JPH07261838A

JPH07261838A - プラント機器または系統の性能監視方法と性能監視装置

Info

Publication number: JPH07261838A
Application number: JP6051817A
Authority: JP
Inventors: Masayo Nakane; 昌代中根; Yukio Sonoda; 幸夫園田; Hiroshi Ono; 寛小野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-23
Filing date: 1994-03-23
Publication date: 1995-10-13

Abstract

(57)【要約】【目的】計算機により有効にプラント運転データの採集
と処理をして、プラント機器または系統の性能を長期的
な状態を精度高く監視できるプラント機器または系統の
性能監視方法と性能監視装置を提供する。【構成】請求項１記載の発明に係るプラント機器または
系統の性能監視方法は、機器または系統の性能に関する
信号を当該制御系の応答時間より小さい時間間隔で走査
し、この検出値を予め設定された複数段階の保存時間ご
とに平均値，二乗平均平方根値，最大値，最小値の統計
量を計算し、その計算処理データを保存し、この保存デ
ータから予め定められた正常時の変動を逸脱した信号を
抽出して、予め備えた機器または系統固有の性能判定式
に対応させて当該機器または系統の性能が正常か否かを
判定することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラントの機器または
系統における性能監視に係り、特に計算機に取り込まれ
るプラント運転データにおける、データの採集及び監視
と、診断支援を行うプラント機器または系統の性能監視
方法と性能監視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】大規模プラントにおける各種機器や制御
系統の故障等によるトラブルは、従来より機器または系
統の保護の立場で設けられた警報装置によって検知され
てきた。しかしながら、トラブル発生の警報のみでは、
このようなトラブルを引き起した原因となる機器等と、
その摩耗や劣化の状態、及びこれらを長期にわたり徐々
に進行する過程で検出することは不可能である。

【０００３】したがって、プラントを常時安定した状態
で運転するための予防保全には、長期的なデータの監視
が必要であり、これを精度良く行うためには長期にわた
る適切なデータの採集と処理及び評価が重要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のプラントにおけ
る各部機器の状態、及び機能の長期にわたるデータ採集
には、データをチャート紙に記録することが行われてき
た、しかしチャート紙では、信号の定性的な評価しかで
きないので、監視を精度良く行うためには計算機による
データの採集が望ましい。しかしながら、監視精度を良
くするために採集間隔を小さくすれば、データ量は多く
なり計算機によっても処理が困難となり、採集間隔を大
きくとれば採集データが粗くなって監視精度が低下する
という問題が生ずる。

【０００５】大規模プラントとして沸騰水型原子力発電
プラントを例にすると、原子力発電プラントの運転に用
いられているプロセス計算機にはデータを保存する機能
がないため、長期的な傾向を見るためにはチャート紙に
頼らなければならない。しかし、チャート紙ではプラン
ト機器または系統の異常徴候を見付けて、その傾向を分
析し、正確な判断を下すのは困難であった。

【０００６】また、他の監視システムやデータ収集装置
は、機器のトリップや原子炉スクラムといった不具合発
生の事後の原因究明に利用する目的で、不具合発生前後
の短い期間のデータを採取するのが通常であり、計算機
による高い監視精度で長期間のデータ採集に係る開発が
要望されていた。

【０００７】本発明の目的とするところは、計算機によ
り有効にプラント運転データの採集と処理をして、プラ
ント機器または系統の性能を長期的な状態を精度高く監
視できるプラント機器または系統の性能監視方法と性能
監視装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の発明に係るプラント機器または系統の性
能監視方法は、プラント機器または系統の性能に関する
信号を当該プラント機器または系統の制御系の応答時間
より小さい時間間隔で走査し、前記信号によって得られ
た検出値を予め設定された複数段階の保存時間ごとに平
均値，二乗平均平方根値，最大値，最小値の統計量を計
算し、その計算処理データを保存し、この保存されたデ
ータから予め定められた正常時の変動を逸脱した信号を
抽出し、この抽出した信号を予め備えた機器または系統
固有の性能判定式に対応させて当該機器または系統の性
能が正常か否かを判定することを特徴とする。

【０００９】請求項２記載の発明に係るプラント機器ま
たは系統の性能監視装置は、プラント機器または系統の
性能に関する信号を入力して逐次統計計算処理をするデ
ータ採集手段と、前記データ採集手段における計算処理
データを予め設定した周期別に保存する保存手段と、前
記保存手段で周期別に保存されたデータから予め設定し
たしきい値より逸脱して変動している信号を抽出する異
常信号抽出手段と、前記異常信号抽出手段が抽出したデ
ータを予め備えた機器または系統ごとの性能判定式で計
算して当該機器または系統が正常か否かを判定する診断
支援手段とからなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の発明は、プラント機器または系
統からの信号を当該プラント機器または系統の制御系の
応答時間より小さい時間間隔で走査し、前記信号によっ
て得られた検出値を予め設定された複数段階の保存時間
ごとに平均値，二乗平均平方根値，最大値，最小値の統
計量を算出して保存する。この保存された算出データか
ら予め定められた正常時の変動を逸脱した信号を自動的
に抽出し、この抽出信号を予め備えた機器または系統固
有の性能判定式に対応させることで、当該機器または系
統の性能が正常か否かを判定する。

【００１１】請求項２記載の発明は、データ採集手段は
プラント機器または系統の性能に関する信号を入力し、
逐次統計計算処理をして保存手段に出力する。保存手段
ではデータ採集手段からの計算処理データを予め設定し
た周期別に保存する。この保存手段にて周期別に保存さ
れたデータは、異常信号抽出手段においてしきい値によ
って通常の変動幅を逸脱して変動している信号を抽出
し、これを診断支援手段にて予め備えた機器または系統
ごとの性能判定式で計算して当該機器または系統が正常
か否かの判定をする。

【００１２】

【実施例】本発明の一実施例について原子力発電プラン
トを例にして、図面を参照して説明する。本性能監視方
法は、図１の模式図に処理の流れの概略を示すように、
データ採集ステップ１と保存ステップ２、異常信号抽出
ステップ３及び診断支援ステップ４からなり、データ採
集ステップ１では入力したアナログデータ５を予め設定
された間隔Δｔで走査する。なお、この間隔Δｔはデー
タの特徴を十分とらえらえられる程度に細かく、例え
ば、一般的にはプラントの制御系の応答速度より十分早
い間隔に設定する。

【００１３】次の保存ステップ２は、起動時の出力上昇
特性を観るには周期ΔＴ＝１時間で、また定格出力での
１運転サイクルを通した特性を観るには周期ΔＴ＝１日
と言うように、監視すべき現象に応じてデータ保存の周
期ΔＴを定め、前記データ採集ステップ１でサンプリン
グされたデータを、この周期ΔＴごとに統計処理をさせ
て平均値と二乗平均平方根値（Root Mean Squere Valu
e，以下ＲＭＳ値と呼ぶ) を算出し、周期ΔＴ間での最
大、最小値とその時刻を求めて保存する。

【００１４】また、異常信号抽出ステップ３は、全信号
に関して前記保存ステップ２で求められたデータに、し
きい値をかけて正常なものをふるい落とすスクリーニン
グを行い、通常範囲を逸脱して変動しているものを抽出
する。さらに診断支援ステップ４では、前記異常信号抽
出ステップ３でスクリーニングされた信号データを用い
て、それに対応する機器または系統ごとの性能判定式を
計算して、例えば相関図のようにして正常と異常の判定
結果と共に、図示しない表示手段において表示する。

【００１５】この様な性能監視方法を行う性能監視装置
は、実施例として図２のブロック構成図に示すように、
データ採集手段１Ａと保存手段２Ａ、及び異常信号抽出
（スクリーニング）手段３Ａと診断支援手段４Ａとから
なり、例えばデータ採集手段１Ａと保存手段２Ａはオン
ラインミニコンで、異常信号抽出手段３Ａと診断支援手
段４Ａはワークステーションにて構築されている。セン
サ５より取り込まれたアナログデータ５ａはアンプ６に
より増幅し、さらにＡ／Ｄ変換器７を通して細かくサン
プリングされて、データ採集手段１Ａに出力される。

【００１６】データ採集手段１Ａは、データ取り込み部
８と統計計算処理部９及び統計処理結果保存部10からな
り、前記データ７ａはデータ取り込み部８にオンライン
で取り込んで、保存手段２Ａとの間で信号の授受を行
い、平均値，ＲＭＳ値，最大、最小値の逐次統計計算処
理がされる。

【００１７】保存手段２Ａは、前記データ採集手段１Ａ
における計算処理結果と、ユーザによって予め設定され
た周期信号11と前記データ採集手段１Ａのデータを授受
して、保存周期と保存期間データ12及び保存周期判断部
13、保存期間判断部14と処理済みデータファイル15を備
え、前記ユーザによって予め設定された保存周期になる
と、その時点の計算結果を、その時点での値として保存
する。このようにして蓄積された処理済みデータファイ
ル15のデータは、ローカルエリアネットワークを構成す
る高速通信回線であるＥｔｈｅｒｎｅｔ16を介して異常
信号抽出手段３Ａに伝送される。

【００１８】異常信号抽出手段３Ａは、前記保存手段２
ＡからのデータをＥｔｈｅｒｎｅｔ16を介して入力する
ＲＭＳデータ読込み部17と、ユーザによって予め設定さ
れたしきい値信号18を入力するしきい値データ19，しき
い値比較処理部20及び比較結果保存部21，抽出信号デー
タ22とからなっている。この異常信号抽出手段３Ａで
は、前記保存手段２Ａからのデータで通常の変動幅を逸
脱して変動している信号を見つけるために、このように
して得られたデータのうちＲＭＳデータに対して予め設
定したしきい値を適用し、このしきい値を超えたものを
抽出する。

【００１９】診断支援手段４Ａは、信号名比較部23，一
致度判定部24，診断項目の優先度決定部25，診断項目選
択部26，正常、異常判定処理部27，診断結果保存部28，
診断用テーブル29，基準データと過去の事例データ30，
診断結果表示部31，診断結果と詳細情報32が設けてあ
り、表示手段のプリンタ及びＣＲＴ33を備える。この診
断支援手段４Ａでは、前記異常信号抽出手段３Ａで抽出
されたデータを信号名比較部26と正常、異常判定処理部
30に入力して、診断判断すべき機器や系統、項目を選定
し、正常または異常かの判定を行い、ユーザに対して表
示手段であるプリンタ及びＣＲＴ33を介して診断結果を
表示するように構成されている。

【００２０】次に上記構成による作用について、本性能
監視装置の主たる手段における機能の詳細を説明する。
データ採集手段１Ａと保存手段２Ａについて、図３のブ
ロック構成図及び図４の手順流れ図に示す。先ず必要に
応じてユーザより、周期信号11が保存手段２Ａの保存周
期と期間データ12が与えられ、図３のように保存手段２
Ａにおいてデータ保存周期ΔＴが設定する。例えば、各
ディスク34，35，36，37上に時定数ΔＴごとに、夫々保
存できるエリアを用意する。

【００２１】原子力プラントを例とすると、データ保存
周期である時定数ΔＴをディスク34は１ｍｉｎ，ディス
ク35は10ｍｉｎ，ディスク36は１ｈｏｕｒ，ディスク37
では１ｄａｙとし、夫々が 500点づつ保存できると設定
する。これにより、各ディスクにおけるデータ長さは、
ディスク34では 500ｍｉｎ，ディスク35では5000ｍｉ
ｎ，ディスク36では 500ｈｏｕｒ，ディスク37では 500
ｄａｙとなる。

【００２２】ここで、データ採集手段１Ａにてサンプリ
ング間隔Δｔ＝ 100ｍｓｅｃとして、図４に示すように
走査したデータを逐次統計計算処理し、周期ΔＴごとに
平均値とＲＭＳ値のその時点での計算値と、最大値，最
小値，及びその時刻を各々のエリアに保存して行き、デ
ータ点数が 500点を超えたら上書きをする。

【００２３】このようにしてデータを保存手段２Ａに保
存して行けば、監視精度を十分保ったままで、最長で 5
00日分のデータをまとめて得られることになる。原子力
発電プラントでは一運転サイクルが約一年であるから、
これにより一サイクル分を十分カバーすることができ
る。なお、ここで統計量として用いられている平均値Ｙ
_nは次の式 (1)で、またＲＭＳ値σ_nは式 (2)と (3)に
より定義され、重みＷ_nは式 (4)で求められる。

【００２４】Ｙ_n＝Ｙ_n-1＋Ｗ_n×（Ｘ_n−Ｙ_n-1） … (1) σ² _n＝√σ² _n-1＋Ｗ_n×（（Ｘ_n−Ｙ_n-1）² −σ² _n-1） …(2) σ_n＝√σ² _n …(3) Ｗ_n＝ＭＡＸ（１／_n，ｔ／ΔＴ） …(4)

【００２５】ここで、Ｘ_nはサンプルデータ、Ｗ_nは重
み、σ_nはＲＭＳ値、_nはデータ数、ｔはサンプリング
間隔、ΔＴはデータ保存周期を示す。次に異常信号抽出
手段３Ａにおけるスクリーニングは、図５の手順流れ図
に示すように、上記保存手段２Ａに蓄積されたデータを
読み込み、予め設定されたしきい値と比較して、この値
を超えた信号を順次登録して行く。

【００２６】ここでしきい値とは、信号データに対し正
常と見なされる範囲を定義する上限値及び下限値で、ユ
ーザにより予めしきい値信号21として、しきい値データ
22に与えらたものである。また、この図５の例では４つ
の統計量のうちで、ＲＭＳ値を用いているが、この理由
は長期傾向を監視する場合に、変動を抽出する上で最も
感度が高いためである。

【００２７】なお、このスクリーニングによって抽出さ
れる異常データのパターン例を図６の特性図に示す。こ
の３つのパターンの夫々にＲＭＳ値によるスクリーニン
グを適用してその有効性を証明する。図６（ａ）は長期
にわたる平均値のドリフトのパターンを示し、この曲線
38のように長期間で少しずつ特性が変化していくタイプ
の異常は、短期間での変化の検出は困難である。また、
データのゆらぎからは検出されない場合もあるので、長
期的に平均値を監視することが有効である。

【００２８】図６（ｂ）は突発的に異常なデータが出現
するパターンを示す。この異常データは曲線39における
異常ピーク39ａ，39ｂのように瞬間的に現れるため、平
均値やＲＭＳ値では検出し難くい。したがって、予め設
定したしきい値40ａ，40ｂにより、これを超える異常ピ
ーク39ａ，39ｂを検出し、最大値、最小値の監視を行う
ことにより異常データが検出できる。

【００２９】図６（ｃ）はゆらぎ異常のパターンで、こ
のような場合には、曲線41のようにゆらぎの幅が徐々
に、もしくは急激に変化するもので、平均すると一定に
なってしまう場合もあり、ＲＭＳ値を監視することが有
効である。このように主な異常現象は以上の３通りで、
この複合も考えられるので、平均値，ＲＭＳ値，最大
値，最小値を監視することにより検出ができる。

【００３０】診断支援手段４Ａにおいては、前記異常信
号抽出手段３Ａで抽出された異常とされる信号につい
て、各機器や系統固有の性能判定方法を調べて性能評価
を行う。例えば、各プロセス信号同士の相関を示した診
断用テーブルを用意し、抽出された異常信号と関連ある
プロセス信号の相関式を計算して、これを図示して性能
評価をする。原子力発電プラントを例にとると、抽出さ
れた信号を弁開度とすれば、この診断用テーブルより制
御信号との相関式が求められ、それをプロットし、正常
時と比較することにより性能判定ができる。

【００３１】図７の手順流れ図に示すように、予め、各
プロセス信号同士の相関式等、各機器または系統固有の
性能判定手法を整理した診断用テーブルを用意する。各
項目ごとに性能判定に必要な信号のグループと、前記異
常信号抽出手段３Ａのスクリーニングで抽出された信号
を比較し、その一致度から診断項目の優先度を決定して
提示する。

【００３２】ユーザはその結果に基づき項目を選択し、
診断支援手段４Ａで選択された項目を参照して、その手
法に従ってデータを処理すると共に基準データの場合と
の比較を行い、その結果をＣＲＴ33において表示する。
さらに、この結果は診断結果として詳細情報と共にデー
タベースに保存される。

【００３３】図８の画面図は表示例として弁の診断結果
を示したもので、診断の流れは図８の画面Ａ及び画面Ｂ
のような時系列データに対するスクリーニングにより抽
出されたものに対して、図８の画面Ｃの診断テーブルに
従い、図８の画面Ｄのような形で相関表示を行って正常
時との比較を行う。

【００３４】最終的には正常、異常の判定と共に参考と
して図８の画面Ａ，Ｂ，Ｃがユーザーに提示される。こ
こで図８の画面Ａは、信号の平均値を曲線42，ＲＭＳ値
を曲線43，最大値を曲線44，最小値を曲線45で時系列的
に表示したものである。また、図８の画面Ｂは、信号の
平均値，ＲＭＳ値，最大値，最小値について、夫々最
大，最小，平均，ＲＭＳ値を計算したもので、このよう
に、平均値，ＲＭＳ値，最大値，最小値の数値を同時に
表示することにより、ＣＲＴ画面上での比較が容易であ
り、異常の検出が容易に行える。

【００３５】図８の画面Ｃは診断用テーブルで、各機器
や系統の性能を判断する指標として信号相関等が用いら
れるが、このためＸ軸、Ｙ軸に対応する信号の一覧を項
目ごとに整理したもので、例えば診断項目の弁性能46，
Ｘ軸に対応する信号の制御信号47，Ｙ軸に対応する信号
の弁開度48が表示される。

【００３６】図８の画面Ｄは、図８の画面Ｃをもとに相
関表示を行った例で、画面中の白丸が信号データ49，直
線は基準データのフィッティング曲線50（または直線）
である。この例では図８の画面Ｃの診断用テーブルに従
い、Ｘ軸に制御信号47，Ｙ軸に弁開度48をプロットし、
予め求めてある基準データのフィッティング曲線50（こ
の場合は直線）を同時に表示するので、これらを比較す
ることにより、信号データ基準からの逸脱の度合いから
正常か否かの判断が容易に行われる。

【００３７】

【発明の効果】以上本発明によれば、細かくサンプリン
グされたデータを処理を行いながら保存していくことか
ら、監視精度を高く維持してデータ量は少なくてすむと
いう利点から、対象となる機器及び系統に応じて様々な
期間での監視ができる。

【００３８】また、全ての信号データを４つの統計量に
処理して、性能判定に至るまでの一連の操作を自動的に
行うことにより、プラント機器及び系統の性能の監視を
効率的に行うことができることから、プラント機器及び
系統の性能の異常をトラブルに至る前に検知し、その後
の挙動予測や原因究明を行う支援をするので、プラント
運用に対する信頼性が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の処理の流れの概略を示
す模式図。

【図２】本発明に係る一実施例の性能監視装置のブロッ
ク構成図。

【図３】本発明に係る一実施例の保存手段のブロック構
成図。

【図４】本発明に係る一実施例のデータ採集手段と保存
手段の手順流れ図。

【図５】本発明に係る一実施例の異常信号抽出手段の手
順流れ図。

【図６】本発明に係る一実施例の異常データパターン例
の特性図で、（ａ）は平均値のドリフト、（ｂ）は突然
異常、（ｃ）はゆらぎ異常を示す。

【図７】本発明に係る一実施例の診断監視手段のの手順
流れ図。

【図８】本発明に係る一実施例の表示画面図。

【符号の説明】

１…データ採集ステップ、１Ａ…データ採集手段、２…
保存ステップ、２Ａ…保存手段、３…異常信号抽出ステ
ップ、３Ａ…異常信号抽出手段、４…診断監視ステッ
プ、４Ａ…診断監視手段、５…センサ、６…アンプ、７
…Ａ／Ｄ変換器、８…データ取込み部、９…統計計算処
理部、10…統計処理結果保存部、11…周期信号、12…保
存周期と保存期間データ、13…保存周期判断部、14…保
存期間判断部、15…処理済みデータファイル、16…Ｅｔ
ｈｅｒｎｅｔ、17…ＲＭＳデータ読込み部、18…しきい
値信号、19…しきい値データ、20…しきい値比較処理
部、21…比較結果保存部、22…抽出信号データ、23…信
号名比較部、24…一致度判定部、25…優先度決定部、26
…診断項目選択部、27…正常と異常判定処理部、28…診
断結果保存部、29…診断用テーブル、30…基準データと
過去の事例データ、31…診断結果表示部、32…診断結果
と詳細情報、33…ＣＲＴ、34〜37…ディスク、38，39，
41〜45…曲線、39ａ，39ｂ…異常ピーク、40ａ，40ｂ…
しきい値、46…弁性能、47…Ｘ軸の制御信号、48…弁開
度、49…信号データ、50…フィッティング曲線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラント機器または系統の性能に関する
信号を当該プラント機器または系統の制御系の応答時間
より小さい時間間隔で走査し、前記信号によって得られ
た検出値を予め設定された複数段階の保存時間ごとに平
均値，二乗平均平方根値，最大値，最小値の統計量を計
算し、その計算処理データを保存し、この保存されたデ
ータから予め定められた正常時の変動を逸脱した信号を
抽出し、この抽出した信号を予め備えた機器または系統
固有の性能判定式に対応させて当該機器または系統の性
能が正常か否かを判定することを特徴とするプラント機
器または系統の性能監視方法。
【請求項２】プラント機器または系統の性能に関する信
号を入力して逐次統計計算処理をするデータ採集手段
と、前記データ採集手段における計算処理データを予め
設定した周期別に保存する保存手段と、前記保存手段で
周期別に保存されたデータから予め設定したしきい値よ
り逸脱して変動している信号を抽出する異常信号抽出手
段と、前記異常信号抽出手段が抽出したデータを予め備
えた機器または系統ごとの性能判定式で計算して当該機
器または系統が正常か否かを判定する診断支援手段とか
らなることを特徴とするプラント機器または系統の性能
監視装置。