JPH07261826A - プロセスユニットの状態検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のタグベース監視に代えて、個々の監視
点の状態を検出して、その情報を基にして、ユニット毎
の状態を検知し、監視するユニットベース監視の考え方
を導入したプロセスユニットの状態検知装置を実現す
る。 【構成】 先ずユニットの状態を定義し、プロセスデー
タからユニットの状態を抽出し、比較照合して、ユニッ
ト毎の状態を検知する。そのために状態入力手段と、ユ
ニット状態定義手段と、空間的パターンデータベース
と、ユニット状態検出手段とを設けたことを特徴とす
る。尚状態入力手段に代えて、複数の入力間の特徴を抽
出する機能を有する状態関係抽出手段を設けた構成とす
ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の製造プロセスを
構成するプロセスユニットの個々の監視点の状態データ
からユニットの状態を検知する状態検知装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プロセスユニットの監視に関して、従来
は個々の監視点の傾向を捉えて、それらの情報を基にし
て直接情報処理を行っていた。これをタグベース監視と
呼ぶことにする。しかし対象とするプロセスが大規模化
するにつれ運転担当者への負担増や、監視システムのコ
ンピュータ化により個々の監視点のアラーム設定が容易
にできる反面、アラームの洪水と呼ばれるように運転担
当者への情報の増大という問題が生じてきている。

【０００３】そこで、運転担当者の負担を軽減する方向
で、一段上位の情報処理装置が提案されている。例え
ば、プラント監視装置（特願 平５−１８０４０５）で
は、個々の監視点の状態がユニット内にどのような影響
を与えるか、また個々の監視点間の関係からどのような
異常が引き起こされるかを判定することに重点が置かれ
ている。従って、特にユニット毎の状態というものを定
義しているわけではなく、運転担当者に対してユニット
がどのような状態なのかを提示する機能を欠いている。

【０００４】従って、ユニット毎の監視や制御を考える
場合に、先ずユニットの状態を定義し、ユニットの状態
を検知するような新しい機構が必要になってくる。これ
をユニットベース監視と呼ぶことにする。尚ユニットと
は化学工学でいう、単位操作（ユニットオペレーショ
ン）を行うことができる範囲を意味する。ユニットが集
合してプロセスを構成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、個々
の監視点の状態を検出して、その情報を基にして、ユニ
ット毎の状態を検知し、監視するための状態検知装置を
実現することにある。詳しくは、先ずユニットの状態を
定義し、プロセスデータから個々の監視点の状態を抽出
し、比較照合して、ユニット毎の状態を検知する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の様な目的を達成す
る本発明の装置は、プロセスデータ状態検知手段を備え
たプロセスユニットの状態検知装置であって、前記状態
検知手段から得られた状態データ及び各種の推定値を入
力とする状態入力手段と、正常、異常、或いはその中間
の何れの状態であるかを空間的な基準パターンを用いて
定義するユニット状態定義手段と、ユニット状態定義手
段により定義した基準パターンを記憶させる空間的パタ
ーンデータベースと、前記状態入力手段の出力と、空間
的パターンデータベースから読みだした基準パターンと
を入力とするユニット状態検出手段とを設けたことを特
徴とする。

【０００７】尚前記状態入力手段に代えて、複数の入力
間の特徴を抽出する機能を有する状態関係抽出手段を設
けた前記プロセスユニットの状態検知装置も包含する。

【０００８】

【作用】プロセスデータ状態検知手段は、プロセスユニ
ットの個々の監視点の状態を検出して、ユニットの部分
的又は全体的状態の動向を検知して信号を出力する。状
態入力手段は、前記プロセスデータ状態検知手段の出力
信号から得られた状態データ及び内部で設定する各種の
推定値を信号として出力する。

【０００９】ユニット状態定義手段は、ユニットに起こ
り得る状態を抽出して、所定の評価指標に基づいて、正
常、異常、或いはその中間の何れの状態であるかを空間
的な基準パターンを用いて定義して信号として出力す
る。空間的パターンデータベースは、前記ユニット状態
定義手段により定義された基準パターンの信号を記憶す
る。

【００１０】ユニット状態検出手段は、前記状態入力手
段の出力信号からユニットの状態データの特徴を抽出
し、空間的パターンデータベースから読みだした基準パ
ターンとを照合して、ユニットの状態が正常、異常、或
いはその中間の何れであるかを判別して出力する。尚状
態入力手段は、各状態入力部品は一入力毎であるが、本
状態関係抽出手段は複数の入力の相互関係の特徴を抽出
する機能を備えたものである。例えば「プロセスデータ
ＡとＢの差が大きいか否かの判定をする」等の機能を備
えるものである。

【００１１】

【実施例】以下図面を用いて本発明を説明する。図１は
本発明の一実施例を示したプロセスユニットの状態検知
装置のブロック構成図である。プロセスデータ状態検知
手段１１はプロセスユニットの個々の監視点の状態を検
出して、ユニットの部分的又は全体的状態の動向を示す
信号を出力するもので、例えば本発明者が出願した状態
検知装置（特願 平５−１８０４０６）が用いられる。
このプロセスデータ状態検知手段は、プロセスユニット
から採取したプロセスデータについて、微少変化を除去
する前処理手段と、前処理後のデータから特徴点を抽出
する特徴点抽出手段と、前処理後のデータの内の着目デ
ータと、特徴点抽出手段が出力した特徴点のデータとか
ら、傾向ベクトルを生成する傾向ベクトル生成手段と、
その出力である傾向ベクトルの傾きを状態データに分類
する分類手段から構成されている。本手段はプロセスデ
ータの変動傾向を時間軸上で部分的に、又は全体的に把
握し、その傾きからプロセスユニットの状態を検知する
機能を有するものである。得られた状態情報は状態入力
手段１２を経て、ユニット状態検出手段１５へ出力す
る。

【００１２】状態入力手段１２は各種の状態入力部品１
６、１７その他から構成する。一例として、状態入力部
品１６、１７は、図２に示すバッファ機能を有する部品
であり、プロセスデータ状態検知手段１１の出力はその
まま出力となる。又、状態入力手段１２では、図３に示
す推定器を使用する。推定部３１は観測されたパラメー
タ値を参照して、観測されないパラメータ値を算出す
る。算出された値は状態検知部３２の評価結果として、
プロセスデータ状態検知手段１１の出力と同様に状態入
力手段１２への出力となる。

【００１３】図４はユニット状態定義手段１３のブロッ
ク構成図である。ユーザインタフェース部４１はユニッ
ト状態定義者とのインタフェース部である。パターン生
成部４２は評価指標に基づきその評価を行うのに必要と
なる監視点群と、それぞれの特徴パターンを１セットと
した空間的パターンを生成する。生成したパターンは空
間的パターンデータベース１４に記憶させておく。前記
のパターン生成に利用される知識は、「ユニットの安全
性を確認するためには、監視点Ａ、Ｂ、Ｃの状態を把握
することが必要である」という種類の知識であり、パタ
ーン生成知識ベース４３に記憶されている。

【００１４】図５はユニット状態検出手段１５のブロッ
ク構成図である。入力変換部５１は状態入力手段１２の
出力を受ける入力変換部である。ニューラルネットワー
ク部５２はパターンマッチング処理をする。出力変換部
５３はニューラルネットワーク部５２の出力からユニッ
トとしての状態を表現するための出力変換部である。

【００１５】ユニット状態の表現として、１）言葉によ
る表現、２）グラフィックによる２つの表現方法があ
る。ニューラルネットワーク部５２の構成に関しては、
入力層の設定において、検知するユニット状態に応じて
ネットワークの構造を変更することは非現実的である。
そこでユニット単位で入力する監視点の数を固定する。
従って、入力層の数はユニット内の監視点の充分な数と
する。

【００１６】図６は空間的パターンデータベース１４
（図１）のデータの構造の一例を示す図である。６１は
ユニットの状態名とその内容を組とした属性リストの集
合である（辞書構造）。６２はその内容の構造を示す。
監視点それぞれには名前またはパラメータ名、それぞれ
の監視点が持つ特徴パターン（ベクトル表現を採用）、
それらの監視点とそれぞれの特徴パターンの組み合わせ
によるユニット状態の意味を言葉（記号）で記述する部
分から構成する。

【００１７】このようにして、検知したい或いは検知す
べきユニットの状態を全て登録する。ユニットの、検知
を望まない或いは検知できない状態は取り扱わないこと
にする。図７はプロセスユニットの状態検知装置（図
１）の機能全体のフローチャートである。ステップを追
って動作を説明する。

【００１８】ステップ１ プロセスデータ状態検知手段
１１により、個々の監視点の状態が検出される。 ステップ２ 状態入力手段１２により、個々の監視点の
状態を参照してそれぞれの対応する部品の機能に従って
処理する。個々のプロセスデータ状態検知手段１１の出
力はバッファ（図２）を経てそのまま出力される。推定
器の出力はそのままユニット状態検出手段１５へ出力さ
れる。

【００１９】ステップ３ ユニット状態検出手段１５、
詳しくは図５に示すように、ニューラルネットワークに
より、プロセスデータ状態検知手段１１の出力と空間的
パターンデータベース１４に記憶させた検知すべき空間
的パターンと照合し、パターンマッチング処理により類
似度を計算する。計算処理の流れは図８に示す。 ステップ４ 次に空間的パターンの類似度を判断し区分
する。

【００２０】ステップ５ 先に計算した類似度に応じて
正常、異常ではない、異常の３つの状態を視覚的に表示
する。異常の状態とは、「何らかの回避操作は考えられ
るものの、特にそれを行わなくても良い」ということを
意味している。以上が、本発明のプロセスユニットの状
態検知装置（図１）の全体の動作であるが、次に内部の
主要な手段について説明する。

【００２１】図８はユニット状態検出手段１５の機能フ
ローチャートである。ステップを追って動作を説明す
る。 ステップ１ 状態入力手段１２から個々の監視点の状態
が入力される。 ステップ２ ユニット状態検出手段１５をニューラルネ
ットワークで実現した場合、そのネットワークの入力層
への入力のための変換を行う。ネットワーク構造に合っ
たデータに変更する。

【００２２】ステップ３ ニューラルネット処理部での
処理を示す。学習されたとは、空間的パターン（学習パ
ターン）を用いて予め学習されていることを意味する。 ステップ４ ニューラルネットの出力層からの出力を、
ユニットの状態を表示する表示部へ渡すためにデータを
変換する機能である。 ニューラルネット処理部の実装方法によってはステップ
２、４の機能は変更される。なぜなら、個々の監視点の
状態を直接ニューラルネットワークへ入力することも可
能だからである。

【００２３】図９はユニット状態定義手段の機能フロー
チャートである。ステップを追って動作を説明する。 ステップ１ あるユニットの状態を決定するために必要
な数の監視点を設定する。例えば、ユニットの状態とし
て「品質」を考えた場合、品質を決定付ける監視点はど
れかを設定する。

【００２４】ステップ２ ステップ１で定義した各監視
点のそれぞれの特徴を指定する。このとき、知識ベース
内に記憶されているユニット固有の知識を利用して、監
視点設定や特徴設定の支援を受ける。 ステップ３ 監視点毎の特徴を持ったパターンが何を意
味しているのかを設定する。例えば、「品質が良い状態
と見なす」のような記号を割り付ける。

【００２５】ステップ４ これまでに得られた定義情報
をデータベースに記憶させる。請求項２のプロセスユニ
ットの状態検知装置は、前記状態入力手段に代えて、複
数の入力間の特徴を抽出する機能を有する状態関係抽出
手段を設けたものである。 図１０は、プロセスユニットの状態検知装置のブロック
構成図（図１）の状態入力手段１２を状態関係抽出手段
１０２に代えたものである。状態入力部品は複数の入力
を扱う。図１１乃至図１４は状態入力手段を構成する各
種の状態入力部品のブロック図である。

【００２６】図１１は複数の入力間の関係から特徴を抽
出する機能を有する状態入力部品のブロック図である。
図１２は２つの入力の差（違い）の関係の特徴を抽出す
る機能を有する状態入力部品のブロック図である。図１
３は２つの入力の相関関係を抽出する機能を有する状態
入力部品のブロック図である。相関図へのマッピングを
行い、この２つの入力に相関関係があるか否かを判定す
る。

【００２７】図１４は２つ以上の入力に対して、カオス
解析により何らかの特徴を見いだすことを目的としてい
る。上記の様な状態入力部品を有する状態関係抽出手段
１０２を導入することにより、全監視点の関係を考慮し
たプロセスユニットの状態検知装置を考えなくても、部
分的問題に分割して扱うことが出来るため、実装が容易
になる。

【００２８】また、ここではユニットの状態を個々と全
体の中間的な抽象度で捉えることで、状態入力部品その
ものが１つの独立した状態検知手段として成立するもの
と考えることができる。さらにこの様な部品を目的に従
って数多く整備することにより、検知のニーズを充分満
たすことが可能になる。

【００２９】

【発明の効果】従来個々の監視点の状態がユニット内に
どのような影響を与えるか、また個々の監視点間の関係
からどのような異常が引き起こされるかを判定すること
に重点を置いたタグベース監視では、監視点が増加し運
転担当者への負担の増大という問題が生じていた。

【００３０】本発明のプロセスユニットの状態検知装置
によれば、ユニット毎の監視や制御を考える場合に、先
ずユニットの状態を定義した上で、ユニットの状態を検
知するといった、従来の方法より一段上位の監視処理を
する、即ちプロセスをユニットオペレーションの単位で
監視する手法を開発したことにより、運転担当者の負担
を大きく軽減することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の、プロセスユニットの状態検知装置の
ブロック構成図である。

【図２】状態入力手段を構成するバッファ部のブロック
図である。

【図３】状態入力手段を構成する推定器のブロック図で
ある。

【図４】ユニット状態定義手段のブロック構成図であ
る。

【図５】ユニット状態検出手段のブロック構成図であ
る。

【図６】空間的パターンデータベースのデータの構造の
一例を示す図である。

【図７】プロセスユニットの状態検知装置の機能フロー
チャートである。

【図８】ユニット状態検出手段の機能フローチャートで
ある。

【図９】ユニット状態定義手段の機能フローチャートで
ある。

【図１０】プロセスユニットの状態検知装置のブロック
構成図である。

【図１１】状態入力手段を構成する基本的入力部のブロ
ック図である。

【図１２】状態入力手段を構成する差の関係入力部のブ
ロック図である。

【図１３】状態入力手段を構成する相関関係入力部のブ
ロック図である。

【図１４】状態入力手段を構成するカオス入力部のブロ
ック図である。

【符号の説明】

１１ プロセスデータ状態検知手段 １２ 状態入力手段 １３ ユニット状態定義手段 １４ 空間的パターンデータベース １５ ユニット状態検出手段 １６ 状態入力部品１ １７ 状態入力部品２ ３１ 推定部 ３２ 状態検知部 ４１ ユーザインタフェース部 ４２ パターン生成部 ４３ パターン生成知識ベース部 ４４ パターン格納部 ５１ 入力変換部 ５２ ニューラルネットワーク部 ５３ 出力変換部 ６１ 品質状態区分表 ６２ 品質状態のデータの例 １０１ プロセスデータ状態検知手段 １０２ 状態関係抽出手段 １０３ ユニット状態定義手段 １０４ 空間的パターンデータベース １０５ ユニット状態検出手段 １０６ 複数状態入力部品１ １０７ 複数状態入力部品２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスデータ状態検知手段を備えたプ
   ロセスユニットの状態検知装置であって、 前記状態検知手段から得られた状態データ及び各種の推
   定値を入力とする状態入力手段と、 ユニットに起こり得る状態を抽出して、所定の評価指標
   に基づいて、正常、異常、或いはその中間の何れの状態
   であるかを空間的な基準パターンを用いて定義するユニ
   ット状態定義手段と、 ユニット状態定義手段により定義した基準パターンを記
   憶させる空間的パターンデータベースと、 状態入力手段が出力したユニットの状態データの特徴と
   空間的パターンデータベースに記憶させた基準パターン
   とを照合して、ユニットの状態が正常、異常、或いはそ
   の中間の何れであるかを判別するユニット状態検出手段
   とを設けたことを特徴とするプロセスユニットの状態検
   知装置。
2. 【請求項２】前記状態入力手段に代えて、複数の入力間
   の特徴を抽出する機能を有する状態関係抽出手段を設け
   たことを特徴とする、請求項１に記載されたプロセスユ
   ニットの状態検知装置。