【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判定方法に関する。

【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、その計測結果および制御する物性値の制御指令値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４−３
０５７９４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、特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ー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ため、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、その原因究明と対処処置を講ずることが求められている。

【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とその種類内容を識別するプラント監視診断装置を本願の出願に先立って平成５年３月２４日に提案している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】測定信号，設定信号および操作信号の示す異常徴候は、異常状態に向う場合もあるが、消滅する場合もある。 このため、異常徴候を検出して、警報を発しても実際にプラントの異常が発生しないと、プラント監視診断装置の故障と誤解されかねない。 また頻繁に警報がなっても警報の意味合いが薄れる。 そこで、異常徴候の重要度をユーザが知ることができると、ユーザにとっては好適合である。

【０００８】そこで本発明の目的は、上述の点に鑑みて、プラントの異常徴候を検出するだけでなく、ユーザに異常徴候の重要度を報らせ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判定方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成するために、請求項１の発明は、プラントの作動状態を示す測定信号およびプラント制御装置の設定信号および操作信号を入力し、前記プラントの正常作動範囲内で生じる異常徴候を前記測定信号、前記設定信号、前記操作信号の変化の分析により識別し、当該識別した異常徴候に基づき、該異常徴候が異常に向う変動確信度を取得判定することを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明は、さらに前記変動確信度を表示することを特徴とする。

【００１１】請求項３の発明は、プラントの作動状態を示す測定信号およびプラント制御装置の設定信号および操作信号を入力する入力手段と、前記プラントの正常作動範囲内で生じる異常徴候を前記測定信号、前記設定信号、前記操作信号の変化の分析により識別する識別手段と、当該識別した異常徴候に基づき、該異常徴候が異常に向う変動確信度を取得判定する演算判定処理手段とを具えたことを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明では、プラント監視診断装置が測定信号，設定信号，操作信号の変化分析により異常徴候を検出すると、異常徴候が異常に至る確率すなわち、変動確信度を取得し、信号出力や表示出力の形態でユーザに知らせることができる。

【００１３】

【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。

【００１４】本発明の説明に先立って、本実施例の異常徴候判定方法の原理を説明する。

【００１５】本実施例では、相対偏差変動，絶対偏差変動，出力差相対変動，出力差絶対変動，出力特性変動，
出力上昇下降連続度の６種の特徴についての異常徴候を検出する。

【００１６】ａ）相対偏差変動特徴パラメータＤＶ． Ｔ
ＲＳ，絶対偏差変動特徴パラメータＤＶ． ＡＢＳ 図２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２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までの測定値の平均（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ＹＨ以上、レベルＹＨ以下を異常領域と呼び、レベルＹ
Ｈ〜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を越えたときに移動平均値に対する相対偏差変動の異常徴候が発生したとみなす。 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が次の絶対偏差変動特徴パラメータＤＶ． ＡＢＳにより行われる。

【００１９】特徴パラメータＤＶ． ＴＲＳ，ＤＶ． ＡＢ
Ｓの算出式は以下の通りである。

【００２０】

【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)

【００２１】

【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

【００２２】

【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）での偏差値ＤＶ（ｔ）と変動しきい値ＶＨ
（ｔ），ＶＬ（ｔ）との間の相対関係を表わす相対偏差変動特徴パラメータＤＶ． ＴＲＳは、

【００２３】

【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 （低レベルで上昇に向う変動） もしVL(t) ＞DV(t) のとき DOWN（低レベルで下降に向う変動） 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。

【００２４】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】絶対偏差変動特徴パラメータ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（高レベルで上昇変動） もしXL＞DV(t) のとき LOW （高レベルで下降変動） ここで、ＸＨ，ＸＬは異常徴候検出用第１しきい値（図２参照）である。 ＤＶ． ＡＢＳ（ｔ）がＨＩＧＨまたはＬＯＷになったときは測定値が図２の高レベル突変領域に位置していることを示す。

【００２７】このような測定信号の偏差に関連する特徴パラメータと測定値の偏差状態の関係を図１（ａ）に示す。 上記特徴パラメータの示す値が図１（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】さらに、測定信号が図２の高レベル突変領域に位置する程、測定信号が図２の異常領域に移行する確率が高くなる。 そこで、過去のプラント運転データ等の統計分析により測定信号が異常領域に移行する確率を予め定めておく。 この確率が図１の（ａ）に示すように偏差状態と関連付けられ、偏差状態の変動パターンが決定されたときに対応の確率が偏差変動確信度として用いられる。

【００２９】ｂ）相対出力差変動特徴パラメータΔＭ
Ｖ． ＴＲＳ，絶対出力差変動特徴パラメータΔＭＶ． Ａ
ＢＳ 相対出力差変動特徴パラメータΔＭＶ． ＴＲＳは、操作信号の変化量（または変化率）が平均変化量（または平均変化率）に対してどれぐらい変動しているかを示す特徴パラメータである。 特徴パラメータΔＭＶ． ＴＲＳは以下のように算出される（ここでは、説明上、図２の測定値を出力差、Ｓを０と置き換え記述する）。

【００３０】

【数６】時刻ｔの出力差ΔMV(t) ＝時刻ｔの操作値MV(t) −時刻(t-1) の操作値MV(t-1)

【００３１】

【数７】時刻ｔの変動上限しきい値VH(t) ＝時刻ｔでの出力差の移動平均値＋一定値

【００３２】

【数８】時刻ｔの変動下限しきい値VL(t) ＝時刻ｔでの出力差の移動平均値−一定値 時刻（ｔ）での出力差ΔＭＶ（ｔ）と変動しきい値ＶＨ
（ｔ），ＶＬ（ｔ）との間の相対関係を表わす相対出力差変動特徴パラメータΔＶＶ． ＴＲＳは、

【００３３】

【数９】 ΔMV.TRS(t) ＝もしVL(t) ≦ΔMV(t) ≦VH(t) のとき NOR （異常徴候無し） もしVH(t) ＜ΔMV(t) のとき UP （低レベル上昇に向う操作量の変動） もしVL(t) ＞ΔMV(t) のとき DOWN（低レベル下降に向う操作量の変動） 絶対出力差変動特徴パラメータΔＭＶ． ＡＢＳは操作量の変動が高レベル突変領域にあるかの位置判別に用いられる。 特徴パラメータΔＭＶ． ＡＢＳは次式により定まる。

【００３４】

【数１０】ΔMV.ABS(t) ＝もしXH≧ΔMV(t) ≧XLのとき NOR （異常徴候無し） もしXH＜ΔMV(t) のとき HIGH（高レベル上昇に向う操作量の変動） もしXL＞ΔMV(t) のとき LOW （高レベル下降に向う操作量の変動） 特徴パラメータΔＭＶ． ＴＲＳ，ΔＭＶ． ＡＢＳの値の組み合わせにより定まる測定信号に関する出力（操作信号）変化状態および各状態に対応する異常状態に向う出力変動確信度（異常発生確率）の関係を図１（ｂ）に示しておく。 ここで、出力変動確信度は、測定信号の変動を抑制する方向に働いている場合があることは言うまでもない。

【００３５】ｃ）出力特性変動特徴パラメータΔＰＶ
Ｃ． ＡＢＳ ここで、出力特性とは当刻測定値とは別の測定値から計算（設計条件式または統計的経験式）で求めたあるプロセス状態を示す特性値（プロセス値と称す）と、当刻測定値との差を意味する。 出力特性変動状態は次式により定まる。

【００３６】

【数１１】ΔPVC.ABS ＝もし下限しきい値≦出力特性値≦上限しきい値のとき NOR （異常徴候無し） もし上限しきい値＜出力特性値のとき HIGH（異常徴候有り） もし下限しきい値＞出力特性値のとき LOW （異常徴候有り） 出力特性変動特徴パラメータの値についても、異常に移行する変動確信度が上記ＮＯＲ，ＨＩＧＨ，ＬＯＷの値に対応させて定められる。

【００３７】ｄ）出力上昇下降連続度特徴パラメータＭ
ＶＣ． ＩＴＳ ここで出力上昇下降連続度は、操作信号が連続して上昇または下降した回数を意味する。 出力上昇下降連続度に関する変動状態を示す特徴パラメータＭＶＣ． ＩＴＳは次式により定まる。

【００３８】

【数１２】MVC.ITS ＝もし下限しきい値≦出力上昇下降連続度≦上限しき値のとき NOR （異常徴候無し） もし上限しきい値＜出力上昇下降連続のとき UP （操作量連続上昇変動） もし下限しきい値＞出力上昇下降連続度のとき DOWN（操作量連続下降変動） 上記特徴パラメータＭＶＣ． ＩＴＳについてもその状態値ＮＯＲ，ＵＰ，ＤＯＷＮについて異常に移行する確信度の値が定められる。

【００３９】図２〜図５に示すような測定信号の変化にそれぞれ対応して、以上の６種の変動パラメータ値の組み合わせが定まるので、この組み合わせ内容を識別することにより異常徴候の有無，異常徴候の種類内容が識別される。

【００４０】次に、上述の異常徴候の種類判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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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識別処理、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が本発明の識別手段および演算判定処理手段として動作する。

【００４４】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徴候判定のためのプログラムおよび図１（ａ），（ｂ）に示すような測定値，操作値の変化パターンと特徴パラメータの値の組み合わせおよび変動確信度、対応する異常徴候原因および対応処置もシステムメモリ１２に格納される。

【００４５】キーボード１３：ＣＰＵ１１に対する動作指示を入力する。

【００４６】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。

【００４７】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からはプラント３０から取得した制御量の測定信号およびＤＣＳ２０が有する設定信号，操作信号を受信し、ＤＣＳ２０に対して、新たな設定信号または操作信号を送信する。

【００４８】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）に対して入力手段で得られた測定信号，設定信号，操作信号および異常徴候診断結果を記憶する。

【００４９】このような回路構成において実行される異常徴候判定関連処理を図７を用いて説明する。 図７はＣ
ＰＵ１１が実行する異常徴候識別処理および異常徴候診断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。

【００５０】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１２式を用いた演算を行い、上述６種の特徴パラメータの値を求める（Ｓ２０）。

【００５１】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）を示す識別情報および変動確信度をシステムメモリ１２内のテーブルから取得する（Ｓ３０）。 さらに識別された変化パターンに対応する故障原因がＣＰＵ
１１によりシステムメモリ１２から読出される。 また、
本実施例では偏差変動関連特徴パラメータＤＶ． ＴＲ
Ｓ，ＤＶ． ＡＢＳから偏差変動確信度（図１（ａ）参照）が定まり、出力差変動関連特徴パラメータから出力変動確信度（図１の（ｂ）参照）が定まる。 また、出力特性変動特徴パラメータから出力特性変動確信度が定まり、出力上昇下降連続度特徴パラメータから出力連続上昇下降についての確信度が定まる。 これらの確信度が予め定められた演算式に代入され、総合的な異常発生確信度がＣＰＵ１１により算出される。

【００５２】以上のようにして、得られた故障原因および総合的な異常発生確信度は、ＣＰＵ１１の指示で図形形態で表示装置１４の表示画面に表示される。 図８にその表示の一例を示す。

【００５３】図８の例はＤＣＳ２０が制御しているプロセス機器およびその制御系を図形で表示し、故障原因として判明した自動流量調節弁に異常徴候があることを特定色の図形Ｐで表し、総合的な異常発生確信度を特定色の濃淡で表している。

【００５４】以下、ＣＰＵ１１は一定時間毎に上記処理手順を実行し、測定値の変化状態の識別を繰り返す。

【００５５】本実施例の他に、次の例を実施できる。

【００５６】１）本実施例では上記６種の異常パラメータの少なくとも１つがＵＰ，ＤＯＷＮ，ＨＩＧＨ，ＬＯ
Ｗのいずれかの変化パターンを示したときに異常徴候有りとして、その原因のみ（異常徴候を発生している機器や事象）を表示している。 これに加えて、異常徴候の種類内容の判断結果を、たとえばメッセージ表示することもできる。 この場合は、異常徴候の種類に対応させたメッセージ情報をシステムメモリ１２に記憶しておき、判別された異常徴候に対応したメッセージ情報をＣＰＵ１
１により読出し、表示装置１４で表示する。

【００５７】２）上記６種の特徴パラメータをそれぞれ異なる時間間隔で計算するようにしてもよい。 また制御対象のプラントの内容に応じて、所望の特徴パラメータを選択し、算出するとよい。

【００５８】３）異常徴候を示す特徴としては、従来から異常の判断に用いられている特徴を用いることができるが、ここで重要な点は、異常特徴の示す測定信号の変化パターンの中で正常作動範囲として取扱う部分を異常徴候の特徴パラメータとして用いることにある。

【００５９】４）異常徴候の検出と異常の検出とを同時に行うことも可能である。

【００６０】この場合、総合異常確信度が最高値（たとえば１００％）となったときにＣＰＵ１１により異常と判断させる。 また、異常徴候検出の場合は表示装置１４
のみ表示し、異常検出の場合は警報を表示装置１４とスピーカ（不図示）等とから出力するようにすると、ユーザに異常を確実に報らせることができる。

【００６１】５）上記総合異常確信度の表示には、色の濃淡表示の他，色別表示，グラフ表示，図形表示，数値表示など値の大きさを示すイメージ表示を行うことができる。

【００６２】６）上記総合異常確信度が高い程、プラントは異常が発生しやすい。 また、たとえば、図４，図５
の変化パターンのように、異常が急激に発生しやすい異常徴候の種類内容もある。 そこで、総合異常確信度および異常徴候の種類内容に関連付けた緊急度の算出式を定めておき、緊急度をＣＰＵ１１により計算し、表示装置１４に表示してユーザに報らせることもできる。 操作員が存在しないような場所に設置されたプラント制御装置のような場合にはさらに、総合異常確信度に応じたプラント制御を実行させることもできる。

【００６３】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
異常徴候の検出に応じてその異常確信度が求められるので、ユーザはこの異常確信度に基づき、異常徴候の重要性の程度を知ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】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２】本発明実施例の異常徴候のない測定信号の波形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】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】異常徴候の警告表示の一例を示す説明図である。

【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