JP4480019B2 - Refinery monitoring system - Google Patents
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Description
本発明は、石油精製プラントの運転状態を診断する製油所監視システムに関し、特に、石油精製プラントのプロセスデータと音響及び振動データとを含む運転データから求められるマハラノビス距離を利用して、石油精製プラントの運転状態を診断する製油所監視システムに関する。 The present invention relates to a refinery monitoring system for diagnosing the operating state of an oil refinery plant, and in particular, using an Mahalanobis distance obtained from operation data including process data and acoustic and vibration data of the oil refinery plant, the oil refinery plant. The present invention relates to a refinery monitoring system for diagnosing the operating state of a plant.
一般に、石油精製プラントでは、蒸留塔、反応器、加熱炉、熱交換器、ポンプ、コンプレッサーといった多数の機器が使用されて石油精製が行われている。これらの機器には温度計、圧力計、流量計などが設置されており、これらの計器から得られるプロセスデータに基づいて、石油精製プロセスにおける流体(石油及びその精製物)の温度、圧力、流量などの自動制御がなされている。 Generally, in an oil refining plant, petroleum refining is performed using a number of equipment such as a distillation column, a reactor, a heating furnace, a heat exchanger, a pump, and a compressor. These devices are equipped with thermometers, pressure gauges, flow meters, etc. Based on the process data obtained from these instruments, the temperature, pressure, and flow rate of fluids (petroleum and its refined products) in the oil refining process Etc. are automatically controlled.
ところで、従来、機器の状態を自動で診断する手法として、ある時刻における機器の状態が、定常状態で構成される母集団からどの程度離れているかを表す距離指標を用い、当該機器の健全性を評価する手法が知られている(例えば、特許文献1,2参照。)。
By the way, conventionally, as a method for automatically diagnosing the state of a device, a distance index representing how far the state of the device at a certain time is from a population configured in a steady state is used to check the soundness of the device. Methods for evaluation are known (see, for example,
特許文献1に開示された診断方法は、診断対象の定常状態からマハラノビス空間を求めるステップと、診断しようとする対象から特徴量を抽出してマハラノビス距離(MD)を求めるステップと、予め設定した閾値とMDとを比較するステップと、MDが閾値よりも大きい場合に距離要素値を特定するステップと、特定した距離要素値に対応する特徴量を、基準データの特徴量の平均値で置換するステップと、置換した特徴量を用いて新たにMDを求めるステップとを含み、新たに求めたMDが閾値以下になるまで上記のステップを繰り返すものである。
The diagnosis method disclosed in
また、特許文献2に開示された診断装置は、診断対象機器から発生する音をマイクロホンにより検出してデジタル信号に変換し、マハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が判定基準値以内か否かで診断対象機器の健全性を診断するものである。
Further, the diagnostic device disclosed in
特許文献1に開示された診断方法、及び特許文献2に開示された診断装置は、いずれも距離指標としてマハラノビス距離を用いたものである。マハラノビス距離は下記の式(1)で与えられる。
距離指標に用いられる各種測定値は、通常、測定値毎にばらつき(分散)が異なり、母集団を構成する定常状態は偏った分布となる。定常状態の分布に偏りを持つ母集団との距離を求める上で、ユークリッド距離は単なる幾何学上の距離であるが、マハラノビス距離は、分散で正規化されることにより、その分布、即ち全ての測定値間の相関が考慮される。上述のように、石油精製プラントにおいては多数の機器が使用されており、これらの機器の状態を表す測定値も多岐にわたる。本発明者らは、石油精製プラントの運転状態を診断する上で、全ての測定値間の相関が考慮されるマハラノビス距離が特に有用であることを見出した。尚、石油精製プラントの運転状態の診断にマハラノビス距離が適用された事例は確認されていない。 Various measurement values used for the distance index usually vary (variance) for each measurement value, and the steady state constituting the population has a biased distribution. The Euclidean distance is just a geometrical distance in calculating the distance to the population that has a bias in the steady-state distribution, but the Mahalanobis distance is normalized by variance, that is, all distributions Correlation between measurements is taken into account. As described above, a large number of devices are used in an oil refinery plant, and there are various measured values representing the state of these devices. The inventors have found that the Mahalanobis distance, in which the correlation between all measured values is taken into account, is particularly useful in diagnosing the operating state of an oil refinery plant. In addition, there has been no confirmed case where the Mahalanobis distance was applied to the diagnosis of the operating state of an oil refinery plant.
しかしながら、マハラノビス距離を用いて機器の状態を診断する際には、上記特許文献1,2にも記載されているように、機器の状態が正常か否かを判定するための閾値を固定する必要がある。ここで、石油精製プラントにおいては、例えば処理量や油種が変化すことがあり、その石油精製プロセスは多様なものであるため、石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定するための閾値を固定することが難しい。換言すれば、石油精製プラントの運転状態の診断に単にマハラノビス距離を適用したのでは、例えば閾値より大きい値であっても実際には正常状態である場合や、その逆の場合が起こる可能性があり、診断の信頼性を十分に確保できない虞がある。
However, when diagnosing the state of a device using the Mahalanobis distance, it is necessary to fix a threshold for determining whether the state of the device is normal, as described in
また、従来なかった異常事象が発生した場合、今後の診断にその事象がフィードバックされるようなシステムも要望されている。 There is also a demand for a system in which an abnormal event that has not occurred conventionally is fed back to future diagnosis.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、石油精製プラントの運転状態を自動で且つ適正に診断することができる製油所監視システムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a refinery monitoring system capable of automatically and appropriately diagnosing the operating state of an oil refinery plant.
上記目的は、本発明に係る下記(1)〜(4)に記載の製油所監視システムにより達成される。 The object is achieved by the refinery monitoring system according to the present invention described in the following (1) to ( 4 ).
(1) 下記のステップ(a)〜(d)を備え、石油精製プラントの運転状態を診断することを特徴とする製油所監視システム。
(a)前記石油精製プラントの石油精製プロセスにおける流体のプロセスデータと、前記石油精製プラントの機器の音響及び振動データとを含む運転データを収集するデータ収集ステップ
(b)前記データ収集ステップで得られた運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるマハラノビス演算ステップ
(c)前記石油精製プラントの正常運転状態での前記運転データが蓄積された正常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるデータマイニングステップ
(d)前記マハラノビス演算ステップで求められたマハラノビス距離と前記データマイニングステップで求められたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して前記石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する運転状態判定ステップ
(1) A refinery monitoring system comprising the following steps (a) to (d) and diagnosing the operating state of an oil refinery plant.
(A) a data collection step for collecting operation data including fluid process data in the oil refinery process of the oil refinery plant and acoustic and vibration data of the equipment of the oil refinery plant; (b) obtained in the data collection step Mahalanobis calculation step for obtaining a Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the operation data and the acoustic and vibration data. (C) From the normal operation database in which the operation data in the normal operation state of the oil refinery plant is stored, A data mining step for extracting operation data similar to the operation data obtained in the data collection step and obtaining a Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the extracted operation data and the acoustic and vibration data. (D) The Mahalanobis calculation Mahalanobis requested in steps Operating state determination that calculates the difference between the separation and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step, and compares the difference with a preset threshold value to determine whether the operating state of the oil refinery plant is normal Step
(2) 前記運転状態判定ステップにおいて異常と判定された場合に、前記石油精製プラントの異常運転状態での前記運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象を通知する警報発令ステップをさらに備えたことを特徴とする上記(1)に記載の製油所監視システム。 (2) Collecting the data from the abnormal operation database in which the operation data in the abnormal operation state of the oil refinery plant and abnormal events related to the operation data are accumulated when it is determined as abnormal in the operation state determination step The refinery monitoring according to (1), further comprising an alarm issuing step for extracting operation data similar to the operation data obtained in the step and notifying an abnormal event related to the extracted operation data system.
(3) 下記のステップ(a)〜(e)を備え、石油精製プラントの運転状態を診断することを特徴とする製油所監視システム。
(a)前記石油精製プラントの石油精製プロセスにおける流体のプロセスデータと、前記石油精製プラントの機器の音響及び振動データとを含む運転データを収集するデータ収集ステップ
(b)前記データ収集ステップで得られた運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるマハラノビス演算ステップ
(c)前記石油精製プラントの正常運転状態での前記運転データが蓄積された正常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるデータマイニングステップ
(d)前記マハラノビス演算ステップで求められたマハラノビス距離と前記データマイニングステップで求められたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して前記石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する運転状態判定ステップ
(e)前記運転状態判定ステップにおいて異常と判定された場合に、前記石油精製プラントの異常運転状態での前記運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象及び下記の式で表される当該異常事象の発生する確度を通知する警報発令ステップ
確度[%]=100×(類似度の閾値−類似度)/類似度の閾値
(4) 前記運転状態判定ステップにおいて異常と判定された場合に、前記データ収集ステップで得られた運転データ、及び発生した異常事象が前記異常運転データベースに蓄積されることを特徴とする上記(2)または(3)に記載の製油所監視システム。
(3) A refinery monitoring system comprising the following steps (a) to (e) and diagnosing the operating state of an oil refinery plant.
(A) a data collection step for collecting operational data including fluid process data in the oil refinery process of the oil refinery plant and acoustic and vibration data of the equipment of the oil refinery plant;
(B) Mahalanobis calculation step for obtaining the Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the operation data obtained in the data collection step and the acoustic and vibration data.
(C) From the normal operation database in which the operation data in the normal operation state of the oil refinery plant is accumulated, operation data similar to the operation data obtained in the data collection step is extracted, and the extracted operation data Data mining step for obtaining Mahalanobis distance considering the correlation between process data and acoustic and vibration data
(D) calculating a difference between the Mahalanobis distance obtained in the Mahalanobis calculation step and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step, and comparing the difference with a preset threshold value to operate the oil refinery plant. Operation state determination step for determining whether the state is normal
(E) Collecting the data from the abnormal operation database in which the operation data in the abnormal operation state of the oil refinery plant and abnormal events related to the operation data are accumulated when it is determined as abnormal in the operation state determination step Alarm issuing step that extracts operation data similar to the operation data obtained in the step and notifies the abnormal event related to the extracted operation data and the probability of occurrence of the abnormal event represented by the following formula
Accuracy [%] = 100 × (similarity threshold−similarity) / similarity threshold ( 4 ) Driving data obtained in the data collection step when it is determined to be abnormal in the driving state determination step, and The refined monitoring system according to (2) or (3) above, wherein the abnormal events that have occurred are stored in the abnormal operation database.
本発明によれば、収集された石油精製プラントのプロセスデータと音響及び振動データとを含む運転データからマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離を利用してプラントの運転状態を診断する。これにより、多岐にわたるプラントの運転状態を精度良く診断することができる。
そして、マハラノビス距離では音響及び振動データとプロセスデータとの相関が考慮される。これにより、多岐にわたるデータを処理する必要がある石油精製プラントの運転状態の診断において、その診断の信頼性を十分に確保することができる。
さらに、収集された運転データから求められたマハラノビス距離と、正常運転データベースに蓄積された類似の運転データから求められたマハラノビス距離との差分を求め、この差分と閾値とを比較するので、プラントの運転状態が正常か否かの判定に用いられる閾値が固定されたとしても、診断の信頼性が低下する虞がなく、且つ多様な石油精製プロセスの実情を反映した診断ができる。
このように、本発明によれば、石油精製プラントの運転状態を自動で且つ適正に診断することができる。
According to the present invention, the Mahalanobis distance is obtained from the operation data including the collected oil refining plant process data and acoustic and vibration data, and the operation state of the plant is diagnosed using the Mahalanobis distance. Thereby, it is possible to accurately diagnose the operating states of various plants.
The Mahalanobis distance takes into account the correlation between the acoustic and vibration data and the process data. Thereby, in the diagnosis of the operation state of an oil refinery plant that needs to process a wide variety of data, the reliability of the diagnosis can be sufficiently ensured.
Furthermore, the difference between the Mahalanobis distance obtained from the collected operation data and the Mahalanobis distance obtained from similar operation data stored in the normal operation database is obtained, and the difference is compared with the threshold value. Even if the threshold value used for determining whether the operating state is normal or not is fixed, there is no possibility that the reliability of the diagnosis is lowered, and a diagnosis reflecting the actual situation of various oil refining processes can be performed.
Thus, according to the present invention, it is possible to automatically and appropriately diagnose the operating state of the oil refinery plant.
以下、本発明に係る製油所監視システムの一実施形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a refinery monitoring system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の製油所監視システムは、図1に示すように、石油精製プラントのプロセスデータと音響及び振動データとを含む運転データを収集するデータ収集ステップS1と、データ収集ステップS1で得られた運転データのマハラノビス距離を求めるマハラノビス演算ステップS2と、前記石油精製プラントの正常運転状態での前記運転データが蓄積された正常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのマハラノビス距離を求めるデータマイニングステップS3と、前記マハラノビス演算ステップで求められたマハラノビス距離と前記データマイニングステップで求められたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して前記石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する運転状態判定ステップS4と、を備える。 As shown in FIG. 1, the refinery monitoring system of the present embodiment is obtained in a data collection step S1 for collecting operation data including process data and acoustic and vibration data of an oil refinery plant, and the data collection step S1. Operation data similar to the operation data obtained in the data collection step from the Mahalanobis calculation step S2 for obtaining the Mahalanobis distance of the operation data and the normal operation database in which the operation data in the normal operation state of the oil refinery plant is accumulated. Data mining step S3 for obtaining the Mahalanobis distance of the extracted driving data, and calculating the difference between the Mahalanobis distance obtained in the Mahalanobis calculation step and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step, And the preset threshold value Comprises a driving state determination step S4 determines whether the normal the operating condition of the oil refining plant.
そして、本実施形態の製油所監視システムは、運転状態判定ステップS4において異常と判定された場合に、前記石油精製プラントの異常運転状態での運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベース4から、データ収集ステップS1で得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象を通知する警報発令ステップS5をさらに備える。
When the refinery monitoring system of this embodiment is determined to be abnormal in the operation state determination step S4, the operation data in the abnormal operation state of the oil refinery plant and the abnormal event related to the operation data are accumulated. The system further includes an alarm issuing step S5 for extracting operation data similar to the operation data obtained in the data collection step S1 from the
<データ収集ステップS1>
プロセスデータは、石油精製プラントに既設のDCS(Distribution Control System)1から得る。
<Data collection step S1>
The process data is obtained from a DCS (Distribution Control System) 1 already installed in the oil refinery plant.
DCSとは、1台の制御装置でプラント全体を制御するのではなく、いくつかの制御ループごとに制御装置をそれぞれ分散配置することによって、制御装置の故障に起因する全プラントの同時シャットダウンの危険を防止したプロセス制御システムであり、プラントの機器に設置されている温度計、圧力計、流量計、電力計などから得られるプロセスデータを収集・管理している。本発明におけるプロセスデータとしては、種々のものが活用できるが、中でも温度、圧力、流量、電力などが好適に用いられる。 DCS does not control the entire plant with a single control device, but distributes the control devices in several control loops, thereby causing the risk of simultaneous shutdown of all plants due to control device failure. Process control system that collects and manages process data obtained from thermometers, pressure gauges, flow meters, power meters, etc. installed in plant equipment. Various process data can be used as the process data in the present invention, and among them, temperature, pressure, flow rate, electric power and the like are preferably used.
音響及び振動データは、プラントの機器に設置されたセンサ2から得る。
Sound and vibration data are obtained from
音響による診断は、状態基準保全であり、音響が固体のみならず空中を伝播するという特性から、全体的、立体的、網羅的な診断を可能とする。この特徴は、少ないセンサで広い範囲・部位を診断対象とでき、局所的に精密な診断を行う前にその精密診断の必要性を客観的に判断することができるという点で、プラントの安定稼動と維持管理コストとのバランスを最適化するに寄与する。プラントの機器においては、例えばモーターやポンプ等の回転機器の軸受部など、動機械、静機械類から、異常の発生とともに可聴域(20Hz〜20kHz)及び超音波域(20kHz〜)に様々な音響が発生する。また、ミクロな破壊に際しては100kHzを超えるAE信号が発生することが知られている。このような音響を採取するセンサとしては、例えばパラボラ集音器を用いることができる。音響を採取する場合に、対象機器の音響が採取でき、且つ、他機器の音響を極力拾わないことが必要であり、パラボラ集音器は指向性を有するので音響を採取するセンサとして好適である。 Diagnosis by sound is state-based maintenance, and enables comprehensive, three-dimensional, and comprehensive diagnosis from the characteristic that sound propagates not only in solid but also in the air. This feature enables stable operation of the plant in that a wide range / site can be diagnosed with a small number of sensors, and the need for precise diagnosis can be objectively determined before making a precise diagnosis locally. Contributes to optimizing the balance between maintenance costs. In plant equipment, for example, bearings of rotating equipment such as motors and pumps, various dynamic sounds from the dynamic machinery and static machinery to the audible range (20 Hz to 20 kHz) and the ultrasonic range (20 kHz to) as abnormalities occur. Will occur. Further, it is known that an AE signal exceeding 100 kHz is generated upon microscopic destruction. For example, a parabolic sound collector can be used as a sensor for collecting such sound. When collecting sound, it is necessary to collect the sound of the target device and not to pick up the sound of other devices as much as possible, and the parabolic sound collector has directivity, so it is suitable as a sensor for collecting sound. .
また、振動による診断は、状態基準保全であり、センサの設置位置という局所的な測定により音響による診断に比べて精密な診断が可能となる。振動を採取するセンサとしては、圧電素子などを用いた接触式のものと、レーザードップラ式などの非接触式のものとがあるが、プラントの機器への大量設置、危険域(防爆)への設置となることを考慮し、1)センサ自体が信号を出力できる、2)動的な現象のみを測定できる、3)ダイナミックレンジが広い、4)堅牢な構造を作りやすい、5)周波数範囲が広い、6)2線システムで動作が可能、といった利点を備える圧電素子を用いた接触式のセンサを用いることが好ましい。 Diagnosis by vibration is state-based maintenance, and precise diagnosis is possible as compared with acoustic diagnosis by local measurement of the sensor installation position. There are two types of sensors that collect vibrations: contact type using a piezoelectric element and non-contact type such as laser Doppler type. In consideration of installation, 1) the sensor itself can output signals, 2) only dynamic phenomena can be measured, 3) wide dynamic range, 4) easy to make robust structures, 5) frequency range It is preferable to use a contact-type sensor using a piezoelectric element that has the advantage that it can be operated with a wide 6) two-wire system.
データ収集ステップS1にてプロセスデータと音響及び振動データとを含む運転データを本システムに取り込む周期は、1分から60分まで任意に選ぶことができる。 In the data collection step S1, the period for taking operation data including process data and sound and vibration data into the system can be arbitrarily selected from 1 minute to 60 minutes.
<マハラノビス演算ステップS2>
次いで、データ収集ステップS1にて収集された運転データのマハラノビス距離を求める。マハラノビス演算ステップS2においてマハラノビス距離は下記の式(2)により算出される。
Next, the Mahalanobis distance of the operation data collected in the data collection step S1 is obtained. In the Mahalanobis calculation step S2, the Mahalanobis distance is calculated by the following equation (2).
上記の式(2)を用いて算出されるマハラノビス距離D2を時系列に並べた場合の一例を図2に示す。図2に示すように、マハラノビス距離D2では、母集団に近い状態の場合は0に近い値を示し、母集団から遠い状態の場合は大きな値を示す。このため、状態の変化をセンシティブに表現することが可能である。 An example of when arranged in time series the Mahalanobis distance D 2 calculated using the above equation (2) shown in FIG. As shown in FIG. 2, the Mahalanobis distance D 2, in the case of a state close to the population showed a value close to 0, in the case of distant state from the population a larger value. For this reason, it is possible to express the change of a state sensitively.
<データマイニングステップS3>
マハラノビス演算ステップS2に並行して、プラントの正常運転状態での運転データが蓄積された正常運転データベース3から、データ収集ステップS1で得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのマハラノビス距離を求める。
<Data mining step S3>
In parallel with the Mahalanobis calculation step S2, the operation data similar to the operation data obtained in the data collection step S1 is extracted from the
正常運転データベース3には、例えばプラントが正常に運転されていた際の運転データを1年以上、1時間平均データとして保存しておく。正常運転データベース3に蓄積された正常運転状態での運転データが多いほど、様々な運転状態に対しても適正な診断が可能となる。
In the
データマイニングステップS3において、抽出された運転データのマハラノビス距離は、上記の式(2)を用いてその都度算出してもよいが、モデリングにより、入力としての運転データと出力としてのマハラノビス距離との間の関数を作成し、任意の入力から出力を推定するようにしてもよい。このようなモデリングを行う手法のうち、特に、運転データとマハラノビス距離とのように、入力と出力とが非線型の場合にも適用できるものには、ニューラルネットワーク、GMDH(Group Method of Data Handling)、PLS(Partial least squares regression)、TCBM(Topological Case Base Modeling)などが挙げられる。 In the data mining step S3, the Mahalanobis distance of the extracted driving data may be calculated each time using the above equation (2), but by modeling, the driving data as input and the Mahalanobis distance as output are calculated. It is also possible to create an inter-function and estimate the output from any input. Among such modeling methods, neural networks, GMDH (Group Method of Data Handling) are particularly applicable to non-linear inputs and outputs such as driving data and Mahalanobis distance. PLS (Partial least squares regression), TCBM (Topological Case Base Modeling), and the like.
<運転状態判定ステップS4>
次いで、マハラノビス演算ステップS2で求めたマハラノビス距離とデータマイニングステップS3で求めたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する。
<Operation state determination step S4>
Next, a difference between the Mahalanobis distance obtained in the Mahalanobis calculation step S2 and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step S3 is calculated, and the difference is compared with a preset threshold value to determine whether the operation state of the oil refinery plant is normal. Determine whether or not.
データ収集ステップS1で運転データが収集された時点でのプラントの運転状態が正常ならば、マハラノビス演算ステップS2で求めたマハラノビス距離とデータマイニングステップS3で求めたマハラノビス距離との間には差は見られず、或いは僅かであるが、正常でない場合、両者の間には偏差が発生する。よって、両者の差分に、適切な閾値(固定値)を設定することにより、プラントの運転状態が正常か否かが判定できる。閾値は、例えば、50程度の値を設定することが好ましい。 If the operation state of the plant is normal when the operation data is collected in the data collection step S1, there is no difference between the Mahalanobis distance obtained in the Mahalanobis calculation step S2 and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step S3. If not normal or slight, but not normal, a deviation occurs between the two. Therefore, by setting an appropriate threshold value (fixed value) for the difference between the two, it can be determined whether or not the operation state of the plant is normal. For example, a value of about 50 is preferably set as the threshold value.
<警報発令ステップS5>
運転状態判定ステップS4において異常と判定された場合に、石油精製プラントの異常運転状態での運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベース4から、データ収集ステップS1で得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象を通知する。
<Alarm announcement step S5>
When it is determined that there is an abnormality in the operation state determination step S4, it is obtained in the data collection step S1 from the
異常運転データベース4には、プラントに異常が確認された際の運転データ、及びその際の異常事象が蓄積されている。異常運転データベース4に蓄積された異常運転状態での運転データ及び異常事象が多いほど、様々な運転状態に対しても異常事象の適正な予測が可能となる。
The
本実施形態の製油所監視システムにおいては、抽出された運転データに係わる異常事象を、その異常事象が発生する可能性を表す確度とあわせて通知する。確度は下記の式(3)から算出する。
通知手段は特に限定されないが、例えばモニタ上に表示して通知する。 The notification means is not particularly limited, and for example, notification is displayed on a monitor.
本実施形態の製油所監視システムにおいては、運転状態判定ステップS4において異常と判定された場合に、データ収集ステップS1で得られた運転データ、及び発生した異常事象が異常運転データベース4に蓄積される。これにより様々な事象が蓄積され、高い精度で異常事象を予測することが可能となる。
In the refinery monitoring system of the present embodiment, the operation data obtained in the data collection step S1 and the abnormal event that has occurred are accumulated in the
以上説明したように、本実施形態の製油所監視システムによれば、収集された石油精製プラントのプロセスデータと音響及び振動データとを含む運転データからマハラノビス距離を求め、このマハラノビス距離を利用してプラントの運転状態を診断する。これにより、多岐にわたるプラントの運転状態を精度良く診断することができる。
そして、マハラノビス距離では音響及び振動データとプロセスデータとの相関が考慮される。これにより、多岐にわたるデータを処理する必要がある石油精製プラントの運転状態の診断において、その診断の信頼性を十分に確保することができる。
さらに、収集された運転データから求められたマハラノビス距離と、正常運転データベース3に蓄積された類似の運転データから求められたマハラノビス距離との差分を求め、この差分と閾値とを比較するので、プラントの運転状態が正常か否かの判定に用いられる閾値が固定されたとしても、診断の信頼性が低下する虞がなく、且つ多様な石油精製プロセスの実情を反映した診断ができる。
さらに、プラントの運転状態が異常と判定された場合に、収集された運転データ、及び発生した異常事象を異常運転データベース4に蓄積するので、今後の診断にその事象をフィードバックすることができ、様々な運転状態に対しても異常事象の適正な予測ができる。
As described above, according to the refinery monitoring system of the present embodiment, the Mahalanobis distance is obtained from the operation data including the collected process data and the acoustic and vibration data of the oil refinery plant, and the Mahalanobis distance is used. Diagnose plant operating conditions. Thereby, it is possible to accurately diagnose the operating states of various plants.
The Mahalanobis distance takes into account the correlation between the acoustic and vibration data and the process data. Thereby, in the diagnosis of the operation state of an oil refinery plant that needs to process a wide variety of data, the reliability of the diagnosis can be sufficiently ensured.
Further, since the difference between the Mahalanobis distance obtained from the collected operation data and the Mahalanobis distance obtained from similar operation data stored in the
Furthermore, when the operation state of the plant is determined to be abnormal, the collected operation data and the abnormal events that have occurred are stored in the
本発明の実施例として、石油精製プラントの中でも直接脱硫装置へ適用した例を説明する。 As an embodiment of the present invention, an example applied directly to a desulfurization apparatus in an oil refinery plant will be described.
図4に示すように、直接脱硫装置5のメイクアップコンプレッサ6、リサイクルコンプレッサ7、高圧ポンプ8、熱油ポンプ9に複数のセンサ2を設置した。
As shown in FIG. 4, a plurality of
本実施例においては、以下の手順1〜5により、直流脱硫装置5を監視する。
In the present embodiment, the DC desulfurization apparatus 5 is monitored by the following
手順1.DCS1及び複数のセンサ2から1分間隔で運転データを収集する。
手順2.手順1にて収集した運転データから上記の式(2)を用いて、当該運転データのマハラノビス距離M1を算出する。
手順3.市販のデータマイニングソフトを用い、プラントの正常運転状態での運転データが蓄積された正常運転データベース3から、収集した運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのマハラノビス距離M2を求める。
手順4.手順2にて求めたマハラノビス距離M1と、手順3にて求めたマハラノビス距離M2との差分を算出し、差分と閾値とを比較する。
手順5.手順4において差分が閾値よりも大きい場合に、プラントの異常運転状態での運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベース4から、手順1にて収集した運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象をモニタ上に表示して警報を発報する。
Procedure 5. When the difference is larger than the threshold value in the
そして、異常発生時のモデルとして、所定時間経過後は音響データに異常なデータを入力する。結果を図5に示す。図5に示すように、音響データに異常なデータが入力される以前(正常時)には手順2,3で求められる2つのマハラノビス距離M1,M2はほぼ一致しているが、音響データに異常なデータが入力された後には両者が大きく乖離していることが分かる。
Then, as a model at the time of occurrence of abnormality, abnormal data is input to the acoustic data after a predetermined time has elapsed. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 5, the two Mahalanobis distances M1 and M2 obtained in
音響データに異常なデータが入力された後には、図6に示すように、手順5によってモニタ上に過去の事例から現在の状態の危険度(即ち、過去に発生した異常事象が発生する確度)が数値化して表示され、プラントの運転状態が把握できる。 After the abnormal data is input to the acoustic data, as shown in FIG. 6, the risk of the current state from the past case on the monitor by the procedure 5 (that is, the probability that the abnormal event that occurred in the past will occur) on the monitor. Is displayed as a numerical value, and the operation state of the plant can be grasped.
1 DCS
2 センサ
3 正常運転データベース
4 異常運転データベース
S1 データ収集ステップ
S2 マハラノビス演算ステップ
S3 データマイニングステップ
S4 運転状態判定ステップ
S5 警報発令ステップ
1 DCS
2
Claims (4)
(a)前記石油精製プラントの石油精製プロセスにおける流体のプロセスデータと、前記石油精製プラントの機器の音響及び振動データとを含む運転データを収集するデータ収集ステップ
(b)前記データ収集ステップで得られた運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるマハラノビス演算ステップ
(c)前記石油精製プラントの正常運転状態での前記運転データが蓄積された正常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるデータマイニングステップ
(d)前記マハラノビス演算ステップで求められたマハラノビス距離と前記データマイニングステップで求められたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して前記石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する運転状態判定ステップ A refinery monitoring system comprising the following steps (a) to (d) and diagnosing the operating state of an oil refinery plant.
(A) a data collection step for collecting operation data including fluid process data in the oil refinery process of the oil refinery plant and acoustic and vibration data of the equipment of the oil refinery plant; (b) obtained in the data collection step Mahalanobis calculation step for obtaining a Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the operation data and the acoustic and vibration data. (C) From the normal operation database in which the operation data in the normal operation state of the oil refinery plant is stored, A data mining step for extracting operation data similar to the operation data obtained in the data collection step and obtaining a Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the extracted operation data and the acoustic and vibration data. (D) The Mahalanobis calculation Mahalanobis requested in steps Operating state determination that calculates the difference between the separation and the Mahalanobis distance obtained in the data mining step, and compares the difference with a preset threshold value to determine whether the operating state of the oil refinery plant is normal Step
(a)前記石油精製プラントの石油精製プロセスにおける流体のプロセスデータと、前記石油精製プラントの機器の音響及び振動データとを含む運転データを収集するデータ収集ステップ (A) a data collection step for collecting operational data including fluid process data in the oil refinery process of the oil refinery plant and acoustic and vibration data of the equipment of the oil refinery plant;
(b)前記データ収集ステップで得られた運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるマハラノビス演算ステップ (B) Mahalanobis calculation step for obtaining the Mahalanobis distance in consideration of the correlation between the process data of the operation data obtained in the data collection step and the acoustic and vibration data.
(c)前記石油精製プラントの正常運転状態での前記運転データが蓄積された正常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データのプロセスデータと音響及び振動データとの相関を考慮したマハラノビス距離を求めるデータマイニングステップ (C) From the normal operation database in which the operation data in the normal operation state of the oil refinery plant is accumulated, operation data similar to the operation data obtained in the data collection step is extracted, and the extracted operation data Data mining step to obtain Mahalanobis distance considering the correlation between process data and acoustic and vibration data
(d)前記マハラノビス演算ステップで求められたマハラノビス距離と前記データマイニングステップで求められたマハラノビス距離との差分を算出し、当該差分と予め設定された閾値とを比較して前記石油精製プラントの運転状態が正常か否かを判定する運転状態判定ステップ (D) calculating the difference between the Mahalanobis distance determined in the Mahalanobis calculation step and the Mahalanobis distance determined in the data mining step, and comparing the difference with a preset threshold value to operate the oil refinery plant Operation state determination step for determining whether the state is normal
(e)前記運転状態判定ステップにおいて異常と判定された場合に、前記石油精製プラントの異常運転状態での前記運転データ及び当該運転データに係わる異常事象が蓄積された異常運転データベースから、前記データ収集ステップで得られた運転データと類似の運転データを抽出し、抽出された運転データに係わる異常事象及び下記の式で表される当該異常事象の発生する確度を通知する警報発令ステップ (E) Collecting the data from the abnormal operation database in which the operation data in the abnormal operation state of the oil refinery plant and abnormal events related to the operation data are accumulated when it is determined as abnormal in the operation state determination step Alarm issuing step that extracts operation data similar to the operation data obtained in the step and notifies the abnormal event related to the extracted operation data and the probability of occurrence of the abnormal event represented by the following formula
確度[%]=100×(類似度の閾値−類似度)/類似度の閾値 Accuracy [%] = 100 × (similarity threshold−similarity) / similarity threshold
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