JPH01106112A - プロセスの異常原因診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、符号付き有向グラフによるプロヒスの異常原
因診断方法の改良に関するものである。

〈従来技術〉 プラント内のプロセスの各種の状態変数（流量。

圧力、温度、レベル等）間に存在する物理的な因果関係
を利用して、測定点より発生中の異常信号（襟数周）に
基づいて異常原因候補を推定する場合、プロセスの状態
変数（測定点及び非測定点）をノード（点）で、また状
態変数感の因果関係を矢印付きの枝で表し、因果関係を
’十”（助長）と“−゛（抑制）とに分類し、それぞれ
に対応する因果関係の枝に符号を与えた符号付き右向グ
ラフを用いて推定する方法が提案されている。

第１０図乃至第１３図により符号付さ・有向グラフによ
る賃常原囚推定の概念を説明する。

第１０図は、カスケード接続された自然落下式２段水槽
１及び２を示しており、状態変数の記号ＦＯは水１ｆｔ
　１への流入流量、Ｌｌは水槽１の水位、Ｆｌは水槽１
から２への流出、流入流量、Ｌ２は水槽２の水位、Ｆ２
は水ｌ１１２からの流出流量である。

以上の状態変数間の囚！１！関係は次ぎのようｋｍなる
。

（１）Ｆｏが増えるとり、も増える。

（２）Ｌ＋が増えるとＦ、も増える〈自然落下のため）
。

（３）ＰＩが増えると１１は減る。

（４）Ｆ＋が増えるとＬ２は増える。

＜５）Ｌ２が増えるとＦ２も増える。

（６）Ｆ２が増えるとＬ２は減る。

この関係を符号付き有向グラフに表現すると第１１図の
ようになる。図中用は状態変ａ（ノード）を示し、矢印
は因果関係を示寸。実線は゛十パの因果関係を、破線は
″“−°゛の因果関係を示す。

次−このグラフによる異常原因推定の診断アルゴリズム
について第１２図、第１３図により説明する。

基本的な考え方は、アラーム発生中のノード間の因果関
係を矢印の向きとは反対方向に辿り、上流側からの゛異
常゛の伝播入力がないのに、下流側に゛異常゛を伝播し
ているノードを異常原因と推定する。

各状態変数には第１２図（Ａ＞に示すようにプロセスの
状態に応じて次の３段階の符号が与えられている。

十二信号が異常に高い ０：正常である。

ｍ：信号が異常に低い。

史に、有効点、有効枝が次のように定義されている。

有効点ニブラス又はマイナスの異常を示す点。

有効枝：異常の伝わる経路となっている枝（枝の始点と
終点の異常符号の積とその枝 の因果関係の符号とが一致する枝）。

第１０図のプロセスで例えば水槽１と２の間の管路に詰
りを生じたと仮定するとき、Ｌｌは増加（＋）シ、Ｆ＋
　、Ｌ２．Ｆ２は減少（−）する。

第１２図（Ａ＞、（８）はこの関係を符号付き有向グラ
フに反映させ、同時に異常符号、有効点。

有効技を記入したものであり、ノードＦｏが正常、Ｌ、
がプラス異常、’Ｆ＋　、１２　、Ｆ２がマイナス異常
を示している。（Ｂ）は有効点を示しており、Ｆｏが正
常符号のために無効貞となり、他のノードはすべて異常
符号を取るために有効点となる。

次に異常が伝わる経路となっている枝、イ■効枝は、上
記定義により枝の支点と終点の符号の積とその枝の囚！
１！関係符号が一致するものであるから、この定義を満
足する有効枝は第１３図に示寸ように添字（３）、（４
）、（５）を付したの３木である。

し、とＦ、との間の添字（２）は、Ｌｌの異常はプラス
、Ｆ＋はマイナスであり、その積はマイナスであるが添
字（２）の枝は因果関係でプラスであるから不一致とな
り、この枝を通って異常は伝播していないので、有効技
から省かれる。

この様にして有効枝のみを残した第１３図において、入
る有効技のないノードを捜すと、Ｆｌが該当するので、
Ｆｌを異常原因と推定する。

実際のプラントにおける測定点、非測定点をノードとす
る有向符号付きグラフの例を第２図に示す。第１０図の
例はずべてのノードが測定点であつたが、非測定点をグ
ラフに取り込むことも可能であり、第２図の例では、下
部にハツチング部分を持つノード（例えば５Ｐ８）が測
定点、ハツチングを有しないノード（例えばＰ８）が非
測定点である。

この様に、非測定点をグラフに取り込む場合は、診断の
途中でこれらの非測定点にプラス又はマイナスの異常を
仮定し、得られるすべての有効グラフ（有効点と有効枝
のみで構成されたグラフ）について原因点の推定が実行
される。

〈発明が解決しようとする問題点〉 以上説明した右向符号付きグラフによる異常原因の診断
は、複雑に影響しあっているプロセスの複数の六常発生
に対して原因点を推定するための初段として極めて有効
であるが、次のような問題点がある。

（１）独立した２１ａ所以上で同時に故障が発生した２
重、多重の故障には対応できない。実際のプラント、ボ
イラのような時定数の大きい系では、２箇所以上の故障
が当時に発生することはないとしても短い時間間隔で警
報として現れてくる可能性がある。

（２）ＩＩ（ｉの設定が上記例のように３段階の場合、
は、警報の設定レベルが不適切であると正常、異常の信
頼性が低下する危険がある。

この問題に対処する一手法として５段階による異常パタ
ーンの設定（＋、＋？、Ｏ，−？、−）により診断する
システムも提案されている（化学工を論文集ＶＯＬ、１
０．Ｎｏ、２．１９８４）が、パターン判断と処理が複
雑となること、無駄な警報の多発などが考えられ、ノー
ドが複雑多岐にわたる場合は診断の処理時間が大幅に増
大する欠点がある。

本発明は、このような問題点を解消した右向符号付きグ
ラフによる異常点診断方法の提供を目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明方法の特徴°は、プロセスの複数の測定点並びに
非測定点をノードとする符号付さ有向グラフにより、上
記測定点の正常、異常パターンデータに基づいて異常原
因ノードを診断するプロセスの異常点診断方法において
、 （ａ）異常を示さない無効測定点を除いて、異常を承り
有効測定点をグループ分けすると共に、各グループ内の
非測定点のパターンを符号付き有向グラフにしたがって
有効測定点と仮定し、グループ内のすべての有効測定点
に矛盾なく対応した点が存在する場合にはイの点を異常
原因と見なし、存在しない場合にはそのグループの診断
は不能と判断する機能と、 （ｂ）５！？常を示さない無効測定点に出会った場合に
は、その無効測定点に対応するパターンを仮定し、出会
った回数をカウントアツプすると共に、それ以上の異常
伝漂を無視して仮定過程を中止するｉ能と、 （ｃ）グループ毎の診断が終了した時点で無効測定点を
チェックし、もし２つ以上のグループから同じ異常パタ
ーンが仮定されてる無効測定点が存在する場合には、関
係するすべてのグループがこの無効測定点によって結ば
れていると見なし、この測定点に対する異常パターンの
設定入力をマンマシンインターフェイスを介してオペレ
ータに問い合わせる機能と、 （ｄ）オペレータにより上記設定入力があった場合には
、各関係グループを融合して新たなグループを作り、こ
のグループ内で上記（ａ）の機能により再度異常原因の
診断を実行すると共に、設定入力がない場合には多重故
障として診断を続行１Ｊる機能とよりなる。

・く作用〉 異常を示す有効測定点がグループ分けされ、各グループ
内の非測定点のパターンを符号付き有向グラフにしたが
って有効測定点と仮定され、グループ毎に故障原因の診
断が実行される。診断の過程で異常を示さない無効測定
点に出会った場合には、その無効測定点に対応するパタ
ーンが仮定され、出会った回数がカウントアツプされる
。

グループ毎の診断が終了した時点で無効測定点がチェッ
クされ、もし２つ以上のグループから同じ異常パターン
が仮定されてる無効測定点が存在する場合には、この測
定点に対する異常パターンの設定入力をマンマシンイン
ターフェイスを介してオペレータに問い合わせる。

オペレータが異常の入力をした場合には、各関係グルー
プを融合して新たなグループが作られて、このグループ
内で再度異常原因の診断を実行される。

・ぐ実施例〉 第１図は、本発明を実／＃する場合の分散形１１制御装
置のハードウェア構成を示すものであり、マンマシンイ
ンターフェイス３とプラントとの情報交換を実行する複
数の制御ステーション４とがバス５に接続されて通信が
行われる。

６は本発明による診断アルゴリズムにより駆動される故
１１７ｊ診ｉ装置であり、バス５に接続され、このバス
を介して制御ステーション側より各測定点の警報状ＩＣ
Ｃアクタアップロードされ、このデータに基づいて故障
原因の診断を行う。

第２図は既に説明したように、プラントの複数の測定点
、非測定点を因果関係を示す符号付きの枝で結んだ符号
付き右向グラフの例である。

次に第３図により本発明の診断方法の特徴をａ２明する
。

（１）グループ分番ノ診断 本発明の第１の特徴であり、異常を示さない無効測定点
Ｐｏ　、Ｆｏ　、Ｒｏ　、Ｓｏ・・・を除いて、異常を
示ずと共に枝で結合゛される有効測定点群ＱＩ＋０２、
ＱコのグループＧ＋　、Ｌ＋　、Ｆｌ’、Ｌ２　。

Ｆ２のグループをＧ２・・・のようにグループ分（）す
る。

次に各グループ内において非測定点のパターンを符号付
き有向グラフにしたがって有効測定点と仮定しして各グ
ループごとに故障原因の診断、を実行する。

グループ内のすべての有効測定点に矛盾なく対応した点
が存在する場合にはその点を異常原因と見なし、存在し
ない場合にはそのグループの診断は不能と判断する （２）無効測定点φカウントアツプ 各グループの診断の過程において、異常を示さない無効
測定点に出会った場合には、その無効測定点に対応する
パターンを仮定し、出会った回数を各無効測定点ごとに
カウントアツプする。この無効測定点に関してはカウン
トアツプのみを実行して、それ以上の異常仏間を無視し
て仮定過程を中止する （３）オペレータへの問い合わ吐 グループ毎の診断が終了した時点で無効測定点をチェッ
クし、もし２つ以上のグループから同じ異常パターンが
仮定されてカウントアツプ数が２以上の無効測定点が存
在する場合には、関係するすべてのグループがこの無効
測定点によって結ばれていると見なし、この測定点に対
する異常パターンの設定入力をマンマシンインターフェ
イスを介してオペレータに問い合わせる （４）再診断 オペレータにより無効測定点に対する異常パターンの強
制的な設定入力があった場合には、この無効測定点によ
り桔ばれる各関係グループを融合して新たなグループが
作られる。

そして、この新たなグループ内で上記（１）の機能によ
り再度異常原因の診断が実行される。

オペレータがこの無効測定点に対して異常パターンの入
力をしないと決定した場合は、多重故障として診断が続
行される。

第４図乃至第９図は、以上説明した本発明の診断の信号
処理手順をフローチャートで示しｌｃものである。

第４図はメインフローチャートであり、リセット割り込
み処理ルーチンＡを経てまず初期化が実行され、ブーロ
セスの因果関係を表ずすべでの測定点、非測定点を表す
データベースを配列化し、診断可能な状態とする。

イしてアラームの有無がチェックされ、アラーム増加な
らばＢ、〜Ｂ２ルーチンが実行され、アラームが減少な
らばＣ＋〜Ｃ２ルーチンが実行され、アラームが反転な
らばＤのルーチンが実行された後に最終ルーチンＥが実
行されて初期化状態に戻る。

第５図は、リセット割り込みルーチンのフローであり、
診断終了又は診断不能に陥った後の再試行りセットの割
り込み機能である。

第６図は、アラームが増加した場合の処理ルーチンのフ
ローであり、新規検出アラームのみを診断の対象とし、
グループ分けを実行する。即ち、グループ番号を新たな
有効測定点に与え、以降のパターン仮定過程において非
測定点のグループ番目とする。但し、新規有効測定点に
ずでにｉ号がりえられている場合は、その番号を用いる
。

次に、新規有効測定点と関連するノードに対応したパタ
ーンを与え、各ノードついて有効に成立する枝の数がカ
ラン１−される。−但し、新しい仮定パターンが前回の
仮定パターンの逆転（高←低）である場合、そのノード
を無効化して異常の原因とはならないものとザる。

第７図は、アラームの数が前回診断の後に減少した場合
の処理ルーチンのフローである。アラームが減少したと
しても、その異常だったパターンを内部で保持し、それ
に関連する有効測定点に対してパルス状のフラグを立て
るパルス処理が実行される。

第８図は、アラームが反牝する’Ｈ合の処理ルーチンの
フ〇−である。振動を伴なう異常の診断アルゴリズムが
現時点では実現困難であるから、発振処理を実行した後
に診断を中段する。

第９図は、最終処理ルーチンのフローであり、まず、診
断結果の表示が実行される。即ら、Ｂ＋〜Ｂ２ルーチン
の処理結果をチェックし、各グループ毎にそのグループ
に含まれているアラーム数だけカウントアツプされてい
る有効、ｌ−ドを異常原因としてそのパターンと共にＣ
ＲＴなどに表示する。

次に、複数のグループにおいて異常原因が存在する場合
は、多重故障と認定される。そして多重故障の場合、正
常を示す無効測定点に対して２個以上の同じパターンが
仮定されている場合には、その測定点のアラームしぎい
値が不適切であったと見なし、この測定点に対する異常
パターンの強制的な設定入力をオペレータに問い合わせ
る追加入力要求の処理が実行される。

追加入力がオペレータにより実行された場合は、このア
ラームは以降のナンブリング処理で新たなアラームとし
て検出され、新たなグループ分けが行われて再り断が実
行される。

本発明の診断方法では、アラームのしきい値を３段階又
はそれ以上とすることも可能であるが、追加アラームの
設定入力が可能であるから、３段階パターンで十分な診
断積電が１町持される。

〈発明の効果ン 以上説明したように、本発明の診断方法によれば、 （１）グループ分（）により各グループ内で独立に異常
原因の診断が実行されるために、同時発生又は極めて近
接した連続発生の異常に対してその原因点の推定が可能
となる。

（２）異常パターの設定過程において、当初正常である
とした無効測定点に出会った場合に、その測定点に対し
て「異常ではないか？」とし、伝播してくる異常パター
ンを与え、仮定される回数をカウントアツプすることに
より、オペレータに対して異常パターンの強制的な追加
入力の機会が与えられるので、アラームのじき４定が不
適切であった場合でらこの処理により回復でき、新たな
グループ設定により再診断できるので、３段階設定を採
用した場合でも精度の高い故障原因の診断が可能であり
、従来方式による５段階設定の診断に比較して診断時間
を大幅に短縮Ｊることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が実施された分散形プロセス制御Ｉ
Ｉｌ装置のハードウェア禍成図、第２図はプラントの測
定点、非測定点をノードとする符号付き有向グラフの一
例、第３図は本発明方法によるグループ分けに罰する動
作説明図、第４図は本発明方法の４３号処理手順を示す
メインフローチセート図、第５図はりセットＦＪり込み
処理のフローチャート図、第６図はアラーム増加処理の
フローチャート図、第７図はアラーム増加処理のフロー
チャート図、第８図はアラーム反転処理のフローブーヤ
ード図、第９図は最終処理のフローチャート図、第１０
図乃至第１３図は符ｑ付き右向グラフによる故障診断の
ｒＪｌ明図である。 ３・・・マンマシンインターフェイス　　４・・・制御
ステーション　　５・・・バス　　６・・・故障診断装
置ゝ２．ノ （聞 ｌ′５′Ｘ ＼、−） 第ｂ［図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プロセスの複数の測定点並びに非測定点をノードとする
   符号付き有向グラフにより、上記測定点の正常、異常パ
   ターンデータに基づいて異常原因ノードを診断するプロ
   セスの異常原因診断方法において、 （ａ）異常を示さない無効測定点を除いて、異常を示す
   有効測定点をグループ分けすると共に、各グループ内の
   非測定点のパターンを符号付き有向グラフにしたがって
   有効測定点と仮定し、グループ内のすべての有効測定点
   に矛盾なく対応した点が存在する場合にはその点を異常
   原因と見なし、存在しない場合にはそのグループの診断
   は不能と判断する機能と、 （ｂ）異常を示さない無効測定点に出会つた場合には、
   その無効測定点に対応するパターンを仮定し、出会った
   回数をカウントアップすると共に、それ以上の異常伝潘
   を無視して仮定過程を中止する機能と、 （ｃ）グループ毎の診断が終了した時点で無効測定点を
   チェックし、もし２つ以上のグループから同じ異常パタ
   ーンが仮定されてる無効測定点が存在する場合には、関
   係するすべてのグループがこの無効測定点によって結ば
   れていると見なし、この測定点に対する異常パターンの
   設定入力をマンマシンインターフェイスを介してオペレ
   ータに問い合わせる機能と、 （ｄ）オペレータにより上記設定入力があった場合には
   、各関係グループを融合して新たなグループを作り、こ
   のグループ内で上記（ａ）の機能により再度異常原因の
   診断を実行すると共に、設定入力がない場合には多重故
   障として診断を続行する機能、 とよりなるプロセスの異常原因診断方法。