JP7528046B2 - Anomaly detection device and anomaly detection method - Google Patents
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Description
本発明は、設備の異常兆候を検出する異常検知装置および異常検知方法に関する。 The present invention relates to an anomaly detection device and an anomaly detection method for detecting abnormal signs in equipment.
プラントやオフィスビルなどに設置される設備の信頼性向上やダウンタイム低減、ランニングコスト低減を図る上で、設備の動作異常兆候を早期に検出することが重要である。設備の稼働状態は、センサで取得された温度・圧力・振動などの監視用データについて、設計値や経験に基づく閾値を設定して管理されている。例えば、特許文献1に記載の状態監視システムは、装置を構成する機械要素の状態を監視する状態監視システムであって、前記機械要素の状態を検出するためのセンサと、前記機械要素の異常を診断するための処理装置とを備え、前記処理装置は、前記センサの検出信号から複数の特徴量を算出し、算出した前記複数の特徴量から、経時的な傾向が互いに独立する少なくとも1つの特徴量を有効な特徴量として抽出し、抽出した前記有効な特徴量に基づいて前記機械要素の異常を診断する。
Early detection of abnormal operation signs in equipment installed in plants, office buildings, etc. is important for improving reliability, reducing downtime, and reducing running costs. The operating state of the equipment is managed by setting design values and thresholds based on experience for monitoring data such as temperature, pressure, and vibration acquired by sensors. For example, the condition monitoring system described in
特許文献1に記載の状態監視システムは、特徴量の平均値や標準偏差などの統計量に基づいて閾値を設定し、特徴量が閾値を超えたときに異常と判定している。しかしながら、設備の挙動は、処理負荷や環境(例えば気象条件)などにより変化するため、特許文献1のような過去の統計量に基づく閾値による管理では、設備動作の異常兆候を早期に検知することが困難な場合がある。また、設備機器ごとに稼働状態の推定モデルを作成して異常判定する手法もあるが、推定モデル作成に工数を要するという問題がある。
The condition monitoring system described in
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、設備の異常兆候を効率よく抽出することを可能とする異常検知装置および異常検知方法を提供することを課題とする。 The present invention was made in light of this background, and aims to provide an anomaly detection device and an anomaly detection method that enable efficient extraction of abnormal signs in equipment.
上記した課題を解決するため本発明に係る異常検知装置は、設備の異常を検出する期間である解析対象期間より以前の期間である学習期間における時系列データである当該設備の状態量に係る統計量を基に、前記解析対象期間における当該設備の状態量の異常度合いを示す異常兆候指標を算出する異常兆候指標算出部と、前記異常兆候指標と、前記異常兆候指標の変動要因となる変動要因候補との相関係数を算出する相関解析部とを備え、前記設備は、熱源システムであり、前記変動要因候補は、外気温度および冷熱負荷の何れかである。 In order to solve the above-mentioned problems, the anomaly detection device of the present invention includes an abnormality sign index calculation unit that calculates an abnormality sign index that indicates the degree of abnormality of a state quantity of equipment during an analysis period based on statistics related to the state quantity of the equipment, which is time-series data during a learning period that is a period prior to an analysis period in which abnormalities in the equipment are detected, and a correlation analysis unit that calculates a correlation coefficient between the abnormality sign index and a candidate fluctuation factor that is a factor causing fluctuations in the abnormality sign index , wherein the equipment is a heat source system, and the candidate fluctuation factor is either an outside air temperature or a cooling load .
本発明によれば、設備の異常兆候を効率よく抽出することを可能とする異常検知装置および異常検知方法を提供することができる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 The present invention provides an anomaly detection device and an anomaly detection method that enable efficient extraction of abnormal symptoms in equipment. Problems, configurations, and effects other than those described above will become clear from the description of the embodiments below.
≪異常検知装置:概要≫
以下に、本発明を実施するための形態(実施形態)における異常検知装置について説明する。異常検知装置は、設備に設置されたセンサが測定した設備の状態量から算出される特徴量に基づいて平均値からの乖離を示す異常兆候指標を算出して可視化する。特徴量は、例えば状態量の移動平均や移動標準偏差である。また、異常検知装置は、異常兆候指標と変動要因との相関係数を算出して可視化する。変動要因(変動要因候補)としては、例えば、時間や外気温度、冷熱負荷がある。
<Anomaly detection device: Overview>
An anomaly detection device in a form (embodiment) for carrying out the present invention will be described below. The anomaly detection device calculates and visualizes an anomaly sign index indicating deviation from an average value based on a feature amount calculated from a state amount of equipment measured by a sensor installed in the equipment. The feature amount is, for example, a moving average or moving standard deviation of the state amount. The anomaly detection device also calculates and visualizes a correlation coefficient between the anomaly sign index and a fluctuation factor. The fluctuation factors (candidate fluctuation factors) are, for example, time, outside air temperature, and cooling/heating load.
異常兆候指標を見ることで設備の管理者(操作者)は、異常の兆候を把握することができる。また変動要因との相関度を見ることで管理者は、時間変化、季節変化、負荷変化との連動を把握でき、異常の要因を解明する手掛かりを得ることができる。結果として管理者は、時間・季節・負荷変化を考慮した異常発生の可能性を把握することができるようになる。 By looking at the abnormality sign indicators, the equipment manager (operator) can grasp signs of abnormality. In addition, by looking at the degree of correlation with variable factors, the manager can grasp the link with time changes, seasonal changes, and load changes, and obtain clues to clarify the cause of the abnormality. As a result, the manager will be able to grasp the possibility of an abnormality occurring, taking into account time, season, and load changes.
≪熱源システムの全体構成≫
図1は、本実施形態に係る異常検知装置100(後記する図2参照)の監視対象となる熱源システム200の全体構成図である。熱源システム200は、第1系統の冷却塔211と冷凍機221、第2系統の冷却塔212と冷凍機222、および第3系統の冷却塔213と冷凍機223を備える。熱源システム200は、配管および冷水往ヘッダ232を通じて冷熱負荷233(外調機、ファンコイルユニットなど)に冷水を送り、配管および冷水還ヘッダ231を通じて還流された冷水を冷やす。3つの系統は同時に稼働するとは限らず、稼働している外調機やファンコイルユニットが少なく負荷が小さい場合には、1つの系統のみが稼働する。
<Overall configuration of heat source system>
1 is an overall configuration diagram of a
熱源システム200には、稼働状態を監視するために冷水の温度や流量、冷却塔211,212,213や冷凍機221,222,223の消費電力などを計測するためのセンサが設置されている。図1では、円で囲われたTが温度センサ、円で囲われたFが流量センサ、円で囲われたWが電力センサを示している。なお、円で囲われた△/▽はポンプを示し、ポンプにも電力センサが設置されている。これらのセンサは、所定のタイミング、例えば定期的に計測結果を異常検知装置100に送信する。
The
≪異常検知装置:全体構成≫
図2は、本実施形態に係る異常検知装置100の機能ブロック図である。異常検知装置100はコンピュータであり、制御部110、記憶部120、および入出力部190を備える。入出力部190には、ディスプレイやキーボード、マウスなどのユーザインターフェイス機器が接続される。また、入出力部190が通信デバイスを備え、熱源システム200に設置されたセンサを含む他の機器とのデータ送受信が可能である。また入出力部190にメディアドライブが接続され、記録媒体を用いたデータのやり取りが可能であってもよい。
<Anomaly detection device: Overall configuration>
2 is a functional block diagram of the
≪異常検知装置:記憶部≫
記憶部120は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、SSD(Solid State Drive)などの記憶機器を含んで構成される。記憶部120には、状態量データベース130、除外期間データベース140、状態量属性データベース150、異常兆候指標データベース160、異常兆候指標上限値データベース121、異常兆候サマリデータベース170、およびプログラム128が記憶される。プログラム128には、後記する図16に示す異常兆候解析処理の記述が含まれる。
<Anomaly detection device: memory unit>
The
図3は、本実施形態に係る状態量データベース130のデータ構成図である。状態量データベース130には、熱源システム200の状態量(監視データ)として、センサの計測値が計測日時(取得日時)とともに格納される。計測値としては、主機である冷凍機221,222,223の消費電力、冷水還温度、冷水往温度、冷却水還温度、冷却水往温度、冷水流量、冷却水流量、冷熱負荷、COP(成績係数、エネルギー消費効率)などがある。他の計測値としては、補機である冷水ポンプ、冷却水ポンプおよび冷却塔211,212,213の電力や周波数などがある。計測値は、例えば1時間周期の時系列データである。また、熱源システム200そのものの計測値ではないが、変動要因である外気温度も状態量データベース130に記憶される。
Figure 3 is a data configuration diagram of the
図4は、本実施形態に係る除外期間データベース140のデータ構成図である。除外期間データベース140には、異常兆候指標の算出時に除外される期間(除外期間)について、除外理由、開始日時、および終了日時が、識別情報(図4ではIDと記載)とともに格納される。除外理由としては、通常運転時とは異なる過度的な挙動を示す設備の起動シーケンスや停止シーケンス、保守などがある。
Figure 4 is a data configuration diagram of the
図5は、本実施形態に係る状態量属性データベース150のデータ構成図である。状態量属性データベース150は、熱源システム200の状態量(監視データ)に係る情報として名称、設備分類、系統番号、機器分類、機器種類、物理量種類、相関算出などが関連付けられて記憶される。
名称としては「冷凍機1:消費電力」や「冷凍機1:冷水往温度」などがある。
設備分類としては「熱源システム」や「空調システム」などがある。
5 is a data configuration diagram of the state
Names include "Refrigeration unit 1: power consumption" and "Refrigeration unit 1: chilled water supply temperature."
Equipment classifications include "heat source systems" and "air conditioning systems."
機器分類としては「主機」や「補機」がある。
機器種類としては「冷凍機」や「冷水ポンプ」、「冷却水ポンプ」などがある。
物理量種類としては「電力」や「熱量」、「温度」、「流量」などがある。
相関算出は、「Y」または「N」であって、変動要因である時間、外気温度、および冷熱負荷との相関係数を算出するか否かを指定する。
Equipment classifications include "main engine" and "auxiliary engine."
Equipment types include "refrigeration units,""chilled water pumps," and "cooling water pumps."
Physical quantity types include "electricity,""heat,""temperature," and "flow rate."
The correlation calculation is "Y" or "N" and specifies whether or not to calculate the correlation coefficient with the fluctuation factors of time, outside temperature, and cooling load.
図6は、本実施形態に係る異常兆候指標データベース160のデータ構成図である。異常兆候指標データベース160は、状態量データベース130(図3参照)に記憶されるデータの異常兆候指標が算出されて格納される。異常兆候指標データベース160のデータ構成は、状態量データベース130のデータ構成と同様である。
異常兆候指標上限値データベース121には、異常兆候指標が異常であるか否かの判定基準となる上限値が、異常兆候指標の項目と関連付けられて記憶される。
6 is a data configuration diagram of the abnormal
The abnormal sign index upper limit database 121 stores an upper limit value that is a criterion for determining whether an abnormal sign index is abnormal or not, in association with the item of the abnormal sign index.
図7は、本実施形態に係る異常兆候サマリデータベース170のデータ構成図である。異常兆候サマリデータベース170には、異常兆候指標データベース160にある異常兆候指標のなかで、異常兆候指標上限値データベース121にある上限値を超えた異常兆候指標に係る情報が格納される。詳しくは異常兆候サマリデータベース170には、名称、設備分類、系統番号、機器分類、機器種類、物理量種類、異常兆候指標のレコード数、上限を超過したレコード数、異常兆候指標の最大値、異常兆候指標の平均値、および変動要因(時間・冷熱負荷・外気温度)との相関係数が格納される。
FIG. 7 is a data configuration diagram of the abnormal
≪異常検知装置:制御部≫
図2に戻って異常検知装置100の制御部110の構成を説明する。制御部110は、CPU(Central Processing Unit)を含んで構成され、状態量取得部111、指定期間除外部112、運転状態判断部113、特徴量算出部114、異常兆候指標算出部115、相関解析部116、および解析結果表示部117が備わる。
状態量取得部111は、熱源システム200(図1参照)に設置されたセンサから温度や流量、消費電力の計測結果(監視データ、状態量)を取得して状態量データベース130に格納する。状態量取得部111は、所定のタイミング、例えば1時間周期で計測結果を取得する。
<Anomaly detection device: control unit>
2 , a description will be given of the configuration of the
The state
指定期間除外部112は、状態量データベース130にある状態量を解析するにあたり、除外期間データベース140にある期間の状態量を除外する。
運転状態判断部113は、指定期間除外部112が除外しなかった期間の状態量を稼働期間と非稼働期間とに分割する。詳しくは、運転状態判断部113は状態量属性データベース150(図5参照)を参照して系統ごとに主機である冷凍機221,222,223の消費電力に基づいて稼働状態を判定する。例えば運転状態判断部113は、消費電力が所定値以上である場合には稼働状態であると判定し、当該所定値未満の場合には非稼働状態と判定する。当該所定値は冷凍機221,222,223ごとに設定される値である。また運転状態判断部113は、系統ごとに主機に対応する補機(冷水ポンプ、冷却水ポンプ、冷却塔)について、主機の稼働状態に従って補機の稼働状態を判定する。設備は稼働状態により異なる挙動を示すため、稼働状態別に状態量を解析することで、高精度に異常兆候を検知することができる。
The specified
The operation
特徴量算出部114は、状態量(監視データ)から特徴量を算出する。特徴量としては、時系列データである状態量そのものの他に、状態量の所定期間(例えば1日)における移動平均や移動標準偏差がある。移動標準偏差とは、状態量の移動平均の第2所定期間における標準偏差であり、第2所定期間における移動平均のばらつき具合を示す。
The
異常兆候指標算出部115は、異常兆候指標を算出して異常兆候指標データベース160(図6参照)に格納する。詳しくは、異常兆候指標算出部115はデータ項目(状態量の項目)ごとに、特徴量算出部114が算出した特徴量の平均値μと標準偏差σとを算出し、((特徴量-μ)/σ)2を異常兆候指標として算出する。ここで平均値μは、学習期間および全系統(熱源システム200では3系統)に亘る平均である。なお異常兆候指標算出部115は、データ項目および稼働状態ごとに異常兆候指標を算出してもよい。
The abnormal sign
学習期間とは、異常兆候指標の算出における基準となる平均値μを求める期間であり、例えば状態量データベース130に蓄積されている状態量の期間、または1年、2年といった期間である。解析対象期間とは、学習期間後の期間であって、異常兆候指標を算出して熱源システム200を監視する期間である。既定の解析対象期間は、学習期間以降である。学習期間および解析対象期間は、除外期間を含まない。
The learning period is the period for finding the average value μ that serves as the reference for calculating the abnormality sign index, and is, for example, the period of state quantities stored in the
異常兆候指標算出部115は、異常兆候指標上限値データベース121にある上限値以上の異常兆候指標を含む異常兆候指標の項目(状態量の項目、データ項目)を抽出して、異常兆候サマリデータベース170(図7参照)に格納する。詳しくは、異常兆候指標算出部115は当該異常兆候指標の算出元である状態量の項目の名称や系統番号などを異常兆候サマリデータベース170の「状態量属性」の欄に格納する。異常兆候指標算出部115は、解析対象期間のレコード数(データ数)や上限を超過したレコード数、異常兆候指標の最大値、平均値を「異常兆候指標」の欄に格納する。以下、図8~図14を参照しながら、状態量および異常兆候指標を説明する。
The abnormal sign
図8は、本実施形態に係る冷凍機221の冷熱負荷(図3記載の「冷凍機1」の「冷熱負荷」を参照)を示すグラフ310である。グラフ310は3日間のデータを示していて、夜間(21時から翌日7時まで)は冷凍機221が停止しており、冷熱負荷はほぼ0である。なお、図8~図11に示す冷熱負荷や温度、電力の移動平均のグラフ310,320,330,340は移動平均のグラフであり、移動平均との記載を省略して説明する。例えば、「外気温度」とは外気温度の移動平均のことである。
Figure 8 is a
図9は、本実施形態に係る冷凍機221の冷水往温度の移動平均(●でプロット)、冷却水還温度の移動平均(〇でプロット)、および外気温度の移動平均(▲でプロット)を示すグラフ320である。外気温度は、設備の状態量ではないが参考のために記載している。夜間には冷水往温度および冷却水還温度が、外気温度に近づいている(成り行きで推移している)ことがわかる。昼間の冷水往温度については、ほぼ一定で設定したとおりになっている。一方、冷却水還温度は昼過ぎ(12時から15時)頃の高く、外気温度の影響を受けていると見られる。
Figure 9 is a
図10は、本実施形態に係る冷凍機221の消費電力を示すグラフ330である。グラフ310(図8参照)と同様に夜間(21時から翌日7時まで)は冷凍機221が停止しており、消費電力はほぼ0である。
Figure 10 is a
図11は、本実施形態に係る冷水ポンプの消費電力(●でプロット)、冷却水ポンプの消費電力(〇でプロット)、および冷却塔211の消費電力(▲でプロット)を示すグラフ340である。一部(3日目の21時~24時の冷水ポンプの消費電力(●でプロット)参照)を除いて夜間は消費電力が少なくなっており、冷水ポンプや冷却水ポンプ、冷却塔は稼働していない。
Figure 11 is a
図12は、本実施形態に係る冷凍機221の系統の異常兆候指標を示すグラフ350である。冷凍機221の系統の異常兆候指標とは、冷凍機221の冷却水往温度、冷凍機221の冷却水還温度、冷凍機221の消費電力、冷凍機221の冷水ポンプの消費電力、冷凍機221の冷却水ポンプの消費電力、および冷凍機221の冷却塔の消費電力それぞれについての移動平均を特徴量とする異常兆候指標の最大値である。冷凍機221の系統に係る他の状態量があれば、当該他の状態量の移動平均を特徴量とする異常兆候指標を含めた異常兆候指標の最大値であってもよい。
Figure 12 is a
点線で囲われた領域351にある異常兆候指標は、高い値を示しているが、点検保守直後の値であり異常ではない。このような異常ではない高い異常兆候指標を除くため、指定期間除外部112は、除外期間データベース140(図4参照)に格納される期間の状態量を、解析対象から除く。
The abnormality symptom index in the
図13は、本実施形態に係る稼働時における冷凍機221の系統の異常兆候指標を示すグラフ360である。点線で囲われた領域361にある異常兆候指標は、高い値を示している。同じ時間帯の冷凍機221の冷水往温度(グラフ320(図9参照)の●)が上昇しており、空調システムの給気温度が上昇した可能性がある。
Figure 13 is a
図14は、本実施形態に係る非稼働時における冷凍機221の系統の異常兆候指標を示すグラフ370である。点線で囲われた領域371にある異常兆候指標は、高い値を示している。同じ時間帯の冷水ポンプの消費電力(グラフ340(図11参照)●)が上昇している。夜間で通常は非稼働でありながら、冷水ポンプが稼働しており、電力が損失している可能性がある。
このように異常兆候指標を算出することで、特徴量(図8~図11記載のグラフ310,320,330,340)だけでは捉えにくい熱源システム200の異常の可能性を把握できるようになる。
14 is a
By calculating the abnormality sign index in this manner, it becomes possible to grasp the possibility of an abnormality in the
図2に戻って制御部110の説明を続ける。相関解析部116は、状態量属性データベース150(図5参照)の「相関演算」が「Y」である状態量(データ項目)について、異常兆候指標と変動要因(時間、外気温度、冷熱負荷など)との相関係数を算出する。
時間との相関係数(例えばピアソンの積率相関係数)を算出することで、状態量項目の変化傾向(増加傾向/変化なし/減少傾向)が得られる。外気温度との相関係数を算出することで、状態量項目の季節性や気温との関連が得られる。また、冷熱負荷との相関係数を算出することで、状態量項目の負荷連動性が得られる。変動要因との相関度を見ることで管理者は、時間変化、季節変化、負荷変化との連動を把握でき、異常の要因を解明する手掛かりを得ることができる。
Returning to Fig. 2, the explanation of the
By calculating the correlation coefficient with time (for example, Pearson's product-moment correlation coefficient), the change trend of the status quantity item (tendency to increase/no change/tendency to decrease) can be obtained. By calculating the correlation coefficient with outside temperature, the seasonality of the status quantity item and its relationship with air temperature can be obtained. In addition, by calculating the correlation coefficient with cooling and heating load, the load linkage of the status quantity item can be obtained. By looking at the degree of correlation with fluctuation factors, managers can understand the linkage with time changes, seasonal changes, and load changes, and can obtain clues to clarify the cause of the abnormality.
解析結果表示部117は、解析結果表示画面400(後記する図15参照)を、入出力部190に接続されたディスプレイに表示する。図15は、本実施形態に係る解析結果表示画面400の画面構成図である。
最大異常兆候指標表示領域410には、解析対象期間に含まれる解析結果表示期間における異常兆候指標の最大値がグラフとして表示される。既定の解析結果表示期間は、例えば直近3カ月である。ハッチングされている期間は、異常兆候指標の最大値が所定の閾値を超えた期間を示している。
The analysis
The maximum abnormality sign index display area 410 displays the maximum value of the abnormality sign index in the analysis result display period included in the analysis target period as a graph. The default analysis result display period is, for example, the most recent three months. The hatched period indicates the period during which the maximum value of the abnormality sign index exceeded a predetermined threshold.
解析結果表示領域420には、解析結果表示期間が表示される。解析結果表示期間は編集可能になっている。解析結果表示期間の編集後に「反映」ボタンが押下されると、最大異常兆候指標表示領域410、および後記する異常兆候指標表示領域450に編集結果の期間のグラフが表示される。 The analysis result display period is displayed in the analysis result display area 420. The analysis result display period is editable. When the "Reflect" button is pressed after editing the analysis result display period, a graph of the edited period is displayed in the maximum abnormal sign indicator display area 410 and the abnormal sign indicator display area 450 described below.
期間長変更指定領域430には、解析結果表示期間の長さを変更するボタンが配置される。例えば「-1日」ボタンが押下されると解析結果表示期間が1日短くなる。開始日変更指定領域440には、解析結果表示期間の開始日を変更するボタンが配置される。例えば「前日」ボタンが押下されると解析結果表示期間の開始日が1日前になる。 The period length change specification area 430 contains buttons for changing the length of the analysis result display period. For example, pressing the "-1 day" button shortens the analysis result display period by one day. The start date change specification area 440 contains buttons for changing the start date of the analysis result display period. For example, pressing the "Previous day" button shortens the start date of the analysis result display period by one day.
異常兆候指標表示領域450には、解析結果表示期間における各データ項目の異常兆候指標と元データ(状態量そのもの、ないしは状態量の移動平均)のグラフが表示される。図15では「冷凍機1:消費電力」および「冷凍機1:冷熱負荷」の異常兆候指標および元データが表示されている。
「冷凍機1:消費電力」のグラフでハッチングされている期間は、異常兆候指標の最大値のグラフでハッチングされている期間と同じである。「冷凍機1:消費電力」の異常兆候指標が、異常兆候指標の最大値に係る所定の閾値を超えていることを示している。
A graph of the abnormal sign index and the original data (the state quantity itself or the moving average of the state quantity) of each data item during the analysis result display period is displayed in the abnormal sign index display area 450. In Fig. 15, the abnormal sign index and the original data of "chiller 1: power consumption" and "chiller 1: cooling load" are displayed.
The hatched period in the graph for "Refrigerator 1: Power consumption" is the same as the hatched period in the graph for the maximum value of the abnormality sign index. This shows that the abnormality sign index for "Refrigerator 1: Power consumption" exceeds a predetermined threshold value related to the maximum value of the abnormality sign index.
「異常兆候サマリ」ボタン481が押下されると、異常兆候サマリデータベース170(図7参照)が表示される。「除外期間設定」ボタン482が押下されると、除外期間データベース140(図4参照)の内容が表示される。当該内容を編集することで除外期間データベース140が更新される。
When the "Abnormal Sign Summary" button 481 is pressed, the abnormal sign summary database 170 (see FIG. 7) is displayed. When the "Exclusion Period Setting" button 482 is pressed, the contents of the exclusion period database 140 (see FIG. 4) are displayed. The
≪異常兆候解析処理≫
図16は、本実施形態に係る異常兆候解析処理のフローチャートである。
ステップS11において特徴量算出部114は、予め設定された学習期間におけるそれぞれの状態量の特徴量を算出し、異常兆候指標算出部115は、特徴量の平均値μと標準偏差σとを算出する。
ステップS12において異常兆候指標算出部115は、解析対象期間を既定の期間に設定する。既定の期間は、学習期間以降の期間である。
<Abnormality Sign Analysis Processing>
FIG. 16 is a flowchart of the abnormality sign analysis process according to this embodiment.
In step S11, the feature
In step S12, the abnormal sign
ステップS13において特徴量算出部114は、解析対象期間における特徴量を算出する。
ステップS14において異常兆候指標算出部115は、ステップS13で算出された特徴量から異常兆候指標を算出して、結果を異常兆候指標データベース160に格納する。また異常兆候指標算出部115は、異常兆候指標上限値データベース121に記憶される上限値を超える異常兆候指標の項目に係る状態量属性やレコード数などを異常兆候サマリデータベース170に格納する。
In step S13, the feature
In step S14, the abnormal sign
ステップS15において相関解析部116は、解析対象期間における異常兆候指標と変動要因との相関係数を算出する。相関解析部116は、異常兆候サマリデータベース170に格納する。
ステップS16において解析結果表示部117は、解析結果表示画面400(図15参照)を表示する。
ステップS17において解析結果表示部117は、解析結果表示画面400内の押下されたボタンに応じて分岐して進む。解析結果表示部117は、期間長変更指定領域430と開始日変更指定領域440とに配置された解析結果表示期間の変更に係るボタンが押下されると(ステップS17→変更)ステップS18に進む。
In step S15, the
In step S16, the analysis
In step S17, the analysis
解析結果表示部117は、解析結果表示領域420に配置された「反映」ボタンが押下されると(ステップS17→反映)ステップS19に進む。
解析結果表示部117は、「除外期間設定」ボタン482が押下されると(ステップS17→除外期間設定)ステップS20に進む。
解析結果表示部117は、「異常兆候サマリ」ボタン481が押下されると(ステップS17→異常兆候サマリ)ステップS21に進む。
解析結果表示部117は、「終了」ボタン483が押下されると(ステップS17→終了)異常兆候解析処理を終了する。
When the "Reflect" button arranged in the analysis result display area 420 is pressed (step S17->reflect), the analysis
When the "set exclusion period" button 482 is pressed (step S17->set exclusion period), the analysis
When the "Abnormal Sign Summary" button 481 is pressed (step S17->Abnormal Sign Summary), the analysis
When the "End" button 483 is pressed (step S17->End), the analysis
ステップS18において解析結果表示部117は、ステップS17において押下されたボタンに応じた解析結果表示期間のグラフを表示して、ステップS17に戻る。詳しくは、解析結果表示部117は、異常兆候指標の最大値を示す当該解析結果表示期間のグラフを最大異常兆候指標表示領域410に、各データ項目の異常兆候指標と元データの当該解析結果表示期間のグラフを異常兆候指標表示領域450に表示する。例えば、期間長変更指定領域430に配置された「+1日」ボタンが押下されると、解析結果表示部117は解析結果表示期間を1日延長して表示する。
In step S18, the analysis
ステップS19において解析結果表示部117は、異常兆候指標の最大値、各データ項目の異常兆候指標、および元データの、編集後の解析結果表示期間のグラフを表示して、ステップS17に戻る。
ステップS20において解析結果表示部117は、除外期間データベース140の内容を表示し、除外期間の変更を受け付けて、除外期間データベース140に反映する。続いて解析結果表示部117は、ステップS11に戻る。
ステップS21において解析結果表示部117は、異常兆候サマリデータベース170の内容を表示して、ステップS17に戻る。
In step S19, the analysis
In step S20, the analysis
In step S21, the analysis
図16では、異常兆候指標を算出した後に、解析結果表示部117は指定される表示期間のグラフを表示している。新たに状態量が取得されたときには、当該状態量に係る異常兆候指標が算出されて、グラフに反映されるようにしてもよい。
また、図16では異常兆候解析処理のたびに特徴量の平均や標準偏差、異常兆候指標を算出している。解析結果表示部117は、これらの算出結果を記憶しておき、学習期間や除外期間の変更がない限りは記憶した算出結果を利用して、グラフを表示するようにしてもよい。
16, after the abnormality sign index is calculated, the analysis
16, the average and standard deviation of the feature quantities and the abnormal sign index are calculated each time the abnormal sign analysis process is performed. The analysis
≪異常検知装置の特徴≫
異常検知装置100は、熱源システム200に設置されたセンサが測定した熱源システム200の状態量の特徴量に基づいて平均値からの乖離を示す異常兆候指標を算出して解析結果表示画面400を表示する。また、異常検知装置は、異常兆候指標と変動要因との相関係数を算出して可視化する。変動要因としては、例えば、時間や外気温度、冷熱負荷がある。
<Features of the anomaly detection device>
The
異常兆候指標を見ることで設備の管理者(操作者)は、異常の兆候を把握することができる。また変動要因との相関度(相関係数)を見ることで管理者は、時間変化、季節変化、負荷変化との連動を把握することができる。結果として管理者は、時間・季節・負荷変化を考慮した異常発生の可能性を把握することができるようになる。 By looking at the abnormality sign indicators, the equipment manager (operator) can grasp signs of abnormality. In addition, by looking at the degree of correlation with variable factors (correlation coefficient), the manager can grasp the link with time changes, seasonal changes, and load changes. As a result, the manager will be able to grasp the possibility of an abnormality occurring, taking into account time, season, and load changes.
≪変形例:異常兆候指標≫
上記した実施形態において異常兆候指標は、状態量の項目ごとに算出されている(図6記載の異常兆候指標データベース160参照)。個々の設備(設備を構成する機器)、例えば冷凍機221に係るデータ項目の異常兆候指標の最大値を、冷凍機221の異常兆候指標としてもよい(図12~図14に記載のグラフ350,360,370参照)。
<<Variation: Abnormality Sign Indicator>>
In the above embodiment, the abnormal sign index is calculated for each item of the state quantity (see abnormal
また上記した実施形態において異常兆候指標は、学習期間における状態量の特徴量の平均値μと標準偏差σとを基に算出される。他の手法を用いて異常兆候指標を算出してもよい。例えば、状態量の特徴量をクラスタ分析して1つ以上のクラスタに分類して、このクラスタに基づいて異常兆候指標を算出してもよい。例えば異常兆候指標算出部115は、学習期間におけるデータからクラスタを生成して、解析対象期間のデータと最も近いクラスタとの距離を異常兆候指標としてもよい。また、異常兆候指標算出部115は、複数のデータ項目を標準化した上でユークリッド距離を算出するk平均法を用いてクラスタリングを行い、k近傍法による異常判定を行ってもよい。
In the above embodiment, the abnormal sign index is calculated based on the average value μ and standard deviation σ of the feature of the state quantity during the learning period. The abnormal sign index may be calculated using other methods. For example, the feature of the state quantity may be classified into one or more clusters by cluster analysis, and the abnormal sign index may be calculated based on the clusters. For example, the abnormal sign
≪変形例:稼働モード≫
学習期間において平均値μと標準偏差σとの算出、および異常兆候指標の算出において、稼働モードを設けてもよい。稼働モードとは冷凍機221,222,223の稼働/非稼働の組み合わせであり、例えば冷凍機221が稼働で冷凍機222,223が非稼働である稼働モード、全ての冷凍機221,222,223が稼働である稼働モードなどがある。異常兆候指標算出部115は、稼働モードそれぞれごとに平均値μや標準偏差σを算出する。また異常兆候指標算出部115は、異常兆候指標を算出する際に、稼働モードに応じた平均値μや標準偏差σを用いる。
上記した実施形態の熱源システム200では、冷凍機221,222,223と冷却塔211,212,213とが1対1に冷却水配管で接続されている。これとは異なり、前冷凍機と全冷却塔とが冷却水配管で接続される形態がある。
<<Variation: Operation Mode>>
An operation mode may be set in the calculation of the average value μ and the standard deviation σ and the calculation of the abnormal sign index during the learning period. The operation mode is a combination of operation/non-operation of the
In the
図17は、本実施形態の変形例に係る熱源システム200Aの全体構成図である。冷凍機221,222,223と冷却塔211,212,213とは、冷却水還ヘッダ241および冷却水往ヘッダ242を介して冷却水配管で接続されている。このような熱源システム200Aの場合には、冷却水配管(冷却水系統)は複数の冷凍機および冷却塔により共用されるため、個別の冷凍機の稼働状態のみでは熱源設備全体の稼働状況を区別できない。このため、全ての冷凍機221,222,223の稼働状態(稼働モード)を考慮して、それぞれの稼働状態に応じて異常兆候指標を算出することで、精度が向上する。
Figure 17 is an overall configuration diagram of a
≪その他変形例≫
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例示に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば、上記した実施形態において異常検知装置100は、各種データベースを記憶部120に記憶しているが、クラウドにあるストレージなど別の装置にあるデータベースにアクセスするようにしてもよい。
本発明はその他の様々な実施形態を取ることが可能であり、さらに、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、省略や置換等種々の変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、本明細書等に記載された発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Other variations
Although several embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are merely illustrative and do not limit the technical scope of the present invention. For example, in the above-described embodiments, the
The present invention can take various other embodiments, and furthermore, various modifications such as omissions and substitutions can be made without departing from the gist of the present invention. These embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention described in this specification, etc., and are included in the scope of the invention described in the claims and their equivalents.
100 異常検知装置
111 状態量取得部
112 指定期間除外部
113 運転状態判断部
115 異常兆候指標算出部
116 相関解析部
117 解析結果表示部
130 状態量データベース
140 除外期間データベース
150 状態量属性データベース
160 異常兆候指標データベース
121 異常兆候指標上限値データベース
170 異常兆候サマリデータベース
200,200A 熱源システム
REFERENCE SIGNS
Claims (8)
前記異常兆候指標と、前記異常兆候指標の変動要因となる変動要因候補との相関係数を算出する相関解析部とを備え、
前記設備は、熱源システムであり、
前記変動要因候補は、外気温度および冷熱負荷の何れかである
ことを特徴とする異常検知装置。 an abnormality sign index calculation unit that calculates an abnormality sign index that indicates the degree of abnormality in a state quantity of the equipment during an analysis period based on a statistical quantity related to the state quantity of the equipment, which is time-series data during a learning period that is a period prior to the analysis period in which an abnormality in the equipment is detected;
a correlation analysis unit that calculates a correlation coefficient between the abnormal sign index and a candidate fluctuation factor that is a fluctuation factor of the abnormal sign index ,
The facility is a heat source system,
The candidate fluctuation factors are either the outside air temperature or the cooling load.
An anomaly detection device comprising:
前記状態量の特徴量の平均値との偏差と、前記特徴量の標準偏差との比に基づいて前記異常兆候指標を算出し、
前記特徴量は、
前記状態量そのもの、前記状態量の移動平均、および前記状態量の移動標準偏差の何れかである
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The abnormality sign index calculation unit
calculating the abnormality sign index based on a ratio of a deviation of the feature quantity of the state quantity from an average value and a standard deviation of the feature quantity;
The feature amount is
The anomaly detection device according to claim 1 , wherein the state quantity is any one of the state quantity itself, a moving average of the state quantity, and a moving standard deviation of the state quantity.
前記状態量の特徴量をクラスタに分類して、前記クラスタに基づいて前記異常兆候指標を算出し、
前記特徴量は、
前記状態量そのもの、前記状態量の移動平均、および前記状態量の移動標準偏差の何れかである
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The abnormality sign index calculation unit is
classifying the feature quantities of the state quantities into clusters and calculating the abnormal sign indicators based on the clusters;
The feature amount is
The anomaly detection device according to claim 1 , wherein the state quantity is any one of the state quantity itself, a moving average of the state quantity, and a moving standard deviation of the state quantity.
前記設備を構成する機器に係る状態量の異常兆候指標における最大値を、当該機器の異常兆候指標として算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The abnormality sign index calculation unit is
2. The anomaly detection device according to claim 1, wherein a maximum value of the anomaly sign indexes of state quantities related to the devices constituting the facility is calculated as the anomaly sign index of the devices.
前記異常兆候指標算出部は、前記複数の系統のそれぞれにおける稼働状態の組み合わせごとに前記異常兆候指標を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The facility is a heat source system having a plurality of systems,
The abnormality detection device according to claim 1 , wherein the abnormality sign index calculation unit calculates the abnormality sign index for each combination of operating states in each of the plurality of systems.
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The anomaly detection device according to claim 1, characterized in that the state quantities include at least one of the following: power, chilled water return temperature, chilled water supply temperature, cooling water return temperature, cooling water supply temperature, chilled water flow rate, cooling water flow rate, cooling load, and energy consumption efficiency of a chilled water pump which is an auxiliary unit of the heat source system; power and frequency of a cooling water pump which is an auxiliary unit; and power and frequency of a cooling tower which is an auxiliary unit.
ことを特徴とする請求項1に記載の異常検知装置。 The anomaly detection device according to claim 1 , further comprising an analysis result display unit that displays a maximum abnormality sign index at each time among the abnormality sign indexes.
前記異常検知装置は、
設備の異常を検出する期間である解析対象期間より以前の期間である学習期間における時系列データである当該設備の状態量に係る統計量を基に、前記解析対象期間における当該設備の状態量の異常度合いを示す異常兆候指標を算出するステップと、
前記異常兆候指標と、前記異常兆候指標の変動要因となる変動要因候補との相関係数を算出するステップとを実行し、
前記設備は、熱源システムであり、
前記変動要因候補は、外気温度および冷熱負荷の何れかである
異常検知方法。
An anomaly detection method for an anomaly detection device, comprising:
The abnormality detection device includes:
A step of calculating an abnormality sign index that indicates the degree of abnormality in the state quantity of the equipment during an analysis period based on a statistical quantity related to the state quantity of the equipment, which is time-series data during a learning period that is a period prior to the analysis period in which an abnormality in the equipment is detected;
Executing a step of calculating a correlation coefficient between the abnormal sign index and a candidate fluctuation factor that is a fluctuation factor of the abnormal sign index ;
The facility is a heat source system,
The candidate fluctuation factors are either the outside air temperature or the cooling load.
Anomaly detection methods.
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