JPH07281729A - ユニットアラーム管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、プロセスに対するアラーム発生予測
を行い、プロセスの安定制御を行う。 【構成】各種機器(1) から各プロセスデータを収集し、
ユニットモデルに基づいて各種機器(1) の将来の挙動を
予測し、この予測に応じて各種機器(1) の操作量ｕ
（ｔ）を制御する場合、将来の挙動を示す予測応答デー
タｙ（ｔ）に基づいて予測応答傾向演算装置(10)により
将来の挙動の傾向値を求め、この挙動の傾向値に基づい
て傾向判定装置(12)によりアラーム予測等を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種機器から収集した
の各変量及びユニットモデルに基づいて各種機器の将来
の挙動を予測し、この予測に基づいて各種機器の操作量
を制御するモデル予測制御装置に係わり、この予測から
各種機器の将来の挙動に対するアラームを報知するユニ
ットアラーム管理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７はユニットアラーム管理装置の構成
図である。各種機器１からの各種変量は、プロセス入出
力装置２により収集され、プロセスデータ処理装置３に
送られる。このプロセスデータ処理装置３は、収集され
た各種変量のデータを工学単位系のデータに変換し、プ
ロセスデータベース４として記憶する。

【０００３】この状態にモデル予測制御装置５は、プロ
セスデータベース４に記憶されたプロセスデータを読み
出し、かつユニットモデルを用いて、過去の外乱或いは
目標値の変更等によるプロセスに対する変動等の将来の
挙動を予測し、各種機器１の制約条件等を加味した最適
な操作量を１ステップ分づつ出力する。

【０００４】この操作量は、プロセス入出力装置２を通
して各種機器１に送られることにより、各種機器１は、
この操作量に従って動作する。これにより、各種機器１
は、それぞれ制約条件内で動作するように制御される。

【０００５】一方、モニタリング装置６は、アラームし
きい値テーブル７に定義されている各種機器１ごとのし
きい値とプロセスデータベース４から取り出した各プロ
セスデータとを比較して異常判定を行い、その結果をメ
ッセージとしてＣＲＴ装置８及びプリンタ９に出力す
る。

【０００６】このように各種機器１に対する異常判定
は、モニタリング装置６においてしきい値とプロセスデ
ータとを比較することにより行うので、各種機器１に異
常が発生した時点では、プラントの状態としては既に末
期症状であり、非常に危険な状態となっている。

【０００７】又、モデル予測制御装置５は、最適な操作
量つまり各種機器１の各制約条件によりプロセスの変動
を抑え込む操作量を各種機器１に出力しているが、これ
ら機器１への操作量が出力されない場合がある。

【０００８】このような場合、本来ならば、オペレータ
の操作により各種機器１の制約条件を緩和する等の処置
をとらなければならないが、その兆候に気が付かずに緩
和処置等をとらず、さらに異常な状態へ進んでしまうこ
とがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにモニタリ
ング装置６で異常と判定されたときには、既にプラント
の状態は末期症状であり、非常に危険な状態となってい
る。又、モデル予測制御装置５から各種機器１への操作
量が出力されない場合があり、オペレータは、その兆候
に気が付かずに緩和処置等をとらず、さらに異常な状態
へ進んでしまう虞がある。そこで本発明は、プロセスに
対するアラーム発生予測を行い、プロセスの安定制御が
できるユニットアラーム管理装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、各種
機器の変量を収集し、これら変量及びユニットモデルに
基づいて各種機器の将来の挙動を予測して各種機器の操
作量を制御するモデル予測制御装置において、将来の挙
動を示す予測応答データに基づいて将来の挙動の傾向値
を求める予測応答傾向演算手段と、この予測応答傾向演
算手段により求められた挙動の傾向値に基づいて少なく
ともアラーム予測を行う傾向判定手段と、を備えて上記
目的を達成しようとするユニットアラーム管理装置であ
る。

【００１１】請求項２によれば、予測応答傾向演算手段
は、所定期間前から現在までの各予測応答データを合成
して近似式を求めて将来の挙動の傾向値を求める機能を
有している。

【００１２】請求項３によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値に基づく値が、所定期間先において予め
設定されたアラームしきい値の範囲内にあるかを判断
し、この範囲内に無ければ予測アラームのメッセージを
報知する機能を有している。

【００１３】請求項４によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値が、予め設定された基準管理値内にある
かを判断し、この基準管理値内に無ければ少なくとも各
種機器に対する制約条件緩和を報知する機能を有してい
る。

【００１４】請求項５によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値に基づく値が、所定期間先において予め
設定されたアラームしきい値の範囲内にあるかを判断
し、この範囲内に無ければ予測アラームのメッセージを
報知する機能、及び将来の挙動の傾向値が、予め設定さ
れた基準管理値内にあるかを判断し、この基準管理値内
に無ければ少なくとも各種機器に対する制約条件緩和を
報知する機能を有している。

【００１５】

【作用】請求項１によれば、各種機器から収集した各変
量及びユニットモデルに基づいて各種機器の将来の挙動
を予測し、この予測に応じて各種機器の操作量を制御す
る場合、将来の挙動を示す予測応答データに基づいて予
測応答傾向演算手段により将来の挙動の傾向値を求め、
この挙動の傾向値に基づいて傾向判定手段により少なく
ともアラーム予測を行う。

【００１６】これにより、例えばオペレータが異常判定
から対応できる所定期間先において将来の挙動がアラー
ムしきい値の範囲から逸脱するか否かが予測され、かつ
例えば大きな外乱により挙動の変動が急激で各種機器の
制約条件を緩和すべきか否かが予測される。

【００１７】請求項２によれば、予測応答傾向演算手段
は、将来の挙動の傾向値を求めるのに所定期間前から現
在までの各予測応答データを合成し、その近似式を求め
ている。

【００１８】請求項３によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値に基づく値が、所定期間先、例えばオペ
レータが異常判定から対応できる所定期間先においてア
ラームしきい値の範囲内にあるかを判断し、この範囲内
に無ければ予測アラームのメッセージを報知する。

【００１９】請求項４によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値が、基準管理値内にあるかを判断し、こ
の基準管理値内に無ければ、大きな外乱による挙動の変
動であるとして、少なくとも各種機器に対する制約条件
緩和を報知する。

【００２０】請求項５によれば、傾向判定手段は、将来
の挙動の傾向値に基づく値が、所定期間先、例えばオペ
レータが異常判定から対応できる所定期間先においてア
ラームしきい値の範囲内にあるかを判断し、この範囲内
に無ければ予測アラームのメッセージを報知し、かつ将
来の挙動の傾向値が、基準管理値内にあるかを判断し、
この基準管理値内に無ければ、大きな外乱による挙動の
変動であるとして、少なくとも各種機器に対する制約条
件緩和を報知する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。なお、図７と同一部分には同一符号を付
してその詳しい説明は省略する。図１はユニットアラー
ム管理装置の構成図である。

【００２２】予測応答傾向演算装置１０は、モデル予測
制御装置１０により求められる将来の挙動を示す予測応
答データを読み込み、この予測応答データに基づいて将
来の挙動の傾向値を求める機能を有している。

【００２３】具体的に予測応答傾向演算装置１０は、モ
デル予測制御装置１０により求められた予測応答データ
を時系列に予測応答データファイル１１に格納保存し、
この予測応答データファイル１１から過去から現在まで
の数時間分の各予測応答データを取り出して合成し、そ
れを１次近似式を用いて近似したデータから将来の挙動
の傾向値を求める機能を有している。

【００２４】傾向判定装置１２は、予測応答傾向演算装
置１０により求められた挙動の傾向値に基づき、アラー
ムを予測する機能、及び挙動の傾向値を管理してガイダ
ンス等を報知する機能を有している。

【００２５】このうちアラーム予測機能は、現在から見
て所定期間（以下、管理時間と称する）先において、予
測応答傾向演算装置１０により求められた将来の挙動の
傾向値により求めらる各種機器１のプロセスデータ（プ
ロセスＰＶ値）が、予め設定されたアラームしきい値の
範囲内にあるかを判断し、この範囲内に無ければ予測ア
ラームのメッセージを報知する機能である。

【００２６】このように管理時間先における将来の挙動
の傾向値によるプロセスデータとアラームしきい値とを
比較するが、この管理時間先とは、現在においてプラン
トの異常を判定した報知した場合、このときからオペレ
ータがその異常発生までに処置できる可能な時間だけ先
の期間である。

【００２７】又、傾向値管理機能は、将来の挙動の傾向
値が、予め設定された基準管理値内にあるかを判断し、
この基準管理値内に無ければ少なくとも各種機器１に対
する制約条件の緩和を報知する機能である。

【００２８】この傾向判定装置１２は、アラームしきい
値テーブル１３及び管理値テーブル１４に対してアクセ
ス可能となっている。このうちアラームしきい値テーブ
ル１３には、傾向判定装置１２のアラーム予測機能が参
照するアラームしきい値が記憶され、又、管理値テーブ
ル１４には、傾向判定装置１２の傾向値管理機能が参照
する基準管理値が記憶されている。

【００２９】ここで、基準管理値は、プロセスの運転形
態、例えばスタートアップ、シャットダウン、定常運転
等の運転形態に応じて変わるものである。なお、傾向判
定装置１２には、アラーム予測機能及び傾向値管理機能
による各判定結果であるアラーム、ガイダンス等を表示
出力するＣＲＴ装置８及びその印字出力をするプリンタ
９が接続されている。

【００３０】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。各種機器１からの各種変量は、プロセス
入出力装置２により収集され、プロセスデータ処理装置
３に送られる。このプロセスデータ処理装置３は、収集
された各種変量のデータを工学単位系のデータに変換
し、プロセスデータベース４として記憶する。

【００３１】この状態にモデル予測制御装置５は、プロ
セスデータベース４に記憶されたプロセスデータを読み
出し、かつユニットモデルを用いて、過去の外乱或いは
目標値の変更等によるプロセスに対する変動等の将来の
挙動を予測し、各種機器１の制約条件等を加味した最適
な操作量を１ステップ分づつ出力する。

【００３２】すなわち、図２はモデル予測制御装置５に
よる将来の挙動の予測を示している。過去のプロセスデ
ータｙに対してその操作量出力ｕが、制御周期毎に変化
している。そして、現在において設定値が変更設定され
ている。

【００３３】このような現在の状態において、モデル予
測制御装置５は、これら過去のプロセスデータｙを読み
出し、ユニットモデルを用いて、過去の外乱或いは目標
値の変更等によるプロセスに対する変動等の将来の挙動
を予測し、制御周期毎の予測応答データｙ（ｔ＋１）、
ｙ（ｔ＋２）、…を求め、かつそれに応じた操作量出力
ｕ（ｔ＋１）、ｕ（ｔ＋２）、…を求める。

【００３４】従って、モデル予測制御装置５は、このよ
うな予測応答データｙ（ｔ＋１）、ｙ（ｔ＋２）、…、
及び操作量出力ｕ（ｔ＋１）、ｕ（ｔ＋２）、…を制御
周期毎に求める。

【００３５】このうち操作量ｕ（ｔ）は、プロセス入出
力装置２を通して各種機器１に送られることにより、各
種機器１は、この操作量ｕ（ｔ）に従って動作する。こ
れにより、各種機器１は、それぞれ制約条件内で動作す
るように制御される。

【００３６】予測応答傾向演算装置１０は、モデル予測
制御装置１０により求められる将来の挙動を示す予測応
答データｙ（ｔ＋１）、ｙ（ｔ＋２）、…を読み込んで
予測応答データファイル１１に時系列に格納保存する。

【００３７】そして、予測応答傾向演算装置１０は、図
３に示す予測応答傾向演算のフローチャートに従って将
来の挙動の傾向値を求める。すなわち、ステップ＃１に
おいて過去に遡って読み出す予測応答データの時間幅を
ｗ、現在時刻をｓとし、次のステップ＃２〜＃４におい
て時間幅ｗ前の過去から現在時刻ｓまでの予測応答デー
タを予測応答データファイル１１から読み出す。

【００３８】図４は予測応答データファイル１１から読
み出された時刻ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２における各予測応答
データを示している。これら予測応答データは、各制御
周期毎に求められているので、その時刻毎に変化してい
る。

【００３９】次にステップ＃５において、これら時刻
ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２の各予測応答データを図５に示すよ
うに合成し、これら予測応答データについて最小２乗法
を用いて１次近似を行い、次のステップ＃６においてこ
の１次近似の傾きを傾向値として求める。

【００４０】従って、予測応答傾向演算装置１０は、制
御時間毎に過去の各予測応答データついて１次近似を行
いってその傾きを傾向値として求める。次に、傾向判定
装置１２は、図６に示す傾向判定フローチャートに従
い、予測応答傾向演算装置１０により求められた挙動の
傾向値に基づいて、アラーム予測能、及び挙動の傾向値
の管理を行う。

【００４１】すなわち、アラーム予測機能は、ステップ
＃１０において将来の挙動の傾向値に対して管理時間を
乗算し、この値に現在のプロセスＰＶ値を加算して管理
時間先における未来のプロセスＰＶ値を算出する。

【００４２】次にステップ＃１１において、アラームし
きい値デーブル１３から該当する機器１のアラームしき
い値、例えば上下限値を読み出し、このアラームしきい
値と未来プロセスＰＶ値とを比較する。

【００４３】この比較の結果、未来プロセスＰＶ値が、
アラームしきい値の範囲内であれば、管理時間内にプロ
セス異常は発生しないと判定する。ところが、未来プロ
セスＰＶ値が、アラームしきい値の範囲外と判定されれ
ば、ステップ＃１２に移り、管理時間内にプロセス異常
が発生すると判定する。

【００４４】又、この場合、未来プロセスＰＶ値が、ア
ラームしきい値の範囲外となる時刻を判断すれば、アラ
ームを報知したときからオペレータがその異常に対して
処置できる余裕時間を判断する。

【００４５】従って、未来プロセスＰＶ値がアラームし
きい値の範囲外と判定された場合には、近い将来におい
てアラームが発生する状態となること、及びそのプロセ
ス異常がオペレータの処置により余裕をもって処置でき
るかのアラームガイダンスがＣＲＴ装置８に表示される
と共にプリンタ９により印字出力される。

【００４６】又、傾向判定装置１２は、挙動の傾向値の
管理を行う。すなわち、ステップ＃１３において、管理
値テーブル１４から基準管理値を読み出し、挙動の傾向
値ｕ（ｔ）が基準管理値内にあるかを判断する。

【００４７】この判断の結果、傾向値ｕ（ｔ）が基準管
理値内にあれば、プロセスの将来における挙動が安定し
ていると判断する。ところが、傾向値ｕ（ｔ）が基準管
理値外であれば、この傾向値ｕ（ｔ）の傾きが大きく、
例えば急激にプロセスデータが上昇するか、又は下降す
ることを示している。

【００４８】この場合、ステップ＃１４において、傾向
値ｕ（ｔ）が基準管理値外になることのガイダンス、例
えば各種機器１に対する制約条件等を緩和するガイダン
スをＣＲＴ装置８に表示すると共にプリンタ９により印
字出力する。

【００４９】従って、次のステップ＃１５において、各
種機器１に制約条件があれば、この各種機器１の制約条
件を緩和し、ステップ＃１６において、モデル予測制御
装置５における各種機器１の制約条件を緩和した値に変
更設定する。

【００５０】このように各種機器１の制約条件を緩和し
て設定すれば、大きな外乱、設定変更に対し、現状の制
約条件では抑えきれない状況が発生しても、プロセス変
動を早期に抑制される。

【００５１】このように上記一実施例においては、各種
機器１から各プロセスデータを収集し、ユニットモデル
に基づいて各種機器１の将来の挙動を予測し、この予測
に応じて各種機器１の操作量ｕ（ｔ）を制御する場合、
将来の挙動を示す予測応答データｙ（ｔ）に基づいて予
測応答傾向演算装置１０により将来の挙動の傾向値を求
め、この挙動の傾向値に基づいて傾向判定装置１２によ
りアラーム予測等を行うようにしている。

【００５２】従って、例えば、オペレータが異常判定か
ら対応できる管理時間先において将来の挙動がアラーム
しきい値の範囲から逸脱するか否かを予測して報知する
ことができ、かつ大きな外乱等により挙動の変動が急激
で各種機器１の制約条件を緩和すべきか否かを予測して
報知できる。

【００５３】この場合、将来の挙動の傾向値を求めるの
に過去から現在までの数時間分の各予測応答データを合
成し、その１次近似から将来の挙動の傾向値を求めるの
で、正確な将来の挙動からアラーム予測ができる。

【００５４】又、傾向判定装置１２は、オペレータが異
常判定から処置できる管理時間先において傾向値がアラ
ームしきい値の範囲内にあるかを判断するので、オペレ
ータは先行操作による異常回避が可能となり、プラント
の安全性を高め、又異常発生時のパニック的操作から開
放されて精神的な負担を軽減できる。

【００５５】又、傾向判定装置１２は、将来の挙動の傾
向値が、基準管理値内にあるかを判断するので、モデル
予測制御装置５における各種機器１の制約条件の緩和、
或いは引き締めを自動的に行うことができ、さらにガイ
ダンス発報によるオペレータでの制約条件の変更設定を
行うことができ、プロセスの安定制御の運転に大きく寄
与できる。

【００５６】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、予測
応答傾向演算装置１０において、過去から現在までの各
予測応答データを合成して近似式を求める場合、過去に
遡る時間は、予測応答データｙ（ｔ）、ｙ（ｔ＋１）、
ｙ（ｔ＋２）に限らず、正確に予測し得る任意の過去ま
での予測応答データを合成してもよい。

【００５７】又、傾向判定装置１２は、将来の挙動の傾
向値に基づく値が、管理時間先においてアラームしきい
値の範囲内にあるかを判断し、この範囲内に無ければ予
測アラームのメッセージを報知するアラーム予測機能、
及び将来の挙動の傾向値が、基準管理値内にあるかを判
断し、この基準管理値内に無ければ各種機器に対する制
約条件緩和等の報知を行うする挙動の傾向値の管理機能
の各２つの機能を有しているが、これら機能のうちいず
れか一方のみを有する構成としてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、プ
ロセスに対するアラーム発生予測を行い、プロセスの安
定制御ができるユニットアラーム管理装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるユニットアラーム管理装置をモ
デル予測制御装置に適用した場合の一実施例を示す構成
図。

【図２】モデル予測制御の作用を示す図。

【図３】予測応答傾向演算のフローチャート。

【図４】予測応答データの傾向値を求める作用を示す
図。

【図５】予測応答データの傾向値を求める作用を示す
図。

【図６】傾向判定のフローチャート。

【図７】従来装置の機能ブロック図。

【符号の説明】

１…各種機器、２…プロセス入出力装置、３…プロセス
データ処理装置、４…プロセスデータベース、５…モデ
ル予測制御装置、８…ＣＲＴ装置、９…プリンタ、１０
…予測応答傾向演算装置、１１…予測応答データファイ
ル、１２…傾向判定装置、１３…アラームしきい値テー
ブル、１４…管理値テーブル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種機器の変量を収集し、これら変量及
   びユニットモデルに基づいて前記各種機器の将来の挙動
   を予測して前記各種機器の操作量を制御するモデル予測
   制御装置において、 前記将来の挙動を示す予測応答データに基づいて前記将
   来の挙動の傾向値を求める予測応答傾向演算手段と、 この予測応答傾向演算手段により求められた挙動の傾向
   値に基づいて少なくともアラーム予測を行う傾向判定手
   段と、を具備したことを特徴とするユニットアラーム管
   理装置。
2. 【請求項２】 予測応答傾向演算手段は、所定期間前か
   ら現在までの各予測応答データを合成して近似式を求め
   て将来の挙動の傾向値を求める機能を有することを特徴
   とする請求項１記載のユニットアラーム管理装置。
3. 【請求項３】 傾向判定手段は、将来の挙動の傾向値に
   基づく値が、所定期間先において予め設定されたアラー
   ムしきい値の範囲内にあるかを判断し、この範囲内に無
   ければ予測アラームのメッセージを報知する機能を有す
   ることを特徴とする請求項１記載のユニットアラーム管
   理装置。
4. 【請求項４】 傾向判定手段は、将来の挙動の傾向値
   が、予め設定された基準管理値内にあるかを判断し、こ
   の基準管理値内に無ければ少なくとも各種機器に対する
   制約条件緩和を報知する機能を有することを特徴とする
   請求項１記載のユニットアラーム管理装置。
5. 【請求項５】 傾向判定手段は、将来の挙動の傾向値に
   基づく値が、所定期間先において予め設定されたアラー
   ムしきい値の範囲内にあるかを判断し、この範囲内に無
   ければ予測アラームのメッセージを報知する機能、及び
   前記将来の挙動の傾向値が、予め設定された基準管理値
   内にあるかを判断し、この基準管理値内に無ければ少な
   くとも各種機器に対する制約条件緩和を報知する機能を
   有することを特徴とする請求項１記載のユニットアラー
   ム管理装置。