JPS6076619A - 検出器応答異常診断装置 - 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】 本発明は検出器応答異常診断装置に係シ、特に原子力発
電プラントや火力発電プラント等に適用し得る検出器応
答異常診断装置に関する。

従来例えばプラントに据えつけられたま＼の状態で、ブ
ランドゾロセスを計測するセンサの応答性（応答時間）
の異常を診断する方法としてプロセスのもつゆらぎを利
用するものが知られている。すなわちプラント整定時、
センサの定常値出力のまわシには、ゾロセスのゆらぎに
よって励起された微小な変動が存在するので、このセン
サ出力値よシ定常状態の値を取シ除き、残シの微小変動
成分を拡大して解析し、その中に含まれるセンサ特性を
抽出するものである。

この具体的解析装置及びセンサ信号入力との関係を第１
図に基いて説明する。

第１図においてゾロセス１（例えば温度、流量、圧力、
水位等）をセンサ２で検出する。この値は信号伝送路３
（不要なセンサもある）を介し４の信号発信器及び信号
処理装置によって、検出した物理量の信号に対応した電
気信号となシ、信号伝送路５を通って６のセンサ信号取
出点に至る。

ここから第１図で点線で囲まれた部分の診断装置にセン
サ信号が取シ込着れる。まず診断装置内部の不良信号を
センサ側に伝えないためにアイソレータ７を必要とする
。パントノセスフィルタ８は不要な高周波信号の除去及
び低周波信号を除去し、解析に必要な信号のみを取シ出
す。

通常アイソレータ７の入力信号は１〜５ボルト程度であ
るが、パントノセスフィルタ８の出力信号レベルはミリ
ゲルトのオーダ以下となシ非常に微小のため以後の信号
処理精度向上のためアンプ９でデルトオーダまで増巾を
する。センサ診断に先だちスイッチ１０をマニュアル信
号１ノで切シかえ、２１で対象とするセンサの正常時応
答時間τ。をディジタル信号で入力し、格納しておき診
断時に使用する。センサ応答待問診断時はアンプ９で増
巾したノイズ時系列データｘ　（ｔ）をＡ／ＩＩ：変換
器ノ２でＡ／Ｄ変換し、１３でディジタル信号の形式で
格納する。以降の取扱は全てディジタル信号として処理
している。これを必要なデータ数に達するまでくりかえ
ず。この信号をｘ　（ｉΔｔ）、Ｉ＝１〜Ｎ　Ｎ：デー
タ数、Δｔ：　サンプリング時間と表わす。１５におい
てｘ（ｉΔｔ）の自己共分散関数を計算する。アイソレ
ータ７の入力信号からみれば信号の平均値は′ゞンド・
セスフイルタ８で除去されているが、１５では有限個数
Ｎケの中で更に平均値を除去しておく。これを改めてＸ
（ＩΔｔ）とかぐと自己共分散関数は（１）式の様に表
わされる。

この値を用いて１６でノイズ時系列デニタを回帰モデル
にあてはめる。そして上記関数とＦＰＥＣ（Ｆｉｎａｌ
　ＰｒｅｃＮｃｔｉｏｎ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｒ１ｔｅｒｉ
ａ　）又はＡ　Ｉ　Ｃ（Ａｋａｉｋｅ　Ｉｎｆｏｒｍａ
ｔｌｏｎ　Ｃｒ１ｔｅｒｉａ　）等を用いて最適次数と
係数値をめる。

ｘ（ｔ）　＝　Σａｌ＋＋　ｘ（ｔ−１Δｔ）＋ｎ（ｔ
）　・−（２）ト１ Ｍ：回帰モデル最適次数 ａｌ：回帰モデル係数 ｎ：ホワイトノイズ 次に（２）式の回帰モデルの係数ａｌ（＋＝１〜Ｍ）を
用いてセンサのインパルス応答を１７で推定する。

ｈｐ、　：　インノやルス応答 インパルス応答より１８でインディシャル応答を計算す
る。

ｐｔ Ｓ、ｊ：　インディシャル応答。

５ｐｔ（０）　＝　０．０ １９で（４）式の整定値の６３．２％に達する時間を診
断時センサの応答時間τと定義しこの値をめる。

τ〉α１・τ０　又は　τ〉τ。十α、・・・（５）但
しα８．α、は正の定数 ２０では（５）式が成立するが否かを判断し、（５）式
が成立する場合にはセンサの応答時間が正常値より遅れ
ていると考えて、２２で［センサ応答異常コの警報を発
すると同時に（６）式で示す正常時応答時間との比率の
値を出方する。

−ｘｉｏｏ％　・・・（６） τＯ もしく５）式の条件が成立しなければセンサ応答は正常
と判断され、次の時刻において再度データを入力しセン
サを診断することをくり返す。

以上の解析ではセンサに入力するプロセスのゆらぎ特性
はホワイトと仮定している。プロセス及びセンサの種類
によってゆらぎ特性はホワイトとみなせる場合もあるが
、そうでない場合ｉる。プロセス特性がホワイトでない
場合には、センサに入るゆらぎ特性自身が遅れを持つこ
とであり、上述のように推定したセンナ応答時間τには
センサ自身の応答時間の他にゆらぎのもつ遅れが含まれ
ることになる。このため上記従来例においてはゆらぎの
遅れがセンサの応答時間すなわち応答遅れに比べ大きい
場合には推定値の誤差が大きくなるという欠点があった
。

本発明は上記の事情に鑑みて提案されたもので、その目
的とするところは、原子力発電プラントや火力発電プラ
ント等の信頼性及び安全性向上のため、運転操作の要で
ある制御・保護系統の信号源すなわち検出器（センサ）
の応答性異常を高精度且つ早期に診断し得る検出器応答
異常診断装置を提供するにある。

本発明による検出器応答異常診断装置はゾロセスを検出
するセンサと、このセンサにより検出された信号から診
断に必要な信号を診断装置に取シ込む手段と、予め上記
センサの正常時の応答時間データおよびインノクルス応
答ｒ−夕をそれぞれディジタル形式にて格納する手段と
、診断時のセンサ出力ノイズ時系列データをＡ／’Ｄ変
換してディジタル形式にて格納する手段と、上記センサ
出力ノイズ時系列データから得られるセンサとフ０ロセ
スの両特性を含むイン／ぞルス応答と上記プロセスのイ
ンｉ９ルス応答よりセンサのみのイン・ぐルス応答を時
系列で取シ出す手段と、この手段によシ取り出された時
系列のセンサのみのインノ９ルス応答データを用いてセ
ンサ自身の応答時間を推定する手段とを具備し、上記セ
ンサ出力ノイズ時系列データを時間領域でゾロセスゆら
ぎのもつ遅れ特性を補償することによシセンサの応答異
常を診断するようにしてなることを特徴とし、センサ出
力ノイズ時系列データを周波数領域に変換することなく
、時間領域でプロセスゆらぎのもつ遅れ特性を補償し、
真のセンサ応答時間を得るようにしたものである。

本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する
。

第２図は本発明の一実施例の構成を示す図、第３図（Ａ
）　（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施例におけるゾロセ
スとセンサおよび計測データ間の関係を示す図である。

第２図において、７はアイソレータ、８はパントノｆス
フイルタ、９はアンプ、ＩＩＯはスイッチ、１１は信号
、１２はＡ／Ｄ変換器、１３はデータの格納、１４，２
０，１００は判断、１５〜１９，１２０〜１５０は計算
処理、２１はセンサ正常時応答時間データ入力および格
納、２２はセンサ応答異常警報および応答時間の正常値
との比率出力、１６０はセンサ正常時インパルス応答デ
ータ入力および格納である。

第２図に示す診断装置は、アイソレータ７の入力側に、
例えば第１図におけるアイソレータ７の入力端に接続さ
れたプロセス１、センサ２、信号伝送路３、信号発信器
および信号処理装置４、信号伝送路５およびセンサ信号
取出点６と同一のものがそれぞれ接続されるものである
が、これらのものについては第１図について説明したも
のと同一であるから、その説明を省略する。

第２図においてアイソレータ７の入力側に入力されるセ
ンサ出力の電気信号は、アナログデータのま＼アイソレ
ータ７、バンドパスフィルタ８およびアンｆ９によシ第
１図の場合と同様に処理される。信号１１はスイッチ１
ｏを切り換えるものである。センサ診断に必要なデータ
は２１と１６０でディジタル形式にて入力されかつ格納
される。Ａ／Ｄ変換器１２以降の処理は主にディジタル
データを用いた計算処理手順である。例えば１４，１０
０．２０は判断、１３はデータの格納、１５〜１９及び
１２０〜１５０は計算の各処理を示す。２２は２ｏの判
断結果を用いアナログ量のアラーム信号出力と記録装置
への印字出力とを出力するものである。

上記本発明の一実施例の作用について説明する。

第２図において各要素は下記の作用をする。

第２図の各要素中の７〜２２０機能はそれぞれ第１図に
おける各要素７〜２２と全く同様である。また第２図の
各要素中の１２０〜１５００機能もそれぞれ第１図にお
ける各要素１５〜１１０と同一の機能を持つが使用する
データが異なっている。

第２図においてセンサ出力電気信号はアイソレータ７に
入る。アイソレータ７は診断装置側の不良信号がプラン
ト側にさかのぼって悪い影響を与えないために入れられ
ている。バンドパスフィルタ８はセンサ出力信号の定常
値（通常１〜５デルト）である低周波成分と電源周波数
のような不要高周波成分を除去する。その結果ミリ？ル
トオーダの値となるので後述の処理精度向上のため？ル
トオーダまでアンｆ９で増巾する。センサ診断に先だち
、マニュアル信号１１でスイッチＩＯを切りかえ、後の
診断時に必要なセンサ正常時応答時間τ。及びセンサ正
常時インパルス応答データｈｓ（ｔ）をディジタル形式
でそれぞれ２１および１６０に入力し格納しておく。

Ａ／Ｄ変換器１２以降の処理は大きく２つのフェーズに
分けられる。第１のフェーズでは、アイソレータ７の入
力としてセンサが正常に動作している時のセンサ出力信
号を取扱う。まずＡ／Ｄ変換器１２でＡ／Ｄ変換し、必
要なデータ数Ｎとなるまでくりかえして１３にデイノタ
ルデータを格納する。これをＸｏ（１Δｔ）　、　ｌ　
＝１−Ｎと表わす。ハはサンノリング時間である。セン
サ診断前の処理として要素１２０では正常時上ンサ出力
の自己共分散関数をめる。

１３０ではｘ’（ｌΔｔ）の時系列データを回帰モデル
にあてはめる。その最適次数の決定及び係数値は（７）
式を用いてめる。次数の決定法は従来のものと同様の方
法で行う。

Ｊ°回帰モデル係数 １　・ Ｍｏ：最適次数 ｍ（ｔ）　：ホワイトノイズ 次に（８）式の係数を用いて１４０でイン・クルスエ６
答をめる。

この応答にはプロセスの特性及びセンサ正常特性の両者
が含まれるため１５０では１６０のデータを用いてプロ
セスのイン・４）レス特性を推定する。

この離散表現よシ ） −・・・−ｈｐ　（＋−１・Δｔ）・ｈ；（Δ１））・
・・α◇これによってゾロセスの特性がめられたので後
に用いるためデータを格納しておく。

第２のフェーズのセンサ診断時において、アイソレータ
７の入力データは任意時点におけるセンサ出力信号であ
る。１３で格納されるデータをｘ（ｉΔｔ）、　ｌ＝１
〜Ｎと表わす。１５では次式の自己共分散関数をめる。

１６では１５の関数を用いてｚ（ｉΔｔ）を回帰モデル
にあてはめた最適次数と係数値をめる。

最適次数の決め方は従来のものと同様の方法を用いる。

、（１）＝　Σａ１１１ｘ（ｔ−１Δｔ）　＋ｎ（ｔ）
　・１２）Ｉ−ＩＩ！１ ａＩ：回帰モデルの係数 Ｍ：最適次数 、（１）：ホワイトノイズ Δｔ：サンプリング時間々隔 １７では１６でめた係数よジインｔ４ルス応答をめる。

この応答にはプロセスの特性とセンサ特性の両方が含ま
れているのでり、８と保存データｈ、よｐセンサのイン
パルス応答ｈ３を１１０で推定する。

この離散値表現より −ｈ８（Ａｔ）・ｈｐ（ＩＴＩ・Ａｔ）−・・・−ｈａ
（胃・Ａｔ）・ｈ、（Δｔｅｌ・・・四ｈｓ（ｔ）を用
いて１８でインデイシャル応答をめる。

Ｋ。

５ｓ（ｔ）の整定値の６３．２％に達する時間より１９
でセンサの応答時間τをめる。

２０では１９でめたτについて下記の判断を行う。

τ〉α、＠τ。又は　τ〉τ。＋α、　・・・（５）但
しα１．α２は正の定数 （５）式が成立する時はセンサ応答時間が正常値よシ遅
くなったと考え「センサ応答異常」の警報を２２で発し
、同時に −ｘｉｏｏ％　・・・（６） を印字する。この値は正常値からの比率を表わす。

（５）式が成立たない場合はセンサ診断を行うためデー
タ入力をくりかえすこと＼なる。

第３図（Ａ）　（Ｂ）にはそれぞれ上記実施例における
プロセスとセンサ及び計測データ間の関係が示されてお
シ、第３図（４）はセンサ３ノに入力するプロセス特性
３０と計測されるセンサ出力ノイズ３２を示しておシ、
これは第１図における各要素１〜６に和尚している。本
発明では第３２図（Ａ）を第３図（Ｂ）の如くモデル化
して取り扱う。すなわち従来の方法では３５のホワイト
ノイズを入力とし、センサ及びプロセス両特性を含むイ
ンパルス応答り、Ｉ！１３６がセンサ出力ノイズ３２よ
シ推定され、これよりセンサの応答時間を推定していた
。しかし前にも述べた如くこの方法で推定された応答時
間にはセンサの応答時間以外にノロセスの遅れが含まれ
る。そこで本発明は上記インパルス応答り、ｓより、前
もって推定しておいたプロセスの特性り、を補償しセン
サのみの特性ｈｌｌを時間領域で抽出するものである。

ここでプロセス特性に時間的変化はないと仮定する。

実験室（又は実プラント）においてセンサ自身の正常応
答時のインパルス応答が得られるものとする。例えばホ
ワイトノイズをセンサに入力すれば前述と同じ方法を用
いてセンサ自身のインパルス応答が得られる。直接イン
・！ルスを入力してもよい。あるいはステップ入力時の
応答を微分してもイン・ぞルス応答が得られる。但しセ
ンサが実プラントに据付けられているのと同一環境下で
センサ自身のイン・ぐルス応答を得る必要がある。この
応答をｈ：（ｔ）とする。またノロセスのインパルス応
答（未知）をｈ　、（ｔ）とする。

両特性を含むインパルス応答り、８゜とｈＳ、ｈｐの関
係は（１１）式のたたみ込み積分で表現される。

離散化表現では下記の様になる。

＝　ｈｐ（０）・ｈ：（ｌＡｔ）Ａｔ　（Δを一Δηと
する）＋ｈ、（Ａｔ）・ｈ：　（ｓ　Ａｔ−Ａｔ）Δｔ
＋ｈ、（２Δｔ）柿＝（１Δｔ−２Δｔ）Δｔ＋ｈ、（
ｌＡｔ）・ｈ’：、（ｏ）Δｔ従って り、（Ｊｔ）−ｈ、（ｉ−＋　ｅａｔ）−ｈ、（２ｊｔ
）−ｈ、　（５−２−Ｊｔ）−・−ｈ、（＋−＋−Ｊｔ
　）−ｈ、（ＪＯ）・・・αρ ｈ、：、（ＩΔｔ）＋　ｈａ（ｏ）〜ｈ８（１Δｔ）は
得られている。

故に０９式よシ下記の式を順次計算すればプロセスのイ
ン／４’ルス応答が得られる。

ｈ、（Ｊｔ）・ｈａ（而・Ｊｔ）−・・・−り、（而・
Ｊｔ）・ｈｓ（Δ１）　）センサ応答診断時においては
上で得たグロセス特性を用いてセンサ自身の特性をとシ
出す。すなわちセンサのノイズ時系列データを、（１）
とする。

前と同様にして回帰モデルにあてはめ次にイン・ぐルス
応答ｈ　５（ｔ）をめる。たたみ込み積分衣現より（６
）式の関係式を得る。

但し　Ｔｈｐｇ　：診断時のセンサとプロセスの両特性
を含むイン・ぞルス 応答 ｈ３：診断時センサ自身のイン・９ ルス応答 離散化表現を行い、ｈｐＨ（ｔ）とり、（ｔ）よりｈａ
（ｔ）を得る。

ｈＱｓ（ｔΔ１）＝Σｈａ（ｊΔη）・ｈｐ（＋Δｔ−
ｊΔη）ΔηＪ＝０ ＝　ｈａ（０）・ｈｐ（ｉΔｔ）Ｊｔ　（Δｔ＝Δηと
する）＋ｈｌｌ（Ｊｔ）・ｈ、（宜・Ｊｔ）・Δｔ＋ｈ
、（ｔΔを戸り、（０）Δを 従って ｈｓ（Ｊｔ）・ｈｐＱ−＋・Ｊｔ）　−・−ｈ、（ｉ−
１・Ｊｔ）・ｈ、（Ｊｔ））　・（１１故Ｋｈｓ（Ｊｔ
）〜ｈｓ（ｔΔｔ）は順次求まる。

−ｈａ（Ｊｔ）・ｈ−］・Δｔ）−・・・−ｈ８ＣかＪ
ｔ）・ｈ、（Δを月こうして得たセンサ自身のイン・ぐ
ルス応答ｈ［ｌ（ｔ’を積分してインディシャル応答を
める。

＝Σｈａ（ｔ−ｊΔｔ）Ｊｔ　・・・α◆ｊ−＋ ８　Ｂ　（ｔ）の整定値の６３．２％に達する時間は診
断時センサの応答時間τである。（センサの正常応答状
態において得たセンサ自身の正常時応答時間をτ。とす
る） τ〉α、ＩＩτ。又は　τ〉τ０＋α、　・・・（５）
但し　α８．α、：正の定数 この時にはセンサ応答時間が正常値より遅れていると判
断し従来通りに警報と出力を行う。

以上の如く本発明によれば診断前にセンサ自身の正常時
応答時間τ。及びプロセスの特性り、（ｔ）をめてこれ
らを参照データとして保管し、診断時はノイズ時系列デ
ータｘ　（ｔ）のみを収集し、ｈ、（ｔ）を用いてセン
ナのインパルス応答ｈ［１（ｔ）を得、更にτを推定し
てτ。と比較しセンサ応答時間を診断するようになされ
ているので、サンナの応答性異常を従来の装置よシ高精
度且つ早期に診断できる等の優れた効果が奏せられるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の構成を示す図、第２図は本発明の一実
施例の構成を示す図、第３図（Ａ）　（Ｂ）はそれぞれ
本発明の一実施例におけるノロセスとセンサおよび言−
１測デ一タ間の関係を示す図である。 ７・・・アイソレータ、８・・・バンドパスフィルタ、
９・・・アンプ、１０・・・スイッチ、１ノ・・・信号
、１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・データの格納、
１４゜２０、ノ００・・・判断、１５〜１９，１２０〜
１５０・・・計算処理、２ノ・・・センサ正常時応答時
間データ人力および格納、２２・・・センサ応答異常警
報および応答時間の正常値との比率出力、１６０・・・
センサ正常時インノ４ルス応答データ入力および格納。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プロセスを検出するセンサと、このセンサによシ検出さ
   れた信号から診断に必要な信号を診断装置に取り込む手
   段と、予め上記センナの正常時の応答時間データおよび
   インパルス応答データをそれぞれディジタル形式にて格
   納する手段と、診断時のセンサ出力ノイズ時系列データ
   をに勺変換してディジタル形式にて格納する手段と、上
   記センサ出力ノイズ時系列データから祷られるセンサと
   プロセスの両特性を含むインパルス応答、！：　上記ゾ
   ロセスのインノＪ？ルス応答よυセンサのみのインパル
   ス応答を時系列で取シ出す手段と、この手段により取シ
   出された時系列のセンサのみのインパルス応答データを
   用いてセンサ自身の応答時間を推定する手段とを具備し
   、上記センサ出力ノイズ時系列データを時間領域でゾロ
   セスゆらぎのもつ遅れ特性を補償することによシセンサ
   の応答異常を診断するようにしてなることを特徴とする
   検出器応答異常診断装置。