DE112020003648T5

DE112020003648T5 - Anlagenüberwachungsvorrichtung, Anlagenüberwachungsverfahren und Programm

Info

Publication number: DE112020003648T5
Application number: DE112020003648.0T
Authority: DE
Inventors: Ichiro Nagano; Mayumi Saito; Keiji Eguchi; Kuniaki Aoyama
Original assignee: Mitsubishi Power Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2019-08-01
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-04-21
Also published as: WO2021020170A1; KR20220024669A; CN114051581A; JP7387325B2; US20220350320A1; JP2021026393A; CN114051581B

Abstract

Eine Anlagenüberwachungsvorrichtung (20) ist versehen mit: einer Zustandsgröße-Erfassungseinheit (211), die Zustandsgrößen für jedes mehrerer charakteristischer Elemente in Bezug auf eine Anlage erfasst; einer Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit (212), die einen Grad von Abnormalität, der einen Grad von Annäherung zu einer abnormalen Seite hin darstellt, relativ zu einem Grenzwert, der für jedes charakteristische Element vorbestimmt ist, für die zu einem Anlagenüberwachungszeitpunkt erfassten Zustandsgrößen berechnet; einer Abstandsberechnungseinheit (213), die eine statistische Technik verwendet, um Abstände zu berechnen, die die Grade von Trennung, von dem normalen Betriebszustand der Anlage, der Zustandsgröße und des Grads von Abnormalität darstellen, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden; und einer Bestimmungseinheit (214), die den Betriebszustand der Anlage auf der Grundlage der berechneten Abstände bestimmt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlagenüberwachungsvorrichtung, ein Anlagenüberwachungsverfahren und ein Programm.
Es wird Priorität der am 1. August 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-142330 beansprucht, deren Inhalt hier durch Verweis aufgenommen wird.
Stand der Technik
Bei verschiedenen Arten von Anlagen, wie beispielsweise einer Gasturbinen-Kraftwerksanlage, einer Atomkraftwerksanlage und einer Chemieanlage, wird ein Bündel von Detektionswerten (Zustandsgrößen) von jedem von mehreren Beurteilungskriterien (Temperatur und Druck) erfasst, und auf der Grundlage der Tendenzen der Detektionswerte wird überwacht, ob die Anlage normal arbeitet oder nicht. Zum Beispiel beschreibt PTL 1 eine Technik des Berechnens eines Mahalanobis-Abstands eines Bündels von Detektionswerten, die zu einem Bewertungszeitpunkt erfasst werden, mit einem Einheitsraum, der durch mehrere Bündel von Detektionswerten als eine Referenz konfiguriert ist, und des Bestimmens, dass es ein Anzeichen gibt, das einen normalen oder abnormalen Betriebszustand einer Anlage angibt, in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand einen im Voraus bestimmten Schwellenwert überschreitet.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-67757
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einer Einrichtung der Anlage sind in einigen Fällen Grenzwerte, die einen Normalbereich definieren, für einen Detektionswert (zum Beispiel die Kapazität und den Wasserstand eines Kesseltanks) von einem Sensor vorgesehen. Bei einem Verfahren im Stand der Technik, bei dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität unter Verwendung eines Mahalanobis-Abstands detektiert wird, werden jedoch die Grenzwerte des Detektionswerts bei Abnormalitätsdetektion nicht verwendet. In diesem Fall besteht, selbst wenn der Detektionswert eines gewissen Sensors nahe dem Grenzwert liegt, eine Möglichkeit, dass ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage in einem Fall nicht detektiert werden kann, in dem der Mahalanobis-Abstand innerhalb des Schwellenwerts liegt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf ein solches Problem entwickelt und sieht eine Anlagenüberwachungsvorrichtung, ein Anlagenüberwachungsverfahren und ein Programm vor, mit denen eine Abnormalität der Anlage frühzeitig detektiert werden kann.
Lösung für das Problem
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anlagenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage bereitgestellt, wobei die Vorrichtung eine Zustandsgröße-Erfassungseinheit, die eine Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage erfasst, eine Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit, die für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße einen Abnormalitätsgrad, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz berechnet, eine Abstandsberechnungseinheit, die einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebende Abstände der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens berechnet, und eine Bestimmungseinheit, die den Betriebszustand der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands bestimmt, umfasst.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt die Abstandsberechnungseinheit einen Mahalanobis-Abstand der zu dem Überwachungszeitpunkt erfassten Zustandsgröße mit einem Einheitsraum, der durch die Zustandsgröße gebildet wird, die erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz und berechnet einen zusammengesetzten Abstand, der durch Korrigieren des Mahalanobis-Abstands auf der Grundlage eines Maximalwerts unter mehreren der berechneten Abnormalitätsgrade als der Abstand erhalten wird, und die Bestimmungseinheit bestimmt in einem Fall, in dem der zusammengesetzte Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Nach einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung korrigiert bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt die Abstandsberechnungseinheit die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasste Zustandsgröße mit dem Abnormalitätsgrad und berechnet einen Mahalanobis-Abstand der korrigierten Zustandsgröße als den Abstand mit einem Einheitsraum, der durch die Zustandsgröße gebildet wird, die erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz, und die Bestimmungseinheit bestimmt in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Nach einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung nach dem ersten Aspekt die Abstandsberechnungseinheit einen Mahalanobis-Abstand des Abnormalitätsgrads als den Abstand mit einem Einheitsraum, der durch den Abnormalitätsgrad gebildet wird, der erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz, und die Bestimmungseinheit bestimmt in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Nach einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung nach dem zweiten bis vierten Aspekt die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit den Abnormalitätsgrad so, dass ein Wert des Abnormalitätsgrads, wenn die Zustandsgröße den Grenzwert erreicht hat, mit dem Schwellenwert übereinstimmt.
Nach einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung nach dem ersten bis fünften Aspekt ferner eine S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit, die ein S/N-Verhältnis für jedes charakteristische Element auf der Grundlage der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads berechnet, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, und eine Ursachenschätzungseinheit, die eine Ursache einer Abnormalität der Anlage auf der Grundlage des berechneten S/N-Verhältnisses in einem Fall schätzt, in dem die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist, enthalten.
Nach einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Anlagenüberwachungsverfahren zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Erfassens einer Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage, einen Schritt des Berechnens für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße eines Abnormalitätsgrads, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz, einen Schritt des Berechnens von einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebenden Abständen der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens und einen Schritt des Bestimmens des Betriebszustands der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands umfasst.
Nach einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Programm, das einen Computer einer Anlagenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage veranlasst zu funktionieren, bereitgestellt, wobei das Programm den Computer veranlasst einen Schritt des Erfassens einer Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage, einen Schritt des Berechnens für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße eines Abnormalitätsgrads, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz, einen Schritt des Berechnens von einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebenden Abständen der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens und einen Schritt des Bestimmens des Betriebszustands der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands auszuführen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Mit der Anlagenüberwachungsvorrichtung, dem Anlagenüberwachungsverfahren und dem Programm nach einem der oben beschriebenen Aspekte kann eine Abnormalität der Anlage frühzeitig detektiert werden.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer Anlage, die ein Beispiel eines Überwachungsziels gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein Diagramm, das eine funktionale Konfiguration einer Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Diagramm, das das Konzept eines Mahalanobis-Abstands zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Verarbeitung der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel eines Abnormalitätsgrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel des Mahalanobis-Abstands bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Beschreibung von Ausführungsformen

Nachstehend wird eine Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 7 beschrieben.
Eine Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage 1 zu jedem vorbestimmten Überwachungszeitpunkt (zum Beispiel eine Stunde). Die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 bestimmt unter Verwendung des Mahalanobis-Taguchi-Verfahrens (nachstehend auch als das MT-Verfahren bezeichnet), ob der Betriebszustand der Anlage 1 normal oder abnormal ist, und schätzt eine Ursache einer Abnormalität.
(Umriss von Anlage)
1 ist ein schematisches Diagramm der Anlage, die ein Beispiel eines Überwachungsziels gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Wie in 1 gezeigt, ist die Anlage 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Gasturbinen-Kombikraftwerksanlage und enthält eine Gasturbine 10, einen Gasturbinengenerator 11, einen Abhitzedampferzeuger 12, eine Dampfturbine 13, einen Dampfturbinengenerator 14 und eine Steuervorrichtung 40. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Anlage 1 eine Gasturbinen-Kraftwerksanlage, eine Atomkraftwerksanlage oder eine Chemieanlage sein.
Die Gasturbine 10 enthält einen Kompressor 101, eine Brennkammer 102 und eine Turbine 103. Der Kompressor 101 komprimiert Luft, die von einem Sauganschluss angesaugt wird. Die Brennkammer 102 mischt einen Brennstoff F mit der von dem Kompressor 101 eingeführten komprimierten Luft, um das Gemisch zu verbrennen, und erzeugt ein Verbrennungsgas. Die Turbine 103 wird durch das Verbrennungsgas drehend angetrieben, das von der Brennkammer 102 zugeführt wird. Der Gasturbinengenerator 11 ist mit einem Rotor 104 der Turbine 103 via den Kompressor 101 verbunden und erzeugt Strom durch die Drehung des Rotors 104. Der Abhitzedampferzeuger 12 erwärmt Wasser mit dem Verbrennungsgas (Abgas), das von der Turbine 103 abgegeben wird, und erzeugt Dampf. Die Dampfturbine 13 wird durch den Dampf von dem Abhitzedampferzeuger 12 angetrieben. Darüber hinaus wird der von der Dampfturbine 13 abgegebene Dampf durch einen Kondensator 132 wieder in Wasser umgewandelt und via eine Wasserversorgungspumpe zu dem Abhitzedampferzeuger 12 geleitet. Der Dampfturbinengenerator 14 ist mit einem Rotor 131 der Dampfturbine 13 verbunden und erzeugt Strom durch die Drehung des Rotors 131.
Darüber hinaus sind mehrere Sensoren (nicht gezeigt) an jeder Einheit der Anlage 1 angebracht. Beispiele eines von jedem Sensor detektierten Sensorwerts umfassen einen Atmosphärendruck, eine Atmosphärentemperatur, eine Einlasslufttemperatur und eine Auslasslufttemperatur einer Innenkammer des Kompressors 101, einen Druck innerhalb der Innenkammer des Kompressors 101, einen Druck des der Brennkammer 102 zugeführten Brennstoffs F, eine Einlassverbrennungsgastemperatur und eine Auslassverbrennungsgastemperatur einer Innenkammer der Turbine 103, einen Druck innerhalb der Innenkammer der Turbine 103, eine Leistung des Gasturbinengenerators 11, einen Wasserstand des Abhitzedampferzeugers 12, eine Temperatur innerhalb einer Innenkammer der Dampfturbine 13, eine Leistung des Dampfturbinengenerators 14 und Drehzahlen und Schwingungen des Rotors 104 und des Rotors 131.
Die Steuervorrichtung 40 steuert einen Betrieb jeder Einheit der Anlage 1 automatisch gemäß dem Betriebszustand der Anlage 1 oder durch Empfangen einer Bedienung von einem Bediener.
(Funktionale Konfiguration von Anlagenüberwachungsvorrichtung)
2 ist ein Diagramm, das eine funktionale Konfiguration der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 2 gezeigt, ist die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 ein Computer, der eine CPU 21, eine Ein- und Ausgabeschnittstelle 22, eine Anzeigeeinheit 23, eine Bedienungsempfangseinheit 24 und eine Speichereinheit 25 enthält.
Die Ein- und Ausgabeschnittstelle 22 empfängt eine Eingabe einer Zustandsgröße für jedes mehrerer charakteristischer Elemente von dem Sensor, der an jeder Einheit der Anlage 1 angebracht ist.
Die Anzeigeeinheit 23 ist eine Anzeige zum Anzeigen verschiedener Arten von Informationen bezüglich der Überwachung der Anlage 1. Beispielsweise zeigt in einem Fall, in dem die Abnormalität der Anlage 1 als abnormal bestimmt wird, die Anzeigeeinheit 23 Abnormalitätsinformationen einschließlich Informationen bezüglich eines charakteristischen Elements an, das als eine Ursache der Abnormalität geschätzt wird.
Die Bedienungsempfangseinheit 24 ist eine Vorrichtung, wie zum Beispiel eine Tastatur und eine Maus, zum Empfangen von Bedienungen von einem Bediener, der die Anlage 1 überwacht.
Die CPU 21 ist ein Prozessor, der einen Betrieb der gesamten Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 steuert. Die CPU 21 fungiert als eine Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211, eine Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212, eine Abstandsberechnungseinheit 213, eine Bestimmungseinheit 214, eine S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215, eine Ursachenschätzungseinheit 216 und eine Ausgabeeinheit 217 durch Ausführen verschiedener Arten von arithmetischer Verarbeitung gemäß einem im Voraus vorbereiteten Programm.
Die Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211 erfasst einen Sensorwert, der von jedem der mehreren Sensoren gemessen wird, die bei den jeweiligen Einheiten der Anlage 1 vorgesehen sind, und den Wert (Befehlswert) eines Steuersignals der Anlage 1 via die Ein- und Ausgabeschnittstelle 22. Der Sensorwert und der Befehlswert sind Beispiele einer Zustandsgröße für jedes charakteristische Element bei der vorliegenden Ausführungsform. Die Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211 erfasst eine Zustandsgröße zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt (zum Beispiel eine Minute) und speichert und akkumuliert die Zustandsgröße in der Speichereinheit 25.
Die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 berechnet für eine zu dem Überwachungszeitpunkt der Anlage 1 erfasste Zustandsgröße einen Abnormalitätsgrad, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz.
Die Abstandsberechnungseinheit 213 berechnet einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage 1 angebende Abstände der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt der Anlage 1 erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens. Insbesondere ist der von der Abstandsberechnungseinheit 213 berechnete Abstand ein Mahalanobis-Abstand. Der Mahalanobis-Abstand ist ein Maß, das eine Größe von Unterschied zwischen einer Referenzprobe (Probe zu normalen Zeiten), die als ein Einheitsraum angegeben wird, und einer neuen Probe (der Zustandsgröße und dem Abnormalitätsgrad), die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst wird, angibt.
Die Bestimmungseinheit 214 bestimmt den Betriebszustand der Anlage 1 auf der Grundlage des Abstands (Mahalanobis-Abstands), der von der Abstandsberechnungseinheit 213 berechnet wird. Insbesondere bestimmt in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, die Bestimmungseinheit 214, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist. Der Schwellenwert kann ein im Voraus eingestellter fester Wert sein oder kann zu jedem Überwachungszeitpunkt auf der Grundlage des Betriebszustands der Anlage 1 in einer Periode von einem Bewertungszeitpunkt bis zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit auf einen neuen Wert aktualisiert werden.
Die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 berechnet ein S/N-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis, signal-tonoise ratio) gemäß dem Taguchi-Verfahren für jedes charakteristische Element auf der Grundlage des Abstands, der von der Abstandsberechnungseinheit 213 berechnet wird.
In einem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 214 bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist, schätzt die Ursachenschätzungseinheit 216 eine Ursache der Abnormalität der Anlage 1 auf der Grundlage des S/N-Verhältnisses, das von der S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 berechnet wird.
Die Ausgabeeinheit 217 gibt verschiedene Arten von Informationen bezüglich der Überwachung der Anlage 1 aus. Zum Beispiel gibt die Ausgabeeinheit 217 eine Zustandsgröße zu jedem Überwachungszeitpunkt und ein Bestimmungsergebnis des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Abnormalität an die Anzeigeeinheit 23 zur Anzeige aus. Darüber hinaus gibt in einem Fall, in dem der Betriebszustand der Anlage 1 als abnormal bestimmt wird, die Ausgabeeinheit 217 Abnormalitätsinformationen einschließlich Informationen bezüglich eines charakteristischen Elements, das als eine Ursache der Abnormalität geschätzt wird, an die Anzeigeeinheit 23 zur Anzeige aus. Darüber hinaus kann die Ausgabeeinheit 217 die Abnormalitätsinformationen via E-Mail an ein Endgerät (nicht gezeigt) des Bedieners übertragen.
Die Speichereinheit 25 speichert Daten, die bei der Verarbeitung jeder Einheit der CPU 21 erfasst und erzeugt werden.
(Mahalanobis-Abstand)
3 ist ein Konzeptdiagramm, das das Konzept eines Mahalanobis-Abstands zeigt.
Die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform bestimmt unter Verwendung des MT-Verfahrens, ob der Betriebszustand der Anlage 1 normal oder abnormal ist. Zunächst wird der Umriss eines Anlagenüberwachungsverfahrens unter Verwendung des MT-Verfahrens unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Wie in 3 gezeigt, wird angenommen, dass die Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211 der Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 einen Sensorwert 1 (y1) und einen Sensorwert 2 (y2) der Anlage 1 als eine Zustandsgröße B (y1, y2) erfasst. Bei dem MT-Verfahren wird ein Aggregat mehrerer Zustandsgrößen B, die zu normalen Zeiten der Anlage 1 erfasst werden, als ein Einheitsraum S eingestellt, der eine Probe von normalen Zeiten ist, und ein Mahalanobis-Abstand MD einer Zustandsgröße A (y1, y2), die zu einem gewissen Zeitpunkt erfasst wird, wird berechnet.
Der Mahalanobis-Abstand MD ist ein Abstand, der gemäß einer Varianz und einer Korrelation von Sensorwerten für den Einheitsraum S gewichtet ist und einen größeren Wert aufweist, je geringer Ähnlichkeit mit einer Datengruppe ist, die den Einheitsraum S konfiguriert. Hier beträgt der Durchschnitt der Mahalanobis-Abstände MD der Zustandsgrößen B, die den Einheitsraum S konfigurieren, 1, und der Mahalanobis-Abstand MD der Zustandsgröße A beträgt im Allgemeinen 4 oder weniger in einem Fall, in dem der Betriebszustand der Anlage 1 normal ist. Wenn der Betriebszustand der Anlage 1 jedoch abnormal ist, erhöht sich der Wert des Mahalanobis-Abstands MD gemäß dem Grad der Abnormalität. Wie oben beschrieben, weist der Mahalanobis-Abstand MD eine Eigenschaft auf, dass der Wert davon gemäß dem Grad der Abnormalität der Anlage 1 (dem Grad von Trennung von dem Einheitsraum S) zunimmt. 3 zeigt ein Beispiel für äquidistante Linien (gestrichelte Linien), wenn die Werte der Mahalanobis-Abstände MD 1 bis 5 betragen. Bei dem Beispiel von 3 nimmt der Wert des Mahalanobis-Abstands MD auf 1, 2, ... zu, wenn der Abstand von einer Mitte B0 des Einheitsraums zunimmt.
Aus diesem Grund wird bei dem MT-Verfahren in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand MD gleich oder größer als ein im Voraus bestimmter Schwellenwert Dc (zum Beispiel „5“) ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist, und es wird in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand kleiner als der Schwellenwert Dc ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage normal ist. Da beispielsweise der Wert eines Mahalanobis-Abstands MD_A1 einer Zustandsgröße A1, die zu einem Zeitpunkt t1 erfasst wird, kleiner als der Schwellenwert Dc ist, wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Zeitpunkt t1 normal ist. Da darüber hinaus der Wert eines Mahalanobis-Abstands MD A2 einer Zustandsgröße A2, die zu einem gewissen Zeitpunkt t2 erfasst wird, gleich oder größer als der Schwellenwert Dc ist, wird bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Zeitpunkt t2 abnormal ist.
Hier wird unabhängig von einer Varianz und einer Korrelation zwischen Sensorwerten ein Grenzwert (ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert) im Voraus für jeweils den Sensorwert 1 und den Sensorwert 2 eingestellt. Ein Bereich Rc von 3 zeigt schematisch einen Bereich des Grenzwerts. Zum Beispiel ist die zu dem Zeitpunkt t2 erfasste Zustandsgröße A2 in dem Bereich Rc des Grenzwerts sowohl für den Sensorwert 1 als auch für den Sensorwert 2 enthalten. Aus diesem Grund wird in einem Fall, in dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität der Anlage 1 nur durch den Grenzwert überwacht wird, der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Zeitpunkt t2 als normal bestimmt. Da andererseits der Wert des Mahalanobis-Abstands MD_A2 gleich oder größer als der Schwellenwert Dc ist, kann ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 unter Bezugnahme auf den Mahalanobis-Abstand MD A2 detektiert werden. Da der Bediener bei einem Anlagenüberwachungsverfahren des Standes der Technik auf diese Weise Überwachung auf der Grundlage des Grenzwerts und Überwachung auf der Grundlage des Mahalanobis-Abstands separat durchführen muss, ist Überwachungsarbeit kompliziert.
Darüber hinaus liegt eine zu einem gewissen Zeitpunkt t3 erfasste Zustandsgröße A3 innerhalb des Bereichs Rc des Grenzwerts sowohl für den Sensorwert 1 als auch für den Sensorwert 2, aber der Wert des Sensorwerts 2 liegt nahe dem oberen Grenzwert. Somit besteht eine Möglichkeit, dass Anzeichen für einige Abnormalitäten vorliegen. Bei der Überwachung auf der Grundlage des Grenzwerts wird jedoch bestimmt, dass der Sensorwert 2 normal ist, da der Sensorwert 2 kleiner als der Schwellenwert ist. Da in ähnlicher Weise ein Mahalanobis-Abstand MD_A3 der Zustandsgröße A3 kleiner als der Schwellenwert Dc ist, wird bei dem Überwachungsverfahren auf der Grundlage des MT-Verfahrens des Standes der Technik bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 normal ist. Somit besteht eine Möglichkeit, dass ein Zeitpunkt, zu dem ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 detektiert wird, bei dem Überwachungsverfahren des Standes der Technik verzögert wird.
Angesichts dessen führt die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Überwachungsverarbeitung durch, bei der sowohl der Grenzwert als auch der Mahalanobis-Abstand so kombiniert werden, dass ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 frühzeitig detektiert werden kann.
(Verarbeitungsablauf von Anlagenüberwachungsvorrichtung)
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für Verarbeitung der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sammelt eine Zustandsgröße (einen Sensorwert und einen Befehlswert) der Anlage 1 mit der Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211 und akkumuliert die Zustandsgröße in der Speichereinheit 25 während des Betriebs der Anlage 1. Die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 bereitet aus den auf diese Weise in der Speichereinheit 25 akkumulierten Zustandsgrößen einen Einheitsraum vor, der eine Probe von normalen Zeiten ist, und speichert den Einheitsraum in der Speichereinheit 25. Darüber hinaus führt die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 eine Reihe von Arten von Verarbeitung zum Überwachen des Betriebszustands der in 4 gezeigten Anlage 1 zu jedem vorbestimmten Überwachungszeitpunkt (zum Beispiel eine Stunde) aus.
Wenn die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 Überwachungsverarbeitung des Betriebszustands der Anlage 1 beginnt, erfasst die Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211 Zustandsgrößen der Anlage 1 (Schritt S1).
Als nächstes berechnet die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 den Abnormalitätsgrad jeder in Schritt S1 erfassten Zustandsgröße (Schritt S2). Hier werden der Sensorwert 1 (zum Beispiel eine Gasturbinenleistung) und der Sensorwert 2 (zum Beispiel ein Kesselwasserstand) jeweils als eine Zustandsgröße erfasst. Darüber hinaus sind der Sensorwert 1 und der Sensorwert 2 jeweils im Voraus mit einem Grenzwert (einem oberen Grenzwert und einem unteren Grenzwert) versehen. In diesem Fall berechnet die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 den Abnormalitätsgrad von jeweils dem Sensorwert 1 und dem Sensorwert 2.
Insbesondere berechnet zunächst die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 einen Annäherungsgrad, der einen Grad angibt, nahe der Abnormalitätsseite zu sein, auf der der Sensorwert gleich oder größer als der Grenzwert ist. Zum Beispiel wird der Annäherungsgrad unter Verwendung von nachstehender Gleichung (1) erfasst. $\begin{array}{l} Ann \ddot{a} herungsgrad = (Sensorwert - \\ Grenzwert) / (Durchschnittswert von Sensorwerten - \\ Grenzwert) \end{array}$
Wie in Gleichung (1) gezeigt, wird der Annäherungsgrad ein kleiner Wert („0“), wenn sich der Sensorwert einer normalen Seite nähert (Sensordurchschnittswert), und der Annäherungsgrad wird ein großer Wert, wenn sich der Sensorwert der Abnormalitätsseite nähert. In einem Fall, in dem der Grenzwert sowohl den oberen Grenzwert als auch den unteren Grenzwert umfasst, berechnet die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 sowohl einen Annäherungsgrad in Bezug auf den oberen Grenzwert als auch einen Annäherungsgrad in Bezug auf den unteren Grenzwert.
Darüber hinaus berechnet die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 den Abnormalitätsgrad jedes Sensorwerts auf der Grundlage des berechneten Annäherungsgrads.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel des Abnormalitätsgrads gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 weist beispielsweise eine Funktion Fx zum Umwandeln eines Annäherungsgrads in einen Abnormalitätsgrad im Voraus auf, wie in 5 gezeigt, und berechnet einen Abnormalitätsgrad, der einem Annäherungsgrad entspricht, aus der Funktion Fx. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Abnormalitätsgrad so angepasst, dass ein Wert, wenn der Sensorwert den Grenzwert erreicht hat, mit dem Schwellenwert des Mahalanobis-Abstands übereinstimmt. Beispielsweise ist in einem Fall, in dem der Schwellenwert des Mahalanobis-Abstands „5“ ist, die Funktion Fx so definiert, dass ein Annäherungsgrad („1“), wenn der Sensorwert den Grenzwert erreicht hat, in den Abnormalitätsgrad „5“ umgewandelt wird, wie in 5 gezeigt. Das heißt, der Mahalanobis-Abstand und der Schwellenwert des Abnormalitätsgrads weisen den gleichen Wert auf. Auf diese Weise kann die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 den Abnormalitätsgrad mit dem gleichen Maß wie den Mahalanobis-Abstand behandeln.
Als nächstes berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 einen Abstand, der angibt, wie weit der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Überwachungszeitpunkt von dem normalen Betriebszustand getrennt ist, auf der Grundlage der in Schritt S1 erfassten Zustandsgröße und dem in Schritt S2 berechneten Abnormalitätsgrad (Schritt S3).
Insbesondere berechnet zunächst die Abstandsberechnungseinheit 213 den Mahalanobis-Abstand der in Schritt S1 erfassten Zustandsgröße mit dem in der Speichereinheit 25 gespeicherten Einheitsraum als eine Referenz. Als nächstes berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 einen zusammengesetzten Abstand, der durch Korrigieren des Mahalanobis-Abstands auf der Grundlage des in Schritt S2 berechneten Abnormalitätsgrads erhalten wird. Zu diesem Zeitpunkt berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 den zusammengesetzten Abstand unter Verwendung von nachstehender Gleichung (2). In Gleichung (2) gibt „MD“ den „Mahalanobis-Abstand“ an. „MD'“ gibt den „zusammengesetzten Abstand“ an. „x“ gibt den Abnormalitätsgrad der Zustandsgröße von jedem charakteristischer Elemente 1 bis n an, der in Schritt S2 berechnet wird.
$M D' = \sqrt{M D^{2} + m a x {(x_{1}, x_{2}, \dots, x_{n})}^{2}}$
Das heißt, obige Gleichung (2) dient zum Erfassen des zusammengesetzten Abstands MD' als die euklidische Norm des größten Werts von Abnormalitätsgraden und des Mahalanobis-Abstands MD. Obige Gleichung (2) ist ein Beispiel, und die Abstandsberechnungseinheit 213 kann bei einer anderen Ausführungsform den zusammengesetzten Abstand MD' unter Verwendung einer anderen Gleichung berechnen. Darüber hinaus kann die Abstandsberechnungseinheit 213 zu diesem Zeitpunkt einen anderen Abstand (wie beispielsweise einen Manhattan-Abstand) als die euklidische Norm erfassen.
Als nächstes bestimmt die Bestimmungseinheit 214, ob der in Schritt S3 bestimmte zusammengesetzte Abstand MD' gleich oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist (Schritt S4). Der Schwellenwert wird beispielsweise auf „5“ eingestellt. In einem Fall, in dem der zusammengesetzte Abstand MD' kleiner als der Schwellenwert (kleiner als 5) ist (Schritt S4: NEIN), bestimmt die Bestimmungseinheit 214, dass der Betriebszustand der Anlage 1 normal ist, und beendet die Verarbeitung. Andererseits bestimmt die Bestimmungseinheit 214 in einem Fall, in dem der zusammengesetzte Abstand MD' gleich oder größer als der Schwellenwert (gleich oder größer als 5) ist (Schritt S4: JA), dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist, und geht zu der nächsten Verarbeitung über.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel des Mahalanobis-Abstands bei der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 zeigt eine überlagerte Anzeige eines Beispiels von äquidistanten Linien, wenn der Wert von jeweils dem Mahalanobis-Abstand MD, dem zusammengesetzten Abstand MD' und einem Abnormalitätsgrad x „5“ ist. Da der zusammengesetzte Abstand MD' durch die euklidische Norm des Mahalanobis-Abstands MD und des Maximalwerts des Abnormalitätsgrads x gezeigt wird, ist der zusammengesetzte Abstand ein Wert, der größer als der Mahalanobis-Abstand MD oder der Abnormalitätsgrad x ist. Aus diesem Grund liegt, wie in 6 gezeigt, die äquidistante Linie des zusammengesetzten Abstands MD' näher an der Mitte des Einheitsraums S als die äquidistanten Linien der Mahalanobis-Abstände MD und ist in dem Bereich Rc enthalten, in dem der Abnormalitätsgrad x kleiner als 5 ist.
Bei dem Überwachungsverfahren des Standes der Technik unter Verwendung des MT-Verfahrens wird das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität nur auf der Grundlage des Mahalanobis-Abstands MD bestimmt. In diesem Fall wird bei dem Beispiel von 6, da der Mahalanobis-Abstand MD der Zustandsgröße A3, die zu dem gewissen Zeitpunkt t3 erfasst wird, kleiner als ein Schwellenwert (zum Beispiel „3“) ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Zeitpunkt t3 normal ist. Darüber hinaus beträgt der Maximalwert des Abnormalitätsgrads x der Zustandsgröße A3 zu diesem Zeitpunkt „3“. Da in diesem Fall der Maximalwert des Abnormalitätsgrads x ebenfalls kleiner als der Schwellenwert ist, wird bei dem Überwachungsverfahren des Standes der Technik bestimmt, dass keine Abnormalität aufgetreten ist, selbst wenn der Abnormalitätsgrad x des Sensorwerts 2 überprüft wurde.
Andererseits bestimmt die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität auf der Grundlage des zusammengesetzten Abstands MD', der die euklidische Norm des Mahalanobis-Abstands MD und des Maximalwerts des Abnormalitätsgrads x ist. In diesem Fall ist bei dem Beispiel von 6 in einem Fall, in dem der Wert des Mahalanobis-Abstands MD A3 der Zustandsgröße A3, die zu dem gewissen Zeitpunkt t3 erfasst wird, „3“ beträgt und der Maximalwert des Abnormalitätsgrads x „4“ beträgt, der Wert des zusammengesetzten Abstands MD' gemäß obiger Gleichung (2) „5“. Da der zusammengesetzte Abstand MD' gleich oder größer als der Schwellenwert ist, bestimmt daher die Bestimmungseinheit 214, dass der Betriebszustand der Anlage 1 zu dem Zeitpunkt t3 abnormal ist (es besteht eine Möglichkeit einer Abnormalität).
Wie oben beschrieben, kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform selbst in einem Bereich, der auf der Grundlage des Mahalanobis-Abstands des Standes der Technik als normal bestimmt wurde, bestimmen, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist (eine Möglichkeit einer Abnormalität besteht), wobei der Bereich ein Bereich mit einem hohen Abnormalitätsgrad ist, in dem der Sensorwert nahe dem Grenzwert liegt (ein Bereich L, der in 6 schattiert ist). Das heißt, da die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 Bestimmung auf der Grundlage des zusammengesetzten Abstands MD' durchführt, kann Empfindlichkeit in Bezug auf eine Zustandsgröße mit einem Abnormalitätsgrad, der höher (nahe dem Grenzwert oder den Grenzwert überschreitend) als der Mahalanobis-Abstand des Standes der Technik ist, verbessert werden. Daher ist es möglich, dass die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 vor Auftreten der Abnormalität detektiert, bei der der Sensorwert tatsächlich den Grenzwert überschreitet.
In einem Fall, in dem die Bestimmungseinheit 214 bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist (Schritt S4: JA), berechnet die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 ein S/N-Verhältnis für jedes charakteristische Element (Schritt S5).
Insbesondere erfasst die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 ein gewünschtes S/N-Verhältnis des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Elements durch die orthogonale Array-Analyse auf der Grundlage der in Schritt S1 erfassten Zustandsgröße (des Sensorwerts und des Befehlswerts) . Es kann bestimmt werden, dass mit Zunehmen des S/N-Verhältnisses eine Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass eine Abnormalität bei dem Element der Zustandsgröße (des gemessenen Werts und des Befehlswerts) vorliegt.
Darüber hinaus korrigiert die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner ein S/N-Verhältnis für ein charakteristisches Element, von dem der Abnormalitätsgrad x gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Zum Beispiel kann die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 das S/N-Verhältnis des charakteristischen Elements, von dem der Abnormalitätsgrad x gleich oder größer als der Schwellenwert ist, auf einen definierten Wert (zum Beispiel „6 db“) korrigieren. Darüber hinaus kann die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215 das S/N-Verhältnis durch Addieren eines vorbestimmten Werts gemäß dem Wert des Abnormalitätsgrads x korrigieren.
Als nächstes schätzt die Ursachenschätzungseinheit 216 eine Ursache der Abnormalität der Anlage 1 auf der Grundlage des in Schritt S5 berechneten S/N-Verhältnisses (Schritt S6). Zum Beispiel speichert die Speichereinheit 25 Historieninformationen, in denen ein Muster eines S/N-Verhältnisses für jedes von charakteristischen Elementen, wenn bisher Abnormalitäten bei der Anlage 1 aufgetreten sind, und ein Faktor der aufgetretenen Abnormalität einander zugeordnet sind. Die Ursachenschätzungseinheit 216 extrahiert ein Muster ähnlich einem Muster eines in Schritt S5 berechneten S/N-Verhältnisses für jedes charakteristische Element aus den Historieninformationen unter Verwendung einer Technik, wie beispielsweise Mustervergleich. Dann extrahiert die Ursachenschätzungseinheit 216 eine vorbestimmte Anzahl (zum Beispiel 10) von Mustern in absteigender Reihenfolge für Ähnlichkeit und schätzt, dass die den extrahierten Mustern zugeordneten Faktoren der aufgetretenen Abnormalitäten Kandidaten für eine Ursache der jetzt aufgetretenen Abnormalität der Anlage 1 sind.
Darüber hinaus gibt die Ausgabeeinheit 217 Abnormalitätsinformationen einschließlich der in Schritt S6 geschätzten Ursache der Abnormalität aus (Schritt S7). Zum Beispiel gibt die Ausgabeeinheit 217 die Abnormalitätsinformationen zur Anzeige an die Anzeigeeinheit 23 aus. Darüber hinaus kann die Ausgabeeinheit 217 die Abnormalitätsinformationen via E-Mail an das Endgerät (nicht gezeigt) des Bedieners übertragen. Dementsprechend kann der Bediener via die Anzeigeeinheit 23 oder das Endgerät erkennen, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist (oder dass ein Anzeichen einer Abnormalität vorliegt), und kann leicht die geschätzte Ursache der Abnormalität erfahren. Darüber hinaus können die Abnormalitätsinformationen ferner eine Zustandsgröße und ein S/N-Verhältnis für jedes charakteristische Element und ein Verfahren des Reagierens auf jede Ursache einer geschätzten Abnormalität enthalten.
(Hardwarekonfiguration von Anlagenüberwachungsvorrichtung)
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Hardwarekonfiguration der Anlagenüberwachungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nachstehend wird die Hardwarekonfiguration der Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Ein Computer 900 enthält eine CPU 901, eine Hauptspeichervorrichtung 902, eine Hilfsspeichervorrichtung 903 und eine Schnittstelle 904.
Die oben beschriebene Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 ist an dem Computer 900 montiert. Dann wird ein Arbeitsvorgang jeder Einheit der oben beschriebenen Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 in Form eines Programms in der Hilfsspeichervorrichtung 903 gespeichert, die in jedem Computer 900 enthalten ist. Die CPU 901 liest das Programm von der Hilfsspeichervorrichtung 903, stellt das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 bereit und führt die Verarbeitung gemäß dem Programm aus. Zusätzlich sichert die CPU 901 in der Hauptspeichervorrichtung 902 einen Speicherbereich zum Speichern verschiedener Arten von Informationen, die mit der Verarbeitung gemäß dem Programm erfasst und erzeugt werden. Zusätzlich sichert die CPU 901 den Speicherbereich zum Speichern von Daten, die verarbeitet werden, in der Hilfsspeichervorrichtung 903 gemäß dem Programm.
Der Computer 900 ist via die Schnittstelle 904 mit einer externen Speichervorrichtung 910 verbunden, und der Speicherbereich kann in der externen Speichervorrichtung 910 gesichert werden.
In mindestens einer Ausführungsform ist die Hilfsspeichervorrichtung 903 ein Beispiel eines nichtflüchtigen greifbaren Mediums. Andere Beispiele des nichtflüchtigen greifbaren Mediums umfassen eine Magnetplatte, eine magnetooptische Platte, eine CD-ROM, eine DVD-ROM und einen Halbleiterspeicher, die via die Schnittstelle 904 verbunden sind. Darüber hinaus kann in einem Fall, in dem das Programm via eine Kommunikationsleitung an den Computer 900 verteilt wird, der Computer 900, der die Lieferung empfangen hat, das Programm in der Hauptspeichervorrichtung 902 bereitstellen und die Verarbeitung ausführen.
Darüber hinaus kann das Programm ein Programm zum Realisieren einiger der oben beschriebenen Funktionen sein. Ferner kann das Programm ein Programm sein, das die oben beschriebenen Funktionen in Kombination mit anderen Programmen realisiert, die bereits in der Hilfsspeichervorrichtung 903 gespeichert sind, das heißt, eine sogenannte Differenzdatei (Differenzprogramm) .
(Betriebseffekte)
Wie oben beschrieben, enthält die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zustandsgröße-Erfassungseinheit 211, die eine Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage 1 erfasst, die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212, die für die zu dem Überwachungszeitpunkt der Anlage 1 erfasste Zustandsgröße einen Abnormalitätsgrad, der einen Grad von Annäherung zu der Abnormalitätsseite angibt, mit dem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz berechnet, die Abstandsberechnungseinheit 213, die einen Grad von Trennung von dem normalen Betriebszustand der Anlage 1 angebende Abstände der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens berechnet, und die Bestimmungseinheit 214, die den Betriebszustand der Anlage 1 auf der Grundlage der berechneten Abstände bestimmt.
Dadurch kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormalität der Anlage 1 frühzeitig unter Berücksichtigung des Abnormalitätsgrads detektieren, der angibt, bis zu welchem Grad sich die Zustandsgröße der Abnormalitätsseite angenähert hat.
Darüber hinaus berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 den Mahalanobis-Abstand MD der zu dem Überwachungszeitpunkt erfassten Zustandsgröße mit dem Einheitsraum, der durch Zustandsgrößen gebildet wird, die erfasst werden, wenn der Betriebszustand der Anlage 1 normal ist, und berechnet den zusammengesetzten Abstand MD', der durch Korrigieren des Mahalanobis-Abstands MD auf der Grundlage eines Maximalwerts unter mehreren berechneten Abnormalitätsgraden erhalten wird. In einem Fall, in dem der zusammengesetzte Abstand MD' größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 214, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist.
Bei dem Überwachungsverfahren unter Verwendung des MT-Verfahrens des Standes der Technik wurde nicht überwacht, ob die Zustandsgröße den Grenzwert zu dem Überwachungszeitpunkt überschritten hat oder nicht. Somit wird, selbst wenn die Zustandsgröße wahrscheinlich den Grenzwert erreicht, wie bei dem Beispiel (Zustandsgröße A3) von 3, auf der Grundlage des Mahalanobis-Abstands in einigen Fällen bestimmt, dass der Betriebszustand normal ist. Daher besteht eine Möglichkeit, dass ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 nicht frühzeitig detektiert werden kann.
Jedoch kann bei der vorliegenden Ausführungsform die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 Empfindlichkeit in Bezug auf eine Zustandsgröße mit einem Abnormalitätsgrad, der höher (nahe dem Grenzwert oder den Grenzwert überschreitend) als der Mahalanobis-Abstand des Standes der Technik ist, durch Bestimmen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer Abnormalität auf der Grundlage des mit dem Abnormalitätsgrad korrigierten zusammengesetzten Abstands MD', wie oben beschrieben, verbessern. Daher ist es möglich, dass die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 ein Anzeichen einer Abnormalität der Anlage 1 vor Auftreten der Abnormalität detektiert, bei der der Sensorwert tatsächlich den Grenzwert überschreitet.
Ferner muss sich der Bediener nur auf ein Bestimmungsergebnis auf der Grundlage des zusammengesetzten Abstands MD' beziehen, ohne ein Bestimmungsergebnis auf der Grundlage des Mahalanobis-Abstands und ein Bestimmungsergebnis auf der Grundlage des Grenzwerts wie im Stand der Technik separat zu überprüfen. Aus diesem Grund kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Überwachungslast des Bedieners reduzieren.
Darüber hinaus berechnet die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit 212 einen Abnormalitätsgrad so, dass der Wert des Abnormalitätsgrads, wenn die Zustandsgröße den Grenzwert erreicht hat, mit dem Schwellenwert des Mahalanobis-Abstands MD übereinstimmt.
Auf diese Weise kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 Berechnung durch die Abstandsberechnungseinheit 213 durch Behandeln des Abnormalitätsgrads mit dem gleichen Maß wie den Mahalanobis-Abstand MD einfach machen.
Darüber hinaus enthält die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 ferner die S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit 215, die ein S/N-Verhältnis für jedes charakteristische Element auf der Grundlage der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads berechnet, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, und die Ursachenschätzungseinheit 216, die eine Ursache der Abnormalität der Anlage 1 auf der Grundlage des berechneten S/N-Verhältnisses in einem Fall schätzt, in dem die Bestimmungseinheit 214 bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist.
Dadurch kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 die Ursache der Abnormalität durch Berechnen des S/N-Verhältnisses unter Berücksichtigung des Abnormalitätsgrads genauer schätzen.
Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hierin zuvor detailliert beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und kann einige Konstruktionsänderungen erfahren, ohne vom technischen Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Obwohl beispielsweise ein Aspekt, bei dem die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 den zusammengesetzten Abstand MD' berechnet, der durch Korrigieren des Mahalanobis-Abstands MD auf der Grundlage des Abnormalitätsgrads erhalten wird (Schritt S3 von 4), und auf der Grundlage des zusammengesetzten Abstands MD' bestimmt, ob der Betriebszustand der Anlage 1 normal ist oder nicht (Schritt S4 von 4), bei der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 nachstehende Verarbeitung in Schritten S3 bis S4 durchführen. Zunächst korrigiert die Abstandsberechnungseinheit 213 die in Schritt S1 erfasste Zustandsgröße mit dem in Schritt S2 berechneten Abnormalitätsgrad. Als nächstes berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 den Mahalanobis-Abstand der korrigierten Zustandsgröße mit dem Einheitsraum als eine Referenz (Schritt S3). Darüber hinaus bestimmt die Bestimmungseinheit 214 auf der Grundlage darauf, ob der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist oder nicht, ob der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist oder nicht (Schritt S4).
Darüber hinaus kann bei noch einer anderen Ausführungsform die Anlagenüberwachungsvorrichtung 20 nachstehende Verarbeitung in Schritten S3 bis S4 durchführen. Zunächst berechnet die Abstandsberechnungseinheit 213 den Mahalanobis-Abstand des in Schritt S2 berechneten Abnormalitätsgrads mit dem Einheitsraum als eine Referenz (Schritt S3). In diesem Fall speichert die Speichereinheit 25 im Voraus den Einheitsraum, der durch die Abnormalitätsgrade gebildet wird, die auf der Grundlage der zu normalen Zeiten der Anlage 1 gesammelten Zustandsgrößen berechnet werden. Darüber hinaus bestimmt die Bestimmungseinheit 214 auf der Grundlage darauf, ob der Mahalanobis-Abstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist oder nicht, ob der Betriebszustand der Anlage 1 abnormal ist oder nicht (Schritt S4).
Sogar bei einem solchen Aspekt ist es möglich, den gleichen Effekt wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform zu erhalten.
Industrielle Anwendbarkeit
Mit der Anlagenüberwachungsvorrichtung, dem Anlagenüberwachungsverfahren und dem Programm nach einem der oben beschriebenen Aspekte kann eine Abnormalität der Anlage frühzeitig detektiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Anlage
20: Anlagenüberwachungsvorrichtung
21: CPU
211: Zustandsgröße-Erfassungseinheit
212: Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit
213: Abstandsberechnungseinheit
214: Bestimmungseinheit
215: S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit
216: Ursachenschätzungseinheit
217: Ausgabeeinheit
22: Ein- und Ausgabeschnittstelle
23: Anzeigeeinheit
24: Bedienungsempfangseinheit
25: Speichereinheit
40: Steuervorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019142330 [0002]

Claims

Anlagenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage, wobei die Anlagenüberwachungsvorrichtung umfasst: eine Zustandsgröße-Erfassungseinheit, die eine Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage erfasst; eine Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit, die für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße einen Abnormalitätsgrad, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz berechnet; eine Abstandsberechnungseinheit, die einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebende Abstände der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens berechnet; und eine Bestimmungseinheit, die den Betriebszustand der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands bestimmt.
Anlagenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstandsberechnungseinheit einen Mahalanobis-Abstand der zu dem Überwachungszeitpunkt erfassten Zustandsgröße mit einem Einheitsraum, der durch die Zustandsgröße gebildet wird, die erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz berechnet und einen zusammengesetzten Abstand berechnet, der durch Korrigieren des Mahalanobis-Abstands auf der Grundlage eines Maximalwerts unter mehreren der berechneten Abnormalitätsgrade als der Abstand erhalten wird, und die Bestimmungseinheit in einem Fall, in dem der zusammengesetzte Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Anlagenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstandsberechnungseinheit die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasste Zustandsgröße mit dem Abnormalitätsgrad korrigiert und einen Mahalanobis-Abstand der korrigierten Zustandsgröße als den Abstand mit einem Einheitsraum, der durch die Zustandsgröße gebildet wird, die erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz berechnet, und die Bestimmungseinheit in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Anlagenüberwachungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abstandsberechnungseinheit einen Mahalanobis-Abstand des Abnormalitätsgrads als den Abstand mit einem Einheitsraum, der durch den Abnormalitätsgrad gebildet wird, der erfasst wird, wenn der Betriebszustand der Anlage normal ist, als eine Referenz berechnet, und die Bestimmungseinheit in einem Fall, in dem der Mahalanobis-Abstand größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Anlagenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Abnormalitätsgrad-Berechnungseinheit den Abnormalitätsgrad so berechnet, dass ein Wert des Abnormalitätsgrads, wenn die Zustandsgröße den Grenzwert erreicht hat, mit dem Schwellenwert übereinstimmt.
Anlagenüberwachungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend: eine S/N-Verhältnis-Berechnungseinheit, die ein S/N-Verhältnis für jedes charakteristische Element auf der Grundlage der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads berechnet, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden; und eine Ursachenschätzungseinheit, die eine Ursache einer Abnormalität der Anlage auf der Grundlage des berechneten S/N-Verhältnisses in einem Fall schätzt, in dem die Bestimmungseinheit bestimmt, dass der Betriebszustand der Anlage abnormal ist.
Anlagenüberwachungsverfahren zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage, wobei das Anlagenüberwachungsverfahren umfasst: einen Schritt des Erfassens einer Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage; einen Schritt des Berechnens für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße eines Abnormalitätsgrads, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz; einen Schritt des Berechnens von einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebenden Abständen der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens; und einen Schritt des Bestimmens des Betriebszustands der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands.
Programm, das einen Computer einer Anlagenüberwachungsvorrichtung zum Überwachen eines Betriebszustands einer Anlage veranlasst zu funktionieren, wobei das Programm den Computer veranlasst auszuführen: einen Schritt des Erfassens einer Zustandsgröße von jedem mehrerer charakteristischer Elemente der Anlage; einen Schritt des Berechnens für die zu einem Überwachungszeitpunkt der Anlage erfasste Zustandsgröße eines Abnormalitätsgrads, der einen Grad von Annäherung zu einer Abnormalitätsseite angibt, mit einem Grenzwert, der im Voraus für jedes charakteristische Element eingestellt wird, als eine Referenz; einen Schritt des Berechnens von einen Grad von Trennung von einem normalen Betriebszustand der Anlage angebenden Abständen der Zustandsgröße und des Abnormalitätsgrads, die zu dem Überwachungszeitpunkt erfasst werden, unter Verwendung eines statistischen Verfahrens; und einen Schritt des Bestimmens des Betriebszustands der Anlage auf der Grundlage des berechneten Abstands.