JP2000305620A - プロセス制御システムで用いられる診断ツール - Google Patents

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
の一つ以上の装置またはループに関連する多変数機能ブ
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、検出された問題の
リストをオペレータに表示し、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。診断ツールが、さらなる診断ツールとしてデータが
集中するアプリケーションを推薦し実行する場合に、そ
のようなツールに必要とされるデータを収集するための
プロセス制御ネットワークのコントローラを自動的に構
成する。

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、より詳しくは、プロセス制御システム
の、該プロセス制御システム内で多変数制御技術を用い
る機能ブロック、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、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ^TMＦｉｅｌｄｂｕｓ（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（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｆｏｕ
ｎｄａｔｉｏｎ）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−ｉｎｔｅｇｒａ
ｌ−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（Ｆｉｓｈｅｒ Ｃｏｎｔｒｏ
ｌｓ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｃ．）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】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、警報信号または事象信号のような信
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、プロセス制御システム内の装置またはコン
トロールループ内の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。これは、基本的に大変複雑であり、問題
を検出することが困難でさえある、ニューラルネットワ
ークや他の多入力制御ブロックのような、多変数制御ブ
ロックに特にあてはまる。一つの例として、普通規模の
動作プラントの機械部門は、弁および送信機のような３
０００から６０００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
機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機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】”プロセス制御システムにおける診断”と
題して、1999年 2月22に特許出願されたNo. 09/256,585
の出願は、プロセス制御システム内のブロックの一定の
パラメータの測定データを自動的に収集し、それから、
問題またはシステム内の性能が低下しているループまた
はブロックを収集されたデータに基づいて検出し、それ
によって、欠陥のあるまたは性能が低下している装置ま
たはループを検出するオペレータの作業を軽減する診断
ツールを開示している。しかしながら、より最近では、
多変数の制御ブロックまたは制御技術が、プロセス制御
システムにおけるコントロールを行うために用いられて
いる。一般的に、例えば、モデル予想制御、ニューラル
ネットワーク、適応調整、多変数ファジイ論理、ＲＴＯ
最適化又はブレンディング技術を実行することができる
多変数制御ブロックは、同時に、制御ブロックに与えら
れる二つ以上のプロセス入力を用いて、一つ以上のプロ
セス制御出力を生成する。単一のループ制御の戦略に似
て、そのような多変数制御ブロックを用いる、性能が低
下し又は問題のあるループを検出してできれば補正する
診断ツールを提供することが望ましい。

【０００９】

【課題を解決するための手段】多変数の制御技術または
制御ブロックを利用するプロセス制御システムで用いら
れる診断ツールは、システム内の一つ以上の様々な多変
数ブロック（装置またはループ）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特別な診断ツールを
用いることを提案することができる。診断ツールは、プ
ロセス制御システム内の多変数の機能ブロックまたは装
置によって用いられ、または生成される入力変数または
出力変数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、性
能が低下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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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、特に、非常に複雑である、多変数の機能ブロ
ックまたは制御戦略に関して、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。

【００１３】

【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−Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ）
により販売されるＤｅｌｔａＶ^TM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。

【００１４】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
（フィールドバス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。

【００１５】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、モデル予想制
御、ニューラルネットワーク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、シーケンシャルな機能チャートやはしご型論理、何
らかの望ましいプログラミング言語または範例により実
現される何らかの他のプログラミング戦略のような他の
規約を用いて実現されるかまたは設計される。

【００１６】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単一入力／単
一出力の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３０、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、３
２、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、他の機能ブロックまたは
プログラミング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３２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３
４は、弁１８の位置を示し得るフィードバック信号をＰ
ＩＤ機能ブロック３２に送り、ＰＩＤ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、
装置インターフェース３８は体系的に、コントローラ１
２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。

【００１７】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単一入力／単一出力の制御ルー
プ４０を示す。この場合、実際の機能ブロック４２、４
４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, ４４S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４
２、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３
０、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４４Sは、ＡＩ機能ブロック３
０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、１９
９８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“Ａ
Ｓｈａｄｏｗ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｂｌｏｃｋ Ｉｎｔｆ
ａｃｅ ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎａ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎ
ｔｒｏｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ”」と題された米国出願連続
番号０９／１５１、０８４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。

【００１８】コントローラ１２及び／またはコントロー
ラ１２に接続されたフィールドデバイスは、モデル予想
制御（ＭＰＣ）、ニューラルネットワーク制御論理、適
応制御論理、ファジイ論理制御論理、最適化論理、ブレ
ンディング論理等に基づく制御または他の動作を実現す
るブロックのような、多変数制御ブロックまたはプログ
ラムを用いて、付加的にまたは選択的に一つ以上の多入
力／多出力制御ループを実現することができる。図９
は、三つずつのＭＰＣ制御技術を実現するためのＭＰＣ
制御ブロック１４２を用いる多変数制御ループ１４０を
示している。図９に示されるように、三つのＡＩブロッ
ク１４４，１４６，１４８は、ＭＰＣブロック１４２に
三つのプロセス入力を与え、ＭＰＣブロック１４２は、
これら三つの入力を強制された入力である、１５０、１
５２及びセットポイント１５３と同様に用いるのであ
り、セットポイント１５３は例えば、何らかの知られた
または望ましい方法でＭＰＣ制御を実現するためオペレ
ータより伝達される。ＭＰＣブロック１４２は、弁の開
閉等のようなプロセス内のパラメータを順に制御するＡ
Ｏブロック１５４、１５６、１５８に与えられる三つの
出力信号を生成する。もちろん、ＭＰＣブロック１４２
への一つ以上の入力信号は、ＡＯブロック１５４、１５
６、１５８の一つによって与えられるフィードバックま
たは戻り較正の信号とすることもできる。

【００１９】ＭＰＣの動作は知られており、ここでは詳
細に説明しない。しかし、一般に知られるように、多変
数ブロックの他のものと同様に各ＭＰＣブロックは、セ
ットポイント（またはセットレンジ内）で維持されるべ
きプロセス変数またはパラメータである制御パラメータ
入力、例えばプロセスに関連する物理的な限界に基づく
特定の限界または範囲に強制されたプロセス変数であ
り、制御ブロックが強制された範囲または限界の外側に
あることを強制してはならない強制された入力、及び、
変更された場合に制御されたパラメータに変化すること
が知られているプロセス入力のような他のプロセス変数
であるプロセス動揺パラメータ入力を含む三種類の入力
を、典型的に有している。

【００２０】ＭＰＣブロックは、制御されたパラメータ
（即ち、制御されたプロセス出力）への変化を予測し、
それが発生する前にその変化の効果を制限するためのプ
ロセス動揺パラメータ入力を用いる。他の入力は、ま
た、装置または他のプロセス要素からのフィードバック
のようにＭＰＣブロック１４２に与えられることがで
き、それにより、ＭＰＣ制御ブロック１４２がこれらの
要素のより有効な制御を与え得るようにすることができ
る。同様に、ＭＰＣブロック１４２の出力は、制御ルー
プ入力、装置制御入力等を含む何らかの望ましいプロセ
ス変数または他のプロセス入力を制御するように接続さ
れることができる。

【００２１】もちろん、ＭＰＣブロック１４２は、他の
多変数ブロックで置き換えることもできる。同様に、多
変数ループ１４０は、単一入力／単一出力制御ループに
関して上述されたのと類似の方法により、コントローラ
１２内で完全に実現されることもでき、一つ以上のスマ
ートフィールドデバイス内で完全に実現されることもで
き、コントローラ１２及び一つ以上のスマートフィール
ドデバイス内で部分的に実現されることもできる。さら
に、ＭＰＣ制御ブロック１４２は、三つづつのブロック
として示されているが、それ又は用いられている他の多
変数ブロックが、二つ以上の入力の望ましい数及び／ま
たは出力の望ましい数を有することができる。わかるよ
うに、多変数ブロックへの入力及び出力の数は、同じで
あることもでき、異なることもできる。

【００２２】この発明の目的に即して、制御ブロック
は、プロセス制御システムのいずれかの一部または何ら
かの部分であることができ、例えばコンピュータ読み取
り可能な何らかの媒体に記憶される、ルーチン、ブロッ
クまたはモジュールを含むことができる。さらに、モジ
ュールまたはサブルーチンやサブルーチンの部分（コー
ドの行のような）等のような制御手順の何らかの部分で
あってもよい制御ブロックまたはルーチンは、ラダー論
理やシーケンシャルな機能チャート、機能ブロック、ま
たは他の何らかのソフトウエアプログラミング言語また
は設計の範例を用いるような、何らかの望ましいソフト
ウエアフォーマットにより実現されることができる。同
様に、制御ルーチンは、例えば、一つ以上のＥＰＲＯＭ
ｓ、ＥＥＰＲＯＭｓ、特定用途向けの集積回路（ＡＳＩ
Ｃｓ）、または何らかの他のハードウエアまたはファー
ムウエア要素に、ハードとして記述することもできる。
さらに、制御ルーチンは、グラフィカルな設計ツールや
何らかの他のタイプのソフトウエア／ハードウエア／フ
ァームウエアのプログラミング又は設計ツールを含む何
らかの設計ツールを用いて設計されるのであってもよ
い。このように、コントローラ１２は、何らかの望まし
い方法により単一入力／単一出力または多入力／多出力
の制御ブロックを用いて、制御戦略または制御ルーチン
を実現するように構成することができる。

【００２３】図９のＭＰＣブロック１４２は、プロセス
制御システムで用いることができる多変数ブロックの例
として与えられている。もちろん、他のタイプの多変数
ブロックが同様に用いられることができる。例えば、図
１０は、一つ以上の出力を生成するための多入力を受け
る、他の多変数ブロックを示している。特に、図１０に
示されるように、多変数ブロックは、単一出力を生成す
るために多入力が用いられるニューラルネットワーク
や、一つ以上の出力を生成するために調整ブロックによ
って多入力が用いられる適応調整や、多変数ファジイ論
理や、多出力を生成するために多入力が用いられるＲＴ
Ｏプラス（＋）最適化やブレンディングを含むことがで
きる。

【００２４】再度、図１を参照すると、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１
０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。

【００２５】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、または何らかの多変数制
御ブロックのために、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。

【００２６】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。

【００２７】

【数１】

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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や多変数機能ブ
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。

【００３１】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。

【００３２】

【数２】

【００３３】

【数３】

【００３４】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。

【００３５】

【数４】

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】多変数ブロックのために、個々のＶＩ値ま
たはＣＩ値が、上記得られた等式を用いて、各々の制御
された指標のために、例えば多変数ブロックへの各々の
入力または出力のために計算されることができ、多変数
ブロックのための最終的なＶＩ値またはＣＩ値が、個々
のＶＩ値またはＣＩ値のいくつかの組み合わせとして計
算されることができる。例えば、多変数ブロックのため
の最終的なＣＩ値は、等式（５）により計算されること
ができる。

【００３９】

【数５】

【００４０】ここで、Ｌは多変数ブロックに関連する個
々のＣＩ値（即ち、制御指数）の数であり、ＣＩF は多
変数ブロックに対するＣＩパラメータの最終値である。
等式（５）より、ＣＩF 値は、多変数ブロックの個々の
制御された変数に対する制御指標の平均または重み付け
平均である。しかし、ＣＩF は、個々のＣＩのいくつか
の他の統計的な組み合わせとして決定され得る。もちろ
ん、類似のアプローチが他変数ブロックに対するＶＩ値
にとられることができる。また、ＣＩFまたはＶＩF 値
の計算が、他変数機能ブロックが存在する装置におい
て、または、コントローラ１２またはヒストリアン１３
または他の処理装置において、実行され得る。

【００４１】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。高等な制御を用いることで生
じた特定の変数に対する変動性の向上を計算することが
望ましい。この場合に、高等な制御の向上指標（ＡＳＣ
II）が、多変数制御スキームにおいて変数を制御するた
めに用いられる多変数ブロックに対する制御指標（ＣＩ
F）にわたる非多変数制御（単一入力、単一出力制御ル
ープ）を用いて一定時間にわたって得られた最小制御指
標（ＣＩmin）の割合として計算されることができる。

【００４２】プラントの最適化の場合においては、プラ
ントの目的は、目的の機能によって特定されることがで
き、その場合において、トータルおよびケイパビリティ
の標準偏差の測定は、達成できる最適の値と制御アプリ
ケーションによって実際に実現されたそれとの差異に基
づくことになるだろう。多くの制御アプリケーションに
対して、制約されたプロセス入力ができる限り制約され
た限界に近いとき、最適な実行は達成される。それゆ
え、最適指標は、少なくとも一つのプロセス入力がその
制約にあるか、予め限定された範囲または制約された値
内である時間のパーセントとして限定される。制約され
た違反指標は、また、少なくとも一つのプロセス入力ま
たは出力がその制約をこえる時間の合計として限定され
ることもできる。多変数の仮想センサのようなモニター
する適用に対しては、変動指標は、予測された測定値
（仮想センサの出力）と実験テストに基づき決定された
値との差異から生ずるトータルおよびケイパビリティの
標準偏差から決定できる。

【００４３】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、ブロックの適当な入力または出力の各
々に対する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）、（３）
および（５）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、Ｓ
capcab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。

【００４４】合計の標準偏差Ｓtotは、以下の等式
（６）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。

【００４５】

【数６】

【００４６】ここでＭＡＥは以下の等式（７）で計算さ
れる平均絶対誤差であり、

【００４７】

【数７】

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】

【数８】

【００５２】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。

【００５３】

【数９】

【００５４】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。

【００５５】

【数１０】

【００５６】

【数１１】

【００５７】ここでＥｒｒｏｒabsおよびＤｅｌｔａabs
はそれぞれ等式（７）および（９）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。

【００５８】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、Ｓto
t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ＯＳＳ
から他のモードに変更したなら、ＳtotおよびＳcapcab
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。

【００５９】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。

【００６０】もちろん、変動性指数ジェネレータは、ま
た、図１１により詳細に示されるように、多変数ブロッ
クに与えられるのであってもよい。特に、図１１は、三
つの制御入力および二つの出力を有する多変数ブロック
１６０を示している。もちろん、必要なら、制約および
セットポイント入力を含むより多いまたは少ない入力、
またはより多いまたは少ない出力が、同様に用いられる
ことができる。ブロック１６０は、入力の各々に接続さ
れ、また、一つ以上の出力に接続されてもよい変動性指
数ジェネレータ１６２を含み、上記議論された何らかの
方法により各入力に対するＣＩ（またはＶＩ）を計算す
る。こうして、変動性指数ジェネレータ１６２は、各入
力および／または出力に対するＳtotおよび Ｓcapcab値
を計算し、そしてこれらの値をコントローラ１２へ送っ
てもよく、または初期ＣＩまたはＶＩ値を計算し、これ
らの値をコントローラ１２へ送ってもよく、または選択
的に、例えば等式（５）を用いて最終的なＣＩF または
ＶＩF値 を計算し、これらの値をコントローラ１２へ送
るのでもよい。図３のブロックの場合のように、変動性
指数ジェネレータ１６２は、ブロック１６０のために変
動性指数を図２のデータ収集ユニット４８に伝達する通
信ユニット１６４と結合される。

【００６１】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。

【００６２】多変数ブロックの場合において、入力また
は出力の各々は、関連する分離モードを持つことができ
る。図１１に示されるように、モード指標ジェネレータ
１６６は、ブロックの入力および出力モードを検出し、
これらのモード指標を、ブロック１６０が非正規または
望ましくないモードで動作しているかどうかを決定する
ため、入力および出力の各々に対する正規モードと比較
する。モードブロック１６６は、多変数ブロック１６０
の全体のモード指標を、個々のモード指標のいくつかの
組み合わせに基づき、決定またはセットするのであって
もよい。例えば、多変数ブロック１６０に対する全体の
モード指標は、個々の入力または出力のいずれかに対す
るモード指標のいずれかが予定されたモード以外である
とき、ブロック１６６が指定されたモード外で動作して
いることを示すため、１にセットされるのでもよい。ブ
ロック１６０がフィールドバス機能ブロックであれば、
ブロックが予定されたまたは正規なモードで動作してい
るかどうかを決定するために用いることができる、モー
ド属性を有するだろう。ブロック１６０がフィールドバ
ス機能ブロックでなければ、モード指標ジェネレータ１
６６は、フィールドバス機能ブロックに類似の方法によ
り実際のモード属性を計算しまたは決定し、そして、こ
の計算された実際のモード属性を、ブロック１６０が非
正規なモードで動作しているかどうかを決定するために
指定されたモード属性（設計者またはユーザによって与
えられた）と比較するように設計することもできる。

【００６３】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。

【００６４】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ひと
つ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。

【００６５】多変数ブロックの場合において、入力また
は出力の各々は、関連する分離された状態を有すること
ができる。図１１に示されるように、状態指標ジェネレ
ータ１６８は、ブロック１６０により実行される制御ま
たは計算を直接に詰め込むブロック１６０の入力の全て
の状態を検出するのであってもよい。状態指標ジェネレ
ータ１６８は、個々の状態指標のいくつかの組み合わせ
に基づき、ブロック１６０に対する全体の状態値を決定
するのでもよい。例えば、モニターされた信号のいずれ
か一つが不良、不確実または限界である状態を有するな
らば、多変数ブロック１６０に対する状態指標は、不
良、不確実または限界にセットされるのであってもよ
い。ブロック１６０がフィールドバス機能ブロックであ
れば、基本的な変数の各々に対する状態属性をサポート
するであろうし、状態属性をサポートするために用いる
ことができる。ブロック１６０がフィールドバス機能ブ
ロックでなければ、状態指標ジェネレータ１６８は、フ
ィールドバス機能ブロックと同様の方法により基本的な
入力または出力の各々に対する実際の状態を計算または
決定し、さらにこれらの状態指標をブロック１６０に対
する全体の状態指標を決定するために用いるように設計
することができる。状態指標ジェネレータ１６８は、同
様の方法により多変数ブロックの入力または出力の各々
に対する限界指標を扱うのであってもよい。

【００６６】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。

【００６７】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。

【００６８】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。

【００６９】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および１１に示され、これは、コミュニ
ケータ５９および１６４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。

【００７０】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。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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ひとつ
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ＰＩＤＩ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。

【００８２】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。

【００８３】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。

【００８４】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（ａｓｓｅｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｏｌｕ
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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】一つのさらなる動作が、単一入力／単一出
力の制御ブロックまたはループのような標準的な制御を
こえる多変数制御ブロックまたはループを用いるような
高等な制御を用いることの経済効果を計算するために、
診断ツール５２によって実現されるのであってもよい。
以上に述べられた変動性、性能、最適性、制約および利
用性の指数は、これらの変数が、プロセスの状態を示
し、また向上の領域をプロセス内で技術担当者に示すに
さいして、診断および評価を実行するのに用いられても
よいが、管理担当者にはプラントの経済性に対する現状
の洞察を持つことがより重要である。特定の高等な制御
アプリケーションが経済的回収によって最も重要とさ
れ、それゆえ、この回収の現状の測定が、高等な制御ル
ーチンまたは手順を用いるためにプロセス制御を格上げ
することを決定するにあたって、有意義であり、極端に
重要であるとするのであってもよい。経済性を決定する
にあたり有意義であるかもしれない情報のいくつかは、
産出高および一定時間あたりの情報処理量の増加、およ
び増加した産出高および一定時間あたりの情報処理量か
らの利益の結果を含む。

【００９１】これらの値を計算するためするため、ユー
ザは産出高および一定時間あたりの情報処理量の増加に
おける期待される利益と一つ以上の変数を結びつけても
よく、利益をプロセス変数と関係させる計数または式を
入力するのでもよい。ユーザがこれらの値を入力した
後、システムは生産利益を計算するため、以下の式を適
用する。

【００９２】

【数１２】

【００９３】

【数１３】

【００９４】ここで、Ｙは、特定のプロセス変数（Ｐ
Ｖ）を産出高の向上と関係させる計数または式である。

【００９５】Ｔは、特定のＰＶを一定時間あたりの情報
処理量の向上と関係させる計数または式である。

【００９６】ＳAPC は、多変数制御手順のような高等な
制御手順を伴うＰＶの標準偏差である。

【００９７】ＳTOT は、前の制御手順を伴うＰＶの標準
偏差である。

【００９８】ＸL は、ＰＶの限界値。

【００９９】ＸOLD は、前の制御を伴うＰＶの平均値。

【０１００】ＹおよびＴを除いて、これらの全てのパラ
メータは、以上に述べたように存在する機能ブロックパ
ラメータを処理することによって、診断ツール５２に利
用できるようにされる。

【０１０１】もちろん、産出高および一定時間あたりの
情報処理量の向上による金銭相当の計算は、金銭値を、
産出高または一定時間あたりの情報処理量の向上におけ
るユニットの増加と関係させる機能を入力することをユ
ーザに要求する。また、高等な制御手順の新しいタイプ
の使用による品質および省力化における向上は、同様の
方法で計算されることができる。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】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。

【図９】図９は、多変数制御ブロックを用いるプロセス
制御ループのブロック図である。

【図１０】図１０は、多変数機能ブロックの例示を表す
セットである。

【図１１】図１１は、変動指標ジェネレータ、モード指
標ジェネレータ、及び状態指標ジェネレータを有する多
変数機能ブロックのブロック図である。

【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 マーク ジェイ． ニクソン アメリカ合衆国 78681 テキサス ラウ ンド ロック ブラックジャック ドライ ブ 1503 (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

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の機能ブロックの一つが多変数機能
   ブロックである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、該診断ツ
   ールが、 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、多変数機能ブロックを含
   む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。
2. 【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
   回数の各々で多変数機能ブロック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。
3. 【請求項３】 前記多変数機能ブロックが多入力を有し
   ており、前記データ解析器が、前記多入力の各々と関連
   する初期変動性指数を決定し、前記初期変動性指数に基
   づいて変動値として最終変動指数を計算することを特徴
   とする、請求項２に記載の診断ツール。
4. 【請求項４】 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３
   に記載の診断ツール。
5. 【請求項５】 前記機能ブロックの各々から受け取られ
   る前記機能ブロック動作パラメータデータが、機能ブロ
   ックパラメータの実際のトータルの標準偏差を示す第一
   の変動性指標および前記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二の変動性指標を
   含むことを特徴とする、請求項３に記載の診断ツール。
6. 【請求項６】 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初期変動指数の一つ
   を生成することを特徴とする、請求項５に記載の診断ツ
   ール。
7. 【請求項７】 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多変数
   機能ブロック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。
8. 【請求項８】 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、前記多変数機能ブロックが多入力
   または多出力を有しており、前記データ収集ユニットが
   多変数機能ブロックの入力または出力の各々に対するモ
   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。
9. 【請求項９】 データ解析器が、モード指標のいずれか
   一つが非正規モードであるかどうかを記述して多変数機
   能ブロックに対する最終モード値を決定することを特徴
   とする、請求項８に記載の診断ツール。
10. 【請求項１０】 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、前記多変数機能ブロックが多入力
    を有しており、前記データ収集ユニットが多変数機能ブ
    ロックの入力または出力の各々に対する状態指標を受け
    取ることを特徴とする、請求項１に記載の診断ツール。
11. 【請求項１１】 データ解析器が、状態指標のいずれか
    一つが非正規状態であるかどうかを示して状態指標から
    最終状態値を決定することを特徴とする、請求項１０に
    記載の診断ツール。
12. 【請求項１２】 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、前記多変数機能ブロックが多入
    力および多出力を有し、前記データ収集ユニットが多変
    数機能ブロックの入力または出力と関連する限界指標を
    収集することを特徴とする、請求項１に記載の診断ツー
    ル。
13. 【請求項１３】 データ解析器が、多変数機能ブロック
    の入力または出力のいずれか一つが限界値であるかどう
    かを示して限界指標から最終限界値を決定することを特
    徴とする、請求項１２に記載の診断ツール。
14. 【請求項１４】 前記データ収集ユニットはさらに、多
    変数機能ブロックからアプリケーション状態パラメータ
    を収集し、前期検出器は、多変数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、多変数機能ブロッ
    ク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、多変数機能ブロ
    ック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。
15. 【請求項１５】 プロセッサを含み、少なくとも一つの
    多変数機能ブロックを含む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、該診断ツールは、 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
    変数機能ブロックを含む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。
16. 【請求項１６】 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、前記多変数機能ブロックは多入
    力を有し、前記ルーチンが多変数機能ブロックの多入力
    の各々に対する変動性指標を収集することを特徴とす
    る、請求項１５に記載の診断ツール。
17. 【請求項１７】 前記ルーチンは、多変数機能ブロック
    から収集された変動性指標から多変数機能ブロックに対
    する変動性値を決定し、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１６
    に記載の診断ツール。
18. 【請求項１８】 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、多変数機能ブロックが多入力ま
    たは多出力を有しており、前記ルーチンが多変数機能ブ
    ロックの多数の入力または出力の各々に対するモード指
    標を収集することを特徴とする、請求項１５に記載の診
    断ツール。
19. 【請求項１９】 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、前記多変数機能ブロックが多入力
    または多出力を有しており、前記ルーチンが多変数機能
    ブロックの多数の入力または出力の各々に対する状態指
    標を収集することを特徴とする、請求項１５に記載の診
    断ツール。
20. 【請求項２０】 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、前記多変数機能ブロックが多入力
    または多出力を有しており、前記ルーチンが多変数機能
    ブロックの入力または出力の各々と関連する限界指標を
    収集することを特徴とする、請求項１５に記載の診断ツ
    ール。