JP2012198606A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的少ないメモリ容量で長期間のログを格納できるとともに、エラーや不具合が発生する前の状況も把握でき、さらに将来のエラーや不具合の発生を予測できるフィールド機器を実現する。
【解決手段】センサ回路の出力データを格納するログメモリを有するフィールド機器において、前記ログメモリは複数段設けられるとともに、これらログメモリの間には前段のログメモリの出力データを所定の比率で実質的に圧縮するデータ処理手段が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器に関し、詳しくは、フィールド機器における不具合発生の予測監視に関する。

製造プラントをはじめとする各種プラントでは、流量計や圧力計や温度計など、測定対象や制御対象などの用途に応じた各種のフィールド機器が用いられている。

プラントを安定に操業運転するためには、これらフィールド機器が正常に測定動作しているか否かを的確に見極めるとともに、エラーや不具合が発生する前に適切な保守点検を行うことが望ましく、従来から、以下に示すような各種の方法が提案されている。

図７は、従来のフィールド機器の一例を示す構成説明図である。図７において、センサ回路１の出力データは、逐次ログメモリ２に格納される。

これにより、エラーや不具合が発生した場合には、ログメモリ２に格納されているデータを解析する。

ところが、センサ回路１から出力されるすべての出力データを長期間にわたって保存するためには、大きなメモリサイズが必要となり、コストが高くなってしまう。また、エラーや不具合が発生しても、エラーや不具合の発生を検知できない。

図８は、従来のフィールド機器の他の例を示す構成説明図である。図８において、メモリ３には、初期データとしてセンサ回路１の工場出荷時などの初期状態における所定の基準校正入力に対する出力データが格納されている。検証回路４は、このメモリ３に格納されている初期データと所定の基準校正入力に対するセンサ回路１の出力データ比較し、一定値を超えた場合にはアラーム出力回路５にアラーム信号の生成出力を指示する。

これにより、メモリ３のメモリサイズは極小にできるが、エラーや不具合が発生した出力データの状況を把握することはできず、エラーや不具合の原因解析を行うことはできない。

図９も、従来のフィールド機器の他の例を示す構成説明図である。図９において、センサ回路１の出力データは、リングメモリとして構成されているログメモリ２に順次上書き格納されるとともに、出力データのエラーや不具合の発生を検知するための所定の閾値が設定されているトリガ回路６にも入力される。

トリガ回路６は、センサ回路１の出力データの値があらかじめ設定されている閾値を超えた場合にはアラーム出力回路５にアラーム信号の生成出力を指示するとともに、ログメモリ２に格納されているデータの中からそのアラームの前後の出力データのみをエラーログメモリ７に転送格納するように指示する。

これにより、ログメモリ２のメモリサイズを小さくできるが、エラーログメモリ７にはエラーや不具合が発生した前後の出力データしか転送格納されないことから正常時の出力データの状態を把握できず、エラーや不具合の原因解析は困難である。

また、エラーや不具合発生の検知はできるが、将来のエラーや不具合の発生を予測することは困難である。

特許文献１には、フィールド機器のパラメータを継続的に収集し、それら収集したパラメータを活用して信頼性の高いフィールド機器の診断を行うフィールド機器管理システムの技術が記載されている。

特開２００６−１８５２９１

すなわち、前述の従来構成によれば、大容量のログメモリが必要であったり、過去の一定期間のログや、エラーや不具合が発生した前後のログしか取り込めなかったり、将来のエラーや不具合の発生を予測することは困難である。

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、比較的少ないメモリ容量で長期間のログを格納できるとともに、エラーや不具合が発生する前の状況も把握でき、さらに将来のエラーや不具合の発生を予測できるフィールド機器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
センサ回路の出力データを格納するログメモリを有するフィールド機器において、
前記ログメモリは複数段設けられるとともに、これらログメモリの間には前段のログメモリの出力データを所定の比率で実質的に圧縮するデータ処理手段が設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は
センサ回路の出力データを格納するログメモリを有するフィールド機器において、
前記ログメモリは複数段設けられるとともに、これらログメモリの間には前段のログメモリの出力データを所定の比率で実質的に圧縮するデータ処理手段が設けられ、
さらに、これら各段のログメモリの出力データに基づき予測特性を生成する予測特性生成手段が設けられていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項1または請求項２に記載のフィールド機器において、
前記圧縮前の出力データまたは前記生成された予測特性のいずれかの出力データに対する所定の閾値が設定され、出力データがこの閾値を超えた場合にはアラームを出力するためのトリガを出力するトリガ回路を設けたことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３に記載されたフィールド機器において、
前記トリガ回路からアラームを出力するためのトリガが発生された場合、前記各段のログメモリの出力データをエラーログとして格納するエラーログメモリが設けられていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載されたフィールド機器において、
前記複数段のログメモリは、共通のメモリが複数の領域に分割されたものであることを特徴とする。

これらにより、比較的少ないメモリ容量で長期間のログを格納できるとともに、エラーや不具合が発生する前の状況も把握でき、より直近の状況はより詳細に把握でき、さらに将来のエラーや不具合の発生を予測できるフィールド機器が実現できる。

本発明の一実施例を示すフィールド機器の構成説明図である。 本発明に基づく出力データの統計処理例の説明図である。 本発明の他の実施例を示すフィールド機器の構成説明図である。 本発明の他の実施例を示すフィールド機器の構成説明図である。 図４の実施例に基づく出力データの統計処理例の説明図である。 本発明の他の実施例を示すフィールド機器の構成説明図である。 従来のフィールド機器の一例を示す構成説明図である。 従来のフィールド機器の他の例を示す構成説明図である。 従来のフィールド機器の他の例を示す構成説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図９と共通する部分には同一の符号を付けている。

図１において、センサ回路１のすべての出力データは、トリガ回路６に順次入力されるとともに、リングメモリとして動作する１次ログメモリ８に順次上書き格納される。

１次ログメモリ８に順次上書き格納されるセンサ回路１の出力データは、エラーログメモリ７に出力されるとともに、第１のデータ処理回路９にも転送出力される。

第１のデータ処理回路９は、１次ログメモリ８から転送出力されるセンサ回路１のすべての出力データについて、一定時間ごとに分割して統計処理を行う。これら第１のデータ処理回路９の統計処理結果は、リングメモリとして動作する２次ログメモリ１０に順次上書き格納される。ここで、統計処理とは、たとえば、平均値、最大値、最小値、分散値などを算出することをいう。

２次ログメモリ１０に順次上書き格納されるこれら第１のデータ処理回路９の統計処理結果は、エラーログメモリ７に出力されるとともに、第２のデータ処理回路１１にも転送出力される。

第２のデータ処理回路１１は、２次ログメモリ１０から転送出力される第１のデータ処理回路９の統計処理結果について、一定時間ごとに分割して統計処理を行う。これら第２のデータ処理回路１１の統計処理結果は、３次ログメモリ１２に順次格納される。第２のデータ処理回路１１も、第１のデータ処理回路９と同様に、平均値、最大値、最小値、分散値などを算出する。

３次ログメモリ１２に順次格納されるこれら第２のデータ処理回路１１の統計処理結果は、エラーログメモリ７に出力される。

トリガ回路６は、センサ回路１の出力データの値があらかじめ設定されている閾値を超えた場合にはアラーム出力回路５にアラーム信号の生成出力を指示するとともに、エラーログメモリ７に入力されている１次ログメモリ８の格納データ、２次ログメモリ１０の格納データおよび３次ログメモリ１２の格納データを格納するように指示する。なお、閾値は、たとえば上位システム１３から設定される。

アラーム出力回路５は、生成したアラーム信号を、外部に設けられている上位システム１３に出力する。

上位システム１３は、アラーム出力回路５から入力されるアラーム信号に基づき、エラーログメモリ７に格納された１次ログメモリ８の格納データ、２次ログメモリ１０の格納データおよび３次ログメモリ１２の格納データを取り込むとともに、次のデータ取り込みに備えてエラーログメモリ７に格納されている全てのデータを消去する。

図２は本発明に基づく出力データの統計処理例の説明図であり、アラーム信号にしたがってエラーログメモリ７に取り込まれ格納される１次ログメモリ８の格納データ、２次ログメモリ１０の格納データおよび３次ログメモリ１２の格納データを、センサ回路１の出力データの値が時間ｔに伴って変化するグラフＤとして示したものである。

図２において、センサ回路１の出力データの値の変化を表すグラフＤに注目すると、時間幅を大きくしてマクロ的にとらえた場合には時間ｔの経過とともにほぼ直線的に増加しているが、時間幅を狭くしてミクロ的に詳しく測定すると細かく変動している。

すなわち、区間１はセンサ回路１の出力データが順次上書き格納される１次ログメモリ８の格納データを表示する区間であり、そのデータ数をＤ１とする。１次ログメモリ８の格納データには、センサ回路１の直近の出力データも含まれている。

区間２は、第１のデータ処理回路９の統計処理結果が順次上書き格納される２次ログメモリ１０の格納データを表示する区間であり、そのデータ数をＤ２とする。ここで、データ数Ｄ２はデータ数Ｄ１の統計処理結果であることから、データ数Ｄ１とデータ数Ｄ２の関係は一般的にはＤ１＞＞Ｄ２になる。なお、第１のデータ処理回路９は、区間１に先行する過去の一定区間２内の１次ログメモリ８の格納データに対して、前述のように、一定時間ごとに分割して統計処理を行う。

区間３は、第２のデータ処理回路１１の統計処理結果が順次格納される３次ログメモリ１２の格納データを表示する区間であり、そのデータ数をＤ３とする。ここで、データ数Ｄ３はデータ数Ｄ２の統計処理結果であることから、データ数Ｄ２とデータ数Ｄ３の関係は一般的にはＤ２＞＞Ｄ３になる。なお、第２のデータ処理回路１１は、区間２に先行する過去の一定区間３内における２次ログメモリ１０の格納データに対し、前述のように、一定時間ごとに分割して統計処理を行う。

これにより、古いデータほどより統計処理を施してデータ量をより圧縮しているので、長期間にわたるデータを比較的少ないメモリ容量で格納保存できる。

このとき、過去のデータを削除しないことから、必要に応じて過去のデータを参照できる。

そして、現在に近いほど時間幅を狭くしてミクロ的に詳細なデータが格納保存されているので、アラーム発生時やトラブル発生時の原因解析に必要な詳細データが得られるとともに、アラームやトラブルが発生するまでに至る途中経過のデータも把握でき、原因解析作業を効率よく行え、より的確な原因解析結果が期待できる。

なお、上記実施例では、１次ログメモリ８およびトリガ回路６に、センサ回路１の出力データを順次入力する例を説明したが、センサ回路１の複数の出力データから演算した結果を入力するようにしてもよい。

また、トリガ回路６の入力はセンサ回路１の出力データに限るものではなく、各ログメモリ８、１０、１２に格納されているデータであってもよい。

また、各ログメモリ８、１０、１２は、それぞれが個別のメモリに限るものではなく、図３に示すように、１個のログメモリ１４の内部を複数領域に分割して、各領域を図１のログメモリ８、１０、１２と対応するようにそれぞれ割り当てて使用してもよい。

また、トリガ回路６に複数の閾値を設定することにより複数のレベルのアラームを出力でき、それらに対応した複数レベルのトリガを出力できる。

さらに、これら複数レベルのトリガに対し、それらのレベルに応じて、エラーログを取る／取らない、格納するエラーログの時間範囲、項目などを必要に応じて変更することができる。

図３のように構成することにより、１個のデータ処理回路１５も、図１の第１のデータ処理回路９および第２のデータ処理回路１１として用いることができ、図１に比べてフィールド機器全体の部品点数を削減できる。

図４も本発明の他の実施例を示す構成説明図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、図４の実施例には予測特性生成回路１６を設けていることと、トリガ回路６はこの予測特性生成回路１６から生成出力される予測特性に対してトリガをかけていることである。

図４において、予測特性生成回路１６には各ログメモリ８、１０、１２の出力データが入力されている。予測特性生成回路１６は、これらログメモリ８、１０、１２の出力データに対して最小２乗法やスプライン補間などの統計処理を行い、予測特性の近似曲線を生成してトリガ回路６に入力する。

トリガ回路６は、予測特性生成回路１６で生成された予測特性があらかじめ設定されている閾値を超えた場合には、アラーム出力回路５にアラーム信号の生成出力を指示するとともに、エラーログメモリ７に入力されている１次ログメモリ８の格納データ、２次ログメモリ１０の格納データおよび３次ログメモリ１２の格納データを格納するように指示するトリガ信号を生成出力する。

図５は図４の実施例に基づく出力データの統計処理例の説明図であり、図２と同様にアラーム信号にしたがってエラーログメモリ７に取り込まれ格納される１次ログメモリ８の格納データ、２次ログメモリ１０の格納データおよび３次ログメモリ１２の格納データをセンサ回路１の出力データの値が時間ｔに伴って変化するグラフＤとして示すとともに、予測特性生成回路１６で生成された予測特性Ｐを示している。

図５において、区間１から出力データに対する閾値と予測特性Ｐとの交点までの時間Ｔが、将来におけるエラーや不具合の発生予測時間になる。

このように構成することにより、将来の傾向を把握することができ、エラーや不具合が発生する可能性が高い時間を予測できる。

図６も本発明の他の実施例を示す構成説明図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図４と図６の相違点は、図６の構成では、図３と同様に、１個のログメモリ１４の内部を複数領域に分割して、各領域を図４のログメモリ８、１０、１２と対応するようにそれぞれ割り当てて使用するとともに、１個のデータ処理回路１５も、図４の第１のデータ処理回路９および第２のデータ処理回路１１として用いていることである。

図６の構成によれば、図４に比べてフィールド機器全体の部品点数を削減できる。

以上説明したように、本発明によれば、比較的少ないメモリ容量で長期間のログを格納できるとともに、エラーや不具合が発生する前の状況も把握でき、さらに将来のエラーや不具合の発生を予測できるフィールド機器を実現でき、各種のフィールド機器として好適である。

１ センサ回路
２ ログメモリ
５ アラーム出力回路
６ トリガ回路
７ エラーログメモリ
８ １次ログメモリ
９ 第１のデータ処理回路
１０ ２次ログメモリ
１１ 第２のデータ処理回路
１２ ３次ログメモリ
１３ 上位システム
１４ ログメモリ
１５ データ処理回路
１６ 予測特性回路

Claims (5)

1. センサ回路の出力データを格納するログメモリを有するフィールド機器において、
   前記ログメモリは複数段設けられるとともに、これらログメモリの間には前段のログメモリの出力データを所定の比率で実質的に圧縮するデータ処理手段が設けられていることを特徴とするフィールド機器。
2. センサ回路の出力データを格納するログメモリを有するフィールド機器において、
   前記ログメモリは複数段設けられるとともに、これらログメモリの間には前段のログメモリの出力データを所定の比率で実質的に圧縮するデータ処理手段が設けられ、
   さらに、これら各段のログメモリの出力データに基づき予測特性を生成する予測特性生成手段が設けられていることを特徴とするフィールド機器。
3. 前記圧縮前の出力データまたは前記生成された予測特性のいずれかの出力データに対する所定の閾値が設定され、出力データがこの閾値を超えた場合にはアラームを出力するためのトリガを出力するトリガ回路を設けたことを特徴とする請求項２に記載のフィールド機器。
4. 前記トリガ回路からアラームを出力するためのトリガが発生された場合、前記各段のログメモリの出力データをエラーログとして格納するエラーログメモリが設けられていることを特徴とする請求項３に記載されたフィールド機器。
5. 前記複数段のログメモリは、共通のメモリが複数の領域に分割されたものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載されたフィールド機器。

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