JPH0926819A

JPH0926819A - プラント異常診断装置

Info

Publication number: JPH0926819A
Application number: JP7198091A
Authority: JP
Inventors: Haruo Takada; 晴夫高田; Fumihiko Yamanaka; 史彦山中; Kazuhiro Okita; 和弘大北
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】１次の相関がない２つの変量からプラント異
常の発生を迅速に検出するプラント異常診断装置を提供
する。【解決手段】プラント異常診断装置は、データ収集を
周期的に行なうプロセスデータ収集部１１、微小時間内
のプロセス状態量及び操作量を夫々時間に関して２回微
分または１回微分する微分演算部１２、微分演算部１２
で得られた各データをプロセス状態量及び操作量に関す
る時系列の数値データ対として蓄積する演算結果記憶部
１３、所定数の数値データ対を取り出して統計処理し、
正常な運転状態のデータ対に対応するデータエリアを定
義するエリア定義部１４、演算結果記憶部１３から実時
間で得られるデータ対と予め定義されたデータエリアと
に基づいて、制御系の正常又は異常を判定する異常判定
部１５、及び、データエリアからのデータ対の逸脱方向
から異常原因を推定する異常原因推定部１６を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラントの異常兆候
を迅速に検出し、プラント運転員にその情報を与えるプ
ラント異常診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、化学プラント等においては、その
運転が益々高度化され、かつ合理化の目的でプラント運
転員の少人数化が進んでいる。そのため、プラント運転
員を支援する目的で分散型計装システム（ＤＣＳ）に様
々な警報機能が付加されている。例えば、温度、圧力、
液面及び流量等のプロセス状態量に関する上限／下限ア
ラーム、変化率アラーム等が挙げられる。

【０００３】上記警報の例として、プロセス状態量とこ
れを制御する操作量とから成る２つのプロセス信号の相
関値を常時監視し、相関値がある閾値を越えた場合には
これを異常とみなし、プラント運転員に警報する技術が
ある。特開平４−１８６１１９号公報及び特開平３−５
３１２３号公報には、このような相関を監視する技術の
例が記載されている。ここで、特開平４−１８６１１９
号公報には、監視対象のプロセス信号間の相関関係によ
り求めた規準値とプロセス信号との偏差を監視すること
により、プロセスの異常を早期に発見する監視技術が記
載され、また、特開平３−５３１２３号公報には、オン
ラインで取り込んだデータが予め設定した閾値を越えた
ときには、過去の時系列データから閾値の越え方におけ
る異常の有無を判定し、これにより、プラント異常に直
接に関係のない警報を削減し、監視の信頼性を高める技
術が記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の技術のう
ち、プロセス状態量の上限／下限を監視する技術では、
運転条件の変更等には対応できないという問題がある。
また相関値を監視する技術は、流量制御系のようにプロ
セス状態量とその操作量との間に１次の相関関係がある
場合には採用できるが、例えば液面制御系の場合のよう
に、プロセス状態量とその操作量との間に１次の相関関
係がない場合には採用できないという欠点がある。

【０００５】上記に鑑み、本発明は、プロセス状態量と
その操作量との間に１次の相関関係がない制御系におけ
るプロセス異常を早い段階で検出できるプラント異常診
断装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、監視対象である制御系のプロセス状態量
及び該プロセス状態量を制御する操作量の微小時間内の
各データを収集するデータ収集を周期的に行なうプロセ
スデータ収集部、収集された微小時間内のプロセス状態
量及び操作量の各データを夫々時間に関して２回微分ま
たは１回微分して数値データとして出力する微分演算
部、微分演算部で得られた数値データを前記プロセス状
態量及び操作量に関する時系列のデータ対として蓄積す
る演算結果記憶部、所定数のデータ対を取り出して統計
処理し、正常な運転状態のデータ対に対応するデータエ
リアを定義するエリア定義部、及び演算結果記憶部から
実時間で得られるデータ対と、予め定義された前記デー
タエリアとに基づいて、制御系の正常又は異常を判定す
る異常判定部を備えることを特徴とするプラント異常診
断装置を提供する。

【０００７】本発明のプラント異常診断装置では、プロ
セスデータ収集部により、まず、監視対象である制御系
のプロセス状態量及び該プロセス状態量を制御する操作
量の微小時間内のデータを収集し、この収集されたプロ
セス状態量及び対応する操作量を夫々、微分演算部によ
り時間に関して２回微分または１回微分して数値データ
とする。このデータ収集及び微分を周期的に行ない、得
られた各数値データを、プロセス状態量及び操作量に関
する時系列のデータ対として演算結果記憶部で記憶す
る。エリア定義部では、これから所定数のデータ対を取
り出して統計処理し、正常な運転状態のデータ対に対応
するデータエリアを監視に先立って予め定義する。異常
判定部は、演算結果記憶部から実時間でデータ対を取り
出し、このデータ対と予め定義されたデータエリアと比
較し、データ対が、例えば連続して所定回数だけデータ
エリアから逸脱したときに、制御系に異常があるものと
判定する。

【０００８】上記作用により、プロセス状態量とその操
作量との間に１次的な相関関係がない制御系において
も、運転員に負担を掛けることなく、プラント運転中に
自動的に異常状態が検出できる。特に本発明のプラント
異常診断装置は、プラント状態量と操作量との間に９０
度の位相差がある制御系に適用される。

【０００９】本発明のプラント異常診断装置では、更
に、異常原因推定部を設けることが好ましく、異常原因
推定部は、異常判定部で異常ありと判定された制御系に
ついて、例えば知識データベースを参照し、データエリ
アからのデータ対の逸脱方向に基づいて異常原因を推定
する。また、これに加えてその異常原因に対して考えら
れる対処方法を出力することも好ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明を液
面制御系に適用した場合の実施例に基づいて本発明を更
に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例に係るプ
ラント異常診断装置のブロック図である。

【００１１】異常監視の対象となる液面制御系１には液
面計が設置されており、この液面計によりプラント内の
タンクの液面レベルが検出される。プロセス状態量を成
す液面計の検出信号は、分散型計装システム（ＤＣＳ）
２を介してコンピュータ１０に与えられ、コンピュータ
１０内のプロセスデータ収集部１１に与えられる。ま
た、このタンクに液体を供給する調節弁の開度が、同様
に液面制御系１から分散型計装システム２を介して、操
作量としてプロセスデータ収集部１１に与えられる。プ
ロセス収集部１１では、微小時間内のプロセス状態量及
び操作量の複数データを収集する。このデータ収集は更
に周期的に行なわれ、得られたデータはその都度微分演
算部１２に与えられる。

【００１２】収集された微小時間内のプロセス状態量及
び対応する操作量は、微分演算部１２により、時間に関
してそれぞれ２回微分または１回微分され、微小時間内
のプロセス状態量及び操作量に関する数値データとして
出力される。この数値データは、周期的に出力されて時
系列の数値データとして演算結果記憶部１３に蓄積され
る。

【００１３】一般に、液面制御系における操作量（調節
弁の開度）は、液面制御系が積分プロセスであることか
ら、一般に、その位相はプロセス状態量（液面レベル）
の位相とは９０°ずれており、単純に両者の相関を取る
ことができない。そこで、本発明では、プロセス状態量
に対して時間微分を行って、位相差を除いて双方の相関
を取ることを考えた。さらに、操作量の変化率は、運転
レートの変更に伴う操作量の分布のばらつきをなくし、
散布図上からの異常監視を容易にすることに着目し、プ
ロセス状態量の時間微分及び操作量のそれぞれに対し、
更に時間微分を行って、双方のデータを数値データとし
た後にこのデータ間で相関を取ることとした。本発明で
は、結局、プロセス状態量の２回微分値と操作量の１回
微分値との数値データ間で相関を取り、異常監視を行う
ものである。

【００１４】上記に従い、微分演算部１２では、液面レ
ベル及び調節弁の開度を夫々時間に関して２回微分及び
１回微分して、これらの演算結果を時系列の数値データ
対として演算結果記憶部１３に与える。エリア定義部１
４は、プラントの運転中に演算結果記憶部１３から、こ
の時系列のデータ対の所定数を取り出し、これらを統計
処理して、正常な運転状態に対応するデータ対の範囲を
データエリアとして定義する。

【００１５】図２は、上記で得られたデータエリア（監
視エリア）２０を例示するグラフである。液面レベルの
２回微分値及び調節弁開度の１回微分値から成るデータ
対は、散布図上において夫々点として表わされ、所定数
のデータ対がグラフ上に示されている。同図に見るよう
に、データ対の相互は比較的に強い相関を示す。データ
対は統計的に処理され、正常運転状態のデータ対の範囲
であるデータエリア２０が、データ対のマハラノビス汎
距離円として得られる。ここで、実際の演算としては、
まず、正常データ対の重心及び標準偏差が求められ、次
いで、この重心からの距離が標準偏差に基づいて定めら
れたデータエリア２０が得られる。このデータエリア２
０は、その後の運転における制御系の正常／異常の判定
に利用されると共に、図１のＣＲＴディスプレイ３上に
も表示できる。

【００１６】データエリア２０が定義された後に、制御
系の異常の有無の判定が行なわれる。図３は、この手順
を示すフロー図である。ステップＳ１は、データエリア
定義部によるデータエリアの定義が行なわれるステップ
である。その後、監視対象の液面制御系１から、分散型
計装システム２を経由して、プロセスデータ収集部１１
によるプロセス状態量及び操作量から成るデータの収集
が前述と同様に行なわれる（ステップＳ２）。

【００１７】得られた各微小時間内のプロセスデータに
対し、先に述べた２回微分（プロセス状態量）及び１回
微分（操作量）が、同様に微分演算部１２において行な
われる（ステップＳ３）。異常判定部１５は、微分演算
部１２で得られた各データ対が、先に定義されたデータ
エリア２０内にあるか、或いは、これから逸脱している
かを判定する。異常判定部１５は、データ対のデータエ
リアからの逸脱が連続して所定回数を越えたときに異常
ありと判定する（ステップＳ４）。

【００１８】このように、正常／異常の判定は、データ
エリア２０からの予め設定した回数だけのデータ対の連
続逸脱の有無によって判断する。連続逸脱を監視するこ
とで、データに含まれるノイズによる誤警報の発生を防
ぎ、制御系の異常時にのみ警報を発生させることが可能
となる。異常判定部１５での判定の結果、異常ありと診
断された液面制御系に対し、ＣＲＴディスプレイ３また
はプリンター４にアラームメッセージを表示または印字
すると共に、ブザー５を吹鳴する。これにより、プラン
ト運転員に液面制御系における異常の存在を知らせる
（ステップＳ５）。

【００１９】引き続き、異常原因推定部１６は、データ
対のデータエリアからの逸脱方向を検出し、知識データ
ベース１７を参照することにより、制御系の異常発生の
原因の推定を行なう（ステップＳ６）。推定された異常
原因は、知識データベース１７内に含まれたその異常に
対する対処法と共に、ＣＲＴディスプレイ３及びプリン
タ４により出力される（ステップＳ７）。知識データベ
ース１７は、データエリアからのデータ対の逸脱方向と
異常原因の候補、および異常に対する対処法の候補が関
連づけて記述された知識データを格納している。

【００２０】知識データベース１７による異常原因の推
定は以下のように行なわれる。図４及び図５はこの推定
の様子を説明するためのグラフであり、図４はデータ対
のデータエリアからの逸脱方向を例示し、図５は各逸脱
方向に対応して推定される異常原因を示している。い
ま、散布図上で図４に示すような、データエリアからの
所定回数の右方向の連続逸脱が確認されたとする。異常
診断装置では、異常発生の警報をした後に、異常原因の
推定を行うための異常原因推定部１６が起動される。こ
こで、知識データベース１７内では、図５のように、散
布図上の逸脱方向が、右方向が（１）、左方向が
（２）、上方向が（３）、及び、下方向が（４）と夫々
定められており、更にその方向の数字と、異常原因及び
その対処法の候補とが表１のように互いに関連づけられ
て記述されている。

【００２１】

【表１】

【００２２】ここで、右方向（１）へのデータ対の連続
逸脱は、表１に従って、「液面変化に対する検出信号の
未伝達」が異常原因として推定され、その旨がＣＲＴデ
ィスプレイ３やプリンタ４で表示される。また、その根
拠として、「伝送器に変位が取り出されていないために
偏差の変化がなく、バルブ開度が徐々に大きくなってい
る。従って、定常時と比較して液面の変化速度に対する
バルブ開度が大きく出る傾向となる」旨の表示がなさ
れ、更には、その対処法として、例えば検出部の種類が
ディスプレーサ型であれば、「フロート、ナイフエッジ
固着の有無」を調べるように等の表示も行なわれる。そ
の他の方向への逸脱も同様に夫々原因が推定される。こ
れらは、ＣＲＴディスプレイ３上に表示され、また、プ
リンタ４にも印字される。

【００２３】上記のように、本実施例の異常診断装置で
は、プラント異常の発生の旨のみならず、その異常原因
及び対処法をＣＲＴディスプレイ３やプリンタ４に表示
する。これにより、プラントの異常状態をその故障前に
迅速に検知すると共に、更にプラント運転員が、この異
常状態に対して迅速な対応をとることができる。

【００２４】上記実施例において、データエリア設定に
際して、そのデータエリアを大きくとること、つまりデ
ータ中心からのマハラノビス汎距離を大きく取ること
で、誤報の発生を防ぐことができる。このため、データ
エリアは、例えば重心からの距離として標準偏差の３倍
等の数値が採用される。異常時には、正常の運転状態と
比較してデータエリア外への逸脱度が大きいため、ある
程度大きなデータエリアを定義しても、制御系の異常を
検知することは可能となる。

【００２５】以上、本発明をその好適な実施の態様に基
づいて説明したが、本発明は、上記態様から種々の修正
及び変更が可能であり、上記実施態様から種々の修正及
び変更を施したプラント異常診断装置も本発明の範囲に
含まれる。

【００２６】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明のプラン
ト異常診断装置によると、例えば液面制御系のようなプ
ロセス状態量とその操作量との間で相関のとれない変量
をもつ制御系においても相関の監視が可能となり、プロ
セス異常の発生を早期に発見することができ、運転員の
負担を軽減する。また、これに併せて異常原因の推定や
その対処法を運転員に知らせることで、異常発生に対し
ての処理を迅速に行うことができる。データエリアの設
定は、正常運転時の所定数のデータ対から自動的に設定
出来るので、運転員に負担がかかることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のプラント異常診断装置のブ
ロック図。

【図２】図１の異常診断装置で行なわれるデータエリア
の設定の様子を示すグラフ。

【図３】図１の異常診断装置における処理を示すフロー
図。

【図４】データエリアからのデータ対の逸脱を例示する
グラフ。

【図５】データエリアからのデータ対の逸脱方向により
異常原因を推定するための説明図。

【符号の説明】

１液面制御系２分散型計装システム３ＣＲＴディスプレイ４プリンタ５ブザ１０コンピュータ１１プロセスデータ収集部１２微分演算部１３演算結果記憶部１４エリア定義部１５異常判定部１６異常原因推定部１７知識データベース２０データエリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】監視対象である制御系のプロセス状態量
及び該プロセス状態量を制御する操作量の微小時間内の
各データを収集するデータ収集を周期的に行なうプロセ
スデータ収集部、収集された微小時間内のプロセス状態量及び操作量の各
データを夫々時間に関して２回微分または１回微分して
数値データとして出力する微分演算部、微分演算部で得られた数値データを前記プロセス状態量
及び操作量に関する時系列のデータ対として蓄積する演
算結果記憶部、所定数のデータ対を取り出して統計処理し、正常な運転
状態のデータ対に対応するデータエリアを定義するエリ
ア定義部、及び演算結果記憶部から実時間で得られるデ
ータ対と、予め定義された前記データエリアとに基づい
て、制御系の正常又は異常を判定する異常判定部を備え
ることを特徴とするプラント異常診断装置。
【請求項２】異常判定部で異常と判定された制御系に
ついて、データエリアからのデータ対の逸脱方向に基づ
いて異常原因を推定する異常原因推定部を更に備える、
請求項１に記載のプラント異常診断装置。