JP2012058818A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】必要に応じてライセンスキーを購入することにより付加機能を利用できる仕様変更の自由度が高く、適切な費用対効果を有するフィールド機器を提供すること。
【解決手段】標準機能と付加機能が実装されたフィールド機器において、前記付加機能を、あらかじめ設定された所定の期間は自由に使える試用期間として管理し、試用期間経過後は所定のライセンスキーを入力することにより使用できるように管理する付加機能管理手段を設けたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィールド機器に関し、詳しくは、フィールドバスを介して上位システムと接続されているフィールド機器における診断機能の使用権限管理に関する。

石油化学プラントをはじめとする各種プラントでは、可能な限り高い稼働率が求められている。そこで、たとえば石油化学プラントにおけるパイプラインでは、種々の液体、気体、蒸気などの流量を計測するのにあたり、流量計の故障が原因でプラントの安定制御に支障をきたすことのないように、比較的安定度の高い流量計として、オリフィスと差圧伝送器とオリフィスから圧力を伝送器に伝える導圧管とを組み合わせたオリフィス式流量計が用いられている。

ところで、オリフィス式流量計を構成するオリフィスと伝送器の信頼性はきわめて高いが、導圧管内部には環境変化によって流体が凝固したり異物が堆積してつまりが発生することがあり、オリフィス式流量計の故障の３０％以上は導圧管のつまりであるという報告がある（非特許文献１）。

そこで、オリフィス式流量計における故障の発生を未然に回避するために、非特許文献１に記載されているように、プラント設備統合管理システムに組み込まれている診断ソフトウェアツールを用いて差圧伝送器の測定信号をサンプリングしてオンラインで導圧管のつまり状態を診断し、必要に応じて警報を発することが行われている。なお、プラント設備統合管理システムは、フィールド機器を含むプラント設備全般をフィールドネットワークを介してリモート監視するように構成されている。

この非特許文献１に記載されている診断ソフトウェアツールは、フィールド機器の測定信号を逐次データベースに蓄積しながら用意されている診断ナビゲータにしたがって定期的に導圧管のつまり診断を行い、その診断結果を診断ナビゲータの表示画面に表示するものであり、フィールド機器自身が自己診断することは前提にしていない。

したがって、フィールドバスを介してフィールド機器の生の測定信号を上位システムに伝送するための伝送時間を確保しなければならず、フィールドバスに接続されるフィールド機器の台数が増えると各フィールド機器の診断周期は比較的長くなってしまう。

これに対し、近年のフィールドバスや情報処理技術の進歩、ネットワーク伝送速度の劇的向上などに伴い、非特許文献２に記載されているように、フィールド機器自身が導圧管つまりなどの高度な自己診断を行い、それらの診断結果をフィールドバスを介して上位システムに伝達できるものも実用化されている。

図５は、非特許文献２に記載されている診断機能付フィールド機器を含むプラント監視システムの一例を示すブロック図である。図５において、分散制御システム（ＤＣＳ）などの上位システム１には、フィールドバスＦＢを介して、自己診断機能を有する複数のフィールド機器２が接続されている。

これらのフィールド機器２は、プロセス計測値算出部２ａ、診断変数演算部２ｂ、診断解析部２ｃ、診断プログラム格納部２ｄ、診断結果格納部２ｅ、バス通信インタフェース２ｆなどで構成されている。

プロセス計測値算出部２ａは、図示しないセンサの出力信号に基づき、流量・温度・圧力・ＰＨ値・濃度などのプロセス計測値を算出する。

診断変数演算部２ｂは、従来は外乱と見なされていた信号の揺らぎやドリフト成分などを診断変数として数値化するための演算を行う。

診断解析部２ｃは、診断を数値化するために、複数の診断変数を組み合わせて適切な診断評価関数を定義する。診断変数はプロセス変数よりも不規則な外乱を含む割合が大きいので、確率変数として扱う。なお、診断評価関数としては、確率変数についての平均値や標準偏差などの統計的処理演算、外乱を消去する差動・比率演算、他の計測情報による補正演算、基準状態と比較する演算などを組み合わせて使用する。また、時間領域変数を周波数領域変数に変換するＦＦＴや、非定常プロセス変数と適切に想定した基底関数との掛け算を積算するウェーブレット変換なども診断評価関数にすることもできる。

診断プログラム格納部２ｄには、フィールドバスＦＢのデジタル通信を介して最新の診断プログラムがダウンロードされて格納される。これにより、フィールド機器内部のプリント基板を交換することなく最新の診断アルゴリズムを実装できる。

診断結果格納部２ｅには、診断解析部２ｃにおける診断解析結果が格納される。

バス通信インタフェース２ｆは、フィールドバスＦＢを介して、上位システム１との間で、測定情報や診断プログラムなどの各種信号やデータの授受を行う。

図５のような構成により、流量・温度・圧力・ＰＨ値・濃度などのプラントにおける物理化学量を測定してそれらの測定情報を上位システム１に提供するとともに、フィールド機器２の自己診断、周辺機器診断、制御ループ設備診断、装置の性能診断などのプラント操業の保守性や安全性を支援するための情報も、従来のような生データの通信を行わないことから、フィールドバスＦＢを長時間占有することなく効率よく上位システム１に提供できる。

また、フィールド機器自身で診断を行うことから診断周期を短縮でき、診断の高速化と精度を高めることもできる。

図６は従来のフィールド機器の購入例図であり、（Ａ）はたとえば診断機能などの付加機能付の伝送機器を購入した場合を示し、（Ｂ）は付加機能が付かない伝送機器を購入した場合を示している。付加機能ありの伝送機器を購入することにより、必要に応じて付加機能が利用できる。これに対し、付加機能なしの伝送機器を購入すると、購入後にその付加機能が必要になったとしても、その機能をたとえば外付けしないと利用できない。

宮地 宣夫、外２名、「差圧伝送器の導圧管詰まり診断」、横河技報、横河電機株式会社、２００４年１月２０日、Ｖｏｌ．４８ Ｎｏ．１（２００４） ｐ．３３−３６ 結城 義敬、外１名、「Asset Execellence実現のためのフィールド機器における高度診断技術」、横河技報、横河電機株式会社、２００７年５月２０日、Ｖｏｌ．５１ Ｎｏ．２（２００７） ｐ．１９−２２

しかし、図５に示すような導圧管におけるつまり発生の有無などのフィールド機器の診断機能は必ずしもフィールド機器のすべてのユーザーが必要とするものではなく、診断機能が不要なユーザーとしてはフィールド機器の基本的な標準機能が使えれば十分であり、診断機能を含まない価格であることが望ましい。

また、その診断機能を必要とするユーザーであっても、ユーザーが測定対象としている流体についての導圧管のつまり発生検出の状況をユーザー自身が確認し、その結果に基づいて診断機能をプラント監視に採用するか否かを判断することも考えられる。

診断機能をプラント監視に採用しているユーザーは当初から診断機能を必要としていたので費用対効果についての満足度は充足されているが、診断機能をプラント監視に採用できなかった場合のユーザーは診断機能を必要としているにも拘わらず搭載されている診断機能が使えないので費用対効果についての不満が残ることになる。

また、プラントの初期稼動時点ではフィールド機器の診断機能は不要であったが、その後のプラントにおける製品変更によってフィールド機器の診断機能が必要になることもある。

一方、フィールド機器のメーカーとしては、診断機能の有無などを含む種々の付加機能の組み合わせの違いによる仕様の多様化は、発売から納品後の保守サービスまでの全体の管理工数を増大させるコスト高の要因になり、好ましくない。

本発明は、これらの課題を解決するもので、その目的は、必要に応じてライセンスキーを購入することにより付加機能を利用できる仕様変更の自由度が高く、適切な費用対効果を有するフィールド機器を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
標準機能と付加機能が実装されたフィールド機器において、
前記付加機能を、あらかじめ設定された所定の期間は自由に使える試用期間として管理し、試用期間経過後は所定のライセンスキーを入力することにより使用できるように管理する付加機能管理手段、
を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載のフィールド機器において、
前記付加機能として複数の付加機能が実装されていて、これら複数の付加機能は、前記付加機能管理手段により、複数の付加機能に共通に設定された試用期間とライセンスキーで管理されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
請求項１記載のフィールド機器において、
前記付加機能として複数の付加機能が実装されていて、これら複数の付加機能は、前記付加機能管理手段により、複数の付加機能に個別に設定された試用期間とライセンスキーで管理されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のフィールド機器において、
前記付加機能は、差圧伝送器における導圧管つまりの自己診断機能、差圧伝送器におけるスチームトレース診断機能、電磁流量計における電極への汚れ付着診断機能の少なくともいずれかであることを特徴とする。

これらにより、ユーザーは、フィールド機器の付加機能を、試用期間内は自由に使うことができ、試用期間経過後はライセンスキーを購入して入力することにより利用できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 電磁流量計の等価回路図である。 本発明に基づくフィールド機器を購入して利用する一連の動作の流れを示すフローチャートである。 本発明に基づくフィールド機器を購入して利用する一連の動作の流れを示すフローチャートである。 従来の診断機能付フィールド機器を含むプラント監視システムの一例を示すブロック図である。 従来のフィールド機器の購入例図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、複数の付加機能が実装されている例を示している。図１において、フィールド機器２には、ユーザーが必要に応じて付加機能別使用ライセンスキー販売者３から購入する付加機能別使用ライセンスキー４が入力される。なお、ライセンスキー４としては、たとえば伝送機器毎に固有の文字列・数値などを用いる。

フィールド機器２は、従来と同様に流量・温度・圧力・ＰＨ値・濃度などのプラントにおける物理化学量を測定してそれらの測定情報を上位システム１に提供する標準機能部２１と、導圧管つまりの自己診断機能などを含む付加機能部２２と、付加機能部２２の付加機能の使用を個別に管理する付加機能管理部２３などで構成されている。

付加機能部２２には、オリフィス式流量計の差圧伝送器における導圧管つまりの自己診断機能の他、非特許文献２に記載されているような差圧伝送器におけるスチームトレース診断機能や、電磁流量計における電極への汚れ付着診断機能などが、それぞれの伝送器の構成に応じてあらかじめ実装される。

スチームトレース診断機能は、オリフィス式流量計の差圧伝送器における導圧管とフランジを保温して液体が固化しないようにスチームトレースを施して差圧を測定する場合におけるスチームの健全性を診断する機能である。

すなわち、差圧伝送器のカプセル温度（ＣＡＰ-ＴＥＭＰ）とアンプ温度（ＡＭＰ-ＴＥＭＰ）に基づきフランジ温度（ＦＬＡＮＧ-ＴＥＭＰ）を推定する以下の式が成立する。
（ＦＬＡＮＧ-ＴＥＭＰ）＝（１＋Ｋ）＊（ＣＡＰ-ＴＥＭＰ）
−Ｋ＊（ＡＭＰ-ＴＥＭＰ）
この式におけるＫの値を最適化することによりフランジ温度（ＦＬＡＮＧ-ＴＥＭＰ）が計算でき、導圧管を保温するスチームの健全性を診断できる。

電磁流量計における電極への汚れ付着診断機能について、図２に示す電磁流量計の等価回路図を用いて説明する。図２において、電極５１に接続された電流源５２からアースリング５３に対してきわめて微小な矩形電流を供給し、オームの法則の原理に基づいて抵抗値を測定することにより、電極５１に付着した汚れの度合いを抵抗値５４の大きさとして診断する。電流源５２から出力される矩形波電流の周波数は流量信号演算に影響しないように設定されていて、電極の汚れ付着診断の信号処理を行う時間中の流量信号はマスキングされて汚れ付着診断の信号に現れることはなく、安定した状態で汚れ付着診断が行われる。

付加機能管理部２３は、付加機能別試用期間カウンタ２３ａと付加機能別使用キー管理部２３ｂなどで構成されている。

付加機能別試用期間カウンタ２３ａは、付加機能別にあらかじめ設定された所定の試用期間をカウントするように構成されていて、フィールド機器２の使用開始により起動される。ユーザーは、付加機能別試用期間カウンタ２３ａのカウント値が所定の設定値に達するまでの期間、自由にそれぞれの付加機能を実際の測定対象を測定しながら利用することができ、その診断結果に基づいて付加機能をプラント監視に採用するか否かを判断することができる。

付加機能別試用期間カウンタ２３ａに個別に設定された所定の試用期間が経過すると、それぞれの付加機能は使えなくなる。

試用期間経過後も付加機能を使いたい場合には、ユーザーは付加機能別使用ライセンスキー販売者３から該当する付加機能の使用ライセンスキー４を購入して、そのライセンスキー４をフィールド機器２の付加機能別使用キー管理部２３ｂに入力する。所定のライセンスキー４がフィールド機器２の付加機能別使用キー管理部２３ｂに入力されることにより、該当する付加機能は再び使用できるようになる。

なお、図１の実施例では、フィールド機器に実装されている複数の付加機能の使用を、付加機能管理部２３で付加機能ごとに個別に管理する例を説明したが、複数の付加機能に共通に設定された試用期間とライセンスキーで管理するようにしてもよい。

図３は本発明に基づくフィールド機器を購入して利用する一連の動作の流れを示すフローチャートであり、単一または複数の付加機能を共通管理する例を示している。ユーザーが付加機能を有するフィールド機器である伝送器を購入し（ステップＳ１）、パイプラインなどの現場に設置して使用を開始すると試用期間カウンタ２３ａが起動される（ステップＳ２）。

伝送器の付加機能は、試用期間カウンタ２３ａによりカウントされる一定期間を試用期間として、自由に使用して評価できる（ステップＳ３）。なお、試用期間カウンタ２３ａについては、そのカウント値が試用期間としてあらかじめ設定されている設定値に到達しているか否かを定期的に確認する（ステップＳ４）。

試用期間カウンタ２３ａのカウント値が試用期間としてあらかじめ設定されている設定値に到達すると、付加機能のライセンスキーが購入されてキー管理部２３ｂに入力されているか否かを確認する（ステップＳ５）。付加機能のライセンスキーがキー管理部２３ｂに入力されていない場合には付加機能は使用できないが（ステップＳ６）、ライセンスキーがキー管理部２３ｂに入力されている場合には付加機能は継続使用できる（ステップＳ８）。

なお、付加機能が使用できなくなった後であっても、付加機能のライセンスキーを購入してキー管理部２３ｂに入力することにより再び使用できる（ステップＳ７）。

これにより、ユーザーは、試用期間カウンタ２３ａで設定されている試用期間内に、実際に様々な付加機能を利用することにより、伝送器の設置現場におけるそれら付加機能の利便性・必要性などを確認評価できる。

そして、ユーザーがそれらの付加機能のいずれかについて継続利用の価値があると判断すれば、付加機能のライセンスキーを購入してキー管理部２３ｂに入力することにより、付加機能の利用を再開できる。

また、メーカーとしては、製品仕様を付加機能付きに統一することにより生産性の向上が図れ、コストダウンが図れる。

図４も本発明に基づくフィールド機器を購入して利用する一連の動作の流れを示すフローチャートであり、付加機能が２つの例を示している。図４の例では、付加機能１と付加機能２について、それぞれ個別に試用期間カウンタの設定値が設定されるとともにライセンスキーが販売される。

すなわち、ステップＳ３からステップＳ８に至るまでの付加機能１の管理に関連した処理と、ステップＳ９からステップＳ１４に至るまでの付加機能２の管理に関連した処理とが並行して個別に行われる。

付加機能１と付加機能２の試用期間が個別設定できることにより、ユーザーは、付加機能１と付加機能２の内容の違いや必要性を十分に判断できる。

また、メーカーは、付加機能１と付加機能２のライセンスキーを個別に設定することにより、機能価値の異なる付加機能に対して、それぞれの価値に対応した販売価格を設定できる。

ユーザーは、標準機能と付加機能が実装されているフィールド機器の購入にあたり、標準機能に基づき設定されている価格を負担することで所定の試用期間は実装されている付加機能も使用確認でき、試用期間内における付加機能の使用結果に基づきライセンスキーを購入入力することで付加機能を使用できるので、従来に比べて改善された費用対効果が得られることになる。

以上説明したように、本発明によれば、必要に応じてライセンスキーを購入することにより付加機能を利用できる仕様変更の自由度が高く、適切な費用対効果を有するフィールド機器が実現できる。

２ フィールド機器
２１ 標準機能部
２２ 付加機能部
２３ 付加機能管理部
２３ａ 付加機能試用期間カウンタ
２３ｂ 付加機能使用キー管理部
３ 付加機能使用ライセンスキー販売者
４ 付加機能使用ライセンスキー

Claims (4)

1. 標準機能と付加機能が実装されたフィールド機器において、
   前記付加機能を、あらかじめ設定された所定の期間は自由に使える試用期間として管理し、試用期間経過後は所定のライセンスキーを入力することにより使用できるように管理する付加機能管理手段、
   を設けたことを特徴とするフィールド機器。
2. 前記付加機能として複数の付加機能が実装されていて、これら複数の付加機能は、前記付加機能管理手段により、複数の付加機能に共通に設定された試用期間とライセンスキーで管理されることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
3. 前記付加機能として複数の付加機能が実装されていて、これら複数の付加機能は、前記付加機能管理手段により、複数の付加機能に個別に設定された試用期間とライセンスキーで管理されることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
4. 前記付加機能は、差圧伝送器における導圧管つまりの自己診断機能、差圧伝送器におけるスチームトレース診断機能、電磁流量計における電極への汚れ付着診断機能の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフィールド機器。

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