JPH04152220A - 異常検出方法および装置 - 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】 り産業上の利用分野］ 本発明は、化学プラント、その他各種生産設備に用いら
れている種々の機器についての異常検出方法および異常
検出装置に関する。

［従来の技術Ｊ 第５図に化学プラントのプロセスの一例を示す。

第５図において、反応器４内に原料、触媒が供給され、
蒸気により反応器４を加熱する。この加熱により反応器
４内で原料の化学反応が生じ、製品が製造される。また
、反応器４内の原料の化学反応についての制御を行うた
めに反応器４内に温度センサ１が設けられており、制御
回路２では温度センサ１の測定結果が設定温度の範囲内
に収まるように供給蒸気の流量を流量調整弁３により自
動調整させる。

第６図に示すようにセンサ信号の入力レベルがしきい値
より大きくなった場合に制御回路２は反応器４の温度が
一定温度以上になったこと、すなわち異常が発生したこ
とを検知して、警報を発生する。

第５図の化学プラントの例は反応器４の温度制御を行う
例であるが、その他、プラント内の装置制御を行う各種
制御機器の制御信号の出力レベルを監視（測定）して異
常を検出する異常検出装置も知られている。

［発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来この種の異常検出装置ではセンサ信
号の入力レベルが予め定めた異常検出用レベル（基準レ
ベルに対する上下限レベルや偏差レベルとも呼ばれる）
の範囲を越えたときに警報を発生する。このため、従来
の異常検出装置には次のような欠点があった。

（１）異常を早期に発見するために、上記異常検出用レ
ベルを正常運転時の制御設定値に近づけると、センサ信
号の信号線上に雑音が発生した場合に、誤警報を発生し
やすい。このため、プラントの運転状態を正確に把握す
ることが困難になる。

（２）確実に異常を検出することを目的として上記異常
検出用レベルと制御設定レベルの距離を離すと、異常の
早期発見は難しい。また、警報が発生した時点ではプラ
ントの異常が進行し、正常復帰に時間を要する。

そこで、本発明の目的は、上述の点に鑑みて、異常の検
出に要する時間と異常の検出確率のバランスの取れた異
常検出方法および異常検出装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段ｊ このような目的を達成するために、本発明方法は、入出
力信号を計測し、当該計測の結果に基き、一定時間毎に
前記入出力信号の変化量を算出し、当該算出された変化
量と予め定めた第１しきい値とを比較し、当該比較の結
果に基き、前記変化量が前記第１しきい値を越えた連続
回数を計数し、当該計数された連続回数と予め定めた第
２しきい値とを比較し、当該連続回数が当該第２しきい
値を越えた場合に前記入出力信号は異常と判定すること
を特徴とする。

本発明装置は、入出力信号を計測する計測手段と、当該
計測の結果に基き、一定時間毎に前記入出力信号の変化
量を算出する演算手段と、当該算出された変化量と予め
定めた第１しきい値とを比較する比較手段と、当該比較
の結果に基き、前記変化量が前記第１しきい値を越えた
連続回数を計数する計数手段と、当該計数された連続回
数と予め定めた第２しきい値とを比較し、当該連続回数
が当該第２しきい値を越えた場合に前記本出力信号は異
常と判定する判定手段とを具えたことを特徴とする。

［作　用ｊ 本発明では、プラントまたはプラントに用いられている
機器に異常が発生する場合、これらプラントまたは機器
に対して入出力される信号が連続的に増加または減少す
る特性を持つことに着目し、入出力信号の測定結果から
この特性を検出するために、一定時間毎の入出力信号の
変化量中で第１しきい値以上の変化量を検出する。次に
一定値以上の変化量が得られた連続回数を第２しきい値
と比較することにより異常検出を行う。入出力信号の中
に雑音が混入し、−時的に入出力信号の示す見かけ上の
信号の変化量が大きくなっても、信号は上記連続条件を
満足しないので、従来の上下限レベル比較などの異常検
出方法のように誤判定は生じない。また、信号が上記異
常発生時の特性を示していれば、従来の異常検知レベル
に信号が達していな（でも入出力信号の異常検出からプ
ラントまたは機器の異常をも早期に検出することができ
る。

［実施例１ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明実施例の基本構成を示す。

第１図において、１１００は入出力信号を計測する計測
手段である。

１２００は当該計測の結果に基き、一定時間毎に前記入
出力信号の変化量を算出する演算手段である。

１３００は当該算出された変化量と予め定めた第１しき
い値とを比較する比較手段である。

１４００は当該比較の結果に基き、前記変化量が前記第
１しきい値を越えた連続回数を計数する計数手段である
。

１５００は当該計数された連続回数と予め定めた第２し
きい値とを比較し、当該連続回数が当該筒２しきい値を
越えた場合に前記入出力信号は異常と判定する判定手段
である。

第２図は本発明実施例の回路構成例を示す。

なお、本実施例では第６図に示す従来例と同様のプロセ
スを対象とする。このため、第６図に示す機器と同様の
箇所には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

第２図において、中央演算処理装置（ＣＰＵ）　１００
゜リードオンリメモリ（ＲＯＭ）　１１０．ランダムア
クセスメモリ（ＲＡＭ）１２０および入出力インタフェ
ースＣｌ１０）　１３０がバス１４０に共通接続されて
いる。

ＣＰＵ１００はＲＯＭｌｌ０に格納された制御プログラ
ムにより装置全体の動作制御を行う他、本発明に関わる
異常検出処理を実行する。

ＲＡＭ１２０はＣＰＵ１００において用いられる演算デ
ータ、入出力データを一時的に格納する。

１１０１３０はＣＰＵ】００に対する情報の入出力を実
行する。本例において温度センサ１　（第５図参照）の
アナログ出力はアナログ／デジタル（Ａ／ＤＪ変換器１
４０によりデジタル値に変換され、ｌ１０１３０に入力
される。流量調整弁３に対するＣＰＵ１００の流量指示
信号はＤ／Ａ変換器１５０を介してアナログ制御信号の
形態で出力する。

また、異常の種類毎に警報を発生する表示灯（ＬＥＤ）
がＩ１０！３０に接続され、ＣＰＵ１００の点灯指示信
号により選択的に表示灯が点灯される。

このような回路の動作説明に先立って、本実施例におけ
るプラントの異常検出原理を説明する。

本実施例ではプラントに異常が発生する場合、センサ信
号が正常レベルから異常検出用レベルに向って移行する
ことに着目し、センサ信号の入力レベルが異常検出用レ
ベルに向って一定の変化量以上でかつ一定時間連続して
移行していることを検出することにより雑音影響を阻止
しつつプラント異常を早期に発見する。

このような目的のために本例ではセンサ信号のような入
出力信号に対して一定周期毎の平均値を取り、前周期に
おける平均値と今周期における平均値とを比較し、大小
関係を判定することにより測定信号の示す物性の変化方
向を検出するとともに変化量を求める。

以下、具体的に判定処理を説明する。

測定信号の平均値（今周期）−測定信号の平均値（前周
期）〉０の時、かつ、 （平均値（今周期）−平均値Ｃ前周期））−シきい値Ａ
＞０であれば、 信号増加方向への変化傾向を表す計数Ｘを＋１する。

信号の平均値（今周期）−信号の平均値（前周期）〈０
の時、かつ、 （平均値（前周期）−平均値（今周期））−シきい値Ｂ
＞０であれば、 信号減少方向への変化傾向を表す計数Ｙを＋１する。

上記以外の場合は信号増加方向への変化傾向を表す係数
Ｘを０と設定する。

信号減少方向への変化傾向を表す係数ＹをＯと設定する
。

上記処理を毎周期実施し、信号増加方向又は減少方向へ
の変化傾向を表わす係数があらかじめ設定したしきい値
Ｃ以上となった時、信号増加傾向有り又は信号減少傾向
有りの警報を発する。

ここで、周期やしきい値Ａ、Ｌきい値Ｂあるいはしきい
値Ｃの設定は任意であるが、プラントの異常を最もよく
検出するように設定する。

例えば、プラントの異常が緩慢に進行し、それに伴って
信号も緩慢に変化すると予想される場合には、１日とか
１０日といった周期に設定し、異常の進行が急速である
と予想される場合には１分とか１０分とかいった周期に
設定する。また、しきい値Ａ又はしきい値Ｂは数値Ｏで
もよいが、通常の信号の変動幅の数分の工程度とするほ
うが、しきい値Ｃの設定が容易である。又、しきい値Ｃ
は通常３以上ｌＯ以下程度に設定するのが望ましい。

なお、フィードバック制御を行う場合は、制御計器の設
定信号とセンサ信号との差を求め、その差とあらかじめ
設定したしきい値Ａ又はしきい値Ｂとの大小を比較する
。これより、あらかじめ設定した時期、すなわち、しき
い値Ｃに相当する期間に渡って上記信号の差が連続して
正もしくは負であれば、異常の兆候有りと判定し警報を
発する。

このような処理を行うための第２図のＣＰＵ１００の実
行制御手順を第３図に示し、第３図を参照しながら第２
図の回路動作を説明する。

また、温度センサ１からは第４図に示すような信号入力
が得られるものとする。

システムの電源投入に応じて第３図の制御手順が開始さ
れ、ＣＰＵ１００内のレジスタが初期化される　（第３
図のステップ５１０）。本制御手順に用いるレジスタに
は次の識別名をもつデータを格納するレジスタが用意さ
れている。

ＳＮ二１周期内のセンサ信号のサンプリング回数の計数
値 ＳＵＭ：サンプリング毎のセンサ信号の示す温度データ
の累積値 ＡＶＮＥＷ　：今回、１周期内で取得した温度データの
平均値 ＡＶＯＬＤ　＋前回の周期の温度データの平均値Ｘニ一
定の変化量以上で温度上昇した周期についての回数 Ｙニ一定の変化量以上で温度下降した周期についての回
数 ＣＰＵ１００はタイマー割込みなどによりサンプリング
開始時刻に到達したことを検知すると、ｌ１０１３０を
介して温度センサｌの信号を順次にサンプリングする（
第３図のステップ５１００−５ＩＩＯ）。

次にサンプリング回数を計数する。続いて１周期でのセ
ンサ信号の平均値を算出するために、センサ信号の累積
演算を行う（第３図のステップ５１２０→５１３０）。

ＣＰＵ１００はこのような処理を測定の１周期に相当す
る回数Ｊだけ繰り返し行うと、平均値ＡＶＮＥＷを算出
し、内部レジスタに平均値ＡＶＮＥＷを格納する（第３
図のステップ５２００）　。

この時点では前周期のサンプリングデータは無いので、
手順は第３図のステップ５２１０→５３００→５４００
−５４９０と進み温度上昇回数Ｘ、温度下降回数Ｙが数
値“Ｏ”に設定される。次に、今回得られた測定平均値
ＡＶＮＥＩ！Ｉが前回の測定平均値ＡＶＯＬＤとして内
部レジスタに記憶される（第３図のステップ５５００）
　。

次に第４図の時刻ＴＯにおいて、温度センサ１の信号の
サンプリングが開始され、上述の処理により、今回の測
定平均値ＡＶＮＥＷが得られると（第３図のステップ５
１００〜５２００）　、　ＣＰＵ１００は前回および今
回の測定平均値の大小関係を比較することにより変化方
向を判定する（第３図のステップ５３００）。

第４図の波形例ではセンサ信号は温度の下降を示してい
るので、手順は第３図のステップ５３００→５４００−
５４１０と進み、温度の下降量、本例では信号平均値の
差についてのしきい値比較が行なわれる。温度の下降量
が所定値より超えるときは、その回数を計数するために
係数Ｙに“１”が加算される。この時点で係数Ｙは“１
”に設定される。

また温度上昇回数を示す係数Ｘは“０”に初期化される
（第３図のステップ５４２０→５４３０）。

第４図のサンプリング開始時刻Ｔ１で３周期目のサンプ
リングが開始され、信号平均値ＡＶＮＥＩＩＩが得られ
ると、前回の信号平均値ＡＶＯＬＤとの大小比較がなさ
れる（第３図のステップ５３００）。

第４図に示すように、今回の信号平均値が前回の信号平
均値よりも大きいので、この判定処理において、肯定判
定が得られる。さらに、今回および前回の信号平均値の
差が一定しきい値Ａよりも大きい場合に温度上昇回数の
計数値Ｘに“１”が加算され、温度下降回数Ｙは“Ｏ”
に更新的に設定される（第３図のステップ５３１０→５
３２０→５４０７）。

この時点で上記計数値Ｘは警報発生回数に到達していな
いので、警報は発生されず、次回のサンプリングの待機
処理に移行する（第３図のステップ５３５０→５３７０
→５３８５→５５００→５１００）。

たとえば、第４図の時刻ＴＯ〜Ｔ４のように連続的でか
つ、一定温度以上の温度上昇がプラントにおいてあった
場合、温度上昇計数値Ｘはしきい値Ｃを超えた時点（第
４図の時刻Ｔ４）で、ＣＰＬＩｌｏｏの指示で温度の異
常上昇を警告する第１アラームが警告灯において、発生
される（第３図のステップ５３５０−Ｓ３６０）。

また、上述とは逆に連続的に温度の異常下降が発生した
場合はＣＰＵ１００の指示で第３アラームが警告灯にお
いて発生される（第３図のステップ５４４０→５４６０
→５４５０）。

以上に説明したように、本実施例では測定信号のレベル
が連続的に一定の変化量以上で一定方向に変化したとき
に警報を発生するので、プラントの異常の早期検出が可
能である。また、信号に雑音影響が生じても上記連続条
件が満足されないので、警報が誤まって発生されること
はない。

本発明は上述した実施例に限られるものではなく、以下
に述べるように種々変更して実施することもできる。

１）上記実施例において説明した早期異常検出方法と従
来の異常検出方法とを組み合わせ用いることによって異
常の進行度を検出することができる。すなわち、信号平
均値と、高く設定した異常検知用しきい値との比較を行
って（第３図のステップ５３７０．ステップ５４６０）
　、　Ｌきい値を越えた場合は新たな警報を発生したり
システム停止の処理を行う。このような多段階の異常検
知を行うことによりシステムを直ち停止しさせることな
く、システム復旧作業を進めることができ、以て作業員
の安全を確保することができる。また、長時間にわたっ
てゆるやかに物体が変化してい（プラントやプラント使
用機器の異常をも検出することができる。

２）上記実施例では、反応器４についての温度測定を行
う場合を例にとって本発明を説明したが、センサ信号に
限らず各種入出力信号の異常検出レベルに対する比較に
より異常検知を行う機器、装置、システムに本発明を適
用することももちろん可能である。

３）上記実施例では特定方向への測定値の異常変化を検
出するが、振動異常の検出については一定時間内の信号
上昇計数値および信号減少計数値の発生回数を監視する
ことにより両方向の異常変化（変動幅）を検出すること
もできる。

［発明の効果１ 以上に説明したように、本発明によれば、入出力信号の
変動量が一定期間の間連続的にしきい値以上となるか否
かを判定して異常の有無の決定を行うので、雑音影響を
受けに（く、異常の検出確率が高まる。しかもまた、本
発明によれば、信号が大幅に変化しなくても入力信号の
異常すなわちブランクや機器の早期異常を検出すること
ができる。この結果、システムや機器の動作制御に対す
る信頼性の向上に寄与することができるという効果も得
られる。さらにしきい値が直観的に分かり易いため、そ
の設定や変更が容易であり、プラントの改造や運転条件
の変更に対して柔軟に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の基本構成を示すブロック図、 第２図は本発明実施例の回路構成を示すブロック図、 第３図は第２図のｃｐｕｉ、ｏｏの実行する制御手順の
一例を示すフローチャート、 第４図は本発明実施例における測定信号の波形を示す波
形図、 第５図は従来例のシステム構成を示す配管図、 第６図は従来例における測定信号の波形を示す波形図で
ある。 １００　・・・ＣＰＵ　　、 １１０　　・・・ＲＯＭ　　。 １２０　・・・ＲＡＭ　　、 １３０　　・・・Ｉｌｏ　。 本必ｄｉ亥１乞１ｆ’ｌの匣■各日１八をホ１ブロック
圀第 図 イ疋泉イｆ・ｌｎシステム構美１ホＪ配青囚第５図 イ疋釆イｆ’ｌｌ：）ｉｌする槽”１定確号の？皮もＥ
爪１り皮ｌ圀第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）入出力信号を計測し、 当該計測の結果に基き、一定時間毎に前記入出力信号の
   変化量を算出し、 当該算出された変化量と予め定めた第１しきい値とを比
   較し、 当該比較の結果に基き、前記変化量が前記第１しきい値
   を越えた連続回数を計数し、 当該計数された連続回数と予め定めた第２しきい値とを
   比較し、当該連続回数が当該第２しきい値を越えた場合
   に前記入出力信号は異常と判定する ことを特徴とする異常検出方法。 ２）入出力信号を計測する計測手段と、 当該計測の結果に基き、一定時間毎に前記入出力信号の
   変化量を算出する演算手段と、 当該算出された変化量と予め定めた第１しきい値とを比
   較する比較手段と、 当該比較の結果に基き、前記変化量が前記第１しきい値
   を越えた連続回数を計数する計数手段と、 当該計数された連続回数と予め定めた第２しきい値とを
   比較し、当該連続回数が当該第２しきい値を越えた場合
   に前記入出力信号は異常と判定する判定手段と を具えたことを特徴とする異常検出装置。