JPH02187626A - プラント異常診断システム - 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、化学プラント等の大規模プラントの故障およ
び異常診断に適用されるプラント異常診断システムに係
り、さらに詳しくは、診断に用いられる症状作成の改良
に関する。

〔従来の技術〕

従来より、化学プラント等においては、プラントの特定
の箇所に圧力計、流力計等の各種計器を装着し、これら
計器より得られるプロセス値である測定データ等に基づ
いてプラントの運転状態を監視し、必要に応じて警報を
発するシステムが知られている。

このようなシステムにおける警報等の発生条件としては
、プロセス値に対するしきい値を固定的に設定し、前記
プロセス値がしきい値から逸脱したことを検出した場合
を設定するのが一般的に知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような方法によれば、プロセスに異
常が発生し、その影響によるプロセスの擾乱が広がって
いくに伴い、発生する警報数も増大し、プロセスに何が
発生しており、また、その原因が何であるかを知得する
ことはオペレータにとって必ずしも容易でないという問
題があった。

そこで、本発明者達は、鋭意研究の結果、プラントに異
常が発生したときにその種類と原因とが容易にオペレー
タに提示できるプラント異常診断装置を提案した（実願
昭６３−９６２０２号）。

この診断装置は、プラントに故障等が発生しているとい
う仮説と、この仮説が発生している場合に現れる症状と
の対応関係が症状毎に分類された知識メモリを設け、こ
の知識メモリの記述内容とプラントで現実に発生してい
る症状等との対応関係を診断部で比較して前記仮説の発
生の有無を診断し、その結果を表示するというものであ
る。

このような診断装置によれば、物理的変化により当然に
現れると考えられる異常とその原因、あるいは経験的に
認められる異常とその原因等を知識メモリに記憶させて
おくことにより、プラント各部における異常診断を個々
にかつ明確に行うことができるという利点がある。

また、本発明者達は、時々刻々と変化するプラントの運
転状態に応じて、また、変化の確率等を統計的に求める
等の手段を講じて前記基準値を平均値として決定すると
ともに、これに基づいて許容範囲を決定してプラントの
異常兆候を検知する装置を既に提案している（特願昭６
３−２５０５９６号）。

これによれば、プラントの特定点における物理量が所定
の許容範囲にあるか否かを判断するための基準値として
、所定時間間隔毎に求められる平均値を用い、この平均
値を基準として設定される許容範囲に前記物理量の値が
属するか否かを判断することができ、プロセスの長期的
変動等に対応した異常兆候の検出が可能となった。

しかしながら、プラントの異常診断を高精度に行うため
には、知識メモリに記憶される仮説と症状の対応関係を
単に作成するというだけでは必ずしも十分ではない点に
留意しなければならない。

つまり、診断部に入力される異常等の症状を示すプロセ
ス値、すなわち測定データ自体に高い信頼性がなければ
ならないという点も考慮する必要があるということであ
る。

例えば、プラントの特定点における物理量の値は、当該
特定点の性質上、ある一定の許容幅をもって物理量の値
の変動が許容される場合が多い。

このような許容幅はある基準値に基づいて決定されるも
のであるが、この基準値を前述のようなしきい値として
固定的に設定すると、プラントの運転条件の変更、ある
いは外気温の変化等に起因した本来許容されるべき変動
をも異常等の症状として診断部に出力してしまい、誤っ
た診断を実行する場合がある。

そこで、本発明は、前記既提案のプラント異常診断装置
の利点と異常兆候検知装置の利点とを結合することがで
きれば、異常診断を行うための症状の信頼性を飛躍的に
向上させることができる点に着目してなされたもので、
その目的とするところは、プラントの異常等の症状を示
す診断用症状を、プラントの運転条件等に対応して求め
てこれを出力し、これに基づいて異常診断を行うことに
より診断結果の高い信頼性が得られるとともに、無用の
診断を回避することのできるプラント異常診断システム
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するため、本発明に係るプラント異常診
断システムは、プラントの特定点の物理量を計測する計
測手段と、前記物理量に基づいて所定周期で平均値を求
める平均値計算機と、前記物理量と平均値との差が予め
設定された許容範囲を越えたか否かを診断用症状信号と
して出力する比較手段とを含む異常兆候検知手段と、前
記診断用症状信号とともに予め設定された異常等の検知
用情報を入力してプラントの異常等を診断する診断部と
を備えたことを特徴として構成されている。

〔作用〕

本発明によれば、プラントの特定点の物理量は計測手段
により計測される。この計測値は平均値計算機に逐次出
力され、当該平均値計算機は入力された計測値に基づい
て所定周期で平均値を求める。前記計測値および平均値
は比較手段に入力されて計測値と平均値との差が求めら
れるとともに、この差が前記平均値に基づいて設定され
た許容範囲にあるか否かが判断され、その結果が診断用
症状信号として比較手段から診断部に出力される。

診断部に入力された診断用症状は、異常等の検知用情報
と比較対照されて、異常発生の有無が診断される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図には本発明に係るプラント異常診断システムのブ
ロック構成が示されている。この図において、異常兆候
検知手段１はプラントの特定点の物理量を測定する圧力
計、流量計のセンサ２と、このセンサ２の出力を入力と
して前記物理量の平均値を求める平均値計算機３と、こ
の平均値計算機３の出力および前記センサ２の出力をそ
れぞれ入力とし、これらを所定処理して診断用症状信号
を出力する比較手段４とを備えている。

前記平均値計算機３は、例えば予め定めた一定時間毎に
、その直前の時間区間中の物理量の平均値を計算するよ
うに構成されている。また、比較手段４は、前記センサ
２からのプラント特定点における物理量と平均値計算機
３からの平均値との差を求める減算器５と、この減算器
５により求められた差を、許容範囲設定器６を介して予
め設定された許容範囲に属するか否かを判断し、その結
果を診断用症状信号として次段の診断部８に出力する比
較器７とを含んで構成されている。この際、前記平均値
計算機３によって計算された平均値が物理量の基準値と
みなされている。

なお、前記平均値計算機３には必要に応じてリセット信
号が投入されるように設けられており、これによりプラ
ントの運転条件等が変更されたときに生ずる物理量の変
化に対応し得るようになっている。

前記診断部８は、比較器７から出力された診断用症状信
号を入力し、知識メモリ９に記憶された異常等の検知用
情報と比較対照して異常診断を行うもので、その結果は
出力表示部１０に表示される。

前記異常等の検知用情報は、プラントに故障もしくは異
常状態が発生しているという仮説とこの仮説が発生して
いる場合に現れる症状との対応関係を、各仮説に対する
症状の出現あるいは検知可能性の強さ、および出現しな
い症状毎に分類されたものである。従って、診断部８に
おいては、異常兆候検知手段１から出力された症状を示
す診断用症状信号を入力し、入力された症状の発生形態
と、発生していない症状の情報と、前記知識メモリ９に
記憶されている仮説と症状発生形態との関係、および発
生しない症状との関係を照らし合わせることにより個々
の仮説が実際に発生しているかどうかを診断することが
できる。

なお、前記知識メモリ９における分類基準の中で「出現
あるいは検知可能性」というのは、異常発生によるプロ
セス値の擾乱がそれを検出できる程度に大きいかどうか
、あるいは異常発生から症状出現までに大きな時間的遅
れ等が発生せず、その症状を診断に使用するのが適当で
あるかどうかを表す指標であって、例えば出現あるいは
検知可能性がより高いと分類された症状は、それらが検
知されることにより「対応する仮説が発生している」と
いう診断部８における判断に結びつき、逆に検知されな
いことによって「対応する仮説が発生していない」とい
う診断部８における判断に結びつく。

また、出現あるいは検知可能性がより低いと分類された
症状は、それらが検知されることにより「対応する仮説
が発生している」という診断部８における判断に結びつ
くが、検知されなかったからといって、「対応する仮説
が発生していない」という診断部８における判断には結
びつかない。

さらに、知識メモリ９における分類基準の中で「出現し
ない症状」というのは、仮説の影響で症状が発生するこ
とがプラントの物理的性質から考えられないことを表し
、出現しない症状であると分類された症状は、それが検
知されることにより「対応する仮説が発生していない」
という診断部８における判断に結びつく。

このように、プラントに故障もしくは異常状態が発生し
ているという仮説とこの仮説が発生している場合に現れ
る症状との対応関係を各仮説に対する症状の出現あるい
は検知可能性の強さおよび出現しない症状毎に分類して
知識メモリ９に記憶しておき、プラントで現在発生して
いる症状を前記診断部８に人力し、前記知識メモリ９の
記述内容を参照して個々の仮説が発生しているか否かを
診断することにより、異常発生の種類と原因を運転員に
提示することができ、症状の出現可能性が異なる場合で
も症状の分類に応じた適切な判断を行うことが可能とな
る。

次に、前記実施例を具体的な適用例に基づいてさらに詳
述する。

第２図には、化学プラントで用いられるタンクの液面制
御系が示されている。この図において、流入管１０の途
中には当該流入管１０内を流れる液体の流量を測定する
流入流量計１１および前記流量を調節する流入調節弁１
２が配置されている。

流入調節弁１２を介してタンク１３内に流入した液体の
液位は、液位調節計１４で調節されるとともに、この液
位調節計１４は液位が設定値に保たれるように前記流入
調節弁１２に制御信号を出力するように構成されている
。前記タンク１３の底部側からは流出管１５が延出され
、この流出管１５には液体の流量を調節する流出調節弁
１６および前記流出管１５の流量を測定して流量が設定
値に保たれるように流出調節弁１６に制御信号を出力す
る流出流量計１７が設けられている。なお、第２図中、
符号１８．１９は、液位調節計１４および流出流量計１
７のそれぞれの設定器であり、また、前記流出流量計１
１を始めとした各計器が第１図に示した異常兆候検知手
段１を構成するセンサ２に対応するものである。

このような構成により、プラントの症状としては次のよ
うな例を挙げることができる。

■、流入流量計１１の指示値が高い。

■、流入流量計１１の指示値が低い。

■、液位調節計１４の液位指示値が高い。

■、液位調節計１４の液位指示値が低い。

■、液位調節計１４の制御信号が高い（この場合流入調
節弁１２は開側に操作される）。

■、液位調節計１４の制御信号が低い（この場合流入調
節弁１２は閉側に操作される）。

■、液位推算値から液位調節計１４の指示値を減じた値
が高い。

ここで「液位推算値」とは、流入流量計１１の指示値と
流出流量計１７の指示値との差を時間的に積分計算して
タンク１３内の液体保有量を推算し、タンク１３の幾何
学的形状からその液体保有量に相当するタンク１３内の
液位を推算するものである。この際、液位推算値は流入
流量計１１の指示値と流出流量計１７の指示値とを減算
する減算器、この減算器の値を積分する積分器、および
液位を推算するための演算器等を介在させることにより
求められ、この出力をセンサ２の入力値とすることがで
きる。なお、液位推算値は、下式で表される。

Ｌｇ（ｔ）　−ＬＭ（５（Ｆｌ　（ｔ）　　ＦＣ（ｔ）
）ｄｔ　十Ｍｏ　）・・・（１）ここで、Ｌｇ　（ｔ）
：液位推算値、ｔ：時間、Ｆｌ（ｔ）：流入流量計１１
の指示値、ＦＣ（Ｌ）：流出流量計１７の指示値、Ｍｏ
　：タンク１３の液体保有量の時刻ゼロにおける値、Ｔ
：現在時刻、ＬＭｊタンク１３内の液体保有量とその幾
何学的形状からタンク１３の液位を求める関数（単調増
加関数）である。

■、液位推算値から液位調節計１４の指示値を滅した値
が低い。

■、流入量推算値から流入流量計１１の指示値を減じた
値が高い。

ここで「流入量推算値」とは、流入調節弁１２の開度と
流入管１０を流れる液体の流量との物理量的関係により
推算した値で、前記液位推算値を求める場合と同じよう
に、センサ２に前置される演算器等により求めることが
できる。また、前記流入調節弁１２の開度は液位調節計
１４の操作信号により代替される。なお、流入量推算値
は下式で与えられる。

Ｆ１ｇ＝Ｃｖｉ（Ｍｉ）　５訂−（２）ここで、Ｆｉｇ
：流入量推算値、Ｍｉ：流入調節弁１２を操作する操作
信号、Ｃｖｉ　（Ｍｉ）：流入調節弁１２の流量係数（
流量係数は操作信号の関数になり、単調増加関数である
）、ｄＰｉ：流入調節弁１２の圧力差（ここでは一定と
仮定）である。

Ｘ、流入量推算値から流入流量計１１の指示値を減じた
値が低い。

なお、以上に例示した症状項目１−Ｘはあくまで一例で
あって、症状として取り上げる項目は限定的なものでは
な（、後述する知識の記述方法によって種々の症状項目
が必要に応じて選定されることは勿論である。

本実施例においては、診断の対象となる異常原因の仮説
を次のように想定する。

■流入流量計１１の高誤指示（実際に流入管ｌＯを通過
している流量よりも多く指示）■流入流量計１１の低誤
指示（実際に流入管１０を通過している流量よりも低く
指示）■流入管１０の閉塞 ■液位調節計１４の高誤指示（実際の液位よりも高く指
示） ■液位調節計１４の低誤指示（実際の液位よりも低く指
示） ■タンク１３の漏洩 また、発生形態による症状の分類を第３図のように想定
し、前記の仮説について知識メモリ９におけるそれぞれ
の異常発生に伴う症状発生の対応関係の知識と、その根
拠を説明する。なお、以下の説明では第３図に示した分
類記号と症状番号を使用して個々の仮説について順次説
明するが、発生しない症状分類については分類記号Ａ、
Ｂ、Ｃ以外のもの全てとした。また、この他にも他の仮
説との弁別のために必要最小限の症状をＤに分類する方
法等が種々考えられることは勿論である。

第４図には結論として得られた知識が示され、それぞれ
第５図〜第９図には各仮説■〜■の知識例がそれぞれ示
されている。

従って、このような実施例によれば、診断部８に入力さ
れる診断用パターンを求めるに際し、異常兆候検知手段
１での処理が１．安定状態からの偏差に対してのみ、つ
まり固、定位を用いることな（許容範囲を設定すること
ができるから、許容範囲を狭く設定することが可能とな
り、異常によって生じた物理量の変動が許容範囲を逸脱
するまでの時間を短縮することができる。また、安定状
態における物理量の基準値としての平均値が長期的なプ
ロセスの変動に対応し得るので、プロセス変動に対して
柔軟に対応することができるとう効果がある。

このように、異常兆候検知手段１で得られる診断用症状
信号を容易かつ正確に把握することが可能となり、これ
を診断部８での診断に用いる構成としているから、その
診断結果に高い信頼性を置くことができるとともに、プ
ラントの運転状態の監視をより有効に実行でき、しかも
、オペレータが異常診断結果に対応して取るべき必要な
点検、保守作業も正確かつ迅速に行うことができる。

さらに、平均値計算機３にはリセット信号を投入可能と
し、当該リセット信号が投入された時点から物理量の平
均値を計算しなおすよう構成したから、プラントの運転
条件の変更等、人為的な要因で前記物理量の安定値が変
位した場合でもこれに対応することが可能である。

なお、前記実施例における異常兆候検知手段は必ずしも
第１図構成例に限定されるものでなく、例えば、第１０
図ないし第１３図に示される構成であってもよい。

第１０図における異常兆候検知手段ＩＡは、平均値計算
機３にホールド回路２０を設けた点が前記実施例と異な
っている。このホールド回路２０は、計測値と平均値と
の差が許容範囲を逸脱した場合に、その直前区間中にお
ける物理量の平均値を更新しないように機能するもので
ある。

従って、このような異常兆候検知手段ＩＡを用いた場合
には、前記物理量の安定値のみに基づいて平均値を求め
ることが可能となり、より信頼性の高い診断用症状信号
を得ることができるという効果が付加できる。

また、第１１図における異常兆候検知手段ＩＢは、セン
サ２で計測された物理量と、平均値計算機３により計算
された物理量の平均値との差、すなわち偏差の存在範囲
を統計的に求めるところに特徴を有するものである。そ
のため、平均値計算機３と比較器７との間には許容範囲
計算機２１が併設されている。

この変形例において、前記変化のばらつきが正規分布に
従うと仮定した場合、次式より統計的に偏差の存在範囲
を決定することができる。

ここで、 Ｘ（ｉ）：物理量の時点ｉでの計測値 Ｎ：対象とする物理量の標本数 ｍ：物理量の平均値 σ：Ｘの標準偏差 Ａ：偏差の許容範囲 である。

Ｘの分布を正規分布と仮定するとＡ−±３σにとってお
けば、この範囲に９９％以上の確立で偏差が存在するの
で、許容範囲としてこのＡの値を使用しておけば、より
簡単に異常を検出することができる。

また、偏差の許容範囲を自動的に決定することもできる
とともに、通常運転時の値からの変動の許容幅について
の決定を自動的かつ極めて容易に行うことができ、許容
範囲の設定に要求される多くの時間と労力を飛躍的に軽
減することができる。

さらに、第１２図に示される異常兆候検知手段ＩＣは、
前記物理量と平均値との偏差が予め決定された時間だけ
連続して許容範囲を逸脱したことを条件に異常と見做し
てこれを出力するよう構成したものであり、比較手段４
Ａにはタイマ２２が内蔵されている。

このタイマ２２は、比較器７より許容範囲を逸脱したこ
とを示す信号が入力されたときにタイミングをカウント
し、所定時間偏差が連続したときに異常が認められると
いう診断用症状信号を比較器７から出力するように構成
されている。

このような変形例によれば、物理量の計測値変化が偶発
的なノイズ等の外乱に起因したものである場合でも、こ
れを明確に識別でき、無用な混乱を生じさせることがな
いという効果をさらに付加することができる。

また、第１３図に示される異常兆候検知手段ＩＤは、平
均値計算機３さらには許容範囲計算機２１に人為的にリ
セット信号が投入できるように構成され、これらのリセ
ット信号をそれぞれ受は取ったときからの物理量を使用
して平均値および許容範囲を計算してこれを更新するよ
うにしたところに特徴があるものである。

従って、このような変形例によれば、人為的に変化させ
られた安定点における物理量の平均値と偏差とを新たに
計算させることができるとともに、運転条件に応じた偏
差の存在範囲を自動的に決定することができ、各種プラ
ントにおける幅広い適用性を有する異常検知を行うこと
ができるという効果がある。

なお、前記実施例ならびに変形例の説明において、セン
サ１は、流量計、圧力計等であるとして例示したが、本
発明は広くプラントに用いられる各種計装に適用可能で
ある。

また、異常兆候検知手段は計測を行うべきプラント特定
点の特性等に応じて前述の装置を適宜使い分けたり、あ
るいは組み合わせて用いる構成としてもよい。さらに、
前記知識メモリ９は、仮説とこの仮説が発生している場
合に現れる症状との対応関係が、プラントの条件毎に分
類して記憶されたものを用いることもでき、この場合、
診断部８は知識メモリの記述内容のうち、現在の条件に
最も合致した対応関係を選び出して異常診断を行うよう
にすればよく、このような場合には、異常診断の適用範
囲をさらに拡大できる上、より綿密な診断を実現するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、プラン１〜の異
常等の症状を示す診断用症状を、プラントの運転条件等
に対応して求めてこれを出力し、これに基づいて異常診
断を行うことにより診断結果の高い信頼性が得られると
ともに、無用の診断を回避することのできるプランＩ・
異常診断システムを提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプラント異常診断シス
テムの全体構成を示すブロック図、第２図は前記実施例
が適用されるプラントの液面制御系における具体例を示
す図、第３図は知識メモリの分類基準を示す図、第４図
は知識メモ＋１１こ記憶されている仮説と症状発生形態
との対応関係の一例を示す図、第５図ないし第９図は各
仮説の知識例を示す図、および第１０図ないし第１３図
は異常兆候検知手段のそれぞれ異なる変形例を示すブロ
ック構成図である。 １・・・異常兆候検知手段、２・・・計測手段としての
センサ、３・・・平均値計算機、４．４Ａ・・・比較手
段、６・・・許容範囲設定機、８・・・診断部、９・・
・知識メモリ、１０・・・出力表示部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）プラントの特定点の物理量を計測する計測手段と
   、前記物理量に基づいて所定周期で平均値を求める平均
   値計算機と、前記物理量と平均値との差が予め設定され
   た許容範囲を越えたか否かを診断用症状信号として出力
   する比較手段とを含む異常兆候検知手段と、 前記診断用症状信号とともに予め設定された異常等の検
   知用情報を入力してプラントの異常等を診断する診断部
   とを備えたことを特徴とするプラント異常診断システム
   。
2. （２）請求項１において、前記平均値計算機は、前記物
   理量と平均値との差が許容範囲を超えて診断用症状信号
   が出力されていた期間は平均値を更新しないよう構成さ
   れていることを特徴とするプラント異常診断システム。
3. （３）請求項１または２において、前記平均値と物理量
   との差を統計処理することによって前記平均値と物理量
   との差の存在範囲を統計的に求め、この存在範囲に基づ
   いて前記許容範囲を決定する許容範囲計算機を併設した
   ことを特徴とするプラント異常診断システム。
4. （４）請求項１ないし３のいずれか１項において、前記
   比較手段は前記平均値と物理量との差が所定時間連続し
   て許容範囲を逸脱したことを条件として診断用症状信号
   を出力することを特徴とするプラント異常診断システム
   。
5. （５）請求項３または４において、前記平均値計算機お
   よび許容範囲計算機にはリセット信号が投入されるよう
   構成され、これらリセット信号が投入された時点からの
   物理量によって前記平均値と許容範囲とを計算しなおす
   ことを特徴とするプラント異常診断システム。
6. （６）請求項１または２において、前記平均値計算機に
   は、リセット信号が投入されるよう構成され、このリセ
   ット信号が投入された時点からの物理量によって前記平
   均値を計算しなおすことを特徴とするプラント異常診断
   システム。
7. （７）請求項１ないし６のいずれか１項において、前記
   異常等の検知用情報はプラントの運転条件毎に分類され
   ていることを特徴とするプラント異常診断システム。