JPS595303A

JPS595303A - 異常時対応制御システム

Info

Publication number: JPS595303A
Application number: JP57113969A
Authority: JP
Inventors: Hiroari Fukunishi; 宏有福西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-02
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1984-01-12

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】本発明は、プラントに発生している状態を推定し、異常
や事故の判断を行ない、必要な処置ガイダンスを表示し
、同時に表示に従って行なわれる操作と望ましい操作と
の差を自動的に補償することのできる異常時対応制御シ
ステムに関する。

大規模プラントの異常や事故の検出および診断に関して
は多くの手法が知られている。ｔた、異常や事故時に、
運転員が必要な対応処置を行なうのを支援するために１
診断結果に応じて必要な運転ガイダンスを表示すること
のできる、異常や事故時のガイダンス方式に関しても多
く知られているところである。

ところが、このようなガイダンス方式に従って運転員が
、プラントの安全のための操作をするまでには、種々の
因子が重なって、時間が経過し、プラントが危険な状態
に晒されたまま、処置ができないことも生じると考えら
れる。すなわち、一般には、異常や事故の検知までの時
間、異常や事故の原因を診断するのに要する時間、診断
結果に従ってガイダンスを引き出し、表示するのに要す
る時間、運転員がこの表示を認識し、操作として動作を
行なうのに要する時間、等が事故発生から実際の操作を
行なうのに遅れとして加わる時間因子が、実際の操作が
行なわれるまでの主な遅れ要因となる。事故時に、プラ
ントを安全な状態に保持することがさし迫った問題とな
るときには、このような、安全確保の九めの操作の遅れ
は、プラントそのものの安全性を損うようなことにもな
りうる。

ｔ＋’ｃ従来のようなガイダンス表示に従って、運転へ
が安全系を操作する場合には、表示された操作のタイミ
ングや、操作量の設定値に誤りが生じたときには、その
影響がプラントの応答として長く尾を引き、本来意図し
た安全確保のための運転を実現できないような場合が考
えられる。

本発明の目的は、大規模なプラントの異常や事故の検出
および診断を行ない、必要な対応のための運転ガイダン
スを表示し、これに従って運転員が操作を行なう際に、
異常や事故の検知、診断を効率よく行なう方式を取ると
共に、事故検知と共に応急操作を自動的に行なえ、かつ
、運転１の操作ミスを自動的に補うことのできるプラン
トの安全確保のための異常時対応制御システムを提供す
ることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、プラントの安
全を保持するための系統を、異常や事故の検出・診断時
に自動的に制御することのできる機構と、診断結果に従
って運転ガイダンスを表示し、この運転ガイダンスによ
る指示に従って運転員が手動操作で制御できる機構を有
する異常時対応運転制御システムを案出した。このため
に、プラントで計測されるプロセス信号を用い、プラン
ト内の状態を推定し、推定された値に比例した量？フィ
ードバックすることによって安全を保持するための系統
の操作入力を自動的に決定する制御系統を有するように
する。これと共に、推定されたプラントの状態にもとす
いたプロセス量と実測値との差（イノペイジョン）の解
析によって、異常を検出し、この差のもつ特徴量を抽出
し、あらかじめ事故や異常の種類と対応ずけたイノペイ
ジョンのなす空間との特徴量のパターンとの距離をもと
に、発生した異常や事故の種別を判定し、必要な運転ガ
イダンスを運転員に表示し、運転員はこの表示にもとす
いて、安全確保の几めの操作を行なうよう圧する。Ｉ：
記イノペイジョンの時系列は、異常発生にともなう変化
を強調して表現する性質があり、とくに異常の早期検知
に効果が期待できる。

以下、本発明を実施例によって説明する・第１図は本発
明による異常時対応制御システムの１例を示し念もので
ある。図中の破線で示した部分１は対象とするプラント
の通常時の制御系を示したものである。プラント２の内
部状ａｔ　ｘ（ｔ）はプラントの動的なふるまいを記述
する物理量であるが、一般には直接取り扱かうことがで
きず、計測系４を介して、その計測量あるいはプラント
の出方変量ｙ（ｔ）６として取り扱うことができる。ま
たプラントの入力は操作量ｕ（ｔ）１０として運転操作
系３を介してプラントに取り込まれる。プラントの出力
の望ましい値に対応する望ましい操作量９は加算器１１
に加えられ、この値を保持するためのフィードバック制
御による操作量８の負値が加算器に加えられる。この操
作量は制御装置７を介してプラントの出力Ｖ　（ｔ）が
フィードバックされたものである。以北は、大規模プラ
ントにおける通常運転時のフィードバック制御系を模擬
的に示したものである。

さて、本発明では、プラントの出方変ｆ　Ｖ　（ｔ）　
。

６は状態推定装置１２に入力される。状態推定装置１２
は出力変量Ｖ　（ｔ）からプラントの内部状態Ｘ　（ｔ
）を推定するためのものである。この状＠推定装置１２
の構成は、例えば第２図のように示すことができる。第
２図はカルマンφフィルターの原理に基すいた状態推定
装置であり、プラントの出力変量Ｙ　（ｔ）と操作量Ｕ
　（ｔ）とを入力して、プラントの内部状態Ｘ　（ｔ）
の推定値Ｘ（ｔ）１３が得られる。

このフィルターの特性Ａ、Ｂはプラントの特性をつぎの
ような状態方程式％式％（１）で表わすことによって得られる行列を示す、−またＣは
計測系４の特性を示し、次式％式％（２）で表わしたものである。式（２）の（Ｗ（ｔ）　）は計
測系に加わる雑音を示す。第２図でＷは計測系の雑音成
分の平均値であり、あらかじめ求めることが可能である
。

′ｔた、図中の特性りは行列演算Ｌ（ｔ）＝　Ｐ（ｔ）Ｃ（ｔ）Ｗ−１（３）のことを意
味し、Ｗはあらかじめ求め次雑音（Ｗ（ｔ）　］の分散
値を示す、ｔた行列Ｐ　（ｔ）はｄ−７Ｐ（ｔ）＝　Ａ
Ｐ（ｔ）＋　Ｐ（ｔ）Ａ’−Ｐ（ｔ）ＣＷ−Ｉ　ＣＰ（
ｔ）（４）なる行列微分方程式をによって規定され、初
期値Ｐ　（ｉｏ）を仮定することにより（４）式を解い
て！’　（ｔ）が求まり従って図２に示し比演算によっ
て、プラン△ トの内部状態の推定値Ｘ（ｔ）が実時間で求まる。

さて、プラントに発生した異常や事故時に安全を確保す
るための安全系統の操作系１４の入力△ ｕ（ｔ）１５ｔ−求めるために、内部状態の推定量Ｘ　
（ｔ）を入力とし念異常時制御装置１６を設ける。異常
時制御装置の出力ｕｏＶｉｂ例えばつぎのような行列演
算ｕｏ−Ｆｘ　　　　　　　　　　　（５）として求める
ことができる。ここで異常時制御装置の特性、行列Ｆは
、例えば／　　（ＰＩＸ　＋　ｕＱ＋ｕ　）　ｄｔ　　　　（６
）を最小にするように、前もって求めておくことができ
る。式（５）で得られるＵＳは、安全系が動作させる必
要のある時のみ、動作させる次めに、異常の検出によっ
て作動するスイッチ回路１７を介在させる。

つぎに、内部状態の推定値Ｘ　（ｔ）にもとすい几出力
Ｖ　（ｔ）の推定値ｙ［ｔ）１８を得る九めに計測系の
逆応答特性を有する回路１９を用意する。

ｅ　（ｔ）　＝　Ｙ　（ｔ）　−ｙ　（ｔ）　　　　　
　　　（７）なるイノベイジョンｅ　（ｔ）にもとすい
て異常の検出を行なう。式（力で示しｔイノペイジョン
の時系列（ｅ（１））は、プラント内部に異常や事故が
発生しない場合に、あらかじめ求めた推定装置の特性に
依存した白色性の雑音系列となる。しかし、異常や事故
が発生すると、推定値はこの変化に瞬時に対応すること
ができず１ｅ（ｔ）ｌの白色性はなくなる。したがって
、異常検出装置２０では、このイノベイジョン＋ｅ（ｔ
）ｌの白色性を検定することにより異常を検定する。

例えば、（ｅ（ｔ）ｌの共分散行列Ｖ（ｔ）を求めこの
行列ノルムの値を正常時の値と比較し、差が大きい場合
に異常の発生と判定する。これと同時に、安全確保の次
めの系統を動作させる念めに、スイッチ回路１７を作動
させ、異常時の制御出力Ｕ。

を安全系統の操作系１４の入力とする。このようにする
ことによって、事故や異常が発生したと判別した時点で
、ひとまず安全系統を働かせ、事故や異常の原因が不明
の場合の応急の対応も可能となる。

つぎに異常や事故の診断装置２１では、異常や事故の原
因を診断する。診断法は多く考えられるがこ仁では先に
述べ几イノベイジョン系列（ｅ（ｔ）　）の共分散行列
Ｖ（ｔ）の値をもとにした診断法を１例として取りとげ
る。データベース２２には、あらかじめシミュレーショ
ンによって種々の事故や異常を発生させ、その個々の事
故や異常についてイノベイジョン解析を行雇い、事故や
異常が発生してからのある有限時間の共分散行列のトレ
ンドＳ　（ｔ）がファイルされている。第３図は、この
診断装置の演算フローを示したものである。

イノベイジョンの共分散トレンドが与えられると、ファ
イルされている異常や事故のＮ個のトレンド８１（ｔ）
を順次取り出し、行列を求める。ここで（）ｎｍ　　とは行列のｎｍ要素であ
ることを示す。つぎにこのようにして得られた行列Ｋｉ
に対し行列のノルムＩＩ　Ｋ　Ｉ　ＩＩ　ｆ求めこの最
小になったｉ＝Ｐが、発生した事故Ｐであると診断する
。以とのようにして、異常や事故の発生が検定された場
合Ｋ、その原因を診断することができた。

つぎに、この診断結果に本とすいて、安全系統操作のだ
めの運転ガイダンスを行なうために、ガイダンス装置２
３ｔ−用意する。ガイダンス装置２２では原因の異なる
異常や事故毎に、安全系統を動作させるだめの操作シー
ケンスがファイルされているデータベース２４を有して
いて、診断装置で判定された原因に応じて操作シーケン
スを取り出す。表示装置２４によって、運転員が操作す
べき操作を時間チャートとして図示する運転員はこの図
示された指示に従って、操作のだめの動作を行ない操作
量Ｌｊ、Ｍ　を操作系の入力に加わるようにする。

事故原因を判定し、運転員が操作するまでに、演算のた
めの時間、運転員の動作応答に要する時間等の遅れがあ
るが、事故や異常検知と共に安全系の自動制御系が動作
するため応急的な対応は遅れなく行なえる。また運転員
の動作後は、自動制御系は、事故時にプラントによって
安全確保り望ましい状態にすべく定められた操作量Ｕ　
と、運転員によるマニュアル操作の偏差を補う働きをす
る。

このような異常時対応制御系では、安全に対する信頼性
を確保するために、マニュアルによる操作量ｕＭは自動
制御の操作量に比して十分容量を大きく取ることが望ま
しいと云える。

以り述べたように、本発明の異常時対応制御システムは
つぎのような効果を有する。

（１）異常や事故の発生が検知できると瞬時に、安全確
保のだめの応急操作が自動的に行なえ、異常や事故の原
因が判別するオで対応動作ができず、プラントを危険な
状態に晒すようなことが回避でき、事故時におけるプラ
ントの安全性を向上させる。

（２）事故や異常の診断に用いているイノベイジョン解
析法は検出や判定に対する感度が高く、早期異常検出、
診断精度の向丘が期待できる。

（３）図示され九運転ガイダンスに従って、運転員が操
作する際に、タイミングの遅れや、操作量の設定ミス等
の不適切な操作を行なった場合にも、この誤りを自動的
に補うことのできる制御機能を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の異常時対応制御システムの構成図、第
２図は本異常時対応制御システムに用いるプラント状態
推定装置の機能構成図、第３図は同じく、異常診断装置
の演算フロー図を示しだも（７）ａ１・・・制御系、２・・・プラント、３・・・運転操作
系、４・・・計測系、６・・・出力変量、７・・・制御
装置、８．９゜茅２　目茅３　図ｉ＝Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

１、大規模プラントの内部の動的力挙動を推定するのに
必要なプロセス信号を入力し、前記プラントの内部の動
的な挙動を推定するための状態推定装置と、前記推定装
置にもとすいて得たプラントの内部の挙動の推定値を入
力し、事故や異常時に必要な安全確保のための安全系統
を動作させる九めに作動さす制御演算を行なう異常時制
御装置と、前記プラントに発生する異常や事故の検出や
診断に必要なプロセス信号を前記推定装置の出力である
プラント内部状轢推定値から求め、対応する実測のプロ
セス信号との差の信号時系列を入力し、異常や事故の発
生を検知するための異常・事故検出装置と、異常や事故
が検出された場合に、異常や事故の原因を診断するのに
必要な前記プロセス信号や推定にもとずい念プロセス信
号を入力し、異常や事故の原因を診断する異常・事故診
断装置と、前記診断装置の診断結果にもとすいて、前記
ブランドの安全確保に必要な操作シーケンスを対応ずけ
るガイダンス装置と、この操作シーケンスをオペレータ
に図示する表示装置と、運転れが表示内容を安全系統の
運転操作入力できる操作装置と、前記異常時制御装置の
出力を、異常や事故検出と共に安全系統の操作入力とし
て短絡したり、必要に応じて切断できる回路とからなる
異常時対応制御システム。