JPH06274784A - プラント監視診断装置およびその異常徴候識別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラントの異常の検出に先立って異常の徴候
を正常作動時に検出する。 【構成】 正常許容範囲内で異常徴候を示す信号変化パ
ターンを予め用意し、測定信号、設定信号、操作信号の
示す変化が異常徴候の変化パターンに合致したときに異
常徴候発生を検出し、およびその種類を識別する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正常作動範囲内にある
プラントの作動状態を監視して異常徴候を検出するプラ
ント監視診断装置およびその異常徴候識別方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プラントの作動状態を示す物性値、例え
ば温度や圧力を計測し、その計測結果及び制御する物性
値の制御指示に基づいてプラントの操作量を自動設定す
るプラント制御装置が知られている。このようなプラン
ト制御装置では上記計測結果から異常およびその異常内
容の診断まで実行することが可能になってきた。プラン
ト制御装置において用いられている異常検出方法には各
種の提案がなされているが、以下の共通点がある。すな
わち、計測信号に対して統計処理を施してプラントの作
動状態を表す特徴パラメータを作成し、パラメータ値が
予め定めた許容範囲内にあるときには正常と判断し、パ
ラメータ値が許容範囲を超えた時には異常と判断する点
である。このような異常検出方法の中で、異常の早期発
見を目的とするものには、例えば、特開平４−３０５７
９４号等がある。この提案には指令信号の標準偏差と、
計測信号の標準偏差との差を算出し、差が一定値を越え
た時には異常の発生と判断するようにした異常検出方法
が開示されている。

【０００３】多くのプラントにおいて、プラントの状態
を示す測定信号をプラント制御装置に入力し、その測定
信号が予め定めた基準値を逸脱した場合、異常と判定す
るリミットチェック法が採用されている。

【０００４】プラント制御装置で異常を検出した場合、
その異常に対して適切な処置をとることが重要である。
多くのプラント、とくに化学プラントにおいては安全の
最優先を図るため、その異常を検出した装置や系などを
自動的に停止させるインタ−ロックシステムが組み込ま
れている。

【０００５】大規模化学プラントの場合、ひとつのプラ
ントの停止が、パイプラインで接続されている複数のプ
ラントの停止を誘発する可能性があり、極めて高い信頼
性と安全性が要求される為、インターロックシステムが
作動する異常検出以前に異常の徴候を検出し、その原因
究明と対応処置を講ずることがもとめられている。

【０００６】そこで、本願出願人はプラントが正常範囲
で作動している間に正常範囲内に設けた異常徴候検出領
域にプラント状態が位置していることを測定信号により
判別し、異常徴候を検出するプラント監視診断装置を本
願の出願と同時に提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異常領
域に向う測定信号の変化パターンは図２，図３，図４に
示すように各種あり、変化パターンに応じて、異常原因
も異なる。そこで、異常徴候の種類内容を識別する点に
おいて、上記提案には改善の余地があった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑み
て、測定信号及びプラント制御装置の設定信号及び操作
信号から異常徴候の変化パターンを識別することの可能
なプラント監視診断装置およびその異常徴候識別方法を
提供することにある。

【０００９】このような目的を達成するために、請求項
１の発明は、プラントの正常作動範囲に対応した測定信
号の正常変動領域内でプラント及びプラント制御装置の
異常徴候を示す時系列的な変化パターン複数種を予め定
めておき、前記測定信号及びプラント制御装置の設定信
号及び操作信号をプラント監視診断装置に時系列で入力
し、前記測定信号、前記設定信号、前記操作信号の示す
変化パターンが前記複数種のいずれに合致するかを前記
プラント監視診断装置において判別することにより、プ
ラントの異常徴候およびその種類内容を識別することを
特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、さらに、前記変化パタ
ーンに、異常発生に至るまでの緊急度を示す情報を帯同
させ、前記プラント及びプラント制御装置の異常徴候の
識別結果に該緊急度を示す情報を付加することを特徴と
する。

【００１１】請求項３の発明は、プラントの正常作動範
囲に対応した測定信号の正常変動領域内で、該プラント
及びプラント制御装置の異常徴候を示す時系列的な変化
パターン複数種を記憶した記憶手段と、前記測定信号及
びプラント制御装置の設定信号及び操作信号を時系列的
に入力する入力手段と、当該入力した測定信号、設定信
号、操作信号の示す変化パターンに合致する変化パター
ンを前記記憶手段から抽出し、その抽出結果を、異常徴
候の種類内容として出力するパターン検出手段とを具え
たことを特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１，３の発明は、測定信号の正常変動領
域内で変動する測定信号及び設定信号、操作信号の変化
パターンの中から異常徴候を示すパターンをパターンマ
ッチングにより識別する。

【００１３】請求項２の発明は、変化パターンに緊急度
情報を付加し、ユーザに緊急度を知らせ、異常の発生に
備える。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１５】本発明の異常徴候識別方法の原理を説明す
る。

【００１６】図１は、測定信号の変化および異常徴候の
検出のために設けた領域を示す。図１において、Ｓは、
プラントの状態量、例えば、温度の制御目標となる制御
設定レベルを示す。ＸＨ，ＸＬは、異常徴候検出用の第
１上限しきい値および第１下限しきい値であり、固定し
きい値である。

【００１７】ＶＨ，ＶＬは異常徴候検出用の第２上限し
きい値および第２下限しきい値であり、変動しきい値で
ある。変動しきい値は周知のように現時点から一定期間
前での測定値の平均（移動平均と呼ばれる）に一定値を
加／減算したものである。ＹＨ，ＹＬは異常検出用の上
限しきい値および下限しきい値である。また、レベルＹ
Ｈ以上、レベルＹＨ以下を異常領域と呼び、レベルＹＨ
〜ＸＨの間、レベルＹＬ〜ＸＬの間を高レベル突変領域
と呼ぶことにする。また、レベルＸＨ〜ＸＬの間を低レ
ベル突変領域と呼ぶことにする。

【００１８】本実施例では、測定値が変動しきい値Ｖ
Ｈ，ＶＬ又は、ＸＨ，ＸＬを越えたときに異常徴候が発
生したとみなし、このときの測定値の位置が、低レベル
突変領域にあるか、高レベル突変領域にあるかの位置判
別を行う。

【００１９】また、隣接する２つの測定値の大小によ
り、測定信号の変化方向判別を行って、位置の判別結果
と、変化方向判別の結果に基づき測定信号の変化パター
ンが図１〜図４のいずれに対応するかの識別を行う。

【００２０】このために以下に述べる特徴パラメータＤ
Ｖ．ＴＲＳ，ＤＶ．ＡＢＳが算出され、これらの特徴パ
ラメータを選択的な組み合わせにより、変化パターンが
判別される。ＤＶ．ＴＲＳの算出に用いる変数およびそ
の算出式は以下の通りである。

【００２１】

【数１】時刻ｔの偏差DV(t) ＝時刻ｔの測定値PV(t) −
時刻ｔの制御設定値SV(t)

【００２２】

【数２】時刻ｔの変動上限しきい値VH(t) ＝時刻ｔでの
測定値の移動平均値＋一定値

【００２３】

【数３】時刻ｔの変動下限しきい値VL(t) ＝時刻ｔでの
測定値の移動平均値−一定値 時刻（ｔ）での偏差ＤＶ（ｔ）と変動しきい値ＶＨ
（ｔ），ＶＬ（ｔ）との間の関係を表わす状態値ＤＶ．
ＴＲＳは、

【００２４】

【数４】DV.TRS(t) ＝もしVL(t) ≦DV(t) ≦VH(t) のと
き NOR （異常徴候無し） もしVH(t) ＜DV(t) のとき UP （低レベル上
昇の異常徴候） もしVL(t) ＞DV(t) のとき DOWN（低レベル下
降の異常徴候） の論理関係式から求まる。（数４）からも判るように特
徴パラメータDV.TRSは測定値が変動しきい値で挾まれる
範囲を越えたこと、また越えた場合はその方向を示すパ
ラメータである。ＤＶ．ＴＲＳがＵＰ，ＤＯＷＮとなっ
たときには異常徴候発生と判断する。

【００２５】特徴パラメータＤＶ．ＡＢＳは以下の数式
から求められる。

【００２６】

【数５】DV.ABS(t) ＝もしXH≧DV(t) ≧XLのとき NOR
（異常徴候無し） もしXH＜DV(t) のとき HIGH（高レベル上昇の異常
徴候） もしXL＞DV(t) のとき LOW （低レベル下降の異常
徴候） ここで、ＸＨ，ＸＬは異常徴候検出用第１しきい値（図
１参照）である。ＤＶ．ＡＢＳ（ｔ）がＨＩＧＨまたは
ＬＯＷになったときは測定値が図１の高レベル突変領域
に位置していることを示す。

【００２７】このような特徴パラメータと測定値の偏差
状態（本発明の変化パターン）の関係を図５（ａ）に示
す。したがって、上記特徴パラメータの示す値が図５
（ａ）のどのような組み合わせになるかを判別すること
により、測定値の偏差状態が正常〜高レベル突変のいず
れかの変化パターンに合致するかを検出することができ
る。

【００２８】次に、上述の異常徴候の種類識別方法を用
いて異常徴候の検出，診断を行うプラント制御システム
を説明する。プラント制御システムの回路構成を図６に
示す。

【００２９】図６においてプラント３０はプラント制御
装置（ＤＣＳ）２０から操作制御信号を受け、所定の操
作量で運転される。プラント３０の作動状態を示す温
度、圧力等の状態量（以下、制御量と称す）は計測器に
より測定され、その測定結果を示す測定信号がＤＣＳ２
０に出力される。ＤＣＳ２０は制御量が予め定められた
応答特性（固定設定値を含む）に沿って変動するよう
に、測定信号に基づき操作量を可変設定する。プラント
監視診断装置１０はプラント制御装置の中の異常徴候検
出装置、異常徴候診断装置、異常検出装置として動作す
る。

【００３０】プラント監視診断装置１０内では以下の構
成部が共通バスに接続されている。

【００３１】中央演算処理装置（ＣＰＵ）１１：システ
ムメモリ１２に格納されたシステムプログラムに基づき
異常徴候検出処理、異常徴候診断処理、異常検出処理を
実行する。後述するがＣＰＵ１１が本発明の異常徴候の
パターン識別手段として動作する。

【００３２】システムメモリ１２：ＣＰＵ１１が実行す
る処理手順を規定したシステムプログラムをその処理内
容毎に格納する。また、演算処理に関わるワークデータ
をも一時記憶する。本発明に関わる異常識別検出のため
のプログラムおよび図５（ａ）に示す測定値の変化パタ
ーンと特徴パラメータの値の組み合わせもシステムメモ
リ１２に格納され、システムメモリ１２が本発明の記憶
手段に相当する。

【００３３】キーボード１３：ＣＰＵ１１に対する動作
指示を入力する。

【００３４】表示装置１４：キーボードからの入力情報
やＣＰＵ１１の演算結果をＣＰＵ１１の制御の下に表示
する。

【００３５】通信インターフェース（Ｉ／Ｆ）１５：Ｃ
ＰＵ１１とＤＣＳ２０との間で本発明の入力手段として
信号の転送を行う。ＤＣＳ２０からは制御量の測定信
号、設定信号、操作信号を受信し、ＤＣＳ２０に対し
て、新たな、設定信号または新たな操作信号を送信す
る。

【００３６】外部記憶装置１６：フロッピーディスク
（ＦＤ）またはハードディスク（ＨＤ）に対してプラン
ト測定結果及び異常徴候診断結果を記憶する。

【００３７】このような回路構成において実行される異
常徴候識別関連処理を図７を用いて説明する。図７はＣ
ＰＵ１１が実行する異常検出処理および異常徴候識別処
理の処理手順を示し、プログラム言語形態で予めシステ
ムメモリ１２に格納されている。この処理手順は一定時
間毎に割り込み処理でＣＰＵ１１において実行される。

【００３８】あるサンプリング時刻になると、ＣＰＵ１
１はＩ／Ｆ １５を介して、プラント測定信号、設定信
号、操作信号を入力し、外部記憶装置１６に記憶する
（Ｓ１０）。次に、ＣＰＵ１１は数１式〜数５式を用い
た演算を行い特徴パラメータＤＶ．ＴＲＳ，ＤＶ．ＡＢ
Ｓの値を求める（Ｓ２０）。

【００３９】次に、ＣＰＵ１１は２つの特徴パラメータ
の値の組み合わせに対応する偏差状態（すなわち、変化
パターン）を図５（ａ）のテーブルから取得する（Ｓ３
０）。識別された変化パターンに対応する異常徴候の故
障原因およびその対応処理がＣＰＵ１１によりシステム
メモリ１２から読出されＤＣＳ２０に送られる（Ｓ４
０）。

【００４０】以下、ＣＰＵ１１は一定時間毎に上記処理
手順を実行し、測定信号、設定信号、操作信号の変化状
態の識別を繰り返す。

【００４１】本実施例の他に、次の例を実施できる。

【００４２】１）測定値の位置が図１の異常領域に近ず
く程、異常に対処すべき緊急度が高まる。そこで、図８
に示すように、異常徴候に段階を設け、段階に応じた異
常対処に対する緊急度をＣＰＵ１１により判定し、判定
結果を表示装置１４に表示してユーザに緊急度を報らせ
ることもできる。さらに、この緊急度は、測定値の偏差
だけでなく、変化パターンと組み合わせて定めてもよ
い。緊急度を示す情報は予め用意した変化パターンに帯
同し、変化パターンの識別結果と共に表示する。

【００４３】２）本実施例ではリアルタイム的にプラン
ト制御を実行するために、四則演算で実行可能なパター
ン認識手法を用いて測定信号の変化パターンを識別して
いるが、本実施例に限らず、他の認識手法を用いること
ができる。例えば、現時点と前時点の操作信号の変化率
（または変化量）を変動しきい値と比較した結果（図５
の（ｂ）のΔＭＶ．ＴＲＳ）を特徴パラメータＤＶ．Ｔ
ＲＳと同時に用い、固定しきい値と比較した結果（図５
の（ｂ）のΔＭＶ．ＡＢＳ）を特徴パラメータＤＶ．Ａ
ＢＳと同時に用いると、測定信号のみを監視している場
合と比較して、より早期に異常徴候を検出することがで
きる。

【００４４】３）さらに、サンプリング間隔を長くとれ
る場合には、異常徴候の変化状態を示す曲線と時系列的
な測定値の示す曲線のパターンマッチング処理を行っ
て、類似の変化パターンを検出するようにすることも可
能である。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラントが正常範囲で作動している間に異常徴候を検出
できるだけでなく、その変化パターン内容から異常徴候
の種類を識別でき、また緊急度をも知ることができるの
でユーザは、好適な準備をして異常の発生に備えること
ができる。

【００４６】例えば、測定信号と操作信号に対し同時に
本発明を適用すれば、測定信号のみに適用している場合
と比較して、より早期に異常徴候を検出することができ
る。また、測定信号と設定信号に対し同時に本発明を適
用すれば、オペレータ等の操作による当然の変動は、一
旦は異常徴候として検出しても棄却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の異常徴候および異常徴候処理を
示す波形図である。

【図２】本発明実施例の異常徴候および異常徴候処理を
示す波形図である。

【図３】本発明実施例の異常徴候および異常徴候処理を
示す波形図である。

【図４】本発明実施例の異常徴候および異常徴候処理を
示す波形図である。

【図５】変化パターンのマッチングに用いるテーブル内
容を示す図である。

【図６】本発明実施例のシステム構成を示すブロック図
である。

【図７】図６のＣＰＵ１１が実行する処理手順を示すフ
ローチャートである。

【図８】図５のテーブルの他の形態を示す図である。

【符号の説明】

１０ プラント監視診断装置 １１ ＣＰＵ １２ システムメモリ １３ キーボード １４ 表示装置 １５ Ｉ／Ｆ １６ 外部記憶装置 ２０ ＤＣＳ ３０ プラント

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラントの正常作動範囲に対応した測定
   信号の正常変動領域内で該プラント及びプラント制御装
   置の異常徴候を示す時系列的な変化パターン複数種を予
   め定めておき、 前記測定信号及びプラント制御装置の設定信号及び操作
   信号を時系列でプラント監視診断装置に入力し、 前記測定信号、前記設定信号、前記操作信号の示す変化
   パターンが前記複数種のいずれに合致するかを前記プラ
   ント監視診断装置において判別することにより、プラン
   トの異常徴候およびその種類内容を識別することを特徴
   とするプラント及びプラント制御装置の異常徴候識別方
   法。
2. 【請求項２】 前記変化パターンに、異常発生に至るま
   での緊急度を示す情報を帯同させ、前記プラント、及び
   プラント制御装置の異常徴候の識別結果に該緊急度を示
   す情報を付加することを特徴とする請求項１に記載のプ
   ラント及びプラント制御装置の異常徴候識別方法。
3. 【請求項３】 プラントの正常作動範囲に対応した測定
   信号の正常変動領域内で、該プラント及びプラント制御
   装置の異常徴候を示す時系列的な変化パターン複数種を
   記憶した記憶手段と、 前記測定信号及びプラント制御装置の設定信号及び操作
   信号を時系列的に入力する入力手段と、 当該入力した測定信号、設定信号、操作信号の示す変化
   パターンに合致する変化パターンを前記記憶手段から抽
   出し、その抽出結果を、異常徴候の種類内容として出力
   するパターン識別手段とを具えたことを特徴とするプラ
   ント監視診断装置。