JPS63193207A - プラントの異常診断装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、プラントの異常を検知する診断装置に関する
。

（従来の技術） プラントの異常を検知する診断装置において、異常を検
知する方法には、制限値監視、変化率監視、実行値監視
等多くの方法がある。これらは、１信号単位の監視であ
るため、相互に無関係な独立した信号に対しては有効で
ある。しかし、プラントの特性を考えると、多くの信号
は、相互に関係し合い、バランス関係（例えば、Ｘ信号
の値が決まればＹ信号の値が決まるといったような関係
）を持っている。そのため、より正確なプラントの異常
を検知するため、このバランス関係について監視する方
法がとられる場合がある。

従来のこのバランス関係を監視（以下バランス監視と称
す）する方法としては、２信号Ｘ、Ｙの関係を単純な一
次方式Ｙ＝ａＸ＋ｂとして定義し、入力信号の値Ｘｉｔ
　Ｙｉに対して偏差Ｅｉ＝　ｌ　Ｖｉ−ａＹｌ　　ｂ　
１を計算し、この偏差Ｅ１に対してしきい値Ｅ＾を設け
てＥ、≧Ｅ＾で異常を検知している。この関係を図に示
すと、第８図に示す様になり、Ｘ−Ｙの関係が斜線部分
に入ると異常としている。この様な信号の組合せを数多
く設定することでプラント全体のバランス監視を行なっ
ている。

また、各信号の組合せで、設定される関係式の定数ａ、
ｂ、及び、しきい値ＥＡ等は、基準データといわれ、こ
の基準データは、プラント起動時等による広い範囲の運
転操作時、プロセス信号のデータを収集して作成される
。

基準データの作成方法としては、収集されたデータにつ
いて最小２乗法を用いて一次式Ｙ　＝ａＸ＋ｂとしてフ
ィッティングして求める。この時の定数ａ、ｂは下記式
により求まる。

ｎ：収集されたデータ点数 この時のデータのばらつきを表わす標準偏差δＢは、下
記のように表わされる。

また異常検知に使用されるしきい値Ｅ＾は、データのば
らつきを考え、上記標準偏差の何倍かを設定するのが通
常である０式で示すと Ｅ＾＝Ｋ・δＢ　　　　　　　　　　　・・・・・・に
）Ｋ：パラメータ これらの関係を図に示すと第９図のように示される。こ
こで、第９図中のＡの直線はフィッティング操作で求め
られたＸ−Ｙの関係を表わす一次弐Ｙ＝ａＸ＋ｂであり
、Ｂ、Ｃの境界線は、しきい値ＥＡに対する一次式Ｙ　
＝ａＸ＋　ｂ　＋［Ａ及びＹ＝ａＸ＋ｂ−ＥＡを表わし
ている。

次に、これらの基準データを使用した実際の異常検知方
法を説明する。まず、前記のようにして求まった基準デ
ータを使用し、プロセス信号のサ　・ンプリング周期毎
に下記計算式により偏差を求める。

１１２ｔ＝＝ｙｔ−ａＸｔ−ｂ　　　　　　　　　　　
　　　　”””■Ｅｔ：時刻ｔにおける偏差 Ｘｔ、Ｙｔ：時刻ｔにおけるプロセス値ａ、ｂ：基準デ
ータ作成で求められた定数この偏差Ｅ、について時定数
を加味し重みによる移動平均を計算する。

ｖ−ｉ　　　　ｔ Ｅｔ’　＝Ｔ−Ｅ、’　＋、＋〒融　　　　　　・・・
・・・０ただしＶ＝Ｔｍ／Δ。

Ｅｐ’　　：移動平均された今回の偏差Ｅｔ’−１：移
動平均された前回の偏差Ｅ、：時刻ｔでの偏差 Ｔ履　二時定数 Ａｔ：更新周期 求めた融′について異常判定を行なう。

Ｈｔ’ｌ≧ＥＡで異常　　　　　　　　　　・・・・・
・■ｌ　Ｅｔ’　ｌ　＜ＥＡで正常　　　　　　　　　
　・・・・・・■このようにして、サンプリング周期毎
に上記計算を行なうことにより正常／異常の検知を行な
っている。

以上バランス監視の基本的な考えを述べたが、ここで注
意しなければならないことは、異常検知に使用されるし
きい値ＥＡは、式■により求めた標準偏差δを使用して
いることで、この標準偏差δは、２信号Ｘ−Ｙの全信号
レベルにより平均化されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、実際には、２信号のバランス関係には、第１０
図のように信号レベルの低域ではばらつきが小さく、高
域になればばらつきが大きくなる場合もあり、このよう
な場合に平均化された標準偏差を使用すれば、低域では
異常検知しにくくなり、高域では異常検知しやすくなる
。

このように、従来技術では２信号間のバランス関係にお
いて、信号レベルにより標準偏差がちがう場合、異常検
知するための制限値が正確に設定することができず、異
常検知の正確さが損なわれる問題点があった。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） プラントよりプロセス信号を入力するためのプロセス入
出力制御手段と、そのプロセス入出力制御手段により入
力されたプロセス信号について、信号相互間に所定の関
数関係が成立することを利用してプロセス信号の正常、
異常を判定するための基準データを作成するための基準
データ作成手段と、その基準データ内の制限値を補正す
るための制限値補正手段と、その補正された制限値を基
にプロセス信号の突発的変化による信号相互間のバラン
ス関係のみだれを監視するためのバランス突変監視手段
と、その監視情報を出力するための情報出力手段を備え
、プロセス信号の正常、異常を判定するための制限値デ
ータを、信号レベルによって変動するバランスのばらつ
きに合った制限値データに補正することにより、信号レ
ベルの全領域について正確な制限値データを与えること
を特徴とする。

（作　用） これによりバランス監視中にバランス誤差の標準偏差を
逐次計算することにより、各信号レベル帯域に合った制
限値を設定することが可能となり、より正確な異常検知
が可能となる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に
説明する。

第１図は１本発明の一実施例ブロック図を示したもので
、診断装置１は、プロセス入出力制御装置２を介してプ
ラント３と接続されている。

診断装置ｉ！１は、プラント３よりプロセス信号をプロ
セス入出力制御装置２を介して入力するサンプリング処
理部４と、そのサンプリング処理部から起動されたバラ
ンス監視用の基準データを作成するためのプロセス信号
データを収集するデータ収集処理部５と、このデータ収
集処理部５により必要な点数分データ収集が完了すると
起動され基準データを作成するための基準データ作成処
理部６と、この基準データ作成処理部６の基準データ作
成完の情報を受け、サンプリング処理部４より現在のプ
ロセス信号データを入力し、突発的なバランスのみだれ
を検知するためのバランス突変監視処理部７と、このバ
ランス突変監視処理部７により異常検知のとき起動され
、その異常情報を出力するための異常情報出力処理部８
と、前記バランス突変監視処理部７から監視タイミング
毎に起動されるバランス突変監視処理部７に使用されて
いる制限値データを補正するための制限値補正処理部９
とからなり、さらにデータ記憶部としてバランス監視の
基準データを作成するためのプロセス信号データを収集
して保存するための収集データ記憶部１０と、この収集
データ記憶部１０のデータをもとに作成された基準デー
タを保存する作成基準データ記憶部１１と、初期にはこ
の作成基準データ記憶部１１と同じ制限値データが保存
され以後、制限値補正処理部９により逐次補正された制
限値データを保存する補正制限値データ記憶部１２と。

前記バランス突変監視処理部７および前記制限値補正処
理部９により異常を検知した時、その情報を保存する監
視情報データ記憶部１３とからなる。

また出力装置１４及び警報表示装置１５は前記異常情報
出力処理部８から情報を受けとり、実際に各種情報を出
力するための装置である。この第１図の中で実線の矢印
で示したものが各処理部間の起動制御の流れで１点線の
矢印で示したものが各処理部で使用する情報データの流
れを示している。また一点鎖線で囲まれた部分が本実施
例の特徴部分をなす処理部及び記憶部である。

以上の植成で、診断装置１は、第２図のフロー図に示す
ように、プロセス入出力制御装置２を介してプラント３
から加えられるプロセス信号をサンプリング処理部４に
より周期的に入力している（２０１）、　　そして、初
期状態時つまりバランス監視用の基準データが作成され
ていない時は（２０２のＮｏ）、データ収集処理部５を
起動する（２０３）。一方、基準データが既に作成済み
の場合は（２０２のＹＥＳ）、バランス突変監視処理部
７を起動しく２０４）、サンプリング処理部４を次回サ
ンプリング周期まで待機させる（２０５）、　　この処
理は、基準データ作成に必要なデータ点数分を収集する
まで繰り返され、停止要求があったとき終了する（２０
６）。

データ収集処理部５は、サンプリング処理部４より周期
的に入力されるプロセスデータを収集データ記憶部１０
へ保存し、必要点数収集されると、基準データを作成す
るため、基準データ作成処理部６を起動する。

即ち、第３図のフロー図に示すように、データ収集処理
部５は、サンプリング処理部４がら入力されるプロセス
データを入力しく３ｏｌ）、前回値と今回値を比較しプ
ロセス量の変動をチェックする（３０２）、　　そのプ
ロセス量即ちプラント３に変動があったか否か判断しく
３０３）、変動があった場合は全プロセスデータを収集
データ記憶部１ｏへ保存する。その都度データカウンタ
を更新しく３０５）、必要点数のデータを収集した場合
は（３０６のＹＥＳ）、基準データ作成処理部６を起動
する（３０７）。

起動された基準データ作成処理部６は、第４図のフロー
図に示すように、基準データを作成するためデータ収集
処理部５によって保存されたプロセス信号のデータ群を
収集データ記憶部１０より入力しく４０１）、信号Ｘ−
Ｙの組合せ番号をクリアしく４０２）、　　従来技術と
同様に最小２乗法により前記式の、■、■、に）を使用
して基準データである一次式Ｙ＝ａＸ＋ｂのａ、ｂ定数
、及び標準偏差δ８゜しきい値Ｅ＾を求める（４０４）
。

このようにしてすべての指定される信号の組み合わせに
ついて基準データを作成すると、この基準データを作成
基準データ記憶部１１へ保存する（４０５）。　このよ
うな処理を全ての信号Ｘ−Ｙの組合せについて行なった
のち（４０７）、　この作成された基準データと同じ標
準偏差δＢ、Ｌきい値ＥＡを制限値データとして補正制
限値データ記憶部１２にも保存して（４０８）、基準デ
ータ作成済みとする（４０９）。

このようにして作成された基準データである作成基準デ
ータ記憶部１１及び補正制限値データ記憶部１２を使用
してバランス監視を行なうが、バランス突変監視処理部
７は第５図のフロー図に示すように、まず、基準データ
作成完の情報を受けて（５０１）、作成基準データ記憶
部１２の基準データと。

制限値補正処理部９より補正された制限値データと、さ
らにサンプリング処理部４からの現在のプロセス信号を
受は取ると（５０２）、信号Ｘ−Ｙの組合せ番号をクリ
アしたのち（５０３）、後記に説明される式（１１）、
及び弐〇により偏差を求めて（５０５）、弐〇、■によ
り突発的なバランスのみだれを検知する（５０６）。も
し、異常を検知した場合は（５ｏ７のＹＥＳ）、その異
常情報を監視情報データ記憶部１３に保存する（５０８
）。　このような処理を全信号の組合わせについて実行
しく５０９）、　プラントに異常が生じたか否か判断し
たのち（５１０）、異常が発生した場合は、異常情報出
力処理部８を起動する（５１１）。

異常情報出力処理部８は、この情報に従って出方装置！
！１４及び警報表示装置１５への出力を行ない。次いで
、バランス突変監視処理部７は、監視タイミングごとに
制限値補正処理部９を起動する（５１２）。

本実施例の基本的な処理である制限値補正処理部９は、
バランス突変監視処理部７で異常検知をするための制限
値データを記憶している補正制限値データ記憶部１２の
制限値データを現状の信号レベルに合った制限値に補正
し逐次更新している。

この補正処理について以下に説明する。

制限値補正処理部９は、第６図のフロー図に示すように
、バランス突変監視処理部７の式■、０により求められ
た今回のバランス偏差Ｅ、、Ｅゎ′　を受は取り、補正
制限値データ記憶部１２より現在の制限値データである
標準偏差δＢｔ、　Ｌ／きい値ＥＡｔを受は取り、さら
に作成基準データ記憶部１１から基準データ作成した時
のデータを受は取る。これらのデータより制限値の補正
及び補正の妥当性をチェックする。

まずバランス偏差Ｅｔの変動量を表わす分散値を時定数
を加味した重みによる移動平均を考え下記式により求め
る。

ただしＷ＝Ｔｍ／Δｔ δＳ　：今回バランス偏差の移動平均による分散値δを
一：前回バランス偏差の移動平均による分散値Ｅｔ：式
（ハ）による今回バランス偏差Ｅｔ′：式０による今回
バランス偏差の移動平均値Ｔｍｍ待時定 数ｔ　　：更新周期 この分散値δｔは、バランス偏差の平均値Ｅｔ′に対し
て、標準偏差δ、のばらつきがあると考えることができ
、図で表わすと第　図のように斜線で示される部分を変
動していることになる。これらをもとに、現在の信号Ｘ
−Ｙに対する異常検知のためのしきい値としては、下記
式で表わされるデータを使用することにより正確な異常
検知が行なえることになる。

Ｅ＾＝Ｋ・δｔ　　　　　　　　　・・・・・・（１０
）Ｅ＾　：しきい値 に　：パラメータ δ、：ｓ準偏差 式（１０）により求められるしきい値は、基準データと
してＹ　＝ａＸ＋　ｂ　＋Ｅ１’　に対するしきい値で
あり、従来技術の弐〇で求めているバランス偏差Ｅｔは
、計算タイミングを考慮し、下記式を使用する必要があ
る。

Ｅ＠＝Ｙ＠−ａＸ＠−ｂ　　Ｅｔ’　−ｚ　　　　””
”（１１）Ｅ、：時刻ｔにおける偏差 Ｘ、−Ｙ、　：時刻ｔにおけるプロセス値ａ、ｂ：基準
データ作成により求められた定数Ｅ＊’−ｔ：移動平均
で求められた前回の偏差の平均値このようにして、従来
バランス突変監視処理部７で使用していた弐〇の代りに
式（１１）を使用し、補正制限値処理部９により弐〇、
　Ｏｏ）で求めた補正されたしきい値Ｅ＾を補正制限値
データ記憶部１２へ保存し、バランス突変監視処理部７
でこの補正されたしきい値を使用することにより、より
正確な異常検知が可能となる。

さらに、制限値補正処理部９は、この補正処理が正常か
チェックするために、下記処理を行なっている１通常、
バランス偏差の平均値は、プラント状態が作成された基
準データに合っていれば。

Ｏに近い値を示すが、実際には、プラント起動／停止等
による操作によりドリフト成分が発生し、徐々に値が大
きくなる場合がある。このような場合にもバランス監視
として異常を検知する必要があり、バランス偏差の平均
値Ｅｔ′　についてしきい値ＥＢを設け、下記式により
徐々に変化するバランスのみだれについても異常検知を
行なっている。

ｌＥｔ’ｌ≧Ｅ、　　　　で異常　　　・・・・・・（
１２）Ｅｔ’　：バランス偏差の平均値 Ｅａ：Ｌきい値 また、しきい値ＥＡの妥当性のチェックとして、基準デ
ータの作成特大〇で求められた標準偏差δＢと１式（１
０）で使用している標準偏差δ、との比率により行なっ
ている。

土Ｌ≧Ｎ　　　　で異常　　　・・・・・・（１３）δ
Ｂ δ、：現在使用されている標準偏差 ６Ｂ：基準データ作成詩才められた標準偏差このように
して、制限値の補正の妥当性についてチェックし式（１
２）又は（１３）により異常が検知されると制限値補正
処理部９は、その情報を監視情報データ記憶部１３へ保
存し、異常情報出力処理部８を起動する。

異常情報出力処理部８は、第７図のフロー図で示すよう
に、その情報を監視情報データ記憶部１３より取り出し
く７０１）、　　出力袋［１４及び警報表示装Ｍ１５＾
出力する（７０２）。

このように、制限値補正処理部９及び補正制限値データ
記憶部１２を設けることにより、現在のプラント状態に
対するバランス変動に応じた制限値が設定でき、正確に
バランスの突発的変化を検知することが可能となる。さ
らに、徐々にみだれるバランスの変化に対しても異常検
知が可能となるため、より正確なプラントの異常診断が
可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、バランス監視を
行なっている診断装置において、正確な制限値を設ける
ことができ、さらに徐々にみだれるバランスの変化に対
しても異常検知が可能となり、より正確なプラントの監
視が可能となる。

【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の異常診断
装置のブロック構成図、第２図は第１図のサンプリング
処理部の動作フロー図、第３図は第１図のデータ収集処
理部の動作フロー図、第４図は第１図の基準データ作成
処理部の動作フロー図、第５図は第１図のバランス突変
監視処理部の動作フロー図、第６図は第１図の制限値補
正処理部の動作フロー図、第７図は第１図の異常情報出
力処理部の動作フロー図、第８図〜第１１図は、バラン
ス監視での従来技術を説明するための基準データを示す
一次式と異常領域の関係図である。 １・・・診断装置、　　　　　２・・・プロセス入出力
制御装置、３・・・プラント、　　　　４・・・サンプ
リング処理部、５・・・データ収集処理部、６・・・基
準データ作成処理部。 ７・・・バランス突変監視処理部、８・・・異常情報出
力処理部、９・・・制限値補正処理部、　　　１０・・
・収集データ記憶部、１１・・・作成基準データ記憶部
、１２・・・補正制限値データ記憶部、１３・・・監視
情報データ記憶部、　１４・・・出力装置。 １５・・・警報表示装置、Ａ・・・基準データを示す一
次式の直線、Ｂ、Ｃ・・・異常レベルを示す境界線。 代理人　弁理士　　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 第　　２　図 第　　３　図 第　　４　図 第　　７　図 Ｘ 第　　８　図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プラントより入力されるプロセス信号間に所定の関係が
   成立することを利用して各プロセス信号の正常、異常を
   判定することにより、プラント異常を診断するプラント
   の異常診断装置において、プラントよりプロセス信号を
   入力するためのプロセス入出力制御手段と、そのプロセ
   ス入出力制御手段より入力されたプロセス信号について
   、信号相互間に所定の関数関係が成立することを利用し
   てプロセス信号の正常、異常を判定するための基準デー
   タを作成するための基準データ作成手段と、その基準デ
   ータ内の制限値を補正するための制限値補正手段と、そ
   の補正された制限値を基にプロセス信号の突発的変化に
   よる信号相互間のバランス関係のみだれを監視するため
   のバランス突変監視手段と、その監視情報を出力するた
   めの情報出力手段を備え、プロセス信号の正常、異常を
   判定するための制限値データを、信号レベルによって変
   動するバランスのばらつきに合った制限値データに補正
   することにより、信号レベルの全領域について正確な制
   限値データを与えることを特徴とするプラントの異常診
   断装置。