JPS59229622A

JPS59229622A - プラント診断装置

Info

Publication number: JPS59229622A
Application number: JP58102736A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Omori; 和則大森; Kensuke Kawai; 研介河井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-06-10
Filing date: 1983-06-10
Publication date: 1984-12-24
Also published as: GB2142758B; AU2919084A; AU546309B2; JPH0447842B2; DE3421522A1; US4630189A; GB2142758A; GB8414866D0; DE3421522C2

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】〔発明の技術分野〕本発明は発電グランド等のプラントの診断を行なうプラ
ント診断装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、発電プラント等のプラントプロセスに対し各種の
プラント診断手法が検討され、また、それらに関する研
究も活発に行なわれており、例えば各種の数学モデルを
プラント診断に適用した例も種々発表されている。しか
し、これらは予め同定試験等で獲得した診断対象の数学
モデルを単に異常発生の有無に関するプラント診断にの
み適用したものであシ、各種の状態量の異常発生の有無
はとらえることができても、その原因たる故障源に対す
る情報も含めてオンラインで、かつ、ダイナミックつま
り時間関数として、異常レベルの推移を連続的に監視で
きるようなグランド診断装置は実現されていなかった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑み、異常状態発生原因たる故障源
に対する情報も含めてプラントの異常を外部に舒報出力
することのできるプラント診断装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

このため、本発明はプラントシステム全体を数学モデル
で表現したプラント診断モデルを作り、そこから算出さ
れる推定値と、実際値とを刻々比較することによシ、各
操作量、状態量等の各プラント値の残差列を求め、その
残差列の相互相関関数から白色性検定指標を計算し、そ
の大きさを調べて１つのプラント値に影響を及ばず他の
プラント値の異常状態を判定し、更に異常と判定された
プラント値の残差列の自己相関関数から同様にしてその
プラント値が実際に異常が否が判定することによシ故障
源を見い出し、オペレータに警報出力するようにしたこ
とを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図面に示す実施例を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係るプラント診断システム
の構成図を示したもので、１１は発電プラント、１２は
発電プラント１１よシフイードバックされるプラント状
態量を入力し、発電プラント１１に対し通常のＰＩＤ制
御を加えるアナログ制御装置（以下、ＡＰＣと言う）で
ある。とのＡＰＣ１２が発電プラント１１を制御してい
る状態全体をここでは制御対象１３と称し、それを自己
回帰モデル（以下、ＡＲモデルと言う）等の数学モデル
で表現したのが制御モデル１４である。

ここで、ＡＲモデルとは、グランド状態量（時系列）Ｘ
（ｓ）を下記（１）式で表現したもののととである０Ｘ（ｓ）＝ΣＡ（ｍ）Ｘ（ａ−ｍ）＋ＩＪ（８）　　−
（１）訂Ｆ１（但し、門は次数、Ｕ（８）は白色雑音列、８はサンプ
リング時点を表わす）しかし、制御モデル１４としてはこのＡＲモデルのみに
限ることなく、例えばＡＲＭＲモデル等、各種の数学モ
デルを使用し得ることは言う迄もない。

換言すれば、本発明は制御モデル１４の中身には無関係
である。

１５はそのような制御モデル１４を用いて発電プラント
１１を最適制御するだめのディジタル制御袋Ｒ（以下、
ＤＤＣと言う）で、ＡＰＣ１２からのフィードバック信
号を入力し、ＡＰＣ１２が発電グランド１１を制御して
いる状態全体をＡＲモデルで表わした制御モデル１４に
基づき、発電プラントを最適状態にするためＡＰＣ１２
出力を補正するものである。

即ち、このときの制御の様子を１変数（１プラント値）
について示したのが第２図であり、制御モデル１４に基
づきＤＤＣ１５で演算したＤＤＣ出力をアナログメモリ
１６を介してアナログ信号に変換保持した上、加算器１
７に入力し、ＡＰＣ出力に加算する。その加算出力によ
シ各操作端毎に設けられている設定器１８に目標値を与
え、発電グランド１１におけるバルブ、ポンプ等の各操
作端を目標値通シに制御している。

しかし、制御方式は上述のものだけに限ることなく、例
えばＤＤＣ１５でＡＰＣ１２の制御パラメータを制御す
る等、種々の制御形態を取り得る。換言すれば、本発明
は制御方式自体にも無関係であるＯ更に、以上全体部ち発電プラン）　１１　、ＡＰＣ１２
、制御モデル１４、ＤＤＣ１５を含む制御システム全体
を本実施例では診断対象１９と呼び、これを数学そデル
で表現したのがプラント診断モデル２０である。即ち、
プラント診断モデル２０はＡＰＣ１２、ＤＤＣ１５の両
者が発電グランド１１を制御している状態において、例
えば負荷指令値をＭ系列（Ｍａｒｋｏｖ時系列）信号等
を用いてランダムに変動させ、診断対象１９を同定して
数学モデルに表現したものである。また、このグランド
診断モデル２０を使りて診断対象１９の異常を診断する
のがプラント診断部２１である。即ち、プラント診断部
２１はＡＰＣ１２とＤＤＣ１５の両者が発電プラント１
１に対し出力している操作信号の総和と発電プラント１
１からのフィードバック信号とをとυ入れ、これらの値
とプラント診断モデル２０からの推定値との偏差信号か
ら求まる残差列の白色性を検定するととによシ、故障の
発生の有無、故障の影響で異常になっている個所を検出
し、オペレータに知らせるものである。プラント診断装
置２２はこれらプラント診断モデル２０とプラント診断
部２１よシ措成される。

第３図はそのプラント診断部２１の詳細構成を示したも
ので、２１１は残差列計算手段、２１２は残差列白色性
検定手段、２１３は記憶装置、２１４は表示装置、２１
５は異常判定手段、２１６は故障源決定手段、２１７は
警報装置である。

診断対象１９から今回プラント診断部２１に加えられる
ノラント操作信号や状態信号等のプラント信号は残差列
計算手段２１１からプラント診断モデル２０に入力され
、そこで次回の推定値が演算されて残差列計算手段２１
１に戻される。

残差列計算手段２１１はこれらプラント診断モデル２０
からの推定値と診断対象１９からの読み込み値とから、
残差列ｇｉ（ｉはプラント診断モデルの項目番号）即ち
各プラント量についての推定値と実際値の偏差の時経列
を求めるもので、その残差列ｇｉは残差列白色性検定手
段２１２に出力される。

残差列白色性検定手段２１２は残差列計算手段２１１よ
シ出力される残差列εｉを入力とし、残差列の白色性を
検定するものである。検定は、残差列εｌに対して本実
施例では一次の多変数自己回帰モデルを当てはめ、白色
性検定指標Ａ／Ｌｉｊとして下記（２）式で示すように
ε最の相関関数を用いて行なっている。

Σε１（ＩＩ）・　ε１（ｉ＋１）Ｓ帽ここで、ｊもｉ同様グランド診断モデルの項目番号であ
る。また、Ｓはサンシリンダ時点、Ｎは相関関数を計算
するデータ個数である。尚、ｉ’：ｊのとき上記（２）
式は相互相関関数を表わす。

即ち、診断対象１９が正常であれば、偏差が生じるのは
発電プラント１１に外乱が加わったときのみとなるので
、残差列εｉは通常ランダムな値となり白色性を有する
が、診断対象１９に何らかの異常が生じれば残差列ε１
が規則性を有するようになる。この残差列εｌの規則性
を検定する指標となるのが白色性検定指標であり、Ｍｉ
ｊは残差列ｇｌが残差列−にかかわっている度合を示し
、無関係であればＯとなる。また、Ｍｌｌは自己相関関
数を表わし、残差列６皿自身の白色性検定指標となる。

記憶装置２１３は白色性検定指標Ａ／、ｉｊを順次入力
し、一定容量分をエンドレスに記録更新するものであシ
、表示装置２１４はその記憶した白色性検定指標Ａｔ１
ｊを異常時等の必要な時期に履歴（トレンド）表示する
ものである。

異常判定手段２１５は残差列白色性検定手段２１２より
白色性検定指標Ａ７１ｊを入力し、白色性検定指標Ａ７
．ｌｊがある値ＡＲＩ、より大きくなったとき異常と判
定する。ある値ＡＲＬは、後述するように異常判定の感
度と誤判定の割合とから決定されるものである。

故障源決定手段２１６は、残差列白色性検定手段２１２
からの白色性検定指標Ａｔ１ｊと異常判定手段２１５か
らの異常ケ所のプラント状態量および操作量に対応した
番号を入力し、故障源を決定するものである。特に、自
己相関関数と呼ばれる白色性検定指標ＡＬｉｌを故障源
決定の指標としている。

警報装置２１７は、異常判定手段２１５と故障源決定手
段２１６からの異常、情報をオペレータに知らせる警報
装置である。

以上の構成で、今診断対象１９からプラント診断装置２
２にプラント量として３つの操作量と４つの状態量が入
力される場合について説明する。

また、上記３つの操作量は水燃比（項目番号１）、ＲＨ
（再熱器）ガスダンパ（項目番号２）、ＳＨ（主加熱器
）スプレー（項目番号３）とし、４つの状態量は負荷指
令値（項目番号４）、ＳＨ出口温度（項目番号５）、Ｒ
Ｈ出口温度（項目番号６）、主蒸気温度（項目番号７）
とする。

上記７つのプラント量がプラント診断部２１に入力する
と、残差列計算手段２１１はそれらプラント量をプラン
ト診断モデル２０に出力すると共に、前回の出力に応じ
てプラント診断モデル２０で計算して得られる各プラン
ト量の推定値を取シ込み、今回診断対象１９よシ入力す
るプラント量と比較し、各プラント量の残差列ξ１を演
算し、残差列白色性検定手段２１２に出力する。

残差列白色性検定手段２１２はこれら各残差列ε１を取
り込み、前記（２）式に基づいて、各項目相互間の関係
と異常、正常を判定するだめの白色性検定指標ＡＡｉｊ
を計算し、記憶装置２１３、異常判定手段２１５、故障
源決定手段２１６へ出力する。このとき、実プラントで
は実際には起こシ得ない異常例えば１項目番号６０ＲＨ
出ロ温度が項目番号３のＳＨスプレーに異常の影響を及
はす」など、状態量から操作量に対する白色性検定座標
鳩３等などの計算は予め除外しておくことにより、異常
検出動作の無駄を省くことができる。更に、７つのプラ
ント量を操作量と状態量とに分類し、ｉ＝１〜３、ｊ＝
４〜７として白色性検定座標ＡＡｉｊを求めれば、状態
量異常となる原因の操作量を簡単に決定するとともでき
るようになる。

次に、異常判定手段２１５では前記ＡＬ１ｊがある値Ａ
ＲＬ以下であるかどうかを判別し、越えていれば異常と
判定する。

ある値ＡＲＬはしきい値であるが、計算に用いられた残
差の数によって計算される関数値である。

また、誤診断をさけるため１回越えただけでは異常とせ
ず、連続してｎ回越えると異常と判定する。

ｎはＡＲＬの値によシ決められる。この方法によると、
診断の感度を下げずに誤診断を防ぐことが可能となる。

例えば今、ＡＲＬＩを誤診断確率５チの値に、またｎ　
＝　３と設定する。すると、連続３回ＡＲＬ　１を越え
たときの誤診断確率は、（０，０５）３−０．００１５
となる。これは第４図に示すように初めからＡＲＬの値
をＡＲＬ２＝０．ＯＯ１２５と設定した時に比べてはる
かに速く異常をとらえることができるため、診断の感度
を下げることはなく、誤診断を防ぐことが可能となる。

今、Ａｔ２６がＡＲＥ、を連続ｎ回越えたこととすると
、異常判定手段２１５はＲＨガスダンパーがＲＨ出口温
度に対し、影響を与えた異常と判定する。

次の故障源決定手段２１６では、異常判定手段２１５で
の判定結果からＡｍ２を残差列白色性検定手段２１２よ
シ取シ込み、異常判定と同様な手法によシ故障源を決定
する。この結果、Ａｔ２２が異常値になったとすると、
　　ＲＨガスダンパー故障と決定し、音声出力装置、表
示装置、印字装置等の警報装置２１７に通知する。これ
により、警報装置２１７は［Ｒ）ｆガスダンパーが故障
、ＲＨ出口温度に異常の影響あシ」とオペレーターに出
力する。

このようにして、従来のように単にプラント状態量の異
常を警報表示するだけでなく、その故障源をも判定し、
警報表示するため、プラント異常に迅速に対処し、異常
を最小限に止めることができるようになる。

一方、記憶装置２１３では残差列白色性検定手段２１２
から出力される白色性検定座標ＡＡｉｊを記憶し、表示
装置２１４へ履歴（トレンド）出力することにより、単
に異常の発生の有無ばかりでなく、異常の傾向をとらえ
ることがで、き、異常の早期発見を行なうことができる
ようになる。

尚、（１）、上記実施例では発電プラントに適用した場
合を例にとって説明しだが、本発明はこれに限らず各種
プラントの異常診断に適用し得ることは言う迄もない。

（２）、プラント診断に使用するプラント状態量を上記
実施例では発電プラント１１がら直接数シ込むようにし
たが、これらの状態量はＡＰｏ　１２人力としても準備
されるため、ＡＰＣ１２から入力してもよい。

（３）、プラント診断モデルの同定にあたっては、特定
のプラント状態量である負荷指令値をランダムに変動さ
せ、診断対象１９の数学モデルを導出したが、これがど
のようなプラントにおいても負荷指令値であるというこ
とではなく、診断対象１９の特性に応じて種々のプラン
ト状態量が選定できるのは言う迄もない。

（４）、プラント診断モデルの同定にＭ系列信号等のラ
ンダム信号を用いたが、他のランダム信号で同定するこ
とも可能である。

（５）、更に、診断対象２１に取って一番大きな影響を
与える状態変数（第３図の場合は負荷指令値）に対し、
ランダム変動だけではなくステップ状の信号あるいはラ
ング状の信号を加えた場合にプラント診断モデル２０に
基づく、白色性検定指標Ａｉｊの変動を予めテストする
ことにより、しきい値ＡＲＬＯ値を各状態量ごとに別途
定めておくこともできる。

（６）、しきい値ＡＲＬＯ値を固定としたが、大きな負
荷変化等の計測できる外乱が診断対象１９に加わった場
合、誤診断の可能性を低減させるため、しきい値ＡＲＬ
を計測できる外乱の変動に応じて可変とすることもでき
る。

（７）、第３図において、表示装置２１４への白色性検
定指標Ａ／Ｓｌｊの出力を、第４図に示したようなオン
ライン、かつ、ダイナミックな変化として表現すること
により、診断対象１９の異常を１つのトレンドとしてと
らえることができ、診断の予知に使用することができる
。

（８）、診断結果が異状レベルの上昇ということで、事
前にとらえられるとオペレーターへの注意を喚起するた
め、規定の変化率でしきい値ＡＩ、ＩＮへ近づきつつあ
る状態量を自動的にオペレーターに報知することもでき
る。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、制御しながら、その制御
をしている状況をも含めて全プラントの診断を行なうこ
とができる。また、異常状態だけでなく、その原因とな
る故障源を発見することができる。この結果、プラント
異常に対し早期に対処し、その影響を最小限に止めるこ
とができる。

更に、プラントの特性が経年変化により変わった場合は
、プラントが正常であっても制御モデルと異なってくる
ので、これを発見して制御系を調整するなどにより、常
に適正なプラント出力が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るプラント診断システム
の構成図、第２図は第１図の発電プラントに入力する操
作量の詳細説明図、第３図は第１図のプラント診断部の
詳細４１〜成図、第４図はアラームレベルの選び方によ
る異常診断出力酸、門口である。１１・・・発電プラント、１２・・・アナログ制御装置
（ｈｐｃ　）、１３・・・ｆｌｊｌＪ御対象、１４・・
・制御モデル、１５・・・ディジタル制御装置（ＤＤＣ
）、１６・・・アナログメモリ、１７・・・加ｑ−器、
１８・・・設定器、１９・・・診断対象、２０・・・プ
ラント診断モデル、２１・・・プラント診断１〜ＩＳ、
２２・・・プラント診断装ｆＬ２１１・・・残差列言１
）７手段、２１２・・・残差列白色性検定手段、２１３
・・・記憶装置直、２１４・・・表示装置、２１５・・
・異常判定手段、２１６・・・故障源決定手段、２１７
・・・升報装置。第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】（リ　プラントシステム全体を数学モデルで表現したプ
ラント診断モデルと、このプラント診断モデルによシ算
出された推定値と前記プラントシステムからの実プラン
ト値とから残差列を求める残差列計算手段と、この残差
列計算手段からの残差列の白色性を検定する残差列白色
性検定手段と、この残差列白色性検定手段によシ算出さ
れた白色゛性検定指標によシ異常を判定する異常判定手
段と、前記白色性検定指標と前記異常判定結果に基づき
故障源を決定する故障源決定手段とを備え、異常判定結
果と故障源判定結果を警報出力することを特徴とするグ
ランド診断装置。（２、特許請求の範囲第１項記載において、前記白色性
検定指標を順次更新しながら絶えず所定量記憶する記憶
装置と、その記憶装置に記憶された白色性検定指標を履
歴表示する表示装置とを備えることを特徴とするプラン
ト診断装置。