(57)【要約】【課題】オペレータの負担なく、シミュレーションモデルのファインチューニングに適した実測データを容易に抽出できるデータ抽出装置及びデータ抽出方法を提供する。【解決手段】  プラントの運転状況を予測してプラントの制御を行うシミュレーションモデルであって、前記シミュレーションモデルに入力する実測データのデータ抽出装置１０において、特徴解析手段１０４は、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。抽出手段１０６は、特徴解析手段１０４による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベースから抽出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの運転状況を模擬するシミュレーションモデルをチューニングするための実測データを実測データベースから抽出するデータ抽出装置において、
前記実測データベースから取得した複数の実測データである時系列データの形状特性と、前記シミュレーションモデルに所定の操作量を与えたときに得られるシミュレーションデータである時系列データの形状特性を解析する特徴解析手段と、
前記特徴解析手段による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを前記実測データベースから抽出する抽出手段と、
を備えることを特徴とするデータ抽出装置。
【請求項２】
前記特徴解析手段は、前記プラントから取得した複数の実測データのそれぞれを任意の時間間隔で区切って形状特性を解析し、時刻と対応付けて実測特徴データベースに保存し、
前記抽出手段は、前記実測特徴データベースに保存された前記実測データの形状特性と、前記シミュレーションデータの形状特性とを比較し、最も類似する実測データの形状特性に対応付けられた時刻に基づいて、前記実測データを前記実測データベースから抽出することを特徴とする請求項１に記載のデータ抽出装置。
【請求項３】
前記特徴解析手段は、前記時系列データの周波数成分分布を用いて前記時系列データの形状特性を解析することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ抽出装置。
【請求項４】
プラントの運転状況を模擬するシミュレーションモデルをチューニングするための実測データを実測データベースから抽出するデータ抽出方法において、
前記実測データベースから取得した複数の実測データである時系列データの形状特性と、前記シミュレーションモデルに所定の操作量を与えたときに得られるシミュレーションデータである時系列データの形状特性を解析する特徴解析ステップと、
前記特徴解析ステップによる解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを前記実測データベースから抽出する抽出ステップと、
を備えることを特徴とするデータ抽出方法。
【請求項５】
前記特徴解析ステップでは、前記プラントから取得した複数の実測データのそれぞれを任意の時間間隔で区切って形状特性を解析し、時刻と対応付けて実測特徴データベースに保存し、
前記抽出ステップでは、前記実測特徴データベースに保存された前記実測データの形状特性と、前記シミュレーションデータの形状特性とを比較し、最も類似する実測データの形状特性に対応付けられた時刻に基づいて、前記実測データを前記実測データベースから抽出することを特徴とする請求項４に記載のデータ抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの運転状況を模擬するシミュレーションモデルをチューニングするための実測データを実測データベースから抽出するデータ抽出装置及びデータ抽出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントに設定されたセンサの計測値やコントローラの設定値等に基づいて、プラントの現在の状態を模擬・推定するとともに、将来のプラントの状態を予測する手段としてシミュレータが用いられている。プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして表現したシミュレーションモデルに対し、大まかに判明している機械性能をパラメータとして与えると、絶対値が完全一致するまでには至らないが、定性的な挙動は表現することができる。
【０００３】
このようなシミュレーションモデルを精度よくチューニングするためには、例えば、単体の操作量をステップ状に与え、温度、圧力などの状態量を変化させた場合などの試験運転データを用いて、機器性能を詳細に求めることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４６１３７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、運転上の制約等があるため、シミュレーションモデルのチューニングに必要なデータの収集に際して、シミュレーションモデルに与えるものと同一の操作量を実際にプラントに与えることができない場合がある。この場合、チューニングを行うため適切な条件がそろっている実測データ、すなわち、シミュレーションモデルに与える単体の操作量が実際にプラントに与えられていると思われるときの実測データを、過去の運転時の実測データが蓄積されているデータベースからオペレータが目視により探し出している。しかし、このような作業はオペレータに大きな負担を強いることになる。
【０００６】
また、一般的なプロセスでは一つの操作量に対して複数の状態量が変化するが、その単体の操作量がプラントに与えられたために生じた状態量の変化がデータ内に含まれているかどうか、また、他の操作量がプラントに与えられたために生じた状態量の変化が含まれていないかどうか等までも、チェックしなければならず、負担は極めて大きい。さらに、プラントから実際に得られる実測データは、シミュレーションで使用されるパラメータの一部に限定されるため、適切な実測データを抽出することが困難な場合もある。
【０００７】
本発明の目的は、オペレータの負担なくシミュレーションモデルのファインチューニングに適した実測データを容易に抽出可能なデータ抽出装置及びデータ抽出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のデータ抽出装置は、プラントの運転状況を模擬するシミュレーションモデルをチューニングするための実測データを実測データベースから抽出するデータ抽出装置において、前記実測データベースから取得した複数の実測データである時系列データの形状特性と、前記シミュレーションモデルに所定の操作量を与えたときに得られるシミュレーションデータである時系列データの形状特性を解析する特徴解析手段と、前記特徴解析手段による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを前記実測データベースから抽出する抽出手段と、を備えることを特徴とする。
このデータ抽出装置によれば、特徴解析手段が、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。そして、抽出手段が、特徴解析手段による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベースから抽出する。このため、シミュレーションモデルのチューニングに最適な実測データを、オペレータの負担なく、シミュレーションデータの定性的な挙動に基づき抽出することができる。
【０００９】
前記特徴解析手段は、前記プラントから取得した複数の実測データのそれぞれを任意の時間間隔で区切って形状特性を解析し、時刻と対応付けて実測特徴データベースに保存し、前記抽出手段は、前記実測特徴データベースに保存された前記実測データの形状特性と、前記シミュレーションデータの形状特性とを比較し、最も類似する実測データの形状特性に対応付けられた時刻に基づいて、前記実測データを前記実測データベースから抽出してもよい。
【００１０】
前記特徴解析手段は、前記時系列データの周波数成分分布を用いて前記時系列データの形状特性を解析してもよい。
【００１１】
本発明のデータ抽出方法は、プラントの運転状況を模擬するシミュレーションモデルをチューニングするための実測データを実測データベースから抽出するデータ抽出方法において、前記実測データベースから取得した複数の実測データである時系列データの形状特性と、前記シミュレーションモデルに所定の操作量を与えたときに得られるシミュレーションデータである時系列データの形状特性を解析する特徴解析ステップと、前記特徴解析ステップによる解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを前記実測データベースから抽出する抽出ステップと、を備えることを特徴とする。
このデータ抽出方法によれば、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。そして、解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベースから抽出する。このため、シミュレーションモデルのチューニングに最適な実測データを、オペレータの負担なく、シミュレーションデータの定性的な挙動に基づき抽出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のデータ抽出装置によれば、特徴解析手段が、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。そして、抽出手段が、特徴解析手段による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベースから抽出する。よって、シミュレーションモデルのチューニングに最適な実測データを、オペレータの負担なく、シミュレーションデータの定性的な挙動に基づき抽出することができる。
【００１３】
本発明のデータ抽出方法によれば、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。そして、解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベースから抽出する。よって、シミュレーションモデルのチューニングに最適な実測データを、オペレータの負担なく、シミュレーションデータの定性的な挙動に基づき抽出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態のデータ抽出装置の構成を示すブロック図。
【図２】データ抽出装置の動作を示すフローチャート。
【図３】表示手段による抽出結果の表示例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるデータ抽出装置の一実施形態について説明する。
【００１６】
図１は、一実施形態のデータ抽出装置の構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のデータ抽出装置１０は、プラントにおけるプロセスを物理や化学の法則に従ったシミュレーションモデルとして状態量を計算しシミュレーションを行うプロセスシミュレータ１０１と、プロセスシミュレータ１０１によるシミュレーションによって計算された状態量（以下、シミュレーションデータと言う）の時系列データを蓄えるシミュレーションデータベース１０２と、実プラントより得られた実測データの時系列データを蓄える実測データベース１０３と、シミュレーションデータの時系列データ及び実測データの時系列データの波形形状の特徴解析を行う特徴解析手段１０４と、特徴解析手段１０４による特徴解析結果を保存する実測特徴データベース１０５と、実測特徴データベース１０５からシミュレーションのチューニングに適切な実測データを抽出する抽出手段１０６と、抽出手段１０６による抽出結果をグラフィカル表示するモニタ等からなる表示手段１０７と、により構成される。
【００１８】
チューニング対象となるプロセスシミュレータ１０１は、チューニングを行うため操作量制御部（不図示）から与えられた温度、圧力等のテスト操作量に基づいて、シミュレーションにより状態量を計算し、計算結果をシミュレーションデータの時系列データとしてシミュレーションデータベース１０２に保存する。ここでは、例えば、シミュレーションモデルに与える１つの操作量のみをステップ状に変化させた場合についてのシミュレーションを行い、その計算結果を保存する。
【００１９】
図２は、データ抽出装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００２０】
まず、特徴解析手段１０４は、実測データベース１０３に蓄えられた実測データの時系列データについて、波形形状の形状特性を定量化して解析し、データの時刻と後述する形状特性ベクトルとを対応付けて実測特徴データベース１０５に保存する（ステップＳ１）。
【００２１】
形状特性の定量化は、データを任意の時間間隔で区切ったデータに対するフーリエ変換で得られた周波数成分分布等を用いて、波形形状の大きさ、周波数、波形形状などを定量的に表現する。そして、形状特性ベクトル等のベクトル形式にて実測特徴データベース１０５に保存する。これにより、実測データの時系列データとしての形状、ピーク値、周期性、各種の統計量などが形状特性として得られる。本実施形態では、特徴解析手段１０４による特徴解析結果が定量化されて実測特徴データベース１０５に蓄積され、以降は実測特徴データベース１０５に蓄積されたデータが利用される。このため、このような形状特性の定量化は、抽出対象の実測データについて１回だけ解析すれば足りる。なお、形状特性の定量化には、周波数成分分布以外にも、他の定量化手法を用いてもよい。
【００２２】
次に、特徴解析手段１０４は、実測データに対して行った解析と同じ解析をシミュレーションデータベース１０２に保存されているシミュレーションデータに対して施し、波形形状の形状特性を定量化して解析する（ステップＳ２）。具体的には、実測データに対して行った形状特性の定量化と同じ解析をシミュレーションデータベース１０２に保存されているシミュレーションデータに対して施し、シミュレーションデータの形状特性ベクトルを算出する。
【００２３】
そして、抽出手段１０６が、実測特徴データベース１０５に保存されている実測データの形状特性ベクトルと、シミュレーションデータの形状特性ベクトルとを比較し、両者の類似性を求める（ステップＳ３）。
【００２４】
類似性の比較には、例えば、（１）式に示すｃｏｓ尺度を用いることができる。（１）式中、Ｒは類似度、ｘはシミュレーションデータの形状特性ベクトル、ｙは実測データの形状特性ベクトルである。
【００２５】
Ｒ＝ｘ・ｙ／｜｜ｘ｜｜｜ｙ｜｜    ・・・（１）式
【００２６】
抽出手段１０６は、実測特徴データベース１０５に保存されている全ての実測データの形状特性ベクトルに対して、（１）式に基づいて類似度Ｒを算出し、類似度Ｒが最も大きい実測データの形状特性ベクトルを抽出する。なお、類似度Ｒが大きい実測データを最も大きい実測データから順に複数抽出してもよい。
【００２７】
続いて、抽出手段１０６は、実測データベース１０３から、ステップＳ３で抽出した実測データの形状特性ベクトルと対応付けて保存されていた時刻と同じ時刻の実測データを抽出する（ステップＳ４）。
【００２８】
次に、モニタ等の表示手段１０７が、抽出手段１０６による抽出結果をグラフ又は／及び数値にて表示して（ステップＳ５）、処理を終了する。
【００２９】
図３は、表示手段１０７による抽出結果の表示例を示す図である。図３に示す例では、表示画面上にシミュレーションデータの時系列データを表示する領域７１と、抽出された実測データの時系列データを表示する領域７２と、領域７２に表示された実測データと、シミュレーションデータとの類似度および類似度の順位などの類似情報を示す領域７３と、が設けられている。またこの例では、領域７１において、シミュレーションデータの時系列データに実測データの時系列データを重ねて示している。
【００３０】
図３では、ステップＳ３及びステップＳ４において、類似する実測データを複数抽出した例を示しており、図３に示すように、抽出した複数の実測データを並べて表示することができる。この場合、図３の領域７３における表示のように、類似度（図３の例では、０．８８、０．７５、０．６６、・・・）とその類似度の順位（図３の例では、順位１、順位２、順位３、・・・）とを対応付けて表示してもよい。
【００３１】
このように、本実施形態のデータ抽出装置では、シミュレーションモデルに一定のテスト操作量を与えた場合のシミュレーションデータと類似性の高い実測データを抽出している。これは、この実測データが得られた時間帯に上記のテスト操作量に相当する操作量が与えられた場合と近似した運転状況が生じている、と予測することを本質的な技術的要素としている。これは、プロセスシミュレータによりシミュレーションが、絶対値が完全一致するまでには至らないが、定性的な挙動は表現することができるという状態を効果的に利用するものである。
【００３２】
また、本実施形態のデータ抽出装置では、テスト操作量が与えられたパラメータ以外のパラメータに基づいて実プラントの運転状況の類似度が判定される。このため、実プラントにおいてテスト操作量が与えられたパラメータに対する監視ないし検出ができるか否かに関わりなく、類似度を算出することができる。例えば、シミュレーションモデルでは使用されているが、実プラントでは計測不可能なパラメータ（例えば、所定部位における温度、圧力等）を段階的に変化させるようなシミュレーションをプラントシミュレータで実行し、この運転状況に近似した過去のプラント運転時の実測データを類似度に基づいて抽出することも可能である。
【００３３】
以上、説明したように、本発明のデータ抽出装置およびデータ抽出方法によれば、特徴解析手段１０４が、プラントから取得した複数の実測データの時系列データの形状特性と、シミュレーションモデルから出力された状態量のシミュレーションデータの時系列データの形状特性を解析する。そして、抽出手段１０６が、特徴解析手段１０４による解析の結果、シミュレーションデータの形状特性と最も類似する実測データを実測データベース１０３から抽出する。したがって、シミュレーションデータの定性的な挙動に基づいてシミュレーションモデルのチューニングに最適な実測データを抽出することができる。
【００３４】
また、特徴解析手段１０４は、プラントから取得した複数の実測データのそれぞれを任意の時間間隔で区切って形状特性解析を行ない、時刻と対応付けて実測特徴データベース１０５に保存する。そして、抽出手段１０６は、実測特徴データベース１０５に保存された実測データの形状特性と、シミュレーションデータの形状特性とを比較し、最も類似する実測データの形状特性を示す時刻帯の実測データを実測データベース１０３から抽出する。したがって、単に時系列データが重なり合う割合などに基づいてデータ抽出するのではなく、形状特性を基準にしてデータ抽出を行うため、シミュレーションデータと定性的に類似している実測データを効率的に抽出することができる。
【００３５】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、シミュレーションのファインチューニングを行うための実測データを抽出するデータ抽出装置およびデータ抽出方法に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０    データ抽出装置
１０１  プロセスシミュレータ
１０２  シミュレーションデータベース
１０３  実測データベース
１０４  特徴解析手段
１０５  実測特徴データベース
１０６  抽出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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