JP7202248B2 - プラント状態監視システムおよびプラント状態監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、上下水プラント、化学プラントおよび電力プラントのプラント状態を監視するプラント状態監視システムおよびプラント状態監視方法に関する。

２０１１年以降、水道料金の収入は、人口減少や節水などの影響で減少傾向にあり、厳しい財政状況である。また、上下水道に係る職員の数も減少している。特に、近年は、ノウハウや技術を豊富に習得している熟練の職員が定年退職を迎え、職員が不足し、また、ノウハウや技術の継承が課題となっている。この傾向は、水道事業に限らず、化学産業や電力産業も、同様の課題を有している。

熟練の職員は、ポンプやモータなどの発する音を聴くことにより、微かな薬品臭やオゾン臭などを嗅ぐことにより、更には施設を視ることにより、プラント（設備）の状態変化を検知することができる。このような環境データによる状態変化の検知は、感覚的な部分が大きく、マニュアルなどに残しづらい。

しかし、熟練の職員が減少すると、こうしたノウハウや技術は失われる可能性があるため、これらノウハウや技術を代替するシステムや方法が必要である。

こうした本技術分野の背景技術として、特開２００２－０４１１４３号公報（特許文献１）がある。この特許文献１には、マイクロフォンにより取得した音響信号をデータレコーダに記録し、フィルタ装置において、音響信号をフィルタ処理して、複数の動作部のうち、少なくとも１つの動作部から出る音の周波数成分に対応する１種以上の音響波形が明確に現れた１以上のフィルタ処理信号を取得し、データ分析器において、音響波形に基づいて各動作部における異常の発生を判定する動作部の異常診断方法が記載されている（要約参照）。

特開２００２－０４１１４３号公報

特許文献１には、音響信号に基づいて、複数の動作部の異常を個別に診断することができる動作部の異常診断方法が記載されている。また、特許文献１には、「予め複数の動作部からそれぞれ発生する音の時間軸上のタイミングを特定する」（００１０参照）ことが記載されている。

つまり、特許文献１に記載する動作部の異常診断方法は、予め複数の動作部からそれぞれ発生する音のタイミングを特定することにより、どの動作部から発生している音か、を特定し、その音が発生している動作部の異常を診断することが記載されている。

しかし、特許文献１に記載する動作部の異常診断方法は、複数の動作部からそれぞれ発生する音のタイミングを、予め特定する必要があり、つまり、動作部の事前のスケジューリングが必要であり、非定常時の音の取得が困難な可能性がある。

また、特許文献１には、動作部が異なるものになった場合、あらためて音のタイミングや定常時の音を取得する必要があり、こうした動作部が異なるものになった場合については、記載されていない。

そこで、本発明は、事前のスケジューリングを必要とせず、運転データを使用して、定常時又は非定常時を区別することなく、監視対象設備の状態変化を検知するための環境データを、効率的に保存することができるプラント状態監視システムおよびプラント状態監視方法を提供する。

上記課題を解決するため、本発明のプラント状態監視システムは、監視対象設備の環境データを取得する環境データ計測装置と、監視対象設備を制御し、監視対象設備の運転データを取得し、環境データ計測装置が取得する環境データを取得し、環境データの前処理を実行する監視制御装置と、環境データ計測装置が取得する環境データおよび監視制御装置が取得する運転データを関連付けて格納するデータ格納部と、を有し、監視制御装置は、環境データの前処理を実行する環境データ前処理機能を有し、時刻と共に、監視対象設備の運転データ及び監視対象設備の環境データを使用して、運転データの入力の前後の環境データにラベルを付与するラベル付与処理を実行し、運転データの入力の前にラベルが付与された環境データから運転データの入力の後にラベルが付与された環境データを除去、または、運転データの入力の後にラベルが付与された環境データから運転データの入力の前にラベルが付与された環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行することを特徴とする。

また、本発明のプラント状態監視方法は、監視対象設備の環境データおよび運転データを取得し、時刻と共に、環境データおよび運転データを使用して、運転データの入力の前後の環境データにラベルを付与するラベル付与処理を実行し、運転データの入力の前にラベルが付与された環境データから運転データの入力の後にラベルが付与された環境データを除去、または、運転データの入力の後にラベルが付与された環境データから運転データの入力の前にラベルが付与された環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行し、環境データおよび運転データを関連付けて格納することを特徴とする。

本発明によれば、事前のスケジューリングを必要とせず、運転データを使用して、定常時又は非定常時を区別することなく、監視対象設備の状態変化を検知するための環境データを、効率的に保存することができるプラント状態監視システムおよびプラント状態監視方法を提供することができる。

なお、上記した以外の課題、構成および効果は、下記の実施例の説明により明らかにされる。

実施例１におけるプラント状態監視システム１０を説明する説明図である。 実施例１における監視制御装置３００を説明する説明図である。 実施例１における環境データ前処理機能３３０の作業フローを説明する説明図である。 実施例１における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。 実施例２におけるプラント状態監視システム１０を説明する説明図である。 実施例２における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。 実施例２における環境データのクラスタリング（分類）を説明する説明図である。 実施例３における監視制御装置３００を説明する説明図である。 実施例３におけるポンプ周辺で発生する不具合と運転データ又は環境データとの関係を説明する説明図である。 実施例４における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。

以下、図面を使用して、実施例を説明する。なお、実質的に同一または類似の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。

まず、実施例１におけるプラント状態監視システム１０を説明する。

図１は、実施例１におけるプラント状態監視システム１０を説明する説明図である。

本実施例に記載するプラント状態監視システム１０は、監視対象設備１００の環境データを取得する環境データ計測装置２００、監視対象設備１００を制御し、監視対象設備１００の運転データを取得し、環境データ計測装置２００が取得する環境データを取得し、環境データの前処理を実行する監視制御装置３００、環境データ計測装置２００が取得する環境データおよび監視制御装置３００が取得する運転データを関連付けて格納し、必要に応じて、環境データおよび運転データを削除することができるデータ格納部４００、監視対象設備１００の状態変化を検出する状態変化検出手段５００を有する。

監視対象設備１００には、環境データ計測装置２００および監視制御装置３００が接続され、監視制御装置３００には、データ格納部４００および状態変化検出手段５００が接続される。また、環境データ計測装置２００と監視制御装置３００とが接続され、データ格納部４００と状態変化検出手段５００とが接続される。

これら接続には、ネットワークが使用される。ネットワークとは、インターネット、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などである。

監視対象設備１００は、例えば、ポンプやモータなどの機械類である。そして、監視対象設備１００は、稼働時および／または故障時に、その状態が変化するものである。この状態変化は、監視対象設備１００の運転状態の変化であり、定常状態からの変化（ズレ）である。

監視対象設備１００は、プラントにおいて、複数の系統に設置される場合が多く、こうした場合、これら監視対象設備１００は、同じ部屋（同じ空間）に複数台が設置される場合が多い。このため、複数のポンプやモータなどの監視対象設備１００が、同時に稼働している場合であっても、適切に、これら複数のポンプやモータなどの監視対象設備１００の状態変化を検知する必要がある。

本実施例では、特に、監視対象設備１００として、上水プラントにおいて薬品を注入する１台のポンプを対象に、以下、説明をする。また、本実施例では、環境データとして「ポンプが発する音」を、運転データとして「ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号」を、使用する。なお、環境データとしては、「ポンプが発する音」以外に、ポンプが発する電磁波などがあり、運転データとしては、「ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号」以外に、ポンプの圧力信号、ポンプの出力信号、ポンプの電流信号、ポンプの流量信号などがある。

環境データ計測装置２００は、ポンプ（監視対象設備１００）が発する音（環境データ）を、収音機能および録音機能を有する装置である。例えば、マイクロフォン（収音装置）および収音装置が取得する音を記録するデータレコーダ（録音装置）である。また、環境データ計測装置２００は、１台または２台以上が設置され、ポンプの稼働音や故障音などを、デジタルデータ（環境データ）として、取得する。

監視制御装置３００は、ポンプ（監視対象設備１００）を含め、上水プラントのその他の設備の運転を制御する装置である。例えば、制御盤などである。また、監視制御装置３００は、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）を取得し、環境データの前処理を実行する。

そして、監視制御装置３００は、監視対象設備１００の運転データを取得し、監視対象設備１００に対して制御信号を出力する。

データ格納部４００は、パーソナルコンピュータやタブレットなどのハードウェアに搭載される記録媒体であり、環境データおよび運転データを格納する。

状態変化検出手段５００は、記録媒体に記録されるプログラムであり、環境データおよび／または運転データに基づいて、データ解析を実行し、監視対象設備１００の状態変化を検出する。なお、状態変化検出手段５００は、データ格納部４００の記録媒体に設置されてもよく、また、データ格納部４００の記録媒体とは別の記録媒体に設置されてもよい。

次に、実施例１における監視制御装置３００を説明する。

図２は、実施例１における監視制御装置３００を説明する説明図である。

本実施例に記載する監視制御装置３００は、運転制御機能３１０、計測データ受信機能３２０、環境データ前処理機能３３０、データ送信機能３４０、警報出力機能３５０を有する。

運転制御機能３１０は、ポンプ（監視対象設備１００）を含め、上水プラントのその他の設備の運転を制御する。運転制御機能３１０は、監視対象設備１００の運転データを取得し、監視対象設備１００に対して制御信号を出力する。例えば、運転制御機能３１０は、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）を取得し、ポンプに対してＯｎ／Ｏｆｆ信号（制御信号）を出力する。

計測データ受信機能３２０は、時刻と共に、運転制御機能３１０が取得するポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）、および、環境データ計測装置２００が取得するポンプが発する音（環境データ）を取得する。なお、計測データ受信機能３２０は、ポンプが発する音以外の運転データ、例えば、ポンプの圧力信号、ポンプの電流信号、ポンプの流量信号、ポンプの出力信号などの運転データ（制御信号にポンプが運転された結果である計測データ）を取得してもよい。

環境データ前処理機能３３０は、計測データ受信機能３２０が取得する環境データの前処理を実行する。そして、環境データ前処理機能３３０は、時刻と共に、ポンプ（監視対象設備１００）のＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）、ポンプ（監視対象設備１００）が発する音（音情報）（環境データ）、を使用して、前記環境データにラベルを付与する。

ここで、前処理とは、ポンプが発する音（環境データ）を、周波数、音圧レベル、周波数成分などに分解すること、ポンプが発する音（環境データ）にラベルを付与すること、ポンプが発する音（環境データ）からノイズを除去することを含み、それぞれ「分解処理」「ラベル付与処理」「ノイズ除去処理」と称して説明する場合がある。

データ送信機能３４０は、計測データ受信機能３２０が取得する環境データおよび運転データ、ならびに、環境データ前処理機能３３０が前処理を実行した前処理後の環境データを、データ格納部４００へ送信する。特に、本実施例では、計測データ受信機能３２０が取得するポンプが発する音（環境データ）を、分解処理を実行し、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）を使用してラベル付与処理を実行し、ノイズ除去処理を実行し、前処理後の環境データを、データ格納部４００へ送信する。

警報出力機能３５０は、状態変化検知手段５００が検知するポンプの状態変化を受信し、必要に応じて、警報を出力する。

次に、実施例１における環境データ前処理機能３３０の作業フローを説明する。

図３は、実施例１における環境データ前処理機能３３０の作業フローを説明する説明図である。

環境データ前処理機能３３０は、以下のステップ（Ｓ）で、前処理を実行する。

Ｓ１０１では、時刻、対象ポンプの運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）、対象ポンプの環境データ（ポンプが発する音）を、計測データ受信機能３２０から取得する。

Ｓ１０２では、環境データ（ポンプが発する音）の音響解析を実行する。具体的には、フーリエ変換などを使用して、ポンプが発する音を、周波数、音圧レベル、周波数成分などの音情報に分解する。つまり「分解処理」を実行する。なお、分解された（音響解析が実行された）周波数、音圧レベル、周波数成分などの音情報も環境データである。

Ｓ１０３では、対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号を使用して、分解処理が実行された環境データ（例えば、周波数）にラベルを付与する。つまり「ラベル付与処理」を実行する。

Ｓ１０４では、ラベル付与処理が実行された対象ポンプのＯｆｆ時の環境データ（例えば、周波数）を使用して、定常ノイズ（空間ノイズなど）を除去する。つまり「ノイズ除去処理」を実行する。

Ｓ１０５では、前処理後の環境データ（例えば、周波数）を、データ送信機能３４０へ送信する。

ここで、本実施例では、環境データ（ポンプが発する音）を、周波数、音圧レベル、周波数成分の３種類の音情報に分解するが、周波数および音圧レベルの２種類の音情報に分解してもよく、４種類以上の種類の音情報に分解してもよい。また、対象ポンプの状態変化を検知しやすい特定（所定の範囲）の周波数、音圧レベル、周波数成分などの音情報に絞るなど、対象ポンプの状態変化を検知することができるならば、音響解析の手法は、特に限定されることはない。

なお、本実施例では、「分解処理」「ラベル付与処理」「ノイズ除去処理」の順番に、前処理を実行するが、必ずしもこの順番に限定されることはない。例えば、分解処理を実行し、ノイズ除去処理を実行し、ラベル付与処理を実行してもよし、ノイズ除去処理を実行し、分解処理を実行し、ラベル付与処理を実行してもよい。

このように、本実施例に記載するプラント状態監視方法は、監視対象設備（ポンプ）１００の環境データ（ポンプが発する音）および運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）を取得し、環境データに、運転データを使用して、ラベルを付与するラベル付与処理を実行する。

次に、実施例１における環境データへのラベル付与を説明する。

図４は、実施例１における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。

計測データ受信機能３２０が取得する環境データ（ポンプが発する音）は、時刻と共に、環境データ前処理機能３３０に、数分程度の定期的な間隔で、入力される。そして、環境データ前処理機能３３０は、継続的に、環境データを取得する。

なお、本実施例では、環境データ前処理機能３３０にて分解処理を実行した環境データとして、例えば、周波数を使用する。

一方、運転制御機能３１０が取得する対象ポンプの運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）も、時刻と共に、環境データ前処理機能３３０に、入力される。

なお、環境データ（例えば、周波数）は、分解処理が実行されるため、運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）に対して、若干の時間遅れが発生するが、取得される運転データの時刻と環境データの時刻とに基づいて、これら時刻を一致させ、ラベル付与処理を実行する。

本実施例では、ラベルは、３種類を用意する。１つ目は、対象ポンプの稼働時および停止時のラベル（無記号）、２つ目は、対象ポンプがＯｎ／Ｏｆｆする場合の、対象ポンプの稼働時のラベル（Ｌａ＋数字）、３つ目は、対象ポンプがＯｎ／Ｏｆｆする場合の、対象ポンプの停止時のラベル（Ｌｂ＋数字）である。

本実施例では、対象ポンプがＯｎ／Ｏｆｆする場合、対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後の数十秒の環境データに、ＬａまたはＬｂのラベルを付与する。つまり、本実施例では、運転データの入力（対象ポンプのＯｎ信号の入力またはＯｆｆ信号の入力）の前後の環境データにラベル（ＬａまたはＬｂ）を付与する。

例えば、Ｏｆｆ（１）の信号の前後の数十秒の環境データにラベルＬａ１およびラベルＬｂ１を付与する。つまり、Ｏｆｆ（１）の信号の前、数十秒間にラベルＬａ１を、Ｏｆｆ（１）の信号の後、数十秒間にラベルＬｂ１、を付与する。

また、Ｏｎ（１）の信号の前後の数十秒の環境データにラベルＬａ２およびラベルＬｂ２を付与する。つまり、Ｏｎ（１）の信号の前、数十秒間にラベルＬｂ２を、Ｏｎ（１）の信号の後、数十秒間にラベルＬａ２、を付与する。

更に、Ｏｆｆ（２）の信号の前後、および、Ｏｎ（２）の信号の前後も、同様に、ラベルＬａ３およびラベルＬｂ３を、ならびに、ラベルＬａ４およびラベルＬｂ４を付与する。

これは、対象ポンプが、こうしたＯｎ／Ｏｆｆする場合に、対象ポンプの状態が変化する可能性が高いためである。

なお、こうしたラベル付与処理は、随時、タイムリーに実行されることが好ましいが、環境データ（例えば、周波数）と運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）とを、一時的に、環境データ前処理機能３３０に格納し、運転データの時刻と環境データの時刻とに基づいて、これら時刻を一致させ、遡って、ラベル付与処理を実行してもよい。

また、本実施例では、ラベルを付与した部分の環境データ（例えば、周波数）および運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）を格納する。つまり、必要に応じて、この部分以外の環境データおよび運転データを削除する。これにより、環境データおよび運転データを、効率的に保存することができる。

そして、特に、本実施例では、対象ポンプの停止（Ｏｆｆ）時のラベルの部分の環境データ（例えば、周波数）、つまり、Ｌｂ１、Ｌｂ２、Ｌｂ３、Ｌｂ４のいずれかの部分の環境データ（例えば、周波数）を使用して、ノイズ除去処理を実行する。

つまり、本実施例では、前（対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後の「前」の意味）にラベルが付与される環境データから後（対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後の「後」の意味）にラベルが付与される環境データを除去し、または、後（対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後の「後」の意味）にラベルが付与される環境データから前（対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後の「前」の意味）にラベルが付与される環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行する。

これにより、ノイズを除去するため、対象ポンプの音をあらためて取得する必要がなく、効率的にノイズ除去処理を実行することができる。

更に、本実施例では、直近の対象ポンプの停止（Ｏｆｆ）時のラベルの部分の環境データ（例えば、周波数）を使用して、ノイズ除去処理を実行する。これにより、精度よくノイズ除去処理を実行することができる。

このように、本実施例では、対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号に対して、稼動時のラベルと停止時のラベルとの２種類のラベル（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号の前後に２種類のラベル）を用意することにより、効率的に精度よくノイズ除去処理を実行することができる。

また、本実施例によれば、事前のスケジューリングを必要とせず、運転データを使用して、定常時または非定常時を区別することなく、監視対象設備１００の状態変化を検知するための環境データを、効率的に保存することができる。

なお、本実施例では、運転データとして対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号を使用するが、例えば、運転データとして対象ポンプの出力信号（ＵＰ／ＤＯＷＮ信号）を使用することもできる。対象ポンプのＵＰ／ＤＯＷＮ信号の前後に、対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号と同様に、２種類のラベルを付与する。これにより、運転データとして対象ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号を使用する場合と同様に、環境データおよび運転データを、効率的に保存することができると共に、効率的に精度よくノイズ除去処理を実行することができる。

また、対象ポンプの定常運転時（Ｏｎ／Ｏｆｆ時やＵＰ／ＤＯＷＮ時以外の定常的に運転されている状態）にも、保全上、定期的にラベルを付与し、環境データを格納することが好ましい。

データ格納部４００は、環境データ計測装置２００で計測される対象ポンプの環境データ（ポンプが発する音など）、例えば、ポンプの圧力信号、ポンプの電流信号、ポンプの流量信号、ポンプの出力信号などの計測データ、対象ポンプの運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号など）を、時刻と関連付けて格納するデータベースである。つまり、データ格納部４００は、環境データおよび運転データを関連付けて格納する。

データ格納部４００は、定期的に、これらデータを削除して、データ格納部４００の記録容量を確保する。本実施例では、例えば、環境データおよび運転データを取得してから１ケ月が経過したときに、対象ポンプの定常運転時や長期停止時のラベル（無記号）を付与したデータを削除して、データ格納部４００の記録容量を確保する。

状態変化検出手段５００は、データ格納部４００に格納される環境データ（例えば、周波数）について、データ解析を実行し、対象ポンプの状態変化を検出する。

状態変化の検出方法としては、物理モデル、ＦＴＡ（Ｆａｕｌｔ Ｔｒｅｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）、統計モデルなどがある、特に、統計モデルとしては、クラスタリングの一種である適応共鳴理論（ＡＲＴ：Adaptive Resonance Theory）がある。このＡＲＴを使用して、対象ポンプの状態変化の発生パターンを抽出し、対象ポンプの状態変化を検出する。なお、本実施例では、対象ポンプの状態変化を検知するための環境データを、効率的に保存することを特徴とするため、状態変化の検出方法の説明は省略する。

なお、状態変化の検出方法は、これらに限定されるものではなく、対象ポンプの状態変化を検出することができるならば、他の検出方法でもよい。

そして、状態変化検出手段５００は、データ解析の結果、状態変化が検出されたならば、状態変化の検出信号を、警報出力機能３５０に出力し、警報出力機能３５０は警報を出力する。ここで、警報とは、監視画面のモニターに、文字を出力することや警報音を鳴らすことである。

本実施例では、環境データとして、ポンプが発する音を使用して説明したが、環境データとしては、こうしたポンプが発する音に限定されるものではない。例えば、電磁波、光、臭気なども、同様に扱うことができる。例えば、ポンプは、電磁波を生じるため、環境データ計測装置２００として、電磁波を計測する電磁波計測装置を使用し、ポンプが発する音と同様に扱うことができる。

また、本実施例では、監視対象設備１００として、ポンプを使用して説明したが、監視対象設備１００としては、こうしたポンプに限定されるものではない。例えば、停電時に使用する非常用発電機なども同様に扱うことができる。非常用発電機の燃焼状態を、環境データ計測装置２００として、カメラなどの光学機器を使用して、計測する。そして、非常用発電機が発する光（環境データ）を使用して、環境データ前処理機能３３０にて、この光を、輝度や波長などの光情報に分解し（分解処理を実行し）、適切な運転データを使用して、ラベルを付与する（ラベル付与処理を実行する）。

これにより、監視対象設備１００としてポンプを使用する場合と同様に、環境データおよび運転データを、効率的に保存することができると共に、効率的に精度よくノイズ除去処理を実行することができる。

このように、本実施例に記載するプラント状態監視システム１０は、少なくとも、監視対象設備１００の環境データを取得する環境データ計測装置２００と、監視対象設備１００を制御し、監視対象設備１００の運転データを取得し、環境データ計測装置２００が取得する環境データを取得し、環境データの前処理を実行する監視制御装置３００と、環境データ計測装置２００が取得する環境データおよび監視制御装置３００が取得する運転データを格納し、必要に応じて、環境データおよび運転データを削除することができるデータ格納部４００と、を有する。

本実施例によれば、定常時または非定常時を区別することなく、事前のスケジューリングを必要とせず、運転データを使用して、監視対象設備１００の状態変化を検知するための環境データを、効率的に、選択的に、保存することができる。

そして、監視対象設備１００の状態変化を検知するための環境データを、選択的に保存することができるため、感覚的な部分が大きい環境データによる状態変化の検知であっても、ポイントを絞って、質を高めて、プラント状態を監視することができる。

また、このようにプラント状態の監視を支援することにより、熟練の職員が減少する場合であっても、システムの無人化（省人化）を実現し、人材不足を解消することができる。

まず、実施例２におけるプラント状態監視システム１０を説明する。

図５は、実施例２におけるプラント状態監視システム１０を説明する説明図である。

本実施例に記載するプラント状態監視システム１０は、実施例１に記載するプラント状態監視システム１０と比較して、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）を制御し、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）の運転データおよび環境データを取得する点が相違する。

つまり、本実施例に記載するプラント状態監視システム１０は、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）の環境データを取得する環境データ計測装置２００、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）を制御し、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）の運転データを取得し、環境データ計測装置２００が取得する環境データを取得し、環境データの前処理を実行する監視制御装置３００、環境データ計測装置２００が取得する環境データおよび監視制御装置３００が取得する運転データを格納し、必要に応じて、環境データおよび運転データを削除することができるデータ格納部４００、監視対象設備１００の状態変化を検出する状態変化検出手段５００を有する。

また、本実施例に記載する監視制御装置３００は、運転制御機能３１０、計測データ受信機能３２０、環境データ前処理機能３３０、データ送信機能３４０、警報出力機能３５０を有する。

そして、本実施例に記載する環境データ前処理機能３３０は、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）を扱うことを考慮して、計測データ受信機能３２０が取得する環境データの前処理を実行する。

また、本実施例においても、実施例１と同様に、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）として、上水プラントにおいて薬品を注入するポンプを対象に、以下、説明をする。そして、それぞれの監視対象設備に１台のポンプが設置されているものとする。また、本実施例においても、環境データとして「ポンプが発する音」を、運転データとして「ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号」を、使用する。

なお、本実施例においても、実施例１と同様に、前処理とは「分解処理」「ラベル付与処理」「ノイズ除去処理」である。つまり、ポンプが発する音（環境データ）を、周波数、音圧レベル、周波数成分などに分解すること（分解処理）、ポンプが発する音（環境データ）にラベルを付与すること（ラベル付与処理）、ポンプが発する音（環境データ）からノイズを除去すること（ノイズ除去処理）を含む。

次に、実施例２における環境データへのラベル付与を説明する。

図６は、実施例２における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。

本実施例においても、実施例１と同様に、計測データ受信機能３２０が取得する環境データ（ポンプの発する音）は、時刻と共に、環境データ前処理機能３３０に、数分程度の定期的な間隔で、入力される。そして、環境データ前処理機能３３０は、継続的に、環境データを取得する。

なお、本実施例においても、実施例１と同様に、環境データ前処理機能３３０にて分解処理を実行した環境データとして、例えば、周波数を使用する。

一方、本実施例では、複数の監視対象設備（ポンプ）は、監視対象設備Ａ１０１が稼働している間に、監視対象設備Ｂ１０２がＯｎ／Ｏｆｆし、監視対象設備Ｂ１０２が稼働している間に、監視対象設備Ｃ１０３がＯｎする場合を想定する。

また、ラベルも、実施例１と同様に、３種類を用意する。１つ目は、対象ポンプの稼働時および停止時のラベル（無記号）、２つ目は、対象ポンプがＯｎ／Ｏｆｆする場合の、対象ポンプの稼働時のラベル（Ｌａ＋数字）、３つ目は、対象ポンプがＯｎ／Ｏｆｆする場合の、対象ポンプの停止時のラベル（Ｌｂ＋数字）である。

本実施例では、例えば、Ｏｎ（３）の信号の前後の数十秒の環境データにラベルＬａ５およびラベルＬｂ５を付与する。つまり、Ｏｎ（３）の信号の前、数十秒間にラベルＬｂ５を、Ｏｎ（１）の信号の後、数十秒間にラベルＬａ５、を付与する。

また、Ｏｎ（４）の信号の前後の数十秒の環境データにラベルＬａ６およびラベルＬｂ６を付与する。つまり、Ｏｎ（４）の信号の前、数十秒間にラベルＬｂ６を、Ｏｎ（４）の信号の後、数十秒間にラベルＬａ６、を付与する。

また、Ｏｆｆ（３）の信号の前後の数十秒の環境データにラベルＬａ７およびラベルＬｂ７を付与する。つまり、Ｏｆｆ（３）の信号の前、数十秒間にラベルＬａ７を、Ｏｆｆ（３）の信号の後、数十秒間にラベルＬｂ７、を付与する。

なお、本実施例では、監視対象設備Ａ１０１が稼働している状態で、監視対象設備Ｂ１０２が稼働（Ｏｎ）する。

この際、取得される環境データは、監視対象設備Ａ１０１と監視対象設備Ｂ１０２との環境データ（音情報（本実施例では、例えば、周波数））が重なり、監視対象設備Ａ１０１の環境データと監視対象設備Ｂ１０２の環境データとを、それぞれに取得することが難しく、どちらの監視対象設備に状態変化が発生しているかを検出することが難しい。

そこで、監視対象設備Ｂ１０２の稼働（Ｏｎ）時に付与された、ラベル（Ｌｂ５）の部分の環境データを使用して、ラベル（Ｌａ５）の部分の環境データから、ラベル（Ｌｂ５）の部分の環境データを、除去することにより、監視対象設備Ｂ１０２の環境データを取得することができる。

同様に、監視対象設備Ｃ１０３の稼働（Ｏｎ）時に付与された、ラベル（Ｌｂ６）の部分の環境データを使用して、ラベル（Ｌａ６）の部分の環境データから、ラベル（Ｌｂ６）の部分の環境データを、除去することにより、監視対象設備Ｃ１０３の環境データを取得することができる。

同様に、監視対象設備Ｂ１０２の停止（Ｏｆｆ）時に付与された、ラベル（Ｌｂ７）の部分の環境データを使用して、ラベル（Ｌａ７）の部分の環境データから、ラベル（Ｌｂ７）の部分の環境データを、除去することにより、監視対象設備Ｂ１０２の環境データを取得することができる。

つまり、本実施例では、「前」にラベルが付与される環境データから「後」にラベルが付与される環境データを除去し、または、「後」にラベルが付与される環境データから「前」にラベルが付与される環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行する。

これは、監視対象設備が、こうしたＯｎ／Ｏｆｆする場合に、監視対象設備の状態が変化する可能性が高いためであり、これにより、こうした場合の複数の監視対象設備のそれぞれの状態変化を検出することができる。

そして、本実施例においても、実施例１と同様に、ラベルを付与した部分の環境データおよび運転データ（ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号）を、これらを関連付けて、データ格納部４００に格納する。

次に、実施例２における環境データのクラスタリング（分類）を説明する。

図７は、実施例２における環境データのクラスタリング（分類）を説明する説明図である。

本実施例では、それぞれの監視対象設備のＯｎ／Ｏｆｆ信号を使用して、７つのクラスに分類することができる。

例えば、クラス１は、監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３のいずれもがＯｆｆの場合、クラス２は、監視対象設備Ａ１０１がＯｎ、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３がＯｆｆの場合、クラス３は、監視対象設備Ｂ１０２がＯｎ、監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｃ１０３がＯｆｆの場合、クラス４は、監視対象設備Ｃ１０３がＯｎ、監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２がＯｆｆの場合、クラス５は、監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２がＯｎ、監視対象設備Ｃ１０３がＯｆｆの場合、クラス６は、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３がＯｎ、監視対象設備Ａ１０１がＯｆｆの場合、クラス７は、監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｃ１０３がＯｎ、監視対象設備Ｂ１０２がＯｆｆの場合、である。

つまり、本実施例では、複数の監視対象設備（監視対象設備Ａ１０１、監視対象設備Ｂ１０２、監視対象設備Ｃ１０３）のＯｎ／Ｏｆｆ信号（運転データ）を使用し、クラスに分類し、ノイズ除去処理を実行するための環境データを選択する。

このように、それぞれの監視対象設備のＯｎ／Ｏｆｆ信号に基づいて、分類されたクラスを使用することにより、それぞれの監視対象設備の環境データを取得することができる。また、ノイズ除去処理を実行することができる。

本実施例では、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号を使用し、クラスを分類するが、例えば、ポンプは、出力によって音情報が変化する可能性が高いため、それぞれのポンプの出力信号（ポンプの電流信号、圧力信号、流量信号など）も、まとめて分類することが好ましい。

そして、本実施例では、データ格納部４００は、こうしたクラスタリング機能（分類機能）を有し、ラベル付与後の環境データを、ノイズ除去処理や監視対象設備を特定する設備特定処理（この処理も広義のノイズ除去処理）を実行するために、格納する。

また、上水プラント（浄水場）では、天候により監視対象設備の運転を変化させる場合がある。このため、天候情報（晴や雨など）も、まとめて分類することが好ましい。これにより、より精度よく、ノイズ除去処理や設備特定処理を実行することができる。

このように、本実施例によれば、定常時または非定常時を区別することなく、事前のスケジューリングを必要とせず、運転データを使用して、複数の監視対象設備の状態変化を検知するための環境データを、効率的に、選択的に、保存することができる。

また、本実施例によれば、ノイズ除去処理や設備特定処理を実行するための環境データをクラスタリング（分類）して、格納することにより、より精度よくノイズ除去処理や設備特定処理を実行することができ、より精度よく監視対象設備の状態変化を検出することができる。

なお、特に、本実施例では、環境データとして音情報を使用するため、空間上の情報をまとめて取得することができ、複数の監視対象設備の状態変化を、同時に検出することができる。

まず、実施例３における監視制御装置３００を説明する。

図８は、実施例３における監視制御装置３００を説明する説明図である。

本実施例では、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号以外の運転データを使用して、環境データに新しいラベルを付与すること、また、ポンプの状態変化を検知した場合に、環境データと運転データとのそれぞれの変化の有無を使用して、ポンプの状態変化の原因を特定すること、を説明する。

本実施例に記載する監視制御装置３００は、実施例１と同様に、運転制御機能３１０、計測データ受信機能３２０、環境データ前処理機能３３０、データ送信機能３４０、警報出力機能３５０を有する。

本実施例では、特に、状態変化検出手段５００で検出されるポンプの状態変化を、環境データ前処理機能３３０にフィードバックし、環境データに新しいラベルを付与する。

具体的には、環境データ前処理機能３３０は、状態変化検出手段５００でデータ解析された前処理後の環境データを格納する。つまり、環境データ前処理機能３３０は、既に前処理が実行され、状態変化検出手段５００でポンプの状態変化が検出された後の環境データを格納する。

つまり、状態変化検出手段５００は、例えば、「ポンプの圧力信号が上下限値を超えた」「ポンプの電流信号が閾値を外れた」などの運転データ（ポンプの状態変化が検出された結果）をクラスタリング（分類）する。

そして、ポンプの状態変化を検出した場合、実施例１と同様に、状態変化検出手段５００は、警報出力機能３５０に、状態変化の検出信号を出力する。

一方、状態変化検出手段５００は、同時に、環境データ前処理機能３３０に、状態変化の検出信号を出力する。

そして、環境データ前処理機能３３０は、入力される状態変化の検出信号に基づいて、状態変化が検出された際の運転データに基づいて、環境データに新しいラベル（Ｌｃ＋数字）を付与する。つまり、この新しいラベルは、ポンプの状態変化が検出された場合に付与される。

このように、新しいラベルが付与された環境データを、データ格納部４００に、上書きして、格納する。

これにより、ポンプの状態変化が検出された運転データおよび前処理後の環境データを、適切に、選択的に保存することができる。また、ポンプの状態変化を検出した場合、前処理後の環境データと運転データとを組み合せることにより、ポンプの状態変化の原因も特定することができる。

次に、実施例３におけるポンプ周辺で発生する不具合と運転データ又は環境データとの関係を説明する
図９は、実施例３におけるポンプ周辺で発生する不具合と運転データ又は環境データとの関係を説明する説明図である。

例えば、新しいラベルが付与された環境データ、その際の運転データ、その後に判明したポンプの状態変化の原因を使用して、図９に示すように、ポンプの状態変化の原因（ポンプ周辺で発生する不具合）と、音圧（環境データ）および運転データ（圧力、電流）との関係をまとめることができる。

状態変化検出手段５００で、ポンプの状態変化を検出した場合、音圧に変化があり、圧力に変化があり、電流に変化がない場合、「ポンプ駆動部故障」が、ポンプの状態変化の原因の可能性が高いことが特定される。

このように、ポンプと関連がある運転データおよび前処理後の環境データを組み合せることにより、ポンプの状態変化の原因も特定することができる。

なお、本実施例では、監視対象設備として、ポンプを使用して説明したが、監視対象設備としては、こうしたポンプに限定されるものではない。例えば、モータや他の機械類も同様に扱うことができる。

また、運転データとしては、圧力と電流とを使用して説明したが、出力や流量などの他の運転データを使用してもよい。また、環境データとしては、音情報の音圧を使用して説明したが、他の音情報、電磁波や臭気などの他の環境データを使用してもよい。

本実施例によれば、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号以外の運転データを使用して、環境データに新しいラベルを付与することができ、環境データおよび運転データを、適切に、選択的に保存することができる。また、ポンプの状態変化を検出した場合、運転データと環境データとを組み合せることにより、ポンプの状態変化の原因も特定することができる。

まず、実施例４における環境データへのラベル付与を説明する。

図１０は、実施例４における環境データへのラベル付与を説明する説明図である。

本実施例では、ポンプのＯｎ／Ｏｆｆ信号以外に、作業員（職員）の点検スケジュールを考慮して、環境データにラベルを付与することを説明する。

本実施例では、作業員の点検スケジュールをあらかじめ記録し、作業員が、対象ポンプが設置される部屋で作業する場合は、その時刻（その間の時間）はラベルを付与しないこともできる。つまり、ラベルＬｂ８およびラベルＬａ８、ならびに、ラベルＬａ９およびラベルＬｂ９が、付与される。

これにより、作業員が作業する際に発する作業音などの監視対象設備の状態変化に関与しない環境データを除き、監視対象設備の状態変化の検出に必要な環境データのみを取得することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、詳細かつ具体的に、説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成要素を有するものに限定されない。また、ある実施例の構成要件の一部を、他の実施例の構成要素の一部に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成要件に他の実施例の構成要件を加えることも可能である。また、各実施例の構成要件の一部について、他の構成要素の一部を、追加、削除、置換をすることも可能である。

１０ プラント状態監視システム
１００ 監視対象設備
１０１ 監視対象設備Ａ
１０２ 監視対象設備Ｂ
１０３ 監視対象設備Ｃ
２００ 環境データ計測装置
３００ 監視制御装置
３１０ 運転制御機能
３２０ 計測データ受信機能
３３０ 環境データ前処理機能
３４０ データ送信機能
３５０ 警報出力機能
４００ データ格納部
５００ 状態変化検出手段

Claims (8)

1. 監視対象設備の環境データを取得する環境データ計測装置と、前記監視対象設備を制御し、前記監視対象設備の運転データを取得し、前記環境データ計測装置が取得する環境データを取得し、前記環境データの前処理を実行する監視制御装置と、前記環境データ計測装置が取得する環境データおよび前記監視制御装置が取得する運転データを関連付けて格納するデータ格納部と、を有し、
   前記監視制御装置は、前記環境データの前処理を実行する環境データ前処理機能を有し、時刻と共に、前記監視対象設備の運転データ及び前記監視対象設備の環境データを使用して、前記運転データの入力の前後の前記環境データにラベルを付与するラベル付与処理を実行し、
   前記運転データの入力の前にラベルが付与された前記環境データから前記運転データの入力の後にラベルが付与された前記環境データを除去、または、前記運転データの入力の後にラベルが付与された前記環境データから前記運転データの入力の前にラベルが付与された前記環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行することを特徴とするプラント状態監視システム。
2. 前記監視対象設備の状態変化を検出する状態変化検出手段を有することを特徴とする請求項１に記載のプラント状態監視システム。
3. 前記運転データが、前記監視対象設備のＯｎ／Ｏｆｆ信号であり、前記環境データが、前記監視対象設備の音情報であることを特徴とする請求項１に記載のプラント状態監視システム。
4. 前記音情報が、音響解析による周波数、音圧レベル、または、周波数成分であることを特徴とする請求項３に記載のプラント状態監視システム。
5. 前記状態変化検出手段は、前記監視対象設備の状態変化を検出する際に、適応共鳴理論を使用することを特徴とする請求項２に記載のプラント状態監視システム。
6. 前記監視対象設備の運転データを使用し、クラス分類し、ノイズ除去処理を実行するための環境データを選択することを特徴とする請求項１に記載のプラント状態監視システム。
7. 前記環境データと前記運転データとを組み合せて、前記監視対象設備の状態変化の原因を特定することを特徴とする請求項１に記載のプラント状態監視システム。
8. 監視対象設備の環境データおよび運転データを取得し、時刻と共に、前記環境データおよび前記運転データを使用して、前記運転データの入力の前後の前記環境データにラベルを付与するラベル付与処理を実行し、
   前記運転データの入力の前にラベルが付与された前記環境データから前記運転データの入力の後にラベルが付与された前記環境データを除去、または、前記運転データの入力の後にラベルが付与された前記環境データから前記運転データの入力の前にラベルが付与された前記環境データを除去し、ノイズ除去処理を実行し、
   前記環境データおよび前記運転データを関連付けて格納することを特徴とするプラント状態監視方法。

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