JP7370258B2 - プラント監視システムおよびプラント監視方法 - Google Patents

Description

この発明は、発電所等の各種のプラントを監視するプラント監視システムおよびプラント監視方法に関する。

発電所の発電プラントには、蒸気タービンやボイラー等の各種の機器や給排気系のような系統（「機器系統」という）が使用されている。発電プラントはこれらの機器系統により発電を行っている。こうした発電プラントでは、例えばＳＩＡＴ技術（Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：インバリアント解析技術）を応用したシステムにより、プラントの各機器系統に設けられている機器や系統について、故障の予兆を監視している（例えば、特許文献１参照。）。この監視システムによれば、プラントの各機器系統に設置されている各種のセンサからの測定値を次のように用いている。

監視システムは、プラントが正常に動いている場合の各種のセンサからの測定値を基に、センサ間の相関関係のような関係性を調べる。そして、監視システムは、センサ間の関係性の強さを表す監視モデルを各機器系統毎に作成する。この後、監視システムは、監視モデルを基にしたセンサの予測値と、定期的に取得した実測値とにより、センサ間の関係性を調べる。そして、関係性に崩れ（変化）があると、監視システムはアラーム（警報）を通知する。

ところで、発電プラントを含む各種のプラントには、１つの機器系統に対して少なくとも１つの冗長の機器系統がバックアップ等のために多重化されて設けられている（「冗長化されている」または「冗長性がある」という）場合がある。つまり、プラントは、冗長化された複数の機器系統を備え、必要に応じて、現在運用している機器系統つまり実働の機器系統から別の機器系統に切り替えている。こうした場合に、監視システムは、冗長化されている各機器系統毎に監視モデルを作成する。そして、機器系統の切り替えが行われると、監視システムは監視モデルも切り替えて機器系統の監視を行う。

特開２０１７－０２１７０２号公報

しかし、先に述べた従来の監視システムには次の課題がある。プラントが冗長化による複数の機器系統を備える場合に、監視システムが機器の故障予兆を正確に検知するためには、実働する機器系統の動作状況（起動、停止、系統切替等）に応じて監視モデルを切り替える必要がある。この結果、監視システムにおいては切り替えが煩雑となり、担当者の労力の増大や、監視モデルの切り替え間違いが発生する可能性がある。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、冗長化された機器系統を監視するときには、監視対象モデルの切り替え頻度を削減することを可能にするプラント監視システムおよびプラント監視方法を提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、監視対象の機器や系統である機器系統にセンサが設けられ、前記機器系統が正常時の各センサ間の関係性を表す第１のモデルを作成し、実働の前記機器系統について、前記第１のモデルを基にして前記各センサ間の関係性の変化を検知し、関係性の変化を検知した場合には変化を出力する監視手段を備えるプラント監視システムにおいて、前記監視手段は、前記機器系統に対して少なくとも１つの冗長の機器系統が設けられ、かつ、冗長の機器系統に冗長のセンサが設けられている構成の冗長化されている機器系統については、前記冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成し、合成した値を用いて第２のモデルを作成し、前記冗長化されている各機器系統を監視する際にはこの第２のモデルを用いる、ことを特徴とするプラント監視システムである。

請求項１の発明では、監視手段は、機器系統にセンサが設けられ、機器系統が正常時の各センサ間の関係性を表す第１のモデルを作成する。この後、監視手段は、実働の機器系統について、第１のモデルを基にして各センサ間の関係性の変化を検知し、関係性の変化を検知した場合には変化を出力する。さらに、監視手段は、冗長化されている機器系統については、冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成し、合成した値を用いて第２のモデルを作成する。この後、監視手段は、冗長化されている各機器系統を監視する際にはこの第２のモデルを用いる。

請求項２の発明は、請求項１に記載のプラント監視システムにおいて、前記監視手段は、冗長化されている前記センサからの測定値を加算し、この加算した値を、合成した値として用いる、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載のプラント監視システムにおいて、前記監視手段は、前記機器系統の切り替えの際に、前記第２のモデルを基にして前記各センサの関係性の変化を検知した場合には、所定時間の経過後までこの関係性の変化が継続したときに、変化を出力する、ことを特徴とする。

請求項４の発明は、監視対象の機器や系統である機器系統にセンサが設けられ、前記機器系統が正常時の各センサ間の関係性を表す第１のモデルを作成し、実働の前記機器系統について、前記第１のモデルを基にして前記各センサ間の関係性の変化を検知し、関係性の変化を検知した場合には変化を出力するプラント監視方法において、前記機器系統に対して少なくとも１つの冗長の機器系統が設けられ、かつ、冗長の機器系統に冗長のセンサが設けられている構成の冗長化されている機器系統については、前記冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成し、合成した値を用いて第２のモデルを作成し、前記冗長化されている各機器系統を監視する際にはこの第２のモデルを用いる、ことを特徴とするプラント監視方法である。

請求項１の発明によれば、冗長化されている機器系統については、監視手段はこの冗長化されている機器系統用の第２のモデルを作成し、この第２のモデルを基にして冗長化の各機器系統を監視するので、実働の機器系統を切り替えたときにモデルを切り替える頻度を、従来に比べて削減することができる。

請求項２の発明によれば、冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成するには、各センサの測定値を加算すればよいので、測定値の合成を簡単な演算で行うことを可能にする。

請求項３の発明によれば、冗長化されている機器系統を切り替える際に発生する、センサの関係性の変化を、監視手段が誤検知することを所定時間によるフィルタリングで防ぐことができる。

請求項４の発明によれば、冗長化されている機器系統については、この冗長化されている機器系統用の第２のモデルを作成し、この第２のモデルを基にして冗長化の各機器系統を監視するので、実働の機器系統を切り替えたときにモデルを切り替える頻度を、従来に比べて削減することができる。

この発明の一実施の形態によるプラント監視システムを示す構成図である。 センサデータの一例を示す図である。 センサデータの一例を示す図である。 データの関係性の抽出を説明する説明図である。 発電プラントの冗長化された各系統を示す図である。 センサの一覧を示す図である。 従来のセンサ間の関係性を監視する様子を示す図である。 この実施の形態によるセンサ間の関係性を監視する様子を示す図である。 従来のセンサ間の関係性を監視する様子を示す図である。 この実施の形態によるセンサ間の関係性を監視する様子を示す図である。 監視処理の一例を示すフローチャートである。

次に、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。この実施の形態によるプラント監視システムを図１に示す。図１のプラント監視システムは、発電プラント１０が設置されている発電所で用いられるものであり、センサ監視装置２０と、社内通信網３０と、モデル監視装置４０とを主に備えている。

発電プラント１０は原子力や火力で発電を行う。発電プラント１０には、図示を省略しているが、原子炉、タービン、発電機、ポンプや配管などの多数の機器や系統が使用されている。発電プラント１０は、これらの機器系統により発電を行う。発電プラント１０には、各機器系統の状態を調べるために、同じく図示を省略しているが、各種のセンサが設置されている。各センサは、機器系統の測定値ｓｇ１～ｓｇ３をセンサ監視装置２０に送る。

センサ監視装置２０は、発電プラント１０に設置されているセンサからの測定値ｓｇ１～ｓｇ３を受け取る。センサ監視装置２０は、各センサから測定値ｓｇ１～ｓｇ３を受け取ると、図２に示すようなセンサデータを作成する。センサデータには、センサを表すと共にセンサを識別するためのセンサ識別情報に対応して、センサが設置されている設置点が記録されている。また、センサデータには、センサ識別情報に対応して、センサの測定値や測定日時等が記録されている。

センサ監視装置２０は、作成したセンサデータを、所定時間が経過する毎に、社内通信網３０を経てモデル監視装置４０に送信する。所定時間は、秒単位、分単位、時間単位、日単位などのように、必要に応じてセンサ監視装置２０に設定される。

モデル監視装置４０は、社内通信網３０を経てセンサ監視装置２０からセンサデータを受信すると、受信したセンサデータを用いて、発電プラント１０を監視する。このために、モデル監視装置４０は、通信制御部４１と、データサーバ４２と、管理サーバ４３と、クライアント４４～４５とを備えている。そして、モデル監視装置４０の通信制御部４１～クライアント４５は、データの送受信が可能なように接続されている。

通信制御部４１は、データサーバ４２～クライアント４５を社内通信網３０に接続するための通信制御を行う。例えば、通信制御部４１は、社内通信網３０を経てセンサ監視装置２０からセンサデータを受信すると、このセンサデータをデータサーバ４２に送る。

データサーバ４２は、発電プラント１０に関係するデータを記憶する記憶装置である。例えば、データサーバ４２は、社内通信網３０と通信制御部４１とを経て、センサ監視装置２０からセンサデータを受け取ると、このセンサデータを記憶していく。また、データサーバ４２は、管理サーバ４３からのデータ送信要求を受け取ると、該当するセンサデータを抽出して、管理サーバ４３に送る。

クライアント４４～４５は、発電プラント１０を運用する担当者によって操作される、発電プラント１０を運用するためのコンピュータである。クライアント４４～４５には、発電プラント１０の運用のために必要とする各種の指示等が担当者により入力される。例えば、発電プラント１０の各監視対象モデルを作成するために、クライアント４４～４５にはモデル作成指示が入力される。クライアント４４～４５は、モデル作成指示が入力されると、このモデル作成指示を管理サーバ４３に送る。

また、クライアント４４～４５には、後述する実働の系統を切り替えるための切替指示が入力される。クライアント４４～４５は、入力された切替指示を管理サーバ４３に送る。

また、クライアント４４～４５は、管理サーバ４３から各種のデータ、例えば後述のアラームを受け取ると、アラームの表示等を行う。また、クライアント４４～４５は、管理サーバ４３からセンサ一覧データを受け取ると、このデータを表示する。

管理サーバ４３は、発電プラント１０の監視のために、各種の処理を行うコンピュータである。先ず、管理サーバ４３は発電プラント１０の各監視モデルを作成する。次に、管理サーバ４３は作成した各モデルを基に発電プラント１０を監視する。以下では、管理サーバ４３による発電プラント１０の各監視モデル作成と、各監視モデルによる発電プラント１０の監視とについて順に説明する。

管理サーバ４３は、発電プラント１０の各監視対象の監視モデルを作成するために、データサーバ４２に対してデータ送信要求を送る。または、クライアント４４～４５からのモデル作成指示を受け取ったときに、データサーバ４２に対してデータ送信要求を送る。この後、管理サーバ４３はデータサーバ４２から各センサデータを受け取って、各監視対象の監視モデル（第１のモデル）を作成する。

管理サーバ４３が受け取るセンサデータの一例を図３に示す。管理サーバ４３は、こうしたセンサデータを用いて発電プラント１０の監視モデルを作成する。このために、管理サーバ４３は、各センサデータについて関係性の抽出を行う。例えば、図４に示すように、データサーバ４２から受け取った、発電プラント１０が正常に動いていたときの多数のセンサデータａ１～ａｎの中で、センサデータａ１とセンサデータａｋとが同じように変化すると、管理サーバ４３は、センサデータａ１を出力するセンサと、センサデータａｋを出力するセンサとに関係性の強さがあると判断する。こうして、管理サーバ４３は、データサーバ４２から受け取ったセンサデータの中から関係性の強さがあるセンサを調べる。

この後、管理サーバ４３は、調べた総ての関係性の強さからモデルを作成する。つまり、管理サーバ４３は、発電プラント１０の監視対象に設置されているセンサについて、センサ間の関係性の強さを表す状態を監視モデルとする。

管理サーバ４３は、こうした監視モデルの作成を発電プラント１０の各機器系統について行う。さらに、管理サーバ４３は、例えばクライアント４４からの指示等により、仮想センサによる合成信号を作成して監視モデルを生成する処理（「合成手法」という）をする。機器系統が冗長化されている場合、センサも冗長化されているときがある。例えば、図５に示すように、発電プラント１０の機器系統の冗長化により、Ａ系統１０１と、Ａ系統１０１のバックアップ用としてＢ系統１０２およびＣ系統１０３とを発電プラント１０が備え、Ａ系統１０１～Ｃ系統１０３に対してＩＮ－Ａセンサ１１１、ＩＮ－Ｂセンサ１１２、ＩＮ－Ｃセンサ１１３およびＯＵＴセンサ１１４を備えている。そして、ＩＮ－Ａセンサ１１１、ＩＮ－Ｂセンサ１１２、ＩＮ－Ｃセンサ１１３による測定結果が測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３であり、ＯＵＴセンサ１１４による測定結果が測定値ｓｇ２１である。さらに、ＩＮ－Ａセンサ１１１～ＩＮ－Ｃセンサ１１３はＡ系統１０１～Ｃ系統１０３の冗長化に伴って設けられている。

この場合には、例えばＡ系統１０１～Ｃ系統１０３がポンプ系統であると、図６のセンサ一覧表に示すように、合成手法の適用前の従来手法によれば、Ａ系統１０１では、ポンプによる冷却水等の流入量をＩＮ－Ａセンサ１１１が測定すると共にＯＵＴセンサ１１４が流出量を測定する。そして、従来であればＩＮ－Ａセンサ１１１とＯＵＴセンサ１１４との関係性の強さを基に、管理サーバ４３はＡ系統１０１用の監視モデルを作成する。この後、管理サーバ４３は、作成した監視モデルを基にしたセンサの予測値と、定期的に取得した実測値とにより、ＩＮ－Ａセンサ１１１とＯＵＴセンサ１１４との関係性の強さを調べる。そして、管理サーバ４３は、関係性の崩れを検知するとアラーム（警報）を通知する。

同様にして、管理サーバ４３は、Ｂ系統１０２についてはＩＮ－Ｂセンサ１１２とＯＵＴセンサ１１４とを基に監視モデルを作製して、Ｂ系統１０２を監視する。Ｃ系統１０３についてはＩＮ－Ｃセンサ１１３とＯＵＴセンサ１１４とを基に監視モデルを作製して、Ｃ系統１０３を監視する。

これに対して、この実施の形態では、合成手法により共通する１つの監視モデル（第２のモデル）でＡ系統１０１～Ｃ系統１０３の中の実働の機器系統を監視する。具体的には、共通の監視モデルは、冗長性のあるＩＮ－Ａセンサ１１１～ＩＮ－Ｃセンサ１１３を仮想センサとし、この仮想センサが出力する合成信号の値つまり合成値がＩＮ－Ａセンサ１１１～ＩＮ－Ｃセンサ１１３の測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３を合成したものになる。この実施の形態では、管理サーバ４３は測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３を加算した値、
ｓｇ１１＋ｓｇ１２＋ｓｇ１３
を合成信号の合成値とする。つまり、合成手法により、仮想センサからの合成信号の合成値が測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３の加算値になる。

管理サーバ４３は、合成手法で得た合成信号の合成値とＯＵＴセンサ１１４からの測定値ｓｇ２１との関係性の強さを基に、Ａ系統１０１～Ｃ系統１０３に共通する監視モデルを作成する。この後、管理サーバ４３は、作成した共通の監視モデルを基にしたセンサの予測値と、Ａ系統１０１～Ｃ系統１０３の中の実働の系統のセンサから定期的に取得した実測値とにより、仮想センサとＯＵＴセンサ１１４との関係性を調べる。そして、管理サーバ４３は、関係性の崩れを検知するとアラームを通知する。

以上の様子を図７と図８に示す。図７は従来手法を示す図であり、図７では冗長化されたＡ系統１０１とＢ系統１０２とを例としている。実働の系統がＡ系統１０１である場合、Ａ系統１０１を基にした監視モデルにより、ＩＮ－Ａセンサ１１１とＯＵＴセンサ１１４との関係性の変化、例えば関係性の崩れを調べる。そして、クライアント４４～４５からの切替指示により、実働の系統がＡ系統１０１からＢ系統１０２に切り替えられた場合には、管理サーバ４３は、Ａ系統１０１を基にした監視モデルからＢ系統１０２を基にした監視モデルに切り替え、切り替えた監視モデルによりＩＮ－Ｂセンサ１１２とＯＵＴセンサ１１４との関係性の崩れを検知する。

これに対して、この実施の形態では、図８に示すように、クライアント４４～４５の切替指示により、実働の系統がＡ系統１０１からＢ系統１０２に切り替えられた場合には、Ａ系統１０１のポンプが時間経過と共に止まり、かつＢ系統１０２のポンプが動き始めるので、ＩＮ－Ａセンサ１１１の測定値ｓｇ１１が時間経過と共に小さくなり、かつＩＮ－Ｂセンサ１１２の測定値ｓｇ１２が大きくなっていく。仮想センサの合成値は、ＩＮ－Ａセンサ１１１の測定値ｓｇ１１とＩＮ－Ｂセンサ１１２の測定値ｓｇ１２とを加算した値である。この結果、仮想センサの合成値はＩＮ－Ａセンサ１１１の測定値ｓｇ１１からＩＮ－Ｂセンサ１１２の測定値ｓｇ１２に移行していくので、管理サーバ４３は監視モデルを切り替えることなく、仮想センサとＯＵＴセンサ１１４との関係性を調べる。

ところで、実際の発電プラント１０では、例えばＡ系統１０１からＢ系統１０２への切り替えは、図９に示すように、瞬時に系統が切り替わるようなトグル的には切り替わらない。例えば図１０に示すように、切り替え時の極短期間にＡ系統１０１とＢ系統１０２との両方が動作する過渡状態の期間、つまり過渡期間Ｔ１が存在する。この過度期間Ｔ１では、仮想センサからの合成値が極端に変化するために、仮想センサとＯＵＴセンサ１１４との関係性が崩れることになる。こうした関係性の崩れに対しては、例えば崩れが発生してから一定期間経過後まで、この崩れが継続している場合に、この実施の形態では過渡期間Ｔ１が経過した後まで関係性の崩れが継続している場合には、アラームを通知するなどのようなフィルタリングにより、管理サーバ４３が対応している。

以上がこの実施の形態によるプラント監視システムの構成である。次に、このプラント監視システムの作用について述べる。管理サーバ４３は、クライアント４４～４５からのモデル作成指示を受け取ると、データサーバ４２に対してデータ送信要求を送る。この後、管理サーバ４３は図１１に示すような監視処理を行い、発電プラント１０が正常に稼動しているときの各センサデータをデータサーバ４２から受け取って、機器系統の監視に用いる監視モデルを作成する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、発電プラント１０の機器系統の中で例えばＡ系統１０１～Ｃ系統１０３が冗長化されていると、管理サーバ４３は、同じく冗長化されているＩＮ－Ａセンサ１１１、ＩＮ－Ｂセンサ１１２、ＩＮ－Ｃセンサ１１３を仮想センサとする。そして、管理サーバ４３は、冗長化されたＩＮ－Ａセンサ１１１、ＩＮ－Ｂセンサ１１２、ＩＮ－Ｃセンサ１１３からの測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３（図５）を合成した値、例えば測定値ｓｇ１１、ｓｇ１２、ｓｇ１３を加算した値を合成値、つまり仮想センサの出力とする。そして、管理サーバ４３は仮想センサを用いて共通の監視モデルを作成する。

管理サーバ４３は、ステップＳ１で監視モデルの作成を終了すると、作成した監視モデルを使って発電プラント１０の各機器系統の監視を開始し（ステップＳ２）、例えばＡ系統１０１を監視する（ステップＳ３）。このときに、発電プラント１０での補機切り替え等で、例えばＡ系統１０１からＢ系統１０２に機器系統が切り替えられても、共通の監視モデルは仮想センサを基に作成されているので、従来のように監視モデルを切り替えることを行わなくても、管理サーバ４３は継続してＢ系統１０２の監視を行うことができる。

Ａ系統１０１やＢ系統１０２を監視しているときに、仮想センサとＯＵＴセンサ１１４との関係性の崩れを検知しなければ（ステップＳ４）、管理サーバ４３は監視を終了するかを、例えばクライアント４４～４５からの指示で判断する（ステップＳ５）。管理サーバ４３は、ステップＳ５で監視を終了すると判断すると、例えば監視終了をクライアント４４～４５に通知して監視を終了する（ステップＳ６）。

一方、管理サーバ４３は、ステップＳ４で仮想センサとＯＵＴセンサ１１４との関係性の崩れを検知すると、関係性の崩れが切り替え時の過渡期間Ｔ１を超えて継続しているかを判断する（ステップＳ７）。管理サーバ４３は、関係性の崩れが過渡期間Ｔ１を超えて継続していると判断すると、例えばクライアント４４～４５にアラームを通知する（ステップＳ８）。ステップＳ７で関係性の崩れが過渡期間Ｔ１を超えて継続していないと判断するか、または、ステップＳ８の処理を終了すると、管理サーバ４３は、ステップＳ５以下の処理を行う。つまり、管理サーバ４３は監視を終了するかをステップＳ５で判断する。管理サーバ４３は、監視を終了すると判断すると、ステップＳ６で監視終了を通知して監視を終了する。

こうして、この実施の形態によれば、監視モデルの切り替え条件となる機器系統の状態変化が発生した場合、例えば故障によるものでなく、実働する機器系統を予備機等と定期的に切り替える場合、実働の機器系統と予備機とに冗長性があるときは、両機器系統のセンサ値を合成した仮想信号で共通の監視モデルを作成することにより、監視モデルの切り替え頻度を削減することができる。

また、この実施の形態によれば、機器系統に冗長性がある場合に作成する共通の仮想センサについては、各センサの測定値を加算して出力とすればよいので、共通の仮想センサの出力を簡単な演算で得ることを可能にする。

さらに、この実施の形態によれば、機器系統を切り替える際に発生するセンサの関係性の崩れによる誤通知を、過渡期間Ｔによるフィルタリングで防ぐことができる。

１０ 発電プラント
２０ センサ監視装置
３０ 社内通信網
４０ モデル監視装置（監視手段）
４１ 通信制御部
４２ データサーバ
４３ 管理サーバ
４４～４５ クライアント

Claims (4)

1. 監視対象の機器や系統である機器系統にセンサが設けられ、前記機器系統が正常時の各センサ間の関係性を表す第１のモデルを作成し、実働の前記機器系統について、前記第１のモデルを基にして前記各センサ間の関係性の変化を検知し、関係性の変化を検知した場合には変化を出力する監視手段を備えるプラント監視システムにおいて、
   前記監視手段は、前記機器系統に対して少なくとも１つの冗長の機器系統が設けられ、かつ、冗長の機器系統に冗長のセンサが設けられている構成の冗長化されている機器系統については、前記冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成し、合成した値を用いて第２のモデルを作成し、前記冗長化されている各機器系統を監視する際にはこの第２のモデルを用いる、
   ことを特徴とするプラント監視システム。
2. 前記監視手段は、冗長化されている前記センサからの測定値を加算し、この加算した値を、合成した値として用いる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のプラント監視システム。
3. 前記監視手段は、前記機器系統の切り替えの際に、前記第２のモデルを基にして前記各センサの関係性の変化を検知した場合には、所定時間の経過後までこの関係性の変化が継続したときに、変化を出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラント監視システム。
4. 監視対象の機器や系統である機器系統にセンサが設けられ、前記機器系統が正常時の各センサ間の関係性を表す第１のモデルを作成し、実働の前記機器系統について、前記第１のモデルを基にして前記各センサ間の関係性の変化を検知し、関係性の変化を検知した場合には変化を出力するプラント監視方法において、
   前記機器系統に対して少なくとも１つの冗長の機器系統が設けられ、かつ、冗長の機器系統に冗長のセンサが設けられている構成の冗長化されている機器系統については、前記冗長化されている機器系統の各センサからの測定値を合成し、
   合成した値を用いて第２のモデルを作成し、
   前記冗長化されている各機器系統を監視する際にはこの第２のモデルを用いる、
   ことを特徴とするプラント監視方法。

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