JP4713508B2

JP4713508B2 - プラント監視システム

Info

Publication number: JP4713508B2
Application number: JP2007010027A
Authority: JP
Inventors: 福太郎安保
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-01-19
Filing date: 2007-01-19
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2027-01-19
Also published as: JP2008176611A

Description

この発明は、プラント監視システムに関するもので、特に発電プラントや電力変電所等の諸機器の運転を監視するプラント監視システムに係るものである。

従来よりプラント監視システムにおいて、監視対象機器の運転状態の諸計測データを取得し、システム構成機器内に保存している。このようなシステムの一例として、ビル管理システムにおいて中央監視室に配置された中央監視装置のディスプレイ上に、所定のサンプリング周期で収集した計測データを取り出し、代表計測データを画面上にプロットする、あるいは所定サンプリング数毎にその計測データの最大値、最小値を代表計測データとして取り出しプロットする、またさらには所定の判断基準に基づいて代表計測データを取り出しプロットすることが示されている（例えば、特許文献１）。

特開平０８−１０８６９１号公報（図１、図５）

一方、最近のプラント監視システムにおいて、プラントのより安全でかつ、環境への影響を可能な限り少なくした運転、さらには保守メンテナンス性の向上等から、プラント運転中の各機器の計測データ情報に関して、次のような要求が高まってきている。
（１）偶発的な機器故障やその故障誘発要因となる過渡現象を予め検出するために、計測データ取得周期をより短くする（例えば、１〜５秒毎のサンプリング）とともに、そのデータを判り易く表示可能とする。
（２）機器の経年劣化を診断するため、計測データを長期間にわたって保存する。

このような要求に対して、前記特許文献１に示された技術を適用しようとすると、データサンプリング取得周期をより短くするには、それに比例したデータ容量を確保しなければならず、システムの記録容量の増大化が必要となって装置の大型化、コスト増加の要因となり、また得られる代表計測データは区間内の最大値等のデータであるので、最近特に要求されてきている過渡現象を確認するプラント監視システムには適用できない。
さらには、故障の前兆現象のデータも前記特許文献１では充分に得られるものではないという問題点を有している。

この発明は、前記のような課題を解決するものであって、プラント監視システム構成機器内で計測、保存されている計測データを表示する際、前記構成機器の内部処理によって、必要かつ十分な計測データによって表示を行うとともに、内部処理時に前記必要かつ十分な計測データ以外は消去することで、システム構成機器の記憶容量を増大させることなく、過渡現象を含めた計測データを容易に得られるプラント監視システムを提供する。

この発明に係るプラント監視システムは、プラントを構成する機器の運転状態を検出するセンサと、計測装置とを備え、計測装置には、センサの出力信号を受信するサンプリング部と、このサンプリング部につながる演算部と記録部とが設けられており、演算部は記録部に保存された同一機器から検出した計測データで、最少を４個とし、予め設定された最大個数を最終計測データとして、次のステップ（１）〜（１１）、すなわち
（１）データ計測時刻をＸ軸に、データ量をＹ軸として、データを計測時刻順にプロットするステップ。
（２）Ｘ軸上の１番目のプロットを基準点Ｂで、かつ確定点と設定するステップ。
（３）次番の２番目のプロットが最終プロットのとき、該２番目のプロットを確定点と設定し、最終プロットでないとき該２番目のプロットに対して、許容範囲内の上、下幅値をＹ軸上に定め、上限のＵ点、下限のＬ点を仮設するステップ。
（４）基準点Ｂからステップ（３）で仮設したＵ点、Ｌ点をそれぞれ通る直線Ｕ_ｌ−１
、Ｌ_ｌ−１を仮設するステップ。
（５）前記２番目のプロットの次番である３番目プロットを新規基準点Ｂとし、該３番目のプロットにステップ（３）と同様に、許容範囲内の上、下限値をＹ軸上に定め、上限のＵ点、下限のＬ点を仮設するステップ。
（６）ステップ（２）の基準点Ｂから、ステップ（５）のＵ点、Ｌ点をそれぞれ通る直線Ｕ_ｌ−２、Ｌ_ｌ−２を仮設するステップ。
（７）ステップ（５）の新規基準点Ｂの次番のプロットが、最終のプロットのとき、そのプロットを確定点と設定するステップ。
（８）Ｘ軸に対する傾きを、前記直線Ｕ_ｌ−１とＵ_ｌ−２とで比較して、傾きの小さい
方を採用するとともに、前記直線Ｌ_ｌ−１とＬ_ｌ−２とで比較して傾きの大きい方を採
用するステップ。
（９）前記ステップ（５）の新規基準点Ｂである３番目のプロットと、ステップ（２）の基準点Ｂとを結ぶ直線を仮設するステップ。
（１０）ステップ（８）で採用した２本の直線で囲まれるゾーン内に、ステップ（９）で仮設した直線が存在するか検討し、ゾーン内のとき２番目のプロットを削除点と判定し、ゾーン外のときには、ステップ（５）の新規基準点である３番目のプロットを新規確定点と設定するステップ。
（１１）前記ステップ（１０）で設定した新規確定点の次番である４番目のプロットおよび、該４番目以降のプロットに対して、新規確定点のプロットをステップ（２）の１番目のプロットに相当するものとして扱い、ステップ（２）〜ステップ（１０）に示したと同様の演算処理を繰り返して行い、確定点の設定および削除点の判定をするとともに、確定点と設定したプロットの計測データを、記録部に記録させ、削除点と判定した計測データは記録部から削除するステップ。
により、演算処理を行うものである。

この発明のプラント監視システムは、上記の構成を備えるとともに、演算部が上記ステップ（１）〜（１１）により、演算処理を行うので、予め設定された許容範囲内にある計測データのみを選択して記録部に記録させることになり、記録部の記憶容量の大型化を防ぎ、また機器運転状態の過渡現象や異常発生およびその前兆現象のデータを選択的に保存しているので、前記現象を容易に監視することが出来るプラント監視システムが得られる。

実施の形態１．
実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１はこの実施の形態１によるプラント監視システム１００を示すブロック図である。電力変電所や発電所等のプラントは、多数の各種類の機器によって構成され、これら機器が所定の性能を発揮するよう監視員によって運転管理されている。プラント管理システム１００は図１のブロック図に示すように、図示省略した機器の運転状態を検出する複数のセンサ１の出力を受信する複数の計測装置２と、通信回線９につながる例えば電力変電所内中央管理室に設けられた端末装置７より構成される。
計測装置２には、センサ１が出力する例えばアナログ計測信号を受信してディジタル量の計測データに変換するサンプリング部３と、このサンプリング部３の出力信号を演算部４で処理した後、一時的に保存する記録部５と外部入出力部６とが設けられている。

記録部５に一時的に保存された計測データは、演算部４によって図２のフロー図に従って演算処理が行われる。なおこの実施の形態１による演算処理は、記録部５に一時保存された同一機器の計測データ数が、少なくとも４個以上ある場合に効果を奏するものであるが、ここでの説明の都合上計測データ数が２個からの例でもって示している。
以下で例示する演算処理は、プラント技術者が端末装置７を介して、プラントに設置されれている、例えばサイリスタ電源のアームの過渡的異常電流発生の原因分析を行う必要性から、演算部４に演算処理指令を発信したとする。勿論、この指令なしにでも演算部４が自動的に演算処理を行うことができる。そして取り扱うデータ数は計測開始のデータからデータ管理上で必要とされる複数個のデータである。

図２のＳＴ１において、記録部５に保存されている複数個の計測データ、例えば１秒〜５秒間隔毎に採取したすべてを、データ計測時刻をＸ軸とし、Ｙ軸には計測時刻に対応したデータ量、例えば電流値をプロットする(図３（ａ）)。なおこのプロットは、必ずしもこのＳＴ１ですべて行う必要はなく、プロット１個毎の演算処理完了後に、次の計測データをプロットして進んでもよい。以下、説明を解り易くするため、Ｘ軸上の１番目のプロットから３番目のプロットに対する演算処理について説明する。図２においてはＳＴ１〜ＳＴ１６に相当し、これらの処理を図３の(ａ）〜(ｆ)に図解している。
ＳＴ２において、１番目つまり計測開始時の計測データ(以降、データと称す)のプロットを基準点Ｂとし、かつ確定点と設定する(図３（ａ）)。ＳＴ３で２番目のプロットの次番のプロット、ここでは３番目のプロットが存在しない場合、つまり２番目のプロットが最終プロットである場合には、ＳＴ４で２番目のプロットを確定点と設定する。ＳＴ５で確定点と設定された１番目および２番目のプロットを記録部に保存し、処理終了する。この２個のデータ数例では何ら特徴がないが単にフロー図の説明の都合上、上記説明を行ったものである。またＳＴ５における削除点と判定されたプロットはすべて記録部から削除するという記載は、少なくとも３個のデータがあり、１番目、３番目を確定点とし２番目を削除点とするような場合、あるいは以後説明する多数のデータ数の演算処理において有効な記載であり、データ数２個の場合は適当でない。

一方ＳＴ３において２番目の次番である３番目のプロットが存在する場合にはＳＴ６に移行する。ＳＴ６において、前記２番目のプロットに対してデータ管理上で許容される範囲内の上、下幅値(例えば、グラフ化した場合そのグラフによって読み取れるデータの精度上で許容される上、下幅値、データ量フルスケールに対して例えば±５％等の値)をＹ軸上に設け、上限値Ｕ点、下限値Ｌ点を仮設する(図３（ｂ）)。ＳＴ７において、ＳＴ２で確定点と設定した１番目のプロットＢ点から前記ＳＴ６のＵ点、Ｌ点を通る２本の直線Ｕ_ｌ−１およびＬ_ｌ−１を仮設する(図３（ｂ）)。ＳＴ８において、ＳＴ６でＵ点、Ｌ点を仮設したプロット(この例では２番目のプロットに該当する)の次番、この例では３番目のプロットを新規基準点Ｂとし、これに前記ＳＴ６と同様の上、下幅値をＹ軸上に設け、Ｕ点、Ｌ点を仮設する(図３（ｂ）)。ＳＴ９にて、ＳＴ７と同様に、１番目のプロットＢ点からＳＴ８で仮設した前記３番目のプロットのＵ点、Ｌ点を通る２本の直線Ｕ_ｌ−２、Ｌ_ｌ−２を仮設する(図３（ｃ）)。

ＳＴ１０に移行して、前記ＳＴ７で仮設したＵ_ｌ−１と、ＳＴ９で仮設したＵ_ｌ−２とのＸ軸に対する傾きを比較して、傾きの小さい方の直線を仮採用する(図３（ｃ）)。ＳＴ１１で前記ＳＴ１０と同様に、ＳＴ７で仮設したＬ_ｌ−１と、ＳＴ９で仮設したＬ_ｌ−２とのＸ軸に対する傾きを比較して、傾きの大きい方の直線を仮採用する(図３（ｃ）)。なお、この傾きの定義を図４に示している。

ＳＴ１２に移行し、ＳＴ８で設定した新規基準点Ｂと、ＳＴ２で設定した確定点(１番目のプロット)Ｂとを結ぶ直線を仮設する(図３（ｄ）)。ＳＴ１３にて、ＳＴ８で設定した新規基準点Ｂの次のプロット(４番目のプロット)が最終か否か判定する。最終の場合には前記ＳＴ４に移行する。最終でない場合にはＳＴ１４に移行して前記ＳＴ１０とＳＴ１１によって仮採用された２本の直線が作るゾーン内に、前記ＳＴ１２で仮設した直線が存在するか否かを判定する。つまりデータ管理の精度上の要求範囲内か否かの判定を行う。否の場合(図３（ｄ）)、すなわち要求精度範囲外の場合にはＳＴ３に移行する。一方ゾーン内に存在する場合、すなわち要求精度範囲内にある場合にはＳＴ１５に移行してＳＴ６でＵ点、Ｌ点を仮設したプロット(２番目のプロット)を削除点と判定する(図３（ｅ）)。一方ゾーン外に存在する場合は、ＳＴ１６において、ＳＴ８で設定した新規基準点Ｂを新期確定点Ｂと設定する。

ＳＴ１６における演算処理が終了すると、図示する繰り返しルートにのり、ＳＴ３に移行する。ＳＴ４においてＳＴ８で取り出したプロット（例示では３番目のプロット）の次番のプロット、ここでは４番目のプロットが最終データであるか否かを判定し、最終プロットである場合にはＳＴ４で４番目のプロットを確定点と設定し、ＳＴ５に移行し、前述の如き演算処理を行う。一方４番目のプロットが最終プロットでない場合には、ＳＴ６に移行し、この４番目のプロットに対してＵ点、Ｌ点を仮設し、以下ＳＴ７〜ＳＴ１６、あるいはＳＴ７〜ＳＴ１３〜ＳＴ４、ＳＴ５の演算処理を複数個のデータを最終のデータ（最終の時刻）に到るまですべてのデータについて行う。

以上の演算処理の要点を、図３に示すとともに、この例によるＳＴ５の演算終了後、記録部５に保存される計測データから演算部４が作成する定性的なグラフを図３（ｇ）に示した。この図３（ｇ）の例では、Ｘ軸上、左から２，３，４，７，９，１１番目のプロットが削除されていて、その削除された分量だけ記録部５の記録量を低減している。

以上述べたように、この実施の形態１では演算処理によって確定点である保存すべき計測データ以外を記録部５から削除するので、逐次処理が可能でかつ記録部５の一時保存のデータ量を少なくすることができる。そして従来技術では過渡現象や、その前兆要因を究明しようとするとき、データ計測の時間軸を短縮して数多くのデータを記録部に保存することによる記録部５の容量増大化が伴っていたが、この実施の形態では、前述のような演算処理によって、要因究明に要求される精度範囲外の計測データを削除し、必要な計測データが記録されるので、記録部５の容量増大化を必要とせずまた演算部４の処理能力も特に高める必要もなしに、前記過渡現象等の現象を知ることが出来るという効果がある。またプラント機器の特に異常発生の伴わない日常運転についても、適宜前述の演算処理を行うことによって、記録部５に保存するデータ数を適切に管理可能となり、記録部容量の増大化をなくすることが可能となる。

実施の形態２．
次に実施の形態２をフロー図５、グラフ図６に基づいて説明する。なお、プラント監視システム１００の構成要素は実施の形態１と同じであるので、その説明は省略する。
図５のＳＴ１において、記録部５に一時保存されている計測データの内からデータ管理上で必要とされる数の計測データのすべてを実施の形態１と同様にＸ−Ｙ軸図上にプロットする（図６（ａ））。ＳＴ２において、前記プロットの初基点である１番目および終基点である最終プロットを確定点と設定する（図６（ａ））。
ＳＴ３において、確定点プロットがデータ管理精度上の必要性から要求される所定の点数以上か否かを判定する。所定点数以上の場合、ＳＴ４にて確定点プロットを記録部５に保存し、その他のプロットは削除して処理終了とする。

ＳＴ３にて、確定点が所定点数以下の場合、ＳＴ５に移行し、確定点（このフロー図において最初のフローを実施する場合には前記初基点と終基点のプロットの２点）を仮の直線で結ぶグラフを作成する（図６（ｂ））。
ＳＴ６においてＳＴ５の仮直線とＸ軸上にデータ計測の時刻順にプロットされた各プロットのＹ軸データ量と比較して、その差が最大となるプロットを第１の確定点と設定する。

ＳＴ６の演算処理終了後、繰り返しルートにのり、ＳＴ３に戻る。ＳＴ３で確定点プロット数が所定点数以下と再び判定されるとＳＴ５にて、前記ＳＴ６で設定された第１の確定点と初基点および終基点のプロットとを仮の直線で結ぶグラフを作成（図６（ｃ））し、ＳＴ６において、前記仮直線と残る各プロットのＹ軸データ量とを比較して、その差が最大となるプロットを次の確定点（この例では３番目の確定点）と設定する（図６（ｃ））。

前記のＳＴ３〜ＳＴ６の演算処理を繰り返し行い（図６（ｄ））、（図６（ｅ））、前記仮直線とＹ軸データ量との差がデータ管理上要求される精度以内（例えば、データ量フルスケールに対して±５％以内）であり、予め設定された所定数の確定点数に達すればＳＴ４にて前記確定点と設定されたプロットを記録部５に保存し、他のプロットは記録部５より削除する。この結果を演算部４によって作成されたグラフを図６（ｆ）に例示する。

なお、この実施の形態２による確定点数は予め設定された数としているが、プラントを構成する同一機器のほぼ同じような運転状態のデータをこの実施の形態２によって作成されるグラフ図６（ｆ）において、データ管理上の必要な精度が得られない場合には、前記確定点数を増やすとともに、必要な精度が十分に得られている場合は確定点数を減らす等の学習効果に基づく所定確定点数の変更が可能である。

この実施の形態２では、初基点と終基点とを時間当たりの例えば１日２４時間の記録データ数と設定することにより、時間当たりの記録データが一定量とすることが可能となり、長期間にわたるプラント設備のデータ蓄積が可能である。また、図６（ｆ）に示した太い実線のグラフから削除対象のプロット（細い実線）を削除する前に、計測データ情報つまり太い実線と、元の計測データつまり細い実線との差を知ることが出来て、データ管理精度の評価が可能である。従って、図６（ａ）〜図６（ｆ）に示した細線グラフは、必要とされる場合に記載するものであってもよい。

実施の形態３．
次に実施の形態３を図７のフロー図に基づいて説明する。
この実施の形態３は、前述した実施の形態１の図２に示したフローのＳＴ１６の演算処理を一部分変更するとともに、ＳＴ１６の次に新たにＳＴ１７、ＳＴ１８を設けたものであり、それ以外は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
図７のＳＴ１６は繰り返しルートにおいてのみ有効となるが、説明の都合上、実施の形態１で説明した１番目のプロットから３番目のプロットについて記す。ＳＴ１６においてＳＴ８で設定した新規基準点Ｂを確定点Ｂと仮に設定する。ＳＴ１７において、ＳＴ２の確定点とＳＴ１６の仮確定点Ｂとを結ぶ直線を仮設し、前記確定点、仮確定点Ｂ間にあるプロット、この例示では２番目のプロットのＹ軸データ量と前記仮設直線との間の差を求め、その差が最大となるプロットを確定点と設定する。この場合前記ＳＴ１６の仮確定点が確定点でなくなる。上の例では確定点、仮確定点Ｂ間には２番目のプロットしか存在していないので、説明は矛盾しているが、繰り返しルートにのって順次Ｘ軸の新たなプロットの演算処理を行うことにより、確定点と仮確定点間のプロット数が増えるので、前記ＳＴ１８の演算処理は正当な記載となる。

このような実施の形態３では、データ処理結果として記録される計測情報から、元の計測情報を復元したときに再現性が良いという長所がある。

実施の形態４．
なお、前記実施の形態１に示した図１のプラント監視システム１００に図８に示す情報収集装置８を通信回線９に付設すると、実施の形態１〜３の計測装置２の記録部５に記録された前記演算処理結果を含む計測データ情報を外部入出力部６および通信回線９を介して前記情報収集装置８の記録部５に記録してもよい。このことにより転送量の削減および計測装置２の負荷の低減が行える。
また前記実施の形態１〜３の演算処理は、計測装置２の演算部４で行っているが、情報収集装置８に設けた演算部４で行っても同様の効果がある。

なお、実施の形態１の許容範囲を設定するために、実施の形態２で示した学習効果によって得られる結果から精度見直しに応用してもよい。

この発明の実施の形態１〜４は、交通システム、発電、工業、一般産業等のプラント監視システムに利用可能である。

この発明の実施の形態１のプラント監視システムを示すブロック図である。この発明の実施の形態１の処理フローを示す図である。この発明の実施の形態１の主要処理フローの結果を説明する図である。この発明の実施の形態１の傾きの定義を説明する図である。この発明の実施の形態２の処理フローを示す図である。この発明の実施の形態２の主要処理フローの結果を説明する図である。この発明の実施の形態３の処理フローを示す図である。この発明の実施の形態４のプラント監視システムを示すブロック図である。

符号の説明

１センサ、２計測装置、３サンプリング部、４演算部、５記録部、
７端末装置、１００プラント監視システム。

Claims

プラントを構成する機器の運転状態を検出するセンサと、計測装置とを備えたプラント監視システムにおいて、前記計測装置には、前記センサの出力信号を受信するサンプリング部と、このサンプリング部につながる演算部と記録部とが設けられており、前記演算部は前記記録部に保存された同一機器から検出した計測データで、最少を４個とし、予め設定された最大個数を最終計測データとして、次のステップ（１）〜（１１）、すなわち
（１）データ計測時刻をＸ軸に、データ量をＹ軸として、前記計測データを計測時刻順にプロットするステップ。
（２）Ｘ軸上の１番目のプロットを基準点Ｂで、かつ確定点と設定するステップ。
（３）次番の２番目のプロットが最終プロットのとき、該２番目のプロットを確定点と設定し、最終プロットでないとき該２番目のプロットに対して、許容範囲内の上、下幅値をＹ軸上に定め、上限のＵ点、下限のＬ点を仮設するステップ。
（４）前記基準点Ｂから前記ステップ（３）で仮設したＵ点、Ｌ点をそれぞれ通る直線Ｕ_ｌ−１、Ｌ_ｌ−１を仮設するステップ。
（５）前記２番目のプロットの次番である３番目プロットを新規基準点Ｂとし、該３番目のプロットに前記ステップ（３）と同様に、許容範囲内の上、下限値をＹ軸上に定め、上限のＵ点、下限のＬ点を仮設するステップ。
（６）前記ステップ（２）の基準点Ｂから、前記ステップ（５）のＵ点、Ｌ点をそれぞれ通る直線Ｕ_ｌ−２、Ｌ_ｌ−２を仮設するステップ。
（７）前記ステップ（５）の新規基準点Ｂの次番のプロットが、最終のプロットのとき、そのプロットを確定点と設定するステップ。
（８）Ｘ軸に対する傾きを、前記直線Ｕ_ｌ−１とＵ_ｌ−２とで比較して、傾きの小さい方を採用するとともに、前記直線Ｌ_ｌ−１とＬ_ｌ−２とで比較して傾きの大きい方を採用するステップ。
（９）前記ステップ（５）の新規基準点Ｂである３番目のプロットと、前記ステップ（２）の基準点Ｂとを結ぶ直線を仮設するステップ。
（１０）前記ステップ（８）で採用した２本の直線で囲まれるゾーン内に、前記ステップ（９）で仮設した直線が存在するか検討し、ゾーン内のとき前記２番目のプロットを削除点と判定し、ゾーン外のときには、前記ステップ（５）の新規基準点である３番目のプロットを新規確定点と設定するステップ。
（１１）前記ステップ（１０）で設定した新規確定点の次番である４番目のプロットおよび、該４番目以降のプロットに対して、前記新規確定点のプロットを前記ステップ（２）の１番目のプロットに相当するものとして扱い、前記ステップ（２）〜ステップ（１０）に示したと同様の演算処理を繰り返して行い、確定点の設定および削除点の判定をするとともに、前記確定点と設定したプロットの計測データを、前記記録部に記録させ、前記削除点と判定した計測データは前記記録部から削除するステップ。
により、演算処理を行うことを特徴とするプラント監視システム。