JPS61206008A - プラント異常と検出器異常との識別装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、事業用パワープラント、自家発用パワープラ
ント、舶用プラント、化学プラント（石油精製、石油化
学プラント）、および造水プラント等に応用できる異常
識別装置□に関する。

従来の技術 プラントの大容量化、制御の複雑化、運用の多様化に伴
い、プラントの異常事故発生の可能性は、従来以上に多
く含むようになり、プラントの信頼性向上、安全な運用
が強く望まれる。

このために、異常事故が発生しないあるいは。

万一、事故が発生した場合、事故の影響を出来るだけ受
けない強い体質のプラントをつくることが重要であるが
、これは轟然の事ながら経済的に一定の限度がある。

たとえば、ボイラ、タービン発電機を含むパワープラン
）−Ｃ−ハＭＦＴ（マスク・フューエル・トリップ）に
つながるようなプラントの重大事故に対しては経験則に
従う監視安全保護装置が設置されているが、補機類すべ
てに発生する異常事故に上記重大事故と同様に監視、安
全保護装置を適用すると膨大な数の検出器、変換器を必
要とし、経済的に実現不可能である。

一方、多種多様な構成機器（ボイラ、タービン、発電機
など）からなるプラントの状態を正確に把握するために
、必然的に多くの検出器が設置される。その検出器の信
号を基に、各機器の複雑な制御が行なわれ、種々の高度
な運用が行なわれている。

ところが、ひとたび検出器が故障すると高度な運用を行
うことが不可能になる。このように重要な検出器の信頼
性は完全に保証されていない。検これは当然の事ながら
多額の費用がかかり経済的にも一定の限度がある。

以上のように、プラントの信頼性と検出器の信頼性とが
完全に保証されていないとなると、異常事故あるいは検
出器故障が発生した場合（但し、プラントの異常と検出
器の故障とは同時には起りえないものとする）、プラン
トが異常なのか検出器が異常なのかをすばやく識別し、
それぞれに応じた異常時の処置を適確に、迅速に行なう
必要がある。

パワープラントの自動化、省力化が高度化する時、この
課題に必然的に直面する。

たとえばプラントに何らかの異常が発生して、その異常
の状態が検出器に反映されているにもかかわらず、運転
員が検出器の故障と判断し、異常事故に対して、早期に
適切な処置を行なわなかったために、異常事故発生中の
状態で、長時間運転することになり、機器の損傷を大き
くし、大損害となる場合がある。

逆に検出器の故障をプランＦの異常事故発生と誤まって
判断し、その結果、誤まった操作をし、プラントを停止
させ、再度、起動するまでに多額の費用と時間を要する
場合がある。

パワープラントの場合について考えて見ると、プラント
の状態をあられす状態変数、観測値は独立には変りえず
、マス・ヒートバランスを通じて結びついている。

また、実際にプラントに設置されている指示計、記録計
をみると、プラントの状態を把握するのに、最小限必要
な数より、やや多い。但し、全く同じものがあるわけで
はない。たとえば、抽気復水タービンでは主蒸気流量と
抽気流量との指示計があって、これから復水流量が求め
られるが、実際には、復水流量の指示計が余分について
いる。

発明が解決しようとする問題点 運転員によるプラント異常と検出器異常との識別に関し
、一般に、運転員は常時、プラント計装の計器指示、あ
るいは記録データを監視し、通常と異なるデータ（極め
て主観的なものである）を察知するか、プラントの著し
い不平衡状態を知ったとき、過去のデータや経験に従っ
て、プラントが異常なのか、プラント状態を表わす検出
器の故障なのかを識別している。このため、多穏多様な
構成機器からなるパワープラントでは、プラントが異常
なのか検出器が異常なのかを早期Ｋ、適確に指摘するに
は、豊富な経験と充分な時間を要し、したがって、従来
技術では、プラントが異常か、検出器が故障したままの
状態で、プラントが長時間運用されることがあり１機器
の寿命を縮める原因になる。

検出器によりプラント異常検知をする場合、特定の異常
事故に対して情報含有量を高めるためには、検出器の数
を増やして、正、異常の判定を行なうことが考えられる
。しかしこの考え方、手法は膨大な検出器、変換器を必
要とし、枝分れ論理（Ｙｅｓ、Ｎｏの組合せ論理）によ
る判断が主体で経済的に実現不可能である。

検出器の多重化により故障検知をする場合、検出器の二
重化ないしは三重化等の多重化による故障検知が考えら
れる。しかし、この考え方、手法は、まず多額の費用が
かかる。又、多重化した検出器の信号を選択する選択回
路及び故障を検知する故障判定回路が必要となり、更に
費用がかかることＫなる。

本発明は、上記事情にかんがみてなされたもので、運転
員をプラント及び検出器の監視のための単純作業から解
放し、プラントの経済的運用等の高度の判断力を要する
作業に専念できるようにすることを目的とする。

更に、本発明は、プラントが異常なのか検出器が異常な
のかをすばやく識別し、プラントが異常の場合は、故障
した機器を早期に発見して修復費をできるだけ少なくす
るようにし、検出器が異常の場合はプラントの異常事態
発生と誤まって判断することによる誤操作を防ぐととも
に、故障した検出器を早期に発見し、すみやかに正常な
検出器と取換え、プラントの状態を正確に把握すること
を目的とする。

また、本発明はプラント異常と検出器異常とを自動的に
識別するために、特別に、検出器、変換器群を追加する
ことなく、既設の検出器、変換器群からの信号を用いた
識別装置とし、しかもコンパクトかつ価格低摩な装置と
することを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明によれば、パワープラントに備えられた多数の検
出器からの観測値を受けてそれぞれ演算処理できる値に
変換する装置と、検出器が全て正常な場合の評価゛関数
値および異常がある場合の上下限値を設定かつ記憶する
装置と、前記観測値と前記評価関数値および上下限値と
を用い変数（未知数）の数に比べて満足しなければなら
ない条件式の数が多い連立方程式を解く最小二乗法を適
用してプラントおよび検出器正常、プラント異常および
検出器異常を判定かつ診断する装置と、異常箇所を表示
する装置とから成るプラント異常と検出器異常との識別
装置を提供することができる。

発明の原理 Ｚをｎ次元状態ベクトル、Ｙをｍ次元観測ベクトル変数
、Ｙｏ　？：　ｍ次元観測値ベクトルとするとき、状態
ベクトルＺと観測ベクトル変数Ｙとの関係は（０式で、
また観測ベクトル変数Ｙと観測値ベクトルＹ０　との関
係は（２）式で近似できる。

ＰＺ　ｋ　ＱＹ　＋　Ｒ−−−−一（１）Ｙζｙｏ−−
−−−（２） 但し、Ｐはｐｘｎ係数行列、Ｑはｐｘｍ係数行列である
。

（１）式と（２）式とを一緒にすると（３）式となる。

但し、■□はｍ次の単位行列とする。

ここで、（３）式を（４）式で表わすとする。

ＡＸ夕Ｂ　　　　　　　　　　−−一−−（４）但し、
Ａは係数の（ｐ＋ｍ）Ｘ　（ｎ＋ｍ）行列、Ｘは未知の
（ｎ−）−ｍ　）次元ベクトル、Ｂは既知の（ｐ＋ｍ）
次元ベクトルであり、更に、ｐ＋ｍ＞ｎ＋ｍである。

ここで、誤差の二乗和の（５）式を定義し、この（５）
式を最小にするＸ＝Ｘを求める。

、ｒ（ｘ）　＝　（ＡＸ−Ｂ）　／’（ＡＸ−Ｂ）　　
−−−−−（５）但し、ｒは圧定、対称行列、では転置
変換を表わす。（５）式のＪ　（Ｘ）の最小を求めるこ
とは、Ｆ　（Ｘ）≧なる。すなわち、 ぬり、両辺の転置をとると（７）式となる。

Ａ　７’ＡＸ　−Ａ　ｒＢ　＝　Ｏ−−−−−（７）（
７）式からただちにＸが解けて、推定値Ｘが求められる
。

今、成る検出器が故障して、観測値ベクトルの値が異常
であるとする。それをＹ。とする。自然ｍ個の検出器の
うちどの検出器が故障したのかは判っていない。

（３］式において、■。はｍ次の単位行列であるが、こ
の対角要素の１を上から順次Ｏに置きかえていく。

このようにして得られた（４）式はｉ番目について（８
）式となる。

Ａ　］　Ｘ１　夕　Ｂ　　　　　　　　　−−−−−（
８）但し　ｉ＝ｘ　、　２　、・・・１ｍである。

ｉ＝１．２．・・・２ｍに対して（８）式から得られる
次に（５）式と同じ２次形式の（９）式を考える。

但し　ｉ＝ｘ、２．・・・２ｍである。

もし、異常な観測値ベクトルＹ。＊がｙ。のｉ番△　ｉ
　　　　　　ｉＡｆ 目板外ならば、推定値Ｘ　はＪ（Ｘ）を小さくすること
はできない。しかし、もしＹ。かＹ。のｉないから、も
し他に異常な観測値がなければ１．１（２ｉ、　）よ他
。、ｋ（？）（ｋ＝□１２１””ｌ’−□。

ｉ＋１．・・・＋”）に比べて著しく小さくなる。従ｉ
　Ａｉ って、Ｊ（Ｘ）を最小にするｉを求めることによって、
どの検出器が故障であるかが判る。

次にプラントが異常状態になって観測値ベクトルの値が
異常であるとする。当然ｍ個の検出器のうちどの検出器
も故障していないものとする。

今、検出器が故障した場合と同じ上記手順を行ｉ　　Ａ
ｉ　　　　　　　　　　１＜　　Ａｌ（つた時、Ｊ（Ｘ
）は他のＪ　（Ｘ）（ｋ＝ｘ、、２゜・・・、　ｒ−ｉ
　、　ｉ−ｚ　、・・・２ｍ）に比べて著しく小さくな
らない。

以上によりｍ個の検出器の値の中に異常な値を示すもの
が存在する場合、プラントが異常なのか、検出器が故障
なのか、識別でき、更に検出器が故障の場合、どの検出
器が故障なのかを指摘できる。

実施例 本発明によるプラント異常と検出器異常との識別装置の
構成概要を図面に示す。プラント異常と検出器異常との
識別装置１００は以下の６つの部分から構成されている
。すなわち、入力データ処理部１０１と、データ設定部
１０２と、設定データ記憶部１０３と、異常判定部１０
４と、異常診断部１０５と、異常表示部１０６との６つ
の部分から成り、これに入力群２００が接続される。

入力データ処理部１０１では入力群２００から、パワー
プラントからの状態量、たとえば蒸気流量、蒸気圧力、
蒸気温度、発電量などの観測値を受け、これらは流量、
圧力、温度などの検出器によって与えられる。この人力
データ処理部１０１は入力群２００からパワープラント
に関する観測値Ｘ□、Ｘ２゜・・・、Ｘｎ１　を受ける
と、以下の処理を行なう。

（ａ）　　ｍ個の観測値ｘ　　、ｘ　　、・・・、Ｘｍ
と読込み、Ａ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変換を行
う０ （ｂ）　　Ａ／Ｄ変換されたデータを工学値に変換する
。

（Ｃ１工学値に変換された値のうち流量は流量補正を行
なう。

なお（ａｌ、（ｂ）、（Ｃ）の順に処理された観測値は
図中ではＸ□がＹ、　、　Ｘ２がＹ２．・・・ＸｍがＹ
ｍＦｃ対応する。

（ｄ）　　データ入力処理部１０１の出力信号Ｙ□、Ｙ
２゜・・・、Ｙｍをつくる。

＋ｅｌ　　異常判定開始指令信号Ｓ１をつくる。

以上、（ａ）〜（ｅ）の処理は、一定のサンプリング周
期で行なう。

データ設定部１０２では、以下の数値を運転員がキー操
作を行なって設定する。

（ａＪ　　検出器が全て、正常な場合の前記（５）式で
示した評価関数値Ｊの値（その値はＪ。とする）。

（ｂｌ　　入力データ処理部１０１の出力信号Ｙ□、Ｙ
２゜・・・、Ｙｍに関する異常の場合の上限値Ｈ□　。

Ｈ２１・・・ＩＬｍ。

図中ではＨ□がＹ□、　Ｈ２がＹ２　’　”’ｌ　Ｈｍ
がＹｍに対応する。

（Ｃ１人力データ処理部１０１の出力信号Ｙ１１Ｙ２゜
・・・、Ｙｍに関する異常の場合の下限値Ｌ□、Ｌ２゜
・−ＩＬｍ。

図中ではり、がＹｌ　＋　Ｌ２がｙ２ｔ　””　ｊ　Ｌ
ｍがＹｍに対応する。

設定データ記憶部１０３ではデータ設定部１０２で設定
されたデータの評価関数値Ｊｏ、上限値Ｈ１゜Ｈ２・・
・ｌＨｍ％および下限値Ｌ□、Ｌ２．・・・・・＋”ｍ
をディジタルデータとして記憶する。

データ設定部１０２においてＪｏ、　Ｈｌ、　Ｈ２，・
・・。

Ｈｍ　＋　Ｌｌ　ｒ　Ｌ２・・・ｌ　”ｍのデータの中
で新しく値に設定された値を記憶する。

異常判定部１０４では、入力データ処理部１０１の出力
信号（異常判定開始指令信号）Ｓｒを受けて、以下の順
に処理を行なう。

（ａｌ　　入力データ処理部１０１の出力信号Ｙ１．Ｙ
２゜・・・、Ｙｒｎと、設定データ記憶部１０３の出力
信号ＨＪ　ｙ　Ｈ２ｐ　”’＋　Ｈｍ＋　ＬＨｌ　Ｌ２
＋”’＋　”Ｉｎとを用いて、出力信号Ｙ、　、　Ｙ２
．・・・、　Ｙｍが以下のαω式を満足するか否かを調
べる。

Ｌｉ　ｌ　Ｙｉ　ｌ　Ｈｉ　（ｉ＝１．２．−・・、ｍ
　）　−−−−（１３（ｂｌ　　ｍ個の観測値ＹＩ　＊
　Ｙ２　＋　・・・＋　Ｙｍのうち１個でもαω式を満
足しない場合は、異常診断開始指令信号Ｓ２をつくり一
１更に異常判定部１０４０入力信号Ｙ１　＋　Ｙ２　ｒ
・・・、　Ｙｒｎをそのまま用いて出力信号Ｙ１　ｒ　
Ｙ２　ｍ・・・、Ｙｍをつくる。

異常診断部１０５では、異常判定部１０４の出力信号（
異常診断開始指令信号）Ｓ２を受けると、以下の順に処
理を行なう。

（ａｌ　　前記（９）式で示した評価関数値Ｊｉを算出
する。

（ｂｌ　　（ａｌで算出した評価関数値護°を記憶する
。

（Ｃ１（ａ）、（ｂｌの処理をｉ＝ｌから観測値の個数
ｍまで繰返し行なう。

（ｄｌ　　算出されたｍ個の評価関数値Ｊｉ（ｉ＝１゜
２、・−・・、　ｍ　）の中から最小値を持つ評価間数
示した故障指数ｌを求める。

（ｅｌ　　算出されたｍ個の評価関数値Ｊｉ（ｉ＝１．
２゜・・・、　ｍ　）の中から最大値を持つ評価関数値
ハを選ぶ。

＋ｆ）　　上記（ｄｌ　、　＋６１で求めたＪｌとＪｈ
とを比較して、両者が著しくかけはなれている場合、す
なわち検出器のどれかが故障した場合異常診断部１０５
の出力信号２をつくる。

その時の２の値は上記（ｄｌで求めた値ｌである。

（ｇ）　　一方、上記（ｄ）　、　（６１で求めたＪｌ
とＪｈ　とを比較して、両者がほぼ前記評価関数値Ｊｏ
に等しい場合、すなわちプラントのどこかに異常が発生
している場合、異常診断部１０５の出力信号２をつくる
。その時の２の値は“ＯＮ　とする。

（ｈｌ　　異常表示開始指令信号Ｓ３をつくる。

異常表示部１０６では、異常診断部１０５の異常表示開
始指令信号Ｓ４を受けると、次の処理を行う。

（ａｌ　　上記異常診断部１０５の出力信号２（図中の
記号）を受ける。

（ｂ）　　上記２が“　０”ならば、プラント異常のラ
ンプを点灯する。

（Ｃ１上記２が“０”以外ならば検出器異常のランプを
点灯すると同時に２の値を表示する。

作用 次に上述の様に構成された、この発明の詳細な説明する
。

まず、最初に１ｍ個の検出器がすべて正常でかつプラン
トが正常の場合、すなわち入力群２００からの信号Ｘｌ
、　Ｘ２．・・・、Ｘｆｎがすべて正常で、入力データ
処理部１０１の出力信号Ｙｌ　＋　Ｙ２　＋・、・。

Ｙｎｌがすべてαω式を満たす場合を説明する。

この場合、異常判定部１０４は異常診断開始指令信号Ｓ
２を発生しない。その結果、プラント異常のランプも検
出器異常のランプも点灯しない。

次に、プラントが異常で、ｍ個の検出器がすべて正常の
場合、すなわち入力群２００からの信号ｘ１゜ｘ２．・
・・、ｘｒｎがすべて正常で、入力データ処理部１０１
　の出力信号Ｌ　ｐ　Ｙ２　ｔ・・・、Ｙｍのうち１個
以上が０１１１式を満たさない場合について説明する。

この場合、異常判定部１０４は異常診断開始指令信号Ｓ
２を発生する。異常診断部１０５は入力信号ＹＹ　　・
・・、ＹＩｌｎを記憶した後、プラントがｌ　夛　　　
　２Ｉ 異常なのか、検出器が異常なのか診断を開始する。

ｉ＝’ｌから観測値の個数ｍｉでに対応する評価関数値
（Ｊｌ）を求め、最小評価関数値（Ｊ’＝　ｍｉｎ（Ｊ
、Ｊ、・・・、Ｊｍ、）と最大評価関数値（Ｊｈ＝＝ｍ
ａｘ（Ｊ、Ｊ、・・・　、Ｉｍ　、　）とを摘出する。

このＪｌとＪｈとの値は前記発明の原理の項で記述した
通り両者がほぼＪｏの値に等しくなる。したがって、異
常診断部１０５の出力信号２は０″になり、異常表示部
１０６ではプラント異常のランプが点灯する。

最後に、プラントが正常でｍ個の検出器のうちの１つが
故障して観測値ＸＪが異常の場合を説明する。この場合
、複数個の検出器が同時に故障する確率は著しく小さく
、実用上、発生しないと考えてよい。

プラントが異常でｍ個の検出器がすべて正常の場合と同
じように異常判定部１０４は異常診断開始指令信号Ｓ２
を発生し、異常診断部１０５は入力信号Ｙ１　＋　Ｙ２
　＋・・・ｒＹｍを記憶した後、プラントが異常なのか
、検出器が異常なのかにつりての診断を開始する。更に
最小評価関数値ＪＪと最大評価関数値Ｊｈとを摘出する
。このＪｌとＪｈとは前記発明の原理の項で記述した通
り両者は著しくかけはなれる。したがって、異常診断部
１０５の出力信号２の値は、最小評価関数値Ｊｌに対応
す、るｌの値になり、異常表示部１０６では検出器異常
のランプを点灯し、同時Ｖｃｌの値を表示するのでどの
検出器が異常なのかを知ることができる。

発明の効果 本発明によれば、ｍ個の観測値の中で異常な値を示した
場合、プラントが異常なのか、検出器が異常なのかを自
動的に識別し、その結果を表示することができ、更に、
検出器が異常の場合は、多数の検出器の中からどの検出
器が異常なのかを自動的に診断し、その結果を表示する
ことができるが、このために特別な検出器、変換器を設
置する必要はなく、本装置以外に費用もかからず実施で
きるという効果を有している。また、本装置の考えは、
マイクロ・プロセッサなどの安価なディジタル装置を用
いて実現するのに適している。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による識別装置のブロック図である。 １００・・プラント異常と検出器異常との識別装置、１
０１　　・・入力データ処理部、１０２・・データ設定
部、１０３・・設定データ記憶部、１０４・・異常判定
部、１０５・・異常診断部、１０６・・異常衣（ほか１
名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パワープラントに備えられた多数の検出器からの観測値
   を受けてそれぞれ演算処理できる値に変換する装置と、
   検出器が全て正常な場合の評価関数値および異常がある
   場合の上下限値を設定かつ記憶する装置と、前記観測値
   と前記評価関数値および上下限値とを用い最小二乗法を
   適用してプラントおよび検出器正常、プラント異常およ
   び検出器異常を判定かつ診断する装置と、異常箇所を表
   示する装置とから成るプラント異常と検出器異常との識
   別装置。