JP7203085B2 - 異常監視装置、異常監視方法、プログラム、制御装置およびプラント - Google Patents

Description

本発明は、異常監視装置および異常監視方法に関する。

プロセスデータのパターンを解析・監視することにより、ボイラの各種配管の噴破による高圧蒸気や高圧水のリーク等の異常を検知するシステムがある。一般にプラントの異常検知システムは、多数のプロセスデータに対して統計処理を施し、これらのプロセスデータのパターンが正常時のパターンとどの程度異なるかを評価して異常度を算出し、異常度の大小から正常か異常かを判定する。

特開２０１７－２１１８３９号公報

このような異常検知システムは、異常検知性能を高めるために複数種類のプロセスデータを組み合わせて総合的に異常判定結果を出力する。そのため、いずれのプロセスデータにどのようなパターン変化が生じた結果、異常と判定されたのかをオペレータが把握することは難しい。異常検知システムが異常を報知した際にオペレータが個々のプロセスデータのパターンを確認して異常判定結果の妥当性を検証することができず、オペレータはプラントを稼働させるか停止させるかの最終判断にためらうことがある。

本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、異常判定結果の妥当性を容易に検証することができる異常監視技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の異常監視装置は、システムの異常度の時系列データを表示する異常度表示部と、前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データを表示するプロセスデータ表示部とを含む。

この態様によると、システムのプロセス値の時系列データを個別に閲覧して異常判定の妥当性を確認することができる。

本発明の別の態様は、異常監視方法である。この方法は、システムの異常度の時系列データを表示する異常度表示ステップと、前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データを表示するプロセスデータ表示ステップとを含む。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システム、コンピュータプログラム、データ構造、記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、異常判定結果の妥当性を容易に検証することができる。

本実施の形態に係る異常監視装置の構成図である。 図１の異常監視装置の画面例を説明する図である。 図１の異常監視装置による異常監視処理の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本実施の形態に係る異常監視装置３００の構成図である。異常監視装置３００は、化学プラントや電力プラントなどのプロセス系システムの異常を監視するために用いられる。異常監視装置３００は、プロセスデータ取得部１０と、異常検知用データ選択部２０と、統計処理部３０と、異常度算出部４０と、正常／異常判定部５０と、選択対象表示部６０と、プロセスデータ選択部７０と、元データ表示部８０と、統計処理後データ表示部９０と、異常度表示部１００と、判定結果表示部１１０と、寄与度表示部１２０とを含む。

図２は、異常監視装置３００の画面例を説明する図である。図２の画面例を参照しながら、図１の異常監視装置３００の各構成を説明する。

プロセスデータ取得部１０は、プロセス系システムのセンサや測定機器から複数のプロセス値を時系列データで取得する。異常検知用データ選択部２０は、プロセスデータ取得部１０が取得する複数のプロセス値の内、特定の異常検知に用いるプロセス値を選択する。たとえば、ボイラの各種配管の噴破による高圧蒸気や高圧水のリーク等の異常を検知する場合、噴破検知に用いるプロセス値をいくつか選択する。

統計処理部３０は、異常検知用データ選択部２０により選択された異常検知用の各プロセス値に対して統計処理を行い、統計処理後の各プロセス値を異常度算出部４０に供給する。

異常度算出部４０は、統計処理後の各プロセス値を総合評価して異常度を算出する。各プロセス値の時系列パターンが正常時のパターンとどの程度異なるかを評価し、各プロセス値の異常度合いを示す評価値を重み付き加算することで総合評価し、最終的な異常度を算出する。

異常度表示部１００は、異常度算出部４０により算出された異常度をグラフで画面に表示する。図２の異常度グラフ２００は、異常度表示部１００により表示される異常度の時系列データであり、一例として過去２４時間の異常度の履歴がグラフで表示される。また、図２の異常度インジケータ２１０は、現時点の異常度を棒グラフで表したものである。

正常／異常判定部５０は、異常度算出部４０により算出された異常度を判断基準に照らして、システムが正常状態であるか異常状態であるかを判定する。

判定結果表示部１１０は、正常／異常判定部５０による判定結果を画面に表示する。図２の判定ウィンドウ２２０は、正常状態の場合はたとえば青色を表示し、異常状態の場合はたとえば赤色で表示する。

判定ウィンドウ２２０において正常か異常かの判定の結果を２値で示すことにより、オペレータは異常である場合を把握しやすくなる。また、判定ウィンドウ２２０において正常と示されている場合でも、オペレータは異常度インジケータ２１０を見て、異常度の指標をアナログ値で確認することができるため、同じ正常判定であっても、異常にはほど遠い正常状態であるのか、異常の手前にある正常状態であるのかを区別することができる。

選択対象表示部６０は、プロセスデータ取得部１０により取得された複数のプロセス値をリスト形式などで一覧表示し、異常検知用データ選択部２０により選択された異常検知用のプロセス値をリスト内で強調表示する。

図２の選択ウィンドウ２６０は、選択対象表示部６０が表示する複数のプロセス値のリストであり、ウィンドウ内の項目は上下にスクロールすることで表示しきれない部分の閲覧が可能である。この例では、プロセス値Ａ～Ｌの内、プロセス値Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｇ、Ｊが異常検知用データ選択部２０により選択されて異常値の算出に使用されており、これらのプロセス値が強調表示される。このように強調表示することでオペレータが異常度の評価に用いられたプロセス値を選択しやすくなる。

なお、選択ウィンドウ２６０には異常値の算出に使用されたプロセス値のみを表示し、それ以外のプロセス値は別のウィンドウから選択できるようにしてもよい。

プロセスデータ選択部７０は、選択対象表示部６０により一覧表示された複数のプロセス値の中から、閲覧したいプロセス値を選択する。オペレータは選択ウィンドウ２６０において強調表示された異常検知用のプロセス値の中から閲覧したいプロセス値を選択してもよく、強調表示されていない、つまり異常検知に用いられていないプロセス値の中から閲覧したいプロセス値を選択してもよい。

オペレータはマウスなどで選択ウィンドウ２６０にリストされた複数のプロセス値の中から閲覧したいプロセス値をクリックして選択することができ、別のプロセス値を閲覧したければ再度マウスでそのプロセス値をクリックすると切り替わる。図２は、選択ウィンドウ２６０において異常検知用のプロセス値Ｆをオペレータが選択した例を示す。

プロセスデータ選択部７０は、オペレータが選択したプロセス値を元データ表示部８０、統計処理後データ表示部９０、寄与度表示部１２０に通知する。元データ表示部８０および統計処理後データ表示部９０は、プロセスデータ表示部として機能する。

元データ表示部８０は、オペレータが選択したプロセス値の統計処理前の元データを異常検知用データ選択部２０から取得して画面にグラフで表示する。図２の元データグラフ２３０は、オペレータが選択したプロセス値Ｆの元データを時系列で示すグラフである。

統計処理後データ表示部９０は、オペレータが選択したプロセス値の統計処理後のデータを統計処理部３０から取得して画面にグラフで表示する。図２の統計処理後データグラフ２４０は、オペレータが選択したプロセス値Ｆの統計処理後データを時系列で示すグラフである。

オペレータは、元データグラフ２３０を参照することにより、閲覧したいプロセス値の統計処理前の元データの時間変化を見ることができる。オペレータは生データを観察することで、オペレータの経験や知識にもとづいて、統計処理後のデータからは把握できないようなプロセス系システムの兆候を調べることができる。また、オペレータは、統計処理後データグラフ２４０を参照することにより、プロセス値の時間変化を、統計処理によって注目すべき特徴が抽出された状態で観察することができるため、プロセス値に現れた特徴的な変化を容易に短時間で調べ、プロセス系システムの状態を早期に的確に判断することができる。

なお、オペレータが、異常検知用に選択されていないプロセス値を選択した場合は、元データ表示部８０がプロセスデータ取得部１０および統計処理部３０に異常検知用に選択されていないプロセス値の元データを供給し、統計処理部３０が異常検知用に選択されていないプロセス値を統計処理して統計処理後データ表示部９０に供給する。

オペレータが選択ウィンドウ２６０に表示された異常検知用のプロセス値の中から閲覧したいプロセス値を選択すると、異常度の時間変化が表示される異常度グラフ２００と並列に、閲覧したいプロセス値の時間変化が元データグラフ２３０および統計処理後データグラフ２４０に表示される。異常度が変化する場合、異常度の算出に影響を与えたプロセス値も同じような時間変化を示していると考えられる。オペレータは、異常度グラフ２００と、元データグラフ２３０または統計処理後データグラフ２４０とを見比べて、異常度の時間変化とプロセス値の時間変化を比較し、現在閲覧しているプロセス値が異常判定に寄与するものであるかどうかを視覚的に把握することができる。

オペレータは、選択ウィンドウ２６０に表示された異常検知用のプロセス値の中から閲覧したいプロセス値を切り替えることにより、異常度の算出に用いられた複数のプロセス値を次々に元データグラフ２３０および統計処理後データグラフ２４０に表示して、現在閲覧しているプロセス値が異常判定に寄与するものであるかどうかを確認していくことができる。一般に、異常度の算出に用いられたすべてのプロセス値が異常判定に寄与しているとは限られず、また、異常判定に寄与する場合でもどの程度寄与するかはプロセス値によって異なる。オペレータは、選択ウィンドウ２６０で閲覧したいプロセス値を切り替えることにより、各プロセス値の時間変化を個別に調べて、異常判定への影響の違いを個別に把握することができる。

また、オペレータは、選択ウィンドウ２６０に表示された異常検知に用いられていないプロセス値を選択することにより、異常度の算出には直接用いられていないが、オペレータが注目するプロセス値の時間変化を元データグラフ２３０および統計処理後データグラフ２４０に表示し、異常度グラフ２００の異常度の時間変化と見比べることができる。一般に、プロセス系システムが異常状態に遷移する過程では、異常度の算出には用いられていないプロセス値についても異常な値を示すことが多い。オペレータは、異常度の算出には直接用いられていないが、関連すると思われるプロセス値を選択して、時間変化を見ることで、本当に異常が発生しているのか、どの程度異常が広がりつつあるのかを判断することができる。

なお、異常度グラフ２００が異常度の特異な変化を示すものでなかったとしても、オペレータは、選択ウィンドウ２６０に表示されたプロセス値を選択し、個別にプロセス値の時間変化を元データグラフ２３０および統計処理後データグラフ２４０に表示して閲覧することができる。これにより、異常度グラフ２００の異常度には特異な変化がなくても、いずれかのプロセス値に特異な変化が生じていないか監視し、異常検知に役立てることができる。

この例では、オペレータは、統計処理後データグラフ２４０に表示されたプロセス値Ｆの時系列データが異常度グラフ２００に表示された異常度の時系列データに類似したパターンであることから、プロセス値Ｆが異常判定に大きく寄与していることを把握することができる。もしプロセス値Ｆの時間変化に異常を示す兆候が現れていないなら、プロセス値Ｆは異常度の算出に寄与していないことがわかる。また、オペレータは、元データグラフ２３０に表示されたプロセス値Ｆの統計処理前の元データの時系列と、統計処理後データグラフ２４０に表示されたプロセス値Ｆの統計処理後データの時系列を比較して統計処理後データに信号の特徴が抽出されているかどうかを見ることで統計処理の有効性を確認することもできる。

寄与度表示部１２０は、オペレータが選択したプロセス値が異常度判定にどの程度寄与しているかを寄与率で表示する。図２の寄与度ウィンドウ２５０は、オペレータが選択したプロセス値Ｆの寄与度が３５％であることを示している。各プロセスの寄与度を選択ウィンドウ２６０にリストされるプロセス値に関連づけて表示してもよい。選択ウィンドウ２６０に寄与度を表示することにより寄与度が大きいプロセス値を迅速に見つけることができる。異常検知に用いられた各プロセス値の寄与度を円グラフや棒グラフで表示してもよい。これにより各プロセス値の寄与度の違いや大小を容易に判別することができる。

異常度の算出に数個のプロセス値が用いられている場合でも、異常が広がると他のプロセス値にもその影響が現れる。そこで、オペレータは、異常判定が誤報でないか確認するために、異常度の算出には直接用いられていないプロセス値を選択ウィンドウ２６０から選んでそのプロセス値の時系列パターンを表示させ、異常判定が誤報でないことを確認することができる。

図３は、異常監視装置３００による異常監視処理の手順を示すフローチャートである。

異常度表示部１００は、異常度の履歴をグラフで表示する（Ｓ１０）。判定結果表示部１１０は、システムが正常か異常かを判定した結果を表示する（Ｓ１２）。選択対象表示部６０は、プロセス値のリストにおいて、異常度算出に用いたプロセス値を強調表示する（Ｓ１４）。

プロセスデータ選択部７０は、リストから個別に閲覧したいプロセス値をオペレータに選択させる（Ｓ１６）。元データ表示部８０、統計処理後データ表示部９０はそれぞれ、オペレータが選択したプロセス値の元データ、統計処理後データを時系列でグラフに表示する（Ｓ１８）。

オペレータが選択したプロセス値が異常検知に用いられたものである場合（Ｓ２０のＹ）、寄与度表示部１２０は、オペレータが選択したプロセス値が異常度の評価に寄与した度合いを表示する（Ｓ２２）。ステップＳ１６に戻り、オペレータに別のプロセス値を選択させ、それ以降の処理を繰り返す。

オペレータが選択したプロセス値が異常度算出に用いられたものではない場合（Ｓ２０のＮ）、ステップＳ２２をスキップし、ステップＳ１６に戻り、オペレータに別のプロセス値を選択させ、それ以降の処理を繰り返す。

本実施の形態の異常監視装置３００によれば、異常が通知された場合、オペレータが異常判定に寄与したプロセスデータを個別に選択して閲覧し、異常度の時系列パターンと選択したプロセスデータの時系列パターンを比較して、異常判定結果の妥当性を容易に検証することができる。また、オペレータは、異常検知に直接用いられたプロセス値の時系列パターンだけでなく、異常検知に直接には用いられていないプロセス値についても時系列パターンをグラフに表示させることができるため、異常判定が誤報であるかどうかを確認することができる。このようにして異常監視装置３００は、プラントを停止すべきかどうかのオペレータの最終判断を支援することができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

システムの異常監視技術に利用できる。

１０ プロセスデータ取得部、 ２０ 異常検知用データ選択部、 ３０ 統計処理部、 ４０ 異常度算出部、 ５０ 正常／異常判定部、 ６０ 選択対象表示部、 ７０
プロセスデータ選択部、 ８０ 元データ表示部、 ９０ 統計処理後データ表示部、
１００ 異常度表示部、 １１０ 判定結果表示部、 １２０ 寄与度表示部、 ３００ 異常監視装置。

Claims (8)

1. システムの異常度の時系列データを表示する異常度表示部と、
   前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データを表示するプロセスデータ表示部と、
   前記システムの状態に関わる複数のプロセス値を一覧表示し、前記異常度の評価に用いられたプロセス値については強調表示する選択対象表示部とを含むことを特徴とする異常監視装置。
2. システムが正常状態または異常状態のいずれであるかの判定結果を表示する判定結果表示部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
3. 前記システムの状態に関わる複数のプロセス値の中から閲覧すべきプロセス値をオペレータに選択させる選択部をさらに含み、
   前記プロセスデータ表示部は、前記オペレータにより選択されたプロセス値の時系列データを切り替えて表示することを特徴とする請求項１または２に記載の異常監視装置。
4. 前記システムの状態に関わるプロセス値が前記異常度に寄与する度合いを表示する寄与度表示部をさらに含む請求項１から３のいずれかに記載の異常監視装置。
5. システムの異常度の時系列データを表示する異常度表示ステップと、
   前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データを表示するプロセスデータ表示ステップと、
   前記システムの状態に関わる複数のプロセス値を一覧表示し、前記異常度の評価に用いられたプロセス値については強調表示する選択対象表示ステップとを含むことを特徴とする異常監視方法。
6. システムの異常度の時系列データを表示する異常度表示ステップと、
   前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データを表示するプロセスデータ表示ステップと、
   前記システムの状態に関わる複数のプロセス値を一覧表示し、前記異常度の評価に用いられたプロセス値については強調表示する選択対象表示ステップとをコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
7. システムの制御を支援するために、前記システムの異常時に、前記システムの異常度の時系列データと、前記システムの状態に関わるプロセス値の時系列データとを表示し、前記システムの状態に関わる複数のプロセス値を一覧表示し、前記異常度の評価に用いられたプロセス値については強調表示する制御装置。
8. プロセス系システムの異常時に、前記プロセス系システムの異常度の時系列データと、前記プロセス系システムの状態に関わるプロセス値の時系列データとを表示し、前記プロセス系システムの状態に関わる複数のプロセス値を一覧表示し、前記異常度の評価に用いられたプロセス値については強調表示するプラント。

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