JPH08101710A

JPH08101710A - プラントの運転制御装置

Info

Publication number: JPH08101710A
Application number: JP6237450A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Yamamoto; 隆義山本; Atsushi Nakahara; 淳中原
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-16
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: JP3432612B2

Abstract

(57)【要約】【目的】異常発生時に、対象プラント等状態量の把握を
行い、的確な操作動作が可能で、運転員が、当該操作の
妥当性を自覚しながら異常状態から正常状態に復旧させ
ることができる、プラントの運転制御装置を提供する。【構成】プラントに配設された計器類１９からプラント
データをモニタする装置２０と、プラント現場に配置さ
れたカメラ１２、マイクロフォン１３、振動計等の監視
用センサと、これらセンサからの検出値に基づき異常の
有無の判断をし、異常時には異常の状態を出力する異常
判断装置５、１８と、異常判断装置からの情報とそれに
関連するプラントデータに基づき異常の場合にはプラン
ト構成各部の操作に関するガンダンス情報を提示する処
置ガイダンス装置を備えたものにおいて、異常発生時
に、関連するプラントデータの変化に基づきプラントの
効率および安全性の両面についての推移の発生確立（事
後確立）を推定する手段と、事後確立を使った統計的意
志決定手段により処置ガイダンスの中のどの操作を実行
すべきかを運転員に支持する手段とを有する操作決定支
援装置２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、プラントの運転制御装
置に係り、特にプラントや機械装置（以下、単にプラン
トという）の運転制御装置であって、異常発生時に的確
でかつ精神的に安定した操作を可能とする、運転員に対
する操作支援装置を備えたプラントの運転制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の装置として、図１１にＢＷＲプラ
ントの出力制御装置の構成を示す。ドライウェル１の中
に格納されている原子炉２の燃料棒の発熱量を、再循環
ポンプ４によって原子炉２の下部から流入する冷却材が
前記燃料棒の間を上昇する際にうばって沸騰し、発生し
た蒸気は湿分分離後、原子炉から加減弁１９を経て、タ
ービン９に流入してこれを駆動させ、発電機１０にて電
力が出力される。

【０００３】原子炉２の出力レベルの制御は、下部から
挿入される制御棒３によって行なわれる。原子炉を安全
に、しかも効率よく運転するには、中性子束、温度、ま
たは流量などが限界値に対して十分な余裕を持つと共
に、炉心の平均出力密度を高くすることが要求される。
そのためには原子炉内に多くの検出器を置いて、それら
の局所的な値を知り、許容値近くまで十分高く運転する
ことが行なわれている。

【０００４】原子炉の制御としては、炉の出力レベル
の制御、炉心内の熱発生の分布を適切な形にすることを
目的にした出力分布の制御、一般の運転に伴う起動
時または停止時の制御などが対象としてあげられる。ま
たプラントとしては、以上の原子炉系の他に、冷却系、
蒸気系、タービン発電機系、補助系などが組合った複雑
な系であり、これらを含めた総合的な制御を対象としな
ければならない。

【０００５】図１１のＢＷＲプラントの出力制御装置の
構成に示すようにＢＷＲの場合には、反応度のボイド係
数が負で大きいので、再循環流量制御方式により制御棒
位置を変えることなく、炉出力を制御することができ
る。負荷増加が要求される場合、再循環流量を増せば、
炉内ボイドが減少し、反応度が正となり炉出力が上昇
し、ボイドが増加し、反応度が０となって平衡状態とな
る。

【０００６】次に、ＢＷＲでは安全性および保護の面か
ら原子炉水位制御系が重要である。炉の水位制御は給水
の増減によって行なわれ、給水制御系と呼ばれる。この
制御系には火力プラントと同様、３要素（水位、蒸気
流、給水流）式の給水制御装置が用いられる。このＢＷ
Ｒにおける給水制御系のブロック線図を図１３に示す。
原子炉２内の圧力１３１と炉内気相領域との差圧を差圧
計１３３により求め、原子炉内の水位信号１３４を得
る。一方、原子炉２の出力である主蒸気流量１３９を測
定し、圧力による密度補正、断熱膨張補正を行なった
後、主蒸気流量信号１３１０を得る。また、蒸気タービ
ン駆動型の給水ポンプ１３５の出力である給水流量は、
密度補正を行なった後、給水流量信号１３１１を得る。

【０００７】上記主蒸気流量信号１３１０と給水流量１
３１１信号の差と、上記原子炉水位信号との差に基づ
き、給水ポンプの出力を決定する、いわゆる３要素モー
ドとするか、単に原子炉水位信号１３４のみに基づく単
要素モードにするかは、モード切替器１３１２により選
択される。この他給水ポンプ駆動用蒸気流量の加減弁を
制御する給水量主制御器１３６には、原子炉出力の主蒸
気流量信号１３１０に基づき、別途設定された水位プロ
グラム信号１３１３も入力される。

【０００８】ところで原子力プラントの異常状態の検
知、事故を防止し、または抑制するための安全保護動作
および安全施設の作動のために安全保護系が設けられて
いる。また、この安全保護系は、炉停止が必要でない正
常状態において、緊急停止などの安全動作を起こす故障
が発生する可能性があり、このような故障は安全ではあ
るが原子炉プラントの稼動率を低下させてしまう。

【０００９】また、プラントの起動、停止、定常運転時
におけるプラントデータについては、図１２に示す項目
のデータ処理および記録が行なわれている。これらのデ
ータの処理および性能計算によって得られる諸量は運転
限界値からの余裕または変動などを監視すべきであり、
必要に応じて中央操作室に映像グラフィックまたは警報
の発生により異常を運転員に知らせる。

【００１０】ところが、図１５や図１６に示すように一
つの変動（再循環流量が急増）についても、その変動状
況がプラント全体の中でどのようなレベルの変動か、ま
たその波及はどのような項目が推定され、それにより運
転員が対処すべき操作手順がどうあるべきか、さらにそ
の操作を実行したためにシステムの状態の推移がどのよ
うに変化するのかなど、膨大でかつ複雑で非線形的に関
連し合ったパラメータ相互の関係という環境下では、た
とえプラント全体の保護系、インターロック系などのハ
ード面のバックアップが整備されているとはいえ、運転
員にとっては精神的にパニック状態に近い環境下での対
応を強いられることになる。

【００１１】いずれにしても計算機制御を行なう場合
に、計算機の動作がどんな故障に対してもフェールセー
フになるように設計を行なうことは、ほとんど不可能と
考えられ、冗長系の採用によっても計算機系だけに炉の
保護機能を持たせることには問題がある。ＢＷＲプラン
トの沸騰現象を含む、動特性ブロック線図を図１４に示
す。

【００１２】図１４のブロック線図において、炉出力が
高くなると発熱による温度変化が炉心動特性として無視
できなくなる場合があり、このために反応度フィードバ
ックを考慮する必要がある。反応度に影響を与える因子
のうち、フィードバック作用として考慮しなければなら
ないものに、燃料温度、核分裂生成物（キセノン、
サマリウム）の生成、減速材の密度変化（温度、ボイ
ド）がある。

【００１３】一般的な場合をあげると、正の反応度外乱
により中性子束が増加し、これは反応度増加、燃料温度
上昇、燃料棒から冷却材（ここでは水）への熱流束増
大、冷却材の温度上昇または蒸気の割合が増えることに
よるボイドの増加による負のフィードバックが行なわれ
る。上記、ＢＷＲプラントの複雑さ／非線形性の影響か
ら、起動、負荷変化、停止および異常時の対応を迅速
に、的確に行なう上での主な困難な点は、図１４のブロ
ック図に示す動特性において沸騰−ボイド特性がミクロ
な点で十分解明されていないことと、核分裂によるキセ
ノンの発生と中性子吸収および崩壊による消滅のバラン
スによって、キセノンによる悪影響が中性子束レベルに
よって異なる非線形性を有しているため不安定性を生じ
ることにある。

【００１４】さらに原子力プラント全体としては、上記
原子炉の他にタービン、発電機、復水器、給水系等から
なっており、プラントとしての動特性は一層複雑になっ
ている。例えば、炉燃料棒から冷却材としての水への熱
流束、炉入口の給水温度、圧力に基づき、炉心を冷却材
（水）が上昇してゆく間に蒸気が発生するわけだが、こ
の沸騰現象における水と蒸気の混相としての各々の割合
（ボイド率）の変化が、上述の熱流束や給水条件と相互
に複雑に関連し合っており、解析が困難で、仮定および
近似により計算モデルが考えられている。

【００１５】また、炉心の核分裂から生じる物質のう
ち、最も重要なものは、キセノン１３５Ｘ_eである。こ
れは核分裂で発生する中性子を吸収してしまう性質が大
きく、またキセノンは炉心内の局部的変化により不安定
であり、さらにキセノンは他の生成物が崩壊して生じる
ものもあり、このキセノンの発生量が炉心内の中性子束
レベルに対して非線形性をもっている。

【００１６】よって炉心寸法、中性子束レベルや反応度
の分布の平坦度の度合いで、いわゆるキセノンの毒作用
（中性子吸収）は複雑な動きをする。また、最近ではプ
ラントの運転の自動化が進展し中央操作室からの運転操
作もＣＲＴオペレーションなどワンタッチで大型の補機
や弁などの操作ができ、安易な対応が可能である反面プ
ラント現場の映像や音響をできるだけ、自然な状態で中
央操作室に提供することで、運転員の直感的、包括的な
感覚をもちながら操作ができるように適度な緊張感をも
つことが必要になっている。自動化が進むにつれ、運転
員のプラント全体の特性把握や個々の補機や弁動作を体
得する機会が少ない場合でも、プラントの異常時、中央
操作室で警報が発せられ、異常の度合いが大きいと、運
転員がパニックの精神状態となって誤操作をしたり、的
確な復旧動作や指令を下すことができない状況が起こり
得るという問題があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】すなわち上記従来技術
では、プラントや機械装置などの運転において、ある正
常状態から変動して異常状態が発生した場合、運転員に
対する処置ガイダンスが不十分であり、的確な操作の実
行と早急な復旧に関する配慮がなされておらず、どのよ
うな技術レベルの運転者であってもパニックの精神状態
に陥ることなく、安全でかつ効率のよい運転を継続でき
ることが保証されていなかった。

【００１８】本発明の目的は、異常発生時に、対象プラ
ントや機械装置の状態量の把握を行ない、的確なタイミ
ングで、的確な操作動作が可能で、運転員が、当該操作
の妥当性を自覚しながら異常状態から正常状態へ精神的
に安定して早急に安全に復旧させることができるプラン
トの運転制御装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本願で特許請求する発明は以下のとおりである。（１）プラントまたは機械装置（以下プラントという）
に装着された計測器類からのプラントデータをモニタす
るプラントデータモニタ装置と、プラント現場に配置さ
れた監視用センサと、その検出値に基づき異常の有無を
判断して異常時には異常個所、異常の種類、異常の程度
などの異常情報を処置ガイダンス装置に出力する異常判
断装置と、異常判断装置からの出力情報とそれに関連す
るプラントデータに基づき異常の場合にはプラント構成
部位の操作に関する処置ガイダンスを出力する処置ガイ
ダンス装置とを備えたプラント運転制御装置において、
上記処置ガイダンス装置からの出力を受けて異常発生時
の前記関連プラントデータに基づきそのプラントデータ
の変化に基づく、プラントの効率（性能）と安全性の両
面についての推移の発生確率（事後確率）を推定する手
段と、上記事後確率を使った統計的意思決定手段により
前記処置ガイダンスの中のどの操作を実行すべきかを運
転員に対して表示する手段とを有する操作決定支援装置
を設けたことを特徴とするプラントの運転制御装置。

【００２０】（２）プラントに配設された計器類から圧
力、温度、流量、水位などのプラントデータをモニタす
る装置と、プラント現場に配置されたカメラ、マイクロ
フォン、振動計などの監視用センサと、これらからの検
出値に基づき異常の有無を判断し、異常時には異常の個
所、異常の種類、異常の程度などの異常情報を出力する
異常判断装置と、異常判断装置からの出力情報とそれに
関連するプラントデータに基づき異常の場合には、プラ
ント構成部位の操作に関するガイダンス情報を提示する
処置ガイダンス装置とを備えたプラントの運転制御装置
において、プラントの異常発生時に、プラントデータの
変化に基づきプラントの効率（性能）の上昇、不変、低
下および安全性の向上、不変、低下の発生する事後確率
をファジィ推論により推定する機構と、処置ガイダンス
装置から提示される対象操作の操作量に応じた前記効率
および安全性の変化の評価を損失関数であらかじめ定義
する機構と、前記事後確率および損失関数に基づきベイ
ズ決定方式により、生じる損失が最小となる操作を、前
記処置ガイダンス装置より提示された操作の中から選択
して運転員に指示する機構とからなる操作決定支援装置
を設けたことを特徴とするプラントの運転制御装置。

【００２１】（３）プラント装置に配置され各種プラン
トデータを検出する複数個の計測器と、監視すべきプラ
ント現場に配置された監視センサと、それらセンサの検
出値に基づき異常の有無を判断し、異常時にはその状態
を出力する異常判断装置と、異常判断装置からの出力と
それに関連するプラントデータに基づき、異常の場合に
はプラントを構成する各部の操作に関するガイダンス情
報を提示する処置ガイダンス装置とを備えたプラントの
運転制御装置において、プラントの異常時にその時のプ
ラントデータの変化に基づきプラントの効率（性能）、
安全性に関する事後確率をファジィ推論により推定する
機構と、処置ガイダンス装置から提示される対象操作部
の操作量に応じた前記効率、安全性の変化の評価を損失
関数であらかじめ定義する機構と前記事後確率および損
失関数に基づきベイズ決定方式により、生じる損失が最
小となる操作を、前記処置ガイダンス装置から提示され
た操作の中から選択して運転員に指示する機構と、指示
した上記操作の操作量に応じた当該プラントの状態の時
間変化をシミュレートする予測シミュレーション装置
と、このシミュレーション結果と前記操作量の相関から
前記効率、安全性に関する損失関数の修正および／また
は前記事後確立を推定するファジィ推論機構のメンバシ
ップ関数の改良を行なう機構とを設けたことを特徴とす
るプラントの運転制御装置。

【００２２】（４）プラント装置に配置され各種プラン
トデータを検出する複数個の計測器と、監視すべきプラ
ント現場に配置された監視センサと、このセンサの検出
値に基づき異常の有無を判断し異常時にはその状態を出
力する異常判断装置と、異常判断装置からの出力とそれ
に関連するプラントデータに基づき、異常の場合にはプ
ラントを構成する各部の操作に関するガイダンス情報を
提示する処置ガイダンス装置とを備えたプラントの運転
制御装置において、異常発生時に異常発生現場の映像と
音響をプラントの中央操作室のスクリーンと主スピー
カ、補正スピーカからなる複数個のスピーカで表示する
装置と、中央操作室内で現場の音場を自然な形で運転員
に提示するように、かつ各スピーカの音圧レベルが運転
員の会話レベル以下となるように、主スピーカの音圧レ
ベルを基準として補助スピーカの音圧レベルを調整する
手段を設けたことを特徴とするプラントの運転制御装
置。

【００２３】

【作用】本発明では、異常状態が発生した時に、その時
点のデータの偏差に基づき、統計的意思決定手法を適用
することにより、当該プラントまたは機械装置の効率的
運用の継続、安全性の確保を定量的に評価して、適切な
処置ガイダンスが運転員に指示でき、当該ガイダンスに
沿った操作によるプラント全体または機械装置の予測が
でき、次の操作ガイダンスが上記手法に基づき提示され
るので、例えば技術レベル、運転経験の多少によらず、
精神的にパニック状態になって、誤動作などをしたり、
対応の遅れなどによる異常の程度の増大や事故に至るこ
とがなく、早急に、安全に正常状態へ復旧させることが
できる。

【００２４】

【実施例】図１に本発明を実施した場合の原子力、火力
等のプラントの監視、制御、運転に係るシステム構成を
示す。本実施例では、プラント現場に可視または赤外カ
メラ１２やマイクロフォン１３を搭載した監視ロボット
１４から送られてくる画像データは、生画像切替器８で
所定の対象画像が異常判断装置５からの指令により選択
された後、画像処理装置６および異常判断装置５によ
り、図３に示すアルゴリズムによって当該監視対象が正
常か、何か正常と異なっているか、または異常か否かが
判断される。

【００２５】図３において、カメラ１２で撮影された画
像は、取込処理３２により取込まれ、その中に含まれて
いるノイズ除去を目的とした平滑化処理３３を施す。そ
の後、全体面内の大まかなエッジを微分等により抽出
し、被写体と背景との区別をするために領域分割を行な
う（３４）。次に分割した各領域に番号または記号をつ
けて区別する（３５）。３６では、番号をつけた領域に
対して、２次元としての特徴抽出法であるテクスチャ解
析を行ない、当該領域内面の特徴量を抽出する。次に３
７では、補助的な処理として、上記３４で行なった領域
分割が妥当かどうかのチエックをし、一つの領域でない
場合は、エッジ抽出のパラメータ変更を行ない（３
８）、領域分割３４を再施行する。３９では、あらかじ
め検知対象領域の正常時のテクスチャ特徴量を記憶にお
き、どの領域が監視しようとしている領域かをきめる。
次に、監視領域のエッジ線分長やテクスチャ特徴量の大
小や変化量から正常／異常または通常時と異なることを
判断する。

【００２６】一方、マイクロフォン１３に入った音響は
プリアンプ１０により増幅された後、異常判断装置５か
らの指令により生音響切替器９にて所定の対象現場付近
の音響が選択された後、音響処理装置７および異常判断
装置５により、図４に示すアルゴリズムによる処理結
果、正常か、何か正常と異なっているか、または異常か
否かが判断される。

【００２７】図４において、マイクロフォン１３に入っ
た音響はプリアンプ１０で増幅され、異常判定上外乱の
大きな周波数帯域をマスクするフィルタリング４３を施
す。次いで、ある限られた周波数帯域の音圧レベルを計
算し（４４）、かつ周波数分析４５を行なう。正常な音
や異常な音のデータがあれば、あらかじめニューラルネ
ットで学習しておき、運用に入ったらこの既学習のニュ
ーラルネットで識別結果を出力する（４６）。正常時の
音は、暗騒音や対象機械の運転条件についてのデータを
主成分分析を行ない、例えば第１主成分得点と第２主成
分得点の座標系にプロットしておく（４７）。このと
き、スペクトル上、大局的に変動する暗騒音が大きいと
きは（４８）、ケプストラム解析４１０を行なったの
ち、４１１の小局的スペクトルを主成分分析した結果
で、前記４７の処理時にプロットした範囲にあれば正常
と判断する。上記処理でも識別があいまいなときは、上
記処理結果である主成分得点を、前記プロット処理時の
主成分得点を入力として学習させたニューラルネットに
て識別する（４１２）。

【００２８】以上の現場監視システムによる判断結果や
異常の場合、異常の個所などの情報と必要に応じたプラ
ント情報（プラントデータモニタ装置２０からの情報）
とが、現場監視システム処置ガイダンス装置４に入力さ
れる。また、ポンプやファン（送風機）などの回転機に
取付けられた振動計１５が検知した振動データは、プリ
アンプ１６により増幅され、振動出力切替器１７により
所定のデータが選択され、回転機診断装置１８により診
断される。その診断アルゴリズムは図１５および図１６
に示す手法によっている。その診断結果は上記現場監視
システム処置ガイダンス装置４に入力され、現場での運
転状態を総合判断して、異常と判断された場合には、現
場監視システム用モニタ２５に異常個所付近の生画像を
提示すると同時に、同スピーカ２６に異常個所付近の生
音響を提供する。

【００２９】回転機診断装置１８の動作につき、図５、
図６により説明する。回転機診断装置１８では入力され
た振動データにつき、振動数ごとに複数に分割してお
き、正常運転時の各振動数ごとの振幅に基づき図６
（１）、（２）のように適切なしきい値を設ける。振幅
のしきい値、または振幅値変化率について正常領域を基
準とした識別を行なう。

【００３０】回転機では回転数に対応した周波数につい
ての振幅が主体的であり、よって図６の（２）に示すよ
うに、この周波数分布について周波数ごとに、しきい値
を設けておき、これを越えたら異常と判断する。また、
回転機では、回転周波数は機械の回転数に比例してほぼ
直線的に増加するはずだが、何か異常があれば、ある回
転数のところだけ振動数が変化することを指標とした監
視をする方法を図６の（３）に示す。図６の（３）の右
側に示す例は、例えば同図の左側の図の正常時の直線の
傾きなどで正規化しておき、正常時の領域から外れたら
異常と推定するものである。

【００３１】また、振幅値の経時変化（振幅のトレン
ド）から運転状態を監視する例を図６の（４）に示す。
上記現場監視システム処置ガイダンス装置４から、画像
処理／音響処理／回転体振動診断／関連のプラントデー
タに基づき、異常の場合には、処置すべきガイダンス
が、操作決定支援装置２へ入力される。また、この操作
決定支援装置２へは、プラントデータモニタ装置２０か
らプラントの運転制御が正常に動作し、設計条件上の正
常な範囲にあるのか、異常な状態になったときは、正常
値との偏差値やその変化率などが操作決定支援装置２へ
入力される。

【００３２】図２に示すように、本発明の実施例のポイ
ントである現場監視システムの異常判断装置５の出力と
プラントデータモニタ装置２０からのプラント情報およ
び回転機診断装置１８からのデータに基づき、現場監視
システム処置ガイダンス装置４では、例えば『重油弁を
閉止』または『蒸気弁を閉止』等の異常発生後の処置内
容を運転員に提示する。しかし本処置ガイダンスは、対
象プラント全体の性能や効率への影響および構成設備や
システム全体の安全性への影響を全て定量的に分析し、
評価した上で、当該異常時に最適な処置を指示すること
は、当該異常の種類、程度などによっては困難で、どう
しても不確定要素を含んだガイダンスとならざるを得な
い。この従来技術での処置ガイダンスの例を表１に示
す。

【００３３】

【表１】

【００３４】表１はＢＷＲ炉において、冷却水の再循環
量が急増したときに操作すべき項目をNo. １〜５の制御
棒、蒸気圧力、給水量、蒸気流量、工学的安全系の大項
目に示す。各項目の中でNo. １の制御棒の操作が最も優
先され、その中で、多数の制御棒がある中で、炉心の中
性子分布ができるだけ平坦に、かつ効果的に炉出力を変
更するために操作する制御棒の組合わせが、表１のよう
にパターン１〜５に分類されている。大項目のNo. ２〜
５については、基本的には自動でよいが、処置ガイダン
スによっては、給水量制御（No. ３）を手動とし、パタ
ーンの操作要領で操作する。本例は、原子力プラント
の原子炉冷却材再循環流量が何かの原因で急増した場合
の、各操作項目について提示された処置ガイダンスであ
る。このＢＷＲプラントでは、まず優先的にNo. １の制
御棒の挿入パターンを、表中に示すパターンNo. ごとの
優先度合に応じて処置を行なうような指令を運転員に提
示しているが、当該冷却材循環流量の急増に起因して他
のプラント状態量が、どの程度、増減し、その変化速度
がどの程度か、また状態量の相互関係から非線形性の強
い特性を示すため、この表１に示す処置ガイダンスのみ
では、処置後のリスクが大きい。例えば、当該冷却材
（水）再循環流量が、１０秒間に定格の１００％から１
０５％へ急増した場合の主な状態量の動特性は図１５に
示すように、数１０秒間に複雑な変動を生じる。

【００３５】このような各状態量が急激な変動をしてい
る際に、ある操作を加えることは、逆に、さらなる外乱
として、ある変動を助長することにもなりかねない。図
１５にも示すように冷却材流量の変動や制御棒の位置は
原子炉の反応度バランス上の外乱として作用し、新たな
異常を発生させる危険性を内在している。そこで、本発
明の実施例として理解しやすいように、冷却材再循環流
量についてｆ_tを異常発生後ｔ秒後の流量、定格時の流
量を

【００３６】

【外１】

【００３７】とし、操作対象を表１のNo. １の制御棒に
限定して説明する。下記に示すファジィルールを設定す
る。なおｆ_tの変動巾を

【００３８】

【数１】

【００３９】プラント効率の代表量としてβ^tを原子炉
熱出力、安全性の代表量としてγ^tを反応度バランス度
をとりあげる。ルール１：δ_t が大なら効率β^tは大きく増大する
が、安全性γ^tは大きく低下する。ルール２：δ_tが中程度なら効率β^tは中位に増大し、
安全性γ^tは中位に低下する。

【００４０】ルール３：δ_tが小なら効率β^tは少し増
大し、安全性γ^tの低下は小さい。図７に異常発生後の
冷却材再循環流量の変動巾δ_tを前件部とし、効率が向
上する事後確率Ｗβ₁、効率が低下する事後確率Ｗβ₂
および安全性が向上する事後確率Ｗγ₁、安全性が低下
する事後確率Ｗγ₂を後件部とした場合のメンバーシッ
プ関数を示す。

【００４１】図７の下方にｔ＝０のときδ₀＝０．２と
した場合とｔ＝２のときδ₂＝０．４となった場合の各
々の事後確率を求めた値を示す。ファジィルール１〜３
に基づいて図７のメンバーシップ関数を用いて計算した
ものである。これらを表２にまとめた。

【００４２】

【表２】

【００４３】一方、表１に示した各制御棒挿入のパター
ンα₁〜α₅の操作に対する、効率面、安全面の各状態
における損失関数を表３にて定義した。

【００４４】

【表３】

【００４５】ここでは、効率面と安全面において、図７
に示したようにβ₁、β₂、γ₁、γ₂となる確率が求
められたので、各操作パターンα₁〜α₅を実行したと
きに、β₁、β₂、γ₁、γ₂に対してどれだけマイナ
ス点を与えるのか、これを損失関数として定義する。次
に表２の各時刻での各状態の事後確率と表３の損失関数
とを用いて、ベイズ期待危険度（各操作α₁〜α₅につ
いて各時刻ごとの

【００４６】

【数２】

【００４７】の総和がベイズ期待危険度である）を計算
すると、異常発生時（ｔ＝０） α₁＝１．６１、α₂＝１．５
４、α₃＝１．４７、α₄＝１．４０、α₅＝１．３３
となり最小値はα₅であり、本決定方式では操作α₅を
選択するのが最適となる。次にｔ＝２のとき α₁＝
３．２０、α₂＝２．９２、α₃＝２．６４、α₄＝
２．３６、α₅＝２．０８となり、やはりα₅が最小と
なる。従って、α₁〜α₅のうち危険度の最も小さいα
₅の操作を選択するのが最適となる。

【００４８】このような損失関数、データに基づく事後
確率をどのように決定するのかは、当該プラントの設計
条件、運転条件等に基づき個々のシステムの状態量や制
御の操作対象、操作量などから、プラント効率と安全性
の観点で、ファジィ推論のメンバーシップ関数を調整す
ることと、安全性については各操作対象と操作量に関し
て、設計者または熟練運転者のノウハウを盛り込み損失
関数を決定することにある。

【００４９】上記損失関数と事後確率を用いて、各操作
ごとのベイズ期待危険度を評価基準とし、この危険度が
最も小さい操作を選択することにする。プラントの通常
の起動・停止・負荷変化等の運転においては、多少の外
乱がシステムに入り込んでも充分追従できるようにシス
テムの制御系は設計され、試運転時にできる限り最適な
運転が可能なように調整がなされる。

【００５０】本発明は、上記制御系では、プラントの状
態を正常状態に維持できない事態となった場合、運転員
が確実に正常状態に復旧させるうえで、通常の処置ガイ
ダンスに対し、統計的意思決定方法にファジィ推論、損
失関数の定義を組合わせ、プラントの効率を低下させず
に、しかし安全性は確実に維持することにある。この点
において、損失関数はただやみくもに一通りに決めねば
ならぬということはない。それにより、柔軟性を持つこ
とができるのである。

【００５１】また、各事象の発生確率（事後確率）を実
データの変動に基づき、ファジィ推論／メンバーシップ
関数を導入することにより、運転員や第三者にも容易に
理解しやすく、後件部もシングルトーンなので調整も見
通しがつけ易い利点を有している。さらに、図１に示す
プラント操作予測シミュレーション装置２３による運転
員が決断した実操作に対応したプラントの状態量の動特
性が、操作決定支援装置２にフィードバックさせるシス
テム構成とすることにより、上記、統計的意思決定方法
の中のファジィルール、メンバーシップ関数の改良、損
失関数の重み付けの変更など、プラントの運転により、
次第に種々の大きな予想外の外乱に対し柔軟な操作性を
向上させることが可能となる。

【００５２】すなわち、図７の操作において、ｔ時刻後
の再循環量ｆ_tの変動幅に対し、効率がβ₁、β₂、安
全性がγ₁、γ₂になる確率がどの程度になるかは、後
件部や前件部のメンバーシップ関数の調整により実態の
プラント特性に合わせる必要がある。次に、図７の操作
で求めた確率を使って、具体的な異常時に、運転員がと
るべき操作の選択または禁止項目など、各操作項目ごと
に損失関数（表３）を最適とする必要がある。

【００５３】上記ファジィ推論メンバーシップ関数の調
整や、損失関数の最適化をするに際し、プラント予測シ
ミュレーションによる予測ケーススタディをすることに
より、種々の条件でも、最適な操作決定ができる。図１
の中操室アメニティ制御器３へは、現場監視システム処
置ガイダンス装置４と、回転機診断装置１８およびプラ
ントデータモニタ装置２０からの情報に基づき、現場の
異常個所付近の音響を中央操作室にある複数台のスピー
カ２８の主スピーカおよび補助スピーカのアンプ２７を
図８に示すアルゴリズムで調整し、中央操作室内で現場
の音場を自然な形で運転員に提供が可能であり、かつ図
１０のように会話レベルより低く抑えることにより、精
神的に落ち着いた判断や指示が出せる。

【００５４】なお、補助スピーカの音圧レベルは、図９
に示すように運転員とスピーカとの距離に対する主スピ
ーカからの音響伝播の遅れ時間によって限界レベルが設
定されるようにする。この配慮は、プラントの現場の場
所によって、プラントの本体、配管、弁、補機等付属設
備の配置、運転条件により、音圧レベルは大幅に変化し
ており、中央操作室にて、特に重大な異常が発生した際
に、運転員が精神的にパニックにならず、しかも現場の
異常な状況をできる限り忠実に把握できることは、事後
の対応をとる際に重要でかつ効果の大きい機能を有す
る。

【００５５】本発明の他の実施例として表４に示す利得
行列に基づき、IIを仮想運転員：処置ガイダンスの通り
操作を選定するものとし、Ｉを実体の運転員として、ゲ
ーム理論を応用した混合戦略という手法にて、運転員の
行動を決定するものである。

【００５６】

【表４】

【００５７】Ｉは操作α₁、α₂を確率ｐ，（１−ｐ）
で、IIはβ₁、β₂を確率ｑ，（１−ｑ）で選択すると
考え、Ｉの平均的利得は、

【００５８】

【数３】８×ｐ×ｑ＋２×ｐ（１−ｑ）＋６×（１−ｐ）ｑ＋９（１−ｐ）（１−ｑ）＝ｑ｛８ｐ＋６（１−ｐ）｝＋（１−ｑ）｛２ｐ−９（１−ｐ）｝（１）式となり、ｐについてＩの利得をグラフにすると図１７の
ようになる。運転員Ｉは、処置ガイダンスをベースとし
た仮想運転員IIがβ₁とβ₂いずれの操作を選択したと
しても、図１７のＮ点の利得６²/₃は少なくとも確保で
きる。この時Ｉがα₁を選択する確率ｐ＝¹/₃、α₂を
選択する確率は１−ｐ＝²/₃となるので、Ｉはα₂を選
択することになる。

【００５９】本実施例で実施したゲーム理論を応用した
混合戦略では、表４の利得行列は運転員の経験やプラン
トの想定される重大な異常事態に基づき、かなり主観的
な要因も含まれるが、本発明のように当該プラントの予
測シミュレーション装置の出力との照合等により、操作
決定機能の向上が計れる手法を備えていることが、プラ
ントの運転を重ね、予測外の異常が発生するごとに表４
の利得行列の改良を容易に行なうことが可能であり、運
転員に対する処置ガイダンスの高度化、高信頼性が計れ
る。なお、上記発明の実施例として、原子力発電プラン
トの例を示したが、本発明の内容は、カメラ、マイクロ
フォン、振動計などのような異常検出手段と、これら手
段からの検出値に基づき異常の有無を判断する機構を備
え、また各部の圧力、温度などのデータを検出する手段
を備えた装置についても全く同様に適用されることは明
らかであり、プラントという言葉もそのように広義に定
義するものである。

【００６０】本発明の統計的意思決定手法や上記ゲーム
理論を応用した混合戦略を武器とした意思決定法は、プ
ラントや機械装置等の運転員への支援のみならず、その
他２次元画像から３次元物体の認識を人間の視覚機能と
して高度たり得るのは、画像中の特徴データを基に、あ
る確率を導入した仮定を行ない試行錯誤の結果、妥当な
認識結果を得ているわけであり、コンピュータなどを使
用して被写体の認識を画像処理で自動化する際に、この
試行錯誤を効率よく実用レベルで実行するうえで本発明
の意思決定手法の応用が有効である。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、プラントや機械装置等
の運用中の、重大な局面において、時々刻々異常なデー
タに基づき、処置ガイダンスの中から最も危険度の小さ
い、かつプラントの効率を最大限に維持し、運転上の損
失を最小限にする操作方法を選択することが可能とな
る。

【００６２】本発明の手法は、対象システムの運用デー
タや異常の発生により、運転員への処置ガイダンスの信
頼性の向上が容易に計れる意思決定を提供するので、重
大な異常や事故においても、運転員の精神状態がパニッ
ク状態にならないで、的確で迅速な指令、処置が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る全体系統図。

【図２】異常判断装置、処置ガイダンス装置および操作
決定支援装置の実施例ブロック線図。

【図３】画像処理装置および異常判断装置における処理
アルゴリズム説明図。

【図４】音響処理装置および異常判断装置における処理
アルゴリズム説明図。

【図５】回転機診断装置における診断アルゴリズム説明
図。

【図６】回転機診断装置における診断アルゴリズム説明
図。

【図７】異常発生後における、効率および安全性面にお
ける事後確率を求めるファジィ推論の実施例説明図。

【図８】異常発生時に、現場の生音響を中央操作室内ス
ピーカで再現する際のスピーカ調整アルゴリズムを示す
実施例説明図。

【図９】異常発生時に、現場の生音響を中央操作室内ス
ピーカで再現する際のスピーカ調整アルゴリズムを示す
実施例説明図。

【図１０】異常発生時に、現場の生音響を中央操作室内
スピーカで再現する際のスピーカ調整アルゴリズムを示
す実施例説明図。

【図１１】従来の沸騰水型軽水炉の出力制御装置説明
図。

【図１２】従来の軽水炉プラントの運転時の計算項目を
示す図。

【図１３】従来のＢＷＲにおける給水制御系ブロック線
図。

【図１４】従来のＢＷＲ炉における沸騰現象を含むブロ
ック線図。

【図１５】ＢＷＲにおいて再循環量急増時におけるプラ
ントデータの変化を示す動特性図。

【図１６】従来の原子炉の異常検出方法を示す図。

【図１７】本発明におけるゲーム理論を応用した混合戦
略手法による制御装置の実施例説明図。

【符号の説明】１…中央制御盤、２…操作決定支援装置、３…中操室ア
メニティ制御器、４…処置ガイダンス装置、５…異常判
断装置、６…画像処理装置、７…音響処理装置、８…生
画像切替器、９…生音響切替器、１１…現場監視システ
ム制御装置、１２…カメラ（可視、赤外）、１３…マイ
クロフォン、１４…監視ロボット、１５…振動計、１７
…振動出力切替器、１８…回転機診断装置、１９…プラ
ントデータ計器類、２０…プラントデータモニタ装置、
２１…プラント制御装置、２２…プラント現場制御器、
２３…プラント操作予測シミュレーション装置、２４…
大型スクリーン、２５、２６…現場監視システム用モニ
タおよびスピーカ、２７、２８…中央操作室内現場音の
アンプおよびスピーカ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ２１Ｄ 3/00 ＧＤＢＢ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントまたは機械装置に装着された計
測器類からのプラントデータをモニタするプラントデー
タモニタ装置と、プラント現場に配置された監視用セン
サと、その検出値に基づき異常の有無を判断して異常時
には異常個所、異常の種類、異常の程度などの異常情報
を処置ガイダンス装置に出力する異常判断装置と、異常
判断装置からの出力情報とそれに関連するプラントデー
タに基づき異常の場合にはプラント構成部位の操作に関
する処置ガイダンスを出力する処置ガイダンス装置とを
備えたプラント運転制御装置において、上記処置ガイダ
ンス装置からの出力を受けて異常発生時の前記関連プラ
ントデータに基づきそのプラントデータの変化に基づ
く、プラントの効率と安全性の両面についての推移の事
後確率を推定する手段と、上記事後確率を使った統計的
意思決定手段により前記処置ガイダンスの中のどの操作
を実行すべきかを運転員に対して表示する手段とを有す
る操作決定支援装置を設けたことを特徴とするプラント
の運転制御装置。
【請求項２】プラントに配設された計器類から圧力、
温度、流量、水位などのプラントデータをモニタする装
置と、プラント現場に配置されたカメラ、マイクロフォ
ン、振動計などの監視用センサと、これらからの検出値
に基づき異常の有無を判断し、異常時には異常の個所、
異常の種類、異常の程度などの異常情報を出力する異常
判断装置と、異常判断装置からの出力情報とそれに関連
するプラントデータに基づき異常の場合には、プラント
構成部位の操作に関するガイダンス情報を提示する処置
ガイダンス装置とを備えたプラントの運転制御装置にお
いて、プラントの異常発生時に、プラントデータの変化
に基づきプラントの効率の上昇、不変、低下および安全
性の向上、不変、低下の発生する事後確率を推定する機
構と、処置ガイダンス装置から提示される対象操作の操
作量に応じた前記効率および安全性の変化の評価を損失
関数であらかじめ定義する機構と、前記事後確率および
損失関数に基づきベイズ決定方式により、生じる損失が
最小となる操作を、前記処置ガイダンス装置より提示さ
れた操作の中から選択して運転員に指示する機構とから
なる操作決定支援装置を設けたことを特徴とするプラン
トの運転制御装置。
【請求項３】プラント装置に配置され各種プラントデ
ータを検出する複数個の計測器と、監視すべきプラント
現場に配置された監視センサと、それらセンサの検出値
に基づき異常の有無を判断し、異常時にはその状態を出
力する異常判断装置と、異常判断装置からの出力とそれ
に関連するプラントデータに基づき、異常の場合にはプ
ラントを構成する各部の操作に関するガイダンス情報を
提示する処置ガイダンス装置とを備えたプラントの運転
制御装置において、プラントの異常時にその時のプラン
トデータの変化に基づきプラントの効率、安全性に関す
る事後確率を推定する機構と、処置ガイダンス装置から
提示される対象操作部の操作量に応じた前記効率、安全
性の変化の評価を損失関数であらかじめ定義する機構と
前記事後確率および損失関数に基づきベイズ決定方式に
より、生じる損失が最小となる操作を、前記処置ガイダ
ンス装置から提示された操作の中から選択して運転員に
指示する機構と、指示した上記操作の操作量に応じた当
該プラントの状態の時間変化をシミュレートする予測シ
ミュレーション装置と、このシミュレーション結果と前
記操作量の相関から前記効率、安全性に関する損失関数
の修正および／または前記事後確立を推定する機構のメ
ンバシップ関数の改良を行なう機構とを設けたことを特
徴とするプラントの運転制御装置。
【請求項４】プラント装置に配置され各種プラントデ
ータを検出する複数個の計測器と、監視すべきプラント
現場に配置された監視センサと、このセンサの検出値に
基づき異常の有無を判断し異常時にはその状態を出力す
る異常判断装置と、異常判断装置からの出力とそれに関
連するプラントデータに基づき、異常の場合にはプラン
トを構成する各部の操作に関するガイダンス情報を提示
する処置ガイダンス装置とを備えたプラントの運転制御
装置において、異常発生時に異常発生現場の映像と音響
をプラントの中央操作室のスクリーンと主スピーカ、補
正スピーカからなる複数個のスピーカで表示する装置
と、中央操作室内で現場の音場を自然な形で運転員に提
示するように、かつ各スピーカの音圧レベルが運転員の
会話レベル以下となるように、主スピーカの音圧レベル
を基準として補助スピーカの音圧レベルを調整する手段
を設けたことを特徴とするプラントの運転制御装置。