CN108803408B - 过程控制系统及数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过程控制系统和数据处理方法，该过程控制系统包括：一个或多个现场设备，配置于工厂；控制装置，通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制；变化倾向计算部，对包含由所述现场设备得到的各时间点的观测值在内的时间序列数据的变化倾向进行计算。

Description

过程控制系统及数据处理方法
本申请请求于2017年04月28日向日本专利局提交的日本专利申请2017-089880的优先权，其全部内容通过援引加入其中。
技术领域
本发明涉及过程控制系统及数据处理方法。
背景技术
目前，为了在过程控制系统中对控制对象的过程运行进行操作，设有操作监视终端。使用该终端，作为用户的操作员能够任意地选择数个表示现场设备等测量到的过程状态量等的各种时间序列数据。例如，日本专利第5868784号公报中记载的过程监视系统根据从测量工业过程的状态量的现场设备输出的时间序列数据及该状态量的变化倾向来判断工厂的状态。显示其判断的结果、得到的状态和状态量。此外，日本专利公开2014-167706号公报记载的监视装置根据由传感器测量到的物理量，输出趋势图表。在该图表中，将包含未来物理量预测值的物理量的时间序列数据图表化。操作员分析在操作监视终端的显示部选择的时间序列数据的变化倾向，并进行异常的发现及未来值的预测等。
此外，近来现场设备智能化不断发展。例如，若干现场设备具有检测放置本机的环境状态及本机的设定状态等的功能、及将检测到的状态信息通知给其他设备的功能。上述状态包括例如周围温度、测量区间设定异常、导压管堵塞及阀工作累积信息。此外，作为通知地的设备例如为设备管理终端。用户即维修员确认表示通知的状态的时间序列数据的变化，在发展成为障害之前，进行判定是否要实施维修作业。
在操作监视终端等的显示部通常显示表示状态值及设备的状态量等观测量的时间序列数据，其中状态值表示过程的状态，设备的状态量表示现场设备的状态。操作员及维修员根据自身的经验和知识，对显示的时间序列数据进行解释，并预测其未来值。因此，要求操作员及维修员具有比较高的能力。因此，包括运行操作及维修员等在内的运行负担较大。
此外，通常一个操作员不得不操作监视多个时间序列数据。需要操作监视的时间序列的数量在小规模的工厂中有数十个，若为大规模的工厂则攀升到数千个。解释各个时间序列数据并预测其未来值带来较大的负担。因此，实质上应操作监视的点中有时仅能够监视极少一部分。此外，预测能够自主检测及输出本机状态的智能现场设备今后会进一步普及。但是若维修员一个人的监视对象台数过多，则从现场设备获得的信息有可能无法完全灵活运用。
进而，为了支持操作员及维修员的操作，有时计算使用模拟器的预测功能获得的相对于状态量的输出值，并作为当前时间点之前的时间序列数据的未来状态量的预测趋势显示在显示部。但是，若不是对工厂中处理的物质物性及外部环境等具有广泛知识的工程师，则无法应对用于模拟的模型生成。此外，用于模拟的模型生成还花费较大的作业量(例如，数人月程度)。因此，对于增加的全部监视点建构模型变得更加困难。
发明内容
本发明的过程控制系统及数据处理方法是鉴于上述问题实施的。即，根据本发明提供的过程控制系统及数据处理方法，在过程控制系统的操作员及维修员等用户观察大量时间序列数据时能够准确地掌握其观测值的变化倾向。
(1)本发明用于解决上述问题，本发明的一方式是一种过程控制系统，其包括：一个或多个现场设备，配置于工厂；控制装置，通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制；变化倾向计算部，对包含由所述现场设备得到的各时间点的观测值在内的时间序列数据的变化倾向进行计算，通知筛选部，根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知与所述通道相关的信息的通道，所述通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道的观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，所述通知筛选部通过计算出所述规定阈值与当前时间点的观测值之间的差分并将计算出的差分除以当前时间点的观测值的斜率而得到所述预想时间，所述通知筛选部将所述预想时间在规定的预想时间的阈值以下的通道，筛选为用于通知所述通道相关信息的通道。
(2)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述变化倾向计算部设置于输入部，所述输入部连接所述现场设备和所述控制装置，且至少输入来自所述现场设备的输出。
(3)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述变化倾向计算部设置于所述现场设备。
(4)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述变化倾向计算部设置于用于中转从所述现场设备向所述控制装置发送的观测值的中转装置
(5)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述变化倾向计算部提取表示从第一时间点至第二时间点为止的解析范围内各时间点的观测值的时间序列数据，以使目标函数最小化的方式，计算出表示所述解析范围内所述观测值的变化倾向的一次函数的斜率，所述目标函数是所述解析范围内各时间点的乘积值的总和，所述乘积值是所述一次函数的函数值与所述观测值之间的差分的平方值乘以权重系数得到的数值，从所述第一时间点至所述各时间点为止的经过时间越大，所述权重系数的数值越大。
(6)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，包括通知筛选部，所述通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知所述通道相关信息的通道。
(7)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述通知筛选部包括：存储部，预先存储将表示每个通道的所述变化倾向的模式与指定的通道建立对应的判断表格；通知输出部，参照所述判断表格，选择与每个通道的时间序列数据所示的观测值的变化倾向一致的模式，并筛选与所述模式建立对应的指定通道。
(8)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述判断表格包括分配有优先级的所述模式，当筛选出的模式个数为多个时，分配给该模式的优先级越高，所述通知输出部越优先地输出与该模式建立对应的指定通道所相关的信息。
(9)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，所述通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，并根据每个通道的所述预想时间来筛选用于通知所述通道相关信息的通道。
(10)本发明的另一方式是在上述的过程控制系统中，还包括用于显示所述时间序列数据或所述变化倾向的管理装置。
(11)本发明的又一方式提供一种数据处理方法，包括：将一个或多个现场设备配置于工厂；通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制；计算包含由所述现场设备至少其中一个测量到的各时间点的观测值在内的时间序列数据的变化倾向，根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知与所述通道相关的信息的通道，根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道的观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，通过计算出所述规定阈值与当前时间点的观测值之间的差分并将计算出的差分除以当前时间点的观测值的斜率而得到所述预想时间，将所述预想时间在规定的预想时间的阈值以下的通道，筛选为用于通知所述通道相关信息的通道。
根据本发明，观察时间序列数据的用户的观测值的变化倾向解释及未来值的预测所涉及的负荷得以降低。因此，能够准确地掌握观测值的变化倾向。此外，通过降低对于各个观测值的负荷，实质上能够监视更多的时间序列数据。
附图说明
图1是表示第一实施方式涉及的控制系统的一结构例的框图。
图2是表示第一实施方式涉及的变化倾向判定部的一结构例的框图。
图3是表示第一实施方式涉及的终端装置的一结构例的框图。
图4是表示第一实施方式的变形例涉及的控制系统的一结构例的框图。
图5是表示第二实施方式涉及的控制系统的一结构例的框图。
图6是第二实施方式涉及的通知筛选部的功能的说明图。
图7是表示观测值的时间序列和斜率的显示例的图。
图8是表示观测值的时间序列和斜率的其他显示例的图。
图9是表示第二实施方式的变形例涉及的通知筛选部的一结构例的框图。
图10A及图10B是表示观测值的变化倾向模式例的图。
图11表示第二实施方式涉及的通知处理一例的流程图。
图12是表示第二实施方式的变形例涉及的远程I/O节点的一结构例的框图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，为了便于理解，记载了若干特定的细节以用于实施方式的完整理解，然而其中一个或多个实施方式可以不需要这些特定的细节也能够实施。在一些示例中，为了简化附图，对于公知的结构和器件仅示意性示出。
下面，参照附图对本发明的实施方式涉及的过程控制系统及数据处理方法进行说明。
＜第一实施方式＞
首先，对本发明的第一实施方式涉及的控制系统的一结构例进行说明。
图1是表示本实施方式涉及的控制系统1的一结构例的框图。
本实施方式涉及的控制系统1是包括终端装置10、控制装置20及I/O模块30的过程控制系统。在图1所示的例子中，I/O模块30的数量为3个。在以下的说明中，在统称一组I/O模块的情况下及不需要区别一组I/O模块的情况下，称为I/O模块30。在需要区别单独的I/O模块的情况下，带有“-1”等子序号而称为I/O模块30-1等。3个I/O模块30中I/O模块30-1及30-3为本发明涉及的电子设备的实施方式。作为控制装置控制对象的被控制系统是工厂设备60。终端装置10和控制装置20通过控制网络NW相互连接。在终端装置10和控制装置20之间能够以无线或有线的方式相互收发各种数据。另外，终端装置10与控制装置20也可构成一体化的单一装置。因此，控制网络NW并不一定是控制系统1的结构组成。此外，I/O模块30-1～30-3也可是能够分别与控制装置20拆装的独立设备。此外，上述I/O模块也可作为控制装置20的一部分与控制装置20一体化。
终端装置10从控制装置20经由控制网络NW逐次接收时间序列数据及变化倾向数据。时间序列数据是表示各时间点观测值的数据。变化倾向数据是表示该各时间点观测值的时间变化倾向的指标即斜率的数据。终端装置10生成表示各时间点观测值的显示图表。生成的显示图表通过终端装置10显示于显示部(后述)。也可在显示图表中进一步显示当前时间点的观测值的变化倾向。
终端装置10例如构成为操作监视终端或设备管理终端。操作监视终端主要是操作员用于控制控制装置20的运行及作为控制对象的工厂设备60的状态的设备。设备管理终端主要是维修员用于管理控制装置20、I/O模块30及现场设备62自身的工作状态及工厂设备60的状态的设备。终端装置10例如也可根据操作输入部(后述)接收到的与操作相应的操作信号来生成各种指示信息。指示信息例如包括用于对控制装置20的工作状态进行操作的控制的开始、停止及控制参数的信息。终端装置10将生成的指示信息向控制装置20发送。终端装置10例如也可构成为个人计算机、工作站、业务用便携终端装置(平板机)或多功能便携电话机。
从I/O模块30向控制装置20输入各种时间序列数据。输入的时间序列数据利用控制装置20将数据发送到终端装置10。输入的时间序列数据表示的观测值的一例包括表示控制对象即工厂设备60的状态的输入值、及表示各个现场设备62自身状态的状态量。状态量的一例包括现场设备62的动力源即电池的电池残量、所述电池的电动势、表示结构部件老化状态的电阻值、电流值、由其他自身诊断功能得到的诊断信息。
控制装置20例如也可构成为DCS(Distributed Control System：分布式控制系统)、FA(Factory Automation：工厂自动化)中的PLC(Programmable Logic controller：可编程逻辑控制器)等。
控制装置20包括控制运算部22和通信部24。
从I/O模块30向控制运算部22每隔规定时间输入表示工厂设备60的状态的输入值。该输入值相当于控制量。作为目标值也可使用由从终端装置10输入的指示信息所指示的值。此外，也可使用预先在控制运算部22中设定的值。控制运算部22以使输出值与目标值之间的偏差变小的方式对输入值进行规定的控制运算。如此，控制运算部22逐次计算出经由I/O模块30向工厂设备60输出的输出值。计算出的输出值相当于操作量。控制运算例如是PI控制及PID控制。控制运算部22将计算出的输出值输出到I/O模块30。输入值的种类、通道数、输出值的种类及通道数根据控制运算可以不同。在图1所示的例子中，输入值从I/O模块30-1、30-3分别输入到控制运算部22。而且，输出值从各个模块输出到I/O模块30-2。控制运算部22也可经由通信部24向终端装置10发送将各时间点的输出值或偏差作为观测值的时间序列数据。
通信部24与控制网络NW能够通信地连接。通信部24与连接在控制网络NW上的设备例如终端装置10之间，以无线或有线的方式收发各种数据。通信部24例如是通信接口。
I/O模块30作为输入输出装置与控制装置20及各个设置于工厂设备60的现场设备62电连接或以能够通信的方式连接。所述I/O模块30在控制装置20和现场设备62之间中转各种数据。I/O模块30包括数据获得部32，该数据获得部32从作为输入地连接的设备，获得表示各时间点观测值的时间序列数据。数据获得部32将获得的时间序列数据输出到作为输出地连接的设备。在图1所示的例子中，数据获得部32-1、32-3获得分别从现场设备62-1、62-3输入的输入值。获得的输入值由各自的现场设备输出到控制装置20。数据获得部32-2获得从控制装置20输入的输出值。获得的输出值利用数据获得部32-2输出到现场设备64-1。
I/O模块30还包括变化倾向判定部34。变化倾向判定部34计算出表示从数据获得部32输入的时间序列数据所示的各时间点的观测值的时间变化倾向的斜率。变化倾向判定部34将表示计算出的斜率的变化倾向数据输出到控制装置20。在图1所示的例子中，变化倾向判定部34-1、34-3计算出分别从数据获得部32-1、32-3输入的时间序列数据所示的观测值的斜率。变化倾向判定部34-1、34-3分别将表示计算出的斜率的变化倾向数据输出到控制装置20。对于变化倾向判定部34的结构例后面叙述。另外，并不一定需要全部的I/O模块30包括变化倾向判定部34。在图1所示的I/O模块30-2中，省略变化倾向判定部34。包括变化倾向判定部34的I/O模块30只要能够作为从现场设备62获得输入值的输入部发挥作用即可。I/O模块30并不是必需具有从控制装置20获得输出值的功能、或者将输出值向现场设备64输出的功能。
工厂设备60利用从控制装置20经由I/O模块30输出的输出值来控制运行状态。此外，表示工厂设备60的运行状态的输入值经由I/O模块30输入到控制装置20。
工厂设备60设置各种现场设备62。现场设备62包括用于检测工厂设备60的运行状态的传感器和用于操作工厂设备60的运行状态的促动器。
传感器检测表示工厂设备60的状态的物理量。传感器的例子包括检测温度的温度传感器、检测压力的压力传感器、检测流体的流量计、检测电流的电流计、及检测电压的电压计。
促动器根据输出值工作。根据其动作，工厂设备60的状态发生变化。促动器例子包括泵、压缩机、阀、马达及马达驱动装置。通常，输出值越大，促动器的动作量越大。例如，促动器的动作量与输出值成比例。在图1所示的例子中，现场设备62-1、62-3分别为传感器。现场设备64-1为促动器。利用现场设备62-1、62-3、控制运算部22及现场设备64-1形成一个控制环。
另外，在图1所示的例子中，控制环的个数是一个。但是，控制环的个数也可是多个。在控制环的个数为多个的情况下，各个控制环涉及的处理只要并行地执行即可。
(变化倾向判定部)
接下来，对本实施方式涉及的变化倾向判定部34的一结构例进行说明。图2是表示本实施方式涉及的变化倾向判定部34的一结构例的框图。
变化倾向判定部34包括时间序列数据存储部342、时间序列范围提取部344及变化倾向计算部346。变化倾向判定部34也可包括单片CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等运算设备。
时间序列数据存储部342逐次存储从数据获得部32(图1)输入的观测值。在时间序列数据存储部342中，以获得该观测值的时刻的顺序来累积观测值。累积得到的一组观测值形成表示各时间点的观测值的时间序列数据。时间序列数据存储部342例如也可包括FIFO(First-in First-Out：先入先出)式缓冲存储器。
时间序列范围提取部344从时间序列数据存储部342获得表示至当前时间点的规定数据获得期间内的各时间点的观测值的时间序列数据。数据获得期间只要是包括从基准时间点至当前时间点为止的解析范围的期间即可。基准时间点是当前时间点之前规定时间的时间点。当前时间点并不一定限于该时间点的时刻(当前时刻)，也可是获得观测值的最新时刻。在变化倾向计算部346计算基准时间点的移动平均值时，数据获得期间的长度只要是至少解析范围长度的2倍即可。时间序列范围提取部344将获得的时间序列数据输出到变化倾向计算部346。
从时间序列范围提取部344向变化倾向计算部346输入时间序列数据。变化倾向计算部346利用时间序列数据，以使目标函数最小化的方式计算出表示解析范围内各时间点的观测值的变化倾向的一次函数的斜率。目标函数是各时间点的一次函数的函数值与观测值之间的差分值的加权平方和。对于各时间点的权重系数来说，只要是从基准时间点至该时间点为止的经过时间越大，各时间点的权重系数的数值越大即可。
另外，变化倾向计算部346也可利用时间序列数据来计算出以基准时间点作为中心时刻的中心化移动平均值。中心化移动平均值是移动平均区间内各时间点的函数值的简单平均值。移动平均区间是从基准时间点的解析范围过去时间点至当前时间点为止的区间。下面，将移动平均区间的长度称为窗口尺寸。此外，将中心化移动平均值简单称为移动平均值。变化倾向计算部346以使基准时间点的函数值与中心化移动平均值相等的方式来计算出一次函数的截距也可。变化倾向计算部346也可根据计算出的截距和斜率，计算出解析范围内的各时间点的函数值。变化倾向计算部346将表示计算出的斜率的变化倾向数据输出到控制装置20(图1)。变化倾向数据还可包含各时间点的函数值及移动平均值中的任一个或两个。
变化倾向计算部346也可将计算出的斜率值离散化，并确定其状态值(状态)。变化倾向计算部346进一步将确定的状态值信息包含于变化倾向数据。通过离散化，确定规定级数的状态值中的任一状态值。可供选择的状态值的备选例如有下面五级。
“急剧上升”、“缓慢上升”、“恒定”、“缓慢下降”、“急剧下降”
在观测值的斜率大于规定阈值1的情况下赋予“急剧上升”。在观测值的斜率大于规定的阈值2且在阈值1以下的情况下赋予“缓慢上升”。在观测值的斜率在规定的阈值3以上且阈值2以下的情况下赋予“恒定”。在观测值的斜率在规定的阈值4以上且小于阈值3的情况下赋予“缓慢下降”。在观测值的斜率小于阈值4的情况下赋予“急剧下降”。在此，阈值1及阈值2均为大于0的正值。此外，阈值1大于阈值2。阈值3及阈值4均为小于0的负值。阈值4小于阈值3。
另外，变化倾向计算部346设置于每个变化倾向判定部34。因此，控制系统1中的变化倾向计算部346的个数通常为多个。在上述多个变化倾向计算部346之间，也可使计算斜率的方法及解析范围的大小均通用。此外，解析范围的大小也可固定在预设的值。由此，减轻工程上的负担。
(变化倾向的计算方法)
下面，对时间序列数据的变化倾向的计算方法的具体例进行说明。
在此，将构成输入到变化倾向计算部346的时间序列数据的时刻ti的观测值表示为xti。i是表示各时间点顺序的整数。时刻tN表示当前时间点的时刻。变化倾向计算部346中预先设定有窗口尺寸W。窗口尺寸W相当于移动平均区间内的观测值的个数2K+1。K是表示解析范围内的观测值的个数的1以上的整数。
变化倾向计算部346计算作为当前时间点tN的K点过去时刻的基准时间点tN-K的移动平均值＜xtN-K＞。在该阶段，当前时间点tN的观测值为最新的观测值。在当前时间点tN不能计算出基准时间点tN-K之后的时刻的移动平均值。因此，变化倾向计算部346计算表示基准时间点tN-K之后各时刻的观测值变化倾向的一次函数的函数值。变化倾向计算部346采用基准时间点tN-K的移动平均值＜xtN-K＞来作为基准时间点tN-K的函数值。变化倾向计算部346使用因素回归(moment regression)来计算各时刻tN-K+i的一次函数＜xtN-K＞+atN(tN-K+i-tN-K)的斜率atN。因素回归例如是将式(1)所示的目标函数J最小化并计算斜率atN的方法。
【数1】
Figure GDA0003191684620000111
式(1)中，tN-K+i-tN-K表示时刻tN-K+i距基准时间点tN-K的经过时间。此外，{…}内减去的值＜xtN-K＞+atN(tN-K+i-tN-K)相当于一次函数在时刻tN-K+i的函数值。因此，式(1)表示，将从时刻tN-K+i的观测值xtN-K+1减去一次函数的函数值得到的差分值的平方值乘以经过时间tN-K+i-tN-K而得到的乘积值在解析范围内求总和，得到目标函数。另外，式(1)中，{…}所示的部分是通常的最小二乗法中使用的项。
变化倾向计算部346在计算使式(1)所示的目标函数J最小化的斜率atN时，使用式(2)给出的关系。
【数2】
Figure GDA0003191684620000112
式(2)由使目标函数J以斜率atN微分而得的导数变为0的条件下导出。
在上述例子中，在计算目标函数J时，对差分值的平方值乘以经过时间tN-K+i-tN-K。因此，越是新的观测值，该观测值与函数值之间的差分值对目标函数J的贡献越大。因此，更重视接近当前时间点的观测值的时间变动。因此，能够推定表示与用户的直觉接近的变化倾向的函数值，而不会发生函数值相位对于观测值相位的延迟。
另外，在变化倾向计算部346中，若设定的至当前时间点tN的解析范围具有恒定的期间，则即使解析范围的局部存在无法获得观测值的缺失点，也能够使用式(2)计算斜率atN。因此，在来自现场设备62-1、62-3(图1)的测量值暂时无法测量的状况下，例如，当I/O模块30-1、30-3整体或者一部分功能暂时发生不良状况时，所述模块整体或者一部分功能暂时停止时，或者由于控制网络NW导致传送损失时，即使发生缺失，也能够计算稳定的函数值。
在上述例子中，在各时间点间的间隔为不定间隔的情况下也可适用，但在各时间点间的间隔为恒定间隔d的情况下，式(1)如式(3)所示那样变形。
【数3】
Figure GDA0003191684620000121
在式(3)中，时刻ti是t1+(i-1)d。而且，在将式(3)所示的目标函数J以斜率atN微分而得的导数变为0的条件下，得到式(4)所示的关系。
【数4】
Figure GDA0003191684620000122
式(4)的分母为常数。该常数的值为K2(K+1)2·d3/4。在变化倾向计算部346使用式(4)所示的关系来计算斜率atN时，只要使用预先设定的常数即可。通过省略用于逐次计算常数的处理，进一步降低计算量。因此，容易安装到运算资源比较小的设备(例如嵌入设备)等。
另外，式(3)所示的目标函数J如下情况的例子：对于各时间点tN-K+i的观测值与函数值之间的差分的平方值乘以的权重系数wi与距基准时间点tN-K的经过时间tN-K+i-tN-K成比例。但是，目标函数J并不限于该例。权重系数wi也可一般化为相对于经过时间tN-K+i-tN-K的增加而单调增加的正值。也能够将权重系数wi作为K维权重系数矢量的要素值，并预先设定在变化倾向计算部346。在该情况下，式(3)所示的目标函数J也可如式(5)所示一般化。
【数5】
Figure GDA0003191684620000131
而且，在将式(5)所示的目标函数J以斜率atN微分得到的导数变为0的条件下，得到式(6)所示的关系。变化倾向计算部346也可使用式(6)来计算斜率atN。
【数6】
Figure GDA0003191684620000132
另外，在各时间点间的间隔为不定间隔的情况下，变化倾向计算部346也可使用式(7)来计算斜率atN。
【数7】
Figure GDA0003191684620000133
式(7)通过将式(2)中从基准时间点tN-K开始的经过时间tN-K+i-tN-K置换为权重系数wi而得到。
此外，如式(8)所示，在变化倾向计算部346中，作为权重系数wi，也可使用依赖于从基准时间点tN-K开始的经过时间t的函数w(t)来计算斜率atN。
【数8】
Figure GDA0003191684620000141
另外，上述的变化倾向计算部346中，作为一例，以使作为目标函数的各时间点的观测值与一次函数的函数值之间的差分值的加权平方和最小化的方式，计算表示各时间点的观测值的时间变化倾向的斜率。但是，计算方法并不限于此。例如，变化倾向计算部346也可以以使作为目标函数的各时间点的观测值与一次函数的函数值之间的差分值的平方和最小化的方式，计算表示各时间点的观测值的时间变化倾向的斜率。变化倾向计算部346也可对观测值作用规定的一次微分滤波器，而计算斜率。一次微分滤波器是例如用于计算下一时间点的观测值与前一时间点的观测值之间的差分作为当前时间点的斜率的滤波器。
另外，在I/O模块30中，变化倾向判定部34也可构成为能够拆装。I/O模块30包括例如具有连接现场设备62的连接端子的基板和可选模块。可选模块能够拆装地设置于基板，且包括变化倾向判定部34。变化倾向判定部34对表示从现场设备62经由连接端子输入的观测值的时间变化倾向的斜率进行计算，并将表示计算出的斜率的变化倾向数据输出到控制装置20。对于该可选模块例如在日本专利5904190号公报中有详细记载。
此外，上述例示了各I/O模块30具有变化倾向判定部34的情况。但是，变化倾向判定部34的配置并不限于该例。具有与变化倾向判定部34同样功能结构的变化倾向判定部也可设置于现场设备62。变化倾向判定部对表示本机测量到的观测值的时间变化倾向的斜率进行计算。变化倾向判定部将计算出的斜率与观测值对应，并发送到与本机连接的I/O模块30。在作为收信地的I/O模块30中，也可省略变化倾向判定部34。
(终端装置)
下面，对本实施方式涉及的终端装置10的一结构例进行说明。图3是表示本实施方式涉及的终端装置10的一结构例的框图。
终端装置10包括数据获得部12、数据处理部14、显示部16和操作输入部18。
数据获得部12从控制装置20接收表示各时间点观测值的时间序列数据。接收到的时间序列数据通过数据获得部12输出到数据处理部14。此外，数据获得部12有时从控制装置20接收与时间序列数据对应的变化倾向数据。在该情况下，数据获得部12将时间序列数据与变化倾向数据对应，并输出到数据处理部14。数据获得部12例如是通信接口。数据获得部12以有线或无线的方式与控制网络NW连接。另外，数据获得部12获得数据的方式也可不是控制网络NW。数据获得部12也可获得物理上装配的可拆装的存储介质(例如闪存)中存储的数据。
数据处理部14根据从数据获得部12输入的时间序列数据，生成将各时间点的观测值图示的图表数据。从数据获得部12向数据处理部14输入与时间序列数据对应的变化倾向数据。在该情况下，数据处理部14也可生成进一步表示当前时间点斜率的图表数据。在此，数据处理部14也可生成进一步表示至基准时间点为止的各时间点的移动平均值和基准时间点之后的各时间点的函数值的图表数据。在生成图表数据时，数据处理部14将各数值及各时间点的时刻分别变换为垂直方向或水平方向的坐标值。在观测值、函数值及移动平均值之间，表示上述值的记号及图形样式(例如，颜色、形状、线种、线宽及大小的任一个或其任意组合)、文字样式(例如，粗细、大小、字体及字形的任一个或其任意组合)也可不同。数据处理部14将生成的图表数据输出到显示部16。
输入的变化倾向数据中包含状态值信息的情况下，数据处理部14也可将包含该状态值信息的通知信息输出到显示部16。在显示部16显示该状态值的信息。另外，数据处理部14也可判定获得的某一通道的最新状态值信息相对于其之前刚获得的状态值信息是否发生了变化。当数据处理部14判定为发生了变化时，变化后的状态值信息通过数据处理部14输出到显示部16，当数据处理部14判定为未改变时，也可不输出状态值的信息。由此，用户能够容易发现该通道的状态变化以及该变化导致的异常征兆。
另外，数据处理部14也可根据从操作输入部18输入的操作信号所指示的信息来控制观测值的显示。例如，数据处理部14也可将变化倾向计算部346中设定的解析范围更新为由操作信号指示的期间。在向数据处理部14输入多个通道的时间序列数据的情况下，数据处理部14也可将处理对象的通道的时间序列数据更新为由操作信号指示的通道的时间序列数据。在该情况下，作为指示的通道的时间序列数据涉及的观测值，例如，从现场设备62-1输入的输入值、向现场设备64-1输出的输出值、从现场设备62-3输入的输入值、输出值与其目标值之间的偏差、及表示I/O模块30-1～30-3各自状态的状态量可以作为处理对象。
此外，数据处理部14也可根据从操作输入部18输入的操作信号所指示的信息来进行控制装置20的应用所涉及的处理。例如，数据处理部14指定将操作信号所指示的目标值作为控制目标值。数据处理部14也可指定用于赋予该目标值的参数。数据处理部14将表示指定的目标值或参数的指示信息发送到控制装置20。
显示部16对从数据处理部14输入的图表数据表示的各时间点的观测值和函数值进行图示。在显示部16的例子中，包括LCD显示器(Liquid Crystal Display：液晶显示器)及OELD显示器(Organic Electro Luminescence Display：有机电致发光显示器)。
操作输入部18接收用户的操作，并生成与接收到的操作相应的操作信号。操作输入部18将生成的操作信号输出到数据处理部14。在操作输入部18的例子中包括如下操作输入部：包括鼠标、键盘及触摸传感器的通用部件的操作输入部以及包括按钮、手柄及捏手的专用部件的操作输入部。
(变形例)
下面，对本实施方式的变形例进行说明。
图4是表示本变形例涉及的控制系统2的一结构例的框图。
本变形例涉及的控制系统2包括终端装置10、控制装置20、I/O模块30及远程I/O节点40。
远程I/O节点40能够以无线或有线的方式与控制装置20可通信地连接。
远程I/O节点40是以包括I/O模块41和通信部46的方式构成的中转装置。
在图4所示的例子中，远程I/O节点40包括两个I/O模块41。I/O模块41具有与I/O模块30相同的结构。即，远程I/O节点40的数据获得部42及变化倾向判定部44分别包括与I/O模块30的数据获得部32及变化倾向判定部34相同的结构。但是，数据获得部42-1将从现场设备62-4输入的各时间点的输入值作为观测值的时间序列数据输出到变化倾向判定部44-1和通信部46。数据获得部42-2将从现场设备62-5输入的各时间点的输入值作为观测值的时间序列数据输出到变化倾向判定部44-2和通信部46。
通信部46将从I/O模块41输入的时间序列数据和根据该时间序列数据生成的变化倾向数据发送到控制装置20。此外，通信部46也可将从控制装置20接收的时间序列数据所示的输出值输出到I/O模块41(未图示)。通信部46通常汇集表示多个通道的输入值的时间序列数据。汇集的表示多个通道的输出值的时间序列数据由通信部46分配。
另外，在图4所示的例子中，I/O模块41-1、41-2构成为分别作为远程I/O节点40的一部分而与远程I/O节点40的其他部分一体化。但是，所述I/O模块41-1、41-2并不限于该例。I/O模块41-1、41-2也可构成为分别作为独立的设备而能够与远程I/O节点40的其他部分拆装。
此外，通信部46也可具有网关功能。即，通信部46也可将从与自身装置不同的其他远程I/O节点40接收到的数据，发送给作为收信地的收信地设备。收信地设备既可是控制装置20，也可是其他远程I/O节点40。通信部46也可将从控制装置20接收到的数据，发送给作为其收信地的其他I/O模块41。因此，远程I/O节点40作为整体也可起到网关装置的作用。
控制装置20包括通信模块28来代替I/O模块30-3(图1)。
通信模块28以无线或有线的方式与远程I/O节点40能够通信地连接。通信模块28将从远程I/O节点40接收到的时间序列数据及变化倾向数据输出到通信部24。有时从控制运算部22向通信模块28输入表示各时间点的输出值的时间序列数据(未图示)。在该情况下，通信模块28向连接有成为输出地的现场设备62的远程I/O节点40发送输入的时间序列数据。
此外，通信模块28也可作为单一设备构成为能够与控制装置20拆装。此外，通信模块28也可构成为控制装置20的一部分。通信模块28也可构成为从通信部24独立的功能部。进而，通信模块28也可构成为与通信部24一体化的功能部。此外，连接通信模块28和远程I/O节点40的网络既可以是与控制网络NW独立的网络，也可以是控制网络NW的一部分。
另外，上述例示了各I/O模块41具有变化倾向判定部44的情况。但是，变化倾向判定部44的配置并不限定于此。远程I/O节点40也可在与I/O模块41独立的部位具有变化倾向判定部44。变化倾向判定部44对表示从I/O模块41输入的各通道的时间序列数据所示的观测值的时间变化的倾向的斜率进行计算。表示计算出的斜率的变化倾向数据通过变化倾向判定部44经由通信部46发送到控制装置20。在该情况下，在I/O模块41中也可省略变化倾向判定部44。
此外，控制系统2还可包括网关装置(未图示)。网关装置包括具有与变化倾向判定部44同样功能结构的变化倾向判定部。在此，网关装置的通信部以无线或有线的方式从更下位层级配置的远程I/O节点40接收每个通道的时间序列数据。在此，下位层级是指在控制系统2的设备结构中与终端装置10相比在逻辑上更接近工厂设备60的部位。变化倾向判定部对表示通信部接收到的各通道时间序列数据所示的观测值的时间变化倾向的斜率进行计算。表示计算出的斜率的变化倾向数据通过变化倾向判定部经由通信部以无线或有线的方式发送到更上位层级的设备(上级设备)。在此，上位层级是指与工厂设备60相比在逻辑上更接近终端装置10的部位(层级)。在该情况下，在配置于更下位层级的远程I/O节点40中也可省略变化倾向判定部44。
如以上说明，本实施方式涉及的电子设备(例如I/O模块30、41)包括：获得部(例如，数据获得部32、42)，获得表示各时间点观测值的时间序列数据；变化倾向计算部(例如，变化倾向计算部346)，计算各时间点的观测值的基于时间的变化倾向。
根据该结构，对于观察由该电子设备获得的时间序列数据的用户来说，减轻观测值的变化倾向解释及未来值预测所带来的负荷。因此，能够可靠地掌握观测值的变化倾向。其结果，由于对于各个观测值的负荷降低而能够实质上监视更多的时间序列数据。
此外，本实施方式涉及的电子设备包括时间序列范围提取部(例如时间序列范围提取部344)。该时间序列范围提取部提取表示从第一时间点至第二时间点为止的解析范围中的一个或多个各时间点的观测值的时间序列数据。变化倾向计算部以使目标函数最小化的方式来计算表示解析范围中的观测值的变化倾向的一次函数的斜率。在此，目标函数是解析范围内的各时间点的乘积值的总和。乘积值是对一次函数的函数值与观测值之间的差分的平方值乘以权重系数得到的数值。从第一时间点至各时间点为止的经过时间越大，权重系数的数值越大。
根据该结构，以越靠近当前时间点的时间点的观测值越受到重视的方式，算出一次函数的斜率。因此，表示观测值变化倾向的一次函数的函数值的相位相对于当前时间点的观测值不会发生延迟。因此，作为观测值的斜率，降低或去除杂乱的时间变动。与此同时，求出定量化的表示符合人的直觉的观测值变化倾向的值。从而，用户能够容易地判断监视对象的状态变化的倾向。
＜第二实施方式＞
下面，对本发明的第二实施方式进行说明。对于与上述实施方式相同的结构标注相同的符号并引用其说明。
图5是表示本实施方式涉及的控制系统3的一结构例的框图。
控制系统3包括终端装置10、控制装置20、I/O模块30及远程I/O节点40。
本实施方式涉及的控制装置20包括控制运算部22、通信部24、通知筛选部26及通信模块28。
从I/O模块30及通信模块28分别按每个通道向通知筛选部26输入时间序列数据和基于该时间序列数据的变化倾向数据。通知筛选部26根据变化倾向数据所示的斜率，判定在各个通道中是否要进行与对应的时间序列数据相关的向上级设备的通知。在此，对于输入到通知筛选部26的时间序列数据和变化倾向数据使用图6进行说明。在图6所示的例子中，N通道的时间序列数据输入到通知筛选部26。各通道的时间序列数据表示从现场设备62-1～62-N分别输出的各时间点的输入值。与从现场设备62-1～62-N分别获得的时间序列数据相对应的变化倾向数据从变化倾向判定部34-1～34-N输入。图6所示的变化倾向判定部34-1～34-N分别相当于I/O模块30及通信模块28中的任一个所具有的变化倾向判定部、即图5所示的数据获得部32-1、42-1、42-2中的任一个。下面，与现场设备62-1～62-N分别相关的通道称为通道1～N。
通知筛选部26例如将斜率绝对值比规定的斜率阈值更大的通道的时间序列数据判定为需要通知的数据。通知筛选部26将赋予成为该斜率阈值以下的斜率绝对值的通道的时间序列数据判定为不需要通知的数据。
在图6所示的例子中，通道1、N-1的时间序列数据判定为需要通知(下面称为要通知)(y)，通道2、N的时间序列数据判定为不需要通知(下面称为不通知)(n)。而且，通知筛选部26将判定为要通知的通道的时间序列数据和该通道的变化倾向数据输出到通信部24。由此，输出的通道的时间序列数据和与该时间序列数据对应的变化倾向数据发送到终端装置10。因此，终端装置10的显示部16显示通道1、N-1的各时间点的观测值的时间序列和该观测值的斜率。另一方面，终端装置10的显示部16不显示通道2、N的各时间点的观测值的时间序列和该观测值的斜率。因此，用户(操作员)能够集中监视显示部16上显示的通道1、N-1的观测值。
图7是表示观测值的时间序列和当前时间点t0的其观测值的斜率的显示例的图。在图7所示的例子中，8通道的时间序列数据Y1～Y8和各自当前时间点t0的观测值的斜率y1～y8分别以实线和虚线表示。8通道的时间序列数据是经由不具有通知筛选部26的控制装置20获得的全部的时间序列数据。在该例子中，8通道的当前时间点t0的观测值分布在比较狭的范围内。此外，斜率y1～y8的大小及其正负按每个通道变化。因此，对于用户来说有时难以立即掌握各个通道观测值的变化倾向。
图8是表示观测值的时间序列和当前时间点t0的其观测值斜率的其他显示例的图。图8表示8通道的时间序列数据中由通知筛选部26筛选的4通道的时间序列数据Y1、Y2、Y3、Y7和各自的当前时间点t0的观测值斜率y1、y2、y3、y7。斜率y1、y2、y3及y7的绝对值均大于其规定的斜率阈值。即，在当前时间点t0，显示具有显著的观测值斜率的时间序列数据Y1、Y2、Y3、Y7和其斜率y1、y2、y3、y7。除此以外的时间序列数据和其斜率均不显示。因此，用户对于当前时间点t0的观测值斜率显著的通道能够更容易地掌握各个通道的观测值的变化倾向。
另外，上述例示了通知筛选部26根据斜率的绝对值是否大于规定的斜率阈值来判定是否通知该通道的时间序列数据的情况。但是，是否通知的判定基准并不限定于此。通知筛选部26判定为要通知的时间序列数据的通道数也可作为通知通道数而预先确定。当输入的时间序列数据的通道数大于通知通道数时，通知筛选部26也可按照变化倾向数据所示的斜率绝对值的降序来排列通道，对于从斜率绝对值为最大的通道起、至通知通道数的通道为止的时间序列数据判定为要通知。而且，通知筛选部26也可将其以外的时间序列数据判定为不通知。在该情况下，通知筛选部26中也可不设定斜率的阈值。
此外，由于工厂设备60的特性，有时在某一指定通道的观测值发生变化之后，才能明确其他通道的观测值有发生变化的倾向(共带)。当在工厂设备60中，与该指定通道的观测值的测量部位相比，其他通道的观测值的测量部位在物理上配置于更下游时，有可能发生此种情况。在该情况下，通知筛选部26也可以与共带的所述其他通道时间序列数据相比，更优先将所述指定通道的时间序列数据判定为要通知。
在此，发生“共带”情况的例子也包括由于工厂某一部位异常而发生的警报为契机派生地引发其他部位也发生异常的共带警报(a tailgate alarm)。例如，在上游发生了流量异常的情况下，由于其影响下游也引发流量异常。
通知筛选部26也可将表示判定为要通知的通道的通知通道信息经由通信部24发送到终端装置10。当终端装置10的数据处理部14从控制装置20经由数据获得部12接收通知通道信息时，包含该通知通道信息的通知信息也可利用终端装置10的数据处理部14输出到显示部16。显示部16将从数据处理部14输入的通知信息例如显示为警报信息。在此，数据处理部14也可生成表示结构图的图表数据，其中的结构图表示工厂设备60的各结构组成。生成的图表数据也可通过数据处理部14输出到显示部16。数据处理部14也可在该结构图上的设置工厂设备60的现场设备62的部位即测量点及操作点处，配置表示该现场设备62的图形作为通知信息。该图形的显示样式也可与表示其他现场设备62的图形不同。例如，现场设备62是用于测量在工厂设备60所包含的配管中流动的流体温度的温度传感器的情况下，在校正图上的配管部位配置的表示温度传感器的图形闪烁。用户能够掌握观测值变化显著的通道，因此能够容易注意该部位的状态变化。
另外，上述说明中例示了通知筛选部26根据斜率的绝对值来对每个通道判定是否要通知的情况。但是，判定所基于的数值并不限定于此。通知筛选部26也可根据从当前时间点至观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间来判定是否要通知。更具体地说，在通知筛选部26中，也可作为每个通道的观测值的界限值预先设定其观测值的允许范围的上限阈值及下限阈值中的一个或两个。通知筛选部26计算阈值与当前时间点的观测值之间的差分。计算出的差分除以其观测值的斜率而得的时间作为预想时间由通知筛选部26算出。而且，当计算出的预想时间在规定的预想时间的阈值以下时，通知筛选部26将该通道的时间序列数据判定为要通知。此外，当计算出的预想时间大于规定的预想时间的阈值时，通知筛选部26将该通道的时间序列数据判定为不通知。从而，当存在观测值在所述预想时间内超过允许范围的阈值的可能性时，与该通道相关的通知信息显示于终端装置10的显示部16。
此外，该观测值在规定的预想时间内成为允许范围的阈值以下的通道数量有时超过规定的通道数。在该情况下，通知筛选部26也可对于具有至脱离允许范围的预想时间越短的通道，越优先地判定为要通知的通道。更具体地说，通知筛选部26对于各通道计算出的预想时间以升序进行排序。而且，从具有最短预想时间的通道起，按照预想时间的升序，筛选规定通道数的通道作为要通知的通道。其他的通道判定为不通知。在该情况下，通知筛选部26中也可不设定预想时间的阈值。
数据处理部14也可将显示的通知信息以规定的周期(例如，0.3～1s)闪烁。或者其显示样式也可随机切换。作为显示样式，表示该通知信息的文字样式(例如，粗细、大小、字体及字形的任一个或其任意组合)、其图形样式(例如，颜色、形状、线种、线宽及大小的任一个或其任意组合)作为切换的对象。由此，用户能够更容易注意工厂及设备的状态变化。
通知筛选部26也可具有图9所示的结构。在图9所示的例子中，通知筛选部26构成为包括：变化倾向数据获得部261、变化倾向保持部262、判断表格存储部263、比较部264及通知输出部265。变化倾向数据获得部261将按每个通道离散化后的状态值输出到变化倾向保持部262。
变化倾向数据获得部261从I/O模块30及通信模块28分别获得每个通道的变化倾向数据。变化倾向数据获得部261从变化倾向数据按每个通道提取状态值。提取到的状态值通过变化倾向数据获得部261输出到变化倾向保持部262。
变化倾向保持部262暂时地保持从变化倾向数据获得部261输入的每个通道的状态值。保持的每个通道的状态值表示最新的观测值的变化倾向。即，表示当前时间点的变化倾向的状态值的模式(pattern)在通道间汇集于变化倾向保持部262。
判断表格存储部263中预先存储有每个规定事件的判断表格。作为其事件，采用工厂设备60的状态异常、或有可能变为异常的状态(征兆)。各事件的判断表格构成为包括该事件发生时的典型的每个通道的状态值。也就是说，判断表格表示每个事件的通道间的状态值的模式。此外，判断表格中，对每个事件还对应有表示指定通道的信息。作为指定的通道，设定与该事件的发生原因最接近(例如，位于最上游)的测量部位相关的通道。关于判断表格的例子后述。
向比较部264读出在变化倾向保持部262中保持的通道间的状态值模式。而且，读出的模式与判断表格存储部263中存储的判断表格所示的每个事件的模式进行比较。比较部264将判断表格所示的每个事件的模式中与从变化倾向保持部262读出的模式一致的模式确定为与该读出模式相对应的模式。比较部264确定与所确定的模式相对应的指定通道。比较部264将表示确定的通道的通道筛选信息输出到通知输出部265。
通知输出部265指定从比较部264输入的通道筛选信息所示的通道。通知输出部265将表示指定的通道的通知通道信息经由通信部24(图5)发送到终端装置10。此外，通知输出部265也可从分别由I/O模块30及通信模块28获得的每个通道的时间序列数据及变化倾向数据中，筛选指定通道涉及的时间序列数据及变化倾向数据。通知输出部265将筛选的时间序列数据及变化倾向数据经由通信部24发送到终端装置10。
(观测值的变化倾向模式)
下面，对观测值的变化倾向模式的一例进行说明。图10A表示变化倾向保持部262中保持的通道间的变化倾向模式的一例。图10A的第一列、第二列、及第三列分别表示通道、当前时间点的观测值的斜率、及该斜率的状态值(状态)。此外，圆包围的朝右的箭头、朝右上的箭头、及朝左下的箭头分别表示状态值为“恒定”、“急剧上升”、“急剧下降”。在图10A的第二行所示的例子中，对于通道42-2，斜率及状态值分别为“0.01”及“恒定”。在第N行所示的例子中，对于通道42-N，斜率及状态值分别为“0.98”及“急剧上升”。由对每个通道赋予的状态值构成的模式在比较部264中与判断表格所示的每个事件的模式进行比较。
图10B例示的判断表格构成为将每个事件的模式与作为表示指定的通道的信息的该通道涉及的显示信息进行对应。作为显示信息例如也可使用该观测值的种类或名称、该观测值涉及的现场设备名称、及该观测值的测量点的信息。在图10B的第二列所示的例子中，对于“模式A”，作为通道42-1、42-2、42-3、42-N各自的状态值包括“急剧上升”、“急剧上升”、“恒定”、“恒定”的值。而且，“模式A”与作为显示信息的“温度1”涉及的通道对应。在图10B的第3列所示的例子中，对于“模式B”，作为通道42-1、42-2、42-3、42-N各自的状态值包括“恒定”、“急剧下降”、“急剧上升”、“恒定”的值。而且，“模式B”与作为显示信息的“流量1”涉及的通道对应。
比较部264将判断表格所示的M个模式分别与图10A所示的模式进行比较。比较部264指定与图10A所示模式一致的“模式M”和与其对应的“压力5”涉及的通道。而且，通知输出部265将表示“压力5”的通知通道信息发送到终端装置10。终端装置10的显示部16显示有表示“压力5”的通知信息。在此，终端装置10的数据处理部14也可将图表数据输出到显示部16。该图表数据也可将表示“压力5”的文字串与上述结构图上的工厂设备60的相当于该测量点的位置重叠显示。此外，数据处理部14也可将表示该测量点部位的图形以与表示其他部位的图形不同的显示样式表示的图表数据输出到显示部16。
另外，比较部264在对从变化倾向保持部262读出的模式与判断表格存储部263中存储的判断表格所示的每个事件的模式进行比较时，并不需要对各模式中包含的全部通道的状态值进行比较。即，比较部264也可以仅比较规定的一部分通道的状态值。而且，当作为上述比较对象的通道全部的状态值一致时，判定为两模式一致。作为比较对象的通道，可以使用在该模式涉及的事件发生时与该事件未发生时相比、能够获得变化倾向明显不同的观测值的通道，在该情况下，也可不使用其他通道。比较对象的通道通常根据事件可能不同。
(通知处理)
下面，对本实施方式涉及的通知处理的一例进行说明。
图11是表示本实施方式涉及的通知处理的一例的流程图。
(步骤S102)I/O模块30、41的数据获得部32、42按每个通道获得表示各时间点的观测值的时间序列数据。作为每个通道的观测值，除了从各个现场设备62输入的输入值以外，也可包含表示I/O模块30、41各自状态的状态量。之后，通知处理进入步骤S104的处理。
(步骤S104)I/O模块30、41的变化倾向判定部34、44计算表示每个通道观测值的变化倾向的斜率。表示计算出的斜率的变化倾向数据通过变化倾向判定部34、44输出到控制装置20。之后，通知处理进入步骤S106的处理。
(步骤S106)控制装置20的变化倾向数据获得部261获得每个通道的变化倾向数据，并将每个通道的状态值汇集在变化倾向保持部262，进而，形成通道间的状态值的模式。之后，通知处理进入步骤S108的处理。
(步骤S108)比较部264对判断表格所示的每个事件的通道间的状态值模式与变化倾向保持部262中保持的通道间的状态值模式进行比较。之后，通知处理进入步骤S110的处理。
(步骤S110)比较部264判定与变化倾向保持部262中保持的通道间的状态值模式一致的模式是否存在于判断表格所示的模式中。当判定为存在时(步骤S110是)，比较部264确定与一致的模式相对应的指定通道，并进入步骤S112的处理。当判定为不存在时(步骤S110否)，结束图11所示的处理。
(步骤S112)通知输出部265将表示指定的通道的通知通道信息经由通信部24(图5)发送(通知)到终端装置10。之后，结束图11所示的处理。
另外，在判定两模式是否一致时，通过对一部分通道的状态值进行比较的比较部264判定为一致的模式有时指定有多个。
因此，如图10B例示那样，对于判断表格中各模式，也可进一步对应有优先级信息。在该例中，作为优先级信息，设定规定的三层级值“H”、“M”、“L”中任一层级的值。三层级中“H”的优先级表示最高，“L”的优先级表示最低。作为该优先级，对应于越重大事件的模式，预先设定越高的优先级。此外，在某一事件为其他事件的原因的事件的情况下，与所述其他事件相比，与成为所述原因的事件对应的模式相对应的优先级可以设定较高。作为与图10B的第二列的“模式A”对应的优先级的值设定为“H”。
当指定模式的个数为多个时，比较部264参照判断表格，选择与指定模式对应的优先级最高的模式。当与从变化倾向保持部262读出的模式对应的模式为“模式A”和“模式M”时，比较部264在分别对应的优先级“H”、“L”中，选择与规定的优先级阈值“M”以上的优先级即优先级“H”对应的“模式A”。而且，作为与选择的模式对应的显示数据相关的通道，比较部264选择“温度1”的通道。
另外，比较部264也可在与指定模式对应的优先级的降序中选择规定的模式数以下的模式，并选择与所选择的模式相对应的通道。
另外，上述例示了控制装置20具有通知筛选部26的情况。但是，通知筛选部26的样式并不限定于该例。相当于通知筛选部26的功能部也可设置于获得多个通道的时间序列数据和变化倾向数据的组且能够将上述组中的至少一部分发送出去的设备。例如，如图12所示，远程I/O节点40还可包括通知筛选部48。通知筛选部48的功能结构与控制装置20的通知筛选部26相同。通知筛选部48进行上述处理，从由数据获得部42输入的各通道的时间序列数据和由变化倾向判定部44输入的对应的通道的变化倾向数据中筛选至少一部分通道的时间序列数据及变化倾向数据。通知筛选部48将筛选后的时间序列数据和变化倾向数据经由通信部46发送到上位设备。在图5所示的例中，作为收信地的上级设备为控制装置20。
控制系统3还可包括网关装置(未图示)。网关装置具备通知筛选部，该通知筛选部具有与通知筛选部26同样的功能结构。在此，网关装置的通信部以无线或有线的方式从配置于更下位层级的远程I/O节点40接收每个通道的时间序列数据及变化倾向数据。通知筛选部进行上述处理，从通信部接收到的时间序列数据及变化倾向数据中筛选至少一部分的时间序列数据及变化倾向数据。而且，通知筛选部将筛选后的时间序列数据及变化倾向数据以无线或有线的方式经由通信部发送给上位设备。在该情况下，在更下位层级配置的远程I/O节点40中也可省略通知筛选部48。
如以上说明，在本实施方式涉及的电子设备(例如控制装置20、远程I/O节点40)中，获得部获得多个通道的时间序列数据。获得部包括根据每个通道的变化倾向来筛选用于通知通道相关信息的通道的通知筛选部(例如，通知筛选部26、48)。
根据该结构，向观察多个时间序列数据的用户通知根据变化倾向筛选出的通道相关信息。即，作为通知对象的通道限定在表示观测量的显著变化倾向的时间序列数据所涉及的通道。如此，通过省略具有较缓慢变化倾向的时间序列数据所涉及的通道，减少通知频度。因此，降低用户监视作业的负荷。例如，对于作为用户的通常不持续观看显示画面的维修员，能够通知指定通道相关的信息。该通道可以根据现场设备等的自身诊断信息的时间序列的变化倾向来筛选。作为通知的信息，维修员能够迅速掌握表示异常预兆的信息。因此，能够迅速判断是否需要进行维修作业及迅速地进行必要的作业。此外，能够降低通知涉及的通信量、终端装置10中数据处理涉及的负荷及其电力量。进而，能够将以往进行的用于变化倾向检测的过程控制所涉及的模拟执行对象，仅集中在重点部位。并且消除用于模拟的模型化所涉及的作业负荷。
此外，通知筛选部包括存储部(例如，判断表格存储部263)和通知输出部(例如，通知输出部265)。在该存储部中预先存储有将表示每个通道变化倾向的模式与指定的通道相对应的判断表格。此外，该通知输出部参照所述判断表格，选择与由获得部获得的每个通道的时间序列数据所示的观测值的变化倾向一致的模式。如此，包括用于筛选与所述模式相对应的指定通道的通知输出部(例如，通知输出部265)。
根据该结构，对于成为异常或其征兆的各事件，通过与其模式对应，指定与每个通道的时间序列数据所示的观测值变化倾向一致的模式。而且，筛选与指定的模式对应的通道相关的信息。因此，观察时间序列数据的用户可以不依赖于自身的经验和知识而能够可靠地掌握筛选的信息所涉及的成为异常或其征兆的事件。此外，由于用户能够将注意集中在该事件相关的通道，因此能够降低监视的负荷。
此外，在判断表格中，对模式分配优先级。当筛选出的模式个数为多个时，分配给该模式的优先级越高，通知输出部将与该模式对应的指定通道相关的信息越优先地输出。
根据该结构，当一次发生多个事件时，筛选优先级高的事件所涉及的通道信息。因此，观察时间序列数据的用户可以不依赖自身的经验及知识而能够进行监视或该通道涉及的工程优先级的判断。
以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明。但是，具体的结构并不限定于上述实施方式。在不脱离本发明实施方式思想的范围内可以进行各种设计变更等。
例如，控制系统1、2、3中的终端装置10、控制装置20、I/O模块30、41、远程I/O节点40及现场设备62的数量并不限于上述数量。该数量比上述数量多或少均可。通知筛选部26、48获得的时间序列数据和变化倾向数据组的数量、即通道数为2以上即可。作为通知筛选部26、48筛选对象的通道的时间序列数据并不一定限于包含现场设备62测量到的测量值作为观测值的时间序列数据。上述时间序列数据也可包含表示I/O模块30、41及现场设备62各自状态的状态量作为观测值。
在上述实施方式中例示了控制装置20对发送给终端装置10的时间序列数据及变化倾向数据进行中转的情况。但是，本发明的实施方式并不限于上述实施方式。例如，I/O模块30、41也可不经过控制装置20的通信部24而向终端装置10发送时间序列数据及变化倾向数据。此外，远程I/O节点40的通知筛选部48也可不经过控制装置20而向终端装置10发送时间序列数据及变化倾向数据。
此外，图3所示的例中例示了终端装置10具有显示部16和操作输入部18的情况。但是，终端装置10的样式并不限于图3的例子。显示部16及操作输入部18的一部分或两者只要能够与终端装置10中其他部位之间进行数据收发，也可不包含在终端装置10内。
另外，本发明的过程控制系统也可构成为，上述实施方式中的终端装置10、控制装置20、I/O模块30、41及远程I/O节点40中的一部分由计算机实现。在该情况下，也可通过将用于实现该控制功能的程序存储于计算机可读取的存储介质、将该存储的程序读入计算机系统、及将读入的程序由CPU等运算处理电路执行，由此实现所述控制功能。另外，此处所称的“计算机系统”是终端装置10、控制装置20、I/O模块30、41或远程I/O节点40中内置的计算机系统。该计算机系统还包括OS及周边设备等硬件。此外，“计算机可读取的存储介质”例如是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、及计算机系统中内置的硬盘等存储装置。进而，“计算机可读取的存储介质”还包括通过互联网等网络、电话线等通信线发送程序的通信线那样的短时间且动态保持程序的存储介质、在该情况下如作为服务器或者客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样的保持一定时间程序的存储介质。此外上述程序也可是用于实现上述一部分功能的程序。进而，上述的功能也可与计算机系统中已存储的程序组合实现。此外，上述计算机系统也可构成为云计算系统的结构组成即计算资源。通过利用云计算系统，能够通过网络相互收发各种数据。
此外，上述实施方式中的终端装置10、控制装置20、I/O模块30、41及远程I/O节点40的一部分或全部也可通过LSI(Large Scale Integration：大规模集成电路)等集成电路来实现。终端装置10、控制装置20、I/O模块30、41及远程I/O节点40的各功能块也可单独处理器化。此外，通过处理器化，也可集成各功能块的一部分或全部。此外，集成电路化的方法并不限于LSI。通过专用电路或通用处理器也可实现集成电路。此外，由于半导体技术的进步，当代替LSI的集成电路化技术出现时，也可使用基于该技术的集成电路。
本发明的过程控制系统也可是以下第一至第十的过程控制系统。
上述第一过程控制系统包括：一个或多个现场设备，设置于工厂；控制装置，通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制，在上述过程控制系统中还包括变化倾向计算部，该变化倾向计算部设置在所述现场设备的变化倾向算出对象中的至少一个上，且对表示各时间点的观测值的时间序列数据的变化倾向进行计算。
上述第二过程控制系统是在上述第一过程控制系统中，所述变化倾向计算部连接所述现场设备和所述控制装置，且至少设置于输入所述现场设备的输出的输入部。
上述第三过程控制系统是在上述第一过程控制系统中，所述变化倾向计算部设置于所述现场设备。
上述第四过程控制系统是在上述第一过程控制系统中，所述变化倾向计算部设置于用于中转从所述现场设备向所述控制装置发送的观测值的中转装置。
上述第五过程控制系统是在上述第一至第四过程控制系统中，所述变化倾向计算部提取表示从第一时间点至第二时间点为止的解析范围内各时间点的观测值的时间序列数据，并以使目标函数最小化的方式，计算出表示所述解析范围内所述观测值的变化倾向的一次函数的斜率，所述目标函数是所述解析范围内各时间点的乘积值的总和，所述乘积值是所述一次函数的函数值与所述观测值之间的差分的平方值乘以权重系数得到的数值，从所述第一时间点至所述各时间点为止的经过时间越大，所述权重系数的数值越大。
上述第六过程控制系统是在上述第一至第五过程控制系统中，包括通知筛选部，该通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知所述通道相关信息的通道。
上述第七过程控制系统是在上述第六过程控制系统中，所述通知筛选部包括：存储部，预先存储将表示每个通道的所述变化倾向的模式与指定的通道建立对应的判断表格；通知输出部，参照所述判断表格，选择与每个通道的时间序列数据所示的观测值的变化倾向一致的模式，并筛选与所述模式建立对应的指定通道。
上述第八过程控制系统是在上述第七过程控制系统中，所述判断表格对所述模式分配有优先级，当筛选出的模式个数为多个时，分配给该模式的优先级越高，所述通知输出部越优先输出与该模式建立对应的指定通道所相关的信息。
上述第九过程控制系统是在上述第六至第八过程控制系统中，所述通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，并根据每个通道的所述预想时间来筛选用于通知所述通道相关信息的通道。
上述第十过程控制系统是在上述第一至第九过程控制系统中，还包括用于显示所述时间序列数据或所述变化倾向的管理装置。
本发明的数据处理方法是过程控制系统中的数据处理方法，所述过程控制系统包括：配置于工厂的一个或多个现场设备；通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制，在该数据处理方法中，还包括设置于所述现场设备的变化倾向算出对象的至少一个且计算表示各时间点观测值的时间序列数据的变化倾向的过程。
上述详细的说明用于本发明实施方式的说明和图示。在上述启示的基础上可以进行各种变形和变更。上述详细记载并非穷举或用于限定本申请的发明主题。即便以具体的结构特征和/或方法描述了本申请的发明主题，但应理解由权利要求限定的本申请的发明主题不应限于上述特定的特征和方法。上述特征和方法仅仅作为实施本申请权利要求中记载发明的示例。

Claims (9)

1.一种过程控制系统，其特征在于，包括：
一个或多个现场设备，配置于工厂；
控制装置，通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制；
变化倾向计算部，对包含由所述现场设备得到的各时间点的观测值在内的时间序列数据的变化倾向进行计算；
通知筛选部，根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知与所述通道相关的信息的通道，
所述通知筛选部根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道的观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，
所述通知筛选部通过计算出所述规定阈值与当前时间点的观测值之间的差分并将计算出的差分除以当前时间点的观测值的斜率而得到所述预想时间，
所述通知筛选部将所述预想时间在规定的预想时间的阈值以下的通道，筛选为用于通知所述通道相关信息的通道。
2.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，所述变化倾向计算部设置于输入部，所述输入部连接所述现场设备和所述控制装置，且至少输入来自所述现场设备的输出。
3.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，所述变化倾向计算部设置于所述现场设备。
4.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，所述变化倾向计算部设置于用于中转从所述现场设备向所述控制装置发送的观测值的中转装置。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的过程控制系统，其特征在于，
所述变化倾向计算部提取表示从第一时间点至第二时间点为止的解析范围内各时间点的观测值的时间序列数据，
以使目标函数最小化的方式，计算出表示所述解析范围内所述观测值的变化倾向的一次函数的斜率，
所述目标函数是所述解析范围内各时间点的乘积值的总和，
所述乘积值是所述一次函数的函数值与所述观测值之间的差分的平方值乘以权重系数得到的数值，
从所述第一时间点至所述各时间点为止的经过时间越大，所述权重系数的数值越大。
6.根据权利要求1所述的过程控制系统，其特征在于，
所述通知筛选部包括：
存储部，预先存储将表示每个通道的所述变化倾向的模式与指定的通道建立对应的判断表格；
通知输出部，参照所述判断表格，选择与每个通道的时间序列数据所示的观测值的变化倾向一致的模式，并筛选与所述模式建立对应的指定通道。
7.根据权利要求6所述的过程控制系统，其特征在于，
所述判断表格包括分配有优先级的所述模式，
当筛选出的模式个数为多个时，分配给该模式的优先级越高，所述通知输出部越优先输出与该模式建立对应的指定通道所相关的信息。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的过程控制系统，其特征在于，还包括用于显示所述时间序列数据或所述变化倾向的管理装置。
9.一种数据处理方法，其特征在于，包括：
将一个或多个现场设备配置于工厂；
通过对所述现场设备进行输入或输出的至少其中之一来进行所述工厂的控制；
计算包含由所述现场设备至少其中一个测量到的各时间点的观测值在内的时间序列数据的变化倾向，
根据每个通道的所述变化倾向来筛选用于通知与所述通道相关的信息的通道，
根据每个通道的所述变化倾向，计算从当前时间点至该通道的观测值超过规定阈值的时间点为止的预想时间，
通过计算出所述规定阈值与当前时间点的观测值之间的差分并将计算出的差分除以当前时间点的观测值的斜率而得到所述预想时间，
将所述预想时间在规定的预想时间的阈值以下的通道，筛选为用于通知所述通道相关信息的通道。
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