JPH049716A - プラント状態量計測基準信号作成装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、プラントにおけるプラント状態量計測基準信
号作成装置に関する。

（従来の技術） プラントの運転、監視、およびプラント性能の評価は、
全てプラント状態を計測する信号に基づいて行われる。

従って、それら計測信号には高い信頼性が要求される。

あるプラント状態量について計測信号の絶対精度の検証
が不可能なため充分な信頼度を有する基準信号が得られ
ない場合には、信号から得られる情報に冗長性を持たせ
て信号の健全性を確保している。この場合における計測
信号の健全性確保の原理は、冗長性を持って得られた各
信号間の偏差を監視し、偏差が所定値を越える信号を異
常信号として除外して、残りの信号により当該計測信号
の基準信号を作成することにある。

冗長性を得る方法には、以下の２通りが考えられる。即
ち、 （１）同一量を計測する測定センサ、信号変換装置等を
２重化ないしは３重化して、計測の冗長性を高める。

（２）注目する量を測定する信号と、物理的・工学的な
背景知識よりその量と等価変換が可能である他の量を計
測する信号とを組合せて比較し、計測の冗長性を高める
。

上記のうち（２）の方法は解析的冗長法（Ａｎａｌｙｔ
ｉｃ　ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ　ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれ
る方法であって、（１）の方法に比べ任意多数の信号を
組合せて比較することが可能であり、またハードウェア
を多重化する必要がないためプラント建設コストの低減
が期待される。

解析的冗長法による計測信号の健全性検証方法を実プラ
ントに適用する場合、同一量を測定していないので、各
信号間を計測するセンサおよび信号変換装置の特性が互
に異なっていることが問題となる。従ってこの場合、偏
差による単純な健全性の評価は困難であり、むしろ信号
間の変化傾向の類似度を比較する方が有効かつ実用的で
ある。

組合せる信号の数が２ないし３程度であれば、信号の時
系列データをプロットしたものを人間が目視することに
より、類似度を比較することも可能である。しかし、検
証の確度を上げるために冗長性を高める（即ち比較する
信号を増やす）と、人間が１度に比較できる信号数には
限りがあるため、比較は困難になる。また、類似度を比
較する場合、客観的な尺度に基づく方がより検証の確度
を高めることができるが、人間の目視による比較では検
証の確度を高めることは不可能である。

（発明が解決しようとする課題） 解析的冗長法による計測信号の健全性検証方法を実プラ
ントに適用する場合、信号間の変化傾向の類似度を比較
する方が有効かつ実用的であるとはいえ、組合せる信号
の数が２ないし３程度であれば、信号の時系列データを
プロットしたものを人間が目視することにより類似度を
比較することも可能であるが、検証の確度を上げるため
に冗長性を高めると、人間が１度に比較できる信号数に
は限りがあるため、比較は困難になる。

また、類似度を比較する場合、客観的な尺度に基づく方
がより検証の確度を高めることができるが、人間の目視
による比較では検証の確度を高めることは不可能である
という問題があり、この点で、計算機による支援が期待
されている。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は
、プラント内の任意の状態量について互に関連する多数
の信号を、変化傾向の類似度に従って計算機により自動
分類し、変化傾向が他と異なる信号を異常信号として検
出して、その状態量に関する基準信号を作成する方法を
提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成する本発明のプラント状態量計測基準信
号作成装置は、プラントの状態を表わす計？ｌＰＩ信号
、および該信号と等価変換が可能な他の計１ｆＰＩ信号
を、連続的にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換装置と、それら
計測信号間の統計的性微量を算出する装置と、統計的性
微量から該計測信号間の類似度を求め、それに基づいて
該計測信号を自動分類する装置と、該計測信号の分類結
果を記憶する装置と、統計的性微量の所定値に対して、
単独要素として分類された計測信号を異常信号として検
出し報知する装置と、異常信号を除外し、これをもって
該計測信号の健全性を検証し、該計測信号により計１１
Ｆ３されるプラント状態量の基準信号を作成する装置と
を備えたことを特徴とする。

（作　用） 本発明は、プラントの状態を表わす計測信号、および該
信号と等価変換か可能な他の計測信号を、Ａ／Ｄ変換装
置により連続的にＡ／Ｄ変換し、それら計測信号間の統
計的性微量を算出し、統計的性微量から該計測信号間の
類似度を求め、それに基づいて該計、測信号を自動分類
し、該計測信号の分類結果を記憶すると共に、統計的性
微量の所定値に対して、単独要素として分類された計測
信号を異常信号として検出して報知し、異常信号を除外
し、これをもって該計測信号の健全性を検証し、該計ｅ
ｊ信号により計測されるプラント状態量の基準信号を作
成する。

以上により、互に関連する任意多数の計測信号をその変
化傾向に基づいて計算機により客観的尺度をもって自動
分類し、計測系に起因する異常信号を排除することが可
能となり、高い計測信頼性が要求されるプラント状態量
に対しても、運転員に負担を課すことなく健全な基準信
号を提供することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

図において、本実施例の基準信号作成装置１は、アナロ
グ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２と、
互に関連する信号間の統計的特徴量を算出する特徴量計
算器３と、統計的特徴量に基づく類似度によって計測信
号を分類する信号分類器４と、各計測信号の分類結果を
記憶する分類結果記憶器５と、所定の統計的特徴量に対
して単独でクラスタを形成する信号を検出し信号名を報
知する異常信号検出器６と、異常信号検出器６て検出さ
れた信号およびクラスタ分析が行われなかった信号を表
示する信号状態表示器７と、異常信号検出器６で検出さ
れた信号を異常信号として排除し残りの信号の平均値を
もって基準信号を作成する信号演算器８から構成されて
いる。

本発明が提案する信号健全性検証の基本概念は、クラス
タ分析手法に則ったものである。従って以下に、本発明
の根幹をなす任意のプラント状態量に関する基準信号の
作成方法について説明する。

今、ｋ個の計測信号（Ｘｌ、、Ｘ２．・・・　、ＸＫ）
を考える。このうち１つはプラント内のある状態量を直
接針ｎ１する信号であり、他のに一１個の信号はそれと
等価変換可能な信号である。ディジタル計算機で処理す
るために、これらの計測信号をＡ／Ｄ変換して各々ｎ個
のデータを得たとする。

即ち、Ｘｍ　　（１≦ｍ≦ｋ）は、ｎ個のデータを要素
として含む集合、 （ＸｍＬ、　Ｘｍ２．　　　　、　、　Ｘｍｎ１によっ
て表わされる。

任意の２つのデータ集合Ｘ　Ｉ　ＳＸ　、ｉの距離を、
マトリクスＤで表わすことにする。Ｄのｃｉ、ｊ）成分
ｄ１ｊは、 ｄｉｊ−Σ（ＸｌｌとＸｊｌとの距離）で定義される。

このような集合間の距離を定義したときに、集合を相互
の距離に応じて分類する方法が、クラスタ分析である。

（クラスタ分析手法については、例えば、「パソコン統
計解析ハンドブック」■多変量解析編、１９８４年、共
立出版を参照）尚、（ＸｉｌとＸｊｌの距離）の具体的
な定義は分析対象の特徴に依存して様々な定義が可能で
ある。

クラスタ分析の結果を図示する手段として相系図（Ｄｅ
ｎｄｒｏｇｒａｍ）がある。その−例を図２に示す。

横軸は集合の並び、縦軸は集合間の距離である。

矩形の線で結ばれた集合は一つのクレスタを形成し、集
合間の距離が短いほど互いの類似度が太きいことを表わ
す。例えば、集合Ｘ１とＸ５は一つのクラスタを形成し
、その相互間の距離は△１である。

今、集合間の距離（即ち類似度）にしきい値△ｔｈを設
ける。集合Ｘ１は単独でクラスタを形成していると考え
ると、ＸｌからＸ６の６つの集合は次のように分類され
る。

（Ｘｌ）、（Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６）Ｘｌから
Ｘ６は同一量をｆｌｌｌｌ定する計測信号からのデータ
の集合であるとすれば、Ｘｌは計測系の故障による異常
信号と考えられる。従って、基準信号は（Ｘ２、Ｘ３、
Ｘ４、Ｘ５、Ｘ６）の代表値（例えば平均値）を選べば
よい。

最後に、クラスタ分析バイパス条件について説明する。

運転中の保守点検作業などのため、通常とは異なる変化
が見られるプロセス状態量があれば、その計測信号につ
いてのクラスタ分析はバイパスされる。

さらに具体的な例として、原子力発電プラントの給水流
量信号について基準信号を作成する場合を考える。

給水流量に関連した信号を以下に示す。

・給水流量Ａ、Ｂ両系の合計（アナログ信号を加算した
もの） ・タービン駆動給水ポンプ吸込み流量両系の合計（ディ
ジタル加算） ・復水流量 ・タービン入口蒸気流量 ・主蒸気流量 ・主蒸気流ｍ　（Ａ、Ｂ、ＣＳＤ系のディジタル加算） 上記の信号はいずれも、原子炉をボイラとする蒸気サイ
クルにおける動作流体の流量であり、互に等価変換が可
能である（第３図参照）。

次に、本実施例における基準信号作成例について説明す
る。

上記信号は、各々固有の認識番号により基準信号作成装
置１に認識されている。

まず、上記の信号をＡ／Ｄ変換装置２により一定のサン
プリング周期で連続的に取込む。取込んだ信号の時系列
波形を第４図に示す。図において、横軸は時間（単位二
日）であり、プラント起動から停止までの各信号の計時
変化が示されている。

次に、特徴量計算器３により各信号相互間の統計的特徴
量を計算する。ここで用いた距離マトリクスＤは、以下
で定義される距離ｄｉｊをｃｉ、ｊ）成分として持つ。

ｄｉｊ　−（ｓｉｊ＋ｐｉｊ＋ａ１ｊ）　／３ここで、 ５ｉｊ−Σ（ｘｉｎ−ｘｊｌ−ｘｊｎ＋　ｘｊｌ）　　
；　２乗偏差５ｉｊ＝６ｓｑｒｔ　　（ｓｉｊ）；標準
偏差の６倍ｐｌｊ＝ｍａ　　ｘ　　（ｘｊｎ−ｘｊｌ−
ｘｊｎ＋　　ｘｊｌ）ｎ　　　　　　　　　　；最大振
幅 ａｉｊ−１Σ（ｘ　ｊｎ−ｘ　ｊｌ−ｘ　ｊｎ＋　ｘ　
ｊｌ）信号分類器４は、特徴量計算器３で求められた統
計的特徴量を用いて、所定のアルゴリズムに従い上記信
号のクラスタ分析を行う。分析結果は装置５に記憶され
る。分析結果をＤｅｎｄｏｒｏｇｒａＩｌｌで表わした
ものを第５図に示す。

異常信号検出器６は、分析結果に基づいて統計的特徴量
の所定値による上記信号の分類を行い、単独でクラスタ
を形成している給水流量計測信号を異常信号として報知
し、その認識番号を信号状態表示器７および信号演算器
８へ出力する。

信号状態表示器７は、異常信号検出器６から出力された
認識番号により給水流量計測信号の計測系異常を表示す
る。

信号演算器８は、上記６個の信号から異常信号検出器６
にて異常信号として検出された給水流量計測信号を除外
した残りの信号について平均値を計算し、これをもって
給水流量の基準信号として出力する。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、互に関連する任意
多数の計測信号をその変化傾向に基づいて計算機により
客観的尺度をもって自動分類し、計測系に起因する異常
信号を排除することが可能である。従って、高い計測信
頼性が要求されるプラント状態量に対しても、運転員に
負担を課すことなく健全な基準信号を提供することがで
き、プラントの運転、監視、および性能評価に必要な情
報の高信頼度化に寄与するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック構成図、第２図
はクラスタ分析結果の表示例を示す図、第３図は原子炉
蒸気サイクルと給水流量関連信号の取り出し点の概略図
、第４図は給水流量信号とその関連信号の時系列波形を
示す図、第５図は本発明実施時における給水流量信号と
その関連信号のクラスタ分析による分類結果の表示例を
示す図である。 １・・・基準信号作成装置、２・・・Ａ／Ｄ変換器、３
・・・特徴量計算器、４・・・信号分類器、５・・・分
類結果記憶器、６・・・異常信号検出器、７・・・信号
状態表示器、８・・・信号演算器。 出願人　　　　　株式会社　東芝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プラントの状態を表わす計測信号、および該信号と等価
   変換が可能な他の計測信号を、連続的にＡ／Ｄ変換する
   Ａ／Ｄ変換装置と、 それら計測信号間の統計的特徴量を算出する装置と、 統計的特徴量から該計測信号間の類似度を求め、それに
   基づいて該計測信号を自動分類する装置と、該計測信号
   の分類結果を記憶する装置と、 統計的特徴量の所定値に対して、単独要素として分類さ
   れた計測信号を異常信号として検出し報知する装置と、 異常信号を除外し、これをもって該計測信号の健全性を
   検証し、該計測信号により計測されるプラント状態量の
   基準信号を作成する装置とを備えたことを特徴とするプ
   ラント状態量計測基準信号作成装置。