JP2012504815A - プロセス制御のための近似的な計算を実行しうるプロセス制御システム - Google Patents

Abstract

【解決手段】本発明の方法およびシステムにおいては、プロセス条件の参照式とプロセス制御用の変数から、プロセス条件の参照値を表す信号を生成し、他方、プロセス条件の参照式を大まかに模したプロセス条件の近似式、この近似式に現れる各変数に係る係数、およびプロセス制御用の変数から、プロセス条件の近似値を表す信号を生成する。プロセス条件の近似値を表す信号は、制御室のワークステーションにおいて、プロセス条件の参照値を表す信号と比較し、この結果に基づいて、プロセス制御システムを調整する。プロセス条件の近似式に現れる各変数に係る係数を調整した場合には、この調整済みの係数を、制御ネットワークを経由して、プロセストランスミッタに送る。この外、プライマリエレメントやプロセストランスミッタ等のプロセス制御システムを構成するハードウエアのパラメータを調整することもできる。
【選択図】図３

Description

本発明は、プロセス機器を備えた産業プロセス制御システムに係り、より詳しくは、プロセス制御機器で生成されるコンピュータ出力の診断・評価を行う方法、およびこの方法を実施しうるプロセス制御システムに関する。

プロセス制御機器は、産業プロセスにおいて扱われるプロセス流体の圧力、温度、流量、液面高さ等のプロセス変数やプロセス条件を監視する。例えば、プロセス制御機器の一つであるプロセストランスミッタは、製造ラインにおける様々なプロセス変数の変動を監視するため、通常、製造ラインの種々の箇所に設置される。また、プロセストランスミッタは、プロセス変数の変化に応答して電気的な出力を発する複数のセンサを備えている。さらに、プロセストランスミッタは、給排水ライン、化学タンク等におけるプロセス流体の圧力に係る関数を表す電気信号を発する圧力トランスデューサを備えている。この外、各プロセストランスミッタは、プロセストランスミッタ自身およびプロセス全体の局所的および遠隔的な監視のために、センサから電気信号を受信して処理する電子部品を有している。局所的な監視を受けるプロセストランスミッタは、自ら発する出力を表示するディスプレイ（ＬＣＤスクリーン等）を備えている。一方で、遠隔的な監視をも受けるプロセストランスミッタは、プロセス制御ループ（またはプロセス制御ネットワーク）を介して、制御室等の中央監視所に電気信号を送信する電子部品を備えている。したがって、産業プロセスは、プロセス制御システム、ならびに制御ループに装備されている自動スイッチ、バルブおよびポンプ等を介して、制御室から送る信号により制御することができる。

プロセストランスミッタは、プロセス流体の質量流量(mass flow rate)等のプロセス条件を推測する際に、センサによって検出されたプロセス変数の値を利用するべく、コンピュータソフトウエアおよびハードウエアを備えた電子部品を有している。このソフトウエアは、ユーザが定義したプロセス制御用の変数（プロセス流体のパラメータ、プライマリエレメント（プロセス流体に差圧を生じさせるオリフィスプレート等）その他のハードウエアのパラメータ等）を前提として、センサによって検知されたプロセス変数のコンピュータ解析を行う。プロセス条件を正確に求めるには、プロセス変数をコンピュータ解析する際に、複雑な計算を要する。一方、前述の電子部品の構成は、一般に実行を予定されている計算の複雑さの程度に拘束される。他方、プロセストランスミッタは、一般に、４〜２０ｍＡという非常に限られた給電下（４〜２０ｍＡカレントループ）で動作する。そのため、プロセストランスミッタ内に設けられるプロセッサは、通常、パワー要求を抑えるため、クロック周波数がかなり遅い（例えば４９０ｋＨｚ）。したがって、合理的な時間内に計算結果を得るためには、プロセストランスミッタのプロセッサにより実行される計算の複雑さを抑える必要がある。例えば、複雑な方程式は、より単純なアルゴリズムに基づく近似的な計算によって置き換えられることが多い（詳細は、米国特許第６１８２０１９号(発明者；Ｗｉｋｌｕｎｄ：Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ社(ミネソタ州エーデンプレーリー)に譲渡)明細書参照）。プロセストランスミッタの電子部品が行うコンピュータ解析の結果は、プロセストランスミッタが接続している制御ループを介して、制御室に送られる。現在のところ、前述の電子部品が出力する、プロセストランスミッタによる解析結果の正確性は、ユーザが、制御室に設けられたコンピュータによる複雑な方程式やアルゴリズムの計算（一部手動によるものを含む）結果を基に、評価するようになっている。そこで、プロセストランスミッタが近似的に算出したプロセス条件の近似値の正確さを、より速く判定することが求められている。

上記の課題は、本発明に係る、産業プロセス制御のために、プロセストランスミッタが計算するプロセス条件の近似値の正確さを迅速に判定する方法およびこの方法を実施しうるシステムによって解決される。本発明に係る方法およびシステムにおいては、プロセス条件の参照値を表す信号、プロセス条件の近似値を表す信号、およびこの近似値の正確さを表す信号（正確度信号）を生成する。プロセス条件の参照値を表す信号は、プロセス条件の参照式（プロセス条件に係る変数について参照式を用いる方程式）、およびプロセス制御用の変数に基づいて生成される。プロセス条件の近似値を表す信号は、プロセス条件の参照式を大まかに模したプロセス条件の近似式（プロセス条件に係る変数について近似式を用いる方程式）、およびプロセス制御用の変数に基づいて生成される。プロセス条件の近似値を表す信号は、産業プロセスの調整を図るべく、制御室のワークステーションにおいて、プロセス条件の参照値を表す信号と対比される。本発明の一態様によれば、プロセス条件の近似式で用いられる種々の係数は、プロセス条件の近似値を表す信号とプロセス条件の参照値を表す信号の差を縮小させるように調整される。本発明の他の態様によれば、プロセス条件の近似式で用いられる種々の係数は、調整された後、制御ネットワークを介してプロセストランスミッタの電子部品に伝送される。本発明のさらに他の態様によれば、プロセス制御システムを構成するハードウエアのパラメータや、プロセス流体のパラメータも調整される。

プロセス流体の供給源および制御室に接続されたプロセストランスミッタを備えるプロセス制御システムの説明図である。 図１に示すプロセストランスミッタおよび制御室の回路図である。 図１に示すプロセス制御システムと図２に示す制御室とを結び、プロセストランスミッタによるプロセス条件の近似的なコンピュータ計算の正確さを判定し、プロセス制御システムに調整を指示しうるようになっている制御ループ（フィードバックループ）を表す流れ図である。

図１は、複数の変数に対応しうるプロセストランスミッタ１２を備える、本発明に係るプロセス制御システム１０を示す。この図では、プロセス流体の圧力に係るプロセストランスミッタを例にとっているが、本発明の方法は、プロセス流体の温度、流量、液面高さ等に係るプロセストランスミッタを含む、あらゆる種類のプロセストランスミッタに適用することができる。本発明に係るプロセス制御システム１０は、プロセストランスミッタ１２，配管１４、制御室１６および制御ループ１８からなっている。また、制御室１６は、ワークステーション２０と電源２２を備えている。プロセストランスミッタ１２は、プロセス流体Ｆに係る各種の変数（「プロセス変数」と呼ばれる。温度Ｔ，静圧Ｐ、差圧ΔＰ等）に係る電気信号を生成するため、プロセス流体の供給源である配管１４に接続されている。プロセストランスミッタ１２は、検知したプロセス変数の値を、制御ループ１８を介して制御室１６へ伝送する。したがって、プロセストランスミッタ１２と制御室１６は、産業プロセスを制御するプロセス制御システムの構成機器である。産業プロセスの制御形式には、受動制御と能動制御がある。また、産業プロセスを制御する前提として、プロセス変数やプロセス条件の監視が行われる。この監視は、産業プロセスの制御（または操作）を行う際に、事前にその妥当性を評価し、妥当である場合には、その制御を実行に移すためのものである。プロセストランスミッタ１２は、プロセス流体Ｆの体積流量、質量流量、エネルギー流量等のプロセス条件を算出するために、プロセス変数を用いたコンピュータ解析を行うことができる。一方で、プロセストランスミッタ１２は、複雑な数量解析を簡略化したルーチンも実行することができる。本発明に係るワークステーション２０は、プロセストランスミッタ１２がオンラインモードのときにも、オフラインモードのときにも、プロセス条件を計算するための数量解析を正確に実行することができる。プロセストランスミッタ１２がオンラインモードの場合、プロセストランスミッタ１２によるプロセス条件の近似的な計算値は、リアルタイムでワークステーション２０固有の計算値（ワークステーション２０でしか行えない複雑な計算の結果）と比較される。すなわち、プロセストランスミッタ１２によって実行される簡略的なルーチンの計算結果は、ワークステーション１２によって出力される複雑な計算の結果と直ちに比較される。他方、プロセストランスミッタ１２がオフラインモードの場合、制御室は、プロセストランスミッタ１２によって実行される簡略的なルーチンをエミュレートすることによって、プロセス条件についての模擬的なリアルタイムの計算結果を出力し、この結果を、ワークステーション２０固有の計算値と比較する。したがって、プロセス制御システム１０の初期設定に先立って、オンラインモード時にプロセストランスミッタ１２によって実行されることとなる簡略的なルーチンをエミュレートした結果が、制御室１６において行われる解析結果と比較される。すなわち、プロセス制御システム１０のパフォーマンスは、プロセストランスミッタ１２がオンライン状態になる前にも、なった後にも、適宜評価され、プロセス制御システム１０の初期設定や再設定に用いられる。

プロセストランスミッタ１２は、フランジ２４、マニホールド２６、インパルス管２８および配管取り付け部３０を介して、プロセス流体Ｆが流れる配管１４と接続されている。プロセストランスミッタ１２は、圧力センサモジュール３２、回路モジュール３４、および温度センサモジュール３６を備えている。一の変形例として、プロセストランスミッタ１２は、米国特許第５４９５７６９号（発明者；Ｂｒｏｄｅｎ外：Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ社(ミネソタ州エーデンプレーリー)に譲渡）明細書（参考として本明細書に引用する）に記載されているような複数の変数に対応する解析が可能なトランスミッタとすることができる。また、他の変形例として、Ｒｏｓｅｍｏｕｎｔ社(ミネソタ州エーデンプレーリー)から販売されている３０５１ＳＭＶ型多変量解析トランスミッタとすることもできる。プロセス制御システム１０と接続した圧力センサモジュール３２が取り付けられているフランジ２４は、プロセストランスミッタ１２を、マニホールド２６に接続する役割を果たしている。マニホールド２６は、プロセストランスミッタ１２の校正、検査、保守等の際に、プロセストランスミッタ１２をプロセス流体Ｆから隔離する役目を担う。マニホールド２６は、差圧を測定するため、プロセス流体Ｆとの間にそれぞれインターフェースを有する２本のインパルス管２８，２８に接続している。２つのインパルス管２８，２８は、それぞれ、配管取り付け部３０，３０を介して、配管１４と連通している。２つの配管取り付け部３０，３０の間には、配管１４を流れるプロセス流体Ｆ内に圧力差を生み出すプライマリエレメント３８が設けられている。また、温度センサモジュール３６が、一方でサーモウェル４０を介して配管１４に、他方で導管４２を介して圧力センサモジュール３２に接続されている。導管４２は、突起４４が設けられた箇所で、圧力センサモジュール３２に接続している。

プロセス流体Ｆには、プライマリエレメント３８（本実施形態においてはオリフィスプレート）によって、差圧ΔＰが生まれる。プライマリエレメント３８には、プロセス流体Ｆの流量を抑制しうるよう、配管１４の内径よりも小径の孔が設けてある。２本のインパルス管２８，２８は、プライマリエレメント３８に跨っている。プロセス流体Ｆと接する２つのインターフェース（高圧のインターフェースと低圧のインターフェース）は、マニホールド２６およびフランジ２４を介して、圧力センサモジュール３２と通じている。圧力センサモジュール３２は、プライマリエレメント３８の前後におけるプロセス流体Ｆの差圧ΔＰと静圧Ｐをそれぞれ検知する差圧センサと絶対圧センサ（ゲージ圧センサの場合もある）を備えている。本実施形態においては、差圧センサは、静電容量型の圧力センサセルであり、絶対圧センサは、ピエゾ圧電素子である。温度センサモジュール３６（本実施形態においては、測温抵抗体（ＲＴＤ；resistive temperature device））は、サーモウェル４０の地点における配管１４内の温度Ｔを計測する。温度センサモジュール３６の出力は、導管４２を介して、圧力センサモジュール３２へ送られる。圧力センサモジュール３２は、差圧センサおよび絶対圧センサ、ならびに温度センサモジュール３６からの出力に基づいて電気信号を生成し、この電気信号を回路モジュール３４へ送る。

回路モジュール３４は、電気信号を、制御ループ１８を経由してワークステーション２０および／またはプロセストランスミッタ１２のディスプレイ（ＬＣＤスクリーン；図示せず）へ送るためのコンポーネントを備えている。プロセストランスミッタ１２は、無線ネットワークを介して制御室１６と繋がることもできる。この実施形態においては、プロセストランスミッタ１２は、４〜２０ｍＡカレントループで動作する２本線トランスミッタである。したがって、制御ループ１８は、電源２２からプロセストランスミッタ１２へ給電しうる１対のワイヤからなっている。制御ループ１８は、ワークステーション２０を介して、制御室１６とプロセストランスミッタ１２が、データを送受信できるようにしている。通常、４〜２０ｍＡカレントループは、プロセストランスミッタ１２において、複数のセンサ、回路モジュール３４、およびディスプレイを駆動するのに十分なエネルギーを供給することができる。

回路モジュール３４とワークステーション２０は、プロセス条件を算出するために送られる電気信号（圧力センサモジュール３２および温度センサモジュール３６によって生成される）をコンピュータ解析しうるように構成されている。例えば、プライマリエレメント３８を通過するプロセス流体の流量は、ユーザが特定するプロセス制御用の種々の変数に基づいて解析される。プロセス制御用の変数としては、ハードウエアのパラメータ（プライマリエレメント３８の幾何形状に係る寸法等）、プロセス流体のパラメータ（粘度μ、密度ρ等）、およびプロセス変数（温度Ｔ、静圧Ｐ、差圧ΔＰ等）がある。したがって、配管１４を通るプロセス流体の流量は、プライマリエレメント３８、プロセス流体Ｆのパラメータ、ならびにプロセス変数（静圧Ｐ、温度Ｔ等）によって決まる。プロセス制御用の変数は、プロセス条件の参照式（各変数の参照式を基にして、質量流量Ｑ_ｍ、体積流量Ｑ_Ｖ、エネルギー流量Ｑ_Ｅ等のプロセス条件を求めるための方程式）と関連づけられている。例えば、質量流量Ｑ_ｍは、下記方程式[１]から求められる。

ここで、Ｑ_ｍは質量流量（質量の単位／単位時間）、
Ｎは単位変換因子（単位は種々に変わる）、
Ｃ_ｄは排出係数（無次元数）、
Ｙ_１はガス膨張因子（無次元数）、
Ｅはアプローチ因子の速度（無次元数）、
ｄはプライマリエレメントにおける絞り部の径（長さの単位）、
ρは密度（質量の単位／単位体積）、
ΔＰは差圧（力の単位／単位面積）である。

上記の方程式[１]は、プロセス制御システム１０に係るプロセス制御用の変数に対応する複数の（独立）変数を含んでいる。すなわち、Ｎは、方程式[１]を構成する種々の単位をもつ（独立）変数から、所望の単位で規定されるプロセス条件を得るための定数である。ｄは、プライマリエレメントの幾何形状によって定まるハードウエアのパラメータである。ΔＰは、プロセス制御システム１０内の差圧（プロセス変数）であり、圧力センサモジュール３２により検知される。方程式[１]における各(独立)変数は、種々の参照式から求めることができる。すなわち、変数Ｃ_ｄ、Ｙ_１、Ｅｄ^２およびρ^１／２は、それぞれ対応する参照式から決定される。ここでいう参照式は、よく知られたものであり、米国ガス協会（ＡＧＡ；American Gas Association）の出版物や、米国の国内規格および国際規格、業界の標準的なテキスト、使用頻度の高い流体やプライマリエレメントを提供するメーカーの情報等から得ることができる。換言すれば、上記の変数Ｃ_ｄ、Ｙ_１、Ｅｄ^２およびρ^１／２は、プロセス変数である温度Ｔおよび静圧Ｐを要素（変数）とする複数の参照式により与えられる。なお、あまり使われることがなく、上記のようにして参照式を得ることができないようなプロセス流体のパラメータについては、その参照式を、制御室１６に設置されたワークステーション２０で生成することもできる。この場合、ワークステーション２０には、経験的なデータや理論的な値に基づいて、特別仕様の流体や特別仕様のプライマリエレメントのモデル動作を補間するソフトウエアを組み込む。一般に、各変数について参照式を使って方程式[１]（プロセス条件の参照式）からプロセス条件の値（プロセス条件の参照値）を求めるには、対数計算や指数計算のような複雑な計算を行わなければならない。

方程式[１]に示すように、プロセス条件である質量流量Ｑ_ｍは、経験的または理論的に定まる複数の変数から求められる。方程式[１]に示す各独立変数の値の正確さは、プロセス条件である質量流量Ｑ_ｍの値の正確さに影響する。例えば、プロセス流体の密度ρは、実験データから導かれる経験的な変数であり、温度と圧力によって決まる複雑な多項式で表される。密度ρを計算する際に誤りや不正確な点があると、方程式[１]の計算全体に波及する。ρ以外の変数の計算値に誤りや不正確な点がある場合も同様である。したがって、方程式[１]におけるすべての変数を可能な限り正確に求めるのが望ましい。方程式[１]における各変数を求めるには、合理的な時間内に大きな桁数の小数演算を実行しうるプロセッサ（高速のクロック周波数をもち、かつ容量の大きなプロセッサ）を用いなければならないが、これには大きな給電を必要とする。本発明のプロセス制御システムにおけるワークステーション２０は、ユーザまたはプロセストランスミッタ１２から与えられるプロセス制御用の種々の変数（温度Ｔ、静圧Ｐおよび差圧ΔＰ（いずれもプロセス変数）、ならびにハードウエアのパラメータおよびプロセス流体のパラメータ）に基づき、方程式[１]で表されるようなプロセス条件の参照式から、プロセス条件をきわめて正確に求めることができる。

一方、プロセストランスミッタ１２は、制御室１６から独立した形でプロセス条件を求めうるようになっているのが好ましい。すなわち、プロセス条件は、ワークステーション２０だけで求めるのが望ましいとは限らない。したがって、ワークステーション２０がプロセス条件を正確に求めうることは、常に必要なことではない。一方、ワークステーション２０は、プロセス制御システム１０に関連する他のタスクを達成しうる処理能力を有することも求められる。他方、プロセストランスミッタ１２は、一般に、方程式[１]から満足しうるようにプロセス条件を求める能力を有していない。なぜならば、プロセストランスミッタに用いられるプロセッサは、制御室１６に設置される高性能コンピュータと比較して、一般に処理速度が遅いからである。したがって、方程式[１]は、例えば、前述の米国特許第６１８２０１９号明細書（発明者Ｗｉｋｌｕｎｄ；参考として本明細書に引用する）に記載されているように簡略化される。一般に、複雑な方程式は、チェビシェフ(Chebychev)の近似多項式やカーブフィッティングを含む補間関数を用いて簡略なものにすることができる。このような簡略化された近似式は、簡単に演算しうる形（四則算等）で表すことができる。すなわち、方程式[１]は、一部の変数の参照式を、近似式（参照式を構成する複雑な多項式を大まかに模したもの）に置き換えて、下記の方程式[２]のように表すことができる。

（かっこ内に示す各変数を表す式は、それぞれの参照式を大まかに模して求める。）

ここでいう方程式[１]の各変数の近似式は、プロセス制御用の種々の変数（プロセス変数、ハードウエアのパラメータ、プロセス流体のパラメータ等）を含む簡単な多項式により表される。この近似式の形は、用いる近似（補間）の手法とプロセス変数によって決まる。この近似のための多項式には、複数の係数が含まれており、この係数の個数は、多項式の次数によって決まる（各項に１つである）。なお、方程式[１]における２つの変数Ｅとｄ^２は、方程式[２]においては、ただ１個の変数（プロセス変数である温度Ｔと複数の係数によって決まる多項式で表される）にまとめられている。再度説明すると、近似式を表す補間関数が２次の多項式からなる場合には、近似式における係数は２個である。同じく、近似式を表す補間関数が３次の多項式である場合には、係数は３個となる。このように、方程式[２]を構成する各変数の近似式に含まれる係数の個数は、静圧Ｐと温度Ｔ（プロセス変数）の予想される範囲や、この近似式を表す補間関数の形によって、変数ごとに異なる。これらの係数は、方程式[２]の各変数を近似的に求めるために、プロセストランスミッタ１２へ与えられる。

例えば、方程式[２]における放出係数[Ｃ_ｄ]は、下記の方程式[３]によって与えられる。

ここで、Ｒ_Ｄは、プライマリエレメント３８のレイノルズ数である。

レイノルズ数Ｒ_Ｄは、ハードウエアのパラメータ（例えばプライマリエレメントの絞り部の径ｄ）およびプロセス流体Ｆのパラメータ（粘度μと密度ρ）によって決まる。ここで、粘度μおよび密度ρは、ともに、所定の温度および圧力の下で一定である。方程式[３]は、カーブフィッティング等によって得られるが、この係数ａ_ｉ（プロセス変数によって決まる）を含むアルゴリズム（方程式[３]）を、プロセストランスミッタで計算すれば、容易に放出係数Ｃ_ｄを求めることができる。方程式[１]における他の変数（ガス膨張因子Ｙ_１等）も、同様にカーブフィッティングを含む補間関数により近似することができる。したがって、プロセス条件は、方程式[１]で要求されるような複雑な計算を行わなくても、方程式[２]における各変数を近似する簡略的なアルゴリズムに、プロセス制御用の変数を投入すれば求めることができる。

プロセストランスミッタ１２には、質量流量の近似値Ｑ_ｍ'を高速で求めることができるよう、方程式[２]における各変数（例えば[Ｃ_ｄ]）の近似値を与えるアルゴリズム、およびこのアルゴリズムで用いる係数が伝送される。方程式[２]における変数の近似値を与えるアルゴリズムは、プロセストランスミッタ１２に伝送されると、ハードコードされる。したがって、プロセストランスミッタは、方程式[２]の変数の近似値を与えるアルゴリズムと、これに用いられる複数の係数により適宜調整される。このプロセストランスミッタ１２で実行されるアルゴリズム（プロセス制御用の変数の値を求めるための参照式を大まかに模したもの）に用いられる係数の値は、ワークステーション２０によって決定される。ここでいうアルゴリズムは、温度と圧力の想定範囲内におけるプロセス制御用の変数（プロセス制御システム１０の予想される稼動条件に基づいて、オペレータが決定する）についてのものである。また、前記の各係数は、プロセストランスミッタ１２へ送られた後、プロセストランスミッタ１２内の電子部品（回路モジュール）における検索テーブルに保存される。その後、センサにより検知された所定のプロセス変数（温度Ｔ、静圧Ｐおよび差圧ΔＰ）に基づいて、方程式[２]における各変数を近似的に導出するため、それぞれの変数に対応する係数が、前記の検索テーブルから呼び出される。したがって、ワークステーション２０において行うような複雑な式（例えば方程式[１]）によらなくても、プロセストランスミッタ１２は、質量流量Ｑ_ｍ'等のプロセス条件の近似値を、許容しうるレベルの正確さで迅速に求めることができる。

本発明によれば、プロセストランスミッタがオンラインモードであるかオフラインモードであるかに拘わらず、プロセス変数のリアルタイムデータまたはシミュレーションデータを用いて、プロセストランスミッタが求める（または求めると予想される）プロセス条件の近似値が正確なものであるか否かを判定することができる。プロセストランスミッタがオフラインモードの場合、ワークステーション２０は、プロセストランスミッタ１２の予想される計算出力（プロセス条件に係るもの）の正確さを判定するため、プロセス変数のシミュレーションデータを用い、方程式[１]と方程式[２]の両方からプロセス条件を求める。他方、プロセストランスミッタがオンラインモードの場合、プロセストランスミッタは方程式[２]から、ワークステーション２０は方程式[１]から、それぞれ、プロセス条件を求める。すなわち、本発明に係るプロセス制御システム１０においては、プロセストランスミッタがオフラインモードであっても、オンラインモードであっても、それぞれ、ワークステーション２０に入力されるシミュレーションデータを用いるか、またはプロセストランスミッタ１２で得られるリアルタイムのデータを用いて、方程式[１]および方程式[２]からプロセス条件を求めることができる。

方程式[２]は、その係数の値を変更するだけで、プロセス制御システム１０の再調整を図ることができるようになっている。例えば、プロセス流体Ｆの温度と圧力が所期の稼動条件（または動作範囲）から外れると、前述の検索テーブルに保存されている係数の値からは、プロセス条件の正確な値を割り出すことができなくなる。特に、プロセス流体の物理的条件が変化すると、プロセス流体の密度の近似式[ρ^１／２]を、新たに構成し直すことは困難である。本発明は、種々の機器を経由する産業プロセス一般のプロセス制御システムに係り、プロセストランスミッタで計算されるプロセス条件の近似値の正確さを迅速に判定する方法、およびこの方法を実施しうるプロセス制御システムを提供する。本発明の方法およびプロセス制御システムにおいては、プロセストランスミッタで計算されるプロセス条件の近似値が正確でない場合には、プロセストランスミッタでの計算の元となるプロセス条件の近似式に含まれる変数（簡単な多項式で近似的に表される）における係数の調整値をプロセストランスミッタに与えるようになっている。さらに、本発明の方法とプロセス制御システムにおいては、方程式[２]で用いられるような係数をつくり出す元となる参照式（プロセストランスミッタ１２にハードコードされている）が適当でなくなった場合には、別の参照式に置き換える。

図２は、図１に示すプロセストランスミッタ１２の圧力センサモジュール３２および回路モジュール３４、ならびに制御室１６に設置されるワークステーション２０の回路図である。圧力センサモジュール３２は、ひずみゲージタイプの絶対圧センサ４６、差圧センサ４８、温度センサ５０、アナログ回路、およびセンサプロセッサユニットを備えている。一方、回路モジュール３４は、出力回路を備えている。上記のアナログ回路には、信号調整回路（信号調整フィルタ）５２、コンバータ回路５４，およびプラチナ抵抗式サーモメータ（ＰＲＴ；Platinum Resistance Thermometer）５６が含まれている。一方、センサプロセッサユニットには、マイクロプロセッサ５８，メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）６０、およびクロック６２が含まれている。また、上記回路モジュール３４の出力回路には、マイクロプロセッサ６４、メモリ（ＮＶＲＡＭ）６６、および通信回路６８が含まれている。他方、ワークステーション２０には、マイクロプロセッサ７０、入力装置７２、出力装置７４、メモリ７６、周辺機器７８、および通信インターフェース８０が装備されている。

絶対圧センサ４６は、配管１４（図１参照）内におけるプロセス流体Ｆのライン圧または静圧Ｐを検知する。一方、差圧センサ４８（一般に静電容量型）は、配管１４に設けられたプライマリエレメント３８の前後における差圧ΔＰを検知する。温度センサ（一般に測温抵抗体（ＲＴＤ））５０は、配管１４内におけるプロセス流体Ｆのプロセス温度Ｔを検知する。絶対圧、差圧および温度の各センサ４６，４８，５０からのアナログ出力は、信号を増幅・調整する（フィルタリングを施す）信号調整回路５２へ送られる。コンバータ回路５４は、各センサ４６，４８，５０で生成されたアナログ信号を、マイクロプロセッサ５８が扱いうるデジタル信号へ変換する。図２に示すように、コンバータ回路５４は、アナログ入力電圧をデジタル出力に変換するＶ／Ｄコンバータと、アナログ入力静電容量をデジタル出力に変換するＣ／Ｄコンバータとを備えている。温度が変動したときには、絶対圧（ゲージ圧のこともある）および差圧を示す電気信号を補償しうるよう、プラチナ抵抗式サーモメータ（ＰＲＴ）５６は、絶対圧センサ４６と差圧センサ４８の近傍における温度を示す電気信号を、コンバータ回路５４へ与える。マイクロプロセッサ５８は、デジタル化されかつフィルタリングを施された各センサ信号をコンバータ回路５４から受け取る。マイクロプロセッサ５８は、各センサ信号を補償するとともに、メモリ６０に保存されている補正定数を用いて各センサ信号に固有の誤差や非線型性を正し、センサ信号を線型化する。クロック６２は、マイクロプロセッサ５８にクロック信号を与える。その後、デジタル化され、補償および誤差の修正を受けたセンサ信号は、圧力センサモジュール３２のマイクロプロセッサ５８から、回路モジュール３４のマイクロプロセッサ６４へ送られる。

マイクロプロセッサ６４は、センサ信号を解析し、プロセス流体のプロセス条件を割り出す。一方、メモリ６６（特に、不揮発性メモリ（ＮＶＲＡＭ））は、検索テーブルを有しており、この検索テーブルには、前述のアルゴリズム（プロセス変数（温度Ｔ、静圧Ｐ、差圧ΔＰ）の検知された値に基づいて、プロセス条件の近似値（質量流量Ｑ_ｍ'等）を求めるために用いられる）における係数が保存される。ハードウエアのパラメータ（プライマリエレメント３８のタイプや孔ｄの径）およびプロセス流体のパラメータ（粘度μや密度ρ）は、制御室１６から制御ループ１８を介して、メモリ６６へ送られる。ハードウエアとプロセス流体のパラメータは、このルート以外に、プロセストランスミッタ１２と直接接続されたユーザインターフェース（図２には示していない）を介して、メモリ６６へ送ることもできる。さらに、プロセス流体の一部のパラメータは、プロセス変数の関数として検索テーブルに保存しておき、検知されたプロセス変数に基づいてこのパラメータの値を計算するとともに、メモリ６６に保存されているプロセス流体のこれ以外のパラメータの値と併せて、プロセス条件の近似値を求めるようにすることもできる。

プロセストランスミッタ１２のマイクロプロセッサ６４は、ハードウエアのパラメータ、プロセス流体のパラメータ、検知されたプロセス変数、およびアルゴリズムの係数を用いて、リアルタイムの計算を行うことができる。ここでいうリアルタイムの計算とは、方程式[２]のようなプロセス条件の近似式から、プロセス流体の質量流量Ｑ_ｍ'等のプロセス条件の近似値を求めることをいう。プロセス条件の近似値を表す信号およびセンサ信号は、ともに通信回路６８から、制御ループ１８を介してワークステーション２０へ送られる。通信回路６８は、電圧レギュレータ６８Ａ、モジュレータ回路６８Ｂ、ループカレントコントローラ６８Ｃおよびプロトコルレシーバ６８Ｄ（ＨＡＲＴ（登録商標）４〜２０ｍＡレシーバ兼トランシーバ）を備えている。通信回路６８は、回路モジュール３４を、制御室１６にあるワークステーション２０の通信インターフェース８０と電気的に接続させるためのものである。プロセストランスミッタ１２のセンサモジュール３２および回路モジュール３４についての詳細は、先述の米国特許第６１８２０１９号および同第５４９５７６９号の各明細書を参照されたい。

ワークステーション２０は、制御室１６内に設けられ、電源２２と接続されている。一般に、ワークステーション２０は、プロセス変数およびプロセス条件の監視・制御を行いうるよう、対象とする産業プロセスの近傍に設置されるモバイルパソコンである。ワークステーション２０は、オペレータがプロセス制御用の変数をメモリ７６に入力しうるよう、キーボードやマウスを含むユーザインターフェース式の入力装置７２を備えている。また、ワークステーション２０は、マイクロプロセッサ７０からデータを抽出しうる出力装置７４（ディスプレイ等）も備えている。この外、周辺機器７８（マイクロプロセッサ７０との間でデータの入出力を行うために用いられるプリンタその他の装置）も、ワークステーション２０に装備されている。さらに、ワークステーション２０は、マイクロプロセッサ６４との間でデータを送受信する通信インターフェース８０も備えている。

ワークステーション２０は、プロセストランスミッタ１２と接続されている場合には、センサモジュール３２における絶対圧センサ４６、差圧センサ４８および温度センサ５０によって生成されたセンサ信号を、すべて解析・評価する。一方、ワークステーション２０は、プロセストランスミッタ１２と接続されていない場合にも、プロセストランスミッタ１２の回路モジュール３４が行うこととなる各センサ信号の解析・評価の正確性を判定することができる。すなわち、ワークステーション２０マイクロプロセッサ７０は、メモリ７６に保存されている簡易ルーチン（プロセストランスミッタ１２によって実行される簡略的なルーチンをエミュレートしたもの）を用いて、ユーザによってワークステーション２０に入力されたプロセス制御用の変数（シミュレーションデータ；プロセストランスミッタ１２にも送られる）に基づき、方程式[１]〜[３]からプロセス条件を求めることができる。

この外、プロセストランスミッタ１２がオンライン状態にあっても、圧力と温度のシミュレーションデータ（Ｔ、ＰおよびΔＰ）を、ワークステーション２０から制御ループ１８を介して、プロセストランスミッタ１２のメモリ６６へ送ることができる（「オンラインテストモード」と呼ぶ）。この際、ユーザは、ハードウエアのパラメータ（プライマリエレメント３８の各寸法等）、およびプロセス流体Ｆのパラメータ（密度ρや粘度μ等）を、入力装置７２を介して、メモリ７６へ入力する。入力されたハードウエアのパラメータおよびプロセス流体Ｆのパラメータは、制御ループ１８を介して、プロセストランスミッタ１２のメモリ６６へ送られる。したがって、回路モジュール３４のマイクロプロセッサ６４は、メモリ６６から、プロセス条件の近似値（プロセス流体の質量流量Ｑ_ｍ'等）の推定に必要な情報（シミュレーションデータ）を取り入れることができる。マイクロプロセッサ６４は、与えられたシミュレーションデータの下でプロセス条件の値をできる限り正確に求めるべく、メモリ６６の検索テーブルから必要な情報を取り出しつつ、方程式[２]を使って、プロセス条件の近似値を求める。回路モジュール３４における通信回路６８は、マイクロプロセッサ６４が求めたプロセス条件の近似値を表す信号を、制御室１６のマイクロプロセッサ７０へ送る。マイクロプロセッサ７０は、ハードウエアのパラメータ、プロセス流体のパラメータ、およびシミュレーションデータであるセンサ信号を用い、方程式[１] （各変数の参照式で表される）からプロセス条件の参照値を求め、これを表す信号を生成する。ついで、ワークステーション２０は、このプロセス条件の参照値を、プロセストランスミッタ１２から出力されたプロセス条件の近似値と対比することにより、プロセス条件の近似値を与えるプロセス条件の近似式の妥当性を判定する。その結果に応じて、必要ならば、プロセストランスミッタ１２またはプロセス制御システム１０に調整を加える。例えば、プライマリエレメント３８を別のパラメータをもつものに取り替えたり、メモリ６６内に保存されているアルゴリズムの係数（例えば、温度と圧力の予想範囲内で排出係数の近似値[Ｃ_ｄ]を求めるのに用いられるアルゴリズムの係数）を変更したりする。ワークステーション２０は、シミュレーションデータに基づくプロセス条件の近似値の正確さを判定するとともに、もう一方で、この判定をプロセス制御システム１０全体の調整に利用する。したがって、プロセストランスミッタがオンラインモードで、かつシミュレーションデータを用いる場合、プロセス制御システム１０は、産業プロセスを自動制御するためというよりも、むしろ手動で制御するために利用される。なお、産業プロセスが誤って警報を発したり、正確さに保証のない措置を講じたりするのを回避するための設定は、シミュレーションデータよりも実際のデータを用いて行う。

上記の外、オンラインモードは、各センサからのセンサ信号（リアルタイムのプロセス変数の値）を用いて、プロセストランスミッタ１２のパフォーマンスをリアルタイムで評価するために用いられる。まず、ユーザは、入力装置７２を介して、ハードウエアのパラメータとプロセス流体のパラメータをメモリ７６へ保存する。一方、プロセストランスミッタ１２から得られる温度Ｔ、静圧Ｐおよび差圧ΔＰ（プロセス変数）のリアルタイムのデータも、制御ループ１８を介してワークステーション２０へ送られ、メモリ７６に保存される。ついで、マイクロプロセッサ７０は、プロセストランスミッタ１２から、プロセス条件の近似値（マイクロプロセッサ６４が求めたリアルタイムの計算値）を表す信号を受け取る。したがって、マイクロプロセッサ７０は、プロセス条件の参照値（質量流量Ｑ_ｍ等）を求めるのに必要な情報（リアルタイムのデータ）を得ることができる。マイクロプロセッサ７０は、方程式[１]を使って、できるだけ正確にプロセス条件の参照値を求める。この後、このプロセス条件の参照値を基に、プロセストランスミッタ１２が出力するリアルタイムの計算値（プロセス条件の近似値）の正確さを判定し、必要に応じ、プロセストランスミッタ１２またはプロセス制御１０に対する調整を行う。

プロセストランスミッタ１２がオフラインモードの場合、ユーザは、入力装置７２を通じて、プロセス制御用の変数（ハードウエアのパラメータ、プロセス流体のパラメータ、およびプロセス変数のシミュレーションデータ）をメモリ７６に入力する。したがって、ユーザは、プロセス制御システム１０の初期設定に先立って、プロセストランスミッタをオンライン状態にしなくても、制御室のコンピュータ（ワークステーション）を使って、プロセストランスミッタが所期のプロセス条件値を出力しうるか否かを検証することができる。これは、プロセストランスミッタ１２を制御室１６に接続し、プロセス制御用の変数をプロセストランスミッタ１２へ送る時間を省けることを意味する。また、マイクロプロセッサ７０は、入力されたプロセス制御用の変数を基に、プロセス条件の参照式として用いられる方程式[１]が、プロセス条件の正確な参照値を求めうるものであるか否かを判定する。さらに、マイクロプロセッサ７０は、ユーザが入力するプロセス制御用の変数を利用して、方程式[２]で用いるアルゴリズム（変数を求めるための簡単な多項式）における係数を求めるために種々の数値計算を行う。例えば、マイクロプロセッサ７０は、カーブフィッティングを利用して、前述の方程式[３]（放出係数[Ｃ_ｄ]を近似的に表す多項式）を導出する。加えて、マイクロプロセッサ７０は、得られたアルゴリズムの係数の下に、プロセストランスミッタ１２が行うリアルタイムの計算（方程式[２]）をエミュレートし、プロセス条件の近似値を表す信号を生成する。ついで、マイクロプロセッサ７０は、方程式[１]から求めたプロセス条件の参照値を表す信号を、方程式[２]から求めたロセス条件の近似値を表す信号と対比する。この結果から、プロセス制御システム１０を初期設定しかつプロセストランスミッタ１２をオンライン状態にする前に、必要に応じて、ハードウエアのパラメータ、プロセス流体のパラメータ、プロセス条件の近似式の形またはこれに用いられる係数（マイクロプロセッサ６４の検索テーブルに保存されている）を調整する。

図３は、図１に示すプロセストランスミッタ１２と、図２に示す制御室のワークステーション２０とを結ぶフィードバックループ（プロセス制御システム１０を自動制御する）を表す流れ図である。プロセストランスミッタ１２が行うリアルタイムの計算結果を判定した後、ワークステーション２０からの出力により、プロセス制御システム１０を構成する種々の機器の初期設定や調整を行う。例えば、プロセストランスミッタ１２がワークステーション２０とオンライン状態にあるときには、ワークステーション２０のマイクロプロセッサ７０は、自らの出力（プロセス条件の参照値）をプロセストランスミッタ１２の出力（プロセス条件の近似値）と対比し、この近似値の正確さを判定する。一方、プロセストランスミッタ１２がワークステーション２０とオフライン状態のときには、ワークステーション２０において、プロセストランスミッタが行うリアルタイム計算をエミュレートしてシミュレーション結果を出し、プロセストランスミッタがプロセス条件の正確な近似値を出力しうるか否かを判定する。

図３に示す工程１００においては、所与のプロセス制御システムにおいて、プロセス制御用の変数をどのようなものにするかを決定する。例えば、プロセス制御システム１０内で調整しうるプロセス流体Ｆのパラメータ（粘度μ、密度ρ等）を、プロセス制御用の変数とすることができる。つぎに、所定のパラメータをもつプロセス流体Ｆを前提として、ハードウエアのパラメータ（プライマリエレメント３８における孔の径ｄの大きさや、どの程度までの差圧を検知しうる差圧センサを用いるか等）、および産業プロセスの予想される動作範囲を選択する。さらに、プロセス制御システム１０の稼動条件に近似した、プロセス変数（温度Ｔ、静圧Ｐ、差圧ΔＰ等）のシミュレーションデータを選択する。つぎに、矢印１０２で示すように、すでに選択してあるプロセス制御用の変数について、その値を、入力装置７２を介してワークステーション２０のメモリ７６に保存する。この保存は、ユーザが、ワークステーション２０にインストールされているソフトウエアからの指示に従って入力装置７２を通じて行う形式の外に、ワークステーション２０が、メモリ７６内にすでに保存されているファイル（所定のテストパラメータも収めている）からデータを取り込んで行うこともできる。このように、メモリ７６を経由して、マイクロプロセッサ７０に、リアルタイムの計算をエミュレートするためのシミュレーションデータを送る。他方、上記のシミュレーションデータとは別に、破線の矢印１０４で示すように、リアルタイムの計算結果（プロセス変数の実際の値に基づくプロセス条件の近似的な値）の正確さを判定するため、プロセス変数の実際の値（リアルタイム値）を、プロセストランスミッタ１２から、ワークステーション２０のメモリ７６へ送る。

工程１０６においては、マイクロプロセッサ７０は、メモリ７６へ与えられたプロセス制御用の変数の入力データを用いて、プロセス条件の参照式から、プロセス条件の参照値を表す信号を生成する。プロセス条件の参照式（例えば方程式[１]）は、プロセス条件（プロセス流体Ｆの質量流量Ｑ_ｍ等）の参照値を求めるために用いる。マイクロプロセッサ７０は、質量流量Ｑ_ｍの参照値を正確なものにするため、倍精度型の浮動小数点数演算を行う。ワークステーション２０は、外部電源２２に接続されているため（図２参照）、マイクロプロセッサ７０は、必要に応じて、高速の演算を行いうる構成にすることができる。マイクロプロセッサ７０は、温度と圧力の予想される範囲、およびすでに設定されたプロセス制御用の変数の下、種々の補間手法を用いて、プロセス条件の近似式に現れる変数を与える多項式の形、およびこの多項式で用いる係数を定める。例えば、矢印１０８で示すように、放出係数[Ｃ_ｄ]（方程式[３]により表される）は、カーブフィッティングにより求める。方程式[３]の形を決める際には、マイクロプロセッサ７０において、各変数を表す多項式で用いる複数の係数からなる組をつくる。方程式[３]の形を決めた後は、これをマイクロプロセッサ７０自身で使用するとともに、プロセストランスミッタ１２へも送る。

工程１１０においては、マイクロプロセッサ７０は、プロセストランスミッタにおけるリアルタイムの計算をエミュレートすることによって、プロセス条件の近似値を求め、これを表す電気信号を生成する。プロセス条件の近似値を求める際、マイクロプロセッサ７０は、入力装置７２を介してメモリ７６へ保存されたプロセス制御用の変数、および同じくメモリ７６に保存されている係数（カーブフィッティングにより求めたもの）を用いる。プロセス条件の近似式（例えば、プロセス流体Ｆの質量流量の近似値Ｑ_ｍ'を求めるための方程式[２]）は、アルゴリズムの係数を与えることにより完成し、プロセス制御用の変数を投入すれば、プロセス条件の近似値を求めることができる。マイクロプロセッサ７０は、浮動小数点数演算を行って、プロセス条件の近似式から、プロセス条件の近似値Ｑ_ｍ'を自ら計算し、プロセストランスミッタの回路モジュール３４が、プロセス条件の近似値として、どのような値を算出するのかを推測する。なお、プロセストランスミッタ１２のマイクロプロセッサ６４は、制御ループ１８を通じてのみ給電を受けうるように構成されている（図２参照）。一方、マイクロプロセッサ７０は、倍精度型整数演算によっても、プロセス条件の近似値の正確さを判定することができる。他方、工程１１２（破線で囲んである）に示すように、マイクロプロセッサ７０には、プロセストランスミッタ１２が実行したリアルタイム演算の結果（プロセス条件の近似値）を表す信号も送られるため、このルートを通じても、マイクロプロセッサ７０は、そのプロセス条件の近似値の正確さを判断することができる。ワークステーションのマイクロプロセッサ７０とは別に、プロセストランスミッタ１２は、プロセス制御用の変数（ユーザが入力装置７２を介してワークステーション２０へ与え、矢印１１３で示すように、プロセストランスミッタ１２へも送られたもの。センサ信号から送られるプロセス変数のシミュレーションデータを含む。）を使って、プロセス条件の近似値を表す信号を生成する。プロセストランスミッタ１２へ送られるシミュレーションデータ（矢印１１３で示す）は、ユーザがワークステーション２０へ入力するか、またはマイクロプロセッサ７０のテストプログラム等で自動的につくり出す。プロセストランスミッタ１２のパフォーマンスのテストは、ユーザが必要と判断したときに行うことも、定期的に行うテストプログラム（自動的に実行される）の一環として行うこともできる。

工程１１４においては、マイクロプロセッサ７０は、プロセス条件の近似値を表す信号を、プロセス条件の参照値を表す信号と比較する。この結果、近似式によって与えられる質量流量の近似値Ｑ_ｍ'（シミュレーションデータによるもの）が、プロセス条件の参照式から求められる質量流量の参照値Ｑ_ｍよりも大きいか小さいかが分かる。ついで工程１１６において、両値の差から、正確度信号を生成する。この後、工程１１８において、正確度信号に基づき、プロセス制御システム１０の調整が必要か否かを判定する。正確度信号は、ワークステーション２０が自動的に対比するようになっているため、ユーザは、正確度信号を取得するために特別な操作を行う必要はない。一例として、プロセス条件の近似値は、プロセス条件の参照値の±１％の範囲内に収まることが正確さの基準となる。仮に両値の差が、この範囲内に収まるならば、プロセス制御システム１０は、適正に設定されており、プロセストランスミッタをオンライン状態にしてもよいと判定される。他方、両値の差が±１％の範囲を超えるならば、プロセス制御システム１０は、再設定が必要であると判定される。

ここで、両値の差が大きすぎる場合には、プロス条件の近似式（自体が適切でないという可能性がある。この場合、工程１１８において、プロセスの動作範囲に係るプロセス制御用の変数を変更したり、プロセス条件の参照式中の変数について別の参照式を用いたりして、新たな近似式の下で、プロセス条件の近似値を再度計算する。この際、プロセストランスミッタのメモリ６６とワークステーションのメモリ７６の各検索テーブルに保存されているアルゴリズムの係数は、変更される。しかし、上記質量流量の参照値Ｑ_ｍと近似値Ｑ_ｍ'の差は、プロセス制御システム１０の実際の稼動条件が、予想される稼動条件（または動作範囲：これを超えたらプロセス制御システム１０の再設定が必要とされる範囲）と異なるために生じている可能性もある。この場合、プロセス制御システム１０に使用されるハードウエアを別のものに取り替える。例えば、プライマリエレメント３８をベンチュリタイプからオリフィスタイプに替える等である（矢印１２０参照）。静圧センサは、一般に、約８００ｐｓｉ（１平方インチ当たり約８００ポンドの圧力；５５００ｋＰａに相当）または約３６００ｐｓｉ（２４８００ｋＰａに相当）まで検知できる。他方、差圧センサは、一般に、約２５ｉｎＨ２Ｏ（水柱換算で約２５インチの圧力差（６．２ｋＰａに相当））、約２５０ｉｎＨ２Ｏ（６２．２ｋＰａに相当）または約１０００ｉｎＨ２Ｏ（約２４８．６ｋＰａに相当）までの差圧を検知できる。したがって、矢印１２０に示すように、プロセストランスミッタ１２を、プロセス制御システム１０の実際の稼動条件下での使用に適した圧力センサモジュールを備えるものに取り替えることもできる。

プロセストランスミッタのパフォーマンスを評価する上で、本発明に係る方法は、従来のものよりも種々の点で優れている。第一に、ワークステーション２０に、プロセストランスミッタにおけるリアルタイム計算をエミュレートするソフトウエアをインストールするため、ワークステーション２０を常時プロセストランスミッタ１２に接続し、かつプロセストランスミッタ１２をオンライン状態にして、情報をやり取りしうる必要はない。すなわち、ワークステーション２０は、プロセストランスミッタ１２に接続しなくても、そのリアルタイム計算をエミュレートすることによって、プロセストランスミッタ１２のパフォーマンスを評価することができる。特に、ワークステーション２０がモバイルパソコンである場合、プロセス制御システム１０のパフォーマンスを、産業プロセスの現場から離れた場所（市街のオフィス、ミーティング会場、営業のプレゼンテーションの場等）で、監視・評価することができる。第二に、ワークステーション２０には、プロセス条件の参照式（プロセストランスミッタによるリアルタイム計算値が正確か否かを判定する際の拠り所となるもの）が適当であるか否かを判定できるソフトウエアがインストールされているため、プロセストランスミッタのパフォーマンスを判定するために、データを人為的につくり出す必要はない。

ワークステーション２０は、プロセス条件の参照値と、プロセス条件の近似値（プロセストランスミッタによるリアルタイムの計算値、またはシミュレーションデータを使ってワークステーションでつくり出す値）とを自動的に比較するように設定することもできる。また、両値（最終的なプロセス条件の値）を比較するだけなく、プロセス条件を導き出す際（中間的な過程）に現れる変数の参照式による値と近似式による値とを対比しうるように設定することもできる。質量流量を例にとっていうと、プロセス条件の参照値Ｑ_ｍと近似値Ｑ_ｍ'を対比するだけでなく、プロセス条件の参照式に現れる変数、例えば密度ρの平方根（ρ^１／２）の参照式による値および近似式による値［ρ^１／２］の対比や、放出係数Ｃ_ｄの参照式による値および近似式による値［Ｃ_ｄ］の対比等も行うことができるのである。対比した結果は、ワークステーション２０のメモリ７６に保存される。プロセス条件の参照式に現れる変数の参照式による値と近似式による値の比較は、ワークステーション２０においてリアルタイムで行われるため、オペレータは、プロセス制御システム１０における種々のパラメータ（変数の近似式に現れる係数等）を変更した場合の効果を確認することができる。すなわち、温度Ｔおよび静圧Ｐの特定の範囲において、プロセス条件の参照値と近似値の差が、どの変数のどの係数に起因するかを特定することができる。さらに、ワークステーション２０は、プロセス条件の近似式を立てるに当たって前提とした諸条件をディスプレイに表示して、オペレータが、この前提条件がプロセス条件の近似式の正確さに影響しているか否かを検証しうるようにすることができる。換言すれば、ワークステーション２０は、オペレータが、温度および圧力の大まかな予想範囲と、この予想範囲よりも狭い温度・圧力範囲を前提として定められるプロセス条件の近似式について、両範囲（大まかな範囲と狭い範囲）の適切なバランスを定める際に、これを助けることができる（矢印１２２参照）。

一方、メモリ７６の格納テーブルには、所与のプロセス制御用の変数の下で方程式[１]、方程式[２]、方程式[３]等を用いて得られたプロセス条件および各変数の値を保存する。つぎに、プロセストランスミッタ１２における回路モジュール３４のパフォーマンスをユーザに知らせるため、出力装置７４および周辺機器７８が用いて、レポートを作成する。このレポートは、ワークステーション２０のモニタ画面等に局所的に表示したり、後の参照のためにプリンタに打ち出したりすることができる。また、このレポートの内容から、プロセス条件の計算結果をグラフィック表示したり、ユーザが各種のデータを評価する際の便宜を図るため、計算の中間過程における種々の変数の値をグラフィック表示したりすることもできる。このレポートは、プロセス制御システム１０について必要な調整や修正を行うに用いられる。例えば、プライマリエレメント３８は、プロセス制御システム１０の実際の稼動条件の下で最適に作動しうる機器（同様の役割を果たすもの）に置き換えることができる。また、プロセストランスミッタの回路モジュール３４で実行される各変数の値を求めるための近似アルゴリズムは、別のアルゴリズムがハードコードされたプロセストランスミッタ１２に取り替えることによって調整することもできる。さらに、検索テーブルから呼び出す近似アルゴリズムの係数を調整したり、同じく近似アルゴリズムを得る際のカーブフィッティング（補間関数）の形状を変えたりして、プロセス条件の近似値を表す信号を調整することもできる。この外、プロセス流体を別のものに代えることもできる（矢印１２４参照）。上記のレポートは、対象とする産業プロセスを、業界標準または政府の定めた規格に合致させるためにも使用される。さらに、ワークステーション２０は、プロセス制御システム１０またはプロセストランスミッタ１２が、それぞれ、どのような稼動または動作条件の下ならば、米国ガス協会（ＡＧＡ）規格を逸脱することがないようにできるかを検証することもできる。

以上、本発明を、実施形態を参照して説明してきたが、当業者ならば、本発明に係る発明特定事項は、本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲で、均等なものに置き換えたり、修正を加えたりしうることが分かるであろう。また、発明特定事項は、種々の状況や産業プロセスの構成要素に応じて、本発明の要旨の範囲内で、適宜変更を加えることができる。本発明の技術的範囲は、本明細書に掲げた特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に含まれるすべての態様に及ぶ。

Claims (34)

1. 産業プロセスを制御するシステムにおいて、プロセス条件の計算式の正確さを判定する方法であって、
   プロセス条件の参照式とプロセス制御用の変数を用いて計算したプロセス条件の参照値を表す信号を生成する工程と、
   前記プロセス制御用の変数の下で、前記プロセス条件の参照式を近似するプロセス条件の近似式を生成する工程と、
   前記プロセス条件の近似式に用いる係数を定める工程と、
   前記プロセス条件の近似式とこの近似式に用いる係数に基づいて計算したプロセス条件の近似値を表す信号を生成する工程と、
   前記システムを調整するために、前記プロセス条件の近似値を表す信号を、プロセス条件の参照値を表す信号と対比し、前記プロセス条件の近似値の正確度信号を生成する工程とを含む方法。
2. 前記プロセス条件の参照値を表す信号と前記プロセス条件の近似値を表す信号との差が縮小するよう、前記プロセス条件の近似式に用いる係数を調整するために、前記正確度信号を用いる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記プロセス条件の近似値を表す信号は、プロセストランスミッタの電子部品により生成するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記プロセス条件の近似値を表す信号は、前記プロセス条件の参照値を表す信号を生成するプロセッサにより生成するようになっていることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記プロセス条件の近似式に用いる調整された係数を、プロセス制御ネットワークを介して、前記プロセストランスミッタの電子部品に伝送する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 前記プロセス条件の近似式に用いる係数は、前記プロセストランスミッタの電子部品が、前記プロセス制御ネットワークとオフライン状態にある間に調整されるようになっていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記プロセストランスミッタの電子部品において、前記プロセス条件の近似式を用いて、前記プロセス制御用の変数、前記プロセス条件の近似式に用いる調整された係数、および検知されたプロセス変数に基づき、プロセス条件の近似値を計算する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記プロセス条件の参照式は、下記数４で表されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
   

   

   （ここで、Ｑ_ｍは質量流量（質量の単位／単位時間）、
   Ｎは単位変換因子（単位は種々に変わる）、
   Ｃ_ｄは排出係数（無次元数）、
   Ｙ_１はガス膨張因子（無次元数）、
   Ｅはアプローチ因子の速度（無次元数）、
   ｄはプライマリエレメントにおける絞り部の径（長さの単位）、
   ρは密度（質量の単位／単位体積）、
   ΔＰは差圧（力の単位／単位面積）である。）
9. 前記プロセス条件の近似式は、下記数５で表されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
   

   

   （かっこ内に示す各変数を表す式は、それぞれの参照式を大まかに模して求める。）
10. 前記プロセス条件の近似式においてかっこ内に示す各変数を表す式は、カーブフィッティングを含む補間技法を用いて、それぞれの参照式を大まかに模して求めるようになっていることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記プロセス条件の近似値を表す信号は浮動小数点数演算により、前記プロセス条件の参照値を表す信号は整数演算により、それぞれ生成されるようになっていることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記プロセストランスミッタの電子部品は、前記プロセス制御ネットワークを介して給電を受け、前記プロセス制御ネットワークは、４〜２０ｍＡカレントループ、フィールドバス、プロフィバス（Ｐｒｏｆｉｂｕｓ）およびモドバス（Ｍｏｄｂｕｓ）からなる群より選択されるようになっていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 前記プロセス条件の参照値を表す信号の値と、前記プロセス条件の近似値を表す信号の値をメモリに保存する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
14. 前記プロセス条件の参照値を表す信号と前記プロセス条件の近似値を表す信号を対比したレポートを作成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記プロセス制御用の変数は、プロセス変数のシミュレーションデータ、前記システムにおけるハードウエアのパラメータ、産業プロセスの動作範囲、およびプロセス流体のパラメータを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. 前記正確度信号に基づいて、前記ハードウエアのパラメータを調整する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記ハードウエアのパラメータは、プライマリエレメントまたはプロセストランスミッタに係るパラメータであることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. プロセストランスミッタを遠隔操作しうるようになっている産業プロセス制御用のワークステーションであって、
    プロセス制御ネットワークと接続する通信回路と、
    プロセス制御用の変数を入力するためのユーザインターフェースと、
    前記通信回路およびユーザインターフェースに接続し、プロセス条件の参照式と前記プロセス制御用の変数に基づいて、プロセス条件の参照値を表す信号を生成するとともに、前記プロセス条件の参照式を近似するプロセス条件の近似式、この近似式に用いられる係数、および前記プロセス制御用の変数に基づいて、プロセストランスミッタで行われるプロセス条件の近似式による計算をエミュレートすることによりプロセス条件の近似値を表す信号を生成するマイクロプロセッサとを備えるワークステーション。
19. 前記マイクロプロセッサは、プロセス条件の近似値を表す信号を、プロセス条件の参照値を表す信号と対比するようになっていることを特徴とする請求項１８に記載のワークステーション。
20. 前記マイクロプロセッサは、前記プロセス条件の参照値を表す信号の値と、前記プロセス条件の近似値を表す信号の値とをメモリに保存し、かつ前記プロセス条件の参照値を表す信号と前記プロセス条件の近似値を表す信号を対比したレポートを作成するようになっていることを特徴とする請求項１９に記載のワークステーション。
21. 前記マイクロプロセッサは、前記プロセス条件の参照式を大まかに模するカーブフィッティングを含む補間技法を用いて、前記プロセス条件の近似式、およびこの近似式に用いられる係数をつくり出すようになっていることを特徴とする請求項１９に記載のワークステーション。
22. 前記プロセス条件の参照式は下記数６により、前記プロセス条件の近似式は下記数７により、それぞれ表されることを特徴とする請求項２１に記載のワークステーション。
    

    

    （ここで、Ｑ_ｍは質量流量（質量の単位／単位時間）、
    Ｎは単位変換因子（単位は種々に変わる）、
    Ｃ_ｄは排出係数（無次元数）、
    Ｙ_１はガス膨張因子（無次元数）、
    Ｅはアプローチ因子の速度（無次元数）、
    ｄはプライマリエレメントにおける絞り部の径（長さの単位）、
    ρは密度（質量の単位／単位体積）、
    ΔＰは差圧（力の単位／単位面積）である。）
    

    

    （かっこ内に示す各変数を表す式は、それぞれの参照式を大まかに模して求める。）
23. 前記マイクロプロセッサは、前記プロセス条件の参照値を表す信号と前記プロセス条件の近似値を表す信号との差を縮小させるように、前記プロセス条件の近似式に用いられる係数を調整するようになっていることを特徴とする請求項１９に記載のワークステーション。
24. 前記プロセス条件の近似式に用いられる調整された係数は、前記通信回路とプロセス制御ネットワークを介して、前記プロセストランスミッタの電子部品に伝送され、かつこのプロセストランスミッタの電子部品により、前記プロセス制御用の変数および検知されたプロセス変数に基づいて、プロセス条件の近似式からプロセス条件の近似値を計算するために用いられるようになっていることを特徴とする請求項２３に記載のワークステーション。
25. 前記マイクロプロセッサは、前記プロセス条件の近似値を表す信号が、プロセス条件の参照値を表す信号との対比において、ユーザが特定した正確さの範囲内に収まるように、前記プロセス条件の近似式に用いられる係数を調整するようになっていることを特徴とする請求項２３に記載のワークステーション。
26. 産業プロセス制御システムであって、
    プロセス制御ネットワークと、
    前記プロセス制御ネットワークと接続されたプロセストランスミッタであって、
    産業プロセスのプロセス変数を計測し、このプロセス変数の値を表すセンサ信号を生成するセンサ、および
    前記センサと接続され、前記センサ信号を調整し、プロセス条件の近似値を表す信号を生成するとともに、このプロセス条件の近似値を表す信号と前記調整されたセンサ信号を、前記プロセス制御ネットワークを経由して伝送するようになっている回路モジュールを含むプロセストランスミッタと、
    前記プロセストランスミッタから所定の距離を隔てた箇所に設置されるワークステーションであって、前記プロセス制御ネットワークに接続され、プロセス条件の参照式とプロセス制御用の変数に基づいてプロセス条件の参照値を表す信号、および前記プロセストランスミッタの回路モジュールで生成されるプロセス条件の近似式をエミュレートしてプロセス条件の近似値を表す信号を生成しうるデジタル式のプロセッサを含むワークステーションとを備える産業プロセス制御システム。
27. 前記プロセス制御用の変数を入力しうるよう、前記デジタル式のプロセッサに接続されたユーザインターフェースをさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載の産業プロセス制御システム。
28. 前記プロセス条件の参照値を表す信号の値、前記プロセス条件の近似値を表す信号の値、およびプロセス条件をシミュレートした値を保存しうるメモリをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の産業プロセス制御システム。
29. 前記ワークステーションのプロセッサは、前記メモリに保存された値に基づくレポートを作成するようになっていることを特徴とする請求項２８に記載の産業プロセス制御システム。
30. 前記ワークステーションのプロセッサは、前記プロセストランスミッタが前記プロセス制御ネットワークとオンライン状態にある間に、前記プロセス条件の参照値を表す信号の値と、前記プロセス条件をシミュレートした値とを対比するようになっていることを特徴とする請求項２８に記載の産業プロセス制御システム。
31. 前記プロセス条件をシミュレートした値は、前記ワークステーションのプロセッサに提供されるシミュレーションデータを用いてつくり出されるようになっていることを特徴とする請求項３０に記載の産業プロセス制御システム。
32. 前記ワークステーションのプロセッサは、前記プロセストランスミッタが前記プロセス制御ネットワークとオフライン状態にある間に、前記プロセス条件の参照値を表す信号と、前記プロセストランスミッタの回路モジュールが生成したプロセス条件の近似値を表す信号とを対比するようになっていることを特徴とする請求項２８に記載の産業プロセス制御システム。
33. 前記ワークステーションのプロセッサは、前記プロセストランスミッタの回路モジュールがプロセス条件の近似値を表す信号をどのように生成すべきかの調整を行うようになっていることを特徴とする請求項３２に記載の産業プロセス制御システム。
34. 前記プロセス条件の参照式は、下記数８で表され、
    

    

    （ここで、Ｑ_ｍは質量流量（質量の単位／単位時間）、
    Ｎは単位変換因子（単位は種々に変わる）、
    Ｃ_ｄは排出係数（無次元数）、
    Ｙ_１はガス膨張因子（無次元数）、
    Ｅはアプローチ因子の速度（無次元数）、
    ｄはプライマリエレメントにおける絞り部の径（長さの単位）、
    ρは密度（質量の単位／単位体積）、
    ΔＰは差圧（力の単位／単位面積）である。）
    前記プロセス条件の近似式は、前記プロセス条件の参照式を大まかに模してつくり出され、
    前記プロセス条件の近似値を表す信号は、浮動小数点数演算により生成され、
    前記プロセス条件の参照値を表す信号は、整数演算により生成されるようになっていることを特徴とする請求項３３に記載の産業プロセス制御システム。

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