JP2000250619A

JP2000250619A - プロセス制御システムで用いられる診断ツール、プロセス制御システムにおける問題を診断する方法、および機能ブロック

Info

Publication number: JP2000250619A
Application number: JP2000044346A
Authority: JP
Inventors: Trevor D Schleiss; ディー．シュライストレバー; Wilhelm K Wojsznis; ケー．ウオズニスウィルヘルム; Terrence L Blevins; エル．ブレビンステレンス
Original assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Current assignee: Fisher Rosemount Systems Inc
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2000-09-14
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: US6298454B1; GB0001440D0; DE10007972B4; US6557118B2; US20020010562A1; GB2347232B; JP4576135B2; JP2004206735A; GB2347232A; US6615090B1; DE10007972A1; JP3552629B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プロセス制御システムで用いられる診断ツー
ルを提供することである。【解決手段】診断ツールは、プロセス制御システム内
の装置、ループ、機能ブロックの各々に関連する変動性
パラメータ、モードパラメータ、状態パラメータ、限界
パラメータを示すデータを集めて記憶し、この集められ
たデータを処理してどの装置、ループまたは機能ブロッ
クが、システムの性能を低下させる問題を有するのか決
定し、オペレータに検出された問題のリストを表示し
て、問題をさらに正確に指摘するか補正する他の診断ツ
ールを用いることを提案する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般にプロセス制御
システムに関し、より特定的には、プロセス制御システ
ムの機能ブロック、装置、およびループ内に存在する問
題の自動検出に関する。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】化学処
理、石油処理、または他の処理で用いられるもののよう
に、プロセス制御システムは一般に、アナログ、ディジ
タルまたは組み合わされたアナログ/ディジタルバスを
介して少なくともひとつのホストまたはオペレータワー
クステーションとひとつ以上のフィールド装置とに通信
結合される集中型プロセスコントローラを含む。フィー
ルド装置は、たとえば、弁、弁ポジショナ、スイッチ、
センサ（たとえば、温度、圧力、および流速センサ）な
どであるが、弁の開閉、プロセスパラメータの測定のよ
うなプロセス内で制御機能を実行する。プロセスコント
ローラは、フィールド装置により測定されたプロセス測
定値を示す信号、および/またはフィールド装置に関す
る他の情報を受け取り、この情報を用いて制御ルーチン
を実行し、ついで、バスによってフィールド装置に送ら
れる制御信号を生成してプロセスの動作を制御する。フ
ィールド装置およびコントローラからの情報は典型的に
は、プロセスの現在の状態を見たり、プロセスの動作を
変更したりなど、オペレータがプロセスに対して所望の
機能を実行できるように、オペレータワークステーショ
ンにより実行されるひとつ以上のアプリケーションに利
用される。

【０００３】過去において、従来のフィールド装置は、
アナログバスによってまたはアナログ回線によって、プ
ロセスコントローラへのおよびそこからのアナログ（例
えば４−２０ミリアンペア）信号を送り受信するのに用
いられた。これらの４−２０ミリアンペアの信号は、そ
れらが、装置により測定された測定値、または装置の動
作を制御するのに必要なコントローラにより生成された
制御信号を示していたという点で事実限界があった。し
かしながら、過去１０年ほどは、マイクロプロセッサお
よびメモリを含むスマートフィールド装置がプロセス制
御産業において普及した。プロセス内で一次機能を実行
するのに加えて、スマートフィールド装置は装置に関す
るデータを記憶し、ディジタルまたは組み合わされたデ
ィジタルおよびアナログフォーマットで、コントローラ
および／または他の装置と通信し、自己較正、識別、診
断などの２次タスクを行なう。ＨＡＲＴ、ＰＲＯＦＩＢ
ＵＳ、ＷＯＲＬＤＦＩＰ、Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ、Ｃ
ａｎプロトコルなどの、多くの標準的でかつ開放的なス
マート装置通信プロトコルは、様々なメーカにより製造
されたスマートフィールド装置が同じプロセス制御ネッ
トワーク内で一緒に用いられるように開発されてきた。

【０００４】さらに、プロセス制御機能を分散化（非集
中化）するためにプロセス制御産業内で動きがあった。
例えば、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮTM Ｆｉｅｌｄｂｕｓ
（今後は「フィールドバス」）として知られているフィ
ールドバスファウンデーション（ＦｉｅｌｄｂｕｓＦ
ｏｕｎｄａｔｉｏｎ）により広められる全ディジタル２
線式のバスプロトコルは、様々なフィールド装置に位置
する機能ブロックを用いて、集中型コントローラ内で前
に行なわれた制御動作を行う。特に、各フィールドバス
フィールド装置はひとつ以上の機能ブロックを含み実行
することが出来、この機能ブロックの各々は、他の機能
ブロック（同じ装置であるか異なった装置内の）から入
力を受け取り、他の機能ブロックに出力を与え、プロセ
スパラメータを測定するか検出したり、装置を制御する
かまたは、プロポーショナル・インテグラル・デリバテ
ィブ（ＰＩＤ：ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−ｉｎｔｅｇ
ｒａｌ−ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御ルーチンを実現す
るような制御動作を行なう。プロセス制御システム内の
様々な機能ブロックはひとつ以上のプロセス制御ループ
を形成するように互いに通信する（バスによって）よう
に構成され、その個々の動作はプロセス中に広がり、そ
してこのようにして分散化される。

【０００５】スマートフィールド装置の出現で、プロセ
ス制御システム内で生じる問題を素早く診断し補正出来
るようになることが今までよりも重要である。不十分に
機能するループおよび装置を検出および補正できないこ
とがプロセスの次善性能につながり、これは、製造され
る製品の質および量の両方の点で費用がかかるからであ
る。多くのスマート装置は現在、装置内の問題を検出お
よび補正するのに用いられる自己診断および／または較
正ルーチンを含む。例えば、フィッシャ・コントロール
ズ・インターナショナル（ＦｉｓｈｅｒＣｏｎｔｒｏ
ｌｓＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＩｎｃ．）により製
造されるＦｉｅｌｄＶｕｅおよびＶａｌｖｅＬｉｎｋ装
置は、それら装置内のある問題検出するのに用いられる
診断能力を有し、いったん検出されると、問題を補正す
るのに用いられる較正手続きも有する。しかしながら、
オペレータは、装置のこのような診断または較正特徴を
用いる前に、その装置に問題があると疑わなければなら
ない。プロセス制御ネットワーク内で不十分に調整され
ているループを補正するために用いられる自動チューナ
のような他のプロセス制御ツールもある。しかしなが
ら、このような自動チューナが効果的に使用される前
に、不充分に動作しているループを特定する必要があ
る。同様に、エキスパートシステム、相関分析ツール、
スペクトル解析ツール、ニューラルネットワークなどの
ような、他のより複雑な診断ツールがあり、これらは装
置またはループのために収集されたプロセスデータを用
いて問題を検出する。残念なことに、これらのツールは
データが集中しており、体系的にプロセス制御システム
のプロセス制御装置またはループ各々の上でこのような
ツールを実現するのに必要な高速データ全てを集め、記
憶することは実務上は不可能である。このように、やは
り、これらのツールを効果的に使用出来る前に問題のル
ープまたは装置を特定する必要がある。

【０００６】さらに、スマートプロセス制御ネットワー
ク内の各装置または機能ブロックは典型的には、そこに
生じる主なエラーを検出し、警報または事象のような信
号を送って、エラーまたは他の問題が生じたとコントロ
ーラまたはホスト装置に通知する。しかしながら、これ
らの警報または事象が生じても、補正しなければならな
い装置またはループに付随する長期間の問題を必ずしも
示しているわけではない。なぜなら、これらの警報また
は事象は、不充分に機能している装置またはループの結
果ではなかった他の要因に応答して生成される（または
それにより引き起こされる）かもしれないからである。
このように、ループ内の装置または機能ブロックが警報
または事象を生成するという事実は、装置またはループ
が補正が必要な問題を有しているということを必ずしも
意味しているわけではない。一方で、多くの装置は、
警報または事象として検出しなければならない重大なレ
ベルの問題はないが、やはり問題はある。

【０００７】プロセス制御システム内でまず問題を検出
するには、プロセス制御オペレータまたは技術者は一般
に、プロセス制御システム内で生成されたデータ（警報
および事象と、他の装置およびループデータ）を手操作
で見直してどの装置またはループが次善に動作している
かまたは不適当に調整されているかを特定しなければな
らない。この手操作の見直しをするには、オペレータ
は、生データに基づいて問題を検出する専門知識を多く
必要とし、このような専門知識をもってしても、そのタ
スクは良くても時間がかかり、最悪の場合圧倒するよう
なものである。たとえば、普通規模の動作プラントの器
械部門は、弁および送信機のような３０００から６００
０のフィールド装置を含んでいる。このような環境にお
いては、プロセスエリアに責任のある器械技術者または
制御エンジニアは、どのループまたは装置が正しく動作
してないかまたはそこに問題があるか検出すべくフィー
ルド装置器械および制御ループ全ての動作を見直す時間
がない。事実、限られた労働力のために、通常メインテ
ナンスが予定された装置は、生産されている製品の量お
よび質に著しく影響を与えるところまでグレードの下が
った装置である。その結果、再調整の必要のあるまたは
手元のツールを用いて補正される問題を有する他の装置
またはループは補正されず、プロセス制御システムの全
体の性能が低下してしまう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】プロセス制御システムで
用いられる診断ツールは、システム内の装置およびルー
プの様々な機能ブロックに関するデータを集め、記憶
し、そのデータを処理して、どの機能ブロック、装置ま
たはループが問題を持っていてそれがプロセス制御シス
テムの性能を低下させるか決定し、その問題をさらに分
析して補正するために他のより具体的な診断ツールを用
いることを提案してよい。診断ツールは、プロセス制御
システム内の機能ブロックまたは装置の各々と関連する
変動性指標、モード指標、状態指標または限界指標を用
いて、問題を検出したり、不充分に機能している装置ま
たはループを特定してよい。変動性指標は好ましくは、
装置または機能ブロックと関連する設定値または他の値
から装置または機能ブロックと関連するパラメータの偏
差を統計的に測定するために、プロセス制御システム内
で各機能ブロックにより好ましくは決定されるか部分的
に決定される。モード指標は、機能ブロックまたは装置
が動作しているモード、例えば、正規モードまたは非正
規モードを識別し、装置または機能ブロックがその設計
されたモードで動作しているかどうか示す。状態指標
は、所与の時間に機能ブロックまたは装置と関連する信
号の質を特定する。限界指標は、機能ブロック信号が事
実上制限されているかどうか識別する。

【０００９】診断ツールは、変動性指標、モード指標、
状態指標、限界指標、または各機能ブロックまたは装置
と関連する他のデータのひとつ以上の瞬間値に基づい
て、またはその履歴値のコンパイルに基づいて、どの機
能ブロック、装置、またはループが関連する問題を有す
るか決定して良い。その後、診断ツールは、表示画面に
よってオペレータに検出された問題を報告しても、およ
び／または、書き込まれた報告（印刷された報告のよう
な）か、関係者にインターネットによって（例えばEメ
ールで）送られる電子報告を生成しても良い。

【００１０】さらに、ひとつ以上のプロセス制御装置ま
たはループ内の問題を検出すると、診断ツールは、さら
に問題を正確に指摘して、検出された問題を補正するた
めに使用されるべき正しいツールを提案してよい。そう
することが要求されるなら，診断ツールは、オペレータ
がさらなる診断機能を実行できるようにホストワークス
テーション上でこれらのさらなる機能を実行する。診断
ツールが、具体的な問題を診断するかまたは正確に指摘
するためさらなるデータ集中ツール（エキスパートシス
テムまたは相関分析ツール）を用いることを要求する場
合、診断ツールは、そのさらなるツールを実行するのに
必要なデータを集めるためにホストシステムを自動的に
構成してもよい。

【００１１】このようにして、診断ツールは、機能ブロ
ック、装置、ループなどを識別するが、これは、プロセ
ス制御システム内の無数の装置またはループに関する多
量のデータをオペレータに見直すよう要求することはな
いが注意を必要とする。オペレータ側では時間は節約さ
れ、また、問題のループおよび装置を検出する専門知識
を多く必要としない。また、問題を検出すると、診断ツ
ールは問題を正確に指摘すること、および／または補正
するのに更なるツールを用いるように勧め、これによっ
て、オペレータは、どんな状況でもどのツールがもっと
も適切であるかについて推測する必要もなく問題を補正
できる。時間を節約する上、この機能はオペレータの負
担を減らし、確実に正しい診断ツールが用いられるよう
に助ける。

【００１２】

【発明の実施の形態】さて、図１を参照すると、プロセ
ス制御システム１０は、表示画面１４を有するホストワ
ークステーションまたはコンピュータ１３（どんな種類
のパソコンまたはワークステーションであってよい）
と、入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード２６および２８によっ
てフィールド装置１５−２２とに接続されたプロセスコ
ントローラ１２を含む。コントローラ１２は、例えば、
フィツシャー・ローズマウント・システムズ（Ｆｉｓｈ
ｅｒ−ＲｏｓｅｍｏｕｎｔＳｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ）
により販売されるＤｅｌｔａＶＴＭコントローラである
が、例えば、イーサネット接続によってホストコンピュ
ータ１３に通信接続され、例えば標準的な４−２０ミリ
アンペア装置と関連する所望のハードウェアおよびソフ
トウェア、および／またはフィールドバスプロトコルの
ようなスマート通信プロトコルを用いてフィールド装置
１５−２２に通信接続される。コントローラ１２は、そ
こに記憶されるかまたはそれと関連するプロセス制御ル
ーチンを実行するか、監督し、また、所望の方法でプロ
セスを制御するために装置１５−２２およびホストコン
ピュータ１３と通信する。

【００１３】フィールド装置１５―２２は、センサ、
弁、送信機、ポジショナなど、どんな種類の装置であっ
てよく、Ｉ／Ｏカード２６および２８は、所望の通信ま
たはコントローラプロトコルに従うどんな種類のＩ／Ｏ
装置であってよい。図１に示される例において、フィー
ルド装置１５―１８は、アナログ回線によってＩ／Ｏカ
ード２６と通信する標準的な４―２０ミリアンペア装置
であり、フィールド装置１９―２２は、フィールドバス
プロトコル通信を用いてディジタルバスによってＩ／Ｏ
カード２８と通信する、フィールドバスフィールド装置
のようなスマート装置である。一般的に、フィールドバ
スプロトコルは、フィールド装置を相互接続する２線式
ループまたはバスに標準化された物理インターフェース
を与える全ディジタルシリアル双方向通信プロトコルで
ある。フィールドバスプロトコルは、事実、プロセス内
のフィールド装置のためにローカルエリアネットワーク
を与え、これによって、プロセス機能（ファシリティ）
中に分散された位置にあるプロセス制御機能を実行する
（機能ブロックを用いて）ことが出来、これらプロセス
制御機能の実行の前後互いと通信して全体の制御戦略を
実現することが出来る。フィールドバスプロトコルは、
プロセス制御ネットワークで用いられるために開発され
た比較的新しい全ディジタル通信プロトコルであるが、
このプロトコルは当該技術で公知であり、とりわけ、テ
キサス洲、オースティンに本部を置く営利目的のための
団体ではないフィールドバスファウンデーションに出版
され、分配され、そこから入手可能である無数の記事、
パンフレットおよび仕様書に詳細に説明されていること
は理解されるであろう。従って、フィールドバス通信プ
ロトコルの詳細についてはここでは詳細に述べられな
い。当然、フィールド装置１５―２２は、将来において
開発される規格またはプロトコルを含め、フィールドバ
スプロトコルに加えて他のどんな所望の規格またはプロ
トコルにも従う。

【００１４】コントローラ１２は、機能ブロックと通常
は称されるものを用いて制御戦略を実現するように構成
され、ここでは、各機能ブロックは、全体の制御ルーチ
ンの一部（例えばサブルーチン）であり、他の機能ブロ
ックと共に動作して（リンクと呼ばれる通信によって）
プロセス制御システム１０内でプロセス制御ループを実
現する。機能ブロックは典型的には、送信機、センサま
たは他のプロセスパラメータ測定装置と関連するものの
ような入力機能、ＰＩＤ、ファジイ論理などの制御を行
なう制御ルーチンと関連するもののような制御機能、お
よび弁のような装置の動作を制御する出力機能のうちの
ひとつを行なって、プロセス制御システム１０内で物理
的な機能を実行する。当然、ハイブリッドおよび他の種
類の機能ブロックが存在する。機能ブロックはコントロ
ーラ１２に記憶され実行されるが、これは、これらの機
能ブロックが標準的な４−２０ミリアンペア装置および
他の種類のスマートフィールド装置のために用いられる
かこれらと関連するときに典型的であり、またはフィー
ルド装置自身に記憶されて実現されて良く、これは、フ
ィールドバス装置の場合と同じである。ここでは制御シ
ステムは機能ブロック制御戦略を用いて説明されるが、
制御戦略は、はしご型論理のような他の規約を用いて実
現されるかまたは設計される。

【００１５】図２に示されるコントローラ１２の左側
は、標準的な４−２０ミリアンペアの装置１７および１
８を用いるように構成されるある例示的なプロセス制御
ループ３６を構成する相互接続された機能ブロック３
０、３２、および３４の概略的な表現を含む。機能ブロ
ック３０、３２、および３４は、４−２０ミリアンペア
の装置の動作に関しているので、これらの機能ブロック
はコントローラ１２に記憶され、それにより実行され
る。ＤｅｌｔａＶコントローラが用いられている好まし
い例において、機能ブロック３０、３２、および３４
は、フィールドバス機能ブロックと同様に、つまり、同
じまたは同様のプロトコルを用いるように構成される。
しかしながら、他の機能ブロック構成がその代わりに用
いられるときはこの規約は必要でない。図２に示される
ように、機能ブロック３０は、例えば、送信機（セン
サ）装置１７により測定された測定値を機能ブロック３
２に与えるアナログ入力（ＡＩ）機能ブロックである。
機能ブロック３２は、所望のＰＩＤ戦略を用いて計算を
行ない、好ましくはアナログ出力（ＡＯ）機能ブロック
である機能ブロック３４にリンクによって制御信号を送
るＰＩＤ機能ブロックである。ＡＯ機能ブロック３４
は、例えば、ＰＩＤ機能ブロック３２からの制御信号に
従って弁１８が開閉するように弁装置１８と通信する。
ＡＯ機能ブロック３４は、弁１８の位置を示し得るフィ
ードバック信号をＰＩＤ機能ブロック３２に送り、ＰＩ
Ｄ機能ブロック３２は、このフィードバック信号を用い
て制御信号を生成する。コントローラ１２は、装置１５
−１８と通信してそれにより測定された測定値を得て、
制御ループ３６または他の制御ループに従って制御信号
をそこに送る装置インターフェース３８（コントローラ
１２または図１のＩ／Ｏ装置２６で実現される）を含
む。装置インターフェース３８は、装置１５−１８から
信号を体系的に受信し、その送っている装置と関連する
コントローラ１２内の適当な機能ブロックにこれらの信
号を送る。同様に、装置フェース３８は体系的に、コン
トローラ１２内の機能ブロックから制御信号を適当なフ
ィールド装置１５−１８に送る。

【００１６】図２のコントローラ１２の右側は、フィー
ルドバスフィールド装置１９および２２内に位置するフ
ィールドバス機能ブロック４２、４４および４６を用い
て実現されるサンプルの制御ループ４０を示す。この場
合、実際の機能ブロック４２、４４および４６は、フィ
ールド装置１９および２２に記憶されてそれらにより実
行され、それらの関連する属性をコントローラ１２内の
影機能ブロック４２S,４４S および４６S（点線の箱と
して示される）に伝達する。影機能ブロック４２S, ４
４S および４６Sは、コントローラ１２に用いられる機
能ブロック構成に従ってセットアップされるが、実際の
機能ブロック４２、４４および４６それぞれの状態を映
し、その結果、機能ブロック４２、４４および４６と関
連する実際の機能はコントローラ１２により実行されて
いるとコントローラ１２には見える。コントローラ１２
内の影機能ブロックを用いることにより、コントローラ
１２は、フィールド装置内だけでなくコントローラ１２
内で記憶され実行される機能ブロックを用いて制御戦略
を実現出来る。当然、コントローラ１２は、標準的な機
能ブロック（機能ブロック３０、３２および３４）およ
び影機能ブロック両方を有する制御ループを実現するこ
とが出来る。たとえば、弁ポジショナ２２における実際
の機能ブロック４４と関連するＰＩＤ影機能ブロック４
４Sは、ＡＩ機能ブロック３０とＡＯ機能ブロック３４
とにリンクされてプロセス制御ループを形成する。影機
能ブロックを作成することおよびその実現化が本発明の
主題ではなく、これは、１９９８年９月１０日に出願さ
れた「プロセス制御ネットワークで用いられる影機能ブ
ロックインターフェース“ＡＳｈａｄｏｗＦｕｎｃｔ
ｉｏｎＢｌｏｃｋＩｎｔｆａｃｅｆｏｒＵｓｅｉ
ｎａＰｒｏｃｅｓｓＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔｗｏｒ
ｋ”」と題された米国出願連続番号０９／１５１、０８
４に詳細に説明され、これは本発明の譲受人により譲渡
され、その開示はここに引用により援用される。

【００１７】本発明のある具体例において、コントロー
ラ１２は、診断データ収集ユニット４８を含み、これ
は、例えば、機能ブロック、または、機能ブロックと関
連する装置かループに付随する問題を検出するのに用い
られるプロセス制御システム１０の機能ブロック（影機
能ブロック）の各々と関連するある種のデータを収集
し、記憶する短期メモリである。データ収集ユニット
４８は、例えば、プロセス制御ネットワーク１０内の機
能ブロックの各々のための変動性指標、モード指標、状
態指標および／または限界指標を収集し、記憶してよ
い。所望であれば、データ収集ユニット４８は以下に述
べるように収集されたデータに何らかの処理を行なって
よい。データ収集ユニット４８は周期的に、長期メモリ
またはヒストリアン５０内の記憶のため、オペレータワ
ークステーション１３内で少なくとも部分的に位置する
診断ツール５２で用いられるためにイーサネット接続に
よって、収集されたまたは処理されたデータをオペレー
タワークステーション１３に送る。診断ツール５２は、
好ましくはオペレータワークステーション１３のメモリ
内に記憶されるソフトウェアで好ましくは実現され、オ
ペレータワークステーション１３のプロセッサ５４によ
り実行されるが、プロセス制御システム１０内の問題を
検出し、これらの問題を報告し、これらの問題をさらに
分析して補正するのに用いられるツールを提案する。所
望の場合、診断ツールソフトウェアの一部分はコントロ
ーラ１２内でまたはフィールド装置内で実行され得る。

【００１８】診断ツール５２は体系的に、例えば、プロ
セス制御ネットワーク１０内で機能ブロックまたは装置
の各々により決定される（またはそれと関連する）変動
性パラメータ、モードパラメータ、状態パラメータ、お
よび限界パラメータを含む、プロセス制御システム１０
内の機能ブロックまたは装置のひとつ以上の動作パラメ
ータを用いて問題を検出する。変動性パラメータの指標
は、プロセス制御システム内の装置または機能ブロック
各々に対して計算されるかまたはそうでなければ決定さ
れ（それらの機能はコントローラ１２内でまたはフィー
ルド装置１９−２２内の下で実現され）、機能ブロック
の２つのパラメータ間の誤差を示す。これら２つのパラ
メータは機能ブロックと関連する異なる信号であって
も、同じ信号の２つの異なった測定値であってもよい。
例えば、ＡＩ機能ブロックのために、変動性指標は、あ
らかじめ定められた量の時間にわたってセンサにより測
定された測定値の統計的測度（平均、メジアンなど）と
測定の実効値または瞬間値との間の誤差を示してよい。
同様に、ＡＯ機能ブロックのために、変動性指標は、予
め定められた時間にわたった装置の履歴的統計的状態
（弁装置内の弁の平均位置のような）と装置の現在の状
態（弁の現在位置のような）との間の差に基づいて計算
されて良い。ＰＩＤ、比、ファジイ論理機能ブロックな
ど制御機能ブロックのために、変動性指標は、機能ブロ
ックに入力されたプロセスパラメータの偏差とそのパラ
メータのために機能ブロックに与えられた設定値（セッ
トポイント）または目標とに基づいていて良い。

【００１９】ある具体例において、変動性指数は、１０
分評価期間のような特定の間隔にわたって、統合絶対誤
差（エラー）（ＩＡＥ）として決定されて良い。このよ
うな場合、変動性指数は以下の等式（１）に従って計算
可能である。

【００２０】

【数１】

【００２１】ここでは、Ｎは評価期間内のサンプルの数
であり、Ｘ（ｉ）は、ＡＩブロックのための機能ブロッ
クおよび制御ブロックへの入力のような、所望の機能ブ
ロックパラメータのｉ番目のサンプルの値であり、Ｓ
は、機能ブロックパラメータが比較されるパラメータの
統計的値または目標値、例えば、設定値（制御ブロック
のための）、前評価期間にわたった機能ブロックパラメ
ータの平均値（ＡＩブロックのための）などである。

【００２２】等式（１）のＸおよびＳ変数間の変動が事
実ガウス（Ｇａｕｓｓｉａｎ）であるならば、ＩＡＥ
は、（標準偏差 ×（２／π））等しい。当然、上で述
べたＩＡＥ計算に加えてまたはその代わりに他の変動性
指標を用いることも出来、そして、このように、変動性
指標は等式（１）のものに制限されない。

【００２３】好ましくは、各機能ブロック、および特に
フィールド装置１９−２２内に位置するものは、各評価
期間にわたって（例えば、予め定められた量の時間また
はあらかじめ定められた数の実行サイクルにわたって）
自動的に変動性指標を計算し、各評価期間の後、コント
ローラ１２内のデータ収集装置４８またはオペレータワ
ークステーション１３内のデータヒストリアン５０に、
計算された変動性指標を送る。この変動性指標は、例え
ば、上で与えられた変動性指数であっても、上で与えら
れた変動性指数を決定するのに用いられるそのサブ部分
であってもよい。もし機能ブロックが、フィールド装置
１９−２２のひとつに位置するフィールドバス機能ブロ
ックであるならば、変動性指数は、非同期通信を用いて
コントローラ１２に送られて良い。各機能ブロックのた
めの最終変動性指数がコントローラ１２またはオペレー
タワークステーション１３により完全に計算されるが、
これは、各実行サイクルの後（典型的には５０−１００
ミリ秒ごとのオーダで）各機能ブロックがデータをこの
ような装置に送ることが必要だろうが、これは、プロセ
ス制御ネットワーク１０のバスによるさらなる通信を多
く必要とするだろう。この付加的な通信をなくすには、
各機能ブロックがその変動性指標を計算するように設計
し、評価期間ごとに一度通信バスによってこの変動性指
標を送るように設計することが好ましいが、これは典型
的には毎分、１０分以上ごとに一度のオーダである。現
在は、どの公知の標準的な機能ブロックもこのケイパビ
リティを与えておらず、従って、プロセス制御システム
１０内で用いられる機能ブロックに付加されるべきであ
る。

【００２４】ある具体例においては、機能ブロックと関
連する最終変動性指数のための計算は、機能ブロックと
診断ツール５２との間で分割される。特に、変動性指数
の計算は計算資源（リソース）をとるので、これらの計
算のもっとも計算を消費する部分は、ワークステーショ
ン１３またはコントローラ１２で行なわれる。これを論
じるため、入出力ブロックの変動性指数の計算結果は、
単に変動性指数（ＶＩ）と称され、制御機能ブロックの
変動性指数は制御指数（ＣＩ）と称される。ＶＩ（手動
モードで入力ブロック、出力ブロック、および制御ブロ
ックのために用いられる）およびＣＩ（自動モードで制
御ブロックのために用いられる）は、以下の等式
（２）、（３）に従ってワークステーション１３または
コントローラ１２により計算可能である。

【００２５】

【数２】

【００２６】

【数３】

【００２７】ここで、Ｓ1qはフィードバック制御で予想
される最小の標準偏差で、Ｓtotは、実際の測定された
標準偏差で、ｓは、計算を安定させるのに用いられる感
度係数であり、Ｓ1qは以下の等式（４）に従って計算さ
れる。

【００２８】

【数４】

【００２９】ここで、Ｓcapcab は、推定されたケイパ
ビリティ標準偏差（プロセスの理想的な動作での標準偏
差）である。

【００３０】小さなバイアス値ｓは、等式（２）および
（３）のＳcapcab およびＳtot値に加えられる。なぜ
なら、妨害対ノイズ信号比（すなわち低周波対高周波妨
害比）が高すぎれば、ＶＩおよびＣＩ計算は非常に高い
値を与えるからである。連続した測定値間の極小差で高
速サンプリングすることもこの問題の要因となる。バイ
アス値ｓは、計算を安定させるということが発見され
た。推薦するバイアス値ｓは測定値範囲の０．１％（ほ
ぼ測定値正確度）である。等式（２）および（３）のＶ
ＩまたはＣＩ計算のための０の値が最良であり、１の値
が最悪である。しかしながら、これらのまたは他の変動
性指数は、１の値が（またはなんらかの他の値）が最良
であるように計算され得る。

【００３１】所望であれば、パーセント向上（ＰＩ）値
が、制御ブロックのＣＩ値の１００倍として制御ブロッ
クのために確立され得る。

【００３２】可能な限り能率的な方法で上記のＶＩ、Ｃ
ＩおよびＰＩ計算を行なうには、例えば、Ｄｅｌｔａ
（デルタ）Ｖ環境またはフィールドバス環境内の機能ブ
ロックの各々は、Ｓcapcab およびＳtot値を変動性指
標として計算して、これらの値をコントローラ１２に見
えるようにしてよく、コントローラ１２は、等式（２）
および（３）を用いてＶＩおよびＣＩ値を計算すること
が出来、またはワークステーション１３内の診断ツール
５２にＳcapcab およびＳtot値を与えることが出来、
診断ツール５２は、ＶＩおよびＣＩ値を計算することが
出来る。ＳcapcabおよびＳtot値を決定するのに必要な
中間的な計算は、機能ブロックの実行ごとに行なわれ、
Ｓcapcab およびＳtot値は機能ブロックのＮ回の実行
ごとに一度（すなわち評価期間ごとに一度）更新され
る。ある実現化例においては、ＳcapcabおよびＳtot値
は、機能ブロックを１００回実行した後更新されて良
い。

【００３３】合計の標準偏差Ｓtotは、以下の等式
（５）に従って、いわゆる移動時間ウインドウ計算を用
いて機能ブロックにおいて計算され得る。

【００３４】

【数５】

【００３５】ここでＭＡＥは以下の等式（６）で計算さ
れる平均絶対誤差であり、

【００３６】

【数６】

【００３７】ここでＮは評価期間内の実行回数であり、
ｙ（ｔ）は、機能ブロックへの入力のような、所望の機
能ブロックパラメータのｔ番めの瞬間サンプルの値であ
り、ｙstは、機能ブロックパラメータが比較されるパラ
メータの統計的値または目標値であり、例えば前評価期
間にわたった機能ブロックパラメータの平均値である。

【００３８】一般に、機能ブロックのプロセス値（Ｐ
Ｖ）は、ｙstを計算するようにＩ／Ｏブロック内で用い
られる。制御ブロックにおいては、作業設定値またはＰ
Ｖがブロックモードに依存してｙstとして用いられる。

【００３９】ケイパビリティ標準偏差Ｓcapcab は以下
の等式（７）に従って計算される。

【００４０】

【数７】

【００４１】ここでＭＲは、平均移動範囲であり、以下
の等式（８）に従って計算される。

【００４２】

【数８】

【００４３】計算を減らすため、ＭＡＥおよびＭＲと関
連する加算コンポーネントだけが、機能ブロックの各実
行サイクルの間使用される。その和をＮまたはＮ−１で
割るのは、Ｎ回の実行ごとに一度（評価期間ごとに一
度）ＳtotおよびＳcapcab 計算の一部として行われ
る。上の式から以下の等式（９）および（１０）は明ら
かである。

【００４４】

【数９】

【００４５】

【数１０】

【００４６】ここでＥｒｒｏｒabsおよびＤｅｌｔａabs
はそれぞれ等式（６）および（８）の和であり、機能
ブロックの各実行サイクルの間、継続して計算される。

【００４７】当然、これらの計算で用いられる機能ブロ
ックへの入力の質は重要で、このように、良好状態を
有するデータおよび制限されていないデータだけを用い
ることが望ましい。フィールドバスまたはデルタＶ機能
ブロックを用いるとき、モード変数はＰＶの状態、設定
値およびバック較正変数を考慮し、モード変数は変動性
指数のための正しい計算を確実にするために用いられ
る。例えば、ＯＯＳ（休止中、非活動中）モードでは、
ＳtotおよびＳcapcab変数は決定されないが、その代わ
りに、エラーの検出を防ぐために最良値（例えば０）に
設定される。ウォームスタートで、もしモードがＯＳ
Ｓから他のモードに変更したなら、ＳtotおよびＳcapc
ab変数は０（最良値）に設定され、走査カウンタがリセ
ットされ、等式（９）および（１０）のＥｒｒｏｒabs
およびＤｅｌｔａabs変数は０に設定される。また、ｙ
およびｙstの前の値がリセットされるべきである。

【００４８】図３は、入力５６、出力５７、および入力
５６に接続された変動性指標ジェネレータ５８を有する
機能ブロック５５を示す。所望であれば、変動性指標ジ
ェネレータ５８は、他の機能ブロックパラメータまたは
信号を受信すべく、出力５７および／または機能ブロッ
ク５５の他の部分へ付加的にまたは代替的に接続されて
良い。（これらの接続は図３の点線で示される）。機能
ブロック５５が例えば制御機能ブロックであるならば、
変動性指標ジェネレータ５８は入力５６（制御ブロック
５５が動作するループに制御されているプロセス値であ
ってよい）を受け取り、その入力を機能ブロック５５に
前に与えられた設定値と比較する。変動性指標ジェネレ
ータ５８は、等式（１）に従って変動性指数を決定して
よく、その指数をコミュニケータ５９に送り、これは、
評価期間ごとに（Ｎサンプルごとに）コントローラ１２
に変動性指標を送る。しかしながら、上で述べたよう
に、変動性指標ジェネレータ５８は、上で述べた方法で
ＳtotおよびＳcapcabを決定して、これらの値をコント
ローラ１２またはワークステーション１３に送ってよ
く、これは、それらからＶＩおよび／またはＣＩ値を決
定することが可能である。機能ブロック５５が、コント
ローラ１２内で実行されている機能ブロックであるなら
ば、各サンプル間隔後にバス通信は行なわれる必要はな
いので、コントローラ１２は各機能ブロックの変動性指
標を決定するため別個のルーチンを含む。コミュニケー
タ５９は、機能ブロックまたは通信プロトコルと関連す
る標準的な通信ユニットである。

【００４９】プロセス制御システム１０内の問題を決定
するのに用いられる第２の機能ブロック動作パラメータ
は、機能ブロック（ループまたは装置）の各々が動作し
ているモードの指標である。他の公知の機能ブロックだ
けでなく、フィールドバス機能ブロックの場合、各機能
ブロックは、その機能ブロックが動作しているモードを
示すためにコントローラ１２に利用可能なモードパラメ
ータを有する。このモード指標から、診断ツール５２内
のデータ解析器は、機能ブロック（それによってルー
プ、モジュールまたは装置）が所望のまたは設計された
モードで動作しているかどうか、代替的には、何かが生
じたために機能ブロック（装置またはループ）が異なる
好ましくないモードで動作するようになったかどうか示
すためにモードパラメータの値を決定することが出来
る。フィールド機能ブロックは多くのモードのひとつで
動作する。例えば、Ａ／Ｉ機能ブロックは休止モード
（オペレータはメインテナンスを行なうために装置を休
止中にしてよい）、機能ブロックの出力のような信号が
機能ブロックの設計された動作に基づいてではなく手動
で設定されている手動モード、および、機能ブロックが
正規に動作している、すなわち、それが動作するように
設計されていた方法で動作している自動モードで動作す
る。フィールドバス制御ブロックは、ひとつ以上のカス
ケードモードも有してよく、このモードは他の機能ブロ
ックまたはオペレータにより制御される。典型的には、
フィールドバス機能ブロックは、オペレータがブロック
を動作するように設定するモード（正規モードまたは自
動モード以外である）である目標モードと、制御ブロッ
クが所与の時間に実際に動作しているモードである実モ
ードと、機能ブロックが動作するように設計されてい
て、機能ブロックの正規の動作と関連するモードである
正規モードとを含め、所与の時間にそれと関連する３つ
のモード変数を有する。当然、これらまたは他のモード
指標が所望のごとく用いられてよい。

【００５０】モード指標は、コントローラ１２および／
またはオペレータワークステーション１３に周期的に与
えられてよい。機能ブロックがコントローラ１２内にあ
るならば、各機能ブロックのためのモード指標は、所望
の時間または間隔でデータ収集ユニット４８に与えられ
て良い。フィールド装置内のフィールドバス機能ブロッ
クまたは他の機能ブロックのために、コントローラ１２
は、ビューリスト（ＶｉｅｗＬｉｓｔ）要求（フィール
ドバスプロトコルで）を用いて各機能ブロックのための
モードパラメータを周期的に要求して良い。所望であれ
ば、コントローラ１２内のデータ収集ユニット４８が各
サンプリング期間または評価期間でモードを記憶し、記
憶されたデータをデータヒストリアン５０に与えて良
い。その後、診断ツール５２は、機能ブロックがいつま
たはどれぐらい長く、様々なモードまたは正規モード
（非正規モード）であったのかを示すか、または、具体
的な時間期間の何パーセント機能ブロックが正規モード
（または非正規モード）であったのかを示すモード値を
決定して良い。代替的には、コントローラ１２内のデー
タ収集ユニット４８または他の特殊設計されたユニット
は、いつ各機能ブロックがその正規モードを出るのか検
出することが出来る（例えば、機能ブロックの正規モー
ドを所与の時間でのその実モードと比較することによ
り）。この場合、データ収集ユニット４８は、いつモー
ドの変更が行なわれたのかまたは検出されるのかを示す
ことで、機能ブロックのモードを伝えることが出来る
が、これはコントローラ１２とオペレータワークステー
ション１３との間に必要な通信量を減らす。

【００５１】状態パラメータは、プロセス制御装置およ
びループ内の問題を検出するのに用いられる別の機能ブ
ロック動作パラメータである。各機能ブロックにより与
えられる状態指標は、機能ブロックまたは装置と関連す
る一次値（ＰＶ）の状態を規定または識別してよい。付
加的にまたは代替的に、機能ブロックの入力および出力
のひとつ以上は、それと関連する状態指標を有して良
い。フィールドバス機能ブロックは、「良好」、「不
良」、または「不確実」の形を取る関連する状態パラメ
ータを有し、機能ブロックのＰＶ、入力および／または
出力の状態を指示する。状態指標は、ＰＶまたは他の機
能ブロックパラメータと関連する限界値のような限界
（限度）指標を識別するか含んでよい。このように、例
えば、限界指標は、機能ブロックのＰＶが上限であるの
かまたは下限であるのかを示して良い。診断ツール５２
は、いつ、どれぐらい長く、または具体的な時間期間の
何パーセント、機能ブロックの状態が正規状態（または
非正規状態）であったかを示す状態値または限界値を決
定して良く、また、いつ、どれぐらい長く、または具体
的な時間期間の何パーセント、機能ブロック変数が１以
上の限界値にあったのか（なかったのか）、または不良
状態か問題のある状態であったのかを示す状態値または
限界値を決定して良い。

【００５２】モード指標と同様に、状態指標および限界
指標は、各機能ブロックによってコントローラ１２に周
期的にまたは要求があり次第（例えばフィールドバスプ
ロトコルにおけるビューリスト（ＶｉｅｗＬｉｓｔ）コ
マンドを用いて）送られてよく、その変更はコントロー
ラ１２により決定されてオペレータワークステーション
１３に送られて良い。代替的には、状態および限界指標
は、処理されることなくオペレータワークステーション
１３に送られて良い。所望であれば、変更が実際に行な
われたときのみ、機能ブロックは、通信モード、状態お
よび／または限界指標にセットアップされてよく、これ
はさらにコントローラ１２とフィールド装置内の機能ブ
ロックとの間で通信量をさらに低減させる。しかしなが
ら、この通信スキームを用いるとき、必要なパラメータ
全ての現状態は、診断ツール５２がまず回線上に配置さ
れたときに変更を比較すべき基礎を確立するのに必要で
ある。現状態はコントローラ１２に周期的にパラメータ
値を報告させ（それらが変化していなくても）ることに
より、または、診断ツール５２によってコントローラ１
２に例外報告用に規定されたパラメータを報告させるこ
とにより測定されても、集められても良い。機能ブロッ
クの各々の状態に基づいて、診断ツール５２は、不良で
注意を必要とする（不確実な状態の）測定値、または制
限される（リミテッド）測定値かＰＶをそれらが有する
ので誤って較正されてしまった測定値を素早く特定する
ことが出来る。当然の事ながら、状態および限界指標
は、用いられているシステムの種類によって、様々な数
のおよび種類の値のひとつをとってよい。

【００５３】さらに、状態指標は、機能ブロック、装置
またはループの様々な変数（ＰＶ以外の）のために用い
られてよい。例えば、フィードバック制御を有する制御
ループ内で、フィードバック変数の状態は、機能ブロッ
クおよびループ内の問題を検出するのに用いられて良
い。このフィードバック変数（例えば、フィールドバス
プロトコルにおける制御またはアクチュエータ機能ブロ
ックのためのバック較正変数またはＢａｃｋＣａｌ変
数）、または他の変数の状態は、いつ機能ブロックが、
例えば、下流の機能ブロックまたは他の下流条件により
制限される出力を有するのか検出するために診断ツール
５２により調べられる。モード指標に同様に、コントロ
ーラ１２は、実際の状態値を検出および記憶しても、状
態指標として状態値の変更を記憶しても良い。

【００５４】プロセス制御機能ブロック、装置またはル
ープと関連する他のデータは同様に問題を検出するのに
用いられて良い。例えば、オペレータワークステーショ
ン１３（コントローラ１２）は、プロセス制御ネットワ
ーク１０内の装置または機能ブロックにより生成された
事象および警報を受け取り、記憶し、見直してよい。例
えば、フィールドバス環境においては、機能ブロック
は、トランスジューサまたは機能ブロックに検出された
異常処理状態を報告するブロックエラーパラメータを支
持する。フィールドバス装置は、コントローラ１２に送
られたブロックエラービットストリーム内の１６個の規
定されたビットの１ビットを用いて、装置または機能ブ
ロックにより検出される問題を反映する。フィールドバ
ス装置は、事象または警報として、最初に検出された問
題をコントローラ１２に報告し、これらの事象または警
報は、コントローラ１２によってオペレータワークステ
ーション１３に事象ジャーナルとして送られる。ある具
体例においては、診断ツール５２は、ブロックエラーパ
ラメータ（フィールドバスプロトコルにおける）の６番
目のビットを解析するか見直し、装置がいつメインテナ
ンスを必要とするか、そして、このようにして、対処し
なければならない状況であって装置動作を現在は制限し
ていない状況がいつ存在するかを検出する。同様に、
診断ツール５２は、ブロックエラーパラメータ（フィー
ルドバスプロトコルにおける）の１３番目のビットを解
析して、いつ正しい装置動作が装置に検出された状況の
ために可能でないのか、そしていつ即時動作（アクショ
ン）が必要なのか決定する。当然、他の事象、警報、ブ
ロックエラーパラメータ内の他のビットまたは他の種類
のエラー指標が、プロセス制御ネットワーク１０の動作
に付随する問題を検出するように診断ツール５２により
用いられてよく、そのような他の事象、警報などがフィ
ールドバスプロトコルか、他の所望の装置またはコント
ローラプロトコルと関連してもよい。

【００５５】場合によっては、機能ブロックは、これら
の機能ブロックが動作するプロセスまたはループの正し
い動作の無関係の理由で正規または良好以外に設定され
るモードまたは状態パラメータを有してよい。例えば、
バッチ処理においては、バッチが実行されていないと
き、その処理内で用いられる機能ブロックのモードは非
正規値に設定される。しかしながら、これらの非正規モ
ード（または状態）指標を検出し、それに基づいてシス
テムに付随する問題を識別することは望ましくはないで
あろう。なぜならバッチ処理はダウン時間（休止時間）
を有するように設計されているからである。従って、各
機能ブロック（それが実行されているモジュールまたは
ループ）に、機能ブロック（モジュール）が意図的に非
正規モードであるか不良状態を有するのかを示すアプリ
ケーション状態パラメータを与えることが好ましい。言
いかえると、アプリケーション状態パラメータは、いつ
機能ブロックのための警報または問題検出が防止される
べきかを示す。バッチ処理で用いられる機能ブロックの
ために、例えば、アプリケーション状態パラメータは、
いつ、バッチ実行アプリケーションを行なうように機能
ブロックが動作しているのかを示すためある値に設定さ
れ、いつ、機能ブロックが、バッチ実行アプリケーショ
ン内で正規の機能を実行するのに意図的に用いられてい
ないかをしめすため別の値に設定され、従って、問題の
検出は、これらの時間でこれらの機能ブロックの動作に
基づくべきでない。このようなアプリケーション状態パ
ラメータが図３に示され、これは、コミュニケータ５９
によってコントローラ１２に伝達される。コントローラ
１２および／またはオペレータワークステーション１３
は、各機能ブロックのアプリケーション状態パラメータ
を検出してよく、第２カテゴリにある機能ブロック、例
えば、偽警報（フォールスアラーム）を防止するために
非正規のまたは不良状態に意図的に設定される機能ブロ
ックと関連するデータ（変動性、モード、状態および限
界値データのような）を無視してもよい。当然、バッチ
プロセスと関連するダウンタイムに加えて問題の検出を
防ぐためにアプリケーション状態パラメータが設定され
て良い他の理由もある。

【００５６】診断ツール５２は、オペレータワークステ
ーション１３内のソフトウェアで好ましくは実現され、
もし必要ならば、幾らかの部分がコントローラ１２で実
現されて良く、フィールド装置１９−２２のようなフィ
ールド装置内の下でさえ実現されて良い。図４は、プロ
セス制御ネットワーク１０内の問題の機能ブロック、装
置、ループまたは他の実体（構成要素）を検出して補正
するのを助けるためにオペレータワークステーション１
３で実行されるソフトウェアルーチン６０のブロック図
である。一般に、ソフトウェアルーチン６０は、変動性
指標、モード指標、状態指標、限界指標、警報または事
象情報などのような、プロセス内の機能ブロックの各々
に関するデータを、プロセスが実行しているときは継続
して集め、この集められたデータに基づいて、問題の測
定値、計算値、制御ループなどの存在を検出する。ソフ
トウェアルーチン６０は、そうするように構成されるか
または要求されたとき、各検出された問題およびそのプ
ラント動作に与える経済的な影響をリストする報告を送
るか、これらをリストする表示を作成してもよい。例え
ば、オペレータワークステーション１３の表示装置１４
上の検出された問題のループの表示を見るとき、オペレ
ータは、見なおしまたは補正のために特定の問題を選択
することが出来る。ソフトウェアルーチン６０はついで
その問題をさらに正確に指摘したりその問題を補正する
ために、他の診断ツールを提案して自動的に実行してよ
い。このようにして、診断ツール５２は、プロセス制御
システムの機能ブロックまたは装置により生成されたデ
ータを処理し、そのデータに基づいて問題を自動的に認
識し、ついでその問題の原因をさらに正確に指摘してそ
の問題を補正すべく他の診断ツールを提案してこれを実
行させる。これにより、プロセス制御システム内の問題
を検出し補正するのに費やすオペレータの時間と努力を
多いに節約でき、適切な診断ツール（オペレータには完
全になじみのあるものではないかもしれない）が確実に
問題を補正するのに用いられる。

【００５７】ルーチン６０のブロック６２は、進行中で
あるとき、すなわちプロセスが実行しているときはいつ
でも、プロセス制御システム１０の装置、ブロックおよ
びループ内の問題を検出するのに用いられる変動性、モ
ード、限界、警報、事象、および他のデータを受信し、
記憶する。このましくは、このデータは、ワークステー
ション１３内のデータヒストリアン５０内に記憶され
る。しかしながら、代替的には、このデータは、コント
ローラ１２と関連するメモリ内のような他の所望のメモ
リ内に記憶されて良い。同様に、所望であれば、このデ
ータはどんなフォーマットででもオペレータワークステ
ーション１３に送られて良く、圧縮データとして送られ
て良い。

【００５８】ブロック６３は、いつデータの解析が行な
われるべきかを検出するか、決定する。なぜなら、例え
ば、周期的な報告が生成される予定であるかユーザがこ
のような解析を要求しているからである。解析を行なわ
ないのであれば、ブロック６２は単にデータを集め続け
るだけであり、そのデータを処理して機能ブロック動作
パラメータのための値を決定して良い。解析が行なわれ
るならば、ブロック６４は記憶されたデータまたは記憶
されたパラメータ値を解析して、どの機能ブロック、装
置、またはループが問題を有しているか決定する。一般
的に、データは、機能ブロック動作パラメータの現在の
または瞬時の値に基づいて解析されても、具体的な時間
期間にわたってどの機能ブロック、装置またはループが
問題を有しているかを決定するために履歴的に解析され
てもよい。この履歴的解析によって、特定された時間期
間にわたって性能に基づいて事実長期の問題を検出する
ことが出来る。問題を検出するため、ブロック６４は、
もし必要ならば、機能ブロックにより与えられた変動性
指標から変動性指数を計算して、この変動性指数を具体
的な範囲または限界値（オペレータに設定されてよい）
と比較して、変動性指数の瞬間値、または変動性指数の
履歴的値の統計的測定値（平均値またはメジアン値）
が、その範囲の外にあるのか、機能ブロックのための特
定された限界値の上か下にあるのかを見る。もしそうな
らば、問題が存在し、範囲外の変動性指数と関連する機
能ブロック、装置またはループは、補正されるべき問題
を有するものとしてリストされる。

【００５９】同様に、ブロック６４は、機能ブロックま
たは装置の実モードを機能ブロックまたは装置の正規モ
ードと比較してそれらが一致しているかどうか見る。上
で示したように、コントローラ１２がこの機能を実行
し、その結果または不一致の指標をヒストリアン５０に
送る。しかしながら、所望であれば、オペレータワーク
ステーション１３はこれらの比較を直接行ってよい。履
歴データを用いて、ブロック６４は、ループ利用、すな
わちループ（または機能ブロック）が設計された（正
規）モードで動作した時間のパーセントを決定してよ
い。瞬時解析において、機能ブロック、ループまたは装
置は、それが、設計されたまたは正規モードで現在は動
作してないときに問題を有すると考えられる。

【００６０】同様に、ブロック６４は、各機能ブロック
の状態および限界指標を解析して、いつその状態が不良
なのか、不確かなのか、そうでなければ、設計されたま
たは正規の状態でないのか、またはいつ機能ブロックが
限界値にあるのかを決定する。履歴的解析は、あらかじ
め定められたパーセンテージの特定された時間の間、特
定の機能ブロックが、不良か不確実な状態指標を有して
いるかどうか計算するか決定してよく、どのＰＶまたは
他の変数が限界値に達したかまたはあらかじめ定められ
たパーセンテージの特定された時間の間限界値にあった
のか決定しても、他の方法で状態または限界指標を解析
して、機能ブロックか装置、または機能ブロックが位置
するループ内に問題が存在するかどうか決定してもよ
い。同様に、ブロック６４は、瞬時評価において、どの
機能ブロック、装置、またはループが、設計されたまた
は正規の状態に現在はない状態値を有するかというこ
と、および／または、どの信号か変数が限界値に達した
かを決定してよい。ブロック６４は、警報および事象通
知を見直して、装置が現在または将来においてメインテ
ナンスを必要とするかどうか見てよい。変動性指数限界
値または制御指数限界値を超えるブロック、および、見
込み有りの不良状態、制限されたまたはモード状況を有
するブロックが特定され、一時的に保管される。この要
約情報は「現在の」要約表示の作成を支持する。瞬間値
および状況は、例えば、時間、シフトおよび日ごとに診
断ツール５２により統合されて、変動性指数の平均値お
よびパーセント向上、および、不良状態、制限された信
号または非正規モード状況が存在したパーセント時間を
得る。当然、ブロック６４は、変動性、モード、状
態、限界、事象、警報および他の所望のデータに他の種
類の処理を行い、問題を検出してよい。さらに、ブロッ
ク６４は、様々な限界値、範囲、履歴的時間などを用い
て（これらすべてはユーザまたはオペレータに設定され
得るのだが）、解析を実行する。

【００６１】例えば、バッチモード処理で用いられる機
能ブロックのために、機能ブロックが意図的に動作して
いなかった時間と関連するデータは廃棄されるか、また
は機能ブロックのアプリケーション状態パラメータに基
づいた解析では用いられない。

【００６２】ブロック６４がプロセス制御ネットワーク
内の問題を検出した後、ブロック６６は、書き込まれる
か電子の報告が生成されるべきかどうか決定する。なぜ
なら、例えば、周期的な報告がユーザにより要求された
からである。もしそうならば、ブロック６８は、問題の
機能ブロック、装置、ループなど、およびプロセス制御
システムに与える経済的な影響をリストする報告を作成
する。このような経済的な影響は、プロセスのまたはプ
ロセス内のループの低減された動作の各パーセンテージ
ポイントと関連する金銭の量をオペレータまたは他のユ
ーザに指定させることにより決定されてよい。ついで、
ループが問題を有すると発見されたとき、プロセスルー
プの実際の性能は公知の最適な性能値と比較されてパー
センテージ差を決定してよい。このパーセンテージ差は
ついで、指定された金銭の量対パーセンテージポイント
比で乗算され、お金に関する経済的影響を決定する。報
告は印刷装置で印刷されても、コンピュータ画面上で
（表示装置１４上のような）または他の電子表示装置上
で表示されても、インターネットか、他のローカルエリ
アまたはワイドエリアネットワークによってユーザに送
られても、所望の方法でユーザに転送されてもよい。所
望であれば、診断ツール５２は、問題のループが検出さ
れるたびにこれをプラントメインテナンスシステムに通
知するように自動的に構成されてよく、この通知は、公
知のＯＰＣインターフェースの事象／警報ケイパビィリ
ティを用いて事象としてメインテナンスシステムに送ら
れる。

【００６３】ブロック７０は、オペレータがワークステ
ーション１３で行われるべき解析を要求したかどうか決
定し、もしそうならば、ブロック７２は、表示またはダ
イアログルーチンを入力し、これにより、ユーザがその
問題に関する様々な情報を見つけることができ、または
解析を行うための様々なパラメータを選択することが出
来る。ある具体例においては、診断ツール５２を用いる
オペレータまたは他の人は、ワークステーション１３に
ログオンするときダイアログを提供される。このダイア
ログは、問題の源であるループを特定することなく、シ
ステムで対処されるべき状況を要約する。ダイアログ
は、図５に示されるように画面表示８０上で、図形フォ
ーマットで情報を送ってよい。画面表示８０は、利用
（モード）、制限された（リミッテド）信号、不良状態
または高変動性のために設定された省略時（デフォール
ト）限界値を現在違反する、プロセスまたはプラントに
おける合計の入力、出力、または制御機能ブロックのパ
ーセントを要約する。多数の状況が単一のブロックに
存在しているので、合計は１００パーセントを超える可
能性がある。合計が１００パーセントを超えると、各カ
テゴリのパーセントは、合計が１００パーセントと等し
くなるように基準化される。あらかじめ設定された限
界値を違反する入力、出力、または制御ブロックを有す
るモジュールが表リスト８２に要約される。図５におい
て、モジュールＦＩＣ１０１は、設計されていないのモ
ードで動作しているひとつ以上の機能ブロックと高変動
性のひとつ以上の機能ブロックとを有し、モジュールＬ
ＩＣ３４５は、不良状態のひとつ以上の機能ブロックを
有する。

【００６４】機能ブロックと関連する限界値のような、
問題の性質についてのより多くの情報は、例えばリスト
８２内のモジュール名前上でクリックすることにより図
形的に示される。さらに、図５の画面上でフィルタボ
タン８４を選択することにより、ユーザは、要約時間フ
レーム、要約に含まれるべきブロックの種類、および各
カテゴリまたはブロックの限界値を選択できるダイアロ
グを提供されうる。このようなダイアログ画面８６が図
６に示されるが、ここでは、入力ブロックのモード、制
限された（リミッテド）、および不良状態の限界値が９
９パーセント利用（ユーティライゼイション）で設定さ
れ、入力ブロックの変動性指数の限界値は１．３に設定
してある。この場合、ブロックのパーセント利用は、モ
ードまたは状態が正規で機能ブロック信号が制限されて
いなかった具体的な時間期間のパーセントとして決定さ
れる。しかしながら、限界値は、モードまたは状態が非
正規であったか、機能ブロック変数が限界値にあった時
間のパーセントとして設定することも出来る。その場
合、限界値はゼロに近くなるように設定すべきである。
当然、画面８６内のループ選択全てを選択することに
より、入力、出力、または制御ブロックは、要約内に含
まれることになる。

【００６５】画面８６のタイムフレームボックス８８
は、解析が行われる履歴時間フレームを変更するために
設定を変えることにより操作可能である。例えば、タイ
ムフレームボックス８８内の「今」選択を選ぶことによ
り、ブロックパラメータの瞬間値または現行値は、各モ
ジュールが要約リスト８２内の問題のモジュールとして
例示されるかどうか決定するのに用いられる。どんな時
間フレームでも指定されてよいが、フィルタリングで用
いられるいくつかの例示的な時間フレームは、現在時間
または前時間、現在シフトまたは前シフト、現在日また
は前日などである。これらの時間フレームのために、モ
ジュールが要約に含まれるのは、検出された状況が、限
界条件により規定される選択された時間フレームの重要
な部分（すなわちあらかじめ定められた部分）のために
存在するときのみである。

【００６６】所望であれば、ユーザは、ブロックごとに
または大域的に、変動性指数のために用いられる限界値
を変更してよい。変動性限界値の設定を容易にすべく、
ユーザは、変更すべき所望の限界値を選択して、つい
で、特定のブロックのその限界値を編集するか同時にブ
ロック全てのその限界値を設定する選択が与えられてよ
い。ユーザが、ブロック全てを一緒にしたものの変動性
限界値を設定したいとき、ユーザは、（変動性の現行値
プラスユーザにより与えられた指定されたバイアス）に
変動性限界値を設定できるようにするダイアログボック
スを提供される。当然、変動性、モード、状態および制
限変数の限界値は、モジュール、エリア、システム、ま
たは他の論理的ユニット内の機能ブロック全てに適用さ
れても、同様に全て変更されてもよい。省略時眼界値
は、最初、変動性指数の１．３、およびモード、制限、
および状態指標の９９パーセント利用としての構成のた
めに与えられてよい。当然、これらの省略時値は、上で
述べたようにモジュール要約表示から変更されてよい。

【００６７】図５の要約８２内のモジュール名を選択す
ることにより、ユーザは、そのモジュールに関するさら
なる詳細を有するダイアログ画面を与えられる。前シフ
ト時間フレームを用いるモジュールＦＩＣ１０１のため
に、このようなダイアログ画面９０が図７に示され
る。画面９０は、ＦＩＣ１０１モジュール内のＰＩＤ１
ブロックおよびＡＩ１ブロックの性能を示す。画面９
０に与えられた情報によって、ユーザは、モジュールが
要約内に含まれるようにした特定の測定値、アクチュエ
ータ、または制御ブロック、および状況が検出されたパ
ーセント時間を容易に識別する。特に、ブロックがその
正規モード、正規の状態にあって、制限されなかった前
シフトの時間のパーセントがループ利用として図７に示
される。当然、図７の画面は、ブロックは非正規モード
にあったかまたは非正規状態を有していた前シフトの間
の時間のパーセント、または機能ブロック変数が１以上
の限界値にあった前シフトの時間のパーセントをしめす
ように構成されてよい。変動の測定値が、その限界値と
一緒に図７に示されるブロックのために示される。この
場合の変動性の測定値は、１の値が最良の場合であり、
１より大きな値が多くの変動性誤差を示すように計算さ
れる。しかしながら、変動性指数のための等式（２）お
よび（３）のＣＩおよびＶＩ計算を用いると、変動性指
数は、０が最良の場合であって、０と１との間にあるよ
うになる。この場合、変動性限界値は０と１との間に設
定されるべきである。さらに、制御ループにおいて可能
なパーセント向上（ＰＩ）が制御ブロック、すなわちＰ
ＩＤＩブロックのために図７に示される。所望であれ
ば、それぞれの限界値以下（またはより上）にあるパー
セント利用値は、強調表示可能であり、またはそうでな
ければ、検出された問題を示すために目印をつけられ
る。

【００６８】当然、どのループ、装置、機能ブロックま
たは測定値が高変動性指数を有するのか（ユーザー指定
の限界値より大きなもののような）、非正規モードで動
作するのか、または、不良または不確実な状態を有する
か制限されるプロセス測定値を有するのかを要約するた
めに、他の表示画面が用いられてよい。上で注目したよ
うに、履歴的解析を用いて、診断ツール５２は、その正
規値から著しく変化した変動性指数、モード、状態、ま
たは限界値変数を識別するために、特定された時間フレ
ームの間表示を与えてよい。当然、プロセス制御状況が
関連する問題を有するものとして識別される前に、診断
ツール５２よって、ユーザは、どれぐらい多くのおよび
どのテストが用いられるべきか選択可能となる。

【００６９】再び図４を参照して、ユーザが、例えば図
７の表示９０において機能ブロックのひとつを選択する
と、ブロック９３は、問題の機能ブロックの選択を検出
し、ブロック９４は、問題のブロックまたはループを補
正するのに用いられるべき一組のオプションを表示す
る。例えば、制御ブロックのために、診断ツール５２
は、ユーザがアクチュエータまたは他のチューナを用い
てループを同調することが出来てもよいし、ユーザがル
ープに傾向解析を行うのを可能としてもよい。アクチュ
エータオプションを選択することにより、診断ツール５
２は、選択された制御ブロックまたはループのためにア
クチュエータアプリケーションを自動的に発見し、実行
する。しかしながら、傾向オプションが選択されると、
ワークステーション１３はいかに述べるように傾向デー
タを集め始める。

【００７０】入力または出力ブロックのために、ブロッ
ク９４は、ユーザが、例えば、そのブロックのためのさ
らなる診断ツールを用いるかまたは傾向解析を行うのを
可能としてもよい。もし、例えば、選択された入力また
は出力ブロックがフィールドバスまたはハート装置内に
あるならば、診断オプションを選択すると、装置較正ツ
ールのような当該技術で公知のツールを用いて、関連す
るトランスデューサブロックのために診断アプリケーシ
ョンを活性化する。デルタＶ環境においては、フィ
ッシャローズマウントにより製造されて販売されている
ＡＭＳ（ａｓｓｅｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｏｌｕ
ｔｉｏｎｓ）診断ツールは装置と通信するようにこの目
的のために用いられて、具体的な情報を得て装置と関連
する診断を実行する。当然、他のツールまたは推薦が同
様に用いられてよい。例えば、送信機問題または送信機
と関連する機能ブロックのために、ブロック９４は、装
置較正が送信機を較正するのに、弁のためには、弁診断
ルーチンのいづれかが弁内の具体的な問題を検出し、恐
らくは補正するのに用いられる用に勧める。一般に、ブ
ロック９４によって行われた推薦は、その問題が、多く
のあらかじめ定められた種類の問題のひとつ、問題の源
の性質またはアイデンティティに入るのかに（例えば、
それが制御または入力機能ブロック、送信機または弁な
どから生じたか）に基づいて、または他のどんな所望の
基準に基づいて決定されてよい。当然、現在公知のもの
または将来開発されるものを含め、所望の診断ツールを
用いることが出来る。

【００７１】問題の具体的な性質が、問題の存在を指し
示した変動性、状態、モード、限界値、または他のデー
タから容易に検出されなければ、ブロック９４は、プロ
ッティングルーチン、相関（自己相関またはクロス（相
互）相関）ルーチン、スペクトル解析ルーチン、エキス
パート解析ルーチン、他の所望のルーチン、またはプロ
セス制御システム１０の与えられたツールのような複雑
な診断ツールを用いるのを薦めることが出来る。当然、
診断ツール５２は、ひとつ以上のツールを用いるのを推
薦するか提案してよく、オペレータがいかなる状況でど
のツールが用いられるか選択するのを可能とする。さら
に、ブロック９４は、プロセス制御ネットワーク１０内
で実際に利用可能なツールにその提案を限定してよく、
例えば、オペレータワークステーション１３にロードさ
れたものに限定してもよく、用いられる前にプロセス制
御システム１０に購入されるかロードされなければなら
ないツールを提案してよい。当然、ブロック９４は、手
操作のツール、すなわちオペレータワークステーション
１３、コントローラ１２または装置１５―２８のひとつ
上で実行されないものも提案してよい。

【００７２】ブロック９４がひとつ以上のさらなる診断
ツールを推薦した後、ブロック９６はユーザが実行のツ
ールを選択するのを待ち、オペレータからこのような命
令を受け取ると、ブロック９８は、オペレータが問題の
原因をさらに解析して正確に指摘出来るように、または
その問題を修理できるように、選択されたツールを実行
する。診断ツールを実行した後、ブロック１００は、オ
ペレータが、選択された問題のために異なったツールを
選択できるようにし、ブロック１０２は、オペレータが
異なる問題を選択出来るようにする。

【００７３】ある例において、ブロック９４は、実行さ
れる前に、比較的多量および／または多くのサンプルの
データを集めることを要求する傾向アプリケーションと
典型的には称される解析を薦めることが出来る。このよ
うな傾向アプリケーションの例は、相関分析、ニューラ
ルネットワーク、ファジイ論理制御手続、適応型チュー
ニング手続、スペクトル解析ルーチンなどを含む。残念
なことに、診断ツール５２が問題を検出すると、傾向ツ
ールのために必要なデータは典型的には利用不可能であ
る。なぜなら、このデータは前は集められていなかった
からである。このデータは、コントローラ１２とワーク
ステーション１３との間の単純な通信を用いて実務上は
達成可能ではない高周波データ速度で集められる必要が
あってよい。その結果、オペレータがこのデータ（高速
データ）を集めることを要求するツールを選択すると、
ブロック９８は、コントローラ１２をプロセス制御シス
テム１０から必要なデータを集めるように自動的に構成
してよい。

【００７４】フィールドバス機能ブロックからまたは装
置から、すなわち、フィールドバスによって装置からこ
のようなデータを集める必要があるとき、コントローラ
１２は、ひとつ以上のフィールドバス傾向オブジェクト
を用いてデータを集めて、集められたデータをデータの
パケットとして束ねて記憶し、高速データが非時間限界
的にオペレータワークステーションに送られるように所
望の時間にオペレータワークステーション１３にデータ
のパケットを送ってよい。この動作によって、このデー
タを集めるためにコントローラ１２とオペレータワーク
ステーション１３との間の通信負荷を低減する。典型的
には、傾向オブジェクトは、機能ブロックに関する所望
のデータのあらかじめ定められた数のサンプル（例えば
１６）を集めるようにセットアップされ、あらかじめ定
められた数のサンプル集められると、これらのサンプル
は非同期通信を用いてコントローラ１２に伝達される。
フィールドバス機能ブロックのためにひとつ以上の傾向
オブジェクト１１０を用いたものが図８に示される。こ
れらの傾向オブジェクト１１０は、所望のデータを集め
てコントローラ１２内のデータ収集装置４８に送るのに
用いられ、フィールドバス装置内の下の実際の機能ブロ
ック内で生じる。これらの傾向オブジェクト１１０は、
フィールドバス装置により、またはコントローラ１２内
の影機能ブロック（図８では影機能ブロック１１２Ｓと
して包括的に示される）により与えられてよい。同様
に、コントローラ１２内に位置しそれにより実行される
機能ブロック（図８では機能ブロック１１３として包括
的に示される）のために、仮想傾向オブジェクト１１４
が４―２０ミリアンペア（または他の装置）から送られ
る所望のデータを集めるのにコントローラ１２内でセッ
トアップ可能である。このような仮想傾向オブジェクト
１１４のサンプルは、５０ミリ秒ごとのような所望の速
度で集められてよい。仮想傾向オブジェクト１１４は、
フィールドバスプロトコルの実際の傾向オブジェクトと
同様であるように構成されてよく、データ収集装置４８
に送られる。データ収集装置４８は、上で述べたように
オペレータワークステーション１３内でデータヒストリ
アン５０に集められたデータを送る。

【００７５】傾向オブジェクト１１０および１１４は、
所望の診断ツールを実行するために十分なデータが記憶
されるまで集められる。十分な高速データが集められる
と、図４のブロック９８は、ハイレベルの処理およびル
ープ解析を行うために、集められたデータを用いてさら
なる診断ツールを実行するか実現する。

【００７６】診断ツール５２が、フィールドバスおよび
標準的な４―２０ミリアンペア装置と共に用いるものと
して説明されたが、他の外部プロセス制御通信プロトコ
ルを用いて実現され、他の種類の機能ブロック有する装
置と共に用いられてよい。さらに、ここの表現「機能ブ
ロック」を用いるのは、フィールドバスプロトコルまた
はデルタＶコントローラプロトコルが機能ブロックとし
て識別するものに限定されず、その変わりに、他の種類
の制御システムおよび／または何らかのプロセス制御機
能を実現するのに用いられる通信プロトコルと関連する
他の種類のブロック、プログラム、ハードウェア、ファ
ームウェアなどを含む。機能ブロックは典型的にオブジ
ェクト指向プログラミング環境内のオブジェクトの形を
とってよいが、これはそれに限る必要はない。

【００７７】ここで述べられた診断ツール５２は好まし
くはソフトウェアで実現されるが、ハードウェア、ファ
ームウェアなどで実現されてよく、プロセス制御システ
ム１０と関連する他のプロセッサにより実現されてよ
い。このように、ここで説明されるルーチン６０は、所
望のごとく、標準的な多目的ＣＰＵか、特殊設計された
ハードウェアまたはファームウェアで実現されてよい。
ソフトウェアで実現されるときは、ソフトウェアルーチ
ンは、磁気ディスク、レーザディスク、または他の記憶
媒体上のようなコンピュータ読み取可能なメモリ内で、
コンピュータまたはプロセッサのＲＡＭ，ＲＯＭなどに
おいて記憶されてよい。同様に、このソフトウェアは、
コンピュータ読み取可能なディスクまたは他の持ち運び
可能なコンピュータ記憶機構上で、または電話回線、イ
ンターネットなどのような通信チャンネルによって（持
ち運び可能な記憶媒体によってこのようなソフトウェア
を与えることと同じであるか互換性のあるものとして見
られる）を含め、公知のまたは所望の送り方法によっ
て、ユーザまたはプロセス制御システムに送られても良
い。

【００７８】本発明は、具体例を参照して説明された
が、これらは、あくまでも例示的であり、本発明を限定
するものではないが、本発明の精神および範囲を逸脱す
ることなく、開示された具体例に、変更、追加、および
または消去を加えてよいことは当業者には明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】診断ツールが用いられるプロセス制御システム
のブロック図である。

【図２】診断ツールと関連して実行される２つのプロセ
ス制御ループの構成を示す、図１のプロセス制御システ
ムのブロック図である。

【図３】変動性指標ジェネレータを有する機能ブロック
のブロック図である。

【図４】図１および図２のプロセス制御システムで診断
を行なうように診断ツールにより実現されるルーチンの
ブロック図である。

【図５】図１および図２のプロセス制御システムで用い
られる診断ツールにより生成される第１の例の表示画面
を示す図である。

【図６】図１および図２のプロセス制御システムで用い
られる診断ツールにより生成される第２の例の表示画面
を示す図である。

【図７】図１および図２のプロセス制御システムで用い
られる診断ツールにより生成される第３の例の表示画面
を示す図である。

【図８】図１および２のコントローラおよびオペレータ
ワークステーションのブロック図であり、診断ツールと
関連する傾向通信を示す。

【符号の説明】

１２コントローラ１３ワークステーション１４表示装置１７、１８、１９、２２フィールド装置３０、３２、３４、４２、４４、４６機能ブロック４８データ収集ユニット５２診断ツール５０ヒストリアン５４プロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ウィルヘルムケー．ウオズニスアメリカ合衆国 78681 テキサスラウンドロックヒルサイドドライブ 17004 (72)発明者テレンスエル．ブレビンスアメリカ合衆国 78681 テキサスラウンドロックカーメルドライブ 3801

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の機能ブロックを有するプロセス制
御システムで用いられる診断ツールであって、前記プロセス制御システムの動作の間に定期的に多数の
機能ブロックの各々の機能ブロック動作パラメータに関
するデータを受信するように、多数の機能ブロックの各
々と通信するように構成されたデータ収集ユニットと、受信された機能ブロック動作パラメータデータに基づい
て、前記プロセス制御システム動作の間の多くの回数の
各々の機能ブロック動作パラメータの値を決定するデー
タ解析器と、機能ブロック動作パラメータの決定された値に基づいて
前記プロセス制御システム内の問題を検出する検出器
と、検出された問題を示す報告を作成する出力ジェネレータ
とを含むことを特徴とする、診断ツール。
【請求項２】前記機能ブロック動作パラメータは、変
動性パラメータであり、前記データ解析器は、収集され
た機能ブロック動作パラメータデータに基づいて、多く
の回数の各々で機能ブロックのひとつと関連する変動性
値を決定することを特徴とする、請求項１に記載の診断
ツール。
【請求項３】前記検出器は、変動性値を変動性限界値
と比較して問題を検出することを特徴とする、請求項２
に記載の診断ツール。
【請求項４】前記変動性値は、第１の機能ブロックパ
ラメータと第２の機能ブロックパラメータとの間の統合
的２乗誤差を示すことを特徴とする、請求項２に記載の
診断ツール。
【請求項５】前記第１の機能ブロックパラメータはプ
ロセス制御パラメータの統計的値であり、前記第２の機
能ブロックパラメータはプロセス制御パラメータの瞬間
値であることを特徴とする、請求項４に記載の診断ツー
ル。
【請求項６】前記機能ブロックのひとつは、プロセス
パラメータを測定する入力装置と関連し、機能ブロック
のうちのひとつの変動性値は、測定されたプロセスパラ
メータの統計的値と測定されたプロセスパラメータの瞬
間値との間の誤差の指標であることを特徴とする、請求
項２に記載の診断ツール。
【請求項７】前記機能ブロックのひとつはプロセスパ
ラメータ信号と設定値とを用いて制御信号を生成し、前
記機能ブロックのひとつの変動性値は、プロセスパラメ
ータと設定値との間の誤差の指標を含むことを特徴とす
る、請求項２に記載の診断ツール。
【請求項８】前記機能ブロックの各々から受信した機
能ブロックパラメータデータは、機能ブロックパラメー
タの平均絶対誤差を示す第１の変動性指標と、機能ブロ
ックパラメータの移動範囲平均を示す第２の変動性指標
とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の診断ツー
ル。
【請求項９】前記機能ブロックの各々から受信した機
能ブロックパラメータデータは、機能ブロックパラメー
タの実際の合計標準偏差を示す第１の変動性指標と、機
能ブロックパラメータと関連するケイパビリティ標準偏
差を示す第２の変動性指標とを含むことを特徴とする、
請求項２に記載の診断ツール。
【請求項１０】前記データ解析器は、第1の変動性指
標を第２の変動性指標と組み合わせて変動性値を生成す
ることを特徴とする、請求項９に記載の診断ツール。
【請求項１１】前記データ解析器は、前記第１および
第２の変動性指標に感度値を付加して変動性値を生成す
ることを特徴とする、請求項１０に記載の診断ツール。
【請求項１２】前記機能ブロック動作パラメータは変
動性値を含むことを特徴とする、請求項２に記載の診断
ツール。
【請求項１３】前記機能ブロック動作パラメータはモ
ードパラメータであり、前記データ収集ユニットは機能
ブロックの各々のモード指標を受け取ることを特徴とす
る、請求項１に記載の診断ツール。
【請求項１４】前記データ解析器は、機能ブロックの
ひとつが正規動作の間に動作するように設計されていた
正規モードにあるかどうかを指定する、機能ブロックの
ひとつのモード値を決定することを特徴とする、請求項
１３に記載の診断ツール。
【請求項１５】前記データ解析器は、機能ブロックの
ひとつのモードがこの機能ブロックのひとつと関連する
非正規モードであった具体的な時間期間のパーセンテー
ジとして、機能ブロックのひとつのモード値を決定する
ことを特徴とする、請求項１３に記載の診断ツール。
【請求項１６】前記検出器は、機能ブロックのひとつ
のモード値をモード限界値と比較して問題を検出するこ
とを特徴とする、請求項１５に記載の診断ツール。
【請求項１７】前記機能ブロック動作パラメータは状
態パラメータであり、前記データ収集ユニットは、多数
の機能ブロックの各々の状態指標を受け取ることを特徴
とする、請求項１に記載の診断ツール。
【請求項１８】前記データ解析器は、機能ブロックの
ひとつと関連する状態がこの機能ブロックのひとつの正
規動作と関連する正規状態であるかどうか示す状態指標
から状態値を決定することを特徴とする、請求項１７に
記載の診断ツール。
【請求項１９】前記データ解析器は、機能ブロックの
ひとつの状態がこの機能ブロックのひとつと関連する非
正規状態であった具体的な時間期間のパーセンテージと
して、機能ブロックのひとつの状態値を決定することを
特徴とする、請求項１７に記載の診断ツール。
【請求項２０】前記検出器は、機能ブロックのひとつ
の状態値を状態限界値と比較して、問題を検出すること
を特徴とする、請求項１９に記載の診断ツール。
【請求項２１】前記機能ブロック動作パラメータは限
界値パラメータであり、前記データ収集ユニットは、機
能ブロック変数と関連する限界指標を集めることを特徴
とする、請求項１に記載の診断ツール。
【請求項２２】前記データ解析器は、機能ブロック変
数が１以上の限界値にあるかどうかを示す限界指標から
限界値を決定することを特徴とする、請求項２１に記載
の診断ツール。
【請求項２３】前記データ解析器は、機能ブロッ変数
が１以上の限界値にあった具体的な時間期間のパーセン
テージとして限界値を決定することを特徴とする、請求
項２１に記載の診断ツール。
【請求項２４】前記データ収集ユニットはさらに、多
数の機能ブロックのひとつからアプリケーション状態パ
ラメータを集め、前期検出器は、機能ブロック動作パラ
メータデータが、アプリケーション状態パラメータが第
１の状態にあった時間と関連するとき、多数の機能ブロ
ックのひとつと関連する機能ブロック動作パラメータデ
ータを無視して問題を検出し、前期検出器は、機能ブロ
ック動作パラメータデータが、アプリケーション状態パ
ラメータが第２の状態にあった時間と関連するとき、多
数の機能ブロックのひとつと関連する機能ブロック動作
パラメータデータを用いて問題を検出することを特徴と
する、請求項１に記載の診断ツール。
【請求項２５】前記検出器は、多数の機能ブロックの
ひとつの機能ブロック動作パラメータの現行値に基づい
て問題を検出することを特徴とする、請求項１に記載の
診断ツール。
【請求項２６】前記検出器は、機能ブロックのひとつ
の機能ブロック動作パラメータの複数の過去値にもとづ
いて問題を検出することを特徴とする、請求項１に記載
の診断ツール。
【請求項２７】前記検出器は、機能ブロック動作パラ
メータの値を予め定められた限界値と比較し、この予め
定められた限界値をユーザが指定できるようにするコミ
ュニケータをさらに含むことを特徴とする、請求項１に
記載の診断ツール。
【請求項２８】前記検出器は、特定の時間にわたった
機能ブロックパラメータの複数の値に基づいて問題を検
出し、この特定の時間をユーザが指定できるようにする
コミュニケータをさらに含むことを特徴とする、請求項
１に記載の診断ツール。
【請求項２９】検出された問題を補正するためにさら
なるツールを用いるように勧める推奨ユニットをさらに
含むことを特徴とする、請求項１に記載の診断ツール。
【請求項３０】前記推奨ユニットはチューナを用いる
ように勧めることを特徴とする、請求項２９に記載の診
断ツール。
【請求項３１】前記推奨ユニットは較正器を用いるよ
うに勧めることを特徴とする、請求項２９に記載の診断
ツール。
【請求項３２】前記推奨ユニットは、勧められたさら
なるツールを実行することを特徴とする、請求項２９に
記載の診断ツール。
【請求項３３】前記さらなるツールは、プロセスパラ
メータのプロセスパラメータデータを集めることを要求
し、前記プロセス制御システムの動作の間に傾向オブジ
ェクトを用いてプロセスパラメータデータとしてプロセ
スパラメータのサンプルを自動的に集めるさらなるデー
タ収集ユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項
２９に記載の診断ツール。
【請求項３４】前記傾向オブジェクトは、前記さらな
るデータ収集ユニットにより作成された仮想傾向オブジ
ェクトであることを特徴とする、請求項３３に記載の診
断ツール。
【請求項３５】前記傾向オブジェクトは、機能ブロッ
クのひとつにより作成されることを特徴とする、請求項
３３に記載の診断ツール。
【請求項３６】プロセッサを含み、多数の機能ブロッ
クを用いてプロセスを制御するプロセス制御システムで
用いられる診断ツールであって、コンピュータ読み取り
可能なメモリと、前記コンピュータ読み取り可能なメモリ上に記憶され、
前記プロセッサ上で実行されるように適合されるルーチ
ンとを含み、前記ルーチンは、前記プロセスの動作の間定期的に多数
の機能ブロックの各々の機能ブロック動作パラメータに
関するデータを集め、集められた機能ブロック動作パラメータデータに基づい
て前記プロセス制御システムの動作の間の多くの回数の
各々の機能ブロック動作パラメータの値を決定し、機能ブロック動作パラメータの決定された値に基づいて
前記プロセス制御システム内の問題を検出し、検出された問題をリストする報告を生成することを特徴
とする、診断ツール。
【請求項３７】前記機能ブロック動作パラメータは変
動性パラメータであり、前記ルーチンは、多数の機能ブ
ロックの各々の変動性指標を集めることを特徴とする、
請求項３６に記載の診断ツール。
【請求項３８】前記ルーチンは、機能ブロックのひと
つから集められた変動性指標から機能ブロックのひとつ
の変動性値を決定し、この変動性値を変動性限界値と比
較して問題を検出することを特徴とする、請求項３７に
記載の診断ツール。
【請求項３９】前記機能ブロック動作パラメータはモ
ードパラメータであり、前記ルーチンは、多数の機能ブ
ロックの各々のモード指標を集めることを特徴とする、
請求項３６に記載の診断ツール。
【請求項４０】前記ルーチンは、機能ブロックのひと
つがこの機能ブロックのひとつと関連する非正規モード
であった具体的な時間期間のパーセンテージとして、機
能ブロックのひとつのモード値を決定することを特徴と
する、請求項３９に記載の診断ツール。
【請求項４１】前記機能ブロック動作パラメータは状
態パラメータであり、前記ルーチンは、多数の機能ブロ
ックの各々の状態指標を集めることを特徴とする、請求
項３６に記載の診断ツール。
【請求項４２】前記ルーチンは、機能ブロックのひと
つと関連する状態が非正規状態であった具体的な時間期
間のパーセンテージとして、機能ブロックのひとつの状
態値を決定することを特徴とする、請求項４１に記載の
診断ツール。
【請求項４３】前記機能ブロック動作パラメータは限
界パラメータであり、前記ルーチンは、機能ブロック変
数と関連する限界指標を集めることを特徴とする、請求
項３６に記載の診断ツール。
【請求項４４】前記ルーチンは、機能ブロッ変数が１
以上の限界値にあった具体的な時間期間のパーセンテー
ジとして限界値指標として限界値を決定することを特徴
とする、請求項２１に記載の診断ツール。
【請求項４５】前記ルーチンはさらに、多数の機能ブ
ロックのひとつからアプリケーション状態パラメータを
集め、機能ブロック動作パラメータデータが、アプリケ
ーションン状態パラメータが第１の状態にあった時間と
関連するとき、多数の機能ブロックのひとつと関連する
機能ブロック動作パラメータデータを無視して問題を検
出し、機能ブロック動作パラメータデータが、アプリケ
ーションン状態パラメータが第２の状態にあった時間と
関連するとき、多数の機能ブロックのひとつと関連する
機能ブロック動作パラメータデータを用いて問題を検出
することを特徴とする、請求項３６に記載の診断ツー
ル。
【請求項４６】前記ルーチンは、多数の機能ブロック
のひとつの機能ブロック動作パラメータの多数の履歴的
値に基づいて問題を検出することを特徴とする、請求項
３６に記載の診断ツール。
【請求項４７】前記ルーチンは、検出された問題を補
正するためにさらなるツールを用いることを勧めること
を特徴とする、請求項３６に記載の診断ツール。
【請求項４８】前記ルーチンは、さらなるツールとし
て、チューナルーチン、較正ルーチン、およびデータ解
析ルーチンのひとつを勧めることを特徴とする、請求項
４７に記載の診断ツール。
【請求項４９】前記ルーチンは、勧められたさらなる
ツールを実行することを特徴とする、請求項４７に記載
の診断ツール。
【請求項５０】前記ルーチンは、プロセスパラメータ
のプロセスパラメータデータを集めることを要求するさ
らなるツールを用いることを勧め、プロセス制御システ
ムの動作の間にプロセスパラメータデータとしてプロセ
スパラメータのサンプルを自動的に集めることを特徴と
する、請求項４７に記載の診断ツール。
【請求項５１】多数の機能ブロックを用いてプロセス
の動作を制御するプロセス制御システム内の問題を診断
する診断方法であって、前記プロセス制御システムの動作の間に多数の機能ブロ
ックの各々から機能ブロック動作パラメータに関するデ
ータを集めるステップと、受信された機能ブロックパラメータデータに基づいて前
記プロセス制御システムの動作の間の多くの回数の各々
の機能ブロック動作パラメータの値を決定するステップ
と、決定された機能ブロック動作パラメータ値に基づいて前
記プロセス制御システム内の問題を検出するステップ
と、検出された問題をユーザに報告するステップとを含むこ
とを特徴とする、診断方法。
【請求項５２】前記機能ブロック動作パラメータは変動
性パラメータであり、前記データを集めるステップは、
多数の機能ブロックの各々の変動性指標を集めるステッ
プを含むことを特徴とする、請求項５１に記載の診断方
法。
【請求項５３】機能ブロックの各々において機能ブロ
ック動作パラメータデータとして第１および第２の変動
性指標を計算するステップをさらに含み、前記データを
集めるステップは、機能ブロックの各々からの第１およ
び第２の変動性指標をデータ解析器に送るステップを含
み、前記データ解析器で機能ブロックの各々の変動性パ
ラメータの値を計算するステップをさらに含むことを特
徴とする、請求項５２に記載の診断方法。
【請求項５４】前記機能ブロック動作パラメータはモ
ードパラメータであり、前記データを集めるステップ
は、多数の機能ブロックの各々のモード指標を集めるス
テップを含むことを特徴とする、請求項５１に記載の診
断方法。
【請求項５５】前記決定するステップは、機能ブロッ
クのひとつが、この機能ブロックのひとつの動作と関連
する正規または非正規モードであった具体的な時間期間
のパーセンテージとして機能ブロックのひとつのモード
値を決定するステップを含み、前記検出するステップ
は、機能ブロックのひとつのモード値をモード限界値と
比較するステップを含むことを特徴とする、請求項５４
に記載の診断方法。
【請求項５６】前記機能ブロックパラメータは状態パ
ラメータであり、前記データを集めるステップは、多数
の機能ブロックの各々の状態指標を集めるステップを含
むことを特徴とする、請求項５１に記載の診断方法。
【請求項５７】前記決定するステップは、機能ブロッ
クのひとつの状態が、この機能ブロックのひとつと関連
する正規状態または非正規状態であった具体的な時間期
間のパーセンテージとして機能ブロックのひとつの状態
値を決定するステップを含み、前記検出するステップ
は、機能ブロックのひとつの状態値を状態限界値と比較
するステップを含むことを特徴とする、請求項５６に記
載の診断方法。
【請求項５８】前記機能ブロック動作パラメータは、
機能ブロック変数が１以上の限界値にあったかどうかに
関連する限界パラメータであり、前記データを集めるス
テップは、多数の機能ブロックの各々の限界指標を集め
るステップを含むことを特徴とする、請求項５１に記載
の診断方法。
【請求項５９】前記決定するステップは、機能ブロッ
ク変数が、１以上の限界値にある具体的な時間期間のパ
ーセンテージとして機能ブロックのひとつの限界値を決
定するステップを含み、前記検出するステップは、機能
ブロックのひとつの限界値を限界値と比較するステップ
を含むことを特徴とする、請求項５８に記載の診断方
法。
【請求項６０】多数の機能ブロックのひとつからアプ
リケーション状態パラメータを集めるステップをさらに
含み、前記検出するステップは、機能ブロック動作パラ
メータデータが、アプリケーションン状態パラメータが
第１の状態にあった時間と関連するとき、多数の機能ブ
ロックのひとつと関連する機能ブロック動作パラメータ
データを無視して問題を検出し、機能ブロック動作パラ
メータデータが、アプリケーションン状態パラメータが
第２の状態にあった時間と関連するとき、多数の機能ブ
ロックのひとつと関連する機能ブロック動作パラメータ
データを用いて問題を検出するステップを含むことを特
徴とする、請求項５１に記載の診断方法。
【請求項６１】ひとつ以上の検出された問題を補正す
るためにさらなるツールを用いることを自動的に勧める
ステップをさらに含むことを特徴とする、請求項５１に
記載の診断方法。
【請求項６２】勧められたさらなるツールで用いられ
るために、プロセス制御システムの動作の間にプロセス
パラメータを自動的に集めるステップをさらに含むこと
を特徴とする、請求項６１に記載の診断方法。
【請求項６３】プロセス制御環境内のプロセッサによ
り実行される機能ブロックであって、コンピュータ読み取り可能なメモリと、前記コンピュータ読み取り可能なメモリ上に記憶され、
プロセス動作を実現するように前記プロセッサ上で実行
されるように適合される第１のルーチンとを含み、第１
の信号が前記第１のルーチンの動作と関連し、前記機能
ブロックはさらに、前記コンピュータ読み取り可能なメ
モリ上に記憶され、前記第１の信号に基づいて変動性指
標を決定するように前記プロセッサ上で実行されるよう
に適合される第２のルーチンを含むことを特徴とする、
機能ブロック。
【請求項６４】前記機能ブロックは入力機能ブロック
であり、前記第１の信号はプロセスパラメータ測定値で
あり、前記第２のルーチンは、前記第１の信号の統計的
測定値を前記第１の信号の瞬間測定値と比較して変動性
指標を決定することを特徴とする、請求項６３に記載の
機能ブロック。
【請求項６５】前記第１の信号の前記統計的測定値は
平均であることを特徴とする、請求項６４に記載の機能
ブロック。
【請求項６６】前記機能ブロックは、プロセスパラメ
ータ信号と設定値とを用いて制御信号を生成する制御機
能ブロックであり、、前記第２のルーチンはプロセスパ
ラメータ信号および設定値を比較して変動性指標を決定
することを特徴とする、請求項６３に記載の機能ブロッ
ク。
【請求項６７】前記変動性指標は、第１の信号と機能
ブロックに関連する別の値との間の統合的２乗誤差を示
すことを特徴とする、請求項６３に記載の機能ブロッ
ク。
【請求項６８】前記第２のルーチンは、前記第１のル
ーチンの複数回の実行の各々の後に変動性指標の新値を
計算することを特徴とする、請求項６３に記載の機能ブ
ロック。
【請求項６９】前記変動性指標は、前記第１の信号の
平均絶対誤差の計算に基づいていることを特徴とする、
請求項６３に記載の機能ブロック。
【請求項７０】前記変動性指標は、前記第１の信号の
移動範囲平均の計算に基づいていることを特徴とする、
請求項６３に記載の機能ブロック。
【請求項７１】前記変動性指標は、前記第１の信号の
平均絶対誤を表す第１の値と、前記第１の信号の移動範
囲平均を表す第２の値とを含むことを特徴とする、請求
項６３に記載の機能ブロック。
【請求項７２】前記変動性指標は、前記第１の信号と
関連する実際の合計標準偏差を示す第１の変動性値と、
前記第１の信号と関連するケイパビィリティ標準偏差を
示す第２の変動性値とを含むことを特徴とする、請求項
６３に記載の機能ブロック。
【請求項７３】前記変動性指標（Ｖ）は、Ｖ＝１―
（Ｓ1q ＋Ｓ）／（Ｓtot ＋Ｓ）の式に従って計算さ
れ、Ｓ1qはフィードバック制御で予想される最小標準偏
差であり、Ｓtotは、実際の測定された標準偏差であ
り、Ｓは、感度係数であることを特徴とする、請求項６
３に記載の機能ブロック。
【請求項７４】前記機能ブロックはフィールドバス機
能ブロックであり、フィールドバスプロトコルを用いて
フィールドバスによって変動性指標を伝える通信ユニッ
トを含むことを特徴とする、請求項６３に記載の機能ブ
ロック。
【請求項７５】プロセス制御環境内でプロセス制御ア
プリケーションの一部としてプロセッサ上で実行する機
能ブロックであって、コンピュータ読み取り可能なメモ
リと、前記コンピュータ読み取り可能なメモリ上に記憶され、
前記プロセス制御アプリケーションの一部としてプロセ
ス動作を実現するように前記プロセッサ上で実行される
ように適合される第１のルーチンと、前記プロセス制御アプリケーションがプロセス動作を実
行しようとして機能ブロックを用いる時に第１の状態に
設定され、前記プロセス制御アプリケーションがプロセ
ス動作を実行しようとして機能ブロックを用いない時に
第２の状態に設定される状態変数とを含むことを特徴と
する、機能ブロック。
【請求項７６】前記機能ブロックはフィールドバス機
能ブロックであり、フィールドバスプロトコルを用いて
フィールドバスによって状態変数を伝える通信ユニット
を含むことを特徴とする、請求項７５に記載の機能ブロ
ック。