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JP2004334418A - Abnormality detecting device and method for automation system - Google Patents

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Publication number
JP2004334418A
JP2004334418A JP2003127821A JP2003127821A JP2004334418A JP 2004334418 A JP2004334418 A JP 2004334418A JP 2003127821 A JP2003127821 A JP 2003127821A JP 2003127821 A JP2003127821 A JP 2003127821A JP 2004334418 A JP2004334418 A JP 2004334418A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
abnormality
automation system
energy
cause
monitoring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003127821A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takumi Hashizume
匠 橋詰
Tetsuya Wakui
徹也 涌井
Yoji Saito
洋二 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Waseda University
Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Waseda University
Yokogawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waseda University, Yokogawa Electric Corp filed Critical Waseda University
Priority to JP2003127821A priority Critical patent/JP2004334418A/en
Publication of JP2004334418A publication Critical patent/JP2004334418A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect the abnormality of an automation system with a small amount of data. <P>SOLUTION: The diagnostic system 10 is configured of an object system 12 having a plurality of pieces of field equipment 25 and an abnormality detecting device 13 for detecting the abnormality of the object system 12 to specify the factor of the abnormality. The abnormality detecting device 13 is provided with a monitoring function 41 which monitors the operating condition of the object system 12 and a diagnostic function 42 which diagnoses the object system 12 based on the monitor result of the monitoring function 41.The monitoring function 41 is provided with an arithmetic means 45 which calculates the valid availability of energy from predetermined state quantity in the object system 12 and a comparing/deciding means 46 which judged that there is possibility that any abnormality is generated when the calculated valid availability of the energy is made lower than a normal value. The diagnostic function 42 is provided with a factor specifying means 51 which specifies the factor of the abnormality from the status quantity when it is judged that there is possibility that the abnormality is generated. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オートメーションシステムの異常検出装置及び異常検出方法に係り、更に詳しくは、少ないデータでオートメーションシステムの異常を検出可能なオートメーションシステムの異常検出装置及び異常検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
プロセスオートメーション等において、その異常の有無を判断する診断システムが数多く知られている(例えば、特許文献1等参照)。このような診断システムは、コンピュータを使って、多数のフィールド機器により検出された温度、圧力、流量等の各種状態量を短サイクルで収集し、当該各状態量を常時それぞれの正常値と対比して、総合的な見地から前記異常の判断を行うようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−250619号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記診断システムにあっては、その異常の有無に拘らず、膨大な種類の状態量を短サイクルで収集し、当該状態量と正常値とを常に対比するようになっているため、それらの処理を行うコンピュータに多大な負荷がかかる他、当該コンピュータとフィールド機器との間における通信上の負荷も多大になるという不都合がある。特に、近時のプラント等においては、高効率運転を実現するため、高度且つ複雑な制御技術が導入されていることから、前述の不都合が一層顕著となる。
また、エネルギーの有効利用、地球環境保護の観点から、今後の動力・エネルギーシステムとしては、大規模集中型から、各家庭単位等のような中小規模且つ自立分散型の形態を採った上で、自家発電した電気エネルギーのみならず同時に生成される熱エネルギーをも有効利用できるようなシステムの構築が重要となる。このようなシステムを普及させるには、システム毎で、自律的に異常診断を行えるようにする必要があるが、この場合には、システム構成の簡素化を促進する等の観点から、データの処理上及び通信上の負荷を掛けずにシステムの異常を検出可能にすることが望まれる。
【0005】
【発明の目的】
本発明は、このような不都合等に着目して案出されたものであり、その目的は、少ないデータでオートメーションシステムの異常を検出することができるオートメーションシステムの異常検出装置及び異常検出方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、所定のオートメーションシステム内の異常を検出する装置において、
前記オートメーションシステム内のエネルギーの有効利用度に基づいて、前記異常を検出可能に設ける、という構成を採っている。このような構成によれば、エネルギーの有効利用度は、オートメーションシステム内に存在する各種機器等の状態量のうち、一部の状態量を使って求めることができるため、オートメーションシステムの異常を検出する際に、全ての状態量と正常値とを常時対比する必要がなくなり、少ないデータでオートメーションシステムの異常を検出することができる。しかも、ここで求められたエネルギーの有効利用度は、オートメーションシステムの省エネルギー度を表す指標として活用することができ、オートメーションシステムの高効率化運転のチェック、若しくは、省エネに寄与する運転状態の維持や変更等が行い易くなる。
【0007】
本発明において、前記オートメーションシステムの動作状態を監視する監視機能と、この監視機能による監視結果に基づいて、前記オートメーションシステムを診断する診断機能とを備え、
前記監視機能は、前記オートメーションシステム内の所定の状態量から前記エネルギーの有効利用度を演算する演算手段と、演算されたエネルギーの有効利用度と正常値とを対比し、エネルギーの有効利用度が前記正常値よりも低下したときに、前記異常が発生している可能性があると判断する比較決定手段とを含み、
前記診断機能は、前記比較決定手段で、前記異常が発生している可能性があると判断されたときに、当該異常の原因を前記状態量、若しくは原因特定に必要な状態量から特定する原因特定手段を含む、という構成を採ることが好ましい。このように構成することで、オートメーションシステムに異常の可能性がある場合に、対応する状態量を順次収集して異常の原因を特定することができるため、異常の検出に際しては、全ての状態量のデータを異常の有無に拘わらずに常時収集、通信等する必要がなくなり、データの処理上及び通信上の負荷を低減して異常の原因を特定することができる。
【0008】
また、前記監視機能は、前記オートメーションシステム内の所定の状態量を計測、収集する収集手段を備える、という構成を採用している。
【0009】
更に、前記比較決定手段で前記異常が発生している可能性があると判断されたときに、前記原因特定手段に前記診断の実行を通知する監視状態の通知手段を更に備える、という構成を採用することができる。
【0010】
また、前記原因特定手段による診断結果を所定の装置に通知する診断結果の通知手段を更に備える、という構成を採用することができる。
【0011】
更に、前記監視機能及び/又は診断機能は、フィールド機器のファンクションブロックに実装される、という構成を採用するとよい。このような構成によれば、フィールドレベルでシステムの監視や診断を行うことができ、システムの省スペース化に寄与することができるともに、データ通信上の負担が大幅に低減され、より多くの情報に基づく診断アルゴリズムの構築が可能となる。また、データ通信手段とファンクションブロックは、例えば、Foundation Fieldbus、PROFIBUS、HARTなどのオープンネットワークに対応した形で実装することにより、システムの構築が容易になり、システム構築コストを低減することができる。
【0012】
更に、前記状態量の一部若しくは全部は、一台で複数の状態量を検出可能なマルチバリアブル型のフィールド機器により収集される、という構成にするとよい。このような構成によれば、システム内のフィールド機器の数を減らし、システム全体の省スペース化に一層寄与することができる。
【0013】
また、本発明は、コンピュータを用いて所定のオートメーションシステムの異常を検出する方法において、
前記オートメーションシステム内のエネルギーの有効利用度を演算し、当該エネルギーの有効利用度が所定の正常値よりも低下したときに、前記オートメーションシステム内に異常が発生している可能性があると判断し、当該異常の原因に対応する状態量を順次調査して、前記異常の原因を特定することを特徴とする、という手法を採っている。このような手法によっても、前述した目的を達成することができる。
【0014】
なお、本明細書において、「オートメーションシステム」とは、設備を所定の状態に自動制御するシステム全般を意味し、プラント等の動力・エネルギーシステム、プロセスオートメーション、メカニカルオートメーション、ホームオートメーション等を総合した概念として用いる。
【0015】
また、「エネルギーの有効利用度」とは、各種エネルギー変換プロセスにおける効率(エネルギーの入出力比に相当)を表す指標を意味し、例えば、動力・エネルギーシステムのシステム効率を例示できるとともに、システム構成機器の前記有効利用度として、ボイラのボイラ効率、蒸気タービン等のタービン断熱効率、熱交換器等の熱通過率、ポンプのポンプ効率等を例示できる。
【0016】
更に、「フィールド機器」とは、流量、温度、圧力、液位などを測定する工業計器を総称した概念として用い、各種センサや、バルブ等のアクチュエータ機器等を例示できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0018】
図1には、本実施例に係る異常検出装置を含む診断システムの概略構成図が示されている。この図において、診断システム10は、診断対象となる所定のオートメーションシステム12(以下、「対象システム12」と称する)と、対象システム12の異常を検出して当該異常の原因を特定する異常検出装置13と、この異常検出装置13との間でデータ通信可能に設けられるとともに、対象システム12の管理を行うコンピュータからなる上位の管理装置14とを備えて構成されている。
【0019】
前記対象システム12は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、水蒸気と水との熱交換プロセスに係るプロセスオートメーションが採用されている。この対象システム12は、図2に示されるように、水蒸気を生成するボイラ17と、このボイラ17に繋がる蒸気ライン18と、蒸気ライン18から蒸気が供給されるシェルアンドチューブ式の熱交換器19と、当該熱交換器19と所定の貯水部21との間に繋がる入口側及び出口側の水ライン22,23と、各ライン18,22,23等に適宜設けられた複数のフィールド機器25と、熱交換器19内から凝縮液を排出するための凝縮液排出手段27とを備えて構成されている。
【0020】
前記対象システム12では、ポンプ等(図示省略)を使って、貯水部21内の水が入口側の水ライン22から熱交換器19内の伝熱管(図示省略)に供給されるとともに、当該伝熱管内の周囲に位置するシェル(図示省略)内に、ボイラ17からの蒸気が供給され、前記伝熱管内の水と、前記シェル内の蒸気との間で熱交換が行われる。そして、熱交換後の水は、出口側の水ライン23を通って貯水部21に戻されるようになっており、その過程で熱消費が行われる。
【0021】
前記フィールド機器25は、蒸気ライン18の水蒸気の流量を検出する蒸気流量計29と、熱交換器19内における蒸気の流路となる前記シェル(図示省略)内の圧力を検出する熱交換器用圧力計30と、入口側の水ライン22内の流量を検出する入口側水流量計31と、入口側の水ライン22内の水温を検出する入口側水温計32と、出口側の水ライン23内の水温を検出する出口側水度計33と、各ライン18,22,23等に設けられたバルブ装置25を含んで構成されている。なお、図示省略しているが、対象システム12内には、他のフィールド機器も多数設けられている。
【0022】
前記凝縮液排出手段27は、熱交換器19内の凝縮液をタンク36に一時的に貯め、タンク36内の水位が所定以上になったときに、タンク36内から外部に延びる管路38の途中に配置されたバルブ装置34が動作し、管路38を開放してタンク36内の凝縮液を外部に排水するようになっている。
【0023】
前記異常検出装置13は、所定のコンピュータにより構成されており、図1に示されるように、対象システム12の運転状態(動作状態)を監視する監視機能41と、この監視機能41による監視結果に基づいて、対象システム12を診断する診断機能42とを備えている。
【0024】
前記監視機能41は、対象システム12内の各種状態量(流量、圧力、温度等)を所定のタイミングで計測、収集する収集手段44と、収集された所定の状態量から対象システム12におけるエネルギーの有効利用度を演算する演算手段45と、演算されたエネルギーの有効利用度を所定の正常値(基準値)と対比して異常の可能性の有無を判断する比較決定手段46と、演算されたエネルギーの有効利用度が正常値よりも低下したと判断された場合に、前記診断機能42に前記診断の実行を通知するとともに、演算されたエネルギーの有効利用度やそれに基づく異常の有無を管理装置14に通知する第1の通知手段47(監視状態の通知手段)とを備えて構成されている。
【0025】
前記演算手段45では、前記フィールド機器25から検出される四種類の状態量から、熱交換器19の伝熱性能を代表する熱通過率を求めるようになっている。具体的に、この熱通過率は、熱交換器用圧力計30、入口側水流量計31、入口側水温計32、及び出口側水温計33でそれぞれ得られた状態量(圧力、流量、温度)を予め記憶された所定の熱力学上の演算式に代入することで算出される。当該熱通過率は、ユーザ等に対する監視項目にもなり、前述したように、第1の通知手段47を通じて前記管理装置14に配信される。
【0026】
前記比較決定手段46は、演算されたエネルギーの有効利用度が正常値よりも低下した場合に、対象システム12内に異常が発生している可能性があると判断するようになっている。ここでの正常値は、比較決定手段46に記憶されるものであり、所定の理論値や設定値、若しくは、経時的な運転データに基づいて常時更新される値等となっている。
【0027】
前記診断機能42は、第1の通知手段47からの指令に基づいて、収集手段44で収集した状態量から前記異常の原因を特定する原因特定手段51と、この原因特定手段51による結果を上位の管理装置14等に、アラームや電子メール等で通知する第2の通知手段52(診断結果の通知手段)とを備えて構成されている。
【0028】
前記原因特定手段51は、予め記憶された診断アルゴリズムに基づいて、一又は複数の診断項目につき、収集手段44を介して対応する状態量を順次収集しながら当該状態量を順次調査し、異常の原因を段階的に特定するようになっている。本実施形態では、複数の診断項目からなる図3のイベントツリーが用いられ、各診断項目に対し、対応する状態量の値が所定値の範囲内にあるか否かを順に調査し、当該調査結果に応じて対象システム12の異常の有無や原因を特定するようになっている。
【0029】
次に、前記診断システム10による異常検出手順につき、主として図3を用い説明する。
【0030】
先ず、対象システムの運転時に、比較決定手段46(図1参照)で現在の熱通過率が所定の正常値よりも低下していると判断されると(ステップS101)、熱交換器19(図2参照)に供給される水の流量が以前よりも減少しているか否かが判断される(ステップS102)。この判断は、入口側水流量計31(図2参照)の検出値に基づいて行われる。その結果、流量が減少している場合には、運転の動作点変更に伴う熱通過率の変化であって、対象システム12には異常がない旨の診断がなされる。
【0031】
一方、そうでない場合には、次に、熱交換器19内の蒸気の圧力が所定値よりも増加しているか否かが判断される(ステップS103)。この判断は、熱交換器用圧力計30(図2参照)の検出値に基づいて行われる。その結果、熱交換器19内の蒸気の圧力が増加している場合には、熱交換器19の蒸気の流路である前記シェル内に空気が滞留している旨の診断がなされる。
【0032】
一方、そうでない場合には、次に、熱交換器19の前後における水温差が所定値よりも減少しているか否かが判断される(ステップS104)。この判断は、入口側及び出口側水温計32,33(図2参照)の各検出値の差に基づいて行われる。その結果、水温差が減少している場合には、蒸気ライン18(図2参照)内の蒸気の流量が所定値よりも減少しているか否かが判断される(ステップS105)。この判断は、蒸気流量計29(図2参照)の検出値に基づいて行われる。その結果、蒸気ライン18内の蒸気の流量が減少している場合には、運転の動作点変更に伴う熱通過率の変化であって、対象システム12には異常がない旨の診断がなされる。一方、蒸気ライン18内の蒸気の流量が減少していない場合には、前記凝縮液排出手段27(図2参照)に設けられたバルブ装置34の動作不良や熱交換器19内の水の流路となる前記伝熱管の詰まり等の異常が発生している旨の診断がなされる。
【0033】
前記ステップS104において、熱交換器19の前後における水温差が減少していないと判断された場合には、入口側及び出口側の水ライン22,23(図2参照)における各水温の平均値(以下、単に「水の平均温度」と称する)が所定値よりも低下しているか否かが判断される(ステップS106)。この場合は、入口側及び出口側水温計32,33の各検出値の平均値に基づいて行われる。その結果、水の平均温度が低下している場合には、入口側の水ライン22内の水温が所定値に対して低下しているか否かが、入口側水温計32の検出値に基づき判断される(ステップS107)。その結果、入口側の水ライン22内の水温が低下している場合には、入口側の水ライン22内の水温の低下に基づく熱通過率の変化であって、対象システム12には異常がない旨の診断がなされる。一方、入口側の水ライン22内の水温が低下していない場合には、その他の異常がある旨の診断がなされる。
【0034】
前記ステップS106において、水の平均温度が低下していないと判断された場合には、状態量を計測する機器等に異常がある旨の診断がなされる。
【0035】
従って、このような実施形態によれば、監視機能41で、エネルギーの有効利用度を表す指標となる熱通過率により、対象システム12に異常が生じている可能性の有無についての一次的判断が行われた上で、異常が生じている可能性がある場合に限り、診断機能42で、必要となる状態量の確認を順次行って、異常個所の特定についての二次的判断が行われる。このため、全ての状態量のデータを用いることなく前記一次的判断が可能となり、データの処理上や通信上の負荷を低減した状態で異常の発生を検出し、且つ、その原因を効率的に特定できるという効果を得る。しかも、前記熱通過率は、管理装置14側にも配信されるため、熱通過率の状態を管理装置14側で確認することができ、対象システム12の高効率化運転に役立てることもできる。
【0036】
なお、前記収集手段44で収集された前記状態量のうち幾つかを第1の通知手段47を介して管理装置14側にリアルタイムに送信するようにしてもよい。
【0037】
また、前記監視機能41及び/又は診断機能42は、前記実施形態の配置態様に限らず、フィールドバス通信型のフィールド機器25のファンクションブロック(図示省略)に実装したり、管理装置14を構成するコンピュータや他に分散配置されたコンピュータ等に実装することも可能である。特に、前記監視機能41及び/又は診断機能42を前記ファンクションブロックに実装した場合には、より多種多様化した診断が可能となる。なお、「フィールドバス」とは、フィールド機器同士、及びフィールド機器とホストシステムを接続するデジタル通信プロトコルであり、例えば、Foundation Fieldbus、PROFIBUS、HART、Brainなどがある。
【0038】
更に、前記実施形態にあっては、一状態量を一台のフィールド機器25で検出するようにしたが、本発明はこれに限らず、一台で複数の状態量を検出可能なマルチバリアブル型のフィールド機器25で、前記状態量の一部若しくは全部を収集するようにしてもよい。これによれば、対象システム12内におけるフィールド機器25の構成数を必要最小限にすることができ、対象システム12の設備の小型化を促進することができる。
【0039】
また、本発明が適用されるオートメーションシステムとしては、前記実施形態のプロセスオートメーションに限らず、他のオートメーションシステムを採用することができる。要するに、オートメーションシステム内のエネルギーの有効利用度に基づいて、オートメーションシステムの異常を検出できる構成を採用する限り、システムの種類や構成は問わない。
【0040】
その他、本発明における各構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。
【0041】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、オートメーションシステムの異常を検出する際に、全ての状態量と正常値とを常時対比する必要がなくなり、少ないデータでオートメーションシステムの異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る異常検出装置が適用された診断システムの概略構成図。
【図2】前記診断システムの対象となるオートメーションシステムの詳細を示す概略構成図。
【図3】前記診断システムによる異常検出手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
10 診断システム
12 対象システム(オートメーションシステム)
13 異常検出装置
25 フィールド機器
41 監視機能
42 診断機能
44 収集手段
45 演算手段
46 比較決定手段
47 第1の通知手段(監視状態の通知手段)
51 原因特定手段
52 第1の通知手段(診断結果の通知手段)
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method for an automation system, and more particularly, to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method for an automation system that can detect an abnormality in the automation system with a small amount of data.
[0002]
[Prior art]
Many diagnostic systems that determine the presence or absence of the abnormality in process automation and the like are known (for example, see Patent Document 1). Such a diagnostic system collects various state quantities, such as temperature, pressure, and flow rate, detected by many field devices in a short cycle using a computer, and constantly compares the respective state quantities with their normal values. Thus, the abnormality is determined from a comprehensive point of view.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-250519
[Problems to be solved by the invention]
However, in the diagnostic system, irrespective of the presence or absence of the abnormality, enormous types of state quantities are collected in a short cycle, and the state quantities are always compared with normal values. In addition to the heavy load imposed on the computer that performs the above processing, there is also the disadvantage that the communication load between the computer and the field device also increases. Particularly, in recent plants and the like, in order to realize high-efficiency operation, advanced and complicated control technology has been introduced, so that the above-mentioned disadvantages become more remarkable.
In addition, from the viewpoint of effective use of energy and protection of the global environment, the future power and energy systems will be changed from large-scale centralized systems to small- and medium-sized and self-contained distributed systems such as household units. It is important to construct a system that can effectively use not only the electric energy generated by the private power but also the heat energy generated at the same time. In order to spread such systems, it is necessary to be able to autonomously diagnose abnormalities in each system. In this case, however, data processing must be performed from the viewpoint of promoting simplification of the system configuration. It is desirable to be able to detect system abnormalities without imposing a load on communication and communication.
[0005]
[Object of the invention]
The present invention has been devised in view of such inconveniences and the like, and has as its object to provide an abnormality detection device and an abnormality detection method for an automation system that can detect an abnormality in the automation system with a small amount of data. Is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, the present invention provides an apparatus for detecting an abnormality in a predetermined automation system,
The abnormality is detectably provided based on the effective use of energy in the automation system. According to such a configuration, since the effective utilization of energy can be obtained by using a part of state quantities of various devices and the like existing in the automation system, the abnormality of the automation system is detected. In doing so, it is not necessary to constantly compare all state quantities with normal values, and it is possible to detect an abnormality in the automation system with a small amount of data. Moreover, the effective energy utilization obtained here can be used as an index that indicates the degree of energy saving of the automation system. Changes can be made easily.
[0007]
In the present invention, a monitoring function for monitoring an operation state of the automation system, and a diagnostic function for diagnosing the automation system based on a monitoring result by the monitoring function,
The monitoring function is a computing unit that computes the effective utilization of the energy from a predetermined state quantity in the automation system, and compares the computed effective utilization of the energy with a normal value, so that the effective utilization of the energy is A comparison determining unit that determines that the abnormality may have occurred when the value is lower than the normal value,
The diagnostic function includes a cause for determining the cause of the abnormality from the state quantity or the state quantity necessary for specifying the cause when the comparison determining means determines that the abnormality may have occurred. It is preferable to adopt a configuration including a specifying means. With this configuration, when there is a possibility of an abnormality in the automation system, it is possible to sequentially collect the corresponding state quantities and specify the cause of the abnormality. It is no longer necessary to constantly collect, communicate, and the like data regardless of the presence or absence of an abnormality, and it is possible to identify the cause of the abnormality by reducing the data processing and communication loads.
[0008]
Further, the monitoring function employs a configuration including a collecting unit that measures and collects a predetermined state quantity in the automation system.
[0009]
Further, a configuration is adopted in which a monitoring state notifying unit that notifies the cause specifying unit of the execution of the diagnosis when the comparison determining unit determines that the abnormality may have occurred is adopted. can do.
[0010]
Further, it is possible to adopt a configuration in which a diagnosis result notifying unit for notifying a predetermined device of a diagnosis result by the cause specifying unit is further provided.
[0011]
Further, it is preferable to adopt a configuration in which the monitoring function and / or the diagnostic function are implemented in a function block of a field device. According to such a configuration, monitoring and diagnosis of the system can be performed at the field level, which can contribute to space saving of the system, greatly reduce the burden on data communication, and increase the amount of information. It is possible to construct a diagnostic algorithm based on the algorithm. In addition, the data communication means and the function blocks are mounted in a form compatible with an open network such as Foundation Fieldbus, PROFIBUS, HART, etc., thereby facilitating system construction and reducing system construction costs.
[0012]
Further, it is preferable that a part or all of the state quantity is collected by a multivariable type field device capable of detecting a plurality of state quantities by one device. According to such a configuration, the number of field devices in the system can be reduced, which can further contribute to space saving of the entire system.
[0013]
Further, the present invention provides a method for detecting an abnormality of a predetermined automation system using a computer,
Calculate the effective utilization of energy in the automation system, and when the effective utilization of the energy falls below a predetermined normal value, determine that there is a possibility that an abnormality has occurred in the automation system. In addition, a state quantity corresponding to the cause of the abnormality is sequentially investigated to identify the cause of the abnormality, and a method is adopted. The above-described object can also be achieved by such a method.
[0014]
In this specification, the term "automation system" refers to any system that automatically controls equipment in a predetermined state, and is a concept that integrates power / energy systems such as plants, process automation, mechanical automation, home automation, and the like. Used as
[0015]
The term “effective energy utilization” refers to an index indicating the efficiency (corresponding to the input / output ratio of energy) in various energy conversion processes. For example, the system efficiency of a power / energy system can be exemplified. Examples of the effective utilization of the equipment include boiler efficiency of a boiler, turbine adiabatic efficiency of a steam turbine or the like, heat transfer rate of a heat exchanger or the like, pump efficiency of a pump, and the like.
[0016]
Further, the term "field device" is used as a general term for industrial instruments for measuring a flow rate, a temperature, a pressure, a liquid level, and the like, and examples thereof include various sensors and actuator devices such as valves.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diagnostic system including the abnormality detection device according to the present embodiment. In the figure, a diagnostic system 10 includes a predetermined automation system 12 to be diagnosed (hereinafter, referred to as a “target system 12”) and an abnormality detecting device that detects an abnormality of the target system 12 and identifies a cause of the abnormality. 13 and an upper-level management device 14 that is provided so as to enable data communication between the abnormality detection device 13 and the computer that manages the target system 12.
[0019]
Although the target system 12 is not particularly limited, in the present embodiment, process automation related to a heat exchange process between steam and water is employed. As shown in FIG. 2, the target system 12 includes a boiler 17 for generating steam, a steam line 18 connected to the boiler 17, and a shell-and-tube type heat exchanger 19 to which steam is supplied from the steam line 18. And water lines 22 and 23 on the inlet side and the outlet side which are connected between the heat exchanger 19 and a predetermined water storage unit 21, and a plurality of field devices 25 appropriately provided in the respective lines 18, 22 and 23. , And a condensed liquid discharging means 27 for discharging the condensed liquid from the heat exchanger 19.
[0020]
In the target system 12, the water in the water storage unit 21 is supplied from a water line 22 on the inlet side to a heat transfer tube (not shown) in the heat exchanger 19 using a pump or the like (not shown). Steam from the boiler 17 is supplied to a shell (not shown) located around the heat pipe, and heat exchange is performed between water in the heat transfer pipe and steam in the shell. The water after the heat exchange is returned to the water storage section 21 through the water line 23 on the outlet side, and heat is consumed in the process.
[0021]
The field device 25 includes a steam flow meter 29 that detects a flow rate of steam in the steam line 18, and a pressure for a heat exchanger that detects a pressure in the shell (not shown) that becomes a steam flow path in the heat exchanger 19. A water flow meter 31 for detecting a flow rate in the water line 22 on the inlet side, an inlet water temperature meter 32 for detecting a water temperature in the water line 22 on the inlet side, and a water line 23 for the outlet side. The apparatus includes an outlet-side water meter 33 for detecting the water temperature of the air-fuel ratio, and a valve device 25 provided in each of the lines 18, 22, 23 and the like. Although not shown, the target system 12 includes many other field devices.
[0022]
The condensed liquid discharging means 27 temporarily stores the condensed liquid in the heat exchanger 19 in a tank 36, and when a water level in the tank 36 becomes higher than a predetermined level, a pipe 38 extending from the tank 36 to the outside. The valve device 34 arranged on the way is operated to open the conduit 38 and drain the condensate in the tank 36 to the outside.
[0023]
The abnormality detection device 13 is configured by a predetermined computer, and as shown in FIG. 1, a monitoring function 41 for monitoring an operating state (operating state) of the target system 12 and a monitoring result by the monitoring function 41. And a diagnostic function 42 for diagnosing the target system 12 based on the information.
[0024]
The monitoring function 41 includes a collection unit 44 that measures and collects various state quantities (flow rate, pressure, temperature, etc.) in the target system 12 at a predetermined timing, and a collection unit 44 that measures energy in the target system 12 based on the collected predetermined state quantities. Calculating means 45 for calculating the effective utilization; comparison determining means 46 for comparing the calculated effective utilization of energy with a predetermined normal value (reference value) to determine whether there is a possibility of abnormality; When it is determined that the effective utilization of energy is lower than the normal value, the management device notifies the diagnostic function 42 of the execution of the diagnosis, and also determines the computed effective utilization of energy and the presence or absence of an abnormality based on the computed utilization. And a first notifying unit 47 (notifying unit of a monitoring state) for notifying the monitoring unit 14.
[0025]
The calculating means 45 calculates a heat transfer rate representing the heat transfer performance of the heat exchanger 19 from the four types of state quantities detected from the field device 25. Specifically, this heat transfer rate is obtained by the state quantities (pressure, flow rate, temperature) obtained by the heat exchanger pressure gauge 30, the inlet water flow meter 31, the inlet water thermometer 32, and the outlet water thermometer 33, respectively. Is substituted into a predetermined thermodynamic arithmetic expression stored in advance. The heat transfer rate also serves as a monitoring item for the user and the like, and is distributed to the management device 14 through the first notification unit 47 as described above.
[0026]
When the calculated effective utilization of the energy is lower than the normal value, the comparison determining means 46 determines that there is a possibility that an abnormality has occurred in the target system 12. The normal value here is stored in the comparison determining means 46, and is a predetermined theoretical value, a set value, or a value that is constantly updated based on chronological operation data.
[0027]
The diagnosis function 42 includes a cause identification unit 51 that identifies the cause of the abnormality from the state quantity collected by the collection unit 44 based on a command from the first notification unit 47, and a result of the cause identification unit 51 Is provided with a second notifying unit 52 (notifying unit of a diagnosis result) for notifying the managing device 14 or the like by an alarm, an e-mail, or the like.
[0028]
The cause identification unit 51 sequentially investigates the state quantities of one or a plurality of diagnostic items while sequentially collecting the corresponding state quantities via the collection unit 44 based on a diagnostic algorithm stored in advance, and determines whether an abnormality has occurred. The cause is identified step by step. In the present embodiment, the event tree of FIG. 3 including a plurality of diagnosis items is used, and for each diagnosis item, it is sequentially checked whether or not the value of the corresponding state quantity is within a predetermined value range. According to the result, the presence or absence and the cause of the abnormality of the target system 12 are specified.
[0029]
Next, an abnormality detection procedure by the diagnostic system 10 will be described mainly with reference to FIG.
[0030]
First, during operation of the target system, when the comparison and determination means 46 (see FIG. 1) determines that the current heat transfer rate is lower than a predetermined normal value (step S101), the heat exchanger 19 (see FIG. 1). 2) is determined (step S102). This determination is made based on the detection value of the inlet water flow meter 31 (see FIG. 2). As a result, when the flow rate is decreasing, it is a change in the heat transfer rate due to the change in the operating point of the operation, and a diagnosis is made that the target system 12 has no abnormality.
[0031]
On the other hand, if not, it is next determined whether or not the pressure of the steam in the heat exchanger 19 is higher than a predetermined value (step S103). This determination is made based on the detection value of the heat exchanger pressure gauge 30 (see FIG. 2). As a result, when the pressure of the steam in the heat exchanger 19 is increasing, a diagnosis is made that air is retained in the shell, which is the steam flow path of the heat exchanger 19.
[0032]
On the other hand, if not, it is next determined whether or not the water temperature difference before and after the heat exchanger 19 is smaller than a predetermined value (step S104). This determination is made based on the difference between the detected values of the inlet and outlet water thermometers 32 and 33 (see FIG. 2). As a result, if the water temperature difference has decreased, it is determined whether the flow rate of the steam in the steam line 18 (see FIG. 2) has decreased below a predetermined value (step S105). This determination is made based on the detection value of the steam flow meter 29 (see FIG. 2). As a result, when the flow rate of the steam in the steam line 18 is decreasing, it is a change in the heat transfer rate due to the change of the operating point of the operation, and a diagnosis is made that there is no abnormality in the target system 12. . On the other hand, when the flow rate of the steam in the steam line 18 has not decreased, the malfunction of the valve device 34 provided in the condensed liquid discharge means 27 (see FIG. 2) or the flow of the water in the heat exchanger 19 A diagnosis is made to the effect that an abnormality such as clogging of the heat transfer tube serving as a path has occurred.
[0033]
If it is determined in step S104 that the water temperature difference before and after the heat exchanger 19 has not decreased, the average value of the respective water temperatures in the inlet and outlet water lines 22, 23 (see FIG. 2) (see FIG. 2). Hereinafter, it is determined whether or not “water temperature” is lower than a predetermined value (step S106). In this case, the determination is performed based on the average value of the detection values of the inlet and outlet water thermometers 32 and 33. As a result, if the average temperature of the water has decreased, it is determined whether or not the water temperature in the inlet-side water line 22 has decreased from a predetermined value based on the detection value of the inlet-side water temperature gauge 32. Is performed (step S107). As a result, when the water temperature in the water line 22 on the inlet side is decreasing, the change is the change in the heat transfer rate based on the decrease in the water temperature in the water line 22 on the inlet side. No diagnosis is made. On the other hand, when the water temperature in the water line 22 on the inlet side has not decreased, a diagnosis that there is another abnormality is made.
[0034]
If it is determined in step S106 that the average temperature of the water has not decreased, it is diagnosed that there is an abnormality in the device or the like for measuring the state quantity.
[0035]
Therefore, according to such an embodiment, the monitoring function 41 makes a primary determination as to whether or not there is a possibility that the target system 12 may be abnormal, based on the heat transfer rate, which is an index indicating the effective utilization of energy. Only when there is a possibility that an abnormality has occurred, the diagnostic function 42 checks the necessary state quantities sequentially, and makes a secondary determination on the identification of the abnormal part. For this reason, the primary judgment can be performed without using data of all state quantities, and the occurrence of an abnormality can be detected in a state where the load on data processing and communication is reduced, and the cause can be efficiently determined. The effect of being able to specify is obtained. In addition, since the heat transfer rate is also distributed to the management device 14 side, the state of the heat transfer rate can be confirmed on the management device 14 side, which can be used for a highly efficient operation of the target system 12.
[0036]
Note that some of the state quantities collected by the collection unit 44 may be transmitted to the management device 14 via the first notification unit 47 in real time.
[0037]
Further, the monitoring function 41 and / or the diagnosis function 42 are not limited to the arrangement mode of the embodiment, and may be mounted on a function block (not shown) of the field device 25 of the field bus communication type, or constitute the management device 14. It is also possible to implement the present invention on a computer or a computer distributed in another place. In particular, when the monitoring function 41 and / or the diagnosis function 42 are mounted on the function block, more diverse diagnosis can be performed. The “field bus” is a digital communication protocol for connecting field devices to each other and a field device and a host system, and includes, for example, Foundation Fieldbus, PROFIBUS, HART, and Brain.
[0038]
Further, in the above-described embodiment, one state quantity is detected by one field device 25. However, the present invention is not limited to this. The field device 25 may collect some or all of the state quantities. According to this, the number of configuration of the field devices 25 in the target system 12 can be minimized, and the equipment of the target system 12 can be reduced in size.
[0039]
Further, the automation system to which the present invention is applied is not limited to the process automation of the above embodiment, and other automation systems can be adopted. In short, the type and configuration of the system are not limited, as long as a configuration that can detect an abnormality of the automation system based on the effective utilization of energy in the automation system is adopted.
[0040]
In addition, each configuration in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various changes can be made as long as substantially the same operation is achieved.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when detecting an abnormality in an automation system, it is not necessary to constantly compare all state quantities with normal values, and it is possible to detect an abnormality in the automation system with a small amount of data. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a diagnosis system to which an abnormality detection device according to an embodiment is applied.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing details of an automation system that is a target of the diagnostic system.
FIG. 3 is a flowchart showing an abnormality detection procedure by the diagnostic system.
[Explanation of symbols]
10 Diagnostic system 12 Target system (automation system)
13 Abnormality detection device 25 Field device 41 Monitoring function 42 Diagnosis function 44 Collection means 45 Calculation means 46 Comparison determination means 47 First notification means (monitoring state notification means)
51 cause identification means 52 first notification means (diagnosis result notification means)

Claims (8)

所定のオートメーションシステム内の異常を検出する装置において、
前記オートメーションシステム内のエネルギーの有効利用度に基づいて、前記異常を検出可能に設けたことを特徴とするオートメーションシステムの異常検出装置。
In a device that detects abnormalities in a given automation system,
An abnormality detection device for an automation system, wherein the abnormality is detectably provided based on an effective use degree of energy in the automation system.
前記オートメーションシステムの動作状態を監視する監視機能と、この監視機能による監視結果に基づいて、前記オートメーションシステムを診断する診断機能とを備え、
前記監視機能は、前記オートメーションシステム内の所定の状態量から前記エネルギーの有効利用度を演算する演算手段と、演算されたエネルギーの有効利用度と正常値とを対比し、エネルギーの有効利用度が前記正常値よりも低下したときに、前記異常が発生している可能性があると判断する比較決定手段とを含み、
前記診断機能は、前記比較決定手段で、前記異常が発生している可能性があると判断されたときに、当該異常の原因を前記状態量、若しくは原因特定に必要な状態量から特定する原因特定手段を含むことを特徴とする請求項1記載のオートメーションシステムの異常検出装置。
A monitoring function for monitoring the operation state of the automation system, and a diagnostic function for diagnosing the automation system based on a monitoring result by the monitoring function,
The monitoring function is a computing unit that computes the effective utilization of the energy from a predetermined state quantity in the automation system, and compares the computed effective utilization of the energy with a normal value, so that the effective utilization of the energy is A comparison determining unit that determines that the abnormality may have occurred when the value is lower than the normal value,
The diagnostic function includes a cause for determining the cause of the abnormality from the state quantity or the state quantity necessary for specifying the cause when the comparison determining means determines that the abnormality may have occurred. 2. The abnormality detection device for an automation system according to claim 1, further comprising a specifying unit.
前記監視機能には、前記オートメーションシステム内の所定の状態量を計測、収集する収集手段が設けられていることを特徴とする請求項2記載のオートメーションシステムの異常検出装置。3. The abnormality detection device for an automation system according to claim 2, wherein the monitoring function includes a collection unit that measures and collects a predetermined state amount in the automation system. 前記比較決定手段で前記異常が発生している可能性があると判断されたときに、前記原因特定手段に前記診断の実行を通知する監視状態の通知手段を更に備えたことを特徴とする請求項2又は3記載のオートメーションシステムの異常検出装置。The apparatus further comprises a monitoring state notifying unit that notifies the cause specifying unit of the execution of the diagnosis when the comparison determining unit determines that the abnormality may have occurred. Item 4. The abnormality detection device for an automation system according to item 2 or 3. 前記原因特定手段による診断結果を所定の装置に通知する診断結果の通知手段を更に備えたことを特徴とする請求項2、3又は4記載のオートメーションシステムの異常検出装置。5. The abnormality detecting apparatus for an automation system according to claim 2, further comprising a diagnosis result notifying unit for notifying a predetermined device of a diagnosis result by said cause specifying unit. 前記監視機能及び/又は診断機能は、フィールド機器のファンクションブロックに実装されていることを特徴とする請求項2〜5の何れかに記載のオートメーションシステムの異常検出装置。The abnormality detection device for an automation system according to any one of claims 2 to 5, wherein the monitoring function and / or the diagnosis function are implemented in a function block of a field device. 前記状態量の一部若しくは全部は、一台で複数の状態量を検出可能なマルチバリアブル型のフィールド機器により収集されることを特徴とする請求項2〜6の何れかに記載のオートメーションシステムの異常検出装置。The automation system according to any one of claims 2 to 6, wherein a part or all of the state quantity is collected by a multi-variable field device capable of detecting a plurality of state quantities with one device. Anomaly detection device. コンピュータを用いて所定のオートメーションシステムの異常を検出する方法において、
前記オートメーションシステム内のエネルギーの有効利用度を演算し、当該エネルギーの有効利用度が所定の正常値よりも低下したときに、前記オートメーションシステム内に異常が発生している可能性があると判断し、当該異常の原因に対応する状態量を順次調査して、前記異常の原因を特定することを特徴とするオートメーションシステムの異常検出方法。
In a method for detecting an abnormality of a predetermined automation system using a computer,
Calculate the effective utilization of energy in the automation system, and when the effective utilization of the energy falls below a predetermined normal value, determine that there is a possibility that an abnormality has occurred in the automation system. An abnormality detection method for an automation system, wherein a state quantity corresponding to the cause of the abnormality is sequentially investigated to identify the cause of the abnormality.
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Cited By (2)

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JP2012099071A (en) * 2010-11-05 2012-05-24 Yokogawa Electric Corp Plant analysis system
JP2013008385A (en) * 2006-09-28 2013-01-10 Fisher Rosemount Systems Inc Prevention of abnormal state of heat exchanger

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013008385A (en) * 2006-09-28 2013-01-10 Fisher Rosemount Systems Inc Prevention of abnormal state of heat exchanger
US8762106B2 (en) 2006-09-28 2014-06-24 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Abnormal situation prevention in a heat exchanger
JP2012099071A (en) * 2010-11-05 2012-05-24 Yokogawa Electric Corp Plant analysis system

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