JPH01269018A - プラントの検出器の異常診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば発電プラントの監視計器やＩｌｌ　ＩＩ
装置に使用される各種検出器の異常診断方法に関する。

〔従来の技術〕

例えば発電プラントの監視計器や制御装置で使用されて
いる検出器において、異常が発生すると、プラントの運
転に大きな支障をきたす。そこで、従来では各種検出器
の異常の有無を各方面で種々の手法を使って確認し、検
出器異常の早期発見と事故の未然防止を図るようにして
いた。

ここで、従来から行なわれている検出器の異常診断の手
法について、その原理的な方式により分類して述べると
次の通りである。

（１）多重化による診断 検出器の多重化は検出器の異常を発見する確実な方法で
あり、多重化することによって信頼性が格段に上昇する
ことになるが、すべての検出器を多重化するには多額の
費用が必要であり、また検出器の数の増加はかえってシ
ステム全体の故障の増加や保守に携わる人々の負担を増
加させることになる。

（２”）　１１限値逸脱による診断 信号の妥当性をチエツクするのに検出器自身の信号値の
みを用いる方法であり、設備容量などから決まる信号の
上下限値または設備の性能や運用条件などから決まる時
間的変化率の上下限値を逸脱しているか否かを見て診断
する方法である。

この方法もかなり有効で広範囲の信号に対して実施され
ているが、上下限値を逸脱するような異常が発生してか
らでは対処が間に合わず、早期発見の目的を達成するこ
とは難しいことが多い。

（３）火力発電プラントの場合、給水流量、燃料流量、
空気ＩＩなどの値は通常プラント効率が最大で安定運転
を行なうように制御されるために、そのときの負荷に対
してほぼ決まった値をとり、これらの間には互いに密接
な関係がある。従って、相関関係を有する複数の信号が
互いに妥当な関係にあるか否かを調べ、その関係が異常
であれば、相関関係のくずれのパターンから異常を検知
するのがこの手法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように従来から行なわれている検出器の異常診断方
法において、（１）の多重化による診断手法は、診断を
行なう検出器の個数を限定すれば良いが、一般的に経済
的でなく、また検出器の増加は逆にシステム全体から見
た場合、逆に故障率の増加や保守に携わる人々の負担を
増加させることになってしまう。

また、（２）の制限値逸脱による診断手法や（３）の相
関関係による診断手法の場合、プラントの特性が異常に
なったときも同じ現象となるため、それが検出器の異常
によるものが、あるいはプラントの特性変化や異常運転
によるものかの区別ができない。

ざらに、（２）の制限値逸脱による診断手法や（３）の
相関関係による診断手法は、一般に静的状態での関係に
よる診断であり、プラントが動的に変動している場合に
は相関関係が多少くずれ、またあるときは正常な場合で
も一時的に制限値を逸脱することがあり、従って誤診断
を避けるために上下限値をかなり広げたり、異常判定の
基準をあまくとってあり、このために異常発見が遅れて
しまうという不具合もある。

そこで、本発明は検出器の数を増やすことなく、プラン
トの動的状態においても、プラント自身の特性の変化と
区別して検出器が異常であるか否かを診断することがで
きるプラントの検出器の異常診断方法を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるプラントの検出器の異常診断方法は、診断
を必要としない複数の検出器の出力を用いて診断を必要
とする複数の検出器の値をそれらの動的関係式によりそ
れぞれ推定し、この推定された値と計測された値との差
から異常評価基準量を計算し、該基準量が所定の値を越
えた時に、上記診断を必要とする検出器の何れかを除い
た残りの検出器の値を上記診断を必要としない複数の検
出器の出力を用いて再度推定して異常評価基準量を再計
算し、再計算された基準量が所定の値以下の時、上記推
定しなかった検出器が異常であると診断することを特徴
としている。

（作用） プラントに配設されている検出器を見ると、例えば火力
プラントの場合ではある部分において入口流量と出口流
量とがあり、また温度や圧力についても出入口ともに配
置されている場合が多く、これらを流量収支バランスや
熱バランスの動的な関係式を通して見ると、検出器の数
はプラントの状態を知るのに最小限必要な数より多く配
設されているのが普通である。これらの冗長性を持った
検出器の信号とこれらの間の動的関係式を使って各検出
器の信号の値を推定し、その推定値と実際の信号値との
差から異常評価値基準量を計算することによって異常な
信号が含まれているか否かを検知できる。従って、異常
と判断された信号を除いた残りの信号だけを使ってもう
一度その残りの信号を推定し、基準量を再計算すること
によってその異常な信号がプラントの異常であるか検出
器の異常であるかを知ることができる。もし、異常と判
断された信号を除外しても基準量に変化が見られないと
きは検出器の異常ではなく、プラントの特性が変わるな
どの原因によるものと判断する。

これとは逆に基準量に差が生じるようであれば、除外し
た信号を出力していた検出器が異常であると診断できる
。

〔実施例〕

以下本発明による検出器の診断方法を第１図に示すブロ
ックダイヤグラムを参照しながら説明する。第１図にお
いて、１は例えば発電プラントで、この発電プラント１
では診断を要しない検出器の信号ｕ（ｔ）、例えばプラ
ントを動作させるために必要な検出器信号と被診断検出
器の信号ｙ　（ｔ＞例えば発電プラントを監視、制御す
るための検出器の信号とが使用されている。２は診断を
必要としない複数の検出器の信号ｕ（ｔ）と診断を必要
とする検出器のあ信号ｙ（ｔ＞とが入力される推定部で
、この推定部２は診断を必要としない検出器の信号から
診断を必要とする複数の検出器の値をそれぞれ推定する
部分である。３はこの推定部２で推定された値９（ｔ）
と計測された値ｙ（ｔ）との差ε（１）から異常評価基
準量を計算する計算部である。４はこの計算部３で求め
られた異常評価基準量Ｊが基準値Ｊａを越えているか否
かを判定し、基準１１Ｊｏを越えている場合には推定部
２に対して診断を必要とする検出器の何れかを除いた残
りの検出器の値を診断を必要としない複数の検出器の信
号を用いて再度推定させると共に計算部３により異常評
価基準１を再計鐸させて得られる基準量が所定の値以下
にあるか否かを判定し、所定の値以下にある時推定しな
かった検出器が異常であると診断する判定部である。

次にこのような処理ルーチンにおいて、その具体的な作
用について述べる。

動的システムの特性は、一般に次のような微分方程式系
で表わされる。

ｄｘ／ｄｔ−ｆ　（ｘ、ｕ） ｙ−ｇ（Ｘ、ｕ） ここで、変数ｘ、ｕ、ｙはベクトルで、ｔは時間を表わ
す。

変敗Ｘはこのシステムの状Ｓ変数と呼ばれ、変数ｙは出
力変数と呼ばれ、実際に検出器によって計測される変数
である。変数Ｕは入力変数で、これも実際に計測される
変数である。

いま、もし入力変数Ｕと出力変数ｙの値が分っていると
き、変数Ｘの値を推定する問題を状態推定問題と呼ばれ
ている。したがって、出力変数ｙの中に検出器の故障な
どにより異常な信号が含まれているとき、その異常な信
号を除いた残りの信号だけを使ってこの状態推定ができ
れば、推定結果Ｘから再び出力変数９を推定しなおし、
元のｙと比較することにより、動的な状態における出力
変数ｙの測定値の異常を知ることができると共にその本
来あるべき値まで知ることが可能となる。

対象が線形の動的システムであるときは、システム理論
で有名なＫａ１ｍａｎフィルタを使えば、この状態推定
を次のように行なうことができる。

対象の方程式は次のように表わすことができる。

ｄｘ　（ｔ）／ｄｔ−Ａ　（ｔ）ｘ　（ｔ）＋Ｂ（ｔ）
ｕ　（ｔ＞＋Ｖ（ｔ） ｙ（ｔ＞−Ｃ（ｔ）ｘ（ｔ）＋ｅ（ｔ）ただし、Ａ　（
ｔ）、　Ｂ　（ｔ）、　Ｃ（ｔ）は時間によって変化す
るパラメータ行列で、ｖ（ｔ＞。

ｅ（ｔ）は互いに独立な白色雑音とする。このとき、Ｋ
ａ１ｍａｎフィルタの推定機構は次のように表わされる
。

Δ ｄｘ　（ｔ）／ｄｔ−Ａ　（ｔ）Ｘ　（ｔ）＋Ｂ　（ｔ
）　ｕ　（ｔ） ＋Ｋ　（ｔ）　　［ｙ　（ｔ）−ｙ　（ｔ）　］ただし
、 Ｋ（ｔ）−Ｐ（ｔ）Ｃ’　　（ｔ）Ｒ−１（ｔ）ｄＰ（
ｔ）／ｄｔ −Ａ（ｔ）Ｐ（ｔ）＋Ｐ（ｔ）Ａ′　（ｔ）−Ｐ　（ｔ
）Ｃ−（ｔ）Ｒ’　　（ｔ）Ｃ（ｔ）Ｐ　（ｔ）＋Ｑ（
ｔ） ｙ−（ｔ）−Ｃ（ｔ）ｘ　（ｔ） また、　は行列の転置を表わす。ざらにＲ（ｔ）はｅ（
ｔ）の分散、Ｑ（ｔ）はｖ　（ｔ）の分散を表わす。

一方、次の異常評価基準Ｊを常に監視しておき、このＪ
が正常基準値を越える状態になったとき、異常発生を検
知する。

△　　　。

Ｊ−（Ｖ−ｙ）　　Ｈ（Ｖ−Ｙ） ただし、Ｈは対角成分が正であり、他成分は０であるよ
うな行列である。

ｙの中に推定値ｙと異なるものがあると、評価基準ＩＪ
は大きくなる。異常が検知された場合、通常はその異常
信号の影響を受けて他の信号も異常な振舞いをする。こ
のため、どの信号異常が本質的なものか、あるいはそれ
がプラント特性変化によるものか否かを明確にしなけれ
ばならない。

そこで、次に異常発生が検知された場合、行列Ｈの第１
番目の対角成分を０とする行列Ｈｉを採用し、すべての
ｉについて先の状態推定機構を一部変更した次の推定機
構によって求めることができる。

ｄＸ（ｔ）／ｄｔ 一部（ｔ）交（ｔ）＋Ｂ（ｔ）ｕ（ｔ）＋Ｋ　　（ｔ）
　　Ｈ’＋　　［ｙ　（ｔ）　−ｙ　（ｔ）　　］９（
ｔ）−Ｃ（ｔ）ｑ（ｔ） Ｊｉ−（ｙ（ｔ）−９（ｔ）） Ｈｉ　　（Ｖ（ｔ）−Ｖ（ｔ）） このようにして求められたＪｌが正常なときのＪにもど
るか否かをチエツクし、もどるものがあれば、そのとき
のｉに対する検出信号が異常であると判定する。すべて
のｉについてＪｉが正常レベルにもどらないときは、プ
ラント特性変化などによる異常と結論づける。

上記実施例では対象が線形の動的システムの場合につい
て述べたが、対象が非線形の動的システムの場合を第２
図により説明する。なお、第１図と同一部分には同一記
号を付してその説明を省略し、ここでは推定部２での推
定の手法について述べる。

非線形の微分方程式で表わされるような対象に対して一
般化された状態推定の手法はないが、次のように実際の
検出器信号ｙと推定部２で推定された推定ｌ［ｙの差の
フィードバックを行なうと、状態推定が可能となる場合
が多い。

ｄぐ（ｔ）／ｄｔ −ｆ　（ｘ　（ｔ）、　ｕ　（ｔ）） 十ｋ（ｔ）　（ｙ（ｔ）−９（ｔ）） ｙ（ｔ）”ａ（ｘ（ｔ）、ｕ（ｔ）） 非線形システムの場合は、このときのフィードバックゲ
インｋ　（ｔ）は人が適当にＸＩＩＩしてやる必要があ
る。

したがって、このような手法で状態推定ができれば、対
象が非線形の動的システムの場合であってもプラント自
身の特性の変化と区別して検出器が異常であるか否かを
診断することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、診断を必要としない
複数の検出器の出力を用いて診断を必要とする複数の検
出器の値をそれらの間の動的関係式によりそれぞれ推定
し、この推定された値と計測された値との差から異常評
価基準量を計算し、該基準量が所定の値を越えた時に、
上記診断を必要とする検出器の何れかを除いた残りの検
出器の値を上記診断を必要としない複数の検出器の出力
を用いて再度推定して異常評価基準量を再計算し、再計
算された基準量が所定のＭ２Ｒ下の時、上記推定しなか
った検出器が異常であると診断するようにしたので、検
出器の数を増やすことなく、プラントの動的状態におい
ても、プラント自身の特性の変化と区別して検出器が異
常であるか否かを診断することができるプラントの検出
器の異常診断方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明によるプラントの検出器の診
断方法を説明するための異なる実施例をそれぞれ示すブ
ロックダイヤグラムを示す図である。 １・・・プラント、２・・・推定部、３・・・以上評価
基準量計算部、４・・・判定部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラントのプロセス量を計測する検出器の異常を診断す
   る方法において、診断を必要としない複数の検出器の出
   力を用いて診断を必要とする複数の検出器の値をそれら
   の間の動的関係式によりそれぞれ推定し、この推定され
   た値と計測された値との差から異常評価基準量を計算し
   、該基準量が所定の値を越えた時に、上記診断を必要と
   する検出器の何れかを除いた残りの検出器の値を上記診
   断を必要としない複数の検出器の出力を用いて再度推定
   して異常評価基準量を再計算し、再計算された基準量が
   所定の値以下の時、上記推定しなかった検出器が異常で
   あると診断することを特徴とするプラントの検出器の異
   常診断方法。