(57)【要約】【課題】システムの監視制御において、異常の発生を正確に判定してオペレータに提示する監視制御装置を提供する。【解決手段】プラントシステム２の監視対象の運転状況を表わす状況値の異常を判定する指標となる判定データを記憶する記憶装置１１と、判定データを利用してプラントシステム２から入力した状況値が異常であるか否かを判定する判定手段１２３と、入力した状況値が異常と判定されると、表示装置１３に異常の発生を表示する表示処理手段１２４とを備え、判定データは、運転状況の時間経過に伴う理想的な状態を表す基準値と、監視対象の異常の条件である状況値と基準値とのピーク値の最大誤差、ピーク値到時間の最大誤差、最大収束誤差又は最大変化率の少なくともいずれかを含み、判定手段は、状況値と基準値とのピーク値の誤差、ピーク値到達時間の誤差、収束誤差又は変化率が異常の条件に該当するときに入力した状況値を異常と判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントシステムの機器を制御するとともに、前記プラントシステムの監視対象の運転状況を監視する監視制御装置であって、
前記運転状況を表わす状況値の異常を判定する指標となる判定データを記憶する記憶装置と、
前記判定データを利用して前記プラントシステムから入力した状況値が異常であるか否かを判定する判定手段と、
入力した前記状況値が異常と判定されると、表示装置に異常の発生を表示する表示処理手段とを備え、
前記判定データは、前記運転状況の時間経過に伴う理想的な状態を表す基準値と、前記監視対象の異常の条件である前記状況値と前記基準値とのピーク値の最大誤差、ピーク値到時間の最大誤差、最大収束誤差又は最大変化率の少なくともいずれかを含み、
前記判定手段は、前記状況値と前記基準値とのピーク値の誤差、ピーク値到達時間の誤差、収束誤差又は変化率が前記異常の条件に該当するときに入力した前記状況値を異常と判定する
ことを特徴とする監視制御装置。
【請求項２】
プラントシステムの機器を制御するとともに、前記プラントシステムの監視対象の運転状況を監視する監視制御装置であって、
前記運転状況を表わす状況値の異常を判定する判定データを記憶する記憶装置と、
前記判定データを利用して前記プラントシステムから入力した状況値が異常であるか否かを判定する判定手段と、
入力した前記状況値が異常と判定されると、表示装置に異常の発生を表示する表示処理手段とを備え、
前記判定データは、前記運転状況の時間経過に伴う理想的な状態を表す基準値を含み、
前記判定手段は、前記状況値と前記基準値によって求められる相関関係が、予め定める正常な範囲外であるときに前記機器の状況値を異常と判定する
ことを特徴とする監視制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は更に、前記状況値と前記基準値によって求められる相関関係が、予め定める正常な範囲外であるときに前記機器の状況値を異常と判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の監視制御装置。
【請求項４】
前記記憶装置は更に、前記監視対象の識別子と、前記監視対象の異常を判定する状況値の条件と、前記異常の理由とを記憶し、
前記表示処理部は、異常の発生を表示するとき、前記異常が発生した監視対象の識別子及び前記監視対象の状況値に関連付けられる前記異常の理由を表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の監視制御装置。
【請求項５】
前記記憶装置は更に、前記監視対象の識別子と、前記監視対象の異常を判定する状況値の条件と、前記異常による波及範囲とを記憶し、
前記表示処理部は、異常の発生を表示するとき、前記異常が発生した監視対象の識別子及び前記監視対象の状況値に関連付けられる前記異常による波及範囲を表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の監視制御装置。
【請求項６】
前記記憶装置は更に、前記監視対象の識別子と、前記監視対象の異常を判定する状況値の条件と、前記異常の改善方法とを記憶し、
前記表示処理部は、異常の発生を表示するとき、前記異常が発生した監視対象の識別子及び前記監視対象の状況値に関連付けられる前記異常の改善方法を表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の監視制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理システムや発電所等のプラントシステムの機器を制御するとともに、前記プラントシステムの運転状況を監視する監視制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道処理施設等の水処理システムや発電所等のプラントシステムは多数の設備によって構成されている。例えば、水処理システムの運転は、各設備に備えられるポンプやバルブ等の機器が監視制御装置の監視制御により実現されている。
【０００３】
都市のライフラインである水処理システム等のプラントシステムは安定したサービスを提供することが必須である。安定したサービスの提供には、仮にシステムの機器に異常等が発生した場合でも異常原因を早急に特定して機器の復旧を行ない、システムへの影響を最小限にする必要がある。したがって、プラントシステムを監視制御する監視制御装置を操作するオペレータには、このような機器の復旧のための知識や判断能力を備えていることが望ましい。
【０００４】
近年、プラントシステムの設備の高機能化に伴い、プラントシステムの監視制御装置では機器に関して扱う情報量が増大している。また、プラントシステムの施設の広域管理が進められ、施設に備えられる機器の種類や数が増大することによっても、プラントシステムの監視制御装置で扱う情報量が増大している。このような監視制御装置で扱う情報量の増大に伴い、監視制御装置を操作するオペレータに要求される知識量は増加の傾向にあり、オペレータの知識習得の負担が増加している。その反面、監視制御装置を操作してきた熟練オペレータの数は年々減少しており、これを引き継ぐオペレータの負担がますます大きくなってきている。
【０００５】
このように監視制御装置では膨大な量の情報を扱っているにも関わらず、オペレータに提供する情報の量は不十分である。例えば、監視制御装置がオペレータに提供する情報の量が不十分であるとき、オペレータは異常を判断しても取扱説明書の記載から原因を特定したり、減少している熟練オペレータの経験やメーカのサービス担当に頼って問題を解決したりしなければならない場合も多く、問題の解決までに時間を要することもある。故障等の問題が発生した場合には早期に復旧することが望まれており、監視制御装置で異常の発生原因や波及範囲、改善のための対策等をオペレータに提供することができれば、復旧作業を早期に終了することが期待できる。
【０００６】
従来、大規模なプラントシステムにおける異常の発生を診断する異常診断装置がある（例えば、特許文献１参照）。一方、このような異常を判定する専用の異常診断装置では、対象機器を大幅に設計変更する等、装置上複雑な構成が必要である。
【特許文献１】特開平4-175694号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のように問題の解決等をオペレータが判断する方法ではオペレータの負担が大きくなる。また、故障原因を特定するために機器に専用の異常診断装置を実装した場合には対象機器を大幅に設計変更する必要があるとともに、監視制御装置の構成も複雑になる問題がある。
【０００８】
本発明は、システムの監視制御において、異常の発生を正確に判定してオペレータに提示し、オペレータの復旧作業を容易にすることのできる監視制御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】
【０００９】
本発明の特徴に係る監視制御装置は、プラントシステムの機器を制御するとともに、前記プラントシステムの監視対象の運転状況を監視する監視制御装置であって、前記運転状況を表わす状況値の異常を判定する指標となる判定データを記憶する記憶装置と、前記判定データを利用して前記プラントシステムから入力した状況値が異常であるか否かを判定する判定手段と、入力した前記状況値が異常と判定されると、表示装置に異常の発生を表示する表示処理手段とを備え、前記判定データは、前記運転状況の時間経過に伴う理想的な状態を表す基準値と、前記監視対象の異常の条件である前記状況値と前記基準値とのピーク値の最大誤差、ピーク値到時間の最大誤差、最大収束誤差又は最大変化率の少なくともいずれかを含み、前記判定手段は、前記状況値と前記基準値とのピーク値の誤差、ピーク値到達時間の誤差、収束誤差又は変化率が前記異常の条件に該当するときに入力した前記状況値を異常と判定する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、システムの監視制御において、異常の発生を正確に判定してオペレータに提示し、オペレータの復旧作業を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
〈第１の実施形態〉
図１を用いて、本発明の第１の実施形態に係る監視制御装置１について説明する。図１の監視制御装置１は、流入幹線２１を介して流入される雨水を流入渠２２及びポンプ井２３で一時貯水した後に河川等に排水する雨水排水システム２を構成するポンプ井２３から雨水を排水するポンプ２４やバルブ２５等の機器を監視制御するものとして説明する。
【００１２】
監視制御装置１は、図１に示すように記憶装置１１、ＣＰＵ（中央処理装置）１２及び表示装置１３を備える一般的なコンピュータである。記憶装置１１は、図１に示すように、雨水排水システム２の各機器２４，２５を制御する機器制御プログラム１１１と、雨水排水システム２の状況を表わす実測データ１１２と、雨水排水システム２の異常の判定に用いる判定データ１１３と、各異常の詳細な情報に関する対応データ１１４と、監視制御プログラムＰとを記憶する。
【００１３】
記憶装置１１に記憶される監視制御プログラムPが読み出されて実行されることで、機器制御プログラム１１１に基づいて各機器２４，２５を制御する制御手段１２１、雨水排水システム２の状況を表す状況値を入力する入力手段１２２、入力する状況値と判定データ１１３とを用いて雨水排水システム２における異常の有無を判定する判定手段１２３と、判定結果等を表示装置１３に表示する表示処理手段１２４とがＣＰＵ１２に実装される。
【００１４】
機器制御プログラム１１１は、監視制御装置１が監視制御対象としている全ての機器２４，２５の制御プログラムを含んでいる。制御手段１２１は、記憶装置１１から機器制御プログラム１１１を読み出し、機器制御プログラム１１１で規定されるタイミングに従って各機器２４，２５を制御している。
【００１５】
入力手段１２２は、制御手段１２１による制御に伴う雨水排水システム２における監視対象の運転状況を表わす状況値を入力し、入力する状況値を記憶装置１１の実測データ１１２に追加する。この「状況値」とは、雨水レーダ処理装置２７から入力する雨水レーダ２６の測定結果である「雨量」、地上雨量計２８の測定結果である「雨量」、水位計２９，３０で測定される流入渠２２やポンプ井２３の「水位」、その他の図示しない装置で測定される「流量」、「圧力」、「水質」等の雨水排水システム２の処理及び監視制御装置１の監視制御において利用される値（実測値）である。
【００１６】
実測データ１１２は、入力手段１２２が入力する上述した時間経過に伴う状況値であり、例えば、図２の一例に示すように実性能曲線ｌａとして記憶装置１１に記憶されている。図２に示す実性能曲線ｌａは、横軸を時間とし、縦軸に入力手段１２２が測定の開始後に入力した状況値を表わしている。なお、図２では、一種類の実性能曲線ｌａのみを表わしているが、実測データ１１２は、入力手段１２２が入力する複数の箇所の状況値に対し、複数の実性能曲線ｌａを含んでいる。また、各実性能曲線ｌａは、監視対象の識別子と関連付けられ、いずれの箇所の状況値を表わすものであるか特定することができる。これらの実測データ１１２は、従来から監視制御装置１が入力し、記憶しているデータである。
【００１７】
判定データ１１３は、監視制御装置１が監視対象の運転状況の時間経過に伴う理想的なデータである基準値と、基準値を用いて実測データ１１２を判断する判定基準とを含むデータである。判定データ１１３は、例えば、基準値として図３の一例に示すような理想制御性能曲線ｌｂを含み、また、判断基準として理想制御性能曲線ｌｂに基づいて実性能曲線ｌａ（状況値）の異常を判定するために用いる図４に示すような基準を含んでいる。
【００１８】
図３に示す理想制御性能曲線ｌｂは、横軸を時間とし、縦軸に制御の開始後目標値に達するまでの時間経過に伴う監視対象の理想的な運転状況を表わす基準値である。なお、図３では、一箇所に関する理想制御性能曲線ｌｂのみを表わしているが、判定データ１１３は、異常判定の対象となる複数箇所の基準値である複数の理想制御性能曲線ｌｂを含んでいる。また、各理想制御曲線ｌｂは、監視対象の識別子と関連付けられ、いずれの監視対象の基準値を表わすものであるか特定することができる。
【００１９】
また、判定基準は、図４に示す一例のように各状況値の識別子に対して、「ピーク値の誤差（状況値のピーク値と基準値のピーク値との誤差）」、「ピーク値到達時間の誤差（状況値の値到達時間と基準値のピーク値到達時間との誤差）」、「収束誤差（状況値の所定の目標値への収束の有無や誤差）」、「変化率（状況値の基準値に対する変化率）」等が規定されている。
【００２０】
判定手段１２３は、記憶装置１１から実測データ１１２及び判定データ１１３を読み出し、雨水排水システム２における異常を判定する。例えば、同一の識別子と関連付けられる実性能曲線ｌａと理想制御性能曲線ｌｂとを比較し、判定データ１１３の判定基準によって異常であると判断されるとき、当該識別子で識別される箇所を異常と判定する。
【００２１】
図５及び図６を用いて、異常を判定する一例を具体的に説明する。
【００２２】
まず、図５の実性能曲線ｌａが第１水位の測定開始から所定時間経過までの状況値の曲線であり、理想制御性能曲線ｌｂが同一条件の第１水位の基準値であるときに、図４に示した判定基準を利用して異常を判定する一例を説明する。図５では、実性能曲線ｌａのピーク値ｐ１と理想制御性能曲線ｌｂとのピーク値ｐ２との誤差が判定基準で定めた所定値α以上であることから異常と判定できる。また、実性能曲線ｌａのピーク値到達時間ｔ１と理想制御性能曲線ｌｂのピーク値到達時間ｔ２との誤差が判定基準で定めた所定値β以上であることから異常と判定できる。さらに、実性能曲線ｌａが測定開始から所定時間ｔｘ経過後も理想制御性能曲線ｌｂで規定される目標値との誤差が判定基準で定めた所定値γの範囲に収束しないことからも異常と判定できる。また、実性能曲線ｌａと理想制御性能曲線ｌｂとの変化率が変化率δ以上であるときにも、異常と判定する。
【００２３】
次に、図６の実性能曲線ｌａが第２水位の測定中に変動要因ｆが発生した場合の曲線であり、理想制御性能曲線ｌｂが同一条件の第２水位の基準値であるときに、図４に示した判定基準を利用して異常を判定する一例を説明する。図６では、変動要因ｆの発生（パルスの立ち上り）時間ｔ３から実性能曲線ｌａのピーク値到達時間ｔ５までの時間が所定のピーク値到達時間ε以上であることから異常と判定される。例えば、変動要因ｆは、状況値によって特定することが可能であり、一例として「大雨の発生」、「薬品注入量に伴う水質の変化」、「ポンプ吐出に伴う水位の変動」が考えられる。
【００２４】
表示処理手段１２４は、判定手段１２３で異常が判定されると、異常の発生を表示装置１３に表示する。また、表示処理手段１２４は、異常の発生に関する表示の際、記憶装置１１に記憶されている対応データ１１４に基づいて、異常の発生している監視対象の状況に応じた異常の「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」を表示することもできる。
【００２５】
対応データ１１４は、例えば図７に示すように状況値を測定する監視対象の識別子及び判定基準（条件）に、該当する異常の「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」が関連付けられるデータである。
【００２６】
例えば、図５で示されるように第１水位のピーク値の誤差がα以上であり、図７に示す対応データ１１４を利用するとき、表示処理手段１２４は、対応データ１１４から識別子「第１水位」及び判定基準「ピーク値の誤差α以上」に関連付けられる「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」を抽出し、表示装置１３に表示する。図８に、表示装置１３で表示される表示画面Ｗの一例を示している。
【００２７】
上述したように、本発明の第１の実施形態に係る監視制御装置１によれば、入力手段１２２が入力する実測データ１１２及び予め記憶装置１１に記憶している判定データ１１３を利用して、監視対象である雨水排水システム２の異常を判定する。したがって、監視制御装置１では、監視制御に応じて入力する実測データ１１２から雨水排水システム２の状態および異常の発生を的確に分析及び監視し、オペレータに提供することができる
また、表示処理手段１２４では、異常の発生を表示する際に異常の「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」等についても表示する。したがって、監視制御に熟練していないオペレータであっても監視制御対象の雨水排水システム２に対応することができる。
【００２８】
これにより、本発明の第１の実施形態に係る監視制御装置１によれば、監視制御の対象となる雨水排水システム２等のプラントを安全及び安定して運用するための情報を提供し、オペレータの負担を軽減することができる。
【００２９】
なお、上述の説明において、監視制御装置１の判定手段１２３が利用する判定データ１１３は予め記憶装置１１に記憶されていたが、学習機能等（図示せず）によって更新されてもよい。すなわち、監視対象である雨水排水システム２毎に異常の発生や状況の傾向が異なることが一般的である。また、監視制御装置１が監視対象を異常と判定するときの状況は雨水排水システム２の周囲環境の変化等に応じて年々変化することもある。したがって、監視制御装置１では、監視制御の際に記憶装置１１に実測データ１１２として蓄積される状況値に基づいて新たな判定データ１１３を生成して利用することにより、異常の判定の正確性を向上することができる。
【００３０】
〈第２の実施形態〉
続いて、本発明の第２の実施形態に係る監視制御装置について説明する。第２の実施形態に係る監視制御装置の構成は図１で上述した監視制御装置１と同一の構成であるため、図１を用いて説明する。第２の実施形態に係る監視制御装置１は、判定データ１１３の構成と判定手段１２３における異常の判定処理の方法が第１の実施形態に係る監視制御装置と異なるが、他の処理は同一である。
【００３１】
第２の実施形態に係る監視制御装置１の記憶装置１１では、判定データ１１３として図３に示したような理想制御性能曲線ｌｂを記憶している。また、判定手段１２３は、実際の状況値である実性能曲線ｌａと基準値である理想制御性能曲線ｌｂとによって相互相関関数を用いて異常を判定する。
【００３２】
相互相関関数では、２つの時系列波形の類似程度を判定することができるため、実性能曲線ｌａと理想制御性能曲線ｌｂと関係が、波形の位相ずれ時間Δｔの関数として表わされる。具体的には、判定手段１２３は、理想制御性能曲線ｌｂをｘ（ｔ）とし、実性能曲線ｌａをｙ（ｔ＋Δｔ）とし、理想制御曲線１ｂと実性能曲線ｌａ間の相関係数をΔｔずつ増加させながら計算することにより求める。このとき、判定手段１２３は、あるΔｔにおける相互相関関数Ｒ（Δｔ）はｘ（ｔ）とｙ（ｔ＋Δｔ）が完全に一致する場合に１、全く一致しない場合に０の値をとし、求めた相互相関関数Ｒ（Δｔ）実性能曲線ｌａと理想制御性能曲線ｌｂとの類似性を判定することで、監視対象の異常を判定する。
【００３３】
また、表示処理手段１２４は、判定手段１２３によって異常が判定されると、表示装置１３に異常の発生を表示する。このとき、表示処理手段１２４は、上述した第１の実施形態の場合と同様に異常の「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」等についても表示する。
【００３４】
上述したように、本発明の第２の実施形態に係る監視制御装置１によれば、監視制御に応じて入力する実測データ１１２から雨水排水システム２の状態及び異常の有無を的確に分析及び監視し、オペレータに提供することでオペレータの負担を軽減することができる。また、表示処理手段１２４では、異常の発生を表示する際に異常の「発生理由」、「波及範囲」及び「改善方法」等をオペレータに提供することで、オペレータの負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の最良の実施形態に係る監視制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の監視制御装置が実測データとして記憶する実性能曲線の一例である。
【図３】図１の監視制御装置が判定データとして記憶する理想制御性能曲線の一例である。
【図４】図１の監視制御装置が判定データとして記憶する判定基準の一例である。
【図５】図１の監視制御装置が異常と判定する実性能曲線の一例である。
【図６】図１の監視制御装置が異常と判定する実性能曲線の一例である。
【図７】図１の監視制御装置が記憶する対応データの一例である。
【図８】図１の監視制御装置が記憶する表示画面の一例である。
【符号の説明】
【００３６】
１１…記憶装置
１１１…機器制御プログラム
１１２…実測データ
１１３…判定データ
１１４…対応データ
１１５…監視制御プログラム
１２…ＣＰＵ
１２１…制御手段
１２２…入力手段
１２３…判定手段
１２４…表示処理手段
１３…表示装置
２…雨水排水システム
２１…流入幹線
２２…流入渠
２３…ポンプ井
２４…ポンプ（機器）
２５…バルブ（機器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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