(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、
前記データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の１種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：ａ（ｔ））から行数Ｎ、列数Ｐ（Ｎ、Ｐ＜Ｒ）の行列Ａ（ｔ）（式（Ａ））
【数１】
0005502002.tif 000024
を作成し、収集済の前記プロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列を抽出し、この抽出された左特異行列Ｕを前記データベースに格納する特異行列抽出手段と、
前記抽出された左特異行列Ｕと、前記正常状態のプロセスデータを使用して前記プロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させて前記式（Ａ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｂ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｂ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出して前記データベースに格納する特徴量抽出手段と、
診断対象のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順に前記データベースから読み出し、前記式（Ａ）によりＡ（ｔ）を作成し、前記抽出された左特異行列Ｕを用いて、前記診断対象のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を前記式（Ｂ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量として前記データベースに格納する特徴量分析手段と、
前記正常状態の特徴量および前記診断対象の特徴量を前記データベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段と、
を備えるプラント機器の異常診断装置。
【請求項２】
プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、
前記データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の複数（Ｐ）種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：第１番目ａ１（ｔ）、第２番目ａ２（ｔ）、・・・、第ｐ番目ａｐ（ｔ））から行数Ｎ（Ｎ＜Ｒ）、列数Ｐの行列Ａ（ｔ）（式（Ｃ））
【数２】
0005502002.tif 000025
を作成し、収集済の前記プロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて前記式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ＋１個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列Ｕを抽出し、この抽出された左特異行列Ｕを前記データベースに格納する特異行列抽出手段と、
前記抽出された左特異行列Ｕと、前記正常状態の複数種類のプロセスデータを使用して前記プロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて前記式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｄ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｄ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出して前記データベースに格納する特徴量抽出手段と、
診断対象の複数種類のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順に前記データベースから読み出し、前記式（Ｃ）によりＡ（ｔ）を作成し、前記抽出された左特異行列Ｕを用いて、前記診断対象の複数種類のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を前記式（Ｄ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量として前記データベースに格納する特徴量分析手段と、
前記正常状態の特徴量および前記診断対象の特徴量を前記データベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段と、
を備えたプラント機器の異常診断装置。
【請求項３】
プラントからプロセスデータを収集して前記データベースに格納するデータ収集手段と、
前記データベースに格納された前記正常状態の特徴量、前記診断対象の特徴量および前記比較結果を読み出し、表示装置に表示する表示手段とを、さらに備えた請求項１または２記載のプラント機器の異常診断装置。
【請求項４】
前記特徴量抽出手段は、算出した前記プロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）の第１行から第ｎ（ｎは２以上の整数）行までの複数行の各行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出して前記データベースに格納し、
前記特徴量分析手段は、算出した前記診断対象のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）の第１行から第ｎ（ｎは２以上の整数）行までの複数行の各行の各要素を診断対象の特徴量として前記データベースに格納する、
請求項１または２記載のプラント機器の異常診断装置。
【請求項５】
前記データベースに格納された正常状態のプロセスデータから行列を作成し、この行列の特異値分解を行い、得られた左特異行列のばらつきが最小となる行列の行数、列数を算出する最適行列選択手段を、さらに追加した請求項１または２記載のプラント機器の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電プラント、水処理プラント、または、産業プラントなどで使用される機器の劣化や異常を診断するプラント機器の異常診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラント監視制御システムでは、プラントで使用される機器の状態をプロセスデータとして定周期で収集し、収集したプロセスデータの値が規定の範囲内にあるかどうかを監視することにより機器の異常を判断している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０９５８３３号公報（段落［００４１］〜［００４７］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、プラントで使用される機器の特性が、時間と共に徐々に変化するような劣化、またはプロセスデータが一時的に変動する異常など、プロセスデータが規定の範囲内にある場合は、劣化や異常として判別することができない問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、プロセスデータが規定の範囲内にあっても、その動作に非定常な動きが見られる場合には、劣化、異常として検出することができるプラント機器の異常診断装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るプラント機器の異常診断装置は、プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の１種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：ａ（ｔ））から行数Ｎ、列数Ｐ（Ｎ、Ｐ＜Ｒ）の行列Ａ（ｔ）（式（Ａ））
【数１９】
0005502002.tif 000002
を作成し、収集済のプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列を抽出し、この抽出された左特異行列Ｕをデータベースに格納する特異行列抽出手段と、抽出された左特異行列Ｕと正常状態のプロセスデータを使用してプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させて式（Ａ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｂ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｂ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出して前記データベースに格納する特徴量抽出手段と、診断対象のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順にデータベースから読み出し、式（１）によりＡ（ｔ）を作成し、抽出された左特異行列Ｕを用いて、診断対象のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を式（Ｂ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量としてデータベースに格納する特徴量分析手段と、正常状態の特徴量および診断対象の特徴量をデータベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段とを備えるものである。
【０００７】
また、この発明に係るプラント機器の異常診断装置は、プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の複数（Ｐ）種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：第１番目ａ１（ｔ）、第２番目ａ２（ｔ）、・・・、第ｐ番目ａｐ（ｔ））から行数Ｎ（Ｎ＜Ｒ）、列数Ｐの行列Ａ（ｔ）（式（Ｃ））
【数２０】
0005502002.tif 000003
を作成し、収集済のプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ＋１個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列Ｕを抽出し、この抽出された左特異行列Ｕをデータベースに格納する特異行列抽出手段と、抽出された左特異行列Ｕと正常状態の複数種類のプロセスデータを使用してプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｄ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｄ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出してデータベースに格納する特徴量抽出手段と、診断対象の複数種類のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順にデータベースから読み出し、式（Ｃ）によりＡ（ｔ）を作成し、抽出された左特異行列Ｕを用いて、診断対象の複数種類のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を式（Ｄ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量としてデータベースに格納する特徴量分析手段と、正常状態の特徴量および診断対象の特徴量をデータベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係るプラント機器の異常診断装置は、プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の１種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：ａ（ｔ））から行数Ｎ、列数Ｐ（Ｎ、Ｐ＜Ｒ）の行列Ａ（ｔ）（式（Ａ））
【数１９】
0005502002.tif 000004
を作成し、収集済のプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列を抽出し、この抽出された左特異行列Ｕをデータベースに格納する特異行列抽出手段と、抽出された左特異行列Ｕと正常状態のプロセスデータを使用してプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させて式（Ａ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｂ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｂ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出して前記データベースに格納する特徴量抽出手段と、診断対象のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順にデータベースから読み出し、式（１）によりＡ（ｔ）を作成し、抽出された左特異行列Ｕを用いて、診断対象のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を式（Ｂ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量としてデータベースに格納する特徴量分析手段と、正常状態の特徴量および診断対象の特徴量をデータベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段とを備えるものであるため、プロセスデータの単純な上下限チェックでは検出できない、時間と共に徐々に変化する劣化、一時的な値の変動などの異常を検出することができる。
【０００９】
また、この発明に係るプラント機器の異常診断装置は、プラントのプロセスデータを格納するデータベースと、データベースに格納された時刻Ｒまでの正常状態の複数（Ｐ）種類のプロセスデータ（時刻ｔのデータ：第１番目ａ１（ｔ）、第２番目ａ２（ｔ）、・・・、第ｐ番目ａｐ（ｔ））から行数Ｎ（Ｎ＜Ｒ）、列数Ｐの行列Ａ（ｔ）（式（Ｃ））
【数２０】
0005502002.tif 000005
を作成し、収集済のプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてこの行列の特異値分解を行い、得られたＲ−Ｎ＋１個の左特異行列からそれらの平均に最も近い左特異行列Ｕを抽出し、この抽出された左特異行列Ｕをデータベースに格納する特異行列抽出手段と、抽出された左特異行列Ｕと正常状態の複数種類のプロセスデータを使用してプロセスデータの領域に対して時刻ｔ＝１〜時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ＋１まで変化させて式（Ｃ）により作成したＡ（ｔ）を用いてプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を下記式（Ｄ）で算出し、
Ｗ（ｔ）＝ＵＴＡ（ｔ）              （Ｄ）
算出した行列の第１行の最大値、最小値を正常状態の特徴量として抽出してデータベースに格納する特徴量抽出手段と、診断対象の複数種類のプロセスデータを時刻Ｒ＋１より順にデータベースから読み出し、式（Ｃ）によりＡ（ｔ）を作成し、抽出された左特異行列Ｕを用いて、診断対象の複数種類のプロセスデータの特徴量を表す行列Ｗ（ｔ）を式（Ｄ）で算出し、算出した行列Ｗ（ｔ）の第１行の各要素を診断対象の特徴量としてデータベースに格納する特徴量分析手段と、正常状態の特徴量および診断対象の特徴量をデータベースから読み出して比較し、比較結果を前記データベースに格納する比較手段とを備えるものであるため、プラントを監視するオペレータの負荷を軽減するとともに、複数種類のプロセスデータ間の関係が変化した場合など、個別のプロセスデータの監視では検出が困難な特性変動の判別も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係る全体システム構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係るシステム構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係るデータベースの構造図である。
【図４】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係る機能説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係るデータベースの構造図である。
【図６】この発明の実施の形態１のプラント機器の異常診断装置に係る機能説明図である。
【図７】この発明の実施の形態２のプラント機器の異常診断装置に係るデータベースの構造図である。
【図８】この発明の実施の形態２のプラント機器の異常診断装置に係る機能説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３のプラント機器の異常診断装置に係る機能説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態４のプラント機器の異常診断装置に係る機能説明図である。
【図１１】この発明の実施の形態５のプラント機器の異常診断装置に係るシステム構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態５のプラント機器の異常診断装置に係るフローチャート図である。
【図１３】この発明の実施の形態６のプラント機器の異常診断装置に係るフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
実施の形態１は、プロセスデータの時系列データから行列を作成し、特異値分解を行い、特徴量を抽出することで、プラント機器の劣化や異常を検出する本発明のプラント機器の異常診断装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態１について、図１から図６に基づいて説明する。図１はプラント機器の異常診断装置に係る全体システム構成図、図２はプラント機器の異常診断装置のシステム構成図、図３、５はデータベースの構造図、図４、６は機能説明図である。
【００１２】
まず、本願発明の実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置のシステム構成について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１を含むプラントの制御、監視システムの全体構成を表したものである。
全体システムは、プロセスデータから特徴量を抽出してプラントの機器や装置の劣化や異常の検出を行うプラント機器の異常診断装置１、プラントの状態を監視するためのプラント監視装置２、プラントを制御するためのコントローラ３、監視制御対象であるプラント５から構成されている。
プラント機器の異常診断装置１、プラント監視装置２およびコントローラ３は、制御ネットワーク４にて接続され、互いにデータの送受信を行うことができる。
【００１３】
コントローラ３は、プラントにある各種の機器や装置へ制御指令を送ったり、逆に、プラントの温度等のプロセスデータを収集したりする機能を持つ。プラント監視装置２は、コントローラ３が収集したプロセスデータを、制御ネットワーク４を介して収集し、プラント監視のために、プラントのプロセスデータをプラント監視装置２内に蓄積し、プラント監視装置２に備える液晶モニター等の表示装置に表示することができる。
プラント機器の異常診断装置１は、コントローラ３が収集したプロセスデータを、制御ネットワーク４を介して収集し、プラントのプロセスデータの履歴データとして、プラント機器の異常診断装置１内に格納するとともに、後述するようにプラントの機器や装置の劣化や異常の検出を行うための異常診断機能を有する。
【００１４】
図２は、プラント機器の異常診断装置１の内部のシステム構成を示す図である。
プラント機器の異常診断装置１は、制御ネットワーク４を介してプロセスデータを収集するデータ収集手段１１、データ収集手段１１が収集したプロセスデータを格納するデータベースであるプロセス量データベース１２および機能および動作は後で詳述する特異行列抽出手段１３、特徴量抽出手段１４，特徴量分析手段１６、抽出・分析された特徴量を格納するデータベースである特徴量データベース１５を備える。
さらに、プラント機器の異常診断装置１は、抽出・分析された特徴量を比較して異常の有無を検出する比較手段１７、および抽出・分析された特徴量や比較結果を表示装置１９に表示する表示手段１８を備える。
【００１５】
次に、本発明の実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１の機能および動作について、図２のシステム構成および図３〜６のデータベースの構造図、機能説明図を用いて説明する。
データ収集手段１１は、制御ネットワーク４を介して、コントローラ３がプラント５から収集したプロセスデータを定周期で収集し、この収集したプロセスデータを、プロセス量データベース１２に格納する。
プロセス量データベース１２の構造は、図３に示すとおりであり、収集されたプロセスデータが、収集した時刻とともに格納されている。
プロセス量データベース１２に格納されたプロセスデータには、個別に名称が設定されており、図３の例では、ボイラー温度、蒸気発生量、バルブ開度等の名称が設定されている。
また、プロセス量データベース１２には、プラント５から収集したプロセスデータ（入力データ）に加え、コントローラ３がプラント５に対して送信した制御指令である出力データも同様の形式で格納されている。
【００１６】
異常診断を行いたい機器に関するプロセスデータに対して、以下の処理を行う。
まず、プラント機器の異常診断装置１が、プラントの機器の正常状態を学習するため、プラント稼動後の一定期間、データ収集手段１１により、データ収集を行う。データ収集手段１１が収集したプロセスデータは、プロセス量データベース１２に格納される。
正常状態の学習に十分なデータが格納された後、特異行列抽出手段１３が、正常状態の学習を開始する。
【００１７】
異常診断対象のプロセスデータに対して、ある時刻ｔのときのプロセスデータをａ（ｔ）と表す。また、予めプロセス量データベース１２には、時刻Ｒまでのプロセスデータが格納されているものとする。
特異行列抽出手段１３は、プロセス量データベース１２から、診断対象のプロセスデータのデータを読み出し、以下の行列を作成する。
尚、行列の行数Ｎ、列数Ｐは、時刻Ｒより小さい値で、プロセスデータ毎に行列が作成できる範囲で自由に設定する。
【００１８】
【数１】
0005502002.tif 000006
【００１９】
例えば、ｔ＝１の場合は、図４に示すプロセスデータを使用して行列を作成する。
【００２０】
このデータ行列Ａ（ｔ）を特異値分解することにより、３個の行列に分解する。
【００２１】
【数２】
0005502002.tif 000007
【００２２】
行列Ｓ（ｔ）は、対角項にのみ値を持つＮ行Ｐ列の行列であり、対角項には、特異値が値の大きい順に格納されている。Ｕ（ｔ）は、Ｎ行Ｎ列の左特異行列、Ｖ（ｔ）は、Ｐ行Ｐ列の右特異行列であり、それぞれ、直交行列である。
ここで、右上の添え字Ｔは、行列の転置を示す。
これは、行列  Ｓ（ｔ）ＶＴ（ｔ）  を行列  Ｕ（ｔ）  により線形変換すると、行列  Ａ（ｔ）になることを示している。
行列Ｓ（ｔ）は対角項にのみ要素を持つ行列で、値の大きい順に並んでいることから、行列Ｓ（ｔ）ＶＴ（ｔ）の第１行が、Ａ（ｔ）の特徴を最もよく表すこととなる。以下、第２行、第３行と下段に移るほど、それらの表す特徴は小さくなる。
【００２３】
前述の行列Ａ（ｔ）の作成、および行列Ａ（ｔ）の特異値分解を、収集済みのデータの全領域に対して行う。本実施の形態１では、時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させて、行列Ａ（ｔ）の作成、および、行列Ａ（ｔ）の特異値分解を行う。
【００２４】
特異値分解により得られたＲ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列Ｕ（ｔ）の平均値を式（３）により算出する。
【００２５】
【数３】
0005502002.tif 000008
【００２６】
ここで、ＵＡＶＥは、Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列Ｕ（ｔ）の各要素の平均値を要素に持つ行列であり、以下、ＵＡＶＥのｉ行ｊ列目の要素をｕａｖｅｉｊと記載する。同様に、Ｕ（ｔ）のｉ行ｊ列目の要素をｕｉｊ（ｔ）と記載する。
【００２７】
次に、Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列Ｕ（ｔ）と平均値を各要素に持つＵＡＶＥとの距離を式（４）により算出する。
【００２８】
【数４】
0005502002.tif 000009
【００２９】
Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２個の左特異行列Ｕ（ｔ）に対して、行列ＵＡＶＥとの距離ｄ（ｔ）が算出されたら、最適な左特異行列を抽出するため、Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２個のｄ（ｔ）の中で、ｄ（ｔ）  の値が最小となる  時刻ｔを算出し、算出した時刻ｔに対応する左特異行列  Ｕ（ｔ）を異常診断に使用するものとして抽出する。抽出したＵ（ｔ）をＵと記す。
【００３０】
尚、式（４）では、行列間の単純な距離を算出したが、データのばらつきを考慮したマハラノビス距離を使用するなど、他の距離測定方法を使用してもよい。
【００３１】
特異行列抽出手段１３は、この抽出した左特異行列Ｕ（ｔ）の情報は、行列Ｕとして、特徴量データベース１５に格納する。
【００３２】
次に、特徴量抽出手段１４は、正常状態の特徴量の抽出を行う。特徴量抽出手段１４は、特徴量データベース１５に格納されている行列Ｕを用いて、行列Ｓ（ｔ）ＶＴ（ｔ）の値を算出する。これは、式（２）の左からＵＴ（ｔ）を掛けることにより、次のように算出できる。
【００３３】
【数５】
0005502002.tif 000010
【００３４】
以下の説明では、簡略化のため、Ｎ行Ｐ列の行列Ｗ（ｔ）を式（６）で定義する。
【００３５】
【数６】
0005502002.tif 000011
【００３６】
式（５）、式（６）より、式（７）が得られる。
【００３７】
【数７】
0005502002.tif 000012
【００３８】
行列  Ｓ（ｔ）ＶＴ（ｔ）の第１行が、Ａ（ｔ）の特徴を最もよく表すことから、Ａ（ｔ）の特徴量を監視するためには、Ｓ（ｔ）ＶＴ（ｔ）の第１行を監視すればよい。すなわち、行列Ｗ（ｔ）の第１行を抽出して監視すればよい。
【００３９】
特徴量抽出手段１４は、正常状態のデータである時刻１から時刻Ｒまでのプロセスデータを使用して、正常状態の特徴量を抽出する。これは以下の手順により行う。
【００４０】
前述の行列Ａ（ｔ）の作成を、収集済みのデータの全領域に対して行う。本実施の形態１では、時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで変化させて、行列Ａ（ｔ）の作成を行う。作成した各時刻の行列Ａ（ｔ）に対して、式（７）により、特徴量を示す行列Ｗ（ｔ）を算出する。時刻ｔ＝１から時刻ｔ＝Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２まで、Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２個の行列Ｗ（ｔ）が得られるので、得られたＲ−Ｎ−Ｐ＋２個の行列Ｗ（ｔ）の第１行目のＰ個の要素すべて、すなわち、（Ｒ−Ｎ−Ｐ＋２）×Ｐ個の要素の中から、最大値と最小値とを抽出する。
特徴量抽出手段１４は、抽出した正常状態の特徴量として最大値、最小値を、特徴量データベース１５に格納する。以降、抽出された最大値をＷｍａｘ、最小値をＷｍｉｎと記す。
【００４１】
次に、異常診断のために行う診断対象のプロセスデータの分析について、説明する。
特徴量分析手段１６は、分析対象のプロセスデータをプロセス量データベース１２より読み出す。次に、時刻Ｒ＋１より順に、式（１）により、Ａ（ｔ）を算出し、その後、左特異行列Ｕを用いて、式（７）により、特徴量を示す行列Ｗ（ｔ）を算出する。
特徴量分析手段１６は、算出したＷ（ｔ）の第１行目の各要素を時刻ｔにおける診断対象の特徴量として、特徴量データベース１５に、その時刻とともに格納する。
【００４２】
特徴量データベース１５内に格納されている診断対象の特徴量のデータの構造は、図５のデータベースの構造図に示すとおりである。Ｗ（ｔ）の第１行目の数値が、時刻とともにマトリクス状に格納されている。
尚、Ｗｘｙは、行列Ｗ（ｔ）のｘ行ｙ列の要素を示す。また、図５では、特徴量データベース１５に格納している行列Ｕ、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎの記載は省略している。
【００４３】
比較手段１７は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎを読み出した後、特徴量データベース１５を常時監視し、新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎと比較し、診断対象の特徴量が基準値の範囲内にあるかどうかを監視し、この比較結果を、特徴量データベース１５に格納する。
【００４４】
表示手段１８は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎおよび診断対象の特徴量、さらに比較手段１７が実施した比較結果を読み出し、これらを表示装置１９に表示する。
表示手段１８は、特徴量データベース１５に新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、これを表示装置１９に表示して、表示データを更新する。
また、表示手段１８は、比較手段１７が実施した比較の結果、異常の可能性がある場合は、オペレータに知らせるために、表示装置１９上への警報表示、警報音の発生あるいは音声告知を行うことができる。
【００４５】
表示装置１９上の表示は、診断対象の特徴量の値をそのまま表示したり、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、すなわち最大値Ｗｍａｘより大きい場合や最小値Ｗｍｉｎより小さい場合に警報として表示することができる。あるいは、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、グラフの色を変えて表示することができる。
【００４６】
図６の機能説明図は、Ｗｍａｘが３．１付近、Ｗｍｉｎが０．９付近にあり、時刻Ｒ＋２１のときのＷ１２が、Ｗｍａｘより大きな値となり、異常の兆候を示している場合のグラフ表示の例である。
【００４７】
異常として検出する基準値は、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎの値をそのまま使ってもよいし、あるいは、最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎの値に係数を掛けて使用してもよい。
また、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目の要素の最大値、最小値ではなく、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目の要素の統計的な標準偏差、平均を算出し、この標準偏差に係数を掛けたものを基準値として使用し、診断対象の特徴量と平均値との差をこの基準値と比較することもできる。
【００４８】
異常診断の対象となる他の種類のプロセスデータに対しても、以上説明した一連の同様の処理を行って、診断対象となるプロセスデータに対して異常診断を行う。
【００４９】
実施の形態１では、ベータベースとしてプロセス量データベース１２と特徴量データベース１５を別々に設ける構成としたが、まとめて１つのデータベースとしてもよい。
また、データ収集手段１１、特異行列抽出手段１３、特徴量抽出手段１４、特徴量分析手段１６、比較手段１７および表示手段１８をそれぞれ別の手段として設けているが、一部をまとめた手段としても、全体をまとめて例えば、診断手段としてもよい。
さらにプラント機器の異常診断装置１の中にデータ収集手段１１を設けたが、このデータ収集手段１１を設けずに、プラント監視装置２が異常診断に必要なプロセスデータをプロセス量データベース１２に格納する構成としてもよい。
【００５０】
以上説明したように、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１では、時系列のプロセスデータを行列に展開し、特異値分解を行い、正常状態のときの最適な左特異行列および正常状態の特徴量を抽出し、診断対象のプロセスデータを分析して診断対象の特徴量を抽出して、劣化や異常の診断を行う。したがって、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１では、プロセスデータの単純な上下限チェックでは検出できないような、例えば、時間と共に徐々に変化するような劣化、一時的なプロセスデータの変動、さらに一時的なノイズなども検出することができる効果がある。
【００５１】
また、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１の診断方法は、プラントで使用される各種機器の特性や制御方式に依存しないため、各種機器の特性や制御方式をモデル化して診断処理を個別に構築する必要がなく、どのような機器、制御方式に対しても同一の方式を適用できる利点がある。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１のプラント機器の異常診断装置１に対して、特徴量抽出手段１４が正常状態の行列Ｗ（ｔ）の各要素から最大値、最小値を抽出する際、および特徴量分析手段１６が診断対象行列Ｗ（ｔ）から特徴量を抽出する際に、行列Ｗ（ｔ）の第１行から指定されたｎ（ｎは２以上の整数）行数までの複数行を対象として、異常診断を行うプラント機器の異常診断装置に関するものである。
【００５３】
実施の形態２に係るプラント機器の異常診断装置は、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１とシステム構成および各構成手段、装置の機能および動作は基本的には同様である。
したがって、本願発明の実施の形態２について、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１と異なる部分を中心に、図７のデータベースの構造図および図８の機能説明図を用いて説明する。
尚、以下の説明では、行列Ｗ（ｔ）の第２行までを監視対象とする場合を例として説明する。
【００５４】
特異行列抽出手段１３の機能および動作は、実施の形態１と同様であるため、特徴量抽出手段１４の機能および動作について説明する。
特徴量抽出手段１４は、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目および第２行目の各Ｐ個の要素すべての最大値、最小値を、行列Ｗ（ｔ）の行毎に正常状態の特徴量として抽出する。すなわち、第２行までを対象とする場合には、第１行の要素に対して抽出した結果を最大値はＷ１ｍａｘ、最小値はＷ１ｍｉｎとし、これらを正常状態の特徴量として特徴量データベース１５に格納する。同様に、第２行の要素に対して抽出した結果を最大値はＷ２ｍａｘ、最小値はＷ２ｍｉｎとし、これらを正常状態の特徴量として特徴量データベース１５に格納する。
【００５５】
次に、特徴量分析手段１６の機能および動作について説明する。
特徴量分析手段１６は、診断対象のプロセスデータをプロセス量データベース１２より読み出し、時刻Ｒ＋１より順に、式（１）により診断対象のプロセスデータについて、Ａ（ｔ）を算出する。そして、左特異行列Ｕを用いて、式（７）によりＷ（ｔ）を算出する。算出したＷ（ｔ）の第１行目、および第２行目の各要素を時刻ｔにおける診断対象の特徴量として、特徴量データベース１５に、その時刻とともに格納する。
特徴量データベース１５内に格納された診断対象の特徴量の構造は、図７に示すとおりである。Ｗ（ｔ）の第１行、第２行の数値が、時刻とともに、マトリクス状に格納されている。
尚、Ｗｘｙは、行列Ｗ（ｔ）のｘ行ｙ列の要素を示す。また、図７では、特徴量データベース１５に格納している行列Ｕ、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎの記載は省略している。
【００５６】
比較手段１７は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎを読み出した後、特徴量データベース１５を常時監視し、新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎと比較し、診断対象の特徴量が基準値の範囲内にあるかどうかを監視し、この比較結果を、特徴量データベース１５に格納する。
【００５７】
表示手段１８は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎおよび診断対象の特徴量、さらに比較手段１７が実施した比較結果を読み出し、これらを表示装置１９に表示する。
表示手段１８は、特徴量データベース１５に新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、これを表示装置１９に表示して、表示データを更新する。
また、表示手段１８は、比較手段１７が実施した比較の結果、異常の可能性がある場合は、オペレータに知らせるために、表示装置１９上への警報表示、警報音の発生あるいは音声告知を行うことができる。
【００５８】
表示装置１９上の表示は、診断対象の特徴量の値をそのまま表示したり、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、すなわち最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘより大きい場合や最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎより小さい場合に警報として表示することができる。あるいは、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、グラフの色を変えて表示することができる。
【００５９】
図８の機能説明図は、Ｗ１ｍａｘが３．１付近、Ｗ１ｍｉｎが０．９付近にあり、Ｗ２ｍａｘが２．５付近、Ｗ２ｍｉｎが０．３付近にあり、時刻Ｒ＋２１のときのＷ１２が、Ｗ１ｍａｘより大きな値となり、同様に、時刻Ｒ＋２１のときのＷ２２がＷ２ｍａｘより大きな値となり、異常の兆候を示している場合のグラフ表示の例である。
【００６０】
異常として検出する基準値は、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎの値をそのまま使ってもよいし、あるいは、最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎの値に係数を掛けて使用してもよい。
また、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目、第２行目の要素の最大値、最小値ではなく、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目、第２行目の各要素の統計的な標準偏差、平均を算出し、この標準偏差に係数を掛けたものを基準値として使用し、診断対象の特徴量と平均値との差をこの基準値と比較することもできる。
【００６１】
異常診断の対象となる他の種類のプロセスデータに対しても、以上説明した一連の同様の処理を行って、診断対象となるプロセスデータに対して異常診断を行う。
【００６２】
実施の形態１では、行列Ｗ（ｔ）の各要素の内、最もよく特徴を表す第１行のみを監視対象としたが、本実施の形態２に係るプラント機器の異常診断装置は、特徴量抽出手段１４、特徴量分析手段１６および比較手段１７等の各構成手段が正常状態および診断対象の特徴量を示す行列Ｗ（ｔ）の第１行から複数行の要素を扱える構成とし、行列Ｗ（ｔ）の第１行から複数行の要素を監視対象として、劣化および異常の診断を行うことができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態２では、実施の形態１におけると同様に、プロセスデータの単純な上下限チェックでは検出できないような、例えば、時間と共に徐々に変化するような劣化、および一時的なプロセスデータの変動、さらに一時的なノイズなども検出することができる効果に加えて、よりきめ細かな診断を行うことできる効果がある。
【００６４】
実施の形態３．
実施の形態１のプラント機器の異常診断装置１は、１種類のプロセスデータを監視対象としていたが、本実施の形態３では、複数種類のプロセスデータをまとめて監視対象として分析可能とするプラント機器の異常診断装置に関するものである。
【００６５】
実施の形態３に係るプラント機器の異常診断装置は、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１とシステム構成および各構成手段、装置の機能および動作は基本的には同様である。
したがって、本願発明の実施の形態３について、実施の形態１に係るプラント機器の異常診断装置１と異なる部分を中心に、図９の機能説明図を用いて説明する。
尚、以下の説明では、Ｐ種類のプロセスデータをまとめて分析する場合を例として説明する。
【００６６】
まず、プロセス量データベース１２に格納されているＰ種類のプロセスデータについて説明する。
第１番目のプロセスデータの時系列データは、ａ１（１）、ａ１（２）、・・・、ａ１（Ｒ）、第２番目のプロセスデータの時系列データは、ａ２（１）、ａ２（２）、・・・、ａ２（Ｒ）、・・・、第Ｐ番目のプロセスデータの時系列データは、ａｐ（１）、ａｐ（２）、・・・、ａｐ（Ｒ）として時系列データは表現される。
予めプロセス量データベース１２には、データ収集手段１１により、時刻Ｒまでのプロセスデータが格納されている。
【００６７】
特異行列抽出手段１３の機能および動作について説明する。
特異行列抽出手段１３は、プロセス量データベース１２から、診断対象のＰ種類のプロセスデータのデータを読み出し、以下の行列を作成する。
【００６８】
【数８】
0005502002.tif 000013
【００６９】
例えば、ｔ＝１の場合、特異行列抽出手段１３は、図９の機能説明図に示すＰ種類のプロセスデータを使用して行列を作成する。なお、図９では、Ｐ種類のプロセスデータの内、第１、第２、第Ｐ番目のプロセスデータのみを示し、その他のプロセスデータは記載を省略している。
【００７０】
特異行列抽出手段１３は、作成した行列Ａ（ｔ）を特異値分解し、実施の形態１と同様の処理を行い、左特異行列Ｕ（ｔ）を抽出する。
【００７１】
その後、実施の形態１と同様に、収集済みのデータの全領域に対するＵ（ｔ）の算出、ＵＡＶＥ 、ｄ（ｔ）の算出を行い、最後に、行列Ｕを算出し、特徴量データベース１５に格納する。
【００７２】
特徴量抽出手段１４は、特徴量データベース１５に格納されている行列Ｕを用いて、正常状態のデータである時刻１から時刻Ｒまでの複数種類のプロセスデータを使用して、正常状態の特徴量を抽出する。すなわち、特徴量抽出手段１４は、行列Ｗ（ｔ）の第１行目の要素すべての中から、最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎを抽出し、正常状態の特徴量として特徴量データベース１５に格納する。
【００７３】
特徴量分析手段１６は、診断対象の複数種類のプロセスデータをプロセス量データベース１２より読み出し、Ａ（ｔ）を算出し、その後、左特異行列Ｕを用いて、式（７）により、特徴量を示す行列Ｗ（ｔ）を算出する。
特徴量分析手段１６は、算出したＷ（ｔ）の第１行目の各要素を時刻ｔにおける診断対象の特徴量として、特徴量データベース１５に、その時刻とともに格納する。
【００７４】
比較手段１７は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎを読み出した後、特徴量データベース１５を常時監視し、新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎと比較し、診断対象の特徴量が基準値の範囲内にあるかどうかを監視し、この比較結果を、特徴量データベース１５に格納する。
【００７５】
表示手段１８は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、Ｗｍｉｎおよび診断対象の特徴量、さらに比較手段１７が実施した比較結果を読み出し、これらを表示装置１９に表示する。
表示手段１８は、特徴量データベース１５に新たに診断対象の特徴量が格納されると、格納された診断対象の特徴量を読み出し、これを表示装置１９に表示して、表示データを更新する。
また、表示手段１８は、比較手段１７が実施した比較の結果、異常の可能性がある場合は、オペレータに知らせるために、表示装置１９上への警報表示、警報音の発生あるいは音声告知を行うことができる。
【００７６】
表示装置１９上の表示は、診断対象の特徴量の値をそのまま表示したり、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、すなわち最大値Ｗｍａｘより大きい場合や最小値Ｗｍｉｎより小さい場合に警報として表示することができる。あるいは、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、グラフの色を変えて表示することができる。
【００７７】
異常として検出する基準値は、正常状態の特徴量である最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎの値をそのまま使ってもよいし、あるいは、最大値Ｗｍａｘ、最小値Ｗｍｉｎの値に係数を掛けて使用してもよい。
また、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目の要素の最大値、最小値ではなく、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目の要素の統計的な標準偏差、平均を算出し、この標準偏差に係数を掛けたものを基準値として使用し、診断対象の特徴量と平均値との差をこの基準値と比較することもできる。
【００７８】
実施の形態１では、１種類のプロセスデータの時系列データを監視および分析対象としたが、本実施の形態３では、特異行列抽出手段１３、特徴量抽出手段１４および特徴量分析手段１６において、行列Ａ（ｔ）を作成する際に、複数種類のプロセスデータの時系列データを用いるようにしている。
【００７９】
以上説明したように、本実施の形態３に係るプラント機器の異常診断装置では、オペレータは複数種類のプロセスデータを監視する代わりに、特徴量のみを監視すればよいため、プラントを監視するオペレータの負荷を軽減できる効果がある。また、複数種類のプロセスデータの時系列データ間の関係を分析できるため、複数種類のプロセスデータ間の関係が変化した場合など、個別のプロセスデータの監視では検出が困難な特性変動の判別も可能となる効果がある。
【００８０】
実施の形態４．
実施の形態４は、実施の形態３のプラント機器の異常診断装置に対して、特徴量抽出手段１４が、行列Ｗ（ｔ）の各要素から最大値、最小値を抽出する際、行列Ｗ（ｔ）の第１行から指定されたｎ（ｎは２以上の整数）行数まで、複数行を対象として行うプラント機器の異常診断装置に関するものである。
【００８１】
実施の形態４に係るプラント機器の異常診断装置は、実施の形態３に係るプラント機器の異常診断装置とシステム構成および各構成手段、装置の機能および動作は基本的には同様である。
したがって、本願発明の実施の形態４について、実施の形態３に係るプラント機器の異常診断装置１と異なる部分を中心に、実施の形態２の説明で参照した図８および図１０の機能説明図を用いて説明する。
尚、以下の説明では、行列Ｗ（ｔ）の第２行までを対象とする場合を例として説明する。
【００８２】
特異行列抽出手段１３の機能および動作は、実施の形態３と同様であるため、特徴量抽出手段１４の機能および動作について説明する。
特徴量抽出手段１４は、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目および第２行目の各Ｐ個の要素すべての最大値、最小値を、行列Ｗ（ｔ）の行毎に抽出する。すなわち、第２行までを対象とする場合には、第１行の要素に対して抽出した結果を最大値はＷ１ｍａｘ、最小値はＷ１ｍｉｎとし、これらを正常状態の特徴量として特徴量データベース１５に格納する。同様に、第２行の要素に対して抽出した結果を最大値はＷ２ｍａｘ、最小値はＷ２ｍｉｎとし、これらを正常状態の特徴量として特徴量データベース１５に格納する。
【００８３】
次に、特徴量分析手段１６の機能および動作について説明する。
特徴量分析手段１６は、診断対象の複数種類のプロセスデータをプロセス量データベース１２より読み出し、Ａ（ｔ）を算出する。そして、左特異行列Ｕを用いて、Ｗ（ｔ）を算出して、このＷ（ｔ）の第１行目、および第２行目の各要素を時刻ｔにおける診断対象の特徴量として、特徴量データベース１５に、その時刻とともに格納する。
【００８４】
比較手段１７は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎを読み出した後、特徴量データベース１５を常時監視し、格納された診断対象の特徴量を読み出し、最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎと比較し、診断対象の特徴量が基準値の範囲内にあるかどうかを監視し、この比較結果を、特徴量データベース１５に格納する。
【００８５】
表示手段１８は、特徴量データベース１５より、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎおよび診断対象の特徴量、さらに比較手段１７が実施した比較結果を読み出し、これらを表示装置１９に表示する。
また、表示手段１８は、比較手段１７が実施した比較の結果、異常の可能性がある場合は、オペレータに知らせるために、表示装置１９上への警報表示、警報音の発生あるいは音声告知を行うことができる。
【００８６】
表示装置１９上の表示は、診断対象の特徴量の値をそのまま表示したり、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、すなわち最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘより大きい場合や最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎより小さい場合に警報として表示することができる。あるいは、診断対象の特徴量が基準値を外れる場合、グラフの色を変えて表示することができる。
【００８７】
表示装置１９上の表示は、実施の形態２で示した図８のようにグラフ表示してもよいし、図１０の機能説明図に示すように、グラフの横軸に時間をとり、行列Ｗ（ｔ）の要素毎の時間的変化をグラフ表示してもよい。
【００８８】
異常として検出する基準値は、正常状態の特徴量である最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎの値をそのまま使ってもよいし、あるいは、最大値Ｗ１ｍａｘ、Ｗ２ｍａｘ、最小値Ｗ１ｍｉｎ、Ｗ２ｍｉｎの値に係数を掛けて使用してもよい。
また、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目、第２行目の要素の最大値、最小値ではなく、正常状態の行列Ｗ（ｔ）の第１行目、第２行目の各要素の統計的な標準偏差、平均を算出し、この標準偏差に係数を掛けたものを基準値として使用し、診断対象の特徴量と平均値との差をこの基準値と比較することもできる。
【００８９】
実施の形態３では、行列Ｗ（ｔ）の各要素の内、最もよく特徴を表す第１行のみを監視対象としたが、本実施の形態４に係るプラント機器の異常診断装置は、特徴量抽出手段１４、特徴量分析手段１６および比較手段１７等の各構成手段が正常状態および診断対象の特徴量を示す行列Ｗ（ｔ）の第１行からｎ（ｎは２以上の整数）行までの複数行の要素を扱える構成とし、行列Ｗ（ｔ）の第１行から複数行の要素を対象として、劣化および異常の診断を行うことができる。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態４では、実施の形態３における効果に加えて、よりきめ細かな診断を行うことできる効果がある。
【００９１】
実施の形態５．
実施の形態５は、実施の形態１のプラント機器の異常診断装置１に対して、式（１）にて作成する行列の最適な大きさを自動で決定することを可能としたものである。
本願発明の実施の形態５について、図１１のシステム構成図と図１２のフローチャート図に基づいて、プラント機器の異常診断装置２１ついて説明する。
図１１において、図１と同一あるいは相当部分には、同一符号を付している。
【００９２】
プラント機器の異常診断装置２１のシステム構成は、実施の形態１のプラント機器の異常診断装置１に対して、さらに最適行列選択手段２２を追加した構成となっている。
【００９３】
最適行列選択手段２２の機能および動作について、図１２のフローチャートに基づいて説明する。
【００９４】
行列の最適な大きさを自動で決定するために、最適行列選択手段２２は、ステップＳ１より処理を開始すると、ステップＳ２にて、行列の列数を示す変数ｐに初期値である２を設定する。これは、最適な行列の大きさの列数の下限値に相当するものである。同様に、ステップＳ３にて、行列の行数の示す変数ｎに初期値である２を設定する。これは、最適な行列の大きさの行数の下限値に相当するものである。
【００９５】
次に、式（１）にて表される行列に相当する行列の作成を行う。なお、実施の形態１、実施の形態２では、行列の大きさを行数Ｎ、列数Ｐと固定していたため、作成する行列をＡ（ｔ）と表現したが、本実施の形態５では、行列の大きさを変更しながら判断するため、行列の大きさを示すｎ、ｐも同時に使用し、Ａ（ｎ，ｐ，ｔ）と表現する。
【００９６】
【数９】
0005502002.tif 000014
【００９７】
ステップＳ４にて、設定された行数ｎ、列数ｐに対して、式（９）の行列の作成可否を判断する。プロセスデータは、実施の形態１、実施の形態２と同様に、時刻Ｒまで格納されている場合は、ｎ＋ｐ−１の値が、Ｒよりも大きい場合は、式（９）の作成不可と判断し、ステップＳ２０に進む。ただし、Ｒは５以上とする。
ステップＳ２０では、列数ｐを１だけカウントアップし、ステップＳ３に戻る。また、ステップＳ４にて、式（９）の作成可と判断した場合は、ステップＳ５に進み、時刻であるｔに初期値１を設定する。
【００９８】
ステップＳ６にて、式（９）に従い、行列Ａ（ｎ，ｐ，ｔ）を作成する。ステップＳ７にて、作成した行列Ａ（ｎ，ｐ，ｔ）を特異値分解する。
【００９９】
【数１０】
0005502002.tif 000015
【０１００】
尚、実施の形態１、実施の形態２で、Ａ（ｔ）と記載していたものを、本実施の形態５では、Ａ（ｎ，ｐ，ｔ）と記載しているのと同様に、実施の形態１、実施の形態２で、Ｕ（ｔ）、Ｓ（ｔ）、ＶＴ（ｔ）と記載していたものを、本実施の形態では、Ｕ（ｎ，ｐ，ｔ）、Ｓ（ｎ，ｐ，ｔ）、ＶＴ（ｎ，ｐ，ｔ）と記載している。
【０１０１】
ステップＳ８では、ｔが上限に到達したかのチェックを行う。プロセスデータが時刻Ｒまで格納されているため、ｔの上限は、Ｒ−ｎ−ｐ＋２となる。上限に達していなければ、ステップＳ２１に進む。ステップＳ２１でｔを１だけカウントアップし、ステップＳ６に戻り、カウントアップされた時刻ｔに対して、Ａ（ｎ，ｐ，ｔ）の作成し、Ｕ（ｎ，ｐ，ｔ）の抽出を行う。上限に達していれば、ステップＳ９に進む。
【０１０２】
ステップＳ９では、設定されたｎ，ｐに対して、ｔを変化させて算出したＲ−ｎ−ｐ＋２個のＵ（ｎ，ｐ，ｔ）のばらつきを算出する。具体的には、以下の手順で行う。
【０１０３】
まず、Ｕ（ｎ，ｐ，ｔ）の各要素の平均値を算出する。各要素の平均値を並べた行列をＵＡＶＥ（ｎ，ｐ）と記載する。
【０１０４】
【数１１】
0005502002.tif 000016
【０１０５】
Ｕ（ｎ，ｐ，ｔ）のｉ行ｊ列をｕ（ｎ，ｐ，ｔ）ｉｊ、ＵＡＶＥ（ｎ，ｐ）のｉ行ｊ列をｕａｖｅ（ｎ，ｐ）ｉｊと記載し、各要素のばらつきを示す分散を式（１２）により算出する。
【０１０６】
【数１２】
0005502002.tif 000017
【０１０７】
算出した各要素の分散ｕｖａｒ（ｎ，ｐ）ｉｊの平均を算出し、これを設定されたｎ，ｐに対する行列Ｕ（ｎ，ｐ，ｔ）の分散と定義し、ｖａｒ（ｎ，ｐ）と記載する。
【０１０８】
【数１３】
0005502002.tif 000018
【０１０９】
次に、ステップＳ１０に進み、ｎが上限に到達したかのチェックを行う。プロセスデータが時刻Ｒまで格納されているため、ｎの上限は、Ｒ／２となる。上限に達していなければ、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２３でｎを１だけカウントアップし、ステップＳ４に戻り、カウントアップされた行数ｎに対して、処理を繰り返す。上限に達していれば、ステップＳ１１に進む。
【０１１０】
ステップＳ１１では、ｐが上限に到達したかのチェックを行う。プロセスデータが時刻Ｒまで格納されているため、ｐの上限は、Ｒ／２となる。上限に達していなければ、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３でｐを１だけカウントアップし、ステップＳ３に戻り、カウントアップされた列数ｐに対して、処理を繰り返す。上限に達していれば、ステップＳ１２に進む。
【０１１１】
行数ｎ、列数ｐを変化させて、ステップＳ１１までの処理を繰り返し、各ｎ、ｐの値に対して、分散ｖａｒ（ｎ，ｐ）が求められる。
【０１１２】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１までで算出した複数のｖａｒ（ｎ，ｐ）の中から、その値が最小となるｎ，ｐの組み合わせを選択する。選択された行数ｎ、列数ｐは、格納されているＲ個のプロセスデータに対して、式（１）で示す行列Ａ（ｔ）を作成し、その時刻ｔを変化させながら、特異値分解を行って行列Ｕ（ｔ）を算出した場合に、そのばらつきが最も小さくなる行数、列数であり、プロセスデータの分析のための正常状態の学習において、最も正確に学習できる行数、列数となる。
ステップＳ１３では、選択した行数ｎ、列数ｐを特徴量データベース１５に格納して、ステップＳ１４で処理を終了する。
【０１１３】
式（１）で示す行列Ａ（ｔ）の最適な行数、列数が選択され、特徴量データベース１５に格納されたので、実施の形態１、実施の形態２に係るプラント機器の異常診断装置は、特徴量データベース１５に格納された最適な行数、列数を用いて、実施の形態１、実施の形態２で説明した示した手順により、診断対象のプロセスデータの異常診断を行う。
【０１１４】
以上説明したように、本実施の形態５に係るプラント機器の異常診断装置は、行列の行数、列数を変化させながら、行列を特異値分解し、特異値分解した結果のばらつきが最小とする行列の行数、列数を自動で選択する最適行列選択手段２２を追加したので、実施の形態１および２の効果に加えて、特異値分解にもっとも適切な行列の行数、列数を自動で選択でき、プラント機器やプロセスデータの特性を考慮して、マニュアルで行列の行数、列数を決定することが不要となる効果がある。
【０１１５】
実施の形態６．
実施の形態６は、実施の形態３および４のプラント機器の異常診断装置に対して、式（１）にて作成する行列の最適な大きさを自動で決定することを可能としたものである。
本願発明の実施の形態６に係るプラント機器の異常診断装置のシステム構成は、実施の形態５に係るシステム構成図（図１１）と同じである。
本願発明の実施の形態６について、最適行列選択手段２２の機能および動作を図１３のフローチャート図に基づいて説明する。
【０１１６】
行列の最適な大きさを自動で決定するために、最適行列選択手段２２は、ステップＳ３１より処理を開始すると、ステップＳ３２にて、行列の行数の示す変数ｎに初期値である２を設定する。これは、最適な行列の大きさの行数の下限値に相当するものである。また、ステップＳ３３にて、時刻であるｔに初期値１を設定する。
【０１１７】
次に、ステップＳ３４に進み、式（８）、式（９）にて示される行列に相当する行列を作成する。なお、実施の形態３、実施の形態４では、行列の大きさを行数Ｎ、列数Ｐと固定していたため、作成する行列をＡ（ｔ）と表現したが、本実施の形態では、行列の行数を変更しながら判断するため、行列の大きさを示すｎも同時に使用し、Ａ（ｎ，ｔ）と表現し、行列を式（１４）により作成する。
【０１１８】
【数１４】
0005502002.tif 000019
【０１１９】
次に、ステップＳ３５にて、作成した行列Ａ（ｔ，ｎ）を特異値分解する。
【０１２０】
【数１５】
0005502002.tif 000020
【０１２１】
尚、実施の形態３、実施の形態４で、Ａ（ｔ）と記載していたものを、本実施の形態では、Ａ（ｎ，ｔ）と記載しているのと同様に、実施の形態３、実施の形態４で、Ｕ（ｔ）、Ｓ（ｔ）、ＶＴ（ｔ）と記載していたものを、本実施の形態では、Ｕ（ｎ，ｔ）、Ｓ（ｎ，ｔ）、ＶＴ（ｎ，ｔ）と記載している。
【０１２２】
ステップＳ３６に移り、ｔが上限に到達したかのチェックを行う。プロセスデータが時刻Ｒまで格納されているため、ｔの上限は、Ｒ−ｎ＋１となる。上限に達していなければ、ステップＳ５１に移り、ｔを１だけカウントアップし、ステップＳ３４に戻る。ステップＳ３４でカウントアップされた時刻ｔに対して、Ａ（ｎ，ｔ）を作成し、Ｕ（ｎ，ｔ）を算出する。上限に達していれば、ステップＳ３７に進む。
【０１２３】
ステップＳ３７では、設定されたｎに対して、ｔを変化させて算出されたＲ−ｎ＋１個のＵ（ｎ，ｔ）のばらつきを算出する。具体的には、以下の手順で算出する。
【０１２４】
まず、Ｕ（ｎ，ｔ）の各要素の平均値を算出する。各要素の平均値を並べた行列をＵＡＶＥ（ｎ）と記載する。
【０１２５】
【数１６】
0005502002.tif 000021
【０１２６】
Ｕ（ｎ，ｔ）のｉ行ｊ列をｕ（ｎ，ｔ）ｉｊ、ＵＡＶＥ（ｎ）のｉ行ｊ列をｕａｖｅ（ｎ）ｉｊと記載し、各要素のばらつきを示す分散を式（１７）により算出する。
【０１２７】
【数１７】
0005502002.tif 000022
【０１２８】
算出した各要素の分散ｕｖａｒ（ｎ）ｉｊの平均を算出し、これを設定されたｎに対する行列Ｕ（ｎ，ｔ）の分散と定義し、ｖａｒ（ｎ）と記載する。
【０１２９】
【数１８】
0005502002.tif 000023
【０１３０】
次に、ステップＳ３８に移り、ｎが上限に到達したかのチェックを行う。プロセスデータが時刻Ｒまで記憶されているため、ｎの上限は、Ｒ／Ｐとなる。上限に達していなければ、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２ではｎを１だけカウントアップし、ステップＳ３３からステップＳ３４に戻り、カウントアップされた行数ｎに対して、処理を繰り返す。上限に達していれば、ステップＳ３９に移る。
【０１３１】
行数ｎを変化させて、ステップＳ３８までの処理を繰り返し、各ｎの値に対して、分散ｖａｒ（ｎ）が得られる。
【０１３２】
ステップＳ３９では、ステップＳ３８までに算出した複数のｖａｒ（ｎ）の中から、その値が最小となるｎを選択する。選択された行数ｎは、記憶されているＲ個のプロセスデータに対して、式（８）、式（９）で示す行列Ａ（ｔ）を作成し、その時刻ｔを変化させながら、特異値分解を行って行列Ｕ（ｔ）を算出した場合に、そのばらつきが最も小さくなる行数であり、プロセスデータの分析のための正常状態の学習において、最も正確に学習できる行数となる。
ステップＳ４０では、選択した行数ｎを特徴量データベース１５に格納して、ステップＳ４１で処理を終了する。
【０１３３】
式（８）、式（９）で示す行列Ａ（ｔ）の最適な行数が選択され、特徴量データベース１５に格納されたので、実施の形態３、実施の形態４に係るプラント機器の異常診断装置は、特徴量データベース１５に格納された最適な行数を用いて、実施の形態３、実施の形態４で説明した示した手順により、診断対象の複数種類のプロセスデータの異常診断を行う。
【０１３４】
以上説明したように、本実施の形態６に係るプラント機器の異常診断装置は、行列の行数を変化させながら、行列を特異値分解し、特異値分解した結果のばらつきが最小とする行列の行数を自動で選択する最適行列選択手段２２を追加したので、実施の形態３および４の効果に加えて、特異値分解にもっとも適切な行列の行数を自動で選択でき、プラント機器やプロセスデータの特性を考慮して、マニュアルで行列の行数を決定することが不要となる効果がある。
【符号の説明】
【０１３５】
１，２１  プラント機器の異常診断装置、２  プラント監視装置、３  コントローラ、
４  制御ネットワーク、５  プラント、１１  データ収集手段、
１２  プロセス量データベース、１３  特異行列抽出手段、１４  特徴量抽出手段、
１５  特徴量データベース、１６  特徴量分析手段、１７  比較手段、１８  表示手段、
１９  表示装置、２２  最適行列選択手段。
【図１】
0005502002.tif 000026
【図２】
0005502002.tif 000027
【図３】
0005502002.tif 000028
【図４】
0005502002.tif 000029
【図５】
0005502002.tif 000030
【図６】
0005502002.tif 000031
【図７】
0005502002.tif 000032
【図８】
0005502002.tif 000033
【図９】
0005502002.tif 000034
【図１０】
0005502002.tif 000035
【図１１】
0005502002.tif 000036
【図１２】
0005502002.tif 000037
【図１３】
0005502002.tif 000038