JPH0221307A - プラント診断装置 - 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〕 本発明はプラント診断装置に係り、特にプラント制御上
の各種時系列データを用いて系の将来を診断することに
より系の故障を早期発見、対策するのに好適なプラント
診断装置に関する（のである。

〔従来の技術〕

従来のプラント診断については、人工知能学会誌ＶＯＬ
、３．ＮＱＩ　（１９８８）第４０頁から第４５頁の「
高炉診断制御へのエキスパートシステムの応用」という
論文がある。これには、センサ信号を平滑化する機能と
、平滑化されたデータから炉況予知の推論用データを作
成する機能から構成され、センサ信号の平滑化は１分周
期で収集した時系列データに統計的処理をほどこす手法
で行っており、同じセンサでも異常炉況と炉熱の推論で
は専問家の視点が異なるため、平滑化の方法は異なるこ
とが述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、プラントにおける比較的短い時間内に
起きた計測データの変化を捉えて、系の異常を診断・報
告している。一方、プラントにおいては、このように短
い時間内の変化が系の状態を判定するほどの重みをもっ
ているような計測データの他に、比較的長期間に渡る変
化が重要な意味をもつような計測データもある。後者の
データにおいでは、従来、データの時系列的な流れを表
示する１ヘレンド表示を利用している。すなわち、トレ
ンド表示を見ながらオペレータがデータの大きな流れを
監視し、データ及びその微分値がある限界値中を超えた
ときにシステムがこれを警報している。

このような状況において、限界巾の上限または下限が系
の損傷をきたすような値であった場合、当然、警報が出
た頃には系が壊れていることになる。したがって１通常
早めに警報が出るように限界巾が設定されており、オペ
レータは絶えずこの種のトレンド表示に気を配らなくて
はならないという問題があった。これに対して、「この
分で行くと後残り時間何分で限界値に達する。」といっ
た情報をシステムが提示できれば都合がよい。残り時間
が十分に長ければオペレータは無視するか、その計測デ
ータの調査を行うであろう。本当に系が限界値に達する
様相をみせているならば、オペレータはその残り時間に
見合った処置を施行できる。これにより、状況に適合し
た系の保全がはかられる。

本発明の目的は、オペレータが系の状況の切迫塵に適合
した保全処置が施行できるよう系の監視を支援すること
ができるプラント診断装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、計測データが限界値に達するまでの残り時
間をシステムが提示するか、あるいは将来時点における
系の状態を診断することによって達成される。

〔作用〕

すなわち、時刻列データからその微係数を求め、この外
延により限界値に達するまでの時間を算出する。この時
間がある基準時間を下回った場合システムがこれを報告
する。また、一方で、一定時間後の系のいくつかのデー
タを上記外延によって推測して、これらのデータから系
の将来状況を推測して報告する。

これにより、オペレータは系が損傷を被るまでの時間を
知ることができ、系の状況の切迫塵に適合した保全処置
が施行できる。オペレータがこの残り時間に疑問を抱い
た場合には、一定時間後のシステムの状況を推測させて
、将来状況における各データ間の相関が系の損傷につな
がる様相を示しているかどうかを調べることができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を第１図〜第４図を用いて詳細に説
明する。

第１図は本発明のプラント診断装置の一実施例を示す構
成図で、１つの通信路６により結ばれた分散型計装シス
テムの構成を示す。コントローラ５はプロセスにおける
計測データを取り込み、計測データは通信路６を介して
信号処理装置１へ送られる。信号処理装置１はこの計測
データからノイズを取り除いて平滑化し、その微分値を
得る。

具体的には、過去数点の計測データを蓄えておきこれら
の平均値を求めることにより、平滑化が行われ、平滑化
されたデータを過去数点蓄えておき、これらの時間軸に
対する傾きを最小二乗法で求めることにより、微分値が
得られる。推測器２は、平滑化された計測データとその
微分値から、計測デー′夕が定められた限界値巾を逸脱
するまでにかかる時間を推測する。診断器３は、この時
間が定められた時間以内であればオペレータズコンソー
ル４に時間と警報を表示する。

第２図は、推測器２の実施例の説明図である。

推測器２は、平滑化された計測データ１８とその微分値
から外延線１５を求める。この外延線は計測値軸１７と
時間軸１６からなる座標系上の直線である。この直線が
上限値１０または下限値１１と交わる時点、すなわち、
限界値巾を超える時点１３を求める。この時点から現時
点１２を引いた値が、限界値巾を超えるまでの時間１４
となる。

こうして、計測データが定められた限界値ｌ】を逸脱す
るまでにかかる時間を推測することができる。

この時間のことを以下限界残時間と呼ぶ。

こうして得られた限界残時間は、定められた時間以内で
あれば、警報とともにオペレータズコンソール４に表示
される。一般に、警報に対応する対策には、最悪の場合
、系の緊急停止とか、軽度のものでバルブ開閉などがあ
る。前者の場合、系の保全は比較的迅速に行われるが、
系の再立ち上げに要する時間は相当長くなる。後者の場
合、系の保全は比較的緩慢に行われるが、系の再立ち上
げの必要はあまりない。つまり警報に対する対策におい
て、系の保全に要する時間が短いほど、再立ち上げに要
するオーバヘッドは大きくなる。したがって、オペレー
タは系の保全に要する時間をできるだけ長くしたいが、
一方で再立ち上げオーバヘッドが大きくなる。本発明の
限界残時間の提示によれば、系の保全に要する時間の上
限基準が示されるので、オペレータは必要以上に再立ち
上げオーバヘッドのかかる対策を選ばないですむ。

よって、最適な警報対策を選ぶことができる。

以上は、計測データが漸近的に限界値に近づく場合であ
るが、振動しながら限界値に近づく計測データについて
も同様の限界残時間算出ができる。

第３図は、振動しながら限界値に近づく計測データのグ
ラフである。この場合でも図のように外延線１５が各々
の時点で引くことができる。計測データの微分値が０と
なる付近では限界残時間が無限大に近くなるので、微分
値の絶対値がある値以下の場合は、事実上限界残時間を
無限大として扱う。

第４図は、振動しながら限界値に近づく計測データの限
界残時間を時系列的にグラフ化したものである。限界残
時間が設定値２１を下回ったときに警報が出る。第４図
においては、計測データの振動が大きくなるにつれて、
第１回警報２２．第２回警報２３と警報が出る。あらか
じめ計測データが大きく振動することが分かつている場
合には、限界残時間のピーク間の間隙が予想できるので
、第１回警報時点で次のピークがくるまでの時間も合わ
せて表示することができる。

第１回警報が消えた時点において、第２回目の警報が発
生するまでの時間を提示するので、オペレータは対策を
練るための時間を確認できる。したがって、系の保全性
を高めることができる。

また、上記の例は振動する計測データが発散しながら限
界中を逸脱する場合であったが、振動しながら漸近的に
限界値に近づく場合でも同様に処理できる。後者の例に
おいては、さらに、平滑処理を特定スペクトル成分の除
去とすることにより。

振動のない滑らかな計測データとして扱うこともできる
。

また、計測データの将来値を予測する手段として、現時
点の微分値から線形的に外延する手法を説明したが、状
態方程式などによるフィルタを用いた将来値の予測によ
っても、本発明は実現できる。この際、状態方程式中に
現れる状態変数のうち、その上限値かまたは下限値に意
味がある場合には、この状態変数の限界暫時間を予測、
表示することにより、同様にシステムの警報対策を容易
にする。

これらの限界残時間の表示には、時々刻々の値をモニタ
画面に表示するか、時系列的に表示する場合がある。前
者の場合、現時点における限界残時間を数値またはバー
グラフで表示するもので、対象計測ユニットのモニタ表
示の近くに表示する。

これにより対象ユニットと限界残時間との関連が視覚的
に確認しやすくなる。後者の場合、特に計測データが振
動する場合に発散傾向を目視するとか、限界残時間の時
間帯によって緊急度がある場合にその緊急度変化を目視
するのに有効である。

近年、与えられたデータをあらかじめ設定されたルール
にしたがって診断するエキスパートシステムがプラント
制御の分野においても使われはじめている。典型的な例
は、上記の「高炉診断制御へのエキスパートシステムの
応用」という論文で扱われている。従来の使いかたは、
系から計測されたデータをエキスパートシステムによっ
て解析し、現時点における適切な制御パラメータを決定
したり、あるいは直接制御したりして現時点の計測デー
タ間の整合性チエツクにより系を診断して異常があれば
これを報告するという形であった。

この診断においては、現時点に対する評価を行っている
。異常だと判定した時点においては、時間的余裕がない
ので、その対策を選択している余裕がなくなる。特に、
異常事態によっては、オペレータは通常の意志決定がで
きないくらい精神的に圧迫されていることが想定される
ので、事態はさらに深刻となる。

そこで、上記のような推測器２により、一般に将来時点
の系の計測データが予測できるので、いくつかの種類の
計測データについて将来時点の値を予測し、これら予測
値から将来時点の系の状態を診断することができる。こ
れにより早めに系の異常を報告することができ、オペレ
ータに対策法を選択する余裕を与え、結果的に系の保全
性を増すこととなる。

あらかじめ予想できる系の異常に対しては、それに対す
る対策リストをあらかじめ用意することができる。すな
わち、システムの警報に同期して対策リストをオペレー
タに提示することにより、より早くオペレータが対策を
施せる。このとき。

限界残時間を提示できればさらに効果的である。

対策リストには、ある警報に対する対策がいくつかあり
、それは系の状況に依存して選ばれる。系の状況の中で
も、系の限界残時間は現時点の緊急度を示す指標となり
、対策リストの中から対策を絞るのに好適である６そこ
でそれぞれの対策に対応してその対策に要する所要時間
を対にして記憶しておき、警報に同期して表示する警報
リストのうちその所要時間が限界残時間以内であるよう
な対策については、色を変えて表示することにより、系
の残り時間に適応した対策をオペレータが選択できる。

また、このような対策リストがあれば、系の故障対策シ
ミュレーションができる。例えば、ある対策が「バルブ
Ｘを開く。」であったとする。系の流路系に対する全て
の情報をシステムが持っているとすれば、システムはこ
の「対策バルブＸを開く、」という操作を模擬できる。

つまり、「バルブＸを開くとその流出光のタンクＹの水
位が上がり、したがって圧力が上昇する。圧力が回復す
るまでには５分かかる。」といった要領で模擬する。こ
れにより、オペレータは選んだ対策が思ったとうりの効
果を発揮しているか、考え抜けによって思わぬ副作用が
生じないかどうかをチエツクできるので、対策の選択に
対する信頼性も高まる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、計測データが定
められた限界値中を逸脱するまでにかかる時間、すなわ
ち、限界残時間を提示して系の保全に要する時間の上限
基準を示すので、オペレータは必要以上に再立ち上げオ
ーバヘッドのかかる対策を選ばないですむ。一般に、警
報対策において、系の保全に要する時間が短いほど、再
立ち上げに要するオーバヘッドは大きくなる。したがっ
て、オペレータは系の保全に要する時間内で再立ち上げ
オーバヘッドが最小となる対策を選ぶことができる。よ
って、状況に適合した系の保全をはかることができる。

また、系の計測データの将来値を予測しその時点の警報
対策を模擬することにより、オペレータは選んだ対策が
思ったとうりの効果を発揮しているか、考え抜けによっ
て思わぬ副作用が生じないかどうかをチエツクできるの
で、対策の選択に対する信頼性も高まるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のプラント診断装置の一実施例を示す構
成図、第２図は第１図の推測器の一実施例の説明図、第
３図は振動しながら限界値に近づく計測データの線図、
第４図は振動しながら限界値に近づく計測データの限界
残時間の時系列線図である。 １・・・信号処理装置、２・・・推測器、３・・・診断
器、４・・・オペレータズコンソール、５・・・コント
ローラ、６・・・通信路。 計ノ則１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、時系列データの平滑化を行う平滑器と、該平滑器に
   よつて得られたデータ系列から所定時間後のデータを推
   測する推測器と、該推測器によつて得られたデータから
   前記時系列データを発生する系の診断を行う診断器とか
   らなり、所定時間後のプラント状態を診断・報告する手
   段を具備することを特徴とするプラント診断装置。 ２、時系列データの平滑化を行う平滑器と、該平滑器に
   よって得られたデータ系列から限界データ範囲をはみだ
   すデータが出力される将来時刻までにかかるはずの残時
   間を推測する時間推測器と、前記平滑器によつて得られ
   たデータ系列から所定時間後のデータを推測する推測器
   と、該推測器によつて得られたデータから前記時系列デ
   ータを発生する系の診断を行う診断器とからなり、前記
   残時間を報告する手段と、前記残時間後のプラント状態
   を診断・報告する手段とを具備することを特徴とするプ
   ラント診断装置。 ３、前記残時間を報告する手段は、時々刻々の前記残時
   間を報告するようにしてある特許請求の範囲第２項記載
   のプラント診断装置。 ４、前記残時間を報告する手段は、時々刻々の前記残時
   間を時系列的に報告するようにしてある特許請求の範囲
   第２項記載のプラント診断装置。 ５、時系列データの平滑化を行う平滑器と、該平滑器に
   よつて得られたデータ系列から限界データ範囲をはみだ
   すデータが出力される将来時刻までにかかるはずの残時
   間を推測する時間推測器と、前記残時間の来歴からその
   極小値間の周期時間を推定する周期時間推定装置とから
   なり、前記残時間がある定められた値より低ければ、前
   記残時間と前記周期時間を報告する手段を具備すること
   を特徴とするプラント診断装置。 ６、系の異常を伝える警報に対する対策を記憶する対策
   記憶装置と、前記対策に対応した系の変化を模擬する模
   擬装置と、時系列データの平滑化を行う平滑器と、限界
   データ範囲をはみだすデータが出力される将来時刻まで
   にかかるはずの残時間を推測する時間推測器と、前記平
   滑器によつて得られたデータ系列から所定時間後のデー
   タを推測する推測器とからなり、前記残時間後の将来時
   刻において対策を行つた場合の系の状況を模擬する手段
   を具備することを特徴とするプラント診断装置。 ７、系の故障対策方法と該故障対策にかかる時間との対
   を蓄える警報記憶装置を有し、系が損傷を被るまでの時
   間から系に損傷を与えないような最適な故障対策を提示
   する手段を具備することを特徴とするプラント診断装置
   。