、大きな弁開度を指示する制御指令信号を生成してバルブ１６ａに出力し、バルブ１６ａの弁開度を大きくする。配管の狭窄が悪化するにしたがって、制御装置１４によって、バルブ１６ａの弁開度は、図２に二点鎖線で示すように、徐々に大きくなる。これにより、設備１１では、タービン１６ｂの回転数が設定回転数にほぼ保たれる。

上記のように、配管の狭窄が悪化しても、タービン１６ｂの回転数が設定回転数とほぼ同じで一定に保たれるので、計測回転数に基づいて異常を検知、把握することは、作業者でも、コンピュータでも困難である。

これに対して、この実施形態の構成では、情報生成部１２ｂが最新の弁開度と、基準値とを照合している。基準値と照合される弁開度は、上記のように配管の狭窄の悪化に応じて大きくなる。そして、配管の狭窄がさらに悪化すると、バルブ１６ａの弁開度がさらに大きくなる。このため、基準値と最新の弁開度との差が所定値以上になり、情報生成部１２ｂによって、異常を検知したことを示す判断情報が生成され、これがモニタ１２ｃに出力される。これにより、モニタ１２ｃには、ガスタービン１６に異常が検知された旨が表示され、異常が作業者に報知される。このようにして、タービン１６ｂの回転数からは判別が困難な異常についても検知されて報知される。なお、設備１１の異常として配管の狭窄を例にしたが、その他の異常についても同様に検知することができる。

以上のように、情報生成装置１２では、設備１１の異常な状態が反映されるバルブ１６ａの弁開度を基に、判断情報を生成する。これにより、情報生成装置１２では、フィードバック制御されているタービン１６ｂの回転数には現われない設備１１の異常や異常の兆候であっても、判断情報を基に当該異常を作業者に対して把握させることができる。

上記実施形態では、ガスタービン１６を用いた設備１１の例について説明したが、設備１１としては、その他の火力発電設備、水力・原子力の発電設備、化学プラント等の工業プラント、エンジン等であってもよい。もちろん、操作端、制御対象、計測部、操作量、制御量についても上記のものに限定されるものではない。さらに、操作量に代えて、ＰＩ演算の際に得られる差の積分値の変化に基づいても、同様に異常を検知して判断情報を生成することができる。

［第２実施形態］
この第２実施形態は、設備に異常が生じると、その異常が目標値（出力目標値）の変化に応答した操作量の変化に現われることに着目したものである。図３に第２実施形態に係るシステム３０を示す。システム３０は、設備３１と、情報生成装置３２とを備える。情報生成装置３２は、操作量の変化を解析して得られる操作量の過渡応答における周波数を用いて設備３１の異常に関する判断情報を生成する。なお、以下に説明する構成及び処理手順は、一例であり、その構成及び処理手順に限定するものではない。また、設備３１としては、水力・原子力の発電設備、合成プラントをはじめとする化学プラント等の工業プラント、エンジン等であってもよい。

設備３１は、例えば発電プラントである。この設備３１は、指示装置３３、複数の制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・及び機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・、記録ユニット３６を備えている。以下では、制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・を特に区別する必要がない場合には、単に制御装置３４という。また、機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・を特に区別する必要がない場合には、単に機器３５という。設備３１の異常は、設備３１を構成する機器３５の異常である。この第２実施形態においても、機器３５の異常は、第１実施形態と同様に、制御装置３４と対応する機器３５とで形成される制御ループ上で不具合があると発生する。

指示装置３３は、指標値を制御装置３４に送る。指標値は、設備３１の目標状態を定めるマスター指令であって、機器３５の制御のよりどころとなる値である。例えば設備３１が発電プラントである場合には、指標値は、電力需要に応じた目標発電量（ＭＷＤ：Mega Watt Demand）であり、合成プラントであれば目標合成量、エンジンであれば目標出力（仕事率）等である。

制御装置３４は、指示装置３３から受け取った指標値に基づいて、対応する機器３５についての目標値を設定する。この制御装置３４は、当該機器３５の制御量が目標値となるようにフィードバック制御する。例えば、機器３５は、ガスタービンや、蒸気タービン、潤滑油の循環装置等であり、上記のように制御装置３４でフィードバック制御される。フィードバック制御を行うために、制御装置３４は、対応する機器３５に操作量を示す制御指令信号を送り、機器３５は、制御量として計測した計測値を対応する制御装置３４に送る。

記録ユニット３６は、指標値記録部３６ａ、操作量記録部３６ｂ（図６参照）を備えている。指標値記録部３６ａは、所定のサンプリング周期で指示装置３３からの指標値をサンプリングし、サンプリングした指標値と、当該指標値をサンプリングした日時とを１つの指標値レコードＲａ（図６参照）として格納して蓄積する。また、操作量記録部３６ｂは、各制御装置３４からの制御指令信号を所定のサンプリング周期でそれぞれサンプリングすることによって、各制御指令信号に示される操作量を取得する。操作量記録部３６ｂは、サンプリングで取得した操作量と、操作量（制御指令信号）をサンプリングした日時と、いずれの機器３５に対応する操作量であるかを示す機器ＩＤとを１つの操作量レコードＲｂ（図６参照）に格納して蓄積する。

情報生成装置３２は、操作量の過渡応答における周波数を用いて、機器３５の異常に関する判断情報を生成する。操作量の過渡応答における周波数は、機器３５の目標値（制御装置３４が指標値に基づいて設定したもの）が変化するときに生じる操作量の変化から得る。この情報生成装置３２は、指示装置３３から出力される指標値と、各制御装置３４から出力される操作量（制御指令信号）とを記録ユニット３６から取得する。なお、指標値については、指標値が変化する期間（漸増期間、漸減期間）の開始日時及び終了日時と、変化開始時及び変化終了時の各指標値とだけを蓄積してもよい。さらに、操作量としては、第１実施形態と同様に、例えばバルブに設けた検出器から得られる弁開度等を記録してもよい。

上記記録ユニット３６は、指標値、操作量を履歴情報として記録する装置として発電プラント等に一般的に設けられているものである。情報生成装置３２は、このように発電プラント等に設けられた既存の記録ユニット３６から指標値、操作量を取得する。このため、例えば設備３１に新たなセンサを追加する必要がなく、記録ユニット３６にアクセスできるようにすればよい等のように、設備３１の変更が軽微になるという利点がある。なお、記録ユニット３６を情報生成装置３２に設けてもよい。

図４に示すように、制御装置３４は、目標値演算部４１、減算部４２、及びＰＩ演算部４３を有している。目標値演算部４１は、指示装置３３からの指標値が入力される。この目標値演算部４１は、指標値から対応する機器３５についての目標値（出力目標値）を算出し、算出した目標値を減算部４２に入力する。目標値演算部４１は、一般的なプラントと同様に、指標値を一次変換することによって目標値を求めている。したがって、指標値を値Ｘ、制御対象の機器３５の目標値を値Ｙとし、値ａ、値ｂをそれぞれ制御対象の機器３５に応じて予め決められた定数としたときに、指標値Ｘと目標値Ｙとは「Ｙ＝ａＸ＋ｂ」の関係がある。

図５に示すように、指示装置３３から制御装置３４に送られる指標値は、その値が変更される際、例えば一定に維持されていた所定の値から直線的に増加し、或いは、直線的に減少して、異なる値に変更され、当該値が一定に維持される。上記のように目標値は、指標値を一次変換することによって算出される。したがって、指標値が変化する各期間（以下、指標値変化期間という）と、その指標値変化期間に対応して目標値が変化する期間（目標値変化期間）とは、一致し、目標値は、指標値と同様に直線的に変化する。１個の機器３５に注目した場合、各指標値変化期間における指標値の開始値及び終了値が同じであれば、それらに対応して変化する目標値の各期間における開始値及び終了値も同じになる。同一の機器３５について、指標値変化期間の期間長と開始値及び終了値とによって決まる指標値の変化態様が同じ各指標値変化期間に対応した目標値の各変化態様（期間長、開始値、終了値）は同じになる。例えば、図５に示されるように、指標値変化期間（ａ）と指標値変化期間（ｂ）との開始値及び終了値が同じであり、それらの期間長が同じであれば、指標値変化期間（ａ）と指標値変化期間（ｂ）の指標値の各変化態様は同じであり、それらに対応した目標値の各変化態様（期間長、開始値、終了値）も同じである。

図４において、減算部４２は、目標値演算部４１からの目標値に対する機器３５からの計測値の差を算出し、算出した差をＰＩ演算部４３に送る。ＰＩ演算部４３は、減算部４２からの差を用いて比例積分演算を行い、操作端４４に対する操作量を示す制御指令信号を生成する。制御指令信号は、ＰＩ演算部４３から操作端４４に送られる。この制御装置３４によるフィードバック制御は、従来のＰＩ制御によるフィードバック制御と同様である。

機器３５は、制御量を調整するために制御装置３４からの制御指令信号によって直接に操作される操作端４４、操作端４４の操作で制御される制御対象４５、制御対象４５の制御量を計測値として計測して制御装置３４に送る計測部４６を有している。例えば、機器３５が第１実施形態のようにガスタービンであり、そのタービンの回転数を制御する場合は、燃料供給量を調整するバルブが操作端４４、タービンが制御対象４５、タービンの回転数を計測する回転計が計測部４６となる。また、加熱炉を制御対象４５として、その炉内温度を制御する場合は、例えば炉内を加熱するヒータへの供給電力を調整する電力調整器が操作端４４、炉内温度を計測する温度センサが計測部４６となる。

図６において、情報生成装置３２は、インタフェース５０ａ、５０ｂと、情報生成部５１とを備えている。情報生成部５１は、指標値抽出部５２、操作量抽出部５３、周波数算出部５４、傾向分析部５５、及び第１〜第３格納部５７〜５９を備える。この情報生成部５１には、モニタ６０が接続されている。

指標値取得部としてのインタフェース５０ａは、指標値記録部３６ａに接続されている。このインタフェース５０ａは、指標値抽出部５２の制御下で、指標値記録部３６ａにアクセスし、指標値記録部３６ａに記録されている指標値レコードＲａを取得して、取得した指標値レコードＲａを指標値抽出部５２に送る。操作量取得部としてのインタフェース５０ｂは、操作量記録部３６ｂに接続されている。このインタフェース５０ｂは、操作量抽出部５３の制御下で、操作量記録部３６ｂにアクセスし、操作量記録部３６ｂに記録されている操作量レコードＲｂを取得して、取得した操作量レコードＲｂを操作量抽出部５３に送る。

指標値抽出部５２は、指標値記録部３６ａに順次格納される指標値レコードＲａの指標値をインタフェース５０ａを介して監視し、指標値が変化する指標値変化期間の開始及び終了を検知する。すなわち、一定であった指標値が変化を開始するタイミングである指標値変化期間の開始と、増加または減少していた指標値が一定になるタイミングである指標値変化期間の終了とを検知する。指標値抽出部５２は、指標値変化期間の終了を検知すると、基準レコード生成処理を実行し、基準レコードＲ１を生成する。基準レコードＲ１は、指標値変化期間の開始日時及び終了日時とからなる変化期間情報と、当該指標値変化期間の指標値の開始値及び終了値とからなる開始終了値情報を含んでおり、それらの各日時、各値は指標値レコードＲａから取得する。指標値抽出部５２は、生成した基準レコードＲ１を第１格納部５７に格納する。基準レコードＲ１は、後述するように、指標値の変化態様が同じになる期間を抽出し、また周波数を算出するのに必要な算出期間を設定するために用いられる。なお、基準レコード生成処理の手法、基準レコード生成処理のタイミング及びそのタイミングを取得する手法は、上記のものに限定されない。

第１格納部５７には、指標値変化期間ごとの基準レコードＲ１が格納される。なお、既存の指標値記録部３６ａを使用する場合には、情報生成装置３２の導入時に、指標値記録部３６ａに格納されている指標値レコードＲａを順次に情報生成装置３２で読み出し、上記と同様にして指標値変化期間ごとに基準レコードＲ１を生成しておけばよい。

操作量抽出部５３は、例えば第１格納部５７を監視しており、第１格納部５７に新たな基準レコードＲ１が格納されることに応答して、第１抽出処理と、第２抽出処理とを行って操作量変化レコードＲ２を生成する。操作量変化レコードＲ２には、機器ＩＤと、指標値変化期間を示す変化期間情報と、操作量データとが記録される。操作量データは、変化期間情報に示される指標値変化期間に対応して設定される算出期間における操作量の変化を示すものである。

第１及び第２抽出処理は、機器３５ごとすなわち機器ＩＤごとに行われるが、説明を簡単にするために、ここでは１つの機器ＩＤに対する処理ついて説明する。第１抽出処理では、新たに格納された基準レコードＲ１に示される指標値の変化態様と同じ変化態様を示す基準レコードＲ１（指標値変化期間）を抽出する。操作量抽出部５３は、第１格納部５７にアクセスして、新たに格納された基準レコードＲ１と、この基準レコードＲ１と指標値が同じ変化態様の指標値変化期間を示す基準レコードＲ１とをそれぞれ抽出する。操作量抽出部５３は、基準レコードＲ１の変化期間情報に示される指標値変化期間の長さと、開始終了値情報に示される指標値の開始値及び終了値とがそれぞれ一致する場合に、基準レコードＲ１に記録されている指標値の変化態様が同じであると判断する。上記の説明からわかるように、指標値の変化態様が同じになる指標値変化期間を抽出（特定）することは、目標値の変化態様が同じになる目標値変化期間を抽出（特定）することに相当する。

第２抽出処理では、操作量変化レコードＲ２を生成する。この操作量変化レコードＲ２は、第１抽出処理で抽出した基準レコードＲ１のそれぞれについて生成され、算出期間についての操作量データと、当該操作量データの生成元になった基準レコードＲ１の変化期間情報と、機器ＩＤとが記録されている。操作量抽出部５３は、生成した操作量変化レコードＲ２を第２格納部５８に格納する。

図７に示すように、操作量抽出部５３は、第１抽出処理で抽出した基準レコードＲ１における指標値変化期間の開始日時を、算出期間の開始日時（期間開始時）とし、当該指標値変化期間の終了日時からオフセット時間経過後を、算出期間の終了日時（期間終了時）として、当該指標値変化期間についての算出期間を設定する。算出期間は、指標値が変化したとき、すなわち目標値が変化したときの操作量の過渡応答における周波数を算出する期間となる。なお、算出期間は、オフセット時間を設けずに指標値変化期間と同じにしてもよく、指標値変化期間内の一部期間としてもよい。

操作量データは、上記のように算出期間における操作量の変化を示しており、例えば各操作量を時系列に並べて１つのデータにしたものである。この操作量データは、操作量記録部３６ｂに蓄積されている操作量レコードＲｂから操作量データを作成する。操作量抽出部５３は、インタフェース５０ｂを介して操作量記録部３６ｂにアクセスし、算出期間内の各操作量レコードＲｂから操作量を取得して操作量データを生成する。なお、算出期間内の操作量レコードＲｂとは、それに記録されている操作量のサンプリング日時が算出期間内にある操作量レコードＲｂである。

なお、この例では、操作量抽出部５３は、指標値変化期間の終了日時よりもオフセット時間だけ遅い日時を算出期間の終了日時に規定しているから、指標値変化期間の終了を検知したタイミングよりも少なくとも当該オフセット時間だけ遅延したタイミングで、操作量変化レコードＲ２の生成を開始することはいうまでもない。

上記のように、この実施形態では、算出期間を設定する際の基準として指標値を使用している。このように、発電プラントや工業プラント等の設備において記録されている指標値を基準に用いることによって、例えば操作量データを解析してそれが変化している期間を特定する等の処理を必要とすることなく、容易に算出期間の設定が行える。もちろん、指標値と同様に目標値を記録するようにし、算出期間を設定する際に、指標値に代えて目標値を利用することもできる。

周波数算出部５４は、操作量変化レコードＲ２の操作量データに基づいて、目標値の変化ごと、すなわち指標値変化期間ごとに、操作量の過渡応答における周波数を算出する。この周波数算出部５４は、操作量変化レコードＲ２から操作量データを取り出して、操作量データをフーリエ変換することにより、操作量の過渡応答における周波数を算出する。フーリエ変換としては、高速フーリエ変換を用いている。周波数算出部５４による周波数の算出は、第２格納部５８に格納されている操作量変化レコードＲ２のそれぞれについて行われる。周波数算出部５４は、操作量変化レコードＲ２から算出した周波数と、当該操作量変化レコードＲ２に記録されている機器ＩＤ及び変化期間情報と、を記録した周波数レコードＲ３を生成して、これを第３格納部５９に格納する。なお、周波数レコードＲ３の変化期間情報は、周波数を算出した操作量データが記録されている操作量変化レコードＲ２のものが用いられる。

傾向分析部５５は、第３格納部５９に格納されている各周波数レコードＲ３にアクセスし、各周波数レコードＲ３に記録されている周波数を、機器ＩＤごとに分析して、機器３５ごとに判断情報を生成する。傾向分析部５５によって生成される判断情報は、指標値が同じ変化態様を示す指標値変化期間について、操作量の過渡応答における周波数の経年変化と、その傾向とを示す情報になっている。判断情報は、傾向分析部５５からモニタ６０に送られて、このモニタ６０に表示される。

なお、この例では、上記第２格納部５８は、例えば新たな基準レコードＲ１が第１格納部５７に格納されると、それまでに格納していた各操作量変化レコードＲ２を消去し、新たな基準レコードＲ１が第１格納部５７に格納されることに応答して新たに生成される各操作量変化レコードＲ２を格納し、周波数算出部５４は、それらの新たな操作量変化レコードＲ２から周波数レコードＲ３を生成する。これにより、最新の指標値変化期間とそれと同じ変化態様を示す指標値変化期間についての判断情報をモニタ６０に表示する。この例では、新たな基準レコードＲ１が格納されるごとに、操作量変化レコードＲ２や周波数レコードＲ３を生成しているが、一度生成された操作量変化レコードＲ２や周波数レコードＲ３を保持しておき、同じ変化態様となる指標期間となる場合に再利用してもよい。

この第２実施形態では、操作量の過渡応答における周波数の経年変化とその変化傾向とを示す情報を判断情報としているが、判断情報は、異常や異常の兆候を把握することができれば、これに限るものではない。例えば、操作量の過渡応答における周波数自体を判断情報としたり、現時点に至るまでの周波数の標準偏差、最新の周波数の偏差値等の統計情報を判断情報としたりしてもよい。また、判断情報の出力態様は、モニタ６０への表示に限定するものではない。情報生成装置３２によって、判断情報に基づいて異常や異常の兆候を検知したり、その異常や異常の兆候を報知したりしてもよい。また、このときに判断情報と、過去の経験則から予め決めた所定の基準値とを照合して、異常や異常の兆候を検知したり、その異常や異常の兆候を報知してもよい。

なお、周波数算出部５４によって、操作量の過渡応答における周波数として、異なる複数の周波数が算出されることもある。このような場合には、例えば最も強度（振幅）が大きい周波数を用いればよい。また、周波数算出部５４によって算出される複数の周波数のばらつき（標準偏差）を用いて判断情報を生成したり、それ自体を判断情報としたりしてもよい。

上記構成の作用について説明する。設備３１では、指示装置３３からの指標値が各制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・の各目標値演算部４１によって目標値にそれぞれ変換されている。そして、各制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・は、対応する機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・からの制御量が目標値となるように、対応する機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・をフィードバック制御している。指示装置３３が指標値を変化させると、これに追従して目標値も変化し、変化後の目標値となるように制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・は、対応する機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃをフィードバック制御する。

指示装置３３からの指標値と、機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・をフィードバック制御するための制御装置３４ａ、３４ｂ、３４ｃ・・・からの制御指令信号は、それぞれ記録ユニット３６にも送られる。記録ユニット３６は、所定のサンプリング周期で、指標値と、各制御指令信号に示される操作量とを取得して、指標値レコードＲａ、操作量レコードＲｂを生成して指標値記録部３６ａ、操作量記録部３６ｂに記録している。この指標値レコードＲａ、操作量レコードＲｂの記録は継続して行われるため、指標値記録部３６ａ、操作量記録部３６ｂには、指標値レコードＲａ、操作量レコードＲｂが蓄積される。

一方、指示装置３３が、一定な値にある指標値を増加または減少させて異なる値の指標値に変更し、変更後の指標値の値を一定にすると、指標値を監視している指標値抽出部５２は、基準レコード生成処理を行う。指標値抽出部５２は、指標値記録部３６ａに格納されている各指標値レコードＲａを調べて、今回指標値が変化した指標値変化期間を特定する。そして、指標値抽出部５２は、特定した指標値変化期間の開始日時、終了日時、及びその指標値変化期間の開始値と終了値を得て、これらを１つの基準レコードＲ１とする。この基準レコードＲ１は、指標値抽出部５２によって第１格納部５７に格納される。

指標値抽出部５２は、上記のように、指標値が変化するごとに基準レコードＲ１を生成して第１格納部５７に格納する。これにより、指標値が変化した指標値変化期間ごとの基準レコードＲ１が第１格納部５７に蓄積されていく。

上記のようにして、新たな基準レコードＲ１が格納されると、第１格納部５７を監視している操作量抽出部５３は、まず第１抽出処理を行い、最初に第１格納部５７から新たな基準レコードＲ１を抽出する。次に、操作量抽出部５３は、第１格納部５７にアクセスして、抽出した新たな基準レコードＲ１に示される指標値と同じ変化態様を示す基準レコードＲ１を検索して抽出する。すなわち、新たな基準レコードＲ１に示される指標値変化期間の長さと指標値の開始値及び終了値とがそれぞれ一致する、過去の基準レコードＲ１を抽出する。これにより、今回の指標値変化期間と、この今回の指標値変化期間と同じ指標値の変化態様を示す過去の各指標値変化期間の各基準レコードＲ１とが操作量抽出部５３によって抽出される。

続いて、操作量抽出部５３は、第２抽出処理を行う。操作量抽出部５３によって、まず第１格納部５７から抽出した複数の基準レコードＲ１から１つの基準レコードＲ１が選択され、その選択された基準レコードＲ１に示される指標値変化期間に対して算出期間が設定される。この算出期間の開始日時は、選択した基準レコードＲ１に示される指標値変化期間の開始日時であり、算出期間の終了日時は、当該基準レコードＲ１に示される指標値変化期間の終了日時からオフセット時間だけ遅い日時になっている。なお、以下では、基準レコードＲ１を特に区別する場合に、基準レコードＲ１を選択した順番に序数（１番目、２番目・・・）を付す。また、算出期間についても、特に区別する場合には、同様に基準レコードＲ１と同じ序数を付す。

次に、操作量抽出部５３は、操作量記録部３６ｂから１番目の算出期間内の各操作量レコードＲｂを検索して抽出し、抽出した各操作量レコードＲｂに記録されている操作量を取得する。そして、取得した各操作量から操作量データを生成し、その操作量データと、元になった指標値変化期間と、機器ＩＤとを記録した操作量変化レコードＲ２を生成し、これら操作量変化レコードＲ２を第２格納部５８に格納する。この操作量変化レコードＲ２の生成は、機器ＩＤごとに行われる。したがって、抽出された１つの基準レコードＲ１から機器３５の個数と同じ操作量変化レコードＲ２が第２格納部５８に格納される。なお、以降の処理においても、同様に機器ＩＤごとに行われるが、以下では特に言及しない限り１つの機器ＩＤに対する処理に着目して説明をする。

続いて、操作量抽出部５３は、第１格納部５７から抽出した複数の基準レコードＲ１から、１番目の基準レコードＲ１とは異なる２番の基準レコードＲ１を選択し、この２番目の基準レコードＲ１に示される指標値変化期間に対して２番目の算出期間を設定する。２番目の算出期間は、１番目の算出期間と期間自体は異なるが、期間の長さは同じになる。操作量抽出部５３は、２番目の算出期間内の各操作量レコードＲｂに記録されている操作量を取得して、取得した操作量から操作量データを生成する。そして、操作量抽出部５３は、生成した操作量データと、元になった指標値変化期間の開始日時及び終了日時と、機器ＩＤとを記録した操作量変化レコードＲ２を生成し、これら操作量変化レコードＲ２を第２格納部５８に格納する。

抽出した他の基準レコードＲ１についても同様にして、操作量抽出部５３は、算出期間を設定し、算出期間内の各操作量レコードＲｂから得られる操作量データを用いて操作量変化レコードＲ２を生成し、これら操作量変化レコードＲ２を第２格納部５８に格納する。

抽出した全ての基準レコードＲ１に基づいた操作量変化レコードＲ２の生成が完了すると、周波数算出部５４は、周波数の算出を開始する。まず、各操作量変化レコードＲ２を第２格納部５８から取り出して、各操作量変化レコードＲ２に記録されている操作量データを順次に高速フーリエ変換する。これにより、１つの機器３５について、今回の指標値変化期間と、この今回の指標値変化期間と同じ変化態様を示す過去の指標値変化期間とのそれぞれおける操作量の過渡応答における周波数が算出される。周波数算出部５４は、算出した各周波数と、当該操作量変化レコードＲ２に記録されている機器ＩＤ及び指標値変化期間とを記録した周波数レコードＲ３を生成して第３格納部５９に格納する。他の機器ＩＤの周波数レコードＲ３についても、周波数算出部５４は、同様に生成して第３格納部５９に格納する。

図７に示すように、指標値変化期間では、指標値が変化したときには、それに応じて目標値が変化する。そして、変化する目標値に応じて制御装置３４が操作量を変化させ、制御量が目標値となるようにフィードバック制御する。この結果、例えば実線で示すように、操作量が変化する。このとき、操作量は、制御特性に応じた周波数で変化し、最終的にほぼ一定になる。このような操作量の過渡応答における周波数は、指標値が同じ変化態様を示す場合では、機器３５の制御特性に変化がなければ同じになる。

しかし、指標値が同じ変化態様を示す場合であっても、例えば機器３５に異常が生じた場合には、その制御特性が変化する。このように機器３５の制御特性が変化すると、操作量の過渡応答における周波数が変化する。したがって、１つの機器ＩＤに対して上記のように周波数算出部５４で算出される各周波数を参照することで、機器３５の状態の変化を知ることが可能になり、機器３５を含む設備３１の異常や異常の兆候の把握が可能になる。

例えば、操作端４４としてのバルブが経時的な劣化でスティックするようになった状態では、正常な状態に比べて操作量が増大する等の影響があるが、このようなバルブが作動し始めると、操作量は、正常な状態に比べてあまり変わらなくなる。したがって、操作量の変化量からはバルブがスティックするようになっているか否かの判別がしづらい。しかしながら、バルブがスティックを生じるような場合でも、バルブの作動開始までの僅かな遅れ等が、操作量の過渡応答における周波数の変化に大きく影響を与える。そこで、操作量の過渡応答における周波数の変化傾向を分析すれば、設備３１の異常や、異常の兆候を容易に把握できるようになる。

全ての周波数レコードＲ３が第３格納部５９に格納された後、傾向分析部５５によって各周波数レコードＲ３が第３格納部５９から読み出される。そして、傾向分析部５５は、例えば、機器ＩＤごとに各周波数レコードＲ３に記録されている周波数を分析し、その分析で得られる周波数の経年変化と変化傾向を示す情報を判断情報としてモニタ６０に表示する。図８に一例を示すように、モニタ６０には、操作量の過渡応答における周波数の経年変化と変化傾向を示すグラフ６３が、機器ＩＤ、すなわち機器３５ａ、３５ｂ、３５ｃ・・・ごとに表示される。グラフ６３は、縦軸が操作量の過渡応答の周波数、横軸が時間軸となっており、新たな指標値変化期間に対応した周波数を示すドット６４と、過去の指標値変化期間に対応した周波数を示すドット６５が示されている。これらドット６４、６５によって、操作量の過渡応答の周波数の経年変化が示される。また、グラフ６３には、全ての周波数を要素として、それらの周波数の変化を近似する直線６７や、時間経過と周波数との相関性が高い同士でグループ化したときの、各グループにおける周波数の変化を近似する直線６８、６９が表示される。これら直線６７〜６９により、操作量の過渡応答における周波数の変化傾向が示される。そして、これら操作量の過渡応答における周波数の経年変化と変化傾向が示されることによって、作業者は異常や異常の兆候を把握できる。

以上のように、情報生成装置３２では、出力目標値の変化ごとの操作量の過渡応答における周波数に基づいた判断情報を生成し、この生成した判断情報を用いることにより、フィードバック制御されている計測値には現われない設備の異常、異常の兆候を含め、設備の種々の異常を作業者に把握させることができる。

上記実施形態では、目標値が変化する機器３５のみの場合について説明したが、設備３１が、上記のように目標値が変化する機器３５とともに、変化しない目標値（一定な目標値）が設定される機器（以下、目標値固定機器という）を備える場合には、その目標値固定機器についても、目標値が変化する機器３５と同様にして、判断情報を生成することができる。これは、上記のように機器３５に対する目標値の変化に応じて当該機器３５の動作状態が変化すると、その動作状態の変化が目標値固定機器の動作に影響を与えてその操作量を変化させるためである。

上記各実施形態では、ＰＩ制御によってフィードバック制御を行う例について説明したが、制御方式はこれに限定されるものではなく、例えばＰＩＤ（Proportional-Integral-Derivative）制御でもよい。また、上記各実施形態では、操作量を基に判断情報の生成を行っているが、操作量に代えて、制御量や制御量と目標値との差、ＰＩ演算等の際に得られる差の積分値を用いて過渡応答における周波数を算出してもよい。

１０，３０ システム
１１、３１ 設備
１４、３４ 制御装置
１６ ガスタービン
１６ａ バルブ
１６ｃ 回転計
１２、３２ 情報生成装置
１２ｂ、５１ 情報生成部
３５ 機器

Claims (6)

1. 機器及び前記機器をフィードバック制御する制御装置を備えた設備に設けられる情報生成装置において、
   設定された出力目標値と前記機器の制御量を計測した計測値との差に基づいて前記制御装置によって生成される前記機器に対する操作量を取得する操作量取得部と、
   前記出力目標値の変化態様が同じである複数の目標値変化期間に対応して、前記出力目標値の変化に対応した前記操作量の過渡応答における周波数を、前記操作量取得部で取得される前記操作量からそれぞれ求め、前記複数の目標値変化期間に対応した前記操作量の過渡応答についてそれぞれ求めた前記周波数に基づいて、前記設備の異常に関する判断情報を生成する情報生成部と、
   を備えることを特徴とする情報生成装置。
2. 前記出力目標値に変換される前記設備の目標状態に対応した指標値を取得する指標値取得部を備え、
   前記情報生成部は、前記指標値の変化態様が同じである指標値変化期間を前記出力目標値の変化態様が同じである前記目標値変化期間として特定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の情報生成装置。
3. 前記情報生成部は、前記出力目標値の変化の開始時を期間開始時とし変化の終了時から所定のオフセット時間が経過した時点を期間終了時とする算出期間の前記操作量の過渡応答における前記周波数を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の情報生成装置。
4. 機器及び前記機器をフィードバック制御する制御装置を備えた設備に用いられる情報生成方法において、
   設定された出力目標値と前記機器の制御量を計測した計測値との差に基づいて前記制御装置によって生成される前記機器に対する操作量を取得する操作量取得ステップと、
   前記出力目標値の変化態様が同じである複数の目標値変化期間に対応して、前記出力目標値の変化に対応した前記操作量の過渡応答における周波数を、前記操作量取得ステップで取得される前記操作量からそれぞれ求め、前記複数の目標値変化期間に対応した前記操作量の過渡応答についてそれぞれ求めた前記周波数に基づいて、前記設備の異常に関する判断情報を生成する情報生成ステップと、
   を有することを特徴とする情報生成方法。
5. 前記出力目標値に変換される前記設備の目標状態に対応した指標値を取得する指標値取得ステップを有し、
   前記情報生成ステップは、前記指標値の変化態様が同じである指標値変化期間を前記出力目標値の変化態様が同じである前記目標値変化期間として特定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の情報生成方法。
6. 前記情報生成ステップは、前記周波数を算出する際に、前記出力目標値の変化の開始時を期間開始時とし変化の終了時から所定のオフセット時間が経過した時点を期間終了時とする算出期間の前記操作量の過渡応答における前記周波数を求めることを特徴とする請求項４又は５に記載の情報生成方法。
   

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