JPH0437733B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、プラントの運転において異常の予兆
を検知し、異常の原因と異常箇所を推定しプラン
トのオペレータにその結果を音声と画像にて通報
するプラント運転支援装置に関する。

［従来技術］ 一般のプラントにおいては、制御機構や監視機
構が装備されており、異常が起つても正常な状態
に戻すように制御されているのが通常である。ま
た、その制御操作にもかかわらず一定のレベルを
越えて異常が進展すれば、ランプ表示や警報音に
より異常を知らせるようになつている。例えば、
特開昭61−125611号公報では、プラントの各部よ
り通知される入力信号値が正常かどうかを判定す
るのに用いる警報制限値の設定作業の省力化のた
めこの設定を自動的に行い、この制限値を逸脱し
たとき警報を発するプラント監視装置が開示され
ている。

プラントのオペレータは、警報がなされた時点
で計装パネルに表示されたプロセスの値を見、あ
るいはレコーダの記録を見て異常状態の把握を行
う。そして、異常の原因と異常箇所の推定をし、
対応策を考える。これらの作業に関しては、プラ
ント全体に対する深い知識と当該装置に対する経
験的知見を要し、これらの知識および知見に基ず
いて始めて適切な判断が行われるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、現在のプラントにおいては、異
常が発生した時に冷静で的確な判断が益々しにく
くなつてきている。その理由は、 １ プラント自体が複雑化している。

２ プラント運転の自動化が進み異常事態の発生
件数が減少しているため、若年オペレータにと
つて異常事態を経験する機会が少ない。

等が考えられる。

従つて、警報（アラーム）が出てから、異常事
態を把握して原因を追及し、さらに対応処置を考
えることは容易なことではなくなつてきている。
異常が深刻であればなおさら緊急な対応が必要で
あるが、冷静かつ適切にこれに対処することは困
難な場合が多い。また、オペレータにとつて一時
も目を離さずプラントを監視し、少しの異常も見
逃さないということはできない。

本発明は、上述の従来例における問題点に鑑み
てなされたもので、その目的とする所は、コンピ
ユータにより常にプロセスの監視を行い、異常の
有無および異常があつた場合のその原因を推論さ
せ、かつ、その結果を音声と画像にてオペレータ
に通報することにより、オペレータの負荷を軽減
し、異常による製品のロスを減少し、プラントの
事故を未然に防止することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］ 本発明によるプラント運転支援装置は、常にプ
ラントの状態を監視しプロセスの物質収支および
熱収支の計算を行うプラント計算機構と、その結
果から定常値とのずれや正常でない変化を検知
し、さらに熟練したオペレータの経験的知見やプ
ロセスに関する化学的知識に基ずきプラントの異
常を認識し、その原因と異常場所を推論するため
のルールを格納する知識ベースと、その知識ベー
スを検索し処理し推論を行う推論機構と、これに
接続する画像表示機構と、音声出力機構とを具備
することを特徴とするものである。

プロセス計算機構と推論機構は直接記憶アクセ
スの方法により接続することが好ましく、これに
よりプロセス計算や推論処理が計算結果の伝送の
ために中断することがなくなる。

本発明においては、プロセス入力制御装置より
入力されたプロセスデータに基づきプロセス計算
機構により変化率や変動幅の計算と物質収支およ
び熱収支に係わる計算が行われる。それらの結果
は推論機構に送られ、異常状態か否かの判断、異
常原因や異常場所の推論および対応処置の決定が
行われる。さらに、これらの推論結果は画像と音
声でオペレータに通知されるので、オペレータは
異常に関する詳細な検討および推論をすることな
く即座に原因と対策を知ることができる。

［発明の実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

第１図は、本発明の一実施例に係るプラント運
転支援装置の概略構成を示す。同図において、１
は本実施例の装置によりその運転が支援されるプ
ラント、２はプロセス入出力制御機構、３はイン
ターフエース（IF）機構である。本実施例にお
いて、プロセス入出力制御機構２は運転対象であ
るプラント１の装置および機器の計装設備やその
プロセスを制御するプロセスコンピユータ等であ
る。また、IF機構３はプロセス入出力制御機構
２とプロセス計算機構４とを接続するもので、こ
こではBSC手順の規約を用いている。なお、IF
機構３の接続におけるデータの伝送方式は、これ
以外にもTTY方式、ベーシツク手順、HDLC手
順またはGP−IB方式等の標準化された方式を用
いることができる。

４は専らプロセスデータの処理すなわち運転対
象となる装置および機器からの測定値を処理する
プロセス計算機構で、変化の傾向や変動の幅、物
質収支、熱収支等の科学的根拠に基づく計算を行
う計算機である。５は測定値や計算結果を表示す
る表示装置である。プロセス計算機構４と表示装
置５は特殊なものでなくともよく、本実施例では
CRT（陰極線管）デイスプレイ装置を備えた小型
汎用計算機を用いている。

６と７はデータ伝送機構であり、プロセス計算
機構４と推論機構８の両者の計算機を接続するも
ので、DMA（直接記憶アクセス）の方式により
データの通信を行う。なお、DMA方式によらず
プログラム転送方式を採用してもよいが、その場
合データ転送中はプロセス計算機構４における計
算と推論機構８における推論が中断されてしまう
ため、タイムリーで適確な診断が下せないことが
ある。DMA方式によれば、これらのプロセス計
算機構４における計算および推論機構８における
推論の処理とは無関係に両者の記憶装置間でデー
タ転送が行える。

推論機構８は専ら知識ベース１２に格納された
ルールを用いて推論処理を行う計算機、９はその
表示装置でCRTデイスプレイ装置である。推論
機構８、表示装置９および知識ベース１２として
本実施例では一体の小型汎用計算機を用いてい
る。知識ベース１２は、その小型汎用計算機の補
助記憶装置である磁気デイスク装置に推論用のル
ールを格納したものである。

１０は音声合成装置であり、推論機構８におけ
る推論結果の文字列を受けて自然言語の音声を合
成する。本実施例では、規則音声合成方式で音声
を得ているため、推論システムによるどのような
文字列でも音声合成が可能であつて用途が広く、
また人間の声に近い音を合成するので便宜であ
る。１１は音声合成装置で合成された音を出力す
るスピーカである。音声合成装置１０はRS232C
インターフエースにより推論機構８と接続されて
いる。推論機構８では、推論の結果を文字列とし
て音声合成装置１０に出力する。次は、そのよう
な文字列の例である。

“原料油貯槽レベル低下” また推論機構８では、異常に関する上記のよう
な推論結果に加えてそれに対する対応処置も出力
する。そして、この対応処置も同様に音声にて出
力される。次は、その例である。

“レベルゲージLG1を確認し、原料を暖めてから
補給” 次に、第２図のフローを参照して本実施例にお
ける運転対象である石油精製プラントの概要を説
明する。同図のプロセスは、重質油を触媒を使つ
て分解しガソリンやナフサ等の軽質油を得るもの
である。

原料である重質油は、原料油貯槽（ユニツト
１）より所定温度に予熱された後、ポンプにより
一定流量でライザー管（ユニツト３）に送られミ
キサー部で霧化される。そして、再生塔（ユニツ
ト５）より送られてきた高温の触媒と混合し、ラ
イザー管内を反応しながら上昇する。その後、反
応器（ユニツト４）でさらに分解し、油分は蒸溜
塔（ユニツト６）に送られ分解ガス、ガソリン／
軽質軽油および重質軽油に分留される。一方、コ
ークが付着した触媒は、反応器で油分と分離し触
媒レベル調整バルブ（バルブ１）を経て再生塔へ
送られ、ここで空気で燃焼し再生される。再生後
の触媒は所定の流量で再びライザー管のミキサー
部へ送られ、反応に使われる。発生する分解ガ
ス、燃焼ガスおよび生成液は自動的に計量される
とともに付帯分析装置を用いて組成分析される。
分析データおよび運転データは逐次プロセスコン
ピユータに入力され、プラント全体の物質収支等
が求められるようになつている。プラントの運転
にはデジタル制御方式（DDC）を主体とするコ
ントロールシステムを採用している。また、反応
温度、再生温度、原料油流量、反応圧力および再
生触媒上のコーク量をすべて任意に制御でき、か
つ設定条件を選択できる。

次に、本実施例の装置の動作を説明する。

第３図〜第６図は、本実施例の装置の表示装置
９（第１図）における表示画面の例を示す。第３
図は、第２図に示したプラントが正常運転してい
る場合の表示画面である。左下方には「正常」と
表示され、さらにプラントのフローと対応する図
が画面上に表示されている。

第１図において、プラントが運転されている
間、プロセス入出力制御機構２は常にプラントか
らの各測定値を入力し、IF機構３を介してプロ
セス計算機構４にデータを送出する。プロセス計
算機構４は、所定の計算の後、それらのデータを
データ伝送機構６，７を介して推論機構８に送出
する。推論機構８はそれらのデータに基づいて常
に推論の処理を行つており、その結果は表示装置
９と音声合成装置１０に出力される。従つて、正
常運転時は上記第３図のような画面表示が引き続
きなされ（正常時の音声出力はない）、異常が検
知されると即時にその異常を示す表示および音声
出力がなされる。異常が検知された後もプロセス
からのデータの取得および推論の処理は引き続き
行われているので、表示装置９と音声合成装置１
０は常にその時点のプラントの状態を示すことと
なる。

推論のロジツクは、推論機構８の中に組み込ま
れたプログラムにより表現されている。このプロ
グラムは、いわゆるプロダクシヨンシステムと呼
ばれるもので、因果関係を表わすプロダクシヨン
ルールとそれを処理し推論を行う推論システムよ
りなる。

プロダクシヨンルールは、次の形式にて表現さ
れる事象の因果関係である。

条件部−＞実行部 ここで、条件部はプロセスの状態を表す文とそ
れが正しいか否かを示す理論的値からなる。その
値は、正しいならばＴ（真）、正しくないならばＦ
（偽）という値をとる。実行部は条件部の成立に
より支持される仮説を表わす。

推論機構８は、プロセス計算機構４からのデー
タに基づく条件部の真偽より実行部の仮説の成立
を判定する。

次に、プラントのいずれかの箇所に異常が発生
した場合の動作を説明する。

異常検知例 １ 例えば、第２図のプラントにおいて触媒は反応
器（ユニツト４）から再生塔（ユニツト５）へ自
重にて移動するが、再生塔の圧力は反応器より高
いため大変微妙な圧力制御が必要である。そこ
で、反応器と再生塔の圧力に密接な関係のあるガ
ス流量に注目して、コントロールバルブ１の異常
を検出する。始にガス流量に注目すると次のよう
なルールが考えられる。

Ｆ（F7NOWV， 0.8： ＊）＆ Ｆ（F7MOVE，−0.1：0.1） −＞Ｆ（F70K，Ｔ） このルールは知識ベース１２に格納されてい
る。その意味する所は、F7NOWVが0.8以上で、
かつF7MOVEが−0.1から0.1の間であるならば
F70Kが真であるということである。ここで
F7NOWVは、プロセス計算機構４から送られて
来たデータの１つであり、第２図中のF7の位置
で測定されたガス流量である。F7MOVEは、同
様にプロセス計算機構４で計算されたF7におけ
るガス流量の変動の幅である。つまり、過去−定
期間の最大値と最小値の差である。つまりこのル
ールでは、F7におけるガス流量が規定の値以上
であつて、かつあまり変動がみられないならば
F7では正常であるとしている。

次に、反応器（ユニツト４）と再生塔（ユニツ
ト５）の間の差圧計DP3（第２図）に異常が見ら
れたとすると、 Ｆ（D3HI，Ｔ）＆Ｆ（F70K，Ｔ） −＞Ｈ（DPRVLV，0.7） というルールが適用される。これは、D3HIが真
であつてかつF70Kが真であるならば、
DPRVLVという仮説が確信の度合0.7で成立する
ということを意味する。確信の度合は、その仮説
の可能性を示すものである。すなわち、仮説が絶
対成立するなら１（Ｔ）、絶対成立しないなら−１
とし、その間の値をとることで仮説に対する成立
の可能性を示している。

D3HIは、差圧計DP3の値が異常に高く、アラ
ームが出ているということでそのアラームのステ
ータスがプロセス計算機構４を通して推論機構８
に送られて来ることにより、D3HIが真となる。
F70Kは先のルールにより支持されている。こう
して仮説DPRVLVが成立すると、その仮説は同
様に知識ベースの中に次の文と対応付けられてい
る。

“DPRV−３異常” この結果、推論機構８からこの文字列が音声合
成装置１０に送出される。そして、音声合成装置
１０からはスピーカ１１を通して“でーぴーあー
るぶいさんいじょう”と発音される。同時に、表
示画面９はバルブ１が赤色で表示される。

異常検知例 ２ 第２図において、DPR−４は「FLUEガスフ
イルター差圧」を示す。この差圧DPR−４に注
目することによつて、フイルターユニツト（ユニ
ツト２）の状況を推測することができる。まず、
知識ベース１２には以下のルールが格納されてい
る。

Ｆ（D4MOVE，20：＊） −Ｆ（D4UP，Ｔ） このルールは、差圧DPR−４の１分間のトレ
ンドが＋20mmH₂Ｏ以上のとき、差圧DPR−４が
上昇していると見なすことを示している。さら
に、各ラインの閉塞に関し以下のルールが知識ベ
ース１２に格納されている。

Ｆ（D4UP，Ｔ）−＞Ｈ（CSFILT，0.7） Ｆ（D4HI，Ｔ）−＞Ｈ（CLFILT，0.7） ，Ｈ（CSFILT，−１） （１：Ｆ（D4UP，Ｔ），Ｆ（D4HI，Ｔ）） −＞Ｈ（ZFILCH，0.7） ここで、CSFILTはフイルターユニツトが閉塞
気味であること、CLFILTはフイルターユニツト
が閉塞していること、ZFILCHはフイルターの切
替えおよび再生が必要であることをそれぞれ示
す。

従つて、上記のルールは ・ 差圧DPR−４が上昇している（D4UP）なら
ば、フイルターユニツトが閉塞気味
（CSFILT）であるという確信の度合が0.7 ・ 差圧DPR−４のハイアラーム（所定の上限
値オーバ）が出ているなら（D4HI）、閉塞気
味ではなく閉塞（CLFILT）であるという確信
の度合が0.7 ・ 「DPR−４が上昇」、「DPR−４がハイアラ
ーム」のうち１つが成り立てば、フイルターの
切替えおよび再生（ZFILCH）という対応措置
を講じる必要があるという確信の度合が0.7 となることを示している。

これらのルールが適用されると第２図のフイル
ター部（ユニツト２）が赤で表示され、上記の推
論結果が音声とともに出力される。

表示画面例 第４，５図は、推論機構８が異常を報告した際
の画面表示を示す。左下方の「正常」という表示
は「異常」と変わつている。さらに、画面上部に
は、推論の結果どのような異常が発生しているか
を示す文章およびその対策が、２つずつ表示され
る。例えば、第４図では「LRC3 コントロール
用窒素が少ない。」という異常が確信の度合0.70
で、また「LRC3のPID値が不適当と思われま
す。」という異常が確信の度合0.60で発生してい
ることを示している。また、これに対応して、符
番２１で示した部分が赤で、符番２２で示した部
分が黄色で表示される。さらに、この異常に対し
て取るべきと思われる対策が２つ、その対策を取
るべき確信の度合とともに表示されている。第５
図においても同様であり、検出した異常に対応し
て符番２３の部分が赤で表示される。

なお、推論機構８における推論の結果、異常原
因および対策は複数挙げられるが、本実施例では
異常原因および対策とも便宜上確信の度合の高い
方から２つずつを出力することとしている。従つ
て、これらの出力を１つまたは３つ以上とするこ
ともできる。

異常検知例 ３ 第２図において、LRS2は原料油計量管内の原
料油のレベルを示す。知識ベース１２には以下の
ルールが格納されている。L2MOVEはレベル
LRS−２の１分間のトレンドを表わすとする。

Ｆ（L2MOVE，−0.05：0.05） −＞Ｆ（L2NC，Ｔ） Ｆ（L2MOVE，＊：０） −＞Ｆ（L2DN，Ｔ） 上記ルールは、L2MOVEが−0.05〜0.05％であ
ればLRS−２は変化なし（L2NC）であり、
L2MOVEが０％以下であればLRS−２は減少
（L2DN）であることを示している。

さらに、以下のルールが格納されている。

＊IF Ｆ（P4，Ｔ）＆ （１：Ｆ（L2DN，Ｔ）， Ｆ（L2NC，Ｔ）） ＊THEN Ｆ（L2，Ｔ） −＞Ｈ（ARLUCK，0.8）， Ｈ（ZARXCG，0.8）， Ｈ（P4AOVE，0.3）， Ｈ（ZAOVCK，0.3） ＊END これは、原料油供給ポンプＰ−４が起動されて
いて、かつLRS−２が変化なしもしくは減少し
ているならば、通常バルブLRSV−２は閉じてい
るのだが、これが開いているならば（Ｆ（L2，
Ｔ）−＞）、 ・ 原料油が減少しており（ARLUCK）、原料
［AR］を暖めてから補給しなければならない
（ZARXCG）と考えられる確信の度合が0.8 あるいは、 ・ LRSV−２のバルブが異常（P4AOVE）で、
AOVチエツクの必要がある（ZAOVCK）とい
う確信の度合が0.3 このルールの適用により上記のような推論結果
が音声とともに出力され、異常箇所が疑わしい順
に赤・黄色で表示される。

第６図は、このときの表示画面を示す。一番の
異常原因があると考えられる原料油貯槽（図中符
番２４）は赤色となり、次に疑わしいLRSV−２
のバルブ（図中符番２５）が黄色となつて表示さ
れている。

このように、本実施例の装置によりプラントは
常に監視され異常が起れば直ちに異常原因と異常
場所が推定され、かつその対応策が画像と音声に
て表示されるのでプラントオペレータにかかる負
荷は大幅に軽減される。

［効果］ 以上説明したように、本発明によれば、常にプ
ラントの状態を監視しプロセスの物質収支および
熱収支を計算し、その結果から正常でない変化を
検知し、さらに知識ベースのルールに基づいて異
常の原因と異常場所および対策を推論して、結果
を画像および音声で外部に出力しているので、プ
ラントの装置等の運転は均質化され、また以下の
ような効果がある。

１ 運転ミスによる製品のロスが防止される。

２ コストの安い運転員（非熟練）に運転を任せ
ることができる。

３ 原料の切替、運転モードの変更時が円滑に行
われるため、オフスペツク製品の防止および非
定常期間の短縮を図ることができる。

４ 異常時のオペレータの混乱が防止される。

５ 異常への対処が的確かつタイムリーに行われ
る。

６ 小さな異常でも見逃されず的確に対処され
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運
転支援装置の概略構成図、第２図は、上記実施例
における運転対象である石油精製プラントの概要
を説明するためのプロセスフロー、第３〜６図
は、上記実施例の装置における表示画面例であ
る。 １……プラント、２……プロセス入出力制御機
構、３……IF機構、４……プロセス計算機構、
５，９……表示装置、６，７……データ伝送機
構、８……推論機構、１０……音声合成装置、１
１……スピーカ、１２……知識ベース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プラントからのデータを取り込むためのプロ
   セス入力制御装置からインターフエース機構を介
   してデータを受け取りこれを処理して時間的変化
   の様子を求めると同時にプラントの全部または一
   部の物質収支および熱収支を計算するプロセス計
   算機構と、異常の原因と異常の発生場所を推定す
   るための知識を収納する知識ベースと、その知識
   を使つて推論を行う推論機構と、上記プロセス計
   算機構と推論機構とを接続するデータ伝送機構
   と、上記推論機構における推論結果を人間に提示
   する画像表示機構及び／又は推論結果を自然言語
   で通報する音声出力機構とを具備することを特徴
   とするプラント運転支援装置。 ２ 前記データ伝送機構が、前記プロセス計算機
   構と推論機構とを相互に直接記憶アクセス方式に
   て接続するための通信制御機構である特許請求の
   範囲第１項記載のプラント運転支援装置。 ３ 前記音声出力機構が、前記推論機構と伝送線
   を通して接続され、推論機構より自然言語で表さ
   れた文字列を受け取り規則音声合成の方法にて音
   声を合成する特許請求の範囲第１項または第２項
   記載のプラント運転支援装置。