JPH10508712A - 技術的設備のプロセスデータの解析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 設備部分（ａ_i）が自動的に制御される技術的設備、特に発電所設備のプロセスデータの解析方法において、情報圧縮のため、フィルタリングのため、また早期故障診断のため、本発明によれば、先ず設備プロセスを特徴付ける特徴（ｍ_i）が予め定められ、また設備プロセスに対して重要なパラメータ（Ｐ_i）が準備される。その後に、各設備部分（ａ_i）に対して各特徴（ｍ_i）の存在がパラメータ（Ｐ_i）を手掛りにして検査され、種々の設備部分（ａ_i）に共通の特徴（ｍ_i）および異なる特徴（ｍ_i）に共通の設備部分（ａ_i）を手掛りにして設備部分（ａ_i）および特徴（ｍ_i）の組み合わせの間の相関が決定され、また設備部分（ａ_i）および／または特徴（ｍ_i）が情報要素（Ｉ_(ai)，Ｉ_(mi)）として、それぞれ２つの情報要素（Ｉ_(ai)，Ｉ_(mi)）の間の間隔（Ｌ、Ｗ）がそれらの相関の度合を表すように互いに位置付けされて表示される。

Description

【発明の詳細な説明】 技術的設備のプロセスデータの解析方法 本発明は、その設備部分が自動的に制御される技術的設備、特に発電所設備の プロセスデータの解析方法に関する。 技術的設備、特に発電所設備を制御するための制御盤には、全体として設備ま たは作動状態を記述する大量の種々の測定データが常に生ずる。設備のオペレー タは、作動状態に対してそれぞれ重要な測定データまたは測定量を識別し、また 設備の状態に関するそれらの値を追跡し、解析し、また解釈するという課題を有 する。その際に制御盤のプロセス制御は画像スクリーンを介して規定の形態の規 格および基準によりほぼ決定されている。これらの規定はたとえばポンプおよび 弁のような設備部分または設備要素に対するシンボルおよびディスプレイの彩色 ならびに制御システムのディスプレイの構成を含んでいる。種々のディスプレイ に加えて一般に設備全体を一望のもとに示す設備回路図が存在している。しかし このような技術的設備の自動化および複雑さの増大と共に、検出される測定デー タの数、従ってまた設備のそのつどの作動状態に対して重要な情報が重要な情報 として早期に識別されない確率も増大している。こうして相応の対策の開始が遅 きに失する可能性がある。 従って、本発明の課題は、技術的設備、特に発電所設備のプロセスデータを解 析するための方法であって、設備プロセスにおける特殊性を直接的に指示し、ま た特に故障の際の早期の対策を可能にする方法を提供することにある。 この課題は、本発明によれば、その設備部分が自動的に制御される技術的設備 、特に発電所設備のプロセスデータの解析方法において、 −設備プロセスを特定する特徴が予め定められ、また設備プロセスに対して重要 なパラメータが準備され、 −各設備部分に対して各特徴の存在がパラメータを手掛りにして検査され、 −種々の設備部分に共通の特徴および異なる特徴に共通の設備部分を手掛りにし て設備部分および特徴の組み合わせの間の相関が求められ、また −設備部分および／または特徴が情報要素として、それぞれ２つの情報要素の間 の間隔がそれらの相関の度合を表すように互いに位置付けされて表示されること により解決される。 その際に本発明は、形式概念解析の数学的モデルを基礎として大量のプロセス データが“脈絡（コンテクスト）的近似は空間的近似に相応する”という原理に 従って設備状態に対するその意義に関してフィルタされ、圧縮されおよび／また は構造化され得るという考察から出発している。形式概念解析の要点はたとえば 刊行物エム・ルクセンブルガー著「含意、依存性およびガロア写像、形式概念解 析への寄与」学位請求論文、ダルムシュタット工業大学（１９９３年）およびＮ ＡＴＯ高等研究所論文集「Banff/Can.」１９８１年、第４４５…４７０頁（１９ ８２年）ならびにゲー・カルムバッハ著「離散的数学ターボ‐パスカル‐プログ ラムによる研究開始者のための集山コース」（１９８１年）にまとめられている 。 設備の作動システムの一部分である技術的設備の情報システムから特徴のリス トが準備され、その際に特徴はその全体としてすべての可能な作動または設備状 態を記述する。特徴自体はたとえば状態報知、または報知列の要素となり得る設 備部分の状態を一義的に記述する他の報知である。設備部分への特徴の対応付け は、同様に技術的設備の情報システムから準備される実際に検出されたパラメー タまたはモデル化ざれた（シミュレートされた）パラメータを手掛りにして行わ れる。 次いでそれぞれ２つの設備部分の脈絡的または内容的な近似がそれらに共通の 特徴の数と設備部分の少なくとも１つを有する特徴の数との比により求められる 。換言すれば、すべての特徴が合致するそれぞれ２つの設備部分は内容的に特に 近いものとして分類され、それに対して特徴のいずれも合致しない２つの設備部 分は内容的に近くないものとして分類される。 グラフィック表示のためには２つの設備部分の内容的な近似が設備部分を表す 情報要素の空間的な近似に変換される。それぞれ２つの特徴の空間的な近似が同 様に求められ、その際にこれらの特徴を共通に有する設備部分の数が利用される 。パラメータを手掛りにして特徴を有する各々の設備部分へのこれらの特徴の対 応付けはこれらの特徴とこの設備部分との間の相関または関連を一義的に決定す る。 技術的設備の情報・システムから準備されたパラメータは、合目的には、設備 の作動状態の変化または正規状態からの偏差を特徴付ける事象報知の構成要素で ある。その際に事象報知は特有の識別子を手掛りにして相応する設備部分に一義 的に対応付けられている。 発生したグラフィック表示は設備部分を表す情報要素の単なる配置であっても よく、または特徴を表す情報要素の単なる配置であってもよい。しかし、好まし くは、設備部分の情報要素も特徴の情報要素もグラフィックに表示され得る。そ の際に配置内の情報要素の互いの位置付けは、下記の規範が満足されるように、 決定される。すなわち設備部分が特徴を有している場合には、その情報要素の相 互間隔は予め定め得る第１の限界値よりも小さい。設備部分が特徴を有していな い場合には、その情報要素の相互間隔は予め定め得る第２の限界値よりも大きい 。 オペレータにそのつどの設備状態に対して重要な情報の識別を特に簡単におよ び／またはわかりやすい仕方で可能にするため、設備プロセス内で取得された測 定データまたはそれから導出されたパラメータがフィルタされる。合目的には予 め定められた規範を手掛りにして、設備部分のどれが表示されるかが決定される 。たとえば、状態“故障あり”／“故障なし”または状態ＯＮ／ＯＦＦのような 特徴が合致する設備部分が表示され得る。時間窓が、定められた時間の間に故障 を報知する設備部分の間の関連または交互作用が認識されるように、規範として 予め定められると有利である。それにより、徴候的な故障と対照的に、原因的な 故障が逆推論され得る。 故障の発生傾向を早期に認識し得るように、時間窓が特徴として予め定められ ると有利である。それにより、設備部分および特徴を表示する情報要素の時間的 対応付けが可能である。好ましくは、相い続く事象報知の情報要素が状態複合と して共通に表示される。その際に状態複合は、システム挙動と直接的に関連する パターンの特徴的な構造を有し得る。その際に、合目的には、情報要素の共通の 表示からシステム状態が予測される。それにより、故障の兆しに対し既に初期段 階で適切に予防的に対処することが可能である。 特に有利な実施態様によれば、この状態複合が設備特有の知識から導出された 参照複合と比較される。この参照複合において特定の設備挙動に対して特徴的な パターンが予め定められている。たとえば発電所設備内の安全弁の急速閉止に通 ずる故障が参照複合の形態で存在し得る。この参照複合との状態複合の比較によ りオンラインで開始する急速閉止がこの先行する故障報知に基づいて認識され得 る。 情報要素が示される情報空間はｎ次元、好ましくは３次元である。従って、こ の情報空間内の各情報要素の位置を決定するため，好ましくは３つの空間座標が 求められる。適当な指示装置、たとえば画像スクリーンの上にこうして制御盤に おける３次元の表示が可能となる。 以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。 図１は技術的設備に対して解析方法を実行するために設けられている構成要素 を有する機能プラン、 図２は技術的設備の作動状態に対して特徴的な設備部分の配置およびその特徴 を表す情報要素、 図３は設備の作動挙動に対して特徴的な状態複合を示す。 設備構成要素１の図１による実施例中に示されているプロセス進行は詳細には 示されていない発電所設備の全設備の一部である。設備構成要素１は蒸気管２に 接続されているポンプａ₁を含んでおり、その前段には蒸気弁ａ₂が接続されてお り、また分岐管８のなかに吹き出し調節弁ａ₃が接続されている。ポンプａ₁と蒸 気弁ａ₂との間に流量センサ１２が設けられており、それにより単位時間あたり 蒸気管２を通って流れる蒸気量が検出される。さらにポンプａ₁の圧力側に圧力 センサ１３が設けられている。ポンプａ₁は回転数センサ１４を設けられている 。蒸気弁ａ₂ならびに吹き出し調節弁ａ₃はそれぞれ制御および報知要素１５また は１６を有する。ポンプａ₁および蒸気弁ａ₂ならびに吹き出し調節弁ａ₃は以下 では設備部分ａ₁ないしａ₃とも呼ばれる。 センサ１２、１３および１４により検出された測定値ならびに報知要素１５お よび１６により発せられた報知信号はプロセスデータＰＤ_iの形態で自動化シス テム１８ａおよび制御技術的情報システム１８ｂに供給される。 発電所設備の自動化および情報システム１８ａおよび１８ｂにおいてプロセス データＰＤ_iが前処理される。場合によっては制御信号Ｓ_iが設備構成要素１の 設備部分ａ₁に発せられる。測定、調節および制御事象ならびに信号発生に関す る集まった情報は情報システム１８ｂに格納される。自動化および情報システム １８ａ、１８ｂにおいて進行するプロセスによりたとえば設備構成要素１のポン プａ₁ならびに弁ａ₂およびａ₃のような設備部分ａ_iを有する発電所設備が自動的 に制御される。 自動化および情報システム１８ａ、１８ｂによりプロセスデータＰＤ_iならび に制御信号Ｓ_iを手掛りにして設備プロセスに対して、従ってまた設備構成要素 １において進行するプロセスに対して重要なパラメータＰ_iが発生し、また報知 Ｍ_iにまとめられる。これらの報知Ｍ_iは設備部分ａ_iを識別する識別子をも含ん でいる。 パラメータＰ_iおよび／または報知Ｍ_iは解析モジュール２０に与えられる。解 析モジュール２０には、さらに、設備プロセスを特徴付ける特徴ｍ_iも供給され る。これらの特徴Ｍ_iは状況、故障および状態報知でもあり、また設備部分ａ_iま たは設備構成要素の機能的、方法技術的および構造的詳細でもあり、その際にこ れらの詳細は設備部分の動作の仕方および全設備におけるそれらの配置および対 応付けを記述する。解析モジュール２０において各設備部分ａ_iに対して特徴ｍ_i の存在がパラメータＰ_iを手掛りにしてまたは報知Ｍ_iに基づいて予め定め得る時 間窓に対して検査される。そのために各時間窓に対して脈絡（コンテクスト）Ｋ Ｔ_iが発生され、そのなかでマトリックス２２の形態で設備部分ａ_iへの特徴ｍ_i の一義的な対応付けが実行される。 脈絡ＫＴ_iに存在する情報を手掛りにして設備部分ａ_iおよび／または特徴ｍ_i に位置付けモジュール２４において空間的な座標が対応付けられる。その際に原 理“脈絡的近似は空間的近似に相応する”に従って設備部分ａ_iおよび特徴ｍ_iの 組み合わせの間の相関の度合が、たとえば２つの設備部分ａ_iに対してそれらに 共通の特徴ｍ_iの数と両設備部分ａ_iの少なくとも１つが有する特徴ｍ_iの数との 比が決定されることによって、決定される。この比からこれらの両設備部分ａ_i の間の相関の度合に対する定量的尺度が得られる。たとえば両設備部分ａ_iが共 通の特徴ｍ_iのみを有するならば、両設備部分ａ_iは高い度合で相関している。他 方、２つの設備部分ａ_iがすべての特徴ｍ_iに関して異なっているならば、 それらは互いに相関していない。２つの設備部分ａ_iの間の相関のこの定量的尺 度はそれらの空間的座標の相応の相互間隔に変換される。特徴ｍ_iの間の相関は 、それらを有する設備部分ａ_iの数が本来の意味で利用されることによって、同 様に決定される。 この空間的対応付けに基づいて設備部分ａ_iおよび特徴ｍ_iに対するグラフィッ ク表示がグラフィックモジュール２６に発生される。グラフィックモジュール２ ６により先ず設備部分ａ_iに対する情報要素Ｉ_i(ai)および特徴ｍ_iに対する情報 要素Ｉ_i(mi)が発生し、また空間的座標を手掛りにしてディスプレイ２８の上に 位置付けされる。その際に情報要素Ｉ_i(ai)およびＩ_i(mi)の共通の配置は下記の 条件のもとに行われる。すなわち情報要素Ｉ_i(ai)と情報要素Ｉ_i(mi)との間の間 隔は、この設備部分ａ_iがこの特徴ｍ_iを有しているならば、予め定められた第１ の限界値を上回らず、またこの設備部分ａ_iがこの特徴ｍ_iを有していないならば 、予め定められた第２の限界値を下回らない。換言すれば、設備部分ａ_iが特徴 ｍ_iを有しでいるならば、それらを表す情報要素Ｉ_i(ai)およびＩ_i(mi)は互いに あまり離れて位置付けされていてはならない。それに対して、設備部分ａ_iが特 徴ｍ_iを有していないならば、それらを表す情報要素Ｉ_i(ai)およびＩ_i(mi)は互 いにあまり近くに位置付けされていてはならない。 たとえば蒸気管２に接続されている（図示されていない）設備部分の故障が蒸 気管２の圧力上昇に通ずると、ポンプａ₁の回転数が低下し、また吹き出し調節 弁ａ₃が開く。自動化システム１８ａはその結果として蒸気弁ａ₂を閉じるので、 ポンプａ₁の回転数は正常化され、また吹き出し調節弁ａ₃が再び閉じる。それに 続いて自動化システム１８ａにより蒸気弁ａ₂が再び開かれた後に再び蒸気管２ 内の圧力が上昇し、こうして、故障が除去されるまで、上記の過程が繰り返され る。 この過程を記述するプロセスデータＰＤ_i、すなわち流量センサ１２により検 出される蒸気量および圧力センサ１３により検出される蒸気圧力ならびに回転数 センサ１４により検出されるポンプ回転数は制御技術的な情報システム１８ｂに 供給される。制御技術的な情報システム１８ｂに到来したプロセスデータＰＤ₁ への反応として弁ａ₂およびａ₃を開閉するための制御信号Ｓ_iが自動化システ ム１８ａから設備構成要素１に与えられる。 解析のためにプロセスデータＰＤ_iおよび制御信号Ｓ_iから報知Ｍ_iが形成され る。このような報知Ｍ_iはたとえば「時点ｔ₁−設備構成要素１−圧力センサ１３ −圧力過度に高い−故障−優先順位高い」、「時点ｔ₂−設備構成要素１−回転 数センサ１４−回転数過度に低い−故障−優先順位高い」、「時点ｔ₃−設備構 成要素１−吹き出し弁ａ₃−状況信号“開”」、「時点ｔ₃−設備構成要素１−蒸 気弁ａ₂−状況信号“閉”」などである。 解析モジュール２０でこれらの報知Ｍ_iを手掛りにして設備部分ａ₁、ａ₂およ びａ₃に報知Ｍ_iが対応付けられる。すなわち報知Ｍ_iを手掛りにしていまこれら の設備部分ａ₁、ａ₂およびａ₃の各特徴ｍ_iの存在が検査される。報知構成部分“ 設備構成要素１”に属するすべての特徴ｍ_iがこうして設備部分ａ₁、ａ₂および ａ₃の各々に対応付けられる。既にそれにより設備部分ａ₁、ａ₂およびａ₃は多数 の特徴ｍ_iに合致するので、それらは高い度合で相関している。従って、これら の設備部分ａ₁ないしａ₃には位置付けモジュール２４において近くに並び合う空 間的座標が対応付けられる。この空間的対応付けに基づいてグラフィックモジュ ール２６で形成されたグラフィック表示が図２に示されている。 図２から明らかなように、その際に設備部分ａ₁ないしａ₃および特徴ｍ_iに対 応付けられる情報要素Ｉ_i(ai)またはＩ_i(mi)が共通に表示されている。図を見易 くするため、特徴ｍ_iの情報要素Ｉ_i(mi)およびこれらの特徴ｍ_iを有する設備部 分ａ₁ないしａ₃の情報要素Ｉ_i(ai)はいわゆる付随曲線Ｌにより結ばれている。 情報要素Ｉ_i(ai)は直方体またはさいころの形態で示されており、他方において 特徴ｍ_iの情報要素Ｉ_i(ai)は円または球の形態で示されている。設備部分ａ₁、 ａ₂およびａ₃の相互の影響はその際に作用矢印Ｗによりシンボル化されている。 報知または事象報知Ｍ_iは時間特徴をも有する。これらの時間特徴を手掛りに して設備部分ａ_iの時間的相関が導出され得る。たとえば上記の報知Ｍ_iの２つは 等しい時間特徴“ｔ₃”を有し、それにより付属の事象の同時性が推定される。 時間的にまた他の形式で相関する情報要素Ｉ_i(ai,mi)は診断の目的で状態複合 の形態で表示される。これは図３に示されている。故障の種類に応じてこのよ うな状態複合は特徴的なパターンを有し、それを手掛りにして故障の種類および 時間的発生が識別され得る。このような状態複合は、現在の事象との比較のため に利用され得る参照複合としても記憶することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤコビー、コンスタンチン ドイツ連邦共和国 デー−82178 プフハ イム キルヒシユトラーセ ４ (72)発明者 パニール、イリ ドイツ連邦共和国 デー−81373 ミユン ヘン マイントルシユトラーセ 18ツエー (72)発明者 ミヒエリス、ライナー ドイツ連邦共和国 デー−82041 オーバ ーハツヒング オイセラー シユトツクヴ エーク 59

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．設備部分（ａ_i）が自動的に制御される技術的設備、特に発電所設備のプロ セスデータの解析方法において、 −設備プロセスを特定する特徴（ｍ_i）が予め定められ、また設備プロセスに対 して重要なパラーメータ（Ｐ_i）が準備され、 −各設備部分（ａ_i）に対して各特徴（ｍ_i）の存在がパラメータ（Ｐ_i）を手掛 りにして検査され、 −種々の設備部分（ａ_i）に共通の特徴（ｍ_i）および種々の特徴（ｍ_i）に共通 の設備部分（ａ_i）を手掛りにして設備部分（ａ_i）および特徴（ｍ_i）の組み合 わせの間の相関が求められ、また −設備部分（ａ_i）および／または特徴（ｍ_i）が情報要素（Ｉ_(ai)、Ｉ_(mi)とし て、それぞれ２つの情報要素（Ｉ_(ai)、Ｉ_(mi)の間の間隔（Ｌ、Ｗ）がそれらの 相関の度合を表すように互いに位置付けされて表示される ことを特徴とする技術的設備のプロセスデータの解析方法。 ２．設備部分（ａ_i）の特有の識別子およびこれらの設備部分（ａ_i）のそのつど の作動状態に該当するパラメータ（Ｐ_i）が事象報知（Ｍ_i）にまとめられること を特徴とする請求項１記載の方法。 ３．設備部分（ａ_i）を表す情報要素（Ｉ_(ai)）および特徴（ｍ_i）を表す情報要 素（Ｉ_(mi)）の位置付けが、特徴（ｍ_i）を表す情報要素（Ｉ_(mi)）と設備部分 （ａ_i）を表す情報要素（Ｉ_(ai)）との間の間隔が、この設備部分（ａ_i）がこの 特徴（ｍ_i）を有しているときには、予め定め得る第１の限界値を上回らないよ うに、またこの間隔が、この設備部分（ａ_i）がこの特徴（ｍ_i）を有していない ときには、予め定め得る第２の限界値を下回らないように決定されることを特徴 とする請求項１または２記載の方法。 ４．予め定め得る規範を手掛りとして、設備部分（ａ_i）のどれが表示されるか が決定されることを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載の方法。 ５．時間窓が規範として予め定められることを特徴とする請求項４記載の方法。 ６．時間窓が特徴（ｍ_i）として予め定められることを特徴とする請求項１ない し５の１つに記載の方法。 ７．相い続く事象報知（Ｍ_i）の情報要素（Ｉ_(ai)，Ｉ_(mi)）が状態複合として 共通に表示されることを特徴とする請求項２ないし６の１つに記載の方法。 ８．情報要素（Ｉ_(ai)，Ｉ_(mi)）の共通の表示からシステム状態が予測されるこ とを特徴とする請求項１ないし７の１つに記載の方法。 ９．状態複合が設備特有の知識から導出された参照複合と比較されることを特徴 とする請求項７または８記載の方法。 １０．各情報要素（Ｉ_(ai)，Ｉ_(mi)）の位置を決定するため３つの空間的座標が 求められることを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の方法。