7646534 プラントの内部状態を可視化する方法、システムおよびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-07

(45)【発行日】2025-03-17

(54)【発明の名称】プラントの内部状態を可視化する方法、システムおよびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G05B 23/02 20060101AFI20250310BHJP

【ＦＩ】

G05B23/02 301Q

G05B23/02 G

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021204738

(22)【出願日】2021-12-17

(65)【公開番号】P2023090022

(43)【公開日】2023-06-29

【審査請求日】2024-06-12

(73)【特許権者】

【識別番号】301078191

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクソリューションズ

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】メドラノ カテレヤ

(72)【発明者】

【氏名】矢敷 達朗

(72)【発明者】

【氏名】岡部 淳

(72)【発明者】

【氏名】相川 竜一

【審査官】渡邊 捷太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－０４１４５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０５１３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２８９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０４５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０５０２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６７３２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１２４６４５６７（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ ２３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラントの内部状態を可視化する方法であって、
前記方法は、
物理モデルを用いて、センサデータに基づき、時刻ごとのプラントの機器の内部状態パラメータの推定範囲を算出するステップであって、前記推定範囲は、前記内部状態パラメータがとり得る値の上側基準および下側基準によって表される、ステップと、
データ同化により、時刻ごとの前記推定範囲を修正するステップと、
前記推定範囲の経時変化である第１経時変化の上側基準および下側基準を表すプロット図を出力するステップと、
前記第１経時変化を、概略経時変化である第２経時変化で近似するステップと、
前記第２経時変化の上側基準および下側基準を表すプロット図を出力するステップであって、前記第２経時変化の上側基準および下側基準は、前記第１経時変化の上側基準および下側基準を、それぞれ近似することによって取得される、ステップと、
を備える、方法。

【請求項2】

前記機器は制御機器である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記方法は、さらに、
前記物理モデルによる算出の終了時刻以前の時間に係る第２経時変化に基づき、前記終了時刻よりも未来の第２経時変化を取得するステップと、
前記未来の第２経時変化の上側基準および下側基準に基づき、前記プラントのメンテナンス時期を表す情報を出力するステップと、
を備える、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記第１経時変化に係るプロット図は、さらに前記第１経時変化の上側基準および下側基準の平均値を示し、
前記第２経時変化に係るプロット図は、さらに前記第２経時変化の上側基準および下側基準の平均値を示す、
請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記メンテナンス時期は、前記未来の第２経時変化の上側基準および下側基準がそれぞれ所定値に達する時刻を両端とする区間によって表される、請求項３に記載の方法。

【請求項6】

前記第２経時変化の上側基準および下側基準は指数関数で表される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記第１経時変化の上側基準および下側基準は、それぞれ前記内部状態パラメータがとり得る値の最大値および最小値である、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法を実行するシステム。

【請求項9】

請求項１に記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラントの内部状態を可視化する方法、システムおよびプログラムに関する。具体例として、プラントの動作、制御およびメンテナンスを支援するためのものに関する。

【背景技術】

【0002】

プラント（たとえば工業プラント。具体例として火力発電所、化学製品プラント、等）は、その内部状態の変動によって影響を受ける。内部状態とは、たとえば、材料の劣化状況、熱伝達率の劣化状況、部品の摩擦の増大状況、耐腐食係数、等である。プラントの動作、制御およびメンテナンスを適切に行うためには、内部状態を精度良くモニタリングすることが重要である。

【0003】

しかしながら、内部状態を正確に可視化することが困難な場合がある。たとえば、内部状態を直接的に視認または測定できない場合があり、また、測定できる場合であっても、測定値に誤差を含む場合がある。

【0004】

特許文献１は、物理モデル（たとえば熱交換器モデル）を用いて、機器の内部状態（たとえば劣化状況）を測定する方法を開示する。

【0005】

特許文献２では、測定データを組み合わせてパラメータ算出の精度を向上させている。

【0006】

また、非特許文献１および２には、物理モデルの具体例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００３－１５０２３３号公報

【文献】国際公開第１７／１７００８６号パンフレット

【非特許文献】

【0008】

【文献】Y. Oka and M. Ohno, "Parameter estimation for heat transfer analysis during casting processes based on ensemble Kalman filter", International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 149 119232, 2020年

【文献】Y. A. Yazdi and B. Samadi, "Modelling and quantification of valve stiction by unknown input estimation", 19th Iranian Conference on Electrical Engineering 2011、1～6ページ

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、従来の技術では、内部状態を正確に可視化することが困難な場合があるという課題があった。

【0010】

たとえば特許文献１の方法では、内部状態の算出精度は物理モデルの精度に強く依存するので、物理モデルの精度が低い場合には正確な可視化が困難となる。

【0011】

また、特許文献２の方法では可視化ができない。たとえば、内部状態の経時変化をプロット図として出力することができない。また、たとえば、推定範囲をプロット図として出力することもできない。このため、内部状態を正確に可視化することが困難である。

【0012】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、プラントの内部状態を可視化する方法、システムおよびプログラムにおいて、より正確な可視化が可能なものを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明に係る方法の一例は、
プラントの内部状態を可視化する方法であって、
前記方法は、
物理モデルを用いて、センサデータに基づき、時刻ごとのプラントの機器の内部状態パラメータの推定範囲を算出するステップであって、前記推定範囲は、前記内部状態パラメータがとり得る値の上側基準および下側基準によって表される、ステップと、
データ同化により、時刻ごとの前記推定範囲を修正するステップと、
前記推定範囲の経時変化である第１経時変化の上側基準および下側基準を表すプロット図を出力するステップと、
前記第１経時変化を、概略経時変化である第２経時変化で近似するステップと、
前記第２経時変化の上側基準および下側基準を表すプロット図を出力するステップであって、前記第２経時変化の上側基準および下側基準は、前記第１経時変化の上側基準および下側基準を、それぞれ近似することによって取得される、ステップと、
を備える。

【0014】

本発明に係るシステムの一例は、上述の方法を実行する。

【0015】

本発明に係るプログラムの一例は、上述の方法をコンピュータに実行させる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る方法、システムおよびプログラムによれば、プラントの内部状態をより正確に可視化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例１に係るシステムを含む構成例を示す図。

【図2】図１のシステムの処理の流れの例を表すフローチャート。

【図3】内部状態パラメータの推定範囲の経時変化（第１経時変化）のプロット図の例。

【図4】図３のプロット図に、概略経時変化（第２経時変化）のプロット図を加えた例。

【図5】本発明の実施例２に係るシステムを含む構成例を示す図。

【図6】本発明の実施例３に係るシステムの処理の流れの例を表すフローチャート。

【図7】未来の概略経時変化のプロット図の例。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。
実施例１は、プラントの機器（熱交換器等）の内部状態を可視化する。
実施例２は、プラントの制御機器（制御バルブ等）等の内部状態を可視化する。
実施例３は、プラントの内部状態の概略変化を用いてメンテナンスウィンドウを予測する。

【0019】

［実施例１］
図１に、実施例１に係るシステムを含む構成例を示す。システム１は、プラント２の内部状態を可視化するシステムである。「プラント」とはたとえば工業プラントを意味し、具体例として火力発電所、化学製品プラント、等を含む。プラント２は機器を備える。機器とは、たとえば、熱交換器、タービン、ポンプ、等を含む。システム１は、本明細書に記載される、プラントの内部状態を可視化する方法を実行する。

【0020】

システム１は、シミュレータ３と、パラメータ算出器４と、入力手段５と、出力手段６とを備える。プラント２は複数のセンサを備えており、センサによって測定されたデータ（センサデータ）をシミュレータ３およびパラメータ算出器４に送信する。これらのセンサデータのうち、シミュレータ３に送信されるものをプロセス値データ２１と呼び、パラメータ算出器４に送信されるものを対象状態測定データ２０と呼ぶ。

【0021】

システム１は、公知のコンピュータを用いて構成することができ、たとえば演算手段および記憶手段を備える。演算手段はたとえばプロセッサを含み、記憶手段はたとえば半導体メモリ装置および磁気ディスク装置等の記憶媒体を含む。記憶媒体の一部または全部が、過渡的でない(non-transitory)記憶媒体であってもよい。記憶手段および記憶手段が協働することにより、シミュレータ３およびパラメータ算出器４が構成される。

【0022】

システム１の記憶手段はプログラムを記憶してもよい。プロセッサがこのプログラムを実行することにより、コンピュータはシステム１として機能し、本実施例において説明される機能を実行してもよい。すなわち、このプログラムは、本明細書に記載される方法をコンピュータに実行させるものであってもよい。

【0023】

入力手段５は、ユーザが情報をシステム１に入力するための手段であり、たとえばキーボードまたはマウス等の入力装置を含む。また、入力手段５は、ネットワークインタフェース等の通信装置を含んでもよい。

【0024】

出力手段６は、システム１が情報（たとえばプロット図）をユーザに出力するための手段であり、たとえば液晶ディスプレイまたはプリンタ等の出力装置を含む。また、出力手段６は、ネットワークインタフェース等の通信装置を含んでもよい。

【0025】

（シミュレータ３）
シミュレータ３は、物理モデル３０を用いて計算を行い、プラント２の状態値を算出する。状態値とは、たとえば、熱、圧力、質量流量、等を表す。状態値のうち、シミュレータ３の算出対象となるものを、以下では対象状態値と呼ぶ。プラント２の対象状態値は、時刻ごとに算出され、たとえば開始時刻ｔ_０と終了時刻ｔ_ｅｎｄとの間で、所定の間隔で算出される。

【0026】

（物理モデル３０）
物理モデル３０は、静的物理モデルであってもよく、動的物理モデルであってもよい。物理モデル３０は、対象状態値を、所定のパラメータの関数として算出する。パラメータは、物理モデル３０の内部状態パラメータを含む。また、パラメータは、境界条件を含んでもよく、他の因子を含んでもよい。

【0027】

内部状態パラメータは、たとえばプラント２の機器の内部状態パラメータに対応する物理モデル３０のパラメータである。内部状態パラメータは、たとえば、材料の劣化状況、熱伝達率の悪化状況、部品の摩擦の増大状況、等を表す。

【0028】

境界条件は、たとえば、物理モデル３０の状態値のうち、対象状態値以外のものを用いることができる。

【0029】

本実施例では、物理モデル３０は熱交換器を表す動的物理モデルである。物理モデル３０は以下の式（１）によるモデルＭで表される。
T_g,t= M(T_g, h, [T_s, G_s, G_g], [Cp, ρ, …, A])_t-1 … (1)

【0030】

式（１）において、左辺の添字ｔは時刻ｔにおける値を表し、右辺の添字ｔ－１はそれより１ステップだけ前の時刻ｔ－１における値を表す。

【0031】

式（１）において、
‐Ｔ_ｇ（すなわちＴ_ｇ，ｔおよびＴ_{ｇ，ｔ－１}）は、対象状態値としてのプラント２の温度を表す。
‐ｈは熱伝達率を表し、内部状態パラメータである。
‐Ｔ_ｓは温度を表し、Ｇ_ｓおよびＧ_ｇは質量流量を表す。これらＴ_ｓ、Ｇ_ｓ、Ｇ_ｇはプラント２の状態値であり、境界条件を表す。これらはたとえばプロセス値データ２１として取得される。
‐Ｃｐは熱容量を表し、ρは密度を表し、Ａは面積を表す。
なお、式（１）の右辺は、これら以外の変数をさらに含んでもよい。

【0032】

内部状態パラメータであるｈの値により、熱交換器の熱伝達率の変動を評価することができ、たとえばｈが減少することは熱伝達率が悪化することに対応する。

【0033】

物理モデル３０は、式（１）の左辺の対象状態値（この例ではＴ_ｇ，ｔ）を、単一の値でなく区間として与える。この区間は、対象状態値が取り得る可能性が高い範囲、すなわち推定範囲を表すということができる。推定範囲は、下側基準（たとえば最小値または下限値）と上側基準（たとえば最大値または上限値）との間の区間として表すことができる。

【0034】

同様に、式（１）の右辺についても、一部の変数は単一の値でなく推定範囲を表すことができる。たとえば、Ｔ_ｇおよびｈは推定範囲によって表される。また、Ｃｐ，ρ，Ａの一部または全部が推定範囲によって表されてもよい。

【0035】

（プロセス値データ２１）
プロセス値データ２１は、センサデータのうち、物理モデル３０において境界条件として用いられるものに対応する。式（１）の熱交換器のモデルでは、Ｔ_ｓ、Ｇ_ｓ、Ｇ_ｇがプロセス値データ２１に対応する。

【0036】

（対象状態測定データ２０）
対象状態測定データ２０は、センサデータのうち、物理モデル３０の対象状態値として用いられるものに対応する。式（１）の熱交換器のモデルでは、プラント２の温度Ｔ_ｇが対象状態測定データ２０に対応する。

【0037】

（パラメータ算出器４）
パラメータ算出器４は、データ同化により、物理モデル３０の内部状態パラメータを修正する。たとえば、プラント２からの対象状態測定データ２０と、シミュレータ３によって算出された対象状態値とに基づき、データ同化を実行して、より精度の高い内部状態パラメータを算出する。

【0038】

データ同化の手法の具体例は、公知技術等に基づいて当業者が適宜設計可能であるが、たとえば非特許文献１に記載される例を用いることができる。

【0039】

データ同化の具体的な演算内容もまた、公知技術等に基づいて当業者が適宜設計可能であるが、たとえば非特許文献１に記載される下記の式（２）を用いることができる。
[x_a, k_a] = [x_g, k] + [K_s, K_p] * ( x_m+ n_s- H[x_g]) + w … (2)

【0040】

式（２）の両辺はベクトルを表す。左辺は、データ同化によって修正された値を表し、とくに、
‐ｘ_ａは修正された対象状態値を表し、式（１）のＴ_ｇの修正後の値を示す。
‐ｋ_ａは修正された内部状態パラメータを表し、式（１）のｈの修正後の値を示す。

【0041】

式（２）の右辺において、
‐ｘ_ｇは物理モデル３０が算出した対象状態値を表し、式（１）のＴ_ｇ，ｔに対応する。
‐ｋは物理モデル３０が用いた対象状態値を表し、式（１）のｈに対応する。
‐Ｋ_ｓおよびＫ_ｐはカルマン利得値であり、たとえばいずれも定数である。
‐ｘ_ｍは対象状態測定データ２０を表し、たとえば式（１）のＴ_ｓ、Ｇ_ｓ、Ｇ_ｇに対応する。
‐ｎ_ｓは対象状態測定データ２０のノイズを表し、たとえば定数である。
‐Ｈは変換行列を表し、ｘ_ｇの次元をｘ_ｍの次元に一致させる。
‐ｗは物理モデル３０のノイズを表し、たとえば定数である。

【0042】

非特許文献１に説明されるように、シミュレータ３が算出した値が、データ同化における再計算によって修正され、精度が高まる。

【0043】

パラメータ算出器４は、後述するように、修正された値をプロット図として出力する。なお、パラメータ算出器４も、式（２）の左辺の修正された値を、単一の値でなく推定範囲として与える。

【0044】

（入力手段５）
入力手段５は、シミュレータ３およびパラメータ算出器４を初期化するためのデータの入力を受け付ける。このデータは、たとえばユーザによって決定され、入力される。

【0045】

シミュレータ３を初期化するためのデータは、たとえば、シミュレーションの開始時刻ｔ_０と、シミュレーションの終了時刻ｔ_ｅｎｄと、シミュレーションの時間ステップ幅ｄｔと、対象状態値の初期値と、内部状態パラメータの初期値とを含む。

【0046】

パラメータ算出器４を初期化するためのデータは、たとえばデータ同化条件を含み、具体例として、式（２）のノイズｎ_ｓおよびｗの値を含む。

【0047】

（出力手段６）
出力手段６は、パラメータ算出器４が提供するデータを出力する。パラメータ算出器４は、たとえば修正された内部状態パラメータの経時変化を示すプロット図を表すデータを提供し、出力手段６はこれをプロット図として出力する。プロット図は、たとえば図３および図４に示すようなものであるが、各図に関連して後に詳述する。

【0048】

これらのプロット図によって、プラント２の内部状態がより正確に可視化される。

【0049】

（システム１の処理）
図２は、システム１の処理の流れの例を表すフローチャートである。図２に示す処理は、プラントの内部状態を可視化する方法の例であり、たとえばシステム１の演算手段がプログラムを実行することにより実施される。

【0050】

ステップＳ１００において、システム１はシミュレータ３を初期化する。初期化は、たとえば、プロセス値データ２１を用いて物理モデル３０の境界条件を設定し、入力手段５から入力されるデータを用いて他のシミュレータ条件（ｔ_０およびｔ_ｅｎｄ等）を設定することによって行われる。また、シミュレーション時刻ｔが設定される（たとえばｔ_０に等しくされる）。

【0051】

次に、ステップＳ１０１において、システム１はパラメータ算出器４を初期化する。初期化は、たとえば、データ同化条件（ノイズデータ等）を設定することによって行われる。

【0052】

次に、ステップＳ１０２において、シミュレータ３は、プロセス値データ２１に基づき、時刻ｔにおける物理モデル３０を評価することにより、対象状態値を算出する。たとえば熱交換器の場合には、式（１）を用いることができる。

【0053】

また、このステップＳ１０２において、シミュレータ３は、プロセス値データ２１に基づき、プラント２の機器の内部状態パラメータの推定範囲を算出する。内部状態パラメータの推定範囲の算出方法は当業者が適宜設計可能であるが、たとえば、プロセス値データ２１に基づいて内部状態パラメータの推定範囲の上限および下限を与える関数を事前に定義しておき、この関数に基づいて推定範囲を算出することができる。

【0054】

このように、システム１は、物理モデル３０を用いて、プロセス値データ２１に基づき、時刻ごとのプラント２の機器の内部状態パラメータの推定範囲を算出する。ここで、上述のように、推定範囲は、内部状態パラメータがとり得る値の上側基準および下側基準によって表される。

【0055】

次に、ステップＳ１０３において、パラメータ算出器４が、対象状態値および内部状態パラメータを修正する。これはたとえば、時刻ｔにおいて取得された対象状態測定データ２０を用い、データ同化を実行することによって行われる。たとえば式（２）を用いる場合には、修正された値としてｘ_ａおよびｋ_ａが取得される。

【0056】

このように、システム１は、データ同化により、時刻ごとの内部状態パラメータの推定範囲を修正する。

【0057】

次に、ステップＳ１０４において、システム１は、時刻ｔが終了時刻ｔ_ｅｎｄより大きいか否かを判定する。時刻ｔが終了時刻ｔ_ｅｎｄより大きい場合には、処理はステップＳ１０６に進み、そうでない場合には、処理はステップＳ１０５に進む。

【0058】

ステップＳ１０５において、システム１は、シミュレータ３の状態を調整する。ここでは、シミュレータ３が記憶している内部状態パラメータの値を、パラメータ算出器４によって修正された内部状態パラメータの値に等しくなるよう変更する。また、時刻ｔを時間ステップ幅ｄｔだけ増加させる。その後、処理はステップＳ１０２に戻る。

【0059】

ステップＳ１０６において、パラメータ算出器４は、内部状態パラメータの推定範囲の経時変化（第１経時変化）を表すデータを出力手段６に提供し、出力手段６はこれをプロット図として出力（たとえば表示、印刷または送信）する。

【0060】

プロット図（図３を参照して後に詳述する）は、第１経時変化の上側基準および下側基準を表す。上側基準はたとえば内部状態パラメータがとり得る値の最大値であり、下側基準はたとえば内部状態パラメータがとり得る値の最小値である。プロット図は、さらに第１経時変化の上側基準および下側基準の平均値を示してもよい。

【0061】

次に、ステップＳ１０７において、パラメータ算出器４は、内部状態パラメータの推定範囲の経時変化（第１経時変化）を、概略経時変化（第２経時変化）で近似する。第２経時変化の具体例は、図４を参照して後に詳述する。近似は、たとえば上側基準および下側基準のそれぞれについて行われる。

【0062】

近似は、関数を用いて表すことができる。具体例として、第２経時変化の上側基準および下側基準は指数関数で表され、たとえばＭ’＝Ａｅ^－ｃｔによって表される。ただしＭ’は内部状態パラメータの概略値を表し、ｔは時間を表す。Ａおよびｃは定数であり、たとえば最小二乗法を用いて決定することができる。

【0063】

また、このステップＳ１０７において、パラメータ算出器４は、第２経時変化の上側基準および下側基準を表すデータを出力手段６に提供し、出力手段６はこれをプロット図として出力（たとえば表示、印刷または送信）する。第２経時変化の上側基準および下側基準は、上述のように、第１経時変化の上側基準および下側基準を、それぞれ近似することによって取得される。プロット図は、さらに第２経時変化の上側基準および下側基準の平均値を示してもよい。

【0064】

ステップＳ１０７の後、図２の処理は終了する。

【0065】

図３は、内部状態パラメータの推定範囲の経時変化（第１経時変化）のプロット図の例である。この例では、時刻ｔ_Ａから時刻ｔ_Ｂまでの区間（ただしｔ_０≦ｔ_Ａ＜ｔ_Ｂ≦ｔ_ｅｎｄ）についてプロットが示される。

【0066】

プロット６０は平均値の経時変化を表し、プロット６１は下側基準の経時変化を表し、プロット６２は上側基準の経時変化を表す。プロット６１およびプロット６２により、推定範囲６３が示される。

【0067】

このようなプロット図により、内部状態パラメータの可視化が行われる。図３の例では、プラント２の熱伝達率が、悪化と回復を繰り返しているということが理解できる。また、推定範囲６３の表示により、予想範囲の幅を知ることができる。

【0068】

表示される経時変化は、パラメータ算出器４によってデータ同化に基づき修正されているので、内部状態がより正確に可視化される。このように、実施例１によれば、プラント２の内部状態をより正確に可視化することができる。

【0069】

図４は、図３のプロット図に、概略経時変化（第２経時変化）のプロット図を加えた例である。プロット６１ａはプロット６１の概略経時変化を表し、プロット６２ａはプロット６２の概略経時変化を表し、推定範囲６３ａは推定範囲６３の概略経時変化を表す。プロット６０ａは、プロット６１ａおよびプロット６２ａの平均値を表す。

【0070】

このようなプロット図により、内部状態パラメータの概略経時変化の可視化が行われる。図４の例では、プラント２の熱伝達率が、短期的には悪化と回復を繰り返しながらも、長期的には悪化してゆくということが理解できる。

【0071】

このように、実施例１によれば、プラント２の内部状態の概略的な変化をより正確に可視化することができる。とくに、実施例１では指数関数による近似を用いているので、変化の状況を明確に把握することができる。

【0072】

また、概略経時変化は、上側基準および下側基準を有する推定範囲として示されるので、ユーザは単一の値でなく可能性の高い範囲を知ることができ、幅広い状況により容易に対応することができる。また、概略経時変化は平均値を含むので、推定範囲のうちでもとくに可能性の高い値を知ることができる。

【0073】

なお、実施例１において、物理モデル３０のシミュレーションおよびパラメータ算出器４のデータ同化は、それぞれ例示したものに限らず、任意に設計可能である。たとえば、プラント２の機器の種類、評価すべき物理量、等に応じて、適切な変数を定義することができる。

【0074】

［実施例２］
実施例２では、プラント２の機器として、とくに制御機器の内部状態を扱う。以下、実施例１と共通する部分については説明を省略する場合がある。

【0075】

実施例２では、制御機器の例として、プラント２の制御バルブを対象とする。制御バルブの摩擦が増大すると、プラント２の性能が悪化するので、制御バルブの摩擦を可視化することが重要である。

【0076】

図５に、実施例２に係るシステムを含む構成例を示す。プラント２は制御バルブ４０を備える。プラント２に関連して制御装置７が設けられる。

【0077】

（制御装置７）
制御装置７は、制御バルブ４０に制御信号２２を送信することにより、制御バルブ４０の要求開口量ＶＯ_ｒｅｑを制御する。要求開口量ＶＯ_ｒｅｑは、開口率（％）またはアンペア等によって表される。制御装置７は、プラント２からプラント状態値２３を受信し、プラント状態値２３に基づいて制御バルブ４０を制御する。制御装置７は、たとえば、所定の制御モデル（たとえばＰＩＤ制御またはＰＩ制御）に従って動作する。

【0078】

（シミュレータ３）
シミュレータ３は、制御バルブモデル３１を評価することにより、時刻ごとの制御バルブ４０の対象状態値（たとえば開口量）を算出する。

【0079】

（制御バルブモデル３１）
制御バルブモデル３１は物理モデルであり、制御バルブ４０の対象状態値を、内部状態パラメータ、境界条件、等の関数として表す。制御バルブモデル３１の具体例として、バルブ摩擦モデルを用いることができ、たとえば、特許文献２に記載される下記の式（３）によって表される静的物理モデルを用いることができる。
VO = N(CV,S,J) … (3)

【0080】

式（３）において、
‐ＶＯは制御バルブ４０の対象状態値としての開口量を表す。
‐ＣＶは制御バルブ４０の制御値（たとえば制御信号２２）を表し、境界条件として用いられる。
‐Ｓは制御バルブ４０の静止摩擦パラメータを表し、内部状態パラメータである。
‐Ｊは制御バルブ４０のスリップジャンプパラメータを表す。

【0081】

Ｓの値によって、制御信号２２に対する制御バルブ４０の応答が影響を受ける。たとえばＳが大きくなると制御バルブ４０の静止摩擦が増大し、プラント２の動作に悪影響を与える。

【0082】

（対象状態測定データ２０ａ）
制御バルブ４０には、制御バルブ４０の対象状態値（たとえば開口量）をセンサデータとして測定するためのセンサが設けられる。このセンサは、測定したセンサデータを、対象状態測定データ２０ａとしてパラメータ算出器４に送信する。

【0083】

（パラメータ算出器４）
パラメータ算出器４は、データ同化により、制御バルブモデル３１の内部状態パラメータを修正する。たとえば、パラメータ算出器４は対象状態測定データ２０ａを受信し、対象状態測定データ２０ａと、シミュレータ３によって算出された対象状態値とに基づき、データ同化を実行して、より精度の高い内部状態パラメータを算出する。

【0084】

実施例２に係るシステム１の処理は、たとえば図２と同様に実行することができる。このように、実施例２によれば、実施例１によれば、プラント２の制御機器の内部状態の概略的な変化をより正確に可視化することができる。

【0085】

［実施例３］
実施例３では、プラント２の内部状態パラメータの概略変化を用いてメンテナンスウィンドウを予測する。実施例１および２では、内部状態パラメータの可視化はシミュレーションの終了時刻ｔ_ｅｎｄ（たとえば現在時刻）までに限られていたが、未来の経時変化を予測できれば、プラント２のメンテナンスウィンドウを計画することができる。以下、実施例１または２と共通する部分については、説明を省略する場合がある。

【0086】

図６は、実施例３に係るシステム１の処理の流れの例を表すフローチャートである。ステップＳ１００～Ｓ１０７は実施例１および２と同様である。

【0087】

ステップＳ１０７の後、ステップＳ１０８において、パラメータ算出器４は、内部状態パラメータの未来値を予測する。たとえば、概略経時変化を表す関数において、時間を表す変数に未来の時刻（たとえばシミュレーションの終了時刻ｔ_ｅｎｄより未来の時刻）を代入することにより、未来の概略経時変化を算出する。

【0088】

ここで、未来値の予測には、プロセス値データ２１等に基づいて算出される経時変化（第１経時変化）ではなく、これを別の関数で近似した概略経時変化（第２経時変化）を用いるので、未来のプロセス値データ２１等は不要である。

【0089】

このように、パラメータ算出器４は、物理モデルによる算出の終了時刻ｔ_ｅｎｄ以前の時間に係る概略経時変化（第２経時変化）に基づき、終了時刻ｔ_ｅｎｄよりも未来の概略経時変化を取得する。

【0090】

次に、ステップＳ１０９において、パラメータ算出器４は、メンテナンスウィンドウを予測する。メンテナンスウィンドウは、未来の概略経時変化において、内部状態パラメータが所定値に達する時刻に基づいて予測可能である。

【0091】

図７は、未来の概略経時変化のプロット図の例である。概略経時変化が、シミュレーションの終了時刻ｔ_ｅｎｄより後の時間範囲６６において、時刻ｔ_ｃまで予測されている。

【0092】

メンテナンス基準値６４は、プラント２がメンテナンスを要する値の基準を表す。たとえば、内部状態パラメータがメンテナンス基準値６４まで減少すると、メンテナンスが必要となる。具体例として、内部状態パラメータが熱伝達率である場合には、熱交換器の最小熱伝達率設計値をメンテナンス基準値６４とすることができる。

【0093】

内部状態パラメータの推定範囲について、上側基準の概略経時変化のプロット６２ａがメンテナンス基準値６４と交わる時刻ｔ_ｍａｘが、メンテナンス時期の最も遅い時刻を表す。同様に、下側基準の概略経時変化のプロット６１ａがメンテナンス基準値６４と交わる時刻ｔ_ｍｉｎが、メンテナンス時期の最も早い時刻を表し、概略経時変化の平均値のプロット６０ａがメンテナンス基準値６４と交わる時刻ｔ_ａｖｅが、メンテナンス時期の平均的な時刻の例を表す。時刻ｔ_ｍｉｎおよび時刻ｔ_ｍａｘとの間の期間が、メンテナンスウィンドウ６５となる。

【0094】

このようにして、システム１は、未来の概略経時変化の上側基準および下側基準に基づき、プラントのメンテナンス時期を表す情報を出力する。メンテナンス時期は、未来の概略経時変化の上側基準および下側基準がそれぞれ所定値に達する時刻を両端とする区間によって表される。

【0095】

上述のステップＳ１０８およびＳ１０９において、パラメータ算出器４は、未来の概略経時変化を表すデータと、プラント２のメンテナンス時期を表す情報とを出力手段６に提供し、出力手段６はこれを出力（たとえば表示、印刷または送信）する。

【0096】

このようなプロット図により、ユーザは状況に応じたメンテナンス時期を決定することができる。たとえば、いかなる動作不全の可能性をも回避したい場合には時刻ｔ_ｍｉｎにメンテナンス作業を計画することができ、コスト等を考慮してバランスよくメンテナンスを行いたい場合には時刻ｔ_ｍａｘにメンテナンス作業を計画することができる。

【符号の説明】

【0097】

１…システム
２…プラント
３…シミュレータ
４…パラメータ算出器
５…入力手段
６…出力手段
７…制御装置
２０，２０ａ…対象状態測定データ
２１…プロセス値データ
２２…制御信号
２３…プラント状態値
３０…物理モデル
３１…制御バルブモデル
４０…制御バルブ
６０，６０ａ，６１，６１ａ，６１ｂ，６２，６２ａ…プロット
６３，６３ａ…推定範囲
６４…メンテナンス基準値
６５…メンテナンスウィンドウ
６６…時間範囲

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】