JPH05312602A

JPH05312602A - 診断装置

Info

Publication number: JPH05312602A
Application number: JP11576592A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tabata; 淳一田畑
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-05-08
Filing date: 1992-05-08
Publication date: 1993-11-22
Anticipated expiration: 2016-03-12
Also published as: JP3146062B2

Abstract

(57)【要約】【目的】周波数解析を使用してプラントの正常／異常
を診断する装置において、診断判定結果の評価作業時に
周波数スペクトルと併せて解析に使用した生データも評
価情報として参照できるようにして、異常検知時の評価
作業を軽減するとともに、評価判断を容易にする。【構成】プロセス入力制御装置６を介してプラント７
からプロセス信号をサンプリングし、周波数解析を行っ
てプラントの正常／異常の診断判定処理をする演算制御
装置２２に、周波数解析に使用した時系列データの内、
周波数スペクトル的に影響のある生データを抽出する特
徴検出処理手段２３と、抽出された生データを記憶する
解析経過情報保存手段２４と、解析データに基づいて正
常／異常の判定を行い、異常と判定した時、解析経過情
報保存手段２４から生データを取り出し、異常解析デー
タと対にして記憶装置３に保存する判定処理手段１１と
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの異常発生を
監視、診断する診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、プラントのプロセス信号には
ゆらぎ成分があり、このプロセス信号を特定の周波数領
域にて変換すると、そのゆらぎ成分には特有のパターン
があることがわかる。この周波数スペクトルパターンを
正常時と比較することでプラントの正常／異常の判定を
行うことができる。このような解析のことを周波数解析
または雑音解析と呼んでいる。

【０００３】上記のように周波数解析によりプラントの
異常を監視する場合、プラントからのプロセス信号の時
系列データより周波数領域に変換する手法として高速フ
ーリェ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）が広く
利用されている。

【０００４】図２は、従来のＦＦＴを利用した周波数解
析による診断装置の構成を示したもので、診断装置１は
演算制御装置２、記憶装置３、会話入力装置４、表示装
置５とからなり、プロセス入力制御装置６を介してプラ
ント７に接続されている。前記周波数解析は演算制御装
置２のソフトウエア等により実現される。演算制御装置
２はプロセス信号（以下、生データと称す。）の入力処
理を行うサンプリング処理部８と、ＦＦＴ演算を行い周
波数スペクトルパターン（以下、解析データと称す。）
を出力する解析処理部９と、今回の解析データと前回ま
での解析データとの平均処理を行い精度よい最新の解析
データを得るための逐次更新処理部１０と、逐次更新処
理部１０によって逐次更新された最新解析データをプラ
ント正常時の解析データ（基準データ）と比較し、正常
／異常の判定を行う判定処理部１１と、解析データを記
憶装置２に対して保存および取り出しを行う解析データ
入出力処理部１２と、サンプリング周期、判定周期等の
周期管理を行う周期管理部１３と、会話により解析デー
タの表示処理を行い表示装置に表示する表示処理部１４
と、会話入力装置により入力された情報を処理する会話
処理部１５とから構成される。

【０００５】上記構成において、会話入力装置４より解
析要求がなされると、会話処理部１５を介し周期管理部
１３よりサンプリング処理部８が起動される。サンプリ
ング処理部８ではプラント７からプロセス入力制御装置
６を介して１回のＦＦＴ計算に必要な生データＮ点分
（Ｘ₁、Ｘ₂、…Ｘ_N)をサンプリング周期△t おきに時
系列データとして取り込みサンプリング完了するとその
時系列データをＦＦＴ計算するための解析処理部９へ渡
す。

【０００６】解析処理部９では時系列データを高速フー
リェ変換する。この変換は一般に下記式により実行され
る。

【０００７】

【数１】

【数２】ただし、ｋ＝１、２、…、N/2 ＳＲ：cos 変換定数ＳＩ：sin 変換定数（数１）、（数２）の式によりN/2 個ずつのフーリェ係
数 SR(k)、SI(k) が求められ、このフーリェ係数から、
周波数スペクトル（ＰＳＤ）が次式により求められる。

【０００８】

【数３】ただし、ｋ＝１、２、…、N/2-1

【数４】以上の解析処理を行い、結果を今回解析データとして逐
次更新処理部１０へ渡す。

【０００９】逐次更新処理部１０では、精度ある解析デ
ータを常に参照できるようにｍ回前までの解析データと
今回解析データとの移動平均を求めている。式で表すと
次のようになる。

【００１０】

【数５】ただし、ＰＳＤ′_tはＰＳＤの移動平均値ＰＳＤ′_t-1は移動平均値の前回値ＰＳＤ_tは今回ＰＳＤ値ｍは移動平均の項数である。

【００１１】上記式では、ｍ回分のＰＳＤを記憶してお
かなければならないが、データ量として多くなるため、
前回ＰＳＤと今回ＰＳＤとに時定数Ｔm をもたせた重み
計算による逐次更新を考えることができる。式で表すと
次のようになる。

【００１２】

【数６】ただし，ｍは重み係数であるまた両式のｍの値は、逐次更新回数により１、２、…と
更新し、平均回数Ｍ（平均範囲を示す最大値）あるいは
時定数相当（Ｍ＝時定数(Tm)/ 逐次更新周期）に達すれ
ば、その値で以降継続させることにより応答性がよくな
る。このようにして求められた移動平均後の解析データ
は、現在の最新データとして、解析データ入出力処理部
１２を介して記憶装置３内にある最新データ保存エリア
３ａへ記憶される。この最新データは、次の解析データ
との移動平均時に前回解析データとして使用され、逐次
更新して記憶装置３に保存される。また、逐次更新処理
が完了すると次の解析のためのサンプリング処理部８を
起動する。

【００１３】このようにしてサンプリング処理・解析処
理・逐次更新処理を連続的に繰り返すことにより、記憶
装置３内の最新データ保存エリア３ａには、現プラント
の最新の解析データが常時保存されていることになる。

【００１４】一方、周期管理部１３による判定タイミン
グまたは会話入力装置４による判定要求時期になると、
周期管理部１３より判定処理部１１が起動される。判定
処理部１１では、記憶装置３の基準データ保存エリア３
ｂに記憶されているプラント正常時に前述と同様に解析
されたスペクトルデータ（基準データ）群より、現在の
最新データのプラント条件と一致したものを選択し、解
析入出力処理部１２を介して基準データを取り出す。そ
して、その選択された基準データのスペクトルパターン
と現在の最新データのスペクトルパターンとの大小・形
状比較が行われる。双方のパターンが制限値以上異なれ
ば異常と判断している。その判定結果が異常であれば、
現在の最新データを解析データ入出力処理部１２を介し
て記憶装置内３へ異常データ３ｃとして保存している。
また判定処理部１１では、定期的な解析結果を得るた
め、定期保存タイミング時には、判定結果の正常／異常
に関係なく現在の最新データを解析データ入出力処理部
１２を介して記憶装置３に定期データ３ｄとして保存す
る。

【００１５】解析データの表示出力は、オペレータの要
求により会話入力装置４から行うことができ、その表示
要求は演算制御装置２内の会話処理部１５に渡される。
会話処理部１５は、表示処理部１４を起動し、表示処理
部１４により解析データ入出力処理部１２を介して各解
析データを取り出し、表示装置５に表示出力する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ようなオンラインによる連続解析を目的にした従来技術
においては、診断判定の結果、異常となった場合には、
判定した時の現在周波数スペクトルデータと、判定に使
用した基準周波数スペクトルデータとの差異から、オペ
レータが特徴を判断することにより評価作業を行ってい
る。これは、周波数スペクトルからの判断であり、十分
な専門的知識が必要である。そのため、評価作業にも時
間がかかり、周波数スペクトルだけでは判断しにくい点
も多々あるという問題があった。

【００１７】本発明は、かかる点に対処してなされたも
ので、診断判定結果の評価作業時に周波数スペクトルと
併せて解析に使用した生データも評価情報として参照で
きるようにして、異常検知時の評価作業を軽減するとと
もに、評価判断を容易にする診断装置を提供することを
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、プラ
ントからプロセス信号を入力するプロセス入力制御装置
と、このプロセス入力制御装置を介して得られたプロセ
ス信号に対して周波数解析を行いプラントの正常／異常
の診断判定処理をする演算制御装置と、この演算制御装
置により解析された解析データを保存する記憶装置と、
この記憶装置に保存されている解析データを表示する表
示装置と、オペレータからの要求を入力するための会話
入力装置とを備えた診断装置において、演算制御装置
が、プロセス入力制御装置を介してプラントからプロセ
ス信号を入力し時系列データとしてサンプリングするサ
ンプリング処理手段と、このサンプリング処理手段によ
ってサンプリングされたプロセス信号の時系列データを
周波数解析処理して周波数スペクトルパターンからなる
解析データを出力する解析処理手段と、この解析処理手
段から時系列データおよび解析データを受け取り、周波
数スペクトル的に特異な影響のあるプロセス信号を検出
する特徴検出処理手段と、この特徴検出処理手段によっ
て検出されたプロセス信号を含む解析経過情報を保存す
る解析経過情報保存手段と、解析処理手段によって解析
された今回の解析データと記憶装置に保存されている前
回までの解析データとの平均処理を行い、最新の解析デ
ータとして記憶装置に保存する逐次更新処理手段と、こ
の逐次更新処理手段によって逐次更新された最新解析デ
ータを記憶装置に保存されているプラント正常時の解析
データと比較して正常／異常の判定を行い、異常と判定
したとき解析経過情報保存手段から対応する解析経過情
報を取り出し、その異常解析データと対にして記憶装置
に保存する判定処理手段とを具備することを特徴とす
る。

【００１９】

【作用】上記構成において、サンプリング処理手段は、
プラントからプロセス入力制御装置を介して１回の周波
数解析の処理計算に必要なプロセス信号をサンプリング
周期で時系列データとして取り込み、サンプリング完了
するとその時系列データを解析処理手段へ渡す。解析処
理手段は、高速フーリェ変換を利用して時系列データを
解析処理し、解析データとして周波数スペクトルパター
ンを出力する。特徴検出処理手段は、解析処理手段より
解析に用いた時系列データとその解析データを受け取
り、それらのデータについて予め決められた判断値に基
づいて特徴部分を検出し、該当する生データを解析経過
情報として解析経過情報保存手段にて保存する。逐次更
新処理手段は、特徴検出処理手段を経由して解析処理手
段によって解析された解析データを特徴検出処理手段を
経由して受け取り、記憶装置に保存されている前回まで
の解析データを用いてそれらの移動平均値を求め、得ら
れた移動平均後の解析データを最新の解析データとして
記憶装置に保存する。判定処理手段は、逐次更新処理手
段によって逐次更新された解析データを、記憶装置に保
存されているプラント正常時の解析データと比較し、正
常／異常の判定を行う。判定の結果、異常の場合には、
解析経過情報保存手段より現在の解析経過情報を取り出
し、異常データとしての解析データと対にして記憶装置
に保存する。

【００２０】このように、本発明の診断装置において
は、周波数解析に使用した時系列データの内、周波数ス
ペクトル的に影響のある生データを解析経過情報として
有効に記憶し、この生データと解析データを対にして管
理するよう構成することにより、解析データの評価作業
時に生データを含む豊富な評価情報を提供可能とする。

【００２１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。なお、従来例と共通する部分には同一符号を付
し、その詳細な説明は省略する。

【００２２】図１は、本発明の診断装置２１の一実施例
を示すもので、演算制御装置２２、記憶装置３、会話入
力装置４、表示装置５とからなり、プロセス入力制御装
置６を介して、プラント７と接続されている。演算制御
装置２２は、従来例に示した演算制御装置２に新しく特
徴検出処理部２３と解析経過情報保存部２４を付加して
構成されている。特徴検出処理部２３は解析処理部９と
逐次更新処理部１０の間に設けられ、解析処理部９から
受け取った時系列データから解析経過情報保存部２４に
保存すべき生データを抽出する。特徴検出処理部２３に
より解析経過情報保存部２４に保存された生データは、
判定処理部１１により所定の保存タイミング時に取り出
され、その解析データと対にして記憶装置３に保存され
る。

【００２３】次に、上記構成の診断装置の作用を説明す
る。従来と同様に演算制御装置２２内のサンプリング処
理部８に取り込まれたプロセス信号は、解析処理部９へ
送られる。解析処理部９では、サンプリングされたプロ
セス信号の時系列データ（Ｘ₁、Ｘ2 、…、Ｘ_N）に対
して、前述の式（数１）、（数２）によりＦＦＴ計算を
行いフーリェ係数 SR(k)、SI(k) を求め、同様に式（数
３）、（数４）により周波数スペクトル（ＰＳＤ）を求
めている。そして、今回計算に使用された時系列データ
（Ｘ₁、Ｘ2 、…、Ｘ_N）とその解析データ（ＰＳＤ）
は対にして、特徴検出処理部２３へ渡される。

【００２４】特徴検出処理部２３は、解析処理部９から
受け取った時系列データと解析データより、時系列デー
タについて周波数スペクトル的に影響を与えているかど
うかを判断し、周波数スペクトル的に影響のある有効な
情報について解析経過情報保存部２４へ記憶する。この
とき単順に解析データと時系列データを対にして移動平
均期間分の情報を記憶することも考えられるが、それで
は記憶容量的にも膨大となるため、ここでは、周波数ス
ペクトル的に影響のある有効データのみを抽出し、解析
経過情報保存部２４へ記憶する機能を具備している。そ
の有効データの判断例を下記に示す。

【００２５】（１）時系列データ（Ｘ₁、Ｘ2 、…、Ｘ
_N）からの判断例突発的またはステップ的な変化があると、周波数スペク
トル的に大きく変化する。そのため、時系列データの変
化量（変化率、P-P(Peak to Peak）値等）を判断するこ
とにより記憶するかしないかを決定する。

【００２６】（時系列データ内の最大変化率）＞（今ま
での最大値またはしきい値）（時系列データ内の P-P値）＞（今までの最大値または
しきい値）の、その時刻／判定値／生データ等を記憶する。

【００２７】（２）解析データ（ＰＳＤ）からの判断例解析データについては、周波数スペクトルパターンの特
徴を抽出するため、周波数帯域別の大小関係により判断
し記憶するかしないかを決定する。

【００２８】

【数７】の時、その時刻／判定値／生データ等を記憶する。また
これは、周波数帯域を細分化することにより、スペクト
ルパターン的な判断となる。

【００２９】このようにして判断された情報は、解析の
経過情報として解析経過情報保存部２４へ記憶される。
この記憶は、解析データの移動平均期間を考慮し、平均
期間から影響なくなった時点で順次消去することによ
り、記憶容量を制限することも可能である。これら処理
が完了すると、特徴検出処理部２３は逐次更新処理部１
０を起動する。

【００３０】逐次更新処理部１０では、特徴検出処理部
２３を経由し渡された今回ＰＳＤデータに対して、前述
した式（数５）または（数６）により解析データの移動
平均処理を行い、今回ＰＳＤの移動平均値ＰＳＤ′_tを
求める。また、この時使用される前回のＰＳＤの移動平
均値ＰＳＤ′_t-1は、解析データ入出力処理部１２を介
して、記憶装置３にある最新データ保存エリア３ａから
取り出され、移動平均後の今回ＰＳＤ′_tが再び記憶装
置３の最新データ保存エリア３ａへ戻される。その後、
次の解析を行うため、サンプリング処理部８を起動す
る。

【００３１】これら連続して処理が行われる中で、周期
管理部１３による判定タイミングまたは会話入力装置４
による判定要求がなされると、判定処理部１１が起動さ
れる。判定処理部１１では、解析データ入出力処理部１
２を介して最新データとそのプラント条件と一致した基
準データを取り出し、従来と同様に双方のスペクトルパ
ターンを比較して正常／異常の判定を行う。判定結果、
異常となった場合には、判定処理部１１は、解析経過情
報保存部２４から現在の解析経過情報を取り出し、解析
された異常データと対にし、解析データ入出力処理部１
２を介して記憶装置３内の異常データ保存エリア３ｃ′
へ保存する。この処理は、判定処理部１１が行う基準デ
ータの保存および定期データの保存タイミングにも行わ
れる。記憶装置３内のそれぞれの保存エリア３ｂ′、３
ｃ′、３ｄ′には、解析データ（基準データ／異常デー
タ／定期データ）とその時点での解析経過情報が対にな
って管理され保存されている。また、逐次更新処理部１
０が更新する最新データは、現在の解析経過情報を記憶
している解析経過情報保存部２４と対にして管理されて
いる。

【００３２】このようにして処理された解析データおよ
び解析経過情報は、オペレータが必要に応じて会話入力
装置４を介して、会話処理部１５及び表示処理部１４に
より表示装置５へ出力することが可能である。

【００３３】これによりオペレータは、診断装置２１に
より異常を検知した場合でも、周波数スペクトルデータ
以外にその周波数スペクトルデータに至るまでの特徴あ
る生データを得ることができ、解析データを評価する上
で有効な情報源となる。

【００３４】さらに、本発明の応用例として、特徴検出
処理部２３で判断している処理を利用し、特徴ある生デ
ータまたは解析データを検出する頻度を監視できるよう
に構成することにより、頻度の増加から異常徴候を判断
することができ、オペレータへの迅速な対応が可能とな
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、周波数
解析による診断装置において、周波数スペクトルデータ
に影響する特徴ある時系列データをその解析データの経
過情報として管理することにより、解析データの評価作
業時に生データを含む豊富な評価情報を提供することが
可能となり、異常検知時の評価作業を軽減するととも
に、評価判断を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の診断装置を示すブロック図
である。

【図２】診断装置の従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１、２１…診断装置２、２２…演算制御装置３…………記憶装置４…………会話入力装置５…………表示装置６…………プロセス入力制御装置７…………プラント８…………サンプリング処理部９…………解析処理部１０…………逐次更新処理部１１…………判定処理部１２…………解析データ入出力処理部１３…………周期管理部１４…………表示処理部１５…………会話処理部２３…………特徴検出処理部２４…………解析経過情報保存部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントからプロセス信号を入力するプ
ロセス入力制御装置と、このプロセス入力制御装置を介
して得られたプロセス信号に対して周波数解析を行いプ
ラントの正常／異常の診断判定処理をする演算制御装置
と、この演算制御装置により解析された解析データを保
存する記憶装置と、この記憶装置に保存されている解析
データを表示する表示装置と、オペレータからの要求を
入力するための会話入力装置とを備えた診断装置におい
て、前記演算制御装置が、前記プロセス入力制御装置を介してプラントからプロセ
ス信号を入力し時系列データとしてサンプリングするサ
ンプリング処理手段と、このサンプリング処理手段によってサンプリングされた
プロセス信号の時系列データを周波数解析処理して周波
数スペクトルパターンからなる解析データを出力する解
析処理手段と、この解析処理手段から時系列データおよび解析データを
受け取り、周波数スペクトル的に特異な影響のあるプロ
セス信号を検出する特徴検出処理手段と、この特徴検出処理手段によって検出されたプロセス信号
を含む解析経過情報を保存する解析経過情報保存手段
と、前記解析処理手段によって解析された今回の解析データ
と前記記憶装置に保存されている前回までの解析データ
との平均処理を行い、最新の解析データとして前記記憶
装置に保存する逐次更新処理手段と、この逐次更新処理手段によって逐次更新された最新解析
データを前記記憶装置に保存されているプラント正常時
の解析データと比較して正常／異常の判定を行い、異常
と判定したとき前記解析経過情報保存手段から対応する
解析経過情報を取り出し、その異常解析データと対にし
て前記記憶装置に保存する判定処理手段とを具備するこ
とを特徴とする診断装置。