JP7232028B2 - Operation monitoring device and method - Google Patents
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Description
本発明は、バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視技術に関する。 The present invention relates to an operation monitoring technique for monitoring the operating status of a batch process.
一般に、プラントシステムでは、一定量の原料や製品を製造単位として、製造単位ごとに同じプロセスを繰り返し実行する、いわゆるバッチプロセスが実行されている。バッチプロセスでは、予め設定されたバッチシーケンスに基づいて各種のプラント機器が自動運転される。バッチプロセスにおいて、いずれかのプラント機器で異常が発生した場合、その異常がプラントシステム全体に影響を及ぼす可能性がある。このため、プラントシステムでは、バッチプロセスから取得した各種のプロセス量に基づいて、バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視装置が用いられている。 Generally, in a plant system, a so-called batch process is executed, in which the same process is repeatedly executed for each manufacturing unit, with a fixed amount of raw materials or products being manufactured. In a batch process, various plant equipment is automatically operated based on a preset batch sequence. In a batch process, if an abnormality occurs in any plant equipment, the abnormality may affect the entire plant system. For this reason, in plant systems, an operation monitoring device is used to monitor the operating status of a batch process based on various process variables obtained from the batch process.
従来、このような運転監視装置として、プラント機器の動作時間に基づいて、バッチプロセスの運転状況を監視する技術が提案されている(特許文献1など参照)。これは、プラント機器から取得した動作信号に基づいて、動作の開始から終了までの動作時間をバッチ運転ごとに収集して、動作時間に関する基準範囲を予め導出しておき、監視対象となるバッチ運転から得られた動作時間が基準範囲から外れた場合、プラント機器での異常予兆ありと診断するようにしたものである。
Conventionally, as such an operation monitoring device, a technique for monitoring the operation status of a batch process based on the operation time of plant equipment has been proposed (see
前述した従来技術は、バッチプロセスの異常予兆が、プラント機器の運転開始から運転終了までの動作時間の変化に前もって現れることを前提として、過去に得られた正常完了時の動作時間を判定基準として用いるものである。しかしながら、このような前提に基づく異常予兆を検知する方法では、実際のバッチプロセスの運転状況を示すプロセス量に正常時とは異なる変化が現れるような異常予兆については検知することができないという問題点があった。 The above-mentioned prior art is based on the premise that an abnormality sign of a batch process appears in advance in the change in operation time from the start of operation to the end of operation of plant equipment, and the operation time at the time of normal completion obtained in the past is used as a judgment criterion. It is used. However, the method of detecting an anomaly sign based on such a premise cannot detect an anomaly sign such as a change that differs from the normal state in the process quantity that indicates the actual operating status of the batch process. was there.
例えば、化学反応を利用するバッチプロセスの場合、原料仕込、除熱、かくはん、運転操作などの原因により、反応温度や反応圧力が急変して反応物質が容器や配管から漏えいし、爆発や火災に至った事故が報告されている。このようなケースでは、反応温度や反応圧力など、実際のバッチプロセスの運転状況を示すプロセス量が、その目標値から大きく乖離するという、顕著な異常予兆が現れている。このようなケースについては、プラント機器の運転開始から運転終了までの動作時間に基づいて、異常予兆を正確に検知することは難しい。 For example, in the case of a batch process that uses chemical reactions, the reaction temperature and reaction pressure can suddenly change due to factors such as raw material charging, heat removal, agitation, and operation. Accidents have been reported. In such a case, there is a significant anomaly sign that the process variables, such as the reaction temperature and the reaction pressure, which indicate the actual operating conditions of the batch process deviate greatly from their target values. In such cases, it is difficult to accurately detect signs of abnormality based on the operation time from the start of operation of plant equipment to the end of operation.
また、プラント機器の動作時間に基づき異常予兆を検知するためには、プラント機器が動作を開始してから少なくとも正常完了時間が経過するまで待機する必要がある。したがって、バッチプロセスの異常予兆を早期に検知できないだけでなく、異常予兆の検知が遅れて深刻な事態となる可能性もある。 Moreover, in order to detect an anomaly sign based on the operation time of plant equipment, it is necessary to wait until at least the normal completion time elapses after the plant equipment starts operating. Therefore, it is not only impossible to detect an anomaly sign of a batch process at an early stage, but there is also the possibility that the detection of an anomaly sign will be delayed, resulting in a serious situation.
また、一般には、個々のバッチプロセスにおいて、原材料の量や質、さらには冷却水温度や気温などの運転条件は一定ではない。しかしながら、このような運転条件が変化すると、プラント機器の動作時間は大きく変動する。したがって、動作時間に現れるバッチプロセスの異常予兆が、このような各種要因で変動する動作時間の変動幅より小さい場合、プラント機器の動作時間に基づく異常予兆の検知では、このようなケースにおける異常を正確に検知することは難しい。 Moreover, in general, the quantity and quality of raw materials, cooling water temperature, air temperature, and other operating conditions are not constant in individual batch processes. However, when such operating conditions change, the operating time of the plant equipment greatly fluctuates. Therefore, if the abnormal sign of the batch process that appears in the operating time is smaller than the fluctuation range of the operating time that fluctuates due to these various factors, the detection of the abnormal sign based on the operating time of the plant equipment will not detect such a case. Accurate detection is difficult.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、バッチプロセスの異常予兆を正確かつ早期に検知できる運転監視技術を提供することを目的としている。 The present invention is intended to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an operation monitoring technique capable of accurately and early detection of signs of abnormalities in a batch process.
このような目的を達成するために、本発明にかかる運転監視装置は、バッチプロセスから取得した監視対象となるプロセス量に基づいて、監視タイミングごとに前記バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視装置であって、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算部と、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測部と、前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値とに基づいて、前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知部とを備えている。 In order to achieve such an object, an operation monitoring apparatus according to the present invention monitors the operation status of a batch process at each monitoring timing based on the process amount to be monitored obtained from the batch process. a target value trajectory calculation unit that calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on a transition of the target value related to the process variable set in advance; a process variable prediction unit that predicts a future predicted value of the process variable at a future monitoring timing included in a future interval based on time-series data; and based on the future predicted value and the target value at the future monitoring timing. and an anomaly sign detection unit that detects an anomaly sign that may occur in the future interval.
また、本発明にかかる上記運転監視装置の一構成例は、前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算部をさらに備え、前記異常予兆検知部は、前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知するようにしたものである。 Further, one configuration example of the operation monitoring device according to the present invention further includes a change speed calculation unit that calculates a change speed indicating a change amount per unit time of the future prediction value at the future monitoring timing, The anomaly sign detection unit compares the rate of change with a preset threshold value at each of the future monitoring timings, and detects a sign of an anomaly that may occur in the future interval based on the obtained comparison result. It is designed to detect.
また、本発明にかかる他の運転監視装置は、バッチプロセスから取得した監視対象となるプロセス量に基づいて、監視タイミングごとに前記バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視装置であって、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算部と、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測部と、前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算部と、前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知部とを備えている。 Further, another operation monitoring device according to the present invention is an operation monitoring device that monitors the operation status of the batch process at each monitoring timing based on the process amount to be monitored acquired from the batch process. a target value trajectory calculating unit that calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on the transition of the target value related to the process variable obtained in the past; , a process variable prediction unit that predicts a future predicted value of the process variable at a future monitoring timing included in the future interval; A change speed calculator that calculates the change speed and a preset threshold value are compared for each of the future monitoring timings, and an abnormality that can occur in the future interval is determined based on the obtained comparison result. and an anomaly sign detection unit that detects a sign.
また、本発明にかかる上記運転監視装置の一構成例は、前記未来区間に発生しうる異常の予兆が検知されたことを示す警報を出力する警報出力部をさらに備え、前記異常予兆検知部は、前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値との偏差が所定の許容偏差より大きい場合、前記警報出力部に警報を出力させるようにしたものである。 Further, one configuration example of the operation monitoring apparatus according to the present invention further includes an alarm output unit that outputs an alarm indicating that a sign of an abnormality that may occur in the future section has been detected, and the abnormality sign detection unit and outputting an alarm from the alarm output unit when the deviation between the future predicted value and the target value at the future monitoring timing is larger than a predetermined allowable deviation.
また、本発明にかかる上記運転監視装置の一構成例は、前記未来区間に発生しうる異常の予兆が検知されたことを示す警報を出力する警報出力部をさらに備え、前記異常予兆検知部は、前記変化速度が前記しきい値を超えた場合、前記警報出力部に警報を出力させるようにしたものである。 Further, one configuration example of the operation monitoring apparatus according to the present invention further includes an alarm output unit that outputs an alarm indicating that a sign of an abnormality that may occur in the future section has been detected, and the abnormality sign detection unit and, when the speed of change exceeds the threshold value, the alarm output section is caused to output an alarm.
また、本発明にかかる上記運転監視装置の一構成例は、前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データと前記プロセス量に関する目標値の推移とから、過去の監視タイミングごとに得られるプロセス量と目標値との偏差に基づいて、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記偏差を予測し、前記未来の監視タイミングにおける前記目標値から前記偏差を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値を計算するようにしたものである。 Further, in one configuration example of the operation monitoring device according to the present invention, the process variable prediction unit predicts the past monitoring from the time-series data of the process variable obtained in the past and the transition of the target value related to the process variable. Based on the deviation between the process variable and the target value obtained at each timing, the deviation at the future monitoring timing is predicted for each of the future monitoring timings, and the deviation is calculated from the target value at the future monitoring timings. By subtracting, the future prediction value at the future monitoring timing is calculated.
また、本発明にかかる運転監視方法は、目標値軌道計算部、プロセス量予測部、および異常予兆検知部を備え、バッチプロセスから取得した監視対象となるプロセス量に基づいて、監視タイミングごとに前記バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視装置で用いられる運転監視方法であって、前記目標値軌道計算部が、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算ステップと、前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測ステップと、前記異常予兆検知部が、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値とに基づいて、前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知ステップとを備えている。 Further, the operation monitoring method according to the present invention includes a target value trajectory calculation unit, a process amount prediction unit, and an abnormality sign detection unit. An operation monitoring method used in an operation monitoring device for monitoring the operation status of a batch process, wherein the target value trajectory calculation unit determines the target value at the monitoring timing based on the transition of the target value related to the process variable set in advance a target value trajectory calculation step of calculating a target value trajectory indicating a value; a process variable prediction step of predicting a future predicted value of the process variable at the future monitoring timing; and an anomaly sign detection step of detecting an anomaly sign that may occur in the future interval based on the target value.
また、本発明にかかる他の運転監視方法は、目標値軌道計算部、プロセス量予測部、変化速度計算部、および異常予兆検知部を備え、バッチプロセスから取得した監視対象となるプロセス量に基づいて、監視タイミングごとに前記バッチプロセスの運転状況を監視する運転監視装置で用いられる運転監視方法であって、前記目標値軌道計算部が、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算ステップと、前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測ステップと、前記変化速度計算部が、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算ステップと、前記異常予兆検知部が、前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知ステップとを備えている。 Another operation monitoring method according to the present invention includes a target value trajectory calculation unit, a process variable prediction unit, a change speed calculation unit, and an abnormality sign detection unit, and is based on a process variable to be monitored obtained from a batch process. an operation monitoring method for use in an operation monitoring device for monitoring the operation status of the batch process at each monitoring timing, wherein the target value trajectory calculation unit calculates the desired value based on the transition of the preset target value related to the process variable a target value trajectory calculating step of calculating a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing; a process variable prediction step of predicting a future predicted value of the process variable at the future monitoring timing for each future monitoring timing; a change rate calculation step of calculating a rate of change indicating an amount of change per unit time of the predicted future value in the above; and an anomaly sign detection step of comparing with a threshold value and detecting an anomaly sign that may occur in the future interval based on the obtained comparison result.
本発明によれば、プロセス量の未来予測値が、目標値軌道の目標値から許容偏差より大きく乖離した場合、あるいは未来予測値の変化速度が許容範囲を逸脱した場合には、直ちに異常予兆として検知され、さらには警報が出力されることになる。したがって、監視タイミングごとに、当該監視タイミングより未来の未来区間に発生しうる異常の有無を確認することができ、バッチプロセスの異常予兆を正確かつ早期に検知することが可能となる。 According to the present invention, when the future predicted value of the process variable deviates from the target value of the target value trajectory by more than the allowable deviation, or when the change speed of the future predicted value deviates from the allowable range, it is immediately regarded as an anomaly sign. It will be detected and an alarm will be output. Therefore, for each monitoring timing, it is possible to confirm the presence or absence of an abnormality that may occur in the future interval from the monitoring timing, and it is possible to accurately and early detect a sign of abnormality in the batch process.
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
[運転監視装置]
まず、図1を参照して、本実施の形態にかかる運転監視装置10について説明する。図1は、運転監視装置の構成を示すブロック図である。
この運転監視装置10は、全体としてPCやサーバー装置などの情報処理装置からなり、プロセス機器から取得したプロセス量に基づいてバッチプロセスの運転状況を監視し、異常予兆を検知する装置である。
Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Operation monitoring device]
First, a
The
コントローラ21は、全体として産業用のコントローラなどの制御装置からなり、通信回線L2を介して配下に接続されたセンサ22やアクチュエータ23などのフィールド機器を制御し、これらフィールド機器で検出されたプロセス量を通信回線L1を介して上位装置20や運転監視装置10へ配信する装置である。
上位装置20は、全体としてサーバー装置などの情報処理装置からなり、通信回線L1を介してコントローラ21の動作を管理するとともに、コントローラ21から取得したプロセス量を通信回線L1を介して運転監視装置10へ配信する機能を有している。
The
The
図1に示すように、運転監視装置10は、主な構成として、通信I/F部11、操作入力部12、画面表示部13、記憶部14、および演算処理部15を備えている。
As shown in FIG. 1, the
通信I/F部11は、通信回線L1を介して上位装置20やコントローラ21などの外部装置とデータ通信を行う機能を有している。
操作入力部12は、キーボード、マウス、タッチキーなどの操作入力装置からなり、入力されたオペレータ操作を検出して演算処理部15へ出力する装置である。
画面表示部13は、LCDなどの画面表示装置からなり、演算処理部15から出力されたメニュー画面、設定画面、入力画面、出力画面などの各種画面を画面表示する装置である。
The communication I/
The
The
記憶部14は、ハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置からなり、演算処理部15で実行される運転監視処理に用いる各種の処理データやプログラム14Pを記憶する装置である。
プログラム14Pは、演算処理部15のCPUと協働することにより、運転監視処理を実行するプログラムであり、運転監視装置10に接続された外部装置や記憶媒体から予め読み出されて記憶部14へ格納される。
The
The
記憶部14で記憶する主な処理データとして、運転データ14A、目標値軌道データ14B、プロセス量データ14C、および予測値データ14Dがある。
Main processing data stored in the
運転データ14Aは、バッチプロセスの運転内容を示すデータであり、監視対象となる各対象プロセス量の目標値の推移も含まれている。
The
目標値軌道データ14Bは、予め設定された監視タイミングにおける、対象プロセス量に関する目標値の推移を示す時系列データである。以下では、監視タイミングとして一定の監視周期で到来するタイミングを用いた場合を例として説明するが、これに限定されるものではなく、例えばバッチプロセスの進行に合わせて設定した離散的なタイミングであってもよい。
The target
プロセス量データ14Cは、上位装置20やコントローラ21から取得した、バッチプロセスで監視対象となるプロセス量である対象プロセス量を示すデータである。プロセス量データ14Cには、バッチプロセスの開始に応じて、バッチプロセスから取得した対象プロセス量が順次格納される。
The
予測値データ14Dは、新たな対象プロセス量を取得した時点からバッチプロセス終了時点までの未来区間における予測値を示す時系列データである。予測値データ14Dには、監視タイミングごとに予測した、対象プロセス量の未来予測値と、この未来予測値の単位時間当たりの変化量を示す変化速度予測値とが含まれている。
The predicted
演算処理部15は、CPUとその周辺回路からなり、CPUとプログラム14Pとが協働することにより、運転監視処理を行う各種の処理部を実現する回路部である。
演算処理部15で実現される主な処理部として、目標値軌道計算部15A、データ取得部15B、プロセス量予測部15C、変化速度計算部15D、異常予兆検知部15E、および警報出力部15Fがある。
The
Main processing units implemented by the
目標値軌道計算部15Aは、記憶部14の運転データ14Aに含まれる、対象プロセス量の目標値の推移を近似して、監視タイミングごとに目標値を計算し、目標値軌道データ14Bとして記憶部14へ保存する機能を有している。運転データ14Aに含まれる対象プロセス量の目標値は、バッチプロセスの開始から終了までの推移を示すものであるが、必ずしも監視タイミングに同期した値を示すものではない。したがって、目標値軌道計算部15Aは、折線近似などの公知の近似手法で近似して、予め監視タイミングごとに目標値を計算しておく。
The target value
図2は、目標値軌道データの生成例である。図2に示すように、時刻ti,ti+1における目標値をri,ri+1とした場合、時刻tiから時刻ti+1までの期間に含まれる、監視周期τの数jmaxと監視周期τに同期した監視タイミングtbとは、次の式(1)で求められる。
したがって、監視タイミングtbにおける目標値r(tb)、すなわち目標値軌道データ14Bは、与えられた目標値ri,ri+1を折線近似することにより、次の式(2)で求められる。なお、監視タイミングtbにおける目標値r(tb)が目標値riとして与えられている場合、目標値r(tb)として目標値riを用いればよい。
データ取得部15Bは、通信I/F部11から通信回線L1を介して上位装置20やコントローラ21から、新たな対象プロセス量を順次取得して、記憶部14のプロセス量データ14Cに保存する処理部である。
新たな対象プロセス量を記憶部14に保存する際、データ取得部15Bで、それまでに取得した対象プロセス量に基づいて、新たな対象プロセス量に対する、外れ値補正処理や指数平滑フィルターを用いたスムージング処理を実行してもよい。
The
When the new target process quantity is stored in the
プロセス量予測部15Cは、目標値軌道データ14Bとプロセス量データ14Cとに基づいて、新たな対象プロセス量を取得した時点からバッチプロセス終了時点までの未来区間における監視タイミングごとに、対象プロセス量の未来予測値を予測し、記憶部14の予測値データ14Dに格納する処理部である。
Based on the target
対象プロセス量の目標値は未来区間において既知なので、未来区間における目標値と未来予測値との偏差である偏差予測値が分かれば、偏差予測値を目標値から減算することにより未来予測値が得られる。
本発明は、まず予測アルゴリズムを用いて過去の偏差から未来区間における偏差予測値を予測し、これら偏差予測値を目標値から減算することにより未来予測値を計算する。また、本発明は、予測アルゴリズムとして、公知のARモデル(Auto-Regressive model:自己回帰モデル)によるアルゴリズムを用いている。
Since the target value of the target process variable is known in the future interval, if the deviation prediction value, which is the deviation between the target value and the future prediction value in the future interval, is known, the future prediction value can be obtained by subtracting the deviation prediction value from the target value. be done.
The present invention first predicts deviation prediction values in the future interval from past deviations using a prediction algorithm, and calculates future prediction values by subtracting these deviation prediction values from target values. Moreover, the present invention uses an algorithm based on a known AR model (Auto-Regressive model) as a prediction algorithm.
ARモデルは、自身の過去の時系列データのみを用いて現在値を推定できる。時刻tにおける目標値r(t)から対象プロセス量y(t)を減算した値を偏差d(t)として定義し、ARモデルの次数をp(pは2以上の整数)とし、ARモデルのモデル調整パラメータをa=[a1,a2,…,ap]Tとした場合、時刻tにおける偏差予測値dpred(t)は、次の式(3)により求められる。
モデル調整パラメータaを推定する際、現時点を含む偏差の過去時系列{d(t),d(t-1),…,d(t-2q)}(q>p)を与え、偏差の過去時系列を示すXとモデル調整パラメータaとを用いて、ARモデルによる推定値時系列を表す連立方程式、dpred=Xaを得る。
次に、推定値誤差の2次形式を最小化する次の最適化問題を解き、モデル調整パラメータを定める。この際、過去時系列の変動が微小でノイズを多く含む場合にも安定なモデル調整パラメータaが得られるように、次の式(4)に示すように、オーバーフィティングを抑えるロバスト性調整パラメータλを導入する。
Next, solve the following optimization problem that minimizes the quadratic form of the estimate error to determine the model tuning parameters. At this time, in order to obtain a stable model adjustment parameter a even when the variation in the past time series is minute and contains a lot of noise, as shown in the following equation (4), the robustness adjustment parameter introduce λ.
これにより、時刻tからm(mは1以上の整数)個分だけ未来の、偏差予測値dpred(t+m)と未来予測値ypred(t+m)は、次の式(5)により求められる。
ここで、対象プロセス量の未来予測値を求める際に偏差予測値を用いる理由について説明する。図3は、対象プロセス量を用いた未来予測値の計算例であり、図4は、図3の監視画面表示例である。なお、図3および図4において、監視周期τは2分とし、式(4)におけるモデル調整パラメータaは[p=40,q=120,λ=0.2]として未来予測値を予測した。
図3および図4において、YHはARモデルの作成に用いた過去の対象プロセス量yの推移を示す履歴値データであり、YPは対象プロセス量の未来予測値ypredの推移を示す予測値データである。また、YAは対象プロセス量の実測値yの推移を示す実測値データであり、SPは対象プロセス量の目標値rの推移を示す目標値データである。
Here, the reason why the deviation prediction value is used when obtaining the future prediction value of the target process variable will be described. FIG. 3 shows an example of calculation of the future prediction value using the target process quantity, and FIG. 4 shows an example of monitor screen display of FIG. In FIGS. 3 and 4, the future prediction value was predicted with the monitoring cycle τ set to 2 minutes and the model adjustment parameter a in Equation (4) set to [p=40, q=120, λ=0.2].
In FIGS. 3 and 4, YH is historical value data indicating the transition of the past target process quantity y used to create the AR model, and YP is predicted value data indicating the transition of the future predicted value y pred of the target process quantity. is. Further, YA is actual measurement value data indicating transition of the actual measurement value y of the target process variable, and SP is target value data indicating transition of the target value r of the target process variable.
図3および図4に示すように、絶対値である対象プロセス量の履歴値データYHを用いて未来区間Fにおける未来予測値YPを予測した場合、目標値データSPがランプ状に上昇または下降する前後の時間帯で、未来予測値YPが実測値データYAから乖離して、未来予測値YPに大きな誤差が生じる。これは、目標値データSPが変化して、ARモデルの作成に用いた対象プロセス量の履歴値データYHの推移が目標値データSPから大きく乖離したため、対象プロセス量の未来予測値YPの誤差として現れたものである。 As shown in FIGS. 3 and 4, when the future prediction value YP in the future interval F is predicted using the history value data YH of the target process variable, which is an absolute value, the target value data SP rises or falls in a ramp-like manner. The future prediction value YP deviates from the measured value data YA in the preceding and succeeding time zones, and a large error occurs in the future prediction value YP. This is because the target value data SP has changed, and the transition of the historical value data YH of the target process quantity used to create the AR model has largely deviated from the target value data SP. It has appeared.
一方、図5は,偏差を用いた未来予測値の計算例であり、図6は、図5の監視画面表示例である。なお、図5および図6において、監視周期τは2分とし、式(4)におけるモデル調整パラメータaは[p=40,q=120,λ=0.2]として未来予測値を予測した。
図5および図6において、DHはARモデルの作成に用いた過去の偏差dの推移を示す履歴値データであり、DPは偏差の未来予測値すなわち偏差予測値dpredの推移を示す偏差予測値データである。また、DAは偏差の実測値dの推移を示す実測値データであり、SPは対象プロセス量の目標値rの推移を示す目標値データである。また、YPは対象プロセス量の未来予測値ypredの推移を示す予測値データであり、YAは対象プロセス量の実測値yの推移を示す実測値データである。
On the other hand, FIG. 5 is a calculation example of the future prediction value using the deviation, and FIG. 6 is a monitoring screen display example of FIG. In FIGS. 5 and 6, the future prediction value was predicted with the monitoring cycle τ set to 2 minutes and the model adjustment parameter a in Equation (4) set to [p=40, q=120, λ=0.2].
5 and 6, DH is history value data indicating the transition of the past deviation d used to create the AR model, and DP is the future prediction value of the deviation, that is, the deviation prediction value indicating the transition of the deviation prediction value d pred Data. Further, DA is the measured value data indicating the transition of the actual measured value d of the deviation, and SP is the target value data indicating the transition of the target value r of the target process variable. YP is predicted value data indicating the transition of the future predicted value y pred of the target process variable, and YA is actual measurement data indicating the transition of the actual measurement value y of the target process variable.
図5に示すように、偏差の履歴値データDHを用いて偏差予測値DPを予測した場合、図3と同様に、目標値データSPがランプ状に推移する前後の時間帯で、偏差予測値DPが実測値データDAから乖離して、偏差予測値DPに大きな誤差が生じる。しかし、相対値である偏差は常にゼロを中心にして変化するので、目標値データSPが変化しても、ARモデルの作成に用いた偏差の履歴値データDHの推移は大きく変化しない。このため、対象プロセス量の未来予測値YPに対してあまり影響せず、安定した未来予測値YPが得られることになる。 As shown in FIG. 5, when the deviation prediction value DP is predicted using the deviation history value data DH, similar to FIG. DP diverges from the measured value data DA, and a large error occurs in the deviation predicted value DP. However, since the deviation, which is a relative value, always changes around zero, even if the target value data SP changes, the transition of the deviation history value data DH used to create the AR model does not change significantly. Therefore, the future prediction value YP of the target process quantity is not greatly affected, and a stable future prediction value YP can be obtained.
変化速度計算部15Dは、プロセス量データ14Cと予測値データ14Dとを記憶部14から取得し、これらプロセス量データ14Cおよび予測値データ14Dに含まれる対象プロセス量に関する、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算し、記憶部14の予測値データ14Dに格納する処理部である。ここでは、時刻tから過去N(Nは2以上の整数)個分の対象プロセス量の移動平均値を変化速度の計算に用いる。このため、時刻tが未来時刻の場合には、移動平均処理の対象に未来予測値が含まれることになる。以下の変化速度の計算に関する説明では、対象プロセス量に関する過去の値および未来予測値を区別なく対象プロセス量と呼ぶ場合もある。
The
図7は、変換速度計算例を示す説明図である。時刻tにおける対象プロセス量をy(t)とした場合、時刻tから過去N個分の対象プロセス量の移動平均ymavg(t)は、次の式(6)で求められる。
したがって、対象プロセス量のサンプリング周期をτkとし、移動平均ymavg(t)を計算する監視周期をτとし、変化速度を計算する微分刻み時間をΔtとし、微分刻み時間Δtに相当する時刻差分をnとした場合、時刻tにおける変化速度v(t)は、次の式(7)で求められる。
なお、変化速度を計算する際、上記の単純移動平均に代えて、次の式(8)に示すように、加重移動平均(Weighted Moving Average:WMA)を用いて計算してもよい。
また、得られた変化速度に対して、平滑フィルターを用いたスムージング処理を適用し、変化速度を平滑化してもよい。この際、スタックメモリとして、FILO(first in last out:後入れ先出し)構造のメモリを用いることにより、平滑化処理を効率よく実行できる。監視周期をτとし、変化速度を計算する微分刻み時間をΔtとし、平滑フィルターのフィルター係数をαとした場合、変化速度平滑値vsmoothは、次の式(9)で求められる。なお、フィルター係数αである。
異常予兆検知部15Eは、目標値軌道データ14Bと予測値データ14Dとを記憶部14から取得し、目標値軌道データ14Bに含まれる目標値軌道の目標値rに、予め設定されている許容偏差daを与えることにより許容範囲rwを計算し、予測値データ14Dに含まれる対象プロセス量の未来予測値ypredと許容範囲rwとを比較して、得られた比較結果に基づいて未来区間に発生しうる異常の予兆を検知し、未来予測値ypredと目標値rとの偏差が所定の許容偏差より大きく、未来予測値ypredが許容範囲rwから逸脱した場合、警報出力部15Fに警報を出力させる処理部である。
The abnormality
許容範囲rw(t+m)は、目標値r(t+m)に許容偏差daを加算した許容範囲上限rwh(t+m)=r(t+m)+daと、目標値r(t+m)から許容偏差daを減算した許容範囲下限rwl(t+m)=r(t+m)-daとで規定される。
未来予測値ypred(t+m)が許容範囲上限rwh(t+m)を超えた場合、あるいは、未来予測値ypred(t+m)が許容範囲下限rwl(t+m)を下回った場合、当該プロセス量に関する警報が出力される。
The allowable range rw(t+m) is defined by the allowable range upper limit rwh(t+m)=r(t+m)+da obtained by adding the allowable deviation da to the target value r(t+m), and the allowable range rwh(t+m)=r(t+m)+da obtained by subtracting the allowable deviation da from the target value r(t+m). The lower range limit is defined as rwl(t+m)=r(t+m)-da.
When the future predicted value y pred (t+m) exceeds the allowable upper limit rwh (t+m), or when the future predicted value y pred (t+m) falls below the allowable lower limit rwl (t+m), an alarm related to the process variable is issued. output.
また、異常予兆検知部15Eは、予測値データ14Dに含まれる変化速度予測値vpredを、予め設定されているしきい値vthと比較して、得られた比較結果に基づいて未来区間に発生しうる異常の予兆を検知し、変化速度予測値vpredがしきい値vthを超えた場合、警報出力部15Fに警報を出力させる処理部である。
Further, the abnormality
警報出力部15Fは、異常予兆検知部15Eからの指示に応じて、未来区間に発生しうる異常の予兆を検知したことを示す警報を出力する機能を有している。警報出力部15Fから出力する警報は、画面表示部13で画面表示してもよく、通信I/F部11から通信回線L1を介して上位装置20へ通知してもよい。
The
[本実施の形態の動作]
次に、図8を参照して、本実施の形態にかかる運転監視装置10の動作について説明する。図8は、運転監視処理を示すフローチャートである。
運転監視装置10は、バッチプロセスの開始に応じて、図8の運転監視処理を実行する。なお、運転開始処理の実行時には、記憶部14に運転データ14Aが格納されているものとする。また、監視タイミングや監視対象となるプロセス量については、予め設定されているものとする。
[Operation of this embodiment]
Next, operation of the
The
まず、目標値軌道計算部15Aは、記憶部14から運転データ14Aを取得し、その運転データ14A含まれる、対象プロセス量の目標値の推移を、折線近似などの公知の近似手法で近似して、監視タイミングごとに目標値rを計算し、目標値軌道データ14Bとして記憶部14へ保存する(ステップS100)。
First, the target value
次に、データ取得部15Bは、監視タイミングの到来を確認し(ステップS101)、未到来の場合には到来まで待機する(ステップS101:NO)。
監視タイミングの到来が確認された場合(ステップS101:YES)、データ取得部15Bは、通信I/F部11から通信回線L1を介して上位装置20やコントローラ21から、新たな対象プロセス量yを取得して、記憶部14のプロセス量データ14Cに格納する(ステップS110)。
Next, the
When the arrival of the monitoring timing is confirmed (step S101: YES), the
次に、プロセス量予測部15Cは、記憶部14から取得した目標値軌道データ14Bとプロセス量データ14Cとに基づいてARモデルを生成し、新たな対象プロセス量yを取得した時点からバッチプロセス終了時点までの未来区間における監視タイミングごとに、新たな対象プロセス量yと目標値rとの偏差を示す偏差予測値dpredを予測し(ステップS111)、得られた偏差予測値dpredと目標値rとに基づいて、未来区間における監視タイミングごとに、対象プロセス量の予測値である未来予測値ypredを計算して、記憶部14の予測値データ14Dに格納する(ステップS112)。
Next, the process
続いて、変化速度計算部15Dは、記憶部14から取得したプロセス量データ14Cと予測値データ14Dとに基づいて、これらプロセス量データ14Cおよび予測値データ14Dに含まれる未来予測値ypredに関する変化速度予測値vpredを計算し、記憶部14の予測値データ14Dに格納する(ステップS113)。
Next, based on the process
この後、異常予兆検知部15Eは、記憶部14からプロセス量データ14C、目標値軌道データ14B、および予測値データ14Dとを取得して、監視タイミングごとに、対象プロセス量に関する、プロセス量y、目標値r、許容範囲rw、未来予測値ypred、および変化速度予測値vpredを時系列でプロットした、監視状況画面を生成して画面表示部13で画面表示する(ステップS114)。この際、許容範囲rwは、目標値rに、予め設定されている許容偏差daを与えることにより計算される。
After that, the abnormality
続いて、異常予兆検知部15Eは、対象プロセス量の未来予測値ypredがその許容範囲rwの外側に逸脱しているか確認し(ステップS115)、逸脱している場合には(ステップS115:YES)、対象プロセス量の異常予兆の検知を示す警報を警報出力部15Fから出力し(ステップS116)、逸脱していない場合には(ステップS115:NO)、ステップS117へ移行する。
Subsequently, the abnormality
また、異常予兆検知部15Eは、対象プロセス量の変化速度予測値vpredが予め設定されているしきい値vthを超えているか確認し(ステップS117)、超えている場合には(ステップS117:YES)、対象プロセス量の変化速度予測値vpredに関する警報を警報出力部15Fから出力して(ステップS118)、逸脱していない場合(ステップS117:NO)、ステップS102へ移行する。
Further, the abnormality
この後、データ取得部15Bは、バッチプロセスの運転が終了したか確認し(ステップS102)、運転中の場合には(ステップS102:NO)、ステップS101へ戻る。
一方、運転終了の場合には(ステップS102:YES)、一連の運転監視処理を終了する。
After that, the
On the other hand, if the operation is finished (step S102: YES), the series of operation monitoring processes is finished.
[動作例]
次に、図9および図10を参照して、本実施の形態にかかる運転監視装置10の動作例について説明する。図9は、偏差の推移を示す監視画面表示例である。図10は、未来予測値の推移を示す監視画面表示例である。
これら図9および図10には、バッチプロセスのある反応温度を対象プロセス量としてバッチプロセスおよび運転監視動作をシミュレーションし、バッチプロセス開始から150分目の監視時点tに、予測監視を行った際に得られた監視画面表示例が示されている。
[Example of operation]
Next, an operation example of the
9 and 10, the batch process and the operation monitoring operation were simulated with a certain reaction temperature in the batch process as the target process amount, and when predictive monitoring was performed at
図9において、DHは監視時点tでの偏差予測に用いた過去の偏差dの推移を示すデータであり、DPは監視時点tで予測した偏差予測値dpredの推移を示すデータであり、DAは対象プロセス量yとその目標値rとの偏差dの推移を示すデータである。
また、図10において、YAは対象プロセス量yの推移を示すデータであり、YPは対象プロセス量の未来予測値ypredの推移を示すデータである。また、SPは目標値rの推移を示す目標値データであり、RWは、許容範囲rwの推移を示すデータである。
In FIG. 9, DH is data indicating the transition of the past deviation d used for the deviation prediction at the monitoring time t, DP is data indicating the transition of the deviation prediction value d pred predicted at the monitoring time t, and DA is data indicating the transition of the deviation d between the target process variable y and its target value r.
In FIG. 10, YA is data indicating the transition of the target process quantity y, and YP is data indicating the transition of the future predicted value y pred of the target process quantity. Further, SP is target value data indicating the transition of the target value r, and RW is data indicating the transition of the allowable range rw.
なお、このシミュレーションにおいて、監視周期τを2分とした。また、未来区間の時間長を60分とし、監視時点tからバッチプロセス開始から210分目の監視終了時点teまでの未来区間Fについて、未来予測値ypredの予測して予測監視を行った。なお、ARモデルのモデル調整パラメータである前述のp,q,λは、それぞれ10,20,0.2とした。 In this simulation, the monitoring cycle τ was set to 2 minutes. Further, the time length of the future interval is set to 60 minutes, and the future prediction value y pred is predicted and monitored for the future interval F from the monitoring time t to the monitoring end time te of the 210th minute from the start of the batch process. . Note that the aforementioned p, q, and λ, which are the model adjustment parameters of the AR model, were set to 10, 20, and 0.2, respectively.
図9および図10の例によれば、未来予測値ypredがバッチプロセス開始から150分目の予測時点t以降において、目標値rから徐々に乖離して、180分目の未来時点taに許容範囲rwの上限を超えていることが分かる。このことは、対象プロセス量yがこのまま推移すれば、180分目の未来時点taに許容範囲rwの上限を超えることが、それより30分前の予測時点tに検知できていることを表している。 According to the examples of FIGS. 9 and 10, the future prediction value y pred gradually deviates from the target value r after the prediction time t at 150 minutes from the start of the batch process, and reaches the allowable future time ta at 180 minutes. It can be seen that the upper limit of the range rw is exceeded. This means that if the target process variable y changes as it is, it will be detected at the predicted time t, 30 minutes earlier, that the upper limit of the allowable range rw will be exceeded at the 180th future time ta. there is
[本実施の形態の効果]
このように、本実施の形態は、プロセス量予測部15Cが、過去に得られたプロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングにおけるプロセス量の未来予測値を予測し、異常予兆検知部15Eが、未来の監視タイミングにおける未来予測値と目標値とに基づいて、未来区間に発生しうる異常の予兆を検知するようにしたものである。また、未来予測値と目標値との偏差が所定の許容偏差より大きい場合、未来区間に発生しうる異常の予兆を検知したことを示す警報を出力するようにしたものである。
[Effects of this embodiment]
As described above, in the present embodiment, the process
これにより、プロセス量の未来予測値が、目標値軌道の目標値から許容偏差より大きく乖離した場合、あるいは未来予測値の変化速度が許容範囲を逸脱した場合には、直ちに異常予兆として検知され、さらには警報が出力されることになる。したがって、監視タイミングごとに、当該監視タイミングより未来の未来区間に発生しうる異常の有無を確認することができ、バッチプロセスの異常予兆を正確かつ早期に検知することが可能となる。 As a result, when the future predicted value of the process variable deviates from the target value of the target value trajectory by more than the allowable deviation, or when the rate of change of the future predicted value deviates from the allowable range, it is immediately detected as an anomaly sign. Furthermore, an alarm will be output. Therefore, for each monitoring timing, it is possible to confirm the presence or absence of an abnormality that may occur in the future interval from the monitoring timing, and it is possible to accurately and early detect a sign of abnormality in the batch process.
また、本実施の形態において、変化速度計算部15Dが、未来の監視タイミングにおけるプロセス量の未来予測値の変化速度を計算し、異常予兆検知部15Eが、得られた変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて未来区間に発生しうる異常の予兆を検知するようにしたものである。また、変化速度がしきい値を超えた場合、未来区間に発生しうる異常の予兆を検知したことを示す警報を出力するようにしたものである。
Further, in the present embodiment, the change
これにより、反応温度の急上昇など、重大アクシデントの原因となる可能性の高いバッチプロセスの異常予兆を正確かつ早期に検知することが可能となる。なお、異常予兆検知部15Eが、未来予測値と目標値軌道の目標値との比較に基づく異常予兆の検知を行わず、変化速度による異常予兆の検知のみを行うようにしてもよい。
This makes it possible to accurately and early detect signs of abnormalities in batch processes that are likely to cause serious accidents, such as sudden rises in reaction temperature. It should be noted that the abnormality
また、本実施の形態において、プロセス量予測部15Cが、過去に得られたプロセス量と当該プロセス量に関する目標値との偏差に基づいて、未来の監視タイミングにおける偏差の偏差予測値を予測し、未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける目標値軌道の目標値から偏差予測値を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおけるプロセス量の未来予測値を計算するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, the process
これにより、偏差が一定値を中心として上下に変動するデータであることから、例えばARモデルなどの自己回帰モデルで精度よく予測することができる。このため、過去に得られたプロセス量に基づいて未来予測値を予測する場合と比較して、より安定した未来予測値を得ることができ、結果として高い精度でバッチプロセスの異常を正確かつ早期に検知することが可能となる。 As a result, since the deviation is data that fluctuates up and down around a constant value, it is possible to predict with high accuracy using an autoregressive model such as an AR model. As a result, it is possible to obtain more stable future prediction values than when predicting future prediction values based on process quantities obtained in the past. can be detected.
[実施の形態の拡張]
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
[Expansion of Embodiment]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention. In addition, each embodiment can be implemented in any combination within a non-contradictory range.
10…運転監視装置、11…通信I/F部、12…操作入力部、13…画面表示部、14…記憶部、14A…運転データ、14B…目標値軌道データ、14C…プロセス量データ、14D…予測値データ、15…演算処理部、15A…目標値軌道計算部、15B…データ取得部、15C…プロセス量予測部、15D…変化速度計算部、15E…異常予兆検知部、15F…警報出力部、20…上位装置、21…コントローラ、22…センサ、23…アクチュエータ、L1,L2…通信回線。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算部と、
過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測部と、
前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値軌道が示す前記目標値とに基づいて、前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知部と、を備え、
前記プロセス量予測部は、過去に得られた前記プロセス量の時系列データと前記目標値軌道が示す前記目標値の推移とから、過去の監視タイミングごとに得られるプロセス量と目標値との偏差に基づいて、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記偏差を予測し、前記目標値軌道が示す前記目標値のうちの前記未来の監視タイミングにおける前記目標値から前記偏差を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値を計算する、
ことを特徴とする運転監視装置。 An operation monitoring device that monitors the operation status of the batch process at each monitoring timing based on the process amount to be monitored obtained from the batch process,
a target value trajectory calculation unit that calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on the preset transition of the target value related to the process variable;
a process variable prediction unit that predicts a future predicted value of the process variable at a future monitoring timing included in a future interval based on time-series data of the process variable obtained in the past;
an anomaly sign detection unit that detects a sign of an anomaly that may occur in the future section based on the future predicted value at the future monitoring timing and the target value indicated by the target value trajectory ,
The process variable prediction unit calculates a deviation between the process variable and the target value obtained at each past monitoring timing based on the time-series data of the process variable obtained in the past and the transition of the target value indicated by the target value trajectory. for each future monitoring timing, predicting the deviation at the future monitoring timing, and subtracting the deviation from the target value at the future monitoring timing among the target values indicated by the target value trajectory By calculating the future prediction value at the future monitoring timing,
A driving monitoring device characterized by:
前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算部をさらに備え、
前記異常予兆検知部は、前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する
ことを特徴とする運転監視装置。 In the operation monitoring device according to claim 1,
further comprising a change speed calculation unit that calculates a change speed indicating a change amount per unit time of the future prediction value at the future monitoring timing,
The anomaly sign detection unit compares the rate of change with a preset threshold value at each of the future monitoring timings, and detects an anomaly sign that may occur in the future interval based on the obtained comparison result. A driving monitoring device characterized by detecting
予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算部と、
過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測部と、
前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算部と、
前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知部と、を備え、
前記プロセス量予測部は、過去に得られた前記プロセス量の時系列データと前記目標値軌道が示す前記目標値の推移とから、過去の監視タイミングごとに得られるプロセス量と目標値との偏差に基づいて、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記偏差を予測し、前記目標値軌道が示す前記目標値のうちの前記未来の監視タイミングにおける前記目標値から前記偏差を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値を計算する、
ことを特徴とする運転監視装置。 An operation monitoring device that monitors the operation status of the batch process at each monitoring timing based on the process amount to be monitored obtained from the batch process,
a target value trajectory calculation unit that calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on the preset transition of the target value related to the process variable;
a process variable prediction unit that predicts a future predicted value of the process variable at a future monitoring timing included in a future interval based on time-series data of the process variable obtained in the past;
a change speed calculation unit that calculates a change speed indicating a change amount per unit time of the future prediction value at the future monitoring timing;
An anomaly sign detection unit that compares the change rate with a preset threshold value at each of the future monitoring timings, and detects an anomaly sign that may occur in the future interval based on the obtained comparison result. and _
The process variable prediction unit calculates a deviation between the process variable and the target value obtained at each past monitoring timing based on the time-series data of the process variable obtained in the past and the transition of the target value indicated by the target value trajectory. for each future monitoring timing, predicting the deviation at the future monitoring timing, and subtracting the deviation from the target value at the future monitoring timing among the target values indicated by the target value trajectory By calculating the future prediction value at the future monitoring timing,
A driving monitoring device characterized by:
前記未来区間に発生しうる異常の予兆が検知されたことを示す警報を出力する警報出力部をさらに備え、
前記異常予兆検知部は、前記未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値との偏差が所定の許容偏差より大きい場合、前記警報出力部に警報を出力させる
ことを特徴とする運転監視装置。 In the operation monitoring device according to claim 1 or claim 2,
Further comprising an alarm output unit that outputs an alarm indicating that a sign of abnormality that may occur in the future interval has been detected,
The abnormality sign detection unit causes the alarm output unit to output an alarm when a deviation between the future predicted value and the target value at the future monitoring timing is greater than a predetermined allowable deviation. .
前記未来区間に発生しうる異常の予兆が検知されたことを示す警報を出力する警報出力部をさらに備え、
前記異常予兆検知部は、前記変化速度が前記しきい値を超えた場合、前記警報出力部に警報を出力させる
ことを特徴とする運転監視装置。 In the operation monitoring device according to claim 2 or 3,
Further comprising an alarm output unit that outputs an alarm indicating that a sign of abnormality that may occur in the future interval has been detected,
The operation monitoring device, wherein the abnormality sign detection unit causes the alarm output unit to output an alarm when the rate of change exceeds the threshold value.
前記目標値軌道計算部が、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算ステップと、
前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測ステップと、
前記異常予兆検知部が、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値と前記目標値軌道が示す前記目標値とに基づいて、前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知ステップと、を備え、
前記プロセス量予測ステップでは、前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データと前記目標値軌道が示す前記目標値の推移とから、過去の監視タイミングごとに得られるプロセス量と目標値との偏差に基づいて、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記偏差を予測し、前記目標値軌道が示す前記目標値のうちの前記未来の監視タイミングにおける前記目標値から前記偏差を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値を計算する、
ことを特徴とする運転監視方法。 An operation monitoring device comprising a target value trajectory calculation unit, a process amount prediction unit, and an abnormality sign detection unit, and monitoring the operation status of the batch process at each monitoring timing based on the process amount to be monitored obtained from the batch process. An operation monitoring method used in
a target value trajectory calculation step in which the target value trajectory calculation unit calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on the transition of the target value related to the process variable set in advance;
The process variable prediction unit predicts a future predicted value of the process variable at each future monitoring timing included in the future interval based on the time-series data of the process variable obtained in the past. a process quantity prediction step for
The anomaly sign detection unit detects, for each of the future monitoring timings, a sign of an anomaly that may occur in the future interval based on the future predicted value at the future monitoring timing and the target value indicated by the target value trajectory. and an anomaly sign detection step for detecting
In the process variable prediction step, the process variable prediction unit uses the time-series data of the process variable obtained in the past and the transition of the target value indicated by the target value trajectory to determine the process value obtained at each past monitoring timing. Based on the deviation between the amount and the target value, the deviation at the future monitoring timing is predicted for each of the future monitoring timings, and the target value indicated by the target value trajectory at the future monitoring timing is predicted. calculating the future prediction value at the future monitoring timing by subtracting the deviation from the target value;
A driving monitoring method characterized by:
前記目標値軌道計算部が、予め設定された前記プロセス量に関する目標値の推移に基づいて、前記監視タイミングにおける目標値を示す目標値軌道を計算する目標値軌道計算ステップと、
前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データに基づいて、未来区間に含まれる未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記プロセス量の未来予測値を予測するプロセス量予測ステップと、
前記変化速度計算部が、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値の、単位時間当たりの変化量を示す変化速度を計算する変化速度計算ステップと、
前記異常予兆検知部が、前記未来の監視タイミングごとに、前記変化速度と予め設定されているしきい値とを比較し、得られた比較結果に基づいて前記未来区間に発生しうる異常の予兆を検知する異常予兆検知ステップと、を備え、
前記プロセス量予測ステップでは、前記プロセス量予測部が、過去に得られた前記プロセス量の時系列データと前記目標値軌道が示す前記目標値の推移とから、過去の監視タイミングごとに得られるプロセス量と目標値との偏差に基づいて、前記未来の監視タイミングごとに、当該未来の監視タイミングにおける前記偏差を予測し、前記目標値軌道が示す前記目標値のうちの前記未来の監視タイミングにおける前記目標値から前記偏差を減算することにより、当該未来の監視タイミングにおける前記未来予測値を計算する、
ことを特徴とする運転監視方法。 Equipped with a target value trajectory calculation unit, a process amount prediction unit, a rate of change calculation unit, and an anomaly sign detection unit, the operation status of the batch process is monitored at each monitoring timing based on the process amount to be monitored obtained from the batch process. An operation monitoring method used in an operation monitoring device for monitoring,
a target value trajectory calculation step in which the target value trajectory calculation unit calculates a target value trajectory indicating the target value at the monitoring timing based on the transition of the target value related to the process variable set in advance;
The process variable prediction unit predicts a future predicted value of the process variable at each future monitoring timing included in the future interval based on the time-series data of the process variable obtained in the past. a process quantity prediction step for
a change speed calculation step in which the change speed calculation unit calculates, for each of the future monitoring timings, a change speed indicating an amount of change per unit time of the future prediction value at the future monitoring timing;
The anomaly sign detection unit compares the rate of change with a preset threshold value at each of the future monitoring timings, and predicts an anomaly that may occur in the future interval based on the obtained comparison result. and an anomaly sign detection step for detecting
In the process variable prediction step, the process variable prediction unit uses the time-series data of the process variable obtained in the past and the transition of the target value indicated by the target value trajectory to determine the process value obtained at each past monitoring timing. Based on the deviation between the amount and the target value, the deviation at the future monitoring timing is predicted for each of the future monitoring timings, and the target value indicated by the target value trajectory at the future monitoring timing is predicted. calculating the future prediction value at the future monitoring timing by subtracting the deviation from the target value;
A driving monitoring method characterized by:
Priority Applications (1)
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