JPS6377537A - プラント運転支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、プラントの運転において異常の予兆を検知し
、異常の原因と異常箇所を推定しプラントのオペレータ
にその結果を音声と画像にて通報するプラント運転支援
装置に関する。

［従来技術］ 一般のプラントにおいては、制御機構や監視機構が装備
されており、異常が起っても正常な状態に戻すように制
御されているのが通常である。また、その制御操作にも
かかわらず一定のレベルを越えて異常が進展すれば、ラ
ンプ表示や警報音により異常を知らせるようになってい
る。例えば、特開昭６１−１２５６１１号公報では、プ
ラントの各部より通知される入力信号値が正常がどうか
を判定するのに用いる警報制限値の設定作業の省力化の
ためこの設定を自動的に行い、この制限値を逸脱したと
き警報を発するプラント監視装置が開示されている。

プラントのオペレータは、警報がなされた時点で計装パ
ネルに表示されたプロセスの値を見、あるいはレコーダ
の記録を見て異常状態の把握を行う。そして、異常の原
因と異常箇所の推定をし、対応策を考える。これらの作
業に関しては、−プラント全体に対する深い知識と当該
装置に対する経験的知見を要し、これらの知識および知
見に基ずいて始めて適切な判断が行われるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、現在のプラントにおいては、異常が発生
した時に冷静で的確な判断が益々しにくくなってきてい
る。その理由は、 １）プラント自体が複雑化している。

２）プラント運転の自動化が進み異常事態の発生件数が
減少しているため、若年オペレータにとって異常事態を
経験する磯会が少ない。　　　゛等が考えられる。

従って、警報（アラーム）が出てから、異常事態を把握
して原因を追及し、さらに対応処置を考えることは容易
なことではなくなってきている。

異常が深刻であればなおさら緊急な対応が必要であるが
、冷静かつ適切にこれに対処することは困難な場合が多
い。また、オペレータにとって一時も目を離さずプラン
トを監視し、少しの異常も見逃さないということはでき
ない。

本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的とする所は、コンピュータにより常
にプロセスの監視を行い、異常の有無および異常があっ
た場合のその原因を推論させ、かつ、その結果を音声と
画像にてオペレータに通報することにより、オペレータ
の負荷を軽減し、異常による製品のロスを減少し、プラ
ントの事故を未然に防止することにある。

［問題点を解決するための手段および作用］本発明によ
るプラント運転支援装置は、常にブランドの状態を監視
しプロセスの物質収支および熱収支の計算を行うプロセ
ス計算機構と、その結果から定常値とのずれや正常でな
い変化を検知し、さらに熟練したオペレータの経験的知
見やプロセスに関する科学的知識に基ずきプラントの異
常を認識し、その原因と異常場所を推論するためのルー
ルを格納する知識ベースと、その知識ベースを検索し処
理し推論を行う推論機構と、これに接続する画像表示機
構と、音声出力機構とを具備することを特徴とするもの
である。

プロセス計算機構と推論機構は直接記憶アクセスの方法
により接続することが好ましく、これによりプロセス計
算や推論処理が計算結果の伝送のために中断することが
なくなる。

本発明においては、プロセス入力制御装置より入力され
たプロセスデータに基づきプロセス計算機構により変化
率や変動幅の計算と物質収支および熱収支に係わる計算
が行われる。それらの結果は推論１構に送られ、異常状
態か否かの判断、異常原因や異常場所の推論および対応
処置の決定が行われる。さらに、これらの推論結果は画
像と音声でオペレータに通知されるので、オペレータは
異常に関する詳細な検討および推論をすることなく即座
に原因と対策を知ることができる。

［発明の実施例コ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るプラント運転支援装
置の概略構成を示す。同図において、１は本実施例の装
置によりその運転が支援されるプラント、２はプロセス
入出力制御機構、３はインターフェース（ＩＦ）Ｒ構で
ある。本実施例において、プロセス入出力制御機構２は
運転対象であるプラント１の装置および機器の計装設備
や（のプロセスを制御するプロセスコンピュータ等であ
る。また、！Ｆ機構３はプロセス入出力制御機構２とプ
ロセス計算１構４とを接続するもので、ここではＢＳＣ
８０手順約を用いている。なお、■ＦＷ構３の接続にお
けるデータの伝送方式は、これ以外にもＴＴＹ方式、ベ
ーシック手順、ＨＤ　１０手順またはＧＰ−ＩＢ方式等
の標準化された方式を用いることができる。

４は専らプロセスデータの処理すなわち運転対象となる
装置および別器からの測定値を処理するプロセス計算機
構で、変化の傾向や変動の幅、物質収支、熱収支等の科
学的根拠に基づく計ｑを行う計算機である。５は測定値
や計算結果を表示する表示装置である。プロセス計ｎ薇
構４と表示装置５は特殊なものでなくともよく、本実施
例ではＣＲＴ　（陰極線管）ディスプレイ装置を備えた
小型汎用計算機を用いている。

６と７はデータ伝送機構であり、プロセス計算機構４と
推論機構８の両者の計算機を接続するもので、ＤＭＡ　
（直接記憶アクセス）の方式によりデータの通信を行う
。なお、ＤＭＡ方式によらずプログラム転送方式を採用
してもよいが、その場合データ転送中はプロセス計算機
構４における計算と推論機ｖ４８における推論が中断さ
れてしまうため、タイムリーで適確な診断が下せないこ
とがある。ＤＭＡ方式によれば、これらのプロセス計算
機構４における計算および推論機構８における推論の処
理とは無関係に両者の記憶装置間でデータ転送が行える
。

推論ｉ構８は専ら知識ベース１２に格納されたルールを
用いて推論処理を行う計算機、９はその表示装置でＣＲ
Ｔディスプレイ装置である。推論は構８、表示装置９お
よび知識ベース１２として本実施例では一体の小型汎用
計算機を用いている。知識ベース１２は、その小型汎用
計算機の補助記憶装置である磁気ディスク装置に推論用
のルールを格納したものである。

°１０は音声合成装置であり、推論機構８における推論
結果の文字列を受けて自然言語の音声を合成する。本実
施例では、規則音声合成方式で音声を得ているため、推
論システムによるどのような文字列でも音声合成が可能
であって用途が広く、また人間の声に近い音を合成する
ので便宜である。

１１は音声合成装置で合成された音を出力するスピーカ
である。音声合成装置１０はＲ８２３２Ｃインターフエ
ースにより推論機構８と接続されている。

推論機構８では、推論の結果を文字列として音声合成装
置１０に出力する。次は、そのような文字列の例である
。

“原料油貯槽レベル低下” また推論機構８では、異常に関する上記のような推論結
果に加えてそれに対する対応処置も出力する。そして、
この対応処置も同様に音声にて出力される。次は、その
例である。

゛レベルゲージしＧ１を確認し、原料を暖めてから補給
” 次に、第２図のフローを参照して本実施例における運転
対象である石油精製プラントの概要を説明する。同図の
プロセスは、重質油を触媒を使って分解しガソリンやナ
フサ等の軽質油を得るものである。

原料である重質油は、原料油貯槽（ユニット１）より所
定温度に予熱された後、ポンプにより一定流昌でライザ
ー管（ユニット３）に送られミキサ一部で霧化される。

そして、再生塔（ユニット５）より送られてきた高温の
触媒と混合し、ライザー管内を反応しながら上界する。

その後、反応器（ユニット４）でさらに分解し、油分は
蒸溜塔（ユニット６）に送られ分解ガス、ガソリン／軽
質軽油および重質軽油に分留される。一方、コークが付
着した触媒は、反応器で油分と分離し触媒レベル調整バ
ルブ（バルブ１）を経て再生塔へ送られ、ここで空気で
燃焼し再生される。再生後の触媒は所定の流量で再びラ
イザー管のミキサ一部へ送られ、反応に使われる。発生
する分解ガス、燃焼ガスおよび生成液は自動的に針足さ
れるとともに付帯分析装置を用いて組成分析される。分
析データＪ３よび運転データは逐次プロセスコンビコー
タに入力され、プラント全体の物質収支等が求められる
ようになっている。プラントの運転にはデジタル制御方
式（ＤＤＣ）を主体とするコントロールシステムを採用
している。また、反応温度、再生温度、原料油流９、反
応圧力および再生触媒上のコーク吊をすべて任意に制御
でき、かつ設定条件を選択できる。

次に、本実施例の装置の動作を説明する。

第３図〜第６図は、本実施例の装置の表示装置９（第１
図）における表示画面の例を示す。第３図は、第２図に
示したプラントが正常運転している場合の表示画面であ
る。左下方には「正常」と表示され、さらにプラントの
フローと対応する図が画面上に表示されている。

第１図において、プラントが運転され゛ている間、プロ
セス入出力制御機構２は常にプラントからの各測定値を
入力し、ＩＦＩＩ構３を介してプロセス計算機構４にデ
ータを送出する。プロセス計算機構４は、所定の計算の
後、それらのデータをデータ伝送機構６，７を介して推
論機構８に送出する。

推論機構８はそれらのデータに基づいて常に推論の処理
を行っており、その結果は表示装置９と音声合成装置１
０に出力される。従って、正常運転時は上記第３図のよ
うな画面表示が引き続きなされ（正常時の音声出力はな
い）、異常が検知されると即時にその異常を示す表示お
よび音声出力がなされる。異常が検知された後もプロセ
スからのデータの取得および推論の処理は引き続き行わ
れているので、表示装置９と音声合成装置１０は常にそ
の時点のプラントの状態を示すこととなる。

推論のロジックは、推論機構８の中に組み込まれたプロ
グラムにより表現されている。このプログラムは、いわ
ゆるプロダクションシステムと呼ばれるもので、因果関
係を表わすプロダクションルールとそれを処理し推論を
行う推論システムよりなる。

プロダクションルールは、次の形式にて表現される事象
の因果関係である。

条件部−〉実行部 ここで、条件部はプロセスの状態を表す文とそれが正し
いか否かを示す論理的値からなる。その値は、正しいな
らばＴ（真）、正しくないならばＦ（偽）という値をと
る。実行部は条件部の成立により支持される仮説を表わ
す。

推論機構８は、プロセス計算機構４からのデータに基づ
く条件部の真偽より実行部の仮説の成立を判定する。

次に、プラントのいずれかの箇所に異常が発生した場合
の動作を説明する。

異常検知例１ 例えば、第２図のプラントにおいて触媒は反応器（ユニ
ット４）から再生塔（ユニット５）へ自重にて移動する
が、再生塔の圧力は反応器より高いため大変微妙な圧力
制御が必要である。そこで、反応器と再生塔の圧力に密
接な関係のあるガス流量に注目して、コントロールバル
ブ１の異常を検出する。始にガス流量に注目すると次の
ようなルールが考えられる。

Ｆ　（Ｆ７ＮＯＷＶ、０．８：　　＊）＆Ｆ　（Ｆ７Ｍ
ＯＶＥ、−０，１：　　０．１）−＞Ｆ　（Ｆ２Ｏに、
Ｔ＞ このルールは知識ベース１２に格納されている。

その意味する所は、Ｆ７ＮＯＷＶが０．８以上で、かつ
Ｆ７ＭＯＶＥが−０，１から０．１の間であるならばＦ
７０Ｋが真であるということである。ここでＦ７ＮＯＷ
Ｖは、プロセス計算機構４から送られて来たデータの１
つであり、第２図中のＦ７の位置で訓定されたガス流ｍ
である。Ｆ７ＭＯＶＥは、同様にプロセス計算機構４で
計算されたＦ７におけるガス流量の変動の幅である。つ
まり、過去一定期間の最大値と最小値の差である。つま
りこのルールでは、Ｆ７におけるガス流量が規定の値以
上であって、かつあまり変動がみられないならばＦ７で
は正常であるとしている。

次に、反応器（ユニット４）と再生塔（ユニット５）の
間の差圧計ＤＰ３　（第２図）に異常が見られたとする
と、 Ｆ　（Ｄ３Ｈ１，Ｔ）＆Ｆ　（Ｆ２Ｏに、Ｔ）−＞）−
１（ＤＰＲＶＬＶ、　　０．７＞というルールが適用さ
れる。これは、Ｄ　３　ＨＩが真であってかつＦ７０Ｋ
が真であるならば、ＤＰＲＶＬＶという仮説が確信の度
合０．７で成立するということを意味する。確信の度合
は、その仮説の可能性を示すものである。すなわち、仮
説が絶対成立するなら１（Ｔ）、絶対成立しないなら−
１とし、その間の値をとることで仮説に対する成立の可
能性を示している。

Ｄ３ＨＩは、差圧計ＤＰ３の値が異常に高く、アラーム
が出ているということでそのアラームのステータスがプ
ロセス計算１！４を通して推論機構８に送られて来るこ
とにより、Ｄ３ＨＩが真となる。Ｆ２Ｏには先のルール
により支持されている。こうして仮説ＤＰＲＶＬＶが成
立すると、その仮説は同様に知識ベースの中に次の文と
対応付けられている。

“’ＤＰＲＶ−３異常″ この結果、推論機構８からこの文字列が音声合成装置１
０に送出される。そして、音声合成装置１０からはスピ
ーカ１１を通して゛で−び−あ−るぶいさんいじよう”
と発音される。同時に、表示画面９はバルブ１が赤色で
表示される。

異常検知例２ 第２図において、ＤＰＲ−４はｒＦＬＵＥガスフィルタ
ー差圧」を示す。この差圧ＤＰＲ−４に注目することに
よって、フィルターユニット（ユニット２）の状況を推
測することができる。まず、知識ベース１２には以下の
ルールが格納されている。

Ｆ　（Ｄ４ＭＯＶＥ、２０：＊） −＞Ｆ　（Ｄ４ＵＰ、Ｔ） このルールは、差圧ＤＰＲ−４の１分間のトレンドが＋
２０ｍ１′ｎ１−（２ｏ以上のとき、差圧ＤＰＲ−４が
上界していると見なすことを示している。さらに、各ラ
インの閉塞に関し以下のルールが知識ベース１２に格納
されている。

Ｆ（Ｄ４ＵＰ、Ｔ）−＞Ｈ（Ｃ３ＦＩＬＴ、　　０．７
）Ｆ（Ｄ４Ｈ１，Ｔ）−＞Ｈ（ＣＬＦＴＬＴ、　　０．
７＞、Ｈ（Ｃ３Ｆ　ＩＬＴ、−１） （１：　Ｆ　（Ｄ４ＵＰ、Ｔ）、Ｆ　（Ｄ４Ｈ１，Ｔ）
）−＞Ｈ（ＺＦ　Ｉ　ＬＣＨ，０，７） ここで、Ｃ３ＦＩＬＴはフィルターユニットが閉塞気味
であること、ＣＬＦ　Ｉ　ＬＴはフィルターユニットが
閉塞していること、ＺＦＩＬＣＨはフィルターの切替え
および再生が必要であることをそれぞれ示す。

従って、上記のルールは ・差圧ＤＰＲ−４が上昇している（Ｄ４ＵＰ）ならば、
フィルターユニットが閉塞気味（Ｃ３Ｆ　Ｉ　ＬＴ）で
あるという確信の度合が０．７・差圧ＤＰＲ−４のハイ
アラーム（所定の上限値オーバ）が出ているなら（Ｄ４
ＨＩ）、閉塞気味ではなく閉塞（ＣＬＦ　Ｉ　ＬＴ）で
あるという確信の度合が０．７ ・ｒＤＰＲ−４が上昇」、ｒＤＰＲ−４がハイアラーム
」のうち１つが成り立てば、フィルターの切替えおよび
再生（ＺＦＩＬＣＨ）という対応措置を講じる必要があ
るという確信の度合が０．７ となることを示している。

これらのルールが適用されると第２図のフィルタ一部（
ユニット２）が赤で表示され、上記の推論結果が音声と
ともに出力される。

表示両面例 第４，５図は、推論機構８が異常を報告した際の両面表
示を示す。左下方の「正常」という表示は「異常」と変
わっている。さらに、画面上部には、推論の結果どのよ
うな異常が発生しているかを示す文章およびその対策が
、２つずつ表示される。例えば、第４図ではｒＬＲＣ３
コントロール用窒素が少ない。」という異常が確信の度
合０．７０で、またｒＬＲＣ３のＰＩＤ値が不適当と思
われます。」という異常が確信の度合０．６０で発生し
ていることを示している。また、これに対応して、符番
２１で示した部分が赤で、符番２２で示した部分が黄色
で表示される。さらに、この異常に対して取るべきと思
われる対策が２つ、その対策を取るべき確信の度合とと
もに表示されている。

第５図においても同様であり、検出した異常に対応して
符番２３の部分が赤で表示される。

なお、推論機構８における推論の結果、異常原因および
対策は複数挙げられるが、本実施例では異常原因および
対策とも便宜上確信の度合の高い方から２つずつを出力
することとしている。従って、これらの出力を１つまた
は３つ以上とすることもできる。

異常検知例３ 第２図において、ＬＰ０１は原料油計量管内の原料油の
レベルを示す。知識ベース１２には以下のルールが格納
されている。Ｌ　２Ｍ０ＶＥはレベルＬＲ８−２の１分
間のトレンドを表わすとする。

Ｆ　　（１２ＭＯＶＥ、　　−０，０５：　　０，０５
　　）−＞Ｆ　　（１２ＮＣ，Ｔ） Ｆ　　（Ｌ２ＭＯＶＥ、＊：　　０） −＞Ｆ　　（Ｌ２ＤＮ、Ｔ） 上記ルールは、１２Ｍ○ＶＥが−０，０５〜０．０５％
であればＬＲ８−２は変化なしく１２ＮＣ）でアリ、Ｌ
２ＭＯＶＥがＯ％以Ｔ４−あｔｌ［ＬＲ８−２は減少（
Ｌ２ＤＮ）であることを示している。

さらに、以下のルールが格納されている。

＊■Ｆ Ｆ　（Ｐ４．Ｔ）＆ （１：Ｆ　　（Ｌ２ＤＮ、　　Ｔ）。

Ｆ　（１２ＮＣ，Ｔ）） ＊ＴＨＥＮ Ｆ　（Ｌ２．Ｔ） −＞Ｈ（ＡＲＬＵＣＫ、−０，８）。

Ｈ（ＺＡＲＸＣＧ、０．８）。

Ｈ（Ｐ４ＡＯＶＥ、０．３）。

Ｈ（ＺＡＯＶＣＫ、０．３） ＊ＥＮＤ これは、原料油供給ポンプＰ−４が起動されていて、か
つＬＲ８−２が変化なしもしくは減少しているならば、
通常バルブＬＲ３Ｖ−２は閉じているのだが、これが開
いているならば（Ｆ　（Ｌ２゜Ｔ）−＞）、 ・原料油が減少しており＜ＡＰＬＬＩＣＫ）　、原料［
△Ｒ１を暖めてから補給しなければならない（ＺＡＲＸ
ＣＧ）と考えられる確信の度合が０．８ あるいは、 ・ＬＲ８Ｖ−２のバルブが異常（Ｐ４ＡＯＶＥ）で、Ａ
ＯＶチェックの必要がある（ＺＡＯＶＣＫ）という確信
の度合が０．３ ということを示すルールである。

このルールの適用により上記のような推論結果が音声と
ともに出力され、異常箇所が疑わしい順に赤・黄色で表
示される。

第６図は、このときの表示画面を示す。一番の異常原因
があると考えられる原料油貯槽（図中符番２４）は赤色
となり、次に疑わしいＬＲ８Ｖ−２のバルブ（図中符番
２５）が黄色となって表示されている。

このように、本実施例の装置によりプラントは常に監視
され異常が起れば直ちに異常原因と異常場所が推定され
、かつその対応策が画像と音声にて表示されるのでプラ
ントオペレータにかかる負荷は大幅に軽減される。

［効　果ｊ 以上説明したように、本発明によれば、常にプラントの
状態を監視しプロセスの物質収支および熱収支を計算し
、その結果から正常でない変化を検知し、さらに知識ベ
ースのルールに基づいて異常の原因と異常場所および対
策を推論して、結果を画像および音声で外部に出力して
いるので、プラントの装置等の運転は均質化され、また
以下のような効果がある。

１）運転ミスによる製品のロスが防止される。

２）コストの安い運転員（非熟練）に運転を任せること
ができる。

３）原料の切替、運転モードの変更等が円滑に行われる
ため、オフスペック製品の防止および非定常期間の短縮
を図ることができる。

４）異常時のオペレータの混乱が防止される。

５）異常への対処が的確かつタイムリーに行われる。

６）小さな異常でも見逃されず的確に対処される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るプラント運転支援装
置の概略構成図、 第２図は、上記実施例における運転対象である石油精製
プラントの概要を説明するためのプロセス７０−、 第３〜６図は、上記実施例の装置における表示画面例で
ある。 １・・・プラント、　　２・・・プロセス入出力制御機
構、３・・・ＩＦ機構、　　４・・・プロセス計算機構
、５．９・・・表示装置、６，７・・・データ伝送癲構
、８・・・推論機構、　　１０・・・音声合成装置、１
１・・・スピーカ、　　１２・・・知謂ベース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プラントからのデータを取り込むためのプロセス入
   力制御装置からインターフェース機構を介してデータを
   受け取りこれを処理して時間的変化の様子を求めると同
   時にプラントの全部または一部の物質収支および熱収支
   を計算するプロセス計算機構と、異常の原因と異常の発
   生場所を推定するための知識を収納する知識ベースと、
   その知識を使って推論を行う推論機構と、上記プロセス
   計算機構と推論機構とを接続するデータ伝送機構と、上
   記推論機構における推論結果を人間に提示する画像表示
   機構及び／又は推論結果を自然言語で通報する音声出力
   機構とを具備することを特徴とするプラント運転支援装
   置。 ２、前記データ伝送機構が、前記プロセス計算機構と推
   論機構とを相互に直接記憶アクセス方式にて接続するた
   めの通信制御機構である特許請求の範囲第１項記載のプ
   ラント運転支援装置。 ３、前記音声出力機構が、前記推論機構と伝送線を通し
   て接続され、推論機構より自然言語で表わされた文字列
   を受け取り規則音声合成の方法にて音声を合成する特許
   請求の範囲第１項または第２項記載のプラント運転支援
   装置。