KR20220024669A - 플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램 - Google Patents

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마유미 사이토
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미츠비시 파워 가부시키가이샤
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Abstract

플랜트 감시 장치(20)는, 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 상태량 취득부(211)와, 상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 이상도 산출부(212)와, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를, 통계적 수법을 이용하여 산출하는 거리 산출부(213)와, 산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 판정부(214)를 구비한다.

Description

플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램
본 발명은, 플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램에 관한 것이다.
본원은, 2019년 8월 1일에, 일본에 출원된 특원 2019-142330호에 근거하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
가스 터빈 발전 플랜트, 원자력 발전 플랜트, 혹은 화학 플랜트와 같은 각종 플랜트에서는, 복수의 평가 항목(온도, 압력 등) 각각의 검출값(상태량)의 번들을 취득하고, 이들 검출값의 경향에 근거하여, 플랜트가 정상적으로 운전되고 있는지 아닌지를 감시하고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 복수의 검출값의 번들에 의하여 구성되는 단위 공간을 기준으로 하여, 평가 시점에 있어서 취득된 검출값의 번들의 마할라노비스 거리를 산출하고, 이 마할라노비스 거리가 미리 정해진 임곗값을 초과하는 경우는, 플랜트의 운전 상태가 이상(異常)하거나, 또는, 이상하게 될 전조가 있다고 판단하는 기술이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2012-67757호
플랜트가 갖는 설비에는, 센서에 의한 검출값(예를 들면 보일러 탱크의 용량, 수위 등)에 대하여, 정상인 범위를 규정한 제한값이 마련되어 있는 경우가 있다. 그러나, 마할라노비스 거리를 이용하여 이상의 유무를 검출하는 종래의 방법에서는, 이들 검출값의 제한값은 이상 검출에 이용되고 있지 않다. 그러면, 소정 센서의 검출값이 제한값에 가까운 경우이더라도, 마할라노비스 거리가 임곗값 이내인 경우는, 플랜트의 이상의 전조를 검출할 수 없을 가능성이 있었다.
본 발명은, 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 플랜트의 이상을 조기에 검출할 수 있는 플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램을 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 의하면, 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 장치는, 상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 상태량 취득부와, 상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 이상도 산출부와, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의, 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를 통계적 수법을 이용하여 산출하는 거리 산출부와, 산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 판정부를 구비한다.
본 발명의 제2 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서, 상기 거리 산출부는, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 상태량으로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량의 마할라노비스 거리를 산출함과 함께, 산출된 복수의 상기 이상도 중 최댓값에 근거하여 상기 마할라노비스 거리를 보정한 합성 거리를 상기 거리로서 산출하고, 상기 판정부는, 상기 합성 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정한다.
본 발명의 제3 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서, 상기 거리 산출부는, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량을 상기 이상도로 보정하며, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 상태량으로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 보정 후의 상기 상태량의 마할라노비스 거리를 상기 거리로서 산출하고, 상기 판정부는, 상기 마할라노비스 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정한다.
본 발명의 제4 양태에 의하면, 제1 양태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서, 상기 거리 산출부는, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 이상도로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 상기 이상도의 마할라노비스 거리를 상기 거리로서 산출하고, 상기 판정부는, 상기 마할라노비스 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정한다.
본 발명의 제5 양태에 의하면, 제2 내지 제4 중 어느 일 양태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서, 상기 이상도 산출부는, 상기 상태량이 상기 제한값에 도달했을 때의 상기 이상도의 값이, 상기 임곗값에 일치하도록, 상기 이상도를 산출한다.
본 발명의 제6 양태에 의하면, 제1 내지 제5 중 어느 일 양태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도에 근거하여 상기 특성 항목마다의 SN비를 산출하는 SN비 산출부와, 상기 판정부에 의하여 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우, 산출된 상기 SN비에 근거하여 상기 플랜트의 이상의 원인을 추정하는 원인 추정부를 더 구비한다.
본 발명의 제7 양태에 의하면, 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 방법은, 상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 스텝과, 상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 스텝과, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를, 통계적 수법을 이용하여 산출하는 스텝과, 산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 스텝을 갖는다.
본 발명의 제8 양태에 의하면, 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 장치의 컴퓨터를 기능시키는 프로그램은, 상기 컴퓨터에, 상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 스텝과, 상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 스텝과, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를, 통계적 수법을 이용하여 산출하는 스텝과, 산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 스텝을 실행시킨다.
상술한 어느 일 양태에 관한 플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램에 의하면, 플랜트의 이상을 조기에 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 감시 대상의 일례인 플랜트의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 기능 구성을 나타내는 도이다.
도 3은 마할라노비스 거리의 개념을 나타내는 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 관한 이상도의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서의 마할라노비스 거리의 일례를 나타내는 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치에 대하여, 도 1~도 7을 참조하면서 설명한다.
본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 소정의 감시 타이밍(예를 들면, 1시간)마다 플랜트(1)의 운전 상태를 감시하기 위한 장치이다. 플랜트 감시 장치(20)는, 마할라노비스·타구치법(이하, MT법이라고도 기재한다)을 이용하여 플랜트(1)의 운전 상태가 정상인지 이상한지를 판정함과 함께, 이상의 원인을 추정한다.
(플랜트의 개략)
도 1은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 감시 대상의 일례인 플랜트의 개략도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관한 플랜트(1)는, 가스 터빈 콤바인드 사이클 발전 플랜트이고, 가스 터빈(10)과, 가스 터빈 발전기(11)와, 배열 회수 보일러(12)와, 증기 터빈(13)과, 증기 터빈 발전기(14)와, 제어 장치(40)를 구비한다. 또한, 다른 실시형태에서는, 플랜트(1)는, 가스 터빈 발전 플랜트, 원자력 발전 플랜트, 화학 플랜트 등이어도 된다.
가스 터빈(10)은, 압축기(101)와, 연소기(102)와, 터빈(103)을 구비하고 있다. 압축기(101)는, 흡기구로부터 투입된 공기를 압축한다. 연소기(102)는, 압축기(101)로부터 도입된 압축 공기에 연료(F)를 혼합하여 연소시켜, 연소 가스를 생성한다. 터빈(103)은, 연소기(102)로부터 공급된 연소 가스에 의하여 회전 구동한다. 가스 터빈 발전기(11)는, 터빈(103)의 로터(104)와, 압축기(101)를 개재하여 연결되며, 로터(104)의 회전에 의하여 발전한다. 배열 회수 보일러(12)는, 터빈(103)으로부터 배출된 연소 가스(배기 가스)로 물을 가열하여, 증기를 생성한다. 증기 터빈(13)은, 배열 회수 보일러(12)로부터의 증기로 구동한다. 또, 증기 터빈(13)으로부터 배출되는 증기는, 복수기(復水器)(132)로 물로 되돌려져, 급수 펌프를 통하여 배열 회수 보일러(12)로 보내진다. 증기 터빈 발전기(14)는, 증기 터빈(13)의 로터(131)와 연결되어, 로터(131)의 회전에 의하여 발전한다.
또, 플랜트(1)의 각부(各部)에는, 도시 생략의 복수의 센서가 장착된다. 각 센서가 검출하는 센서값은, 예를 들면, 대기압, 대기 온도, 압축기(101)의 차실(車室)의 입구 공기 온도 및 출구 공기 온도, 압축기(101)의 차실 내의 압력, 연소기(102)에 공급되는 연료(F)의 압력, 터빈(103)의 차실의 입구 연소 가스 온도 및 출구 연소 가스 온도, 터빈(103)의 차실 내의 압력, 가스 터빈 발전기(11)의 출력, 배열 회수 보일러(12)의 수위 레벨, 증기 터빈(13)의 차실 내의 온도, 증기 터빈 발전기(14)의 출력, 로터(104) 및 로터(131)의 회전 속도 및 진동 등이다.
제어 장치(40)는, 플랜트(1)의 운전 상태에 따라 자동적으로, 또는, 작업자의 조작을 접수하여, 플랜트(1)의 각부의 동작을 제어한다.
(플랜트 감시 장치의 기능 구성)
도 2는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 기능 구성을 나타내는 도이다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 플랜트 감시 장치(20)는, CPU(21)와, 입출력 인터페이스(22)와, 표시부(23)와, 조작 접수부(24)와, 기억부(25)를 구비하는 컴퓨터이다.
입출력 인터페이스(22)는, 플랜트(1)의 각부에 장착된 센서로부터, 복수의 특성 항목마다의 상태량의 입력을 접수한다.
표시부(23)는, 플랜트(1)의 감시에 관한 각종 정보를 표시하기 위한 디스플레이이다. 예를 들면, 표시부(23)는, 플랜트(1)의 이상이 이상하다고 판정된 경우, 이상의 원인으로 추정되는 특성 항목에 관한 정보를 포함하는 이상 정보를 표시한다.
조작 접수부(24)는, 플랜트(1)의 감시를 행하는 작업자에 의한 조작을 접수하기 위한 키보드, 마우스 등의 장치이다.
CPU(21)는, 플랜트 감시 장치(20) 전체의 동작을 담당하는 프로세서이다. CPU(21)는, 미리 준비된 프로그램에 따라 각종 연산 처리를 실행함으로써, 상태량 취득부(211), 이상도 산출부(212), 거리 산출부(213), 판정부(214), SN비 산출부(215), 원인 추정부(216), 출력부(217)로서의 기능을 발휘한다.
상태량 취득부(211)는, 플랜트(1)의 각부에 마련된 복수의 센서 각각이 계측한 센서값, 및 플랜트(1)의 제어 신호의 값(지령값)을, 입출력 인터페이스(22)를 통하여 취득한다. 센서값 및 지령값은, 본 실시형태에 있어서의 특성 항목마다의 상태량의 일례이다. 상태량 취득부(211)는, 소정 시간(예를 들면 1분)마다 상태량을 취득하여, 기억부(25)에 기억하고 축적한다.
이상도 산출부(212)는, 플랜트(1)의 감시 타이밍에 취득된 상태량에 대하여, 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출한다.
거리 산출부(213)는, 플랜트(1)의 감시 타이밍에 취득된 상태량 및 이상도의, 플랜트(1)의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를 통계적 수법을 이용하여 산출한다. 거리 산출부(213)가 산출하는 거리는, 구체적으로는, 마할라노비스 거리이다. 마할라노비스 거리란, 단위 공간으로서 나타나는 기준(정상 시)의 표본과, 감시 타이밍에 취득한 새로운 표본(상태량 및 이상도)의 차이의 크기를 나타내는 척도이다.
판정부(214)는, 거리 산출부(213)에 의하여 산출된 거리(마할라노비스 거리)에 근거하여, 플랜트(1)의 운전 상태를 판정한다. 구체적으로는, 판정부(214)는, 마할라노비스 거리가 소정의 임곗값 이상인 경우, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정한다. 또한, 임곗값은, 미리 고정값이 설정되어 있어도 되고, 평가 시점부터 소정 시간 과거까지의 기간에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태에 근거하여, 감시 타이밍마다 새로운 값으로 갱신되도록 해도 된다.
SN비 산출부(215)는, 거리 산출부(213)에 의하여 산출된 거리에 근거하여 특성 항목마다, 타구치 메소드에 관한 SN비(Signal-Noise Ratio)를 산출한다.
원인 추정부(216)는, 판정부(214)에 의하여 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우, SN비 산출부(215)에 의하여 산출된 SN비에 근거하여 플랜트(1)의 이상의 원인을 추정한다.
출력부(217)는, 플랜트(1)의 감시에 관한 각종 정보를 출력한다. 예를 들면, 출력부(217)는, 감시 타이밍마다의 상태량, 이상의 유무의 판정 결과 등을 표시부(23)에 출력하여 표시시킨다. 또, 출력부(217)는, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우, 이상의 원인으로 추정되는 특성 항목에 관한 정보를 포함하는 이상 정보를 표시부(23)에 출력하여 표시시킨다. 또, 출력부(217)는, 전자 메일 등에 의하여 작업자의 단말 장치(도시 생략)에 이상 정보를 송신해도 된다.
기억부(25)에는, CPU(21)의 각부의 처리에 있어서 취득, 생성된 데이터 등이 기억된다.
(마할라노비스 거리)
도 3은, 마할라노비스 거리의 개념을 나타내는 개념도이다.
본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, MT법을 이용하여 플랜트(1)의 운전 상태가 정상인지 이상한지를 판정한다. 먼저, MT법에 의한 플랜트 감시 방법의 개요에 대하여, 도 3을 이용하여 설명한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 플랜트 감시 장치(20)의 상태량 취득부(211)가, 플랜트(1)의 센서값 1(y1) 및 센서값 2(y2)를 상태량 B(y1, y2)로서 취득한다고 가정한다. MT법에서는, 플랜트(1)의 정상 시에 취득된 복수의 상태량 B의 집합체를, 정상 시의 표본인 단위 공간 S로 하고, 소정 시점에 취득된 상태량 A(y1, y2)의 마할라노비스 거리 MD를 산출한다.
마할라노비스 거리 MD는, 단위 공간 S에 있어서의 센서값의 분산이나 상관에 따라 가중값 부여가 이루어진 거리이며, 단위 공간 S를 구성하는 데이터군과의 유사도가 낮을수록 큰 값이 된다. 여기에서, 단위 공간 S를 구성하는 상태량 B의 마할라노비스 거리 MD의 평균은 1이 되고, 플랜트(1)의 운전 상태가 정상인 경우, 상태량 A의 마할라노비스 거리 MD는 대략 4 이하에 들어간다. 그러나, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상이 되면, 이상의 정도에 따라 마할라노비스 거리 MD의 값은 커진다. 이와 같이, 마할라노비스 거리 MD는, 플랜트(1)의 이상의 정도(단위 공간 S로부터의 이간 정도)에 따라, 값이 커지는 성질을 갖고 있다. 또한, 도 3에는, 마할라노비스 거리 MD의 값이 1~5일 때의 등거리선(파선)의 예가 나타나 있다. 도 3의 예에서는, 단위 공간 S의 중심 B0으로부터 멀어질수록, 마할라노비스 거리 MD의 값은 1, 2, …로 커진다.
이 때문에, MT법에서는, 플랜트(1)의 운전 상태에 대하여, 마할라노비스 거리 MD가 미리 정해진 임곗값 Dc(예를 들면, "5") 이상인 경우는 이상하다고 판정하고, 임곗값 Dc 미만인 경우는 정상이라고 판정한다. 예를 들면, 소정 시각 t1에 취득된 상태량 A1의 마할라노비스 거리 MD_A1의 값은 임곗값 Dc 미만이기 때문에, 시각 t1에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태는 정상이라고 판정된다. 또, 소정 시각 t2에 취득된 상태량 A2의 마할라노비스 거리 MD_A2는 임곗값 Dc 이상이기 때문에, 시각 t2에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태는 이상하다고 판정된다.
여기에서, 센서값 1 및 센서값 2에는, 센서값끼리의 분산 및 상관과는 무관하게, 각각 제한값(상한값 및 하한값)이 미리 설정되어 있는 것으로 한다. 도 3의 범위 Rc는, 이 제한값의 범위를 모식적으로 나타낸 것이다. 예를 들면, 시각 t2에 취득한 상태량 A2는, 센서값 1 및 센서값 2 모두, 제한값의 범위 Rc 내에 포함되어 있다. 이 때문에, 제한값만으로 플랜트(1)의 이상의 유무를 감시한 경우, 시각 t2에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태는 정상이라고 판단되어 버린다. 한편, 마할라노비스 거리 MD_A2의 값은 임곗값 Dc 이상이 되기 때문에, 마할라노비스 거리 MD_A2를 참조함으로써, 플랜트(1)의 이상의 전조를 검출할 수 있다. 이와 같이, 종래의 플랜트 감시 수법에서는, 작업자는 제한값에 의한 감시와, 마할라노비스 거리에 따른 감시를 별개로 행할 필요가 있었기 때문에, 감시 작업이 번잡해져 있었다.
또, 소정 시각 t3에 취득된 상태량 A3에 대해서는, 센서값 1 및 센서값 2 모두 제한값의 범위 Rc 내이지만, 센서값 2의 값은 상한값에 가깝기 때문에, 어떠한 이상의 징후가 발생되어 있을 가능성이 있다. 그러나, 제한값에 의한 감시에서는, 센서값 2는 임곗값 미만이기 때문에 정상이라고 판단된다. 동일하게, 종래의 MT법에 의한 감시 수법에서는, 상태량 A3의 마할라노비스 거리 MD_A3은 임곗값 Dc 미만이기 때문에, 플랜트(1)의 운전 상태는 정상이라고 판정된다. 그러면, 종래의 감시 수법에서는 플랜트(1)의 이상의 전조를 검출하는 타이밍이 늦어 버릴 가능성이 있었다.
이상을 감안하여, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 플랜트(1)의 이상의 전조를 조기에 검출할 수 있도록, 제한값과 마할라노비스 거리의 쌍방을 조합한 감시 처리를 실시한다.
(플랜트 감시 장치의 처리 플로)
도 4는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 처리의 일례를 나타내는 플로차트이다.
본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 플랜트(1)의 운전 중, 상태량 취득부(211)에 의하여 플랜트(1)의 상태량(센서값 및 지령값)을 수집하여 기억부(25)에 축적한다. 플랜트 감시 장치(20)는, 이와 같이 기억부(25)에 축적한 상태량으로부터, 정상 시의 표본이 되는 단위 공간을 작성하여 기억부(25)에 기억한다. 또, 플랜트 감시 장치(20)는, 소정의 감시 타이밍(예를 들면, 1시간)마다 도 4에 나타내는 플랜트(1)의 운전 상태를 감시하는 일련의 처리를 실행한다.
플랜트 감시 장치(20)가 플랜트(1)의 운전 상태의 감시 처리를 개시하면, 상태량 취득부(211)는, 플랜트(1)의 상태량을 취득한다(스텝 S1).
다음으로, 이상도 산출부(212)는, 스텝 S1에서 취득한 상태량 각각에 대하여, 이상도를 산출한다(스텝 S2). 여기에서는, 센서값 1(예를 들면, 가스 터빈 출력) 및 센서값 2(예를 들면, 보일러 수위)를 각각 상태량으로서 취득한 것으로 한다. 또, 센서값 1 및 센서값 2에는, 각각 제한값(상한값 및 하한값)이 미리 마련되어 있다. 이 경우, 이상도 산출부(212)는, 센서값 1 및 센서값 2 각각의 이상도를 산출한다.
구체적으로는, 먼저, 이상도 산출부(212)는, 센서값이 제한값 이상이 되는 이상 측에 접근하고 있는 정도를 나타내는 접근도를 산출한다. 예를 들면, 접근도는, 이하의 식 (1)을 이용하여 구해진다.
[수학식 1]
접근도=1-(센서값-제한값)/(센서값의 평균값-제한값) … (1)
식 (1)로 나타나는 바와 같이, 접근도는, 센서값이 정상 측(센서 평균값)에 가까워질수록 작은 값("0")이 되고, 이상 측에 가까워질수록 큰 값이 된다. 또한, 제한값이 상한값 및 하한값의 쌍방을 포함하는 경우, 이상도 산출부(212)는, 상한값에 대한 접근도와, 하한값에 대한 접근도의 쌍방을 산출한다.
또, 이상도 산출부(212)는, 산출한 접근도에 근거하여 센서값 각각의 이상도를 산출한다.
도 5는, 본 발명의 일 실시형태에 관한 이상도의 일례를 나타내는 도이다.
이상도 산출부(212)는, 예를 들면 도 5에 나타내는 바와 같이, 접근도를 이상도로 변환하기 위한 함수 Fx를 미리 갖고 있고, 이 함수 Fx로부터 접근도에 대응하는 이상도를 산출한다. 또한, 본 실시형태에서는, 이상도는, 센서값이 제한값에 도달했을 때의 값이 마할라노비스 거리의 임곗값과 일치하도록 조정된다. 예를 들면, 마할라노비스 거리의 임곗값이 "5"인 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 센서값이 제한값에 도달했을 때의 접근도("1")가, 이상도 "5"로 변환되도록 함수 Fx가 규정되어 있다. 즉, 마할라노비스 거리 및 이상도의 임곗값은 동일한 값이 된다. 이와 같이, 이상도 산출부(212)는, 이상도를 마할라노비스 거리와 동일한 척도로 취급하도록 하고 있다.
다음으로, 거리 산출부(213)는, 스텝 S1에서 취득한 상태량과, 스텝 S2에서 산출한 이상도에 근거하여, 감시 타이밍에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태가 정상 시의 운전 상태로부터 어느 정도 멀어져 있는지를 나타내는 거리를 산출한다(스텝 S3).
구체적으로는, 먼저, 거리 산출부(213)는, 기억부(25)에 기억되어 있는 단위 공간을 기준으로 하여, 스텝 S1에서 취득한 상태량의 마할라노비스 거리를 산출한다. 다음으로, 거리 산출부(213)는, 스텝 S2에서 산출한 이상도에 근거하여 마할라노비스 거리를 보정한 합성 거리를 산출한다. 이때, 거리 산출부(213)는, 이하의 식 (2)를 이용하여 합성 거리를 산출한다. 식 (2)에 있어서, "MD"는 "마할라노비스 거리"를 나타낸다. "MD'"는 "합성 거리"를 나타낸다. "x"는, 스텝 S2에 있어서 산출된, 특성 항목 1~n 각각의 상태량의 이상도를 나타낸다.
[수학식 2]
Figure pct00001
즉, 상기 식 (2)는, 이상도 중 가장 큰 값과, 마할라노비스 거리 MD의 유클리드 놈으로서 합성 거리 MD'를 구하는 것이다. 또한, 상기 식 (2)는 일례이며, 다른 실시형태에서는, 거리 산출부(213)는, 상이한 식을 이용하여 합성 거리 MD'를 산출하도록 해도 된다. 또, 이때, 거리 산출부(213)는, 유클리드 놈 이외의 다른 거리(맨해튼 거리 등)를 구하도록 해도 된다.
다음으로, 판정부(214)는, 스텝 S3에서 판정된 합성 거리 MD'가 소정의 임곗값 이상인지 판정한다(스텝 S4). 임곗값은, 예를 들면 "5"로 설정되어 있는 것으로 한다. 판정부(214)는, 합성 거리 MD'가 임곗값 미만(5 미만)인 경우(스텝 S4：NO), 플랜트(1)의 운전 상태는 정상이라고 판정하고, 처리를 종료한다. 한편, 판정부(214)는, 합성 거리 MD'가 임곗값 이상(5 이상)인 경우(스텝 S4：YES), 플랜트(1)의 운전 상태는 이상하다고 판정하고, 다음의 처리로 진행한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치에 있어서의 마할라노비스 거리의 일례를 나타내는 도이다.
도 6은, 마할라노비스 거리 MD, 합성 거리 MD', 및 이상도 x 각각의 값이 "5"일 때의 등거리선의 일례를 중첩 표시한 것이다. 합성 거리 MD'는, 마할라노비스 거리 MD와 이상도 x의 최댓값의 유클리드 놈으로 나타나기 때문에, 마할라노비스 거리 MD 및 이상도 x 중 어느 것보다 큰 값이 된다. 이 때문에, 도 6에 나타내는 바와 같이, 합성 거리 MD'의 등거리선은, 마할라노비스 거리 MD의 등거리선보다 단위 공간 S의 중심으로 가까워지고, 또한, 이상도 x가 5 미만이 되는 범위 Rc 내에 포함된다.
MT법을 이용한 종래의 감시 수법에서는, 마할라노비스 거리 MD에만 근거하여 이상의 유무를 판정하고 있었다. 그러면, 도 6의 예에서는, 소정 시각 t3에 취득된 상태량 A3의 마할라노비스 거리 MD는 임곗값 미만(예를 들면, "3")이기 때문에, 이 시각 t3에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태는 정상이라고 판정된다. 또, 이때의 상태량 A3의 이상도 x의 최댓값이 "3"이었던 것으로 한다. 이 경우, 이상도 x의 최댓값도 임곗값 미만이기 때문에, 종래의 감시 수법에서는, 센서값 2의 이상도 x를 체크하고 있었다고 해도 이상은 발생되어 있지 않다고 판정된다.
한편, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 마할라노비스 거리 MD와 이상도 x의 최댓값의 유클리드 놈인 합성 거리 MD'에 근거하여 이상의 유무를 판정하고 있다. 그러면, 도 6의 예에서는, 소정 시각 t3에 취득된 상태량 A3의 마할라노비스 거리 MD_A3의 값이 "3", 이상도 x의 최댓값이 "4"인 경우, 상기 식 (2)에 의하여 합성 거리 MD'의 값은 "5"가 된다. 따라서, 합성 거리 MD'는 임곗값 이상이 되기 때문에, 판정부(214)는, 이 시각 t3에 있어서의 플랜트(1)의 운전 상태는 이상하다(이상의 가능성이 있다)고 판정한다.
이와 같이, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 종래의 마할라노비스 거리에서는 정상이라고 판정되어 있었던 영역이며, 센서값이 제한값에 접근하고 있는 이상도가 높은 영역(도 6의 사선으로 나타내는 영역 L)에 대해서도, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다(이상이 될 가능성이 있다)고 판단할 수 있다. 즉, 플랜트 감시 장치(20)는, 합성 거리 MD'에 근거하여 판정을 행함으로써, 종래의 마할라노비스 거리보다 이상도가 높은(제한값에 가깝거나 또는 제한값을 초과하고 있는) 상태량에 대한 감도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 플랜트 감시 장치(20)는, 실제로 센서값이 제한값을 초과하는 이상이 발생하는 것보다 이전의 단계에서, 플랜트(1)의 이상의 전조를 검출하는 것이 가능해진다.
판정부(214)에 의하여 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우(스텝 S4：YES), SN비 산출부(215)는 특성 항목마다의 SN비를 산출한다(스텝 S5).
구체적으로는, SN비 산출부(215)는, 스텝 S1에서 취득한 상태량(센서값 및 지령값)에 근거하여, 직교표 분석에 의한 항목 유무의 망대(望大) SN비를 구한다. SN비가 클수록, 그 상태량(계측값, 지령값)의 항목에 이상이 있을 가능성이 높다고 판단할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 SN비 산출부(215)는, 이상도 x가 임곗값 이상인 특성 항목에 대하여, SN비를 더 보정한다. 예를 들면, SN비 산출부(215)는, 이상도 x가 임곗값 이상인 특성 항목의 SN비를 규정의 값(예를 들면, "6db")으로 보정해도 된다. 또, SN비 산출부(215)는, 이상도 x의 값에 따른 소정값을 가산하여 SN비를 보정해도 된다.
다음으로, 원인 추정부(216)는, 스텝 S5에서 산출한 SN비에 근거하여, 플랜트(1)의 이상의 원인을 추정한다(스텝 S6). 예를 들면, 기억부(25)에는, 지금까지 플랜트(1)에서 발생한 이상 시의 특성 항목마다의 SN비의 패턴과, 이상의 발생 요인을 관련지은 이력 정보가 기억되어 있는 것으로 한다. 원인 추정부(216)는, 이력 정보로부터, 스텝 S5에서 산출한 특성 항목마다의 SN비의 패턴과 유사한 패턴을 패턴 매칭 등의 기술을 사용하여 추출한다. 그리고, 원인 추정부(216)는, 유사도가 높은 순으로 소정 수(예를 들면, 10개)의 패턴을 추출하고, 추출한 패턴과 관련지어진 발생 요인을, 현재 발생되어 있는 플랜트(1)의 이상 원인의 후보라고 추정한다.
또, 출력부(217)는, 스텝 S6에서 추정된 이상의 원인을 포함하는 이상 정보를 출력한다(스텝 S7). 예를 들면, 출력부(217)는, 이상 정보를 표시부(23)에 출력하여 표시시킨다. 또, 출력부(217)는, 전자 메일 등에 의하여 작업자의 단말 장치(도시 생략)에 이상 정보를 송신해도 된다. 이로써, 작업자는, 표시부(23) 또는 단말 장치를 개재하여 플랜트(1)의 운전 상태가 이상한(또는, 이상의 전조가 있는) 것을 인식함과 함께, 추정되는 이상 원인을 용이하게 알 수 있다. 또, 이상 정보에는, 특성 항목마다의 상태량 및 SN비, 추정되는 이상 원인마다의 대처 방법 등이 더 포함되어 있어도 된다.
(플랜트 감시 장치의 하드웨어 구성)
도 7은, 본 발명의 일 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치의 하드웨어 구성의 일례를 나타내는 도이다.
이하, 도 7을 참조하여, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)의 하드웨어 구성에 대하여 설명한다.
컴퓨터(900)는, CPU(901), 주기억 장치(902), 보조 기억 장치(903), 인터페이스(904)를 구비한다.
상술한 플랜트 감시 장치(20)는, 컴퓨터(900)에 실장(實裝)된다. 그리고, 상술한 플랜트 감시 장치(20)의 각부의 동작은, 프로그램의 형식으로 각각의 컴퓨터(900)가 갖는 보조 기억 장치(903)에 기억되어 있다. CPU(901)는, 프로그램을 보조 기억 장치(903)로부터 읽어내어 주기억 장치(902)에 전개하고, 당해 프로그램에 따라 상기 처리를 실행한다. 또, CPU(901)는, 프로그램에 따라, 처리에 따라 취득, 생성한 각종 정보를 기억하기 위한 기억 영역을 주기억 장치(902)에 확보한다. 또, CPU(901)는, 프로그램에 따라, 처리 중인 데이터를 기억하는 기억 영역을 보조 기억 장치(903)에 확보한다.
또한, 컴퓨터(900)는, 인터페이스(904)를 통하여, 외부 기억 장치(910)와 접속되어 있고, 상기 기억 영역은, 외부 기억 장치(910)에 확보되어도 된다.
또한, 적어도 하나의 실시형태에 있어서, 보조 기억 장치(903)는, 일시적이 아닌 유형(有形)의 매체의 일례이다. 일시적이 아닌 유형의 매체의 다른 예로서는, 인터페이스(904)를 통하여 접속되는 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 들 수 있다. 또, 이 프로그램이 통신 회선에 의하여 컴퓨터(900)에 전송되는 경우, 전송을 받은 컴퓨터(900)가 당해 프로그램을 주기억 장치(902)에 전개하여, 상기 처리를 실행해도 된다.
또, 당해 프로그램은, 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 또한, 당해 프로그램은, 상술한 기능을 보조 기억 장치(903)에 이미 기억되어 있는 다른 프로그램과의 조합으로 실현되는 것, 이른바 차분 파일(차분 프로그램)이어도 된다.
(작용 효과)
이상과 같이, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 플랜트(1)의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 상태량 취득부(211)와, 플랜트(1)의 감시 타이밍에 취득된 상태량에 대하여, 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 이상도 산출부(212)와, 감시 타이밍에 취득된 상태량 및 이상도의, 플랜트(1)의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를 통계적 수법을 이용하여 산출하는 거리 산출부(213)와, 산출된 거리에 근거하여, 플랜트(1)의 운전 상태를 판정하는 판정부(214)를 구비한다.
이와 같이 함으로써, 플랜트 감시 장치(20)는, 상태량이 이상 측에 어느 정도 접근하고 있는지를 나타내는 이상도를 가미하여, 플랜트(1)의 이상의 유무를 조기에 검출할 수 있다.
또, 거리 산출부(213)는, 플랜트(1)의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상태량으로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 감시 타이밍에 취득된 상태량의 마할라노비스 거리 MD를 산출함과 함께, 산출된 복수의 이상도 중 최댓값에 근거하여 마할라노비스 거리 MD를 보정한 합성 거리 MD'를 산출한다. 판정부(214)는, 합성 거리 MD'가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정한다.
종래의 MT법을 이용한 감시 수법에서는, 감시 타이밍에 있어서의 상태량이 제한값을 초과했는지 아닌지는 감시되고 있지 않았다. 그러면, 도 3의 예(상태량 A3)와 같이, 상태량이 제한값에 도달할 것 같은 경우이더라도, 마할라노비스 거리에서는 정상이라고 판단되는 경우가 있기 때문에, 플랜트(1)의 이상의 전조를 조기에 검출할 수 없을 가능성이 있었다.
그러나, 본 실시형태에서는, 플랜트 감시 장치(20)는, 상술한 바와 같이 이상도로 보정된 합성 거리 MD'에 근거하여 이상의 유무를 판정함으로써, 종래의 마할라노비스 거리보다 이상도가 높은(제한값에 가깝거나 또는 제한값을 초과하고 있는) 상태량에 대한 감도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 플랜트 감시 장치(20)는, 실제로 센서값이 제한값을 초과하는 이상이 발생하는 것보다 이전의 단계에서, 플랜트(1)의 이상의 전조를 검출하는 것이 가능해진다.
또한, 작업자는 종래와 같이 마할라노비스 거리에 의한 판정 결과와, 제한값에 의한 판정 결과를 각각 별개로 확인하지 않고, 합성 거리 MD'에 의한 판정 결과만을 참조하면 된다. 이 때문에, 본 실시형태에 관한 플랜트 감시 장치(20)는, 작업자의 감시 부하를 저감시킬 수 있다.
또, 이상도 산출부(212)는, 상태량이 제한값에 도달했을 때의 이상도의 값이, 마할라노비스 거리 MD의 임곗값에 일치하도록, 이상도를 산출한다.
이와 같이, 플랜트 감시 장치(20)는, 이상도를 마할라노비스 거리 MD와 동일한 척도로 취급하도록 하여, 거리 산출부(213)에 있어서의 계산을 용이하게 할 수 있다.
또, 플랜트 감시 장치(20)는, 감시 타이밍에 취득된 상태량 및 이상도에 근거하여 특성 항목마다의 SN비를 산출하는 SN비 산출부(215)와, 판정부(214)에 의하여 플랜트(1)의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우, 산출된 SN비에 근거하여 플랜트(1)의 이상의 원인을 추정하는 원인 추정부(216)를 더 구비한다.
이와 같이 함으로써, 플랜트 감시 장치(20)는, 이상도를 가미하여 SN비를 산출함으로써, 이상의 원인을 보다 양호한 정밀도로 추정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 이들에 한정되는 경우는 없고, 다소의 설계 변경 등도 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시형태에 있어서, 플랜트 감시 장치(20)는, 이상도에 근거하여 마할라노비스 거리 MD를 보정한 합성 거리 MD'를 산출하고(도 4의 스텝 S3), 합성 거리 MD'에 근거하여 플랜트(1)의 운전 상태가 정상인지 아닌지를 판정하는(도 4의 스텝 S4) 양태에 대하여 설명했지만, 이에 한정되는 경우는 없다.
다른 실시형태에서는, 플랜트 감시 장치(20)는, 스텝 S3~S4에 있어서, 이하와 같은 처리를 행하도록 해도 된다. 먼저, 거리 산출부(213)는, 스텝 S1에서 취득한 상태량을 스텝 S2에서 산출한 이상도로 보정한다. 다음으로, 거리 산출부(213)는, 단위 공간을 기준으로 하여, 이 보정 후의 상태량의 마할라노비스 거리를 산출한다(스텝 S3). 또, 판정부(214)는, 마할라노비스 거리가 임곗값 이상인지 아닌지에 근거하여, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상한지 아닌지를 판정한다(스텝 S4).
또, 추가로 다른 실시형태에서는, 플랜트 감시 장치(20)는, 스텝 S3~S4에 있어서, 이하와 같은 처리를 행하도록 해도 된다. 먼저, 거리 산출부(213)는, 단위 공간을 기준으로 하여, 스텝 S2에서 산출한 이상도의 마할라노비스 거리를 산출한다(스텝 S3). 이 경우, 기억부(25)에는, 플랜트(1)의 정상 시에 수집된 상태량에 근거하여 산출된 이상도로 이루어지는 단위 공간이 미리 기억되어 있는 것으로 한다. 또, 판정부(214)는, 마할라노비스 거리가 임곗값 이상인지 아닌지에 근거하여, 플랜트(1)의 운전 상태가 이상한지 아닌지를 판정한다(스텝 S4).
이와 같은 양태이더라도, 상술한 실시형태와 동일한 효과를 얻는 것이 가능하다.
산업상 이용가능성
상술한 어느 일 양태에 관한 플랜트 감시 장치, 플랜트 감시 방법, 및 프로그램에 의하면, 플랜트의 이상을 조기에 검출할 수 있다.
1 플랜트
20 플랜트 감시 장치
21 CPU
211 상태량 취득부
212 이상도 산출부
213 거리 산출부
214 판정부
215 SN비 산출부
216 원인 추정부
217 출력부
22 입출력 인터페이스
23 표시부
24 조작 접수부
25 기억부
40 제어 장치

Claims (8)

  1. 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 장치로서,
    상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 상태량 취득부와,
    상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 이상도 산출부와,
    상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의, 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를 통계적 수법을 이용하여 산출하는 거리 산출부와,
    산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 판정부를 구비하는 플랜트 감시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리 산출부는, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 상태량으로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량의 마할라노비스 거리를 산출함과 함께, 산출된 복수의 상기 이상도 중 최댓값에 근거하여 상기 마할라노비스 거리를 보정한 합성 거리를 상기 거리로서 산출하고,
    상기 판정부는, 상기 합성 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정하는, 플랜트 감시 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리 산출부는, 상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량을 상기 이상도로 보정하며, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 상태량으로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 보정 후의 상기 상태량의 마할라노비스 거리를 상기 거리로서 산출하고,
    상기 판정부는, 상기 마할라노비스 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정하는, 플랜트 감시 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 거리 산출부는, 상기 플랜트의 운전 상태가 정상일 때에 취득된 상기 이상도로 이루어지는 단위 공간을 기준으로 하여, 상기 이상도의 마할라노비스 거리를 상기 거리로서 산출하고,
    상기 판정부는, 상기 마할라노비스 거리가 소정의 임곗값보다 큰 경우, 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정하는, 플랜트 감시 장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상도 산출부는, 상기 상태량이 상기 제한값에 도달했을 때의 상기 이상도의 값이, 상기 임곗값에 일치하도록, 상기 이상도를 산출하는, 플랜트 감시 장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도에 근거하여 상기 특성 항목마다의 SN비를 산출하는 SN비 산출부와,
    상기 판정부에 의하여 상기 플랜트의 운전 상태가 이상하다고 판정된 경우, 산출된 상기 SN비에 근거하여 상기 플랜트의 이상의 원인을 추정하는 원인 추정부를 더 구비하는, 플랜트 감시 장치.
  7. 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 방법으로서,
    상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 스텝과,
    상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 스텝과,
    상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를, 통계적 수법을 이용하여 산출하는 스텝과,
    산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 스텝을 갖는 플랜트 감시 방법.
  8. 플랜트의 운전 상태를 감시하기 위한 플랜트 감시 장치의 컴퓨터를 기능시키는 프로그램으로서, 상기 컴퓨터에,
    상기 플랜트의 복수의 특성 항목 각각의 상태량을 취득하는 스텝과,
    상기 플랜트의 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량에 대하여, 상기 특성 항목마다 미리 설정된 제한값을 기준으로 한 이상 측으로의 접근 정도를 나타내는 이상도를 산출하는 스텝과,
    상기 감시 타이밍에 취득된 상기 상태량 및 상기 이상도의 상기 플랜트의 정상 시의 운전 상태로부터의 이간 정도를 나타내는 거리를, 통계적 수법을 이용하여 산출하는 스텝과,
    산출된 상기 거리에 근거하여, 상기 플랜트의 운전 상태를 판정하는 스텝을 실행시키는 프로그램.
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