JPS5824908A - 雑音解析を用いた異常検出・診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 関するものである。

一般に、対象の状態物理量（流量、圧力、杏仁、温度、
原子力中性子束、等）をある設定された値に保って動作
または運転されるシステム機器においては、その異常を
検出するために、前記状態物理量のゆらぎ信号を求め、
そのゆらぎ信号のＲＭＳ値を警報リミット値と比較して
該警報リミット値を超えた時（警報を出す方式や、ゆら
ぎ信号の相互相関関数を求めて、相互相関関数の形状の
変化から異常事象を検知する方式等がある。

しかしながら、ゆらぎ信号のＲＭＳ値に着目する方式で
は、ＲＭＳ値の変化が小さいために、発生している異常
事象の初期における検出が難かしいこと、ゆらぎ信号の
相互相関関数をとる方式においては一般に意図している
場所に検出器の設置が困慧なうえ、異常事象〆規模の比
較的大きな現象しか把えることができない等の欠点があ
り九。

この発明は、以上のような従来装置の技術的欠点を除去
する九めに為されたもので、ゆらぎ信号の波形を自己回
帰モデルで同定し、監視すべきゆらぎ信号と自己回帰モ
デルから予測されるゆらぎ信号との誤差信号を求め、こ
の誤差信号の自己相関関数を監視することにより異常検
出を行い、さた、雑音解析を用いた異常検出・診断装置
を提供するものである。

確率密度分布関数は異常事象の特徴を良くとらえられる
ものであるが、計算時間がかかり常時計算を行つ−〔い
ると無駄となるものであるが、この発明では確率密度分
布関数の計算開始を異常検出でトリガするようにし−〔
いるので常時計算を行わなく−Ｃも良く、より実用性の
高いものを提供し得る。

以下、図に基づいてこの発明の詳細な説明する。

第４図は、この発明の一実施例による異常検出診断装置
の構成を示すブロック図であり、ｌは異常検出診断対象
システム、コは対象システム状態物理ｉｉｍ、３は対象
シス゛テム状態物理量検出器ダは交流増幅器、Ｓは低域
ろ波器、６は異常検出・診断演算処理装置、りは診断結
果表示装置である。

以上の構成におい゛〔、対象システム／の状態物埋置測
定のために設置し九検出器Ｊにより検出された温度信号
を交流増幅器ダー低域ろ波器Ｓを通すことにより、ゆら
ぎ信号７（ｔ）　　を抽出する。この発明による異常検
出・診断装置の主要部を為す異常検出・診断演算処理装
置６は、低域ろ波器！かうのゆらぎ信号Ｙ（ｔ）　　を
入力し、ゆらぎ信号の自己回帰モデルを同定し、同定し
た自己回帰モデ△ 監視すべき温度ゆらぎ信号ｙ　と予測値ｙ、との誤差信
号ｇ　（＝ｙ−ｙ〕　を計算し、誤差信号６゜］　　　
　　　］、Ｉ Ｑ自己相関関数φＩ、、ｅ　（、）　　を求めて、自己
相関関数の値を警報リミット値Ｌｄ、およびＬｄ２と比
較することにより、対象システムＩ内に発生した異常を
検知し、警報リミット値を越えた場合、異常と判断し、
この判断をトリガとじ−〔、確率密度分布関数の演算を
行いあらかじめ用意され次診断テーブルとの比較を行う
。その比較結果を診断結果表示装置りに出力する。

第一図は、対象システムｌが正常時および異常時におけ
る誤差信号ｅ、の自己相関１４１＆φＮＫ　（ｊ）を示
した例であり、曲４１ａは対象システムｌが正常な時の
誤差信号の自己相関関数、曲ｍｂは対象システ五ｌ内に
異常が発生した時の誤差信号の自己相関関数は、Ｃは誤
差信号のＲＭ８の警報レベルＬｄ、、ｄは誤差信号の自
己相関関数の警報レベル虎　および−Ｌｄ、である。

対象システム／が正常の時には、φｋ（ｊ）はｋが１〜
１以上で急速に減衰し低い値をとる。この性質は、後述
の（ハ）式が最小となるように、ゆらぎ信号の自己回帰
モデルを決定していることで、理論的にも保障されてい
る。ところが対象システムｌ内に異常が発生し、ゆらぎ
信号の動的特性に変化を生ずると１曲！Ｉｂの如くφｖ
（ｊ）が大きく振動し、ｋを大きくとっても減衰しない
。

この発明はこの性質に着目し九ものであり、φ′ζ（］
）（３＜ｋ＜３）の振幅を監視することにより、対象シ
ステム内の事故を検知しようとするものである。また、
ＩＣ−Ｑの時のφＢ：（ｊ）の値、すなわち−〇。′（
コ）の大きさは、ゆらぎ信号の動的特性の違いに現れ難
い事故の情報を有し−（いることから、同時にφ′八）
の値も監視することにより、異常検出機能の充実が期待
できる。

この発明の特徴とする異常検出演算処理装置６の動作を
第一図で概略的に説明したが、その根拠となる方式原理
について以下に述べる。対象システム／が正常な状態に
ある時のゆらぎ信号ｙを、時間軸に添って等間隔にサン
プルしたＮ個の時系列信号ｙ１　（ｉ　＝ｔ　＃　Ｊ　
ａ・・・・、Ｎ）から、（イ）式で表わされるゆらぎ信
号の自己回帰予測モデルを作成する。

△へ ｙｍ：”　１’ｍ−＊　”　”　２　ｙｍ−２＋　＠″
０＠ａＭｙｍ−Ｍ　　　　（イ）Ｙ、ｎＩｙ！１１の予
測値 Ｍ　＋／　＜ｍ　＜Ｎ　　　　　　　　　　　　　（ｏ
）△△八 （イ）式中のａ、　＋　ａ、　’ｌ　＠　”　”　＋　
ａＭは、次数Ｍも含めて（ハ）式が最小となるように決
定される自己回帰モデル係数である。

ここに、Ｅｌ　　はゆらぎ信号の時系列信号Ｖｋと、（
イ）式より計算されるｙｋ　の予測値ｙｋ　　との、誤
差信号（以降誤差信号と称する）、すなわち、Ｅｌ　”
　’ＹＪ！−へ＠　””Ｍ　＋　１　、Ｍ＋２　、　ａ
　ａ　ａ　、　Ｎに）である。

（イ）式の次数Ｍは、極値探索法により決定するが、実
データを予め解析して、最適次数の目安をつけておくと
演算を効率的に進められる。Ｍを与えた時、（イ）式中
のａ、ｌａ、、−命１１ｆｉＭは１、最小−乗法により
求められるが、その計算法を（ホ）〜（トノ式に示す・ ここで、Ｙｌに＝（Ｙｌｏ・Ｙ）−１・＠ＹＴ　　　　
　　　（へ）ＹＴ　１１行行列の転置行列 ＼ △　　△　　　　　　　　　　／＼ ａ、ｅａ、Ｉ・・・・・−が決まると、対象システムの
異常検知は以下の！ステップにより実行する。

＾ ステップｌ：（イ）式を用いてｙ）を計算する。

ステップコニに）式を用い−（εｊ　を計算する。

ステップ３：６　の自己相関Ｒ数φ％’（ｊ）を計算す
る。

ここで ステップダニφ’ｓ’（ｊ）を、第一図中の警報リミッ
ト値Ｌｄ、と比較する。

φ’Ｏ’（ｊ）＞Ｌａ２なら異常と判定する。

ステップ！：φ闇（］）を、第一図中の警報リミットＬ
ｄ、および−Ｌ（１，と比較する。

φ＾（ｊＫ−Ｌａ、ま九はＬａ、＜φ％ｇｔｊ）（ｋ　
＝　Ｊ　ｅ　”ｍ・・・・、Ｊ）なら異常と判定する。

上記におい−〔ステップＪ中のＬおよびステップ！中の
Ｊは、本装置の調整パラメータで、実データを用い−Ｃ
予め決定し−〔おく。サフイツクスコは対象プラント異
常監視等に収集または処理するデ−夕であることを示し
、（イ）式中のサフィックス１八へ は、（イ）式中の係数ａ、、ａ　　・・・・、負　　を
決定するために用いるデータであることを示し−Ｃいる
。

第３図は本発明になる異常検出・診断装置の主ｇｐ部分
である異常検出診断装置装置乙の内部回路の一実施例を
示すブロック線図である。

第３図において、ｊは信号を量子化する丸めのアナログ
・ディジタル変換器、りは（イ）式を演算する九めの第
７の演算器（例えばマイクロプロセッサ）、１０は津）
式を演算するための第一の演算器ルス信号を発生するた
めのタイマ、ｌコはに）式を計算する九めの減算器、／
３は（イ）式を演算する丸めの相関計、ｌダは警報リン
フ）Ｌｄ、を設定するための第１の設定器、ｌＳはＬｄ
２．！７−ｉ′（Ｊ）を比較するための第１の比較器、
１６は警報りζットＬｄ、とφ“。６０）の比較の結果
φ″。′（Ｊ）がＬｄ、より大きい時Ｋ１１報を発する
丸めの第１の警報器、／７は警報リンフ）Ｌｄ、を設定
するための第一の設定器、較するための第一の比較器、
／９はφ’ｊ（Ｊ）が−Ｌｄ、とＬｄ、の範囲を越えた
時に警報を発するための第一の警報器、コＯは確率密度
分布関数演算器（例えばマイクロプロセッサ）、−／は
Ｍｌテーブル（例えば磁気ディスク）、−一は比較選択
器（例えばマイクロプロセッサ）１．２Ｊｈ′ｉ診１１
ｆｔ結果表示器（例えばＣＲＴ　）である。

次に第３図により動作を説明する。対象システム／の状
態物理量測定のために設置した検出器Ｊにより検出され
九温度信号を、交流増幅器亭、低域ろ波器ｊｔ−通すこ
とにより、ゆらぎ信号ｙ（ｔ）を抽出する。アナログ・
ディジタル変換器ｌを用いてｙ（ｔ）を量子化し、第１
の演算器デにより（イ）式の演算を実行する。（イ）式
中のパラメータ令、　／、’％、、、・・・・完は、第
一の演算器ｉｏを用いて演算され、一定肩期毎に更新さ
れる、実行周期はタイマ／／ｆｃより設定される。減算
器／コを用いて、実際に観測され九ゆらぎ信号ｙ、と、
第７の演算器デで演算され九ゆりぎ信号の予測値ｙ、と
の誤差信号Ｃ１を計算する。相関計７３を用いて、誤差
信号Ｃ３の自己相関関数φ＾（ｊ）を計算する。第１の
比較器１３を用いて、φ’ｓ’（ｊ）と第１の設定器ｌ
ダが設定した警報レベルＬｄ、と全比較し、φｚ℃））
Ｌｄ２０時、第１の警報器／ＡＶＣＭ報を発生させる。

第一の比較器ｌｚを用いて、次の（す）式で示される条
件チェックを行ない、（す）式の条件が満足されない時
、第一の警報器／９に警報を発生させる。

−ｒ、ｄ、＜＊’、：（ｊ）＜Ｌｄｌ、ｋ　＝ｓａｅｅ
　　・　・　ｍｅ　　Ｊ　　　　　　　（！Ｊ）診断テ
ーブルコ／は、対象システムの正常状態における検出器
から得られたゆらぎ成分の確率密度分布関数を記憶され
ており、想定される異常時の確率密度分布関数をも記憶
されている。この診断テーブルの記憶内容は必要に応じ
、適宜変更できる。次に警報器／９オン時をトリガとし
て確率密度分布Ｒ数演算器−〇に確率密度分布関数を計
算させ、診断テーブルλ／とこの確率密度分布関数との
比較を比較選択器ココにて、比較選択し、診断を行う。

診断結果を診断結果表示器コＪにて表示させる。

以上詳述したように、この発明による雑音解析を用いた
異常検出診断装置を用いることにより、異常検出診断対
象システムに設置された検出器の信号のみから、ゆらぎ
信号のＲＭＳ値の変化および、ＲＭＳ値の変化に現れな
いゆらぎ信号の振舞の変化を同時に検出することができ
るので、燃料集合体に発生し九異常の検知および、事故
発生初期の現象の検知が可能となり、対象システムの安
全性を向上することができる。あわせて、診断の機能を
有しているため、補修の期間を短縮でき対象システムの
稼動率も向上させられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による異常検出・診断装置
のブロック図、第一図は対象システムの正常時および異
常時における誤差信号の自己相関関数を示す図、第３図
は異常検出・診断演算処理装置６の一実施例を示すブロ
ック図である。図において、／は対象システム、３は検
出器、ヂは交流増幅器、５は低域ろ波器、６は異常検出
・診断演算処理装置ｚはアナログ脅ディジタル変換器、
９は第１の演Ｗ器、１０は第一の演算器、ｌ／はタイマ
、／コは減算器、１３は相関計、ｌダは第１の設定器、
１３は第７の比較器、ン６は第１の警報器、／７は第２
の設定器、１ｇは第一の比較器、／９は第一の警報器、
コＯは確率密度分布関数演算器、コｌは診断テーブル、
ココは比較選択器、コＪは診断結果表示器である。 代理人　　　葛　　野　　信　　− 兜１図 幣２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　対象の状態物理量をある設定された値に保っ
   て運転されるシステム機器に設置されて前記対象の状態
   物理量を測定する検出器と、この検出器から得られ良信
   号から交流成分を抽出する手段と、この手段により抽出
   した信号の交流成分の波形の自己回帰モデルを同定し、
   監視すべき信号の交流成分と上記自己回帰モデルから予
   測される信号の交流成分との誤差信号を求めその誤差信
   号の自己相関関数を監視することにより異常検知・診断
   対象となるシステム・機器に発生した異常を検出し、そ
   の異常検出をトリガとして、前記手段により抽出した信
   号の交流成分の確率密度分布”関数を計算して異常原因
   を診断する異常検出・診断演算処理装置とを備えたこと
   を特徴とする雑音解析を用い九異常検出・診断装置。
2. （２）　前記異常検出診断演算処理装置は、式　　’ｍ
   　＝　Ｑ＋　Ｙｒｒｌ−ｔ　、＋　Ｑ、ｍ−、＋　ａ　
   ａ　ｍ　＊＋驚ばＹｍ−。 を演算する第１の演算器と、 を演算する第２の演算器と、 式　　’ｊ二ｙＪ　　”９’Ｊ、　ｊ：＝Ｍ＋Ｉ　　、
   Ｍ＋ｔ、ａ＠＠Ｎ（但し、ε、：ｙＫとｙＫとの誤差信
   号）を演算する減算器と、 式φ；’（Ｊ＞＝−Ｈ，７，ε］−ｈ　”　’］−ｈ−
   にルＬｄ２以上のとき、または、φ：’ｔＪ）が所定の
   警報レベルＬｄ、に対し−〔 −Ｌｄ、＜：φＩｋ′（コ）＜Ｌｄ。 （但し、ｋ　＝＝　Ｊ、ｌＩ、・・　−・、Ｊ　　）の
   関係にな０ときに警報を発し、同時にこの警報をトリガ
   として、確率密度分布関数を計算し、あらかじめ記憶さ
   れた正常状態における確率密度分布関数との比較を行い
   、異常の原因をも推定できるよｐに構成されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の雑音解析を用いた
   異常検出・診断装置。