JPS5824802B2

JPS5824802B2 - プラントイジヨウカンシソウチ

Info

Publication number: JPS5824802B2
Application number: JP48031750A
Authority: JP
Inventors: 村田扶美男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1973-03-22
Publication date: 1983-05-24
Also published as: JPS49119078A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、原子炉や各種プラントがある定格値で運転さ
れるとき、プラントに発生する故障、外乱などの異常を
いち早く検出し、さらにその異常の発生個所、異常の種
類を知ることができる、プラント異常監視装置に関する
ものである。

従来の異常監視装置、外乱検出装置においてはセンサの
出力から数学的処理によって異常を検出する手法（たと
えばプラントの入出力信号の相関から異常を検出する方
法）では、異常の発生個所の発見に長時間必要とされた
り、またそれが困難であることが多い。

また直裁的でない方法が多い。本発明の１つの目的は、
異常検出を直接的にできる手法を提案することにある。

さらに異常検出を速やかにすることにより、プラントが
事故に至る前に対策をとれるようにすることを目的とし
ている。

さらにプラントの異常と、センサの異常を区別すること
により、プラントの稼動率を向上させることを目的とし
ている。

上記目的を達成するために、本発明は高速シミュレータ
、マルチプレツサ、ヨンパレータ等ヲ有機的に組合わせ
ている。

第１図は本発明の好適な一実施例であるプラント異常監
視装置の構成を示したものである。

プラント１０１の各センサＣ１（ｉ＝１、＋＋＋、ｎ
）の出力信号５ｉ（ｉ＝１．・・・、ｎ）を出力監視
装置１０５によって監視する。

プラント１０１が正常に、定格運転されているときの出
力信号５ｉ（ｉ＝１．・・・。

ｎ）の平均値Ｓｉｏ、偏差σｉなどを参考して正常とみ
なしうる許容範囲Ｒｉををあらかじめ各信号について設
定しておく。

１例としては、平均値Ｓｉ。の標準偏差σｉの約５倍を
許容範囲Ｒｉ（ｉ＝１゜・・・、ｎ）として設定
する。

このように設定することにより、出力信号Ｓｉのゆらぎ
による（雑音による）異常の誤検出が極めて小さくなる
。

プラント１０１が運転されている時の出力信号Ｓｉがｌ
５ｉ−８ｉｏｌ＞Ｒｉ・”（１）
である時、プラント１０１に何等かの異常が発住してい
る。

（１）式を満足する出力信号Ｓｉが、出力監視装置１０
５によって検出された時、本実施例のプラント異常監視
装置が起動される。

（１）式を最初に満した出力信号Ｓｉを８２と仮定する
。

このような出力信号Ｓ２がセンサ出力監視装置１０５に
て検出された時、センサ出力監視装置１０５より信号変
換回路１１０を介してシミュレータ１０２に模擬異常を
発生する電圧信号Ｎ１（ｉ−１，２，・・・、ｎ）を印
加する。

シミュレータ１０２内での模擬異常の発生位置は、最初
に異常を示した出力信号Ｓｉを出力するセンサＣｉに対
応した同等の位置Ｍｉ（ｉ＝１．・・・、ｎ）である。

本実施例では、出力信号Ｓ２を出力するセンサに対応す
る位置Ｍ２に印加する。

シミュレータの構成方法の１つとして、ある定格値付近
での変動分だけについてシミュレータを構成する方法が
ある。

このような変動分だけを扱うことによって、積分器およ
び微分器等のシミュレータの各構成要素の初期値は、定
格値を初期値としてシミュレータを起動することができ
る。

本実施例のシミュレータ１０２は、上記の如く構成され
たシミュレータである。

センサ出力監視装置１０５からシミュレータ１０２に印
加する模擬異常を示す電圧信号Ｎｉの大きさは、異常を
示すセンサＣｉの出力信号Ｓｉの大きさに対応するよう
に決定される。

電圧信号Ｎｉの印加によりシミュレータ１０２は、模擬
異常を発生させてシミュレータ１０２の各パラメータが
整定した後、プラント１０１の異常を示すセンサＣｉに
対応する位置での出力値Ｘ１（ｉ＝１．・・・、ｎ）を
原パターン作成装置１０３に出力する。

原パターン作成装置１０３は、出力値Ｘｉがあらかじめ
設定した許容範囲Ｒｉ（ｉ＝１．・・・、ｎ）内にある
時は０１許容範囲Ｒｉ外で正の方向へずれた時は＋１お
よび許容範囲Ｒｉ外で負の方向へずれた時は−１を付与
したパターンを作成する。

許容範囲Ｒｉについては、プラント１０１のセンサの出
力信号Ｓｉの許容範囲Ｒｉから換算して決定する。

また、パターンを作成する時点は、シミュレータ１０２
が電圧信号Ｎ１で駆動されて、整定したときの状態量に
よってきめられる。

電圧信号Ｎｉによるプラン口０１の応答についての情報
をシミュレータ１０２から得るものであるから、プラン
ト１０１より早く応答するよう構成しておかなければな
らない。

シミュレータ１０２で各パラメータが整定するまでの時
間をＴ１これにシミュレータ１０２の加速率αを掛けた
時間をＴαとする。

異常検出時点からＴα時間経過後のプラント１０２のセ
ンサＣｉからの出力信号Ｓｉが、式（１）を満足する時
に＋１、満足しない時に０を付与したパターンを実パタ
ーン作成装置１０８で作成する。

；原パターン作成装置１０３にて得られた原パターン
１１３と実パターン作成装置１０８で得られた実パター
ン１１９は、比較装置１０９に入力される。

比較装置１０９は、入力した両パターンを比較し、それ
らが一致しているか否かを判定する。

両パターンが一致する場合は、シミュレータ１０２で得
られた模擬異常が、プラント１０１で実際に発生してい
る異常に対応する。

両パターンの一致度は、パターンの各要素の相似度ｌをと定義することにより評価できる。

ここで、ＥｉＲおよびＥｉａは、原パターン１１３およ
び実パターンＥｉａの要素の値である。

もし、相似度ｌが設定値より大きい場合は、シミュレー
タ１０２で仮定した模擬異常がプラント１０１の実際の
異常に対応していない。

この場合は、最初に異常信号を出力したセンサＣｉの次
に異常信号を出力したセンサＣｉの出力信号を異常原因
と仮定して、制御装置１０６によりシミュレータ１０２
を再起動し、前述した操作を繰返す。

相似度ｌが充分小さな値になった（相似度ｌの制限値は
経験的に定める）ことをもって、実際の異常原因と模擬
原因が一致したと判定される。

比較装置１０９の出力１２０を異常表示装置（図示せず
）に伝達し、センサ出力監視装置１０５からの異常警報
とともに表示する。

本実施例発明の基本的な考えは、プラントで異常が発生
した場合、異常な状態がある時間継続し各センサの出力
信号が、ある傾向を持つ。

センサが異常である場合は、各センサの出力信号がその
傾向を持たないということによっている。

さらにプラント１０１のセンサなどに混入した雑音は、
適当な時間が経過した後は、すべてのセンサの出力信号
が正常な範囲にもどっている、という考えにもとづくも
のである。

第２図は、第１図のプラントとシミュレータを示したも
のである。

プラント２００は２１１の久方を持ち、２１２の出力を
持つ。

プラント２００のセンサＣｉを常にマルチプレクサによ
りスキャンする。

マルチプレクサの出力をそれぞれの信号Ｓｉの許容範囲
Ｒｉ、平均値Ｓｉｏをもとにして作られたコンパレータ
に入力する。

コンパレータは式（１）が満たすかどうか検出する。

ある信号（ここではＳ２とする）が式（１）を満たすと
き、Ｓ２の信号の大きさを測定する。

マルチプレクサ、コンパレータ、測定装置の三種の働き
をするのが第１図のセンサ出力監視装置１０５であり、
第２図のセンサ出力監視装置２１３である。

第２図の２１０は、信号の大きさを変換する回路である
。

変換に関しては後述する。

センサ出力監視装置２１３の出力は、出力信号Ｓ２が式
（１）を満たしたすぐあと、ほかの信号たとえば出力信
号Ｓ１が式（１）を満たすときでも、出力信号Ｓ１に対
応する電圧信号Ｎ１は発生しないようになっている。

サブプラント２０６〜２０９が次のような伝達特性を持
つとする。

ここでＫは各サブプラントのゲイン、Ｔは時定数、Ｓは
ラプラス演算子である。

式（２）〜式（５）であたえられる伝達関数によって、
シミュレータ２１５を構成する。

ここで２０６゜２０７．２０９は、それぞれ、制御装置
、バルブ特性、検出器の伝達特性、２０８は制御しよう
とするプラントと見なすことができる。

２０８は非線形な特性を持つときは定格値付近で線形化
したものをシミュレータで用いてよい。

シミュレータの作成方法は、本発明の主旨ではないので
簡単に説明する。

シミュレータをアナログ計算機により構成する場合、電
圧の最大値がおさえられている。

したがつてシミュレータを作成するとき、各状態量が、
電圧制限を越えないようにしなければならない。

たとえば電圧変換する前の状態量Ｘ２が１５０■付数Ｌ
２をかけることにより、シミュレータで０．７５に対応
させることができる。

プラントのセンサの信号出力Ｓ２が式を満たすとき、シ
ミュレータに印加する電圧Ｎ２は換算係数を８２にかけ
ることンになる。

一方、シミュレータは実際のプラントより、高速に応答
する必要がある。

式（２）〜式（５）をそのまま、アナログ計算機で構成
すれば、実時間で応答を得ることができる。

しかし、積分回路のゲインをす、べて１０倍にしてやれ
ば、プラントの１／１０の時間で応答を得ることができ
る。

シミュレータをプラントの１／Ｔｔの時間で動作しよう
とすれば積分器のゲインをＴｔ倍すればよい。

いま出力信号Ｓ２が式（１）を満たすとき、Ｓ２に電圧
換算係数Ｌ２をかけた電圧Ｎ２をシミュレータに印加す
るとＸｌ。

Ｘ３．Ｘ４の各状態量は、実際のプラントのＴｔ倍の早
さで応答を示す。

シミュレータの状態量の許容範囲Ｐｉは、プラントの信
号出力の許容範囲Ｒｉに換算係数をかけて作られる。

このＰｉを用いて、ｌＸｉ −Ｘｉｌ＞Ｐｉ
（６）なるＸｉのときは±１を付与し
、それ以外のときは０を付与したパターンを作成する。

パターンの作成時点は、シミュレータが整定したときで
ある。

ここでシミュレータが整定するというのはつぎのように
定義する。

シミュレータに印加されたＮｉによって各状態量がある
一定の値に近づく。

その一定の値の±５％の近傍に至った時点をもって整定
時間、その状態を整定とよぶ。

パターンの作成に関しては、２１３と同様にマルチプレ
クサと、コンパレークを用意し、整定時間Ｔｓ後のコン
パレータの出力から容易に作成できる。

一方整定時間の判定については、つぎのような手法が考
えられる。

正確な整定時間は得られないが、ここでは本発明におい
て必要な精度で、整定時間を決めればよいので振動系の
場合は状態量を２次系にステップ入力が印加されたとき
の出力式（７）とみなす。

第４図での、τ１．τ２の値から整定時間を求める方程
式は式（８）〜式００）であたえられる。

Ｔｓ＝３／ζωｎ（１，０
）振動的でない状態量、センサの信号出力Ｙ（ｔ）に関
しては、指数関数式（１１）で近似して、整定時間を決
める。

ｙ（ｔ） −ａ（１−ｅａｔ）（
１１）Ｔｓ＝（Ａｏｇ０．０５）／ａ
（１２）式（ｉｏ）、式（］２）のいずれ
を採用するかは、あらかじめプラントを検討することに
より簡単に知ることができる。

シミュレータの整定時間Ｔｓに時間換算係数烏をかけて
得られるプラントの整定時間をＴｐとすシると、Ｓ２が
式（１）を満たした時点から１９時間後のプラントの出
力信号ＳｉからＳｉの増減を示すパターンをシミュレー
タについてと同様に作成する。

パターン作成時の±１の区別は、許容範囲を正の方向で
越したとき±１で、負の方で越したときニー１を付与す
るものとする。

シミュレータによるパターンを原パターンとよび、プラ
ントによるそれを実パターンとよぶ。

第３図は両パターンの例であり、２は原パターン、４は
実パターンである。

Ｍｌはシミュレータで、Ｃ１に対応する位置を示しＪて
いる。

６の場合、センサＣ２の出力信号Ｓ２が最初に式（１）
を満たしたが、実パターンはすべて零である。

このようなとき、センサＣ２にプラントにとって害にな
らない雑音が混入したものと見なす。

７の場合、実パターンと原パターンが一致している。

この場合、センサＣ２の前のサブプラント２０７に、異
常が発生したと判定する。

また、８の場合、実際のプラントには伺ら、異常が発生
していない。

センサＣ２の故障と見なさす。５は、最初に式（１）を
満たす信号出力を検出したセンサを記録してい名ことを
模式的に表わしたものである。

以上の比較装置は、第１図の１０９で示しである。

センサ出力監視装置２１３からは、異常が発生したとい
う情報を異常表示装置に表示する。

比較装置の出力も異常表示装置に表示される。

この一連の作業が完了したとき、完了信号が、１０９か
ら１０６の制御装置に伝えられ、制御装置はシミュレー
タ１０２をリセットして、再びプラントを監視しはじめ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適な一実施例の系統図、第２図は第
１図の１部の詳細図、第３図はパターンの例を示す図、
第４図はセンサの出力信号を示す図である。１０１・・・・・・プラント、１０２・・・・・・シミ
ュレータ、１０５・・・・・・センサ出力監視装置、１
１０・・・・・・信号変換回路、１０８・・・・・・実
パターン作成装置、１０３・・・・・・原パターン作成
装置、１０６・・・・・・制御装置、１０９・・・・・
・比較装置、１２０・・・・・・異常判定表示装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１異常を監視しようとするプラントの数学的モデルを
もとに、実際のプラントより早く応答できるよう構成し
たプラントシミュレータと、前記プラントのセンサの出
力信号を監視して、正常とみなされる範囲を逸脱する出
力信号を検出したとき、前記シミュレータの前記センサ
に対応した位置に、そのセンサの出力信号に対応した信
号を印加するセンサ出力監視装置と、異常を示す前記セ
ンサに対応する前記シミュレータの出力信号と定常運転
時の前記出力信号の平均値との偏差が許容範囲を越えて
いるか否かを示すパターンを作成する原パターン作成装
置と、異常を示す前記センサの出力信号と定常運転時の
前記出力信号の平均値との偏差が許容範囲を越えている
か否かを示すパターンを作成する実パターン作成装置と
、両パターン作成装置の出力を比較して、前記センサの
異常および前記プラントの異常を判定する判定装置と、
前記判定装置の出力を表示するプラント状態表示装置、
全体の装置を制御する制御装置とからなるプラント異常
監視装置。