(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転中のプラントに状態変位が発生した場合に、プラントの状態変位を評価し、かつ、事象の波及を予測して対処方法を出力する計算機システムを備えたプラント運転支援システムにおいて、
プラント運転時に収集したプロセスデータを記憶するプラントデータベースと、
プラントに状態変位が発生した場合の内容を予め想定し、対象部位、事象内容、異常要因、波及事象および必要な対処等の診断内容を知識集約シートに記憶する知識データベースと、
前記診断内容を記憶させた知識データベースと、前記プラントデータベースに蓄積されたプラントデータから現在のデータとを評価し、現在のプラントの状態に適合する診断内容を検索する演算処理装置と、
該演算処理装置の診断結果を記憶する推論結果データベースを備え、
前記演算処理装置では
プラントのアナログデータの上下限値を３等分し、アナログデータを−３から３までの内部データに変換して内部データのベクトル列を取得し、
取得した内部データのベクトル列と、前記知識集約シートの警報信号情報の入力時に定義した発信度のベクトル列との内積により評価点を算出し、評価点が最も大きい知識集約シートの警報信号情報を優先する処理が行われる
ことを特徴とするプラント運転支援システム。
【請求項２】
前記演算処理装置は、診断結果から解消すべき状態変位の優先レベルを決定する機能を備えている請求項１に記載のプラント運転支援システム。
【請求項３】
前記演算処理装置は、現在の診断結果と前回の診断結果を比較し、状態変位の優先レベルの変化を検出する機能を備えている請求項２に記載のプラント運転支援システム。
【請求項４】
前記演算処理装置は、診断結果から状態変位の発生に関連するプロセスデータを知識データベースを基に自動的に選択する機能を備えている請求項１、２または３に記載のプラント運転支援システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のプラント運転支援システムは、表示部と操作部とを有するマンマシン装置を備え、該マンマシン装置は推論結果データベースから演算結果を取得してプラントの運転制御のためのデータを表示する表示部を備えているプラント運転支援システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算機を用いたプラントの運転支援システムに係わり、特に、プラントに異常に代表される変位が発生した場合、吸収塔、反応器等のプロセス装置の状態評価、事象の発生原因、事象の変化予測および対処方法の出力等を行うプラントの運転支援システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学、エネルギー、食品、薬品等のプロセス産業においては、そのプラントの運転制御や、プラントの運転効率化のために、計算機システム（コンピューター）が導入されるのが一般的である。近年、この種のプラントの運転制御にあっては、制御の高度化および高機能化が求められている。
【０００３】
一方、プラント運転の合理化、省力化のためにプラント運転員の少人数化も求められている。このため、プラントの運転監視には、従来のパネル表示による運転監視から、分散型制御システムを導入したコンピュータのＣＲＴコンソールによる運転監視が主流となってきている。
【０００４】
分散型制御システムＣＲＴディスプレイ上には、流量、温度、圧力等のプロセス計測データを表示するだけでなく、それらの計測データあるいは計測データの変化速度が、予め設定されている上限あるいは下限の警報レベルを超えた段階で、警報メッセージおよび運転員に対するガイダンスメッセージ等を出力する機能が用意されている。運転員は、これらのメッセージに対応して、プラントの各種制御装置を操作し、プラントに発生した状態変位を解消して標準状態へと戻している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の分散型制御システムでは、計測データあるいは計測データの変化速度が、設定された上下限値を超えた段階で、プラントの運転状態に状態変位が発生したことを示す警報を表示するだけである。そのため、その状態変位の発生原因あるいは状態変位を解消して標準状態へ戻すための処置については、運転員の判断に依るところが大きく、時間と経験とを要すると云う問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、起動，停止を含むプラントのプラント運転中に、当該異状事態を代表する状態変位が発生した際に、プラントの状態を評価し、かつ、事象の変化を予測して、対処のガイダンス出力を行う、プラントの運転支援システムを提供することにある。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係わるプラントの運転支援システムは、起動，停止を含めた運転中のプラントに状態変位が発生した場合に、プラントのその状態を評価し、かつ、事象の変化を予測して対処方法を出力する計算機システムを備えたプラント運転支援システムにおいて、
プラント運転時に収集したプロセスデータを記憶するプラントデータベースと、プラントに状態変位が発生した場合の内容を予め想定し、対象部位、事象内容、要因、波及事象および必要な対処等の診断内容を知識集約シートに記憶する知識データベースと、前記診断内容を記憶させた知識データベースと前記プラントデータベースに蓄積されたプラントデータから現在のデータとを評価し、現在のプラントの状態に適合する診断内容を検索する演算処理装置と、該演算処理装置の診断結果を記憶する推論結果データベースを備え、前記演算処理装置では
プラントのアナログデータの上下限値を３等分し、アナログデータを−３から３までの内部データに変換して内部データのベクトル列を取得し、
取得した内部データのベクトル列と、前記知識集約シートの警報信号情報の入力時に定義した発信度のベクトル列との内積により評価点を算出し、評価点が最も大きい知識集約シートの警報信号情報を優先する処理が行われることを特徴とする。
【０００８】
演算処理装置は、診断結果から解消すべき状態変位の優先レベルを決定する機能を備えることができる。また、演算処理装置は、現在の診断結果と前回の診断結果とを比較し、状態変位の優先レベルの変化を検出する機能を備えることができる。
【０００９】
さらにまた、演算処理装置は、診断結果から状態変位の発生に関連するプロセスデータについて知識データベースをもとに自動的に選択する機能を備えることができる。
【００１０】
プラント運転支援システムは、表示部と操作部とを有するマンマシン装置を備え、該マンマシン装置は推論結果データベースから演算結果を取得してプラントの運転制御のためのデータを表示する表示部を備えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明のプラント運転支援システムの一実施例の構成を示すブロック図である。各構成要素間の矢印は、情報または信号の流れを示している。
【００１３】
本実施例のプラント運転支援システム１は、図１に示すように計算機システム２と、計算機システム２に接続されるマンマシン装置３、プラント４の計装制御システム５、および、他の運転支援システム６からプラントデータを取り込むための通信装置１０を有する。
【００１４】
計算機システム２は、この通信装置１０を経由して取り込んだプラントデータを記憶するためのプラントデータベース１１、プラントの診断内容を記憶する知識データベース１２、該知識データベース１２の生成を行うＢ＆Ｍ（ビルダー＆メンテナンス）機能１３とを有する。さらに、計算機システム２は、プラントデータベース１１および知識データベース１２を用いて、プラントの状態を診断する演算処理装置（照合エンジン）１４と、診断結果を記憶するための推論結果データベース１５を有する。
【００１５】
なお、Ｂ＆Ｍ機能１３は、本実施例ではプラント運転支援システム１を構成する計算機システム２に搭載されているが、異なる計算機システムに搭載して、そこで生成された知識データベースを本システム１内の知識データベース１２にロードする構成としてもよい。
【００１６】
プラント運転支援システム１は、推論結果データベース１５に記憶された診断結果を、通信装置１０を経由して計装制御システム５、あるいは、他の計算機システム等へ送ることもできる。
【００１７】
マンマシン装置３は、プラントの運転監視のために表示部２０と操作部２１とを有する。
【００１８】
表示部２０は、例えば、ＣＲＴディスプレイを有し、計算機システム２の各種演算結果、各種データベースの内容等を表示することができる。また、操作部２１は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力操作機器の全部または一部を備え、計算機システム２に対する種々の指示等を受け付ける。
【００１９】
このマンマシン装置３を用いて、オフラインで行われている測定や分析、振動診断等を運転員の操作によってプラントデータベース１１に取り込むことができる。
【００２０】
次に、本実施例のプラント運転支援システムの機能の詳細について説明するが、本実施例には限定されない。なお、プラント運転支援システムの機能説明に先立って、本実施例が適用されるプラント設備の一例の構成について図２を用いて説明する。図２で、各構成要素間の矢印は、流体の流れを示している。
【００２１】
図２に示すプラント設備は、プロセス装置として蒸留塔３０、コンデンサー３１、還流槽３２、リボイラー３３を備えて構成されている。
【００２２】
このプラントは、成分Ａと成分Ｂの混合物からなる供給原料を、配管４０より蒸留塔３０へ供給し、蒸留塔３０において塔頂側から低沸点成分Ａの濃度が高い液体（留出液）を取り出し、塔底から高沸点成分Ｂの濃度が高い液体（缶出液）を取り出す。
【００２３】
塔底には、缶出液を加熱蒸発させるリボイラー３３があり、加熱方式としてはスチームによる熱交換器方式を用いている。塔底からは配管４１より缶出液を取り出す。
【００２４】
一方、塔頂には、蒸気を凝縮させるコンデンサー３１があり、冷却方式としては水による熱交換方式を用いている。凝縮された蒸気は還流槽３２に貯えられ、一部は蒸留塔３０へ配管４２より還流され、残りは留出液として配管４３より取り出される。
【００２５】
このプラントに適用する、本実施例のプラント運転支援システムは、図１に示したプラントの運転支援システムと同じ構成である。
【００２６】
プラントの運転中、リボイラーのスチーム背圧が下限値を超え、さらに蒸留塔内の温度が下限値を超える起因事象が発生したとする。この時、警報メッセージが出力されて、運転員へプラントの運転状態に障害が発生したことを知らせることもできる。
【００２７】
次に、プラント運転支援システムの照合エンジン１４が作動して、プラントの状態変位の発生に対応する対象部位、事象内容、異常要因、波及事象および必要な対処等の診断内容を知識データベース１２から抽出する。
【００２８】
異常内容、必要な対処、および、今後の波及事象等の診断結果は、ＣＲＴ画面上２０に表示される。表示形式については、例えば、図３に示すように状態変位の優先レベル５０の高い順に上から下へと表示する。これにより、運転員はその表示を見るだけで、変位要因の表示欄５１が優先度の順に（１）スチーム源の異常、（２）弁の不良あるいは計器不良のいずれかであること、またそれぞれの異常要因に必要な対処の表示欄５２が（１）受け入れラインの点検あるいは動力への連絡、（２）弁開度の点検あるいは手動バルブの調整であると認識できる。
【００２９】
必要な対処に関しては、図４に示すように運転員が行うべき必要な対処の詳細表示欄６０を表示させ、その対応を行ったかどうかの確認をチェックボックス６１によりできる。
【００３０】
波及事象に関しては、図５に示すように、フォールトツリー図の表示欄７０を表示させ、必要な対処を行わず放置した場合に起こり得る異常現象の流れとプラントの動作を確認できる。例えば、スチーム源の異常（熱源不足）に対して必要な対処を取らず放置した場合、蒸留塔への供給原料が塔底へ流下して塔圧制御が不能となる。
【００３１】
プロセスデータが警報を発信している間、プラントの異常診断は一定周期ごとに実行される。現在の診断結果と前回の診断結果を比較し、状態変位の優先レベルが変化した場合には、その変化を、例えば、図３に示すように表示する。
【００３２】
図３に示す本実施例では、優先レベルの１位と２位が入れ替わった状態を示しており、前回診断時の優先度５３と、上昇下降を示す優先度の変化を示すマーク５４を表示している。優先レベルの時間変化を見ることで、次にどの装置のどの部位での異常が優先レベルの高い異常と診断されるかが予測でき、予め対処することが可能となる。
【００３３】
状態変位の発生に関連するプロセスデータに関しては、知識データベースを元に自動的に選択して表示させることができる。
【００３４】
図６は、本実施例におけるデータの表示例を示したものである。警報を発信しているプロセスデータおよび発信しそうなプロセスデータを、自動的に選択させることで運転員へ優先して監視すべきプロセスデータを提示できる。なお、警報を発信しているプロセスデータ８０は、色替えや点滅等をさせることで強調することもできる。
【００３５】
上述の運転支援システムによって、運転員は、ベテラン運転員と同等の知識、経験により、プラントの状態を短時間で診断でき、さらに状態変位に適切な対応ができる。
【００３６】
次に、プラントに状態変位が発生した場合のプロセス装置の状態を予め想定し、対象部位、事象内容、異常要因、波及事象および必要な対処等の診断内容の定義操作について説明する。なお、以後は、この診断内容を知識集約シートと呼ぶことにする。定義操作は全てＢ＆Ｍ機能１３を通じて行われる。
【００３７】
本実施例では、図７に示す知識情報の定義画面を用意している。これにより、選択した装置に対して、知識集約シートの定義を簡便に行う手段を提供している。
【００３８】
運転員は、マンマシン装置３上に、本実施例の計算機システム２からＢ＆Ｍ機能１３を呼び出して、図２のような運転監視画面と共通のグラフィック画面を表示部２０に表示させ、操作部２１を介して定義操作を行う。診断対象の装置の指定は、例えば、マウスを用いて目的の装置が表示されている領域をダブルクリックすることにより行うことができる。
【００３９】
この指定により表示部２０の画面には、該当装置の知識情報の定義画面（図７では熱交換器の例）９０が出力される。ここで定義する項目は、共通情報９１および知識編集情報１００の二つに分けることができる。
【００４０】
図７において、共通情報の定義欄９１の定義画面は、プロセス名の入力領域９２、グループ名の入力領域９３、シート名の入力領域９４、実行周期の入力領域９５、画面番号の入力領域９６、および、システム起動時のスタートモードの入力領域９７により構成されている。
【００４１】
この定義例によれば、「Ａプラント」における「グループ２」の装置群に対して、蒸留塔の運転状態の診断を行うための知識集約シートの定義画面であることを示している。
【００４２】
また、通常時が「３００」秒毎、異常発生中が「６０」秒毎に診断が実行され、診断システムを起動した時には自動的に診断を実行すること（「ＳＴＡＲＴ」）を示している。なお、画面番号は、図２に示すグラフィック画面作成時に指定した番号「１０００」が自動的に入力される。
【００４３】
また、図７において、知識編集情報の定義欄１００の定義画面は、装置に関する情報の入力領域１０１、起因に関する情報の入力領域１０２、警報信号情報の入力領域１０３、波及に関する情報の入力領域１０４、および、対処に関する情報の入力領域１０５により構成されている。知識編集情報の定義は、診断対象となる装置の対象部位毎に行う。
【００４４】
この定義例によれば、「リボイラーＲＢ−１０１」における「スチーム供給側境界」での、異常に対する知識集約シートの定義画面であることを示している。
【００４５】
警報信号情報の入力では、警報出力の条件対象となるタグおよび発信度（１から３）を入力する。警報信号情報の定義例によれば、警報出力の条件対象となるタグが３個あり、例えば、タグ「ＴＲＢ００１」に対しては、プロセスデータ「ＰＶ」の下限値「Ｌ」に発信度「３」が定義されていることを示している。
【００４６】
波及に関する情報の入力では、今後の波及事象、その重大度および波及するための条件の定義を行う。波及事象画面Ｎｏは図５に示したフォールトツリー図の表示欄７０の画面番号「５０００」を入力する。
【００４７】
上述のようにして定義された知識集約シートは、Ｂ＆Ｍ機能１３により図８に示すような共通情報の表示欄１１０と、知識編集情報の表示欄１１１の２個の表形式で表示させることも可能である。
【００４８】
図８では、知識編集情報が１個の場合を示しているが、複数個の知識編集情報を定義する場合、表形式で入力するとそれぞれの相関関係を確認することができる。この結果、運転員は、効率よく知識集約シートを作成することができる。
【００４９】
次に、照合エンジンについて説明する。照合エンジン１４は、プラントデータベース１１に記憶されたプラントデータを用いて、知識データベース１２に記憶した知識集約シートを評価し、現在のプラント状態に適合する条件を探索し、その診断結果を推論結果データベース１５に出力する。
【００５０】
知識集約シートの評価に必要となるデータは、プラントデータベース１１から取得し、照合に用いる内部データに変換する。
【００５１】
アナログデータについては、上下限値を３等分することにより図９に示すような変換グラフを作成する。作成した変換グラフを用いて、取得したアナログデータを−３から３までの内部データに変換する。例えば、図９において、アナログデータの値がＡの場合、内部データの値は２となる。
【００５２】
デジタルデータについては、ＯＮ、ＯＦＦの２値のみで表されるため、取得したタグデータがＯＮの場合は３、ＯＦＦの場合は０を内部データの値とする。
【００５３】
知識集約シートの評価方法を図１０に示す。
【００５４】
（１）  プラントデータベースから取得し変換した内部データをベクトル列に変換する。
【００５５】
（２）  知識集約シートの警報信号情報の入力時に定義した発信度をベクトル列Ｃに変換する。
【００５６】
（３）  内部データのベクトル列と発信度のベクトル列との内積により評価点を算出する。本実施例の場合、評価点は１６となる。
【００５７】
照合結果の出力は下記のような方法で優先度を決定する。
【００５８】
（１）  知識集約シートの警報信号とプロセスデータの警報発信の一致数が多い条件を優先する。
【００５９】
（２）  各条件ごとに上記に示した方法によって算出した評価点の大きい条件を優先する。
【００６０】
（３）  警報発信の一致数および評価点が同一の場合、「今後の波及事象の重大度」の大きい条件を優先する。
【００６１】
（４）  上記（１），（２），（３）で決定できない場合、条件の記述順に出力する。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、状態変位の波及防止ガイダンスの表示を行い、状態変位発生に関連するデータの表示を行うことによって、状態変位発生時の運転員の負担が軽減される。
【００６３】
また、状態変位発生時の対応措置の標準化を行うことができ、熟練運転員の運転知識の継承を行うことができる。更にこれにより、プラントの運転支援システムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラント運転支援システムの一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明が適用されるプラント設備の一例の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施例に係わる診断結果の表示画面構成例を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施例に係わる診断結果のうち必要な対処の表示画面構成例を示す説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係わる診断結果のうち波及事象の表示画面構成例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施例に係わるプロセスデータの表示例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施例に係わる知識集約シートの定義画面構成例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施例に係わる知識集約シートの表形式による表示例を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施例に係わるアナログデータの変換方法例を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施例に係わる知識集約シートの評価方法例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…プラント運転支援システム、２…計算機システム、３…マンマシン装置、４…プラント、５…計装制御システム、６…他の運転支援システム、１０…通信装置、１１…プラントデータベース、１２…知識データベース、１３…Ｂ＆Ｍ（ビルダー＆メンテナンス）機能、１４…演算処理装置（照合エンジン）、１５…推論結果データベース、２０…表示部、２１…操作部、３０…蒸留塔、３１…コンデンサー、３２…還流槽、３３…リボイラー、４０，４１，４２，４３…配管、５０…優先度の表示欄、５１…変位要因の表示欄、５２…必要な対処の表示欄、５３…前回診断時の優先度、５４…優先度の変化を表すマーク、６０…必要な対処の詳細表示欄、６１…チェックボックス、７０…フォールトツリー図の表示欄、８０…警報を発信しているプロセスデータ、９０…知識情報の定義画面、９１…共通情報の定義欄、９２…プロセス名の入力領域、９３…グループ名の入力領域、９４…シート名の入力領域、９５…実行周期の入力領域、９６…画面番号の入力領域、９７…システム起動時のスタートモードの入力領域、１００…知識編集情報の定義欄、１０１…装置に関する情報の入力領域、１０２…起因に関する情報の入力領域、１０３…警報信号情報の入力領域、１０４…波及に関する情報の入力領域、１０５…対処に関する情報の入力領域、１１０…共通情報の表示欄、１１１…知識編集情報の表示欄。
【図１】
0003550060.tif 000002
【図２】
0003550060.tif 000003
【図３】
0003550060.tif 000004
【図４】
0003550060.tif 000005
【図５】
0003550060.tif 000006
【図６】
0003550060.tif 000007
【図７】
0003550060.tif 000008
【図８】
0003550060.tif 000009
【図９】
0003550060.tif 000010
【図１０】
0003550060.tif 000011