JP2015069630A - 設備監視システムにおけるデータ通告方法および設備機器 - Google Patents

Abstract

【課題】建物等設備の監視システムにおいて、監視装置と設備機器との間の通信量を制限しつつ、なおかつ効率よくアナログデータの変化を検出し、それを所定の通告タイミングで通信する方式を提案する。
【解決手段】設備監視装置と設備機器とを備えた設備監視システムにおけるデータ通告方法において、前記設備機器が、センサ入力するアナログデータの前回通告データから要求精度より大きい変化を検出するステップと、前回の通告から所定通告間隔が経過している場合に、現在値データを通告するステップと、前回の通告から所定通告間隔が経過していない場合に、それまでのアナログデータのトレンドと異なる変化傾向に現在値データがあるならば現在値データを通告するステップと、を備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、ビルや工場などの施設に設置された複数の設備機器を管理する設備監視システムに関する。特に、設備機器には大量の温度、湿度などの環境データ、および使用電力などのエネルギーデータにかかるセンサが接続されて、それらのアナログデータが上位の設備監視装置との間で多くのデータ通信が行われるシステムに関する。

従来、例えば製品の製造や物流等に携わる企業では、複数のコンピュータ間を接続するネットワークシステムによって、プロセス制御や製品の出荷、生産管理、物流管理などを行うようになっている。このネットワークシステムは、大きく分けてプロセス制御システムや入出庫システム等の現場のシステムからデータを収集して蓄積するコンピュータであるサーバと、サーバからデータを取得して生産管理や物流管理等を行うコンピュータであるクライアントと、各コンピュータ間を接続するネットワークとから構成される。このようなネットワークシステムにおいて、異なるコンピュータ間でデータの送受信やデータの共有化を実現する技術として、ＯＰＣ（OLE for Process Control） が提案されている
（ 非特許文献１ 参照）。ＯＰＣ では、データアクセスの方法として、同期読み込み、非同期読み込み、リフレッシュ、サブスクリプションの４
種類の方法がある。同期読み込み、非同期読み込み、及びリフレッシュは、何れもクライアントからデータ要求を発生させる方法で、サブスクリプションはサーバ側からクライアントに向けて変化通知を発信する方法である。

空調機システムにおいて、特許文献１の発明では、空調機の通信負荷により運転状態変化数の監視を行い、最適タイミングでＩＯおよびアナログデータと空調機の情報を効率よく制御装置に伝達することができるようにして、空調機データの接続台数、通信量の負荷が低い場合に高速化できないという課題を解決する。ＯＰＣのような定型的な方法によらない特殊な機能的サブスクリプション方式の一例である。

一方、計測装置の分野でも、計測データを適切なサンプリング周期で採取する技術が種々考案されており、特許文献２の発明では、データ処理装置でサンプリング周期とデータ変化量のしきいデータを設定し、試験機本体へ送信する。試験機本体は、設定されたサンプリング周期でデータを採取すると共に、前回採取されたデータからのデータ変化量が設定されたしきいデータを超えたときには、設定されたサンプリング周期に関わらずデータを採取することで、急峻な変化対応するように、採取されたデータは試験機本体からデータ処理装置に伝送される。

ＯＰＣ技術概要書 Ｖｅｒｓｉｏｎ２．０ｊ、日本ＯＰＣ協議会、１９９９年１１月

特開２００６−１１８７９１号公報 特開２００７−３２７８２８号公報

一般的なスキャン方式の場合は、センサの発信するアナログデータが変化しないときにも要求と返送の通信が繰り返されて通信パケットの無駄が多い。また逆に、スキャン周期内に発生したアナログデータの変化を完全に捕捉できない問題がある。一方、特許文献１のように、空調機の運転状態に応じて通信のタイミングを計ることは一見好ましいが、実際には空調機の接続台数の増減による発停、運転モード、風量、設定温度の運転状態変化数の管理等が必要であり、システムとしての負担は重い。また、特許文献２の発明のように、周期的実行に代えて閾値を超えた変化をすべて捉えてサンプリング周期に関わらずデータ取得することはローカルな計測機器の世界では有効であっても、設備監視システムなどの大規模化したシステムでは逐一サブスクリプションを頻繁に行ってしまうことは通信負荷の観点から無理がある。

本願発明は、大量のアナログデータを監視する建物等の設備監視システムにおいて、設備監視装置と設備機器との間の通信量を制限しつつ、なおかつ効率よくアナログデータの変化を検出し、それを所定の通告タイミングで通信する方式を提案する。

本願発明は、設備監視装置と設備機器とを備えた設備監視システムにおけるデータ通告方法において、前記設備機器が、
センサ入力するアナログデータの前回通告データまたは前回通告候補データから要求精度より大きい変化を検出し通告候補データとするするステップと、
少なくとも前回と前々回の二つの通告データから変化傾向を求めるステップと、
前回通告データまたは前回通告候補データと今回の通告候補データから変化傾向を求めるステップと
それら二つの変化傾向が異なったときに今回の通告候補データを通告するステップと
を備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法である。

さらに、本願発明は、前記設備機器が、さらに、
前回の通告から所定の通告間隔を経過していた場合、前記通告候補データを、前記変化傾向にかかわらずに、通告するステップを備えることか、
または、
前記設備機器は、前回の通告以降に新たな前記通告候補データを検出したが前記変化傾向が異ならないために保留するステップと、
この通告候補データの検出以降に新たな通告候補データを検出しないまま所定通告間隔を経過した場合に、前記の保留された通告候補データを通告するステップとを備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法である。
より詳しくは、
前記変化傾向を増加、減少、変化なしの三つに定義し、その変化傾向が異なった時に、所定の条件で通告を行うことを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法でもある。

また、本願発明は、
センサからアナログデータを入力する入力部と、
通告間隔を内部クロックから生成するクロック部と、
前記アナログデータごとに、今回通告候補データ、前回通告候補データ、前回通告データ、前々回通告データ、および保留データの格納などのメモリ部と、
センサ入力したアナログデータが前回通告データから所定の要求精度より大きい変化を検出して、前回の通告から所定通告間隔が経過している場合に、現在値データを通告する一方で、前回の通告から所定通告間隔が経過していない場合に、少なくとも前回と前々回の二つの通告データから変化傾向を求めて、それと異なる変化傾向にある現在値データを通告する通告処理部と、
上位の設備監視装置に通告処理部から通告を指示されたデータを送信する通信部と、
を備えることを特徴とする設備監視システムにおける設備機器である。

本願発明は、サブスクリプション方式に基づいているが、アナログデータに変動があった場合にも過剰に通信量を増加させることなく、アナログデータの変化傾向に応じて、その要求精度変化の検出を十分に保証しつつ、効率的にアナログデータを監視することができる効果がある。

本願発明の実施の一形態にかかる設備監視システムの構成を示す。 本願発明の設備機器にかかる動作フローを示す 本願発明の実施の一例であるアナログデータの変化トレンドと通告イベントを示す。

以下、本願発明を実施の形態に基づき説明する。図１はこの発明の一実施の形態を示す設備監視システムの全体構成を示す図である。
設備監視装置１は、ビルや工場などの施設に設置された複数の設備機器２（例えば空調器や冷温水ポンプなど）を管理するものである。設備監視装置１は、各設備機器２と通信ネットワーク３を介して接続されている。この設備監視装置１は、図１に示すように、運転計画手段１１、ネットワーク通信手段１２、運転実績記録手段１３、データ収集手段１４、表示・操作手段１５、履歴一覧生成手段１６、などから構成されている。

運転計画手段１１は、各設備機器２の運転計画をするものである。ここで、運転計画は、日単位で設備機器２の起動停止（ＯＮ／ＯＦＦ）を設定するタイムスケジュール（ＳＣＨ）や、設備機器２の過去の立ち上げ時間を考慮して最適起動時刻を設定する最適起動制御（ＯＳＳ）、ピーク時間帯の設備機器２を節電運転させる節電運転制御（ＤＵＴＹ）など様々な制御プログラムにより設定されている。そして、通常、各設備機器２はこの運転計画に沿って運転を行っている。ネットワーク通信手段１２は、複数の設備機器２と有線または無線の通信回線で接続し、種々のデータ読込みおよび制御パラメータの書き込みなどを掌る。
本設備監視装置１は単体で実装してもよいが、これ自体もネットワークで分散された複数サーバの分散形態、またはイーサネット（登録商標）などに接続されたクラウドコンピューティングで実装されてもよいものである。

運転実績記録手段１３は、データ収集手段１４により収集された運転状況データを機器の属性データに対応付けて、運転実績として記録するものである。この属性データには、設備機器名や設備機器２が設置された施設名などのポイント名称などを示す情報が含まれている。そして、データ収集手段１４は、各設備機器２からネットワーク通信手段１２を介して設備機器２の運転状況に関するデータ（運転状況データ）を収集するものである。この運転状況データには、設備機器２を識別するポイントＩＤ、当該設備機器２の起動停止（ＯＮ／ＯＦＦ）状態を示すデジタルデータ（起動：１、停止：０）、および本願発明の特徴にかかる各種アナログ(連続量)データが含まれている。

表示・操作手段１５は、運転計画と運転実績との差異のパターンをそれぞれ区別する表現を行うもので、主にＰＣ(Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ)，タブレットなどのユーザ端末画面で表示するものである。操作手段は、ユーザ操作を受け付けるものである。ここで、ユーザ操作としては、各設備機器２の運転計画と運転実績との差異を示す履歴一覧表の表示を要求する履歴一覧表示要求や、個々の設備機器２の運転計画、運転実績およびその要因を示す詳細情報の表示を要求する詳細表示要求などがある。履歴一覧生成手段１６はそのための詳細情報を適宜作成して、表示・操作手段１５に提供する。

次に、設備機器２の構成を説明する。設備機器２自体はマイクロプロセッサ、メモリ、各種入出力装置で実装される。
外部または内部にセンサ４を備えて、温度、湿度その他の環境データ、および電力消費量などのエネルギーデータを取得する。センサ４はフィールドバスなどにより入力部２２に複数接続されることでもよい。

入力部２２から取得されたセンサの各種アナログデータは、そのデータは連続量で０〜１００％または℃等の工業量で用いられる。通信部２１がそれらアナログデータを設備監視装置１へ通信（通告）する。このように設備機器２から能動的に設備監視装置１へアナログデータを知らせる通信を「通告」と呼ぶ。通信で報告するの意味である。

クロック部２３は、内部のＲＴＣ（ＲｅａｌＴｉｍｅＣｌｏｃｋ）から一定のサンプリングタイムを生成する。通常はｍＳｅｃから秒のオーダーである。このサンプリングタイムごとに、設備機器の機能部が動作する。
さらにサンプリングタイムから分周して通告間隔となる通告タイミングも生成する。通常は数十秒から分のオーダーである。通告間隔は設備監視装置１での履歴一覧生成手段の仕様に基づいて決められる。

メモリ部２４には、設備機器の運転に関するデータのほか、センサにかかるアナログ一点ごとに複数のデータが構造的に格納される。下記の表１に示すように、現在値データＤ１、および通告の来歴的な前回、前々回の通告データＤ２，Ｄ３がある。来歴データは通告データが増加または減少のどちらの傾向にあったかを判断するために記憶されている。少なくとも前々回までで十分と考えられるが、より緻密な傾向分析のためにはスペアＤ４がある（傾きなどを入れてより微細に傾向を監視することに使用してもよい）。
さらに、ワーク用に、通告候補データＤ５，前回通告候補データＤ６（通告候補データ群は少なくとも二つである）、一時保存を示す保留フラグＤ７もある。これらの作用については後述する。

本願発明の特徴である機能は設備機器２の通告処理部２０が実行するので、それの動作をフロー図２に基づいて説明する。
前記のサンプリングタイム周期で前処理（図中 ステップＳ０１）から離散的にループ実行される。ここでは、センサ４と入力部２２からあるアナログデータを取得し、メモリ部の現在値データＤ１へストアする。
初期化処理も行われ、初回実行の場合は、強制的に通告を行う、さらに来歴データＤ２，Ｄ３は現在値で初期化される、また通告候補テデータＤ５，Ｄ６はＮｕｌｌにされる、フラグはクリアなどの処理を実行する。なお、これらの来歴的なデータは新しいデータが入るときには逐次下方にシフト・プッシュされる。

次に、クロック部２３から前回通告時からの経過時間を見て、通告間隔チェックを行う（Ｓ０２）。それが通告間隔を経過しているとなったら、別の長い通告期間の分岐チェックに行く（Ｓ０３）。

さて、通告間隔が未経過であったら、実時間モードに入る（Ｓ１０）。サンプリングタイムの周期で実行するものである。ここではまず、現在値データＤ１と前回通告データＤ２または前回通告候補データＤ６との差異を求め、その差異が要求精度を超えているかチェックする（Ｓ１１）。要求精度とは、当該アナログデータの持つＡ／Ｄ変換誤差、ノイズなど不確定要素を考慮して定められる通告／非通告の判定幅、すなわち閾値である。
これを超えていたら、次のステップＳ１２に進むが、その範囲内であれば何もせずにステップＳ０１へ戻る。

ステップＳ１２では、まず、現在値データを通告候補データＤ５へストアする。
この通告候補データＤ５の変化傾向の判断は、次のロジックで実行される：
変化傾向を「増加」、「減少」、「変化なし」と定義し、その変化傾向が異なった時、下記の条件で通告を行うことを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法である。
（１） 変化傾向の変化の前後いずれかの変化傾向が「変化なし」の場合、今回の通告候補データＤ５を通告する
（２） （１）以外の変化傾向の変化があった場合、前回の通告以降に今回の通告候補データ以外に通告候補データを検出している場合、前回通告候補データＤ６と今回の通告候補データＤ５を通告する
（３）
（１）以外の変化傾向の変化があった場合、前回の通告以降に今回の通告候補データ以外に通告候補データを検出していない場合、今回の通告候補データＤ５を通告する

なお、通告処理への実際の引渡しは通告候補データＤ５で行われる。また、既に通告候補データＤ５にデータが存在する場合は、古いものは前回通告候補データＤ６へ移動される。
（このとき、保留フラグＤ７はクリアされる。）
上記ケースに合致しない場合には、変化傾向が異ならないとしてＳ１３へ途中分岐する
ステップＳ１３では、変化傾向が異ならないため、即時の通告は不要であるので、保留フラグＤ７をセットする。そして後述するステップＳ２２のタイミングで通告処理に付与される。

次にステップＳ０３に戻ると、ここでは、所定の通告期間のチェックが行われる。基本的には、要求精度を超えないと通告は行われない。しかし、定常的（静止状態）アナログデータにおいては、長時間も通告が行われないと通信エラーを検知できずに都合が悪い。
そのため、所定の通告期間を経過しているかで動作を分岐する（Ｓ０３）。所定通告期間は、概ね通告間隔の数倍から数十倍の１０分以上のオーダーでよい。

さて、通告間隔は経過しているが所定通告期間までには未到達であると、通常通告モードに入る（Ｓ２０）。ここでも、始めに要求精度とのチェックが行われる（Ｓ２１）のはステップＳ１１と同様である。現在値データＤ１が前回通告データＤ２または前回通告候補データＤ６からの要求精度を超えた変化があった場合には、変化傾向を見ずに通告準備に入る（Ｓ２３）。どちらの方向でも変化があれば通告しても通告間隔は短くはならないので通告する。すなわち、現在値データＤ１を通告候補データＤ５へストアする。

一方、要求精度内であったら、現在値データＤ１は通告する必要はないが、むしろ、先に保留されているデータがあったらそれを通告すべきである。保留フラグＤ７を見て、クリアし保留されていた通告候補データＤ５があったらそれを通告の準備する（Ｓ２２）。通告間隔が経過しても次の通告の候補が存在しない場合には、その時点で保留中の通告を行うのである。通信負荷を増加させないで、通告間隔内の単調増加または減少の方向であっても顕著な変化を通知することが設備監視上は望ましいからである。

次に、所定の通告期間を経過していたら、強制通告モードに入る（Ｓ３０）。ここでは、無条件に、現在値データＤ１を通告候補データＤ５へストアする（Ｓ３１）。こうすることで、設備機器２の異常がないかも確認できる。

最後に、通告候補データＤ５の通告処理が行われる（Ｓ４０）。これはすべての処理から帰結する処理である。保留フラグＤ７がセットされている場合には通告処理は行われないが、そうでなければ、通告候補データＤ５が通告処理部２０によって取り出されて、通信部２１へ渡され、設備監視装置１へ向けて通告が実行される。
なお、ステップＳ４０では、来歴的なデータの後処理も行う。例えば、通告候補データＤ５が通告実行したら、再度の通告は不要のために通告候補データＤ５にはＮｕｌｌを書き込む。また、通告候補データＤ５は通告を実行された後は前回通告データＤ２に移動する、などである。これ以上は設計上の事項であるので説明は省略する。

このように、通告間隔を経過する前に新たに変化傾向の異なる現在値データを検出した場合に、その時点で保留されていた通告候補データＤ５が存在していたなら、通告候補データＤ５を前回通告候補データＤ６へプッシュして今回検出の現在値データを通告候補データＤ５にストアする。そして、ステップＳ４０で複数の通告候補データを一度に通告することが可能である。

次に、図３において、アナログデータの変化トレンドと通告イベントの発生状況を示す。
本図で、横軸は時間推移でマス目は通告間隔を示す。縦軸はアナログデータの推移でマス目は要求精度を示す。
また、図中の上段の実線は実データであって、下段の矩形的なものが通告データである。
上矢印↑は通告イベントを示すので、その通告時点のアナログデータを直線（折れ線）で結んだものが通告データであることがわかる。

本図中に、本願発明の特徴的な事象発生時の注釈を、テキストボックスで挿入してある。
適宜、フローチャート動作と対照して確認することが望ましいが、ここでは逐一の説明は割愛する。

ビルなどの空調機器に関する設備監視では、所定の変化にかかるデータをすべて通告するよりも、データの変化傾向を捉えて、過去のトレンドと異なる場合に速やかに通告すれば設備監視上は十分である。すなわち、単調増加または減少傾向の場合は多少間引いても問題はないので、本願発明はビル空調監視において大いに効果を奏する。

１ 設備監視装置
２ 設備機器
３ 通信ネットワーク
４ センサ

Claims (5)

1. 設備監視装置と設備機器とを備えた設備監視システムにおけるデータ通告方法において、前記設備機器が、
   センサ入力するアナログデータの現在値データに前回通告データまたは前回通告候補データから要求精度より大きい変化を検出したならこの現在値データを通告候補データとするステップと、
   少なくとも前回と前々回の二つの通告データから第１の変化傾向を求めるステップと、
   前回通告データまたは前回通告候補データと前記通告候補データから第２の変化傾向を求めるステップと
   それら第１と第２の変化傾向が異なったときに前記通告候補データを通告するステップと
   を備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法。
2. 請求項１に記載の設備監視システムにおけるデータ通告方法において、
   前記設備機器は、
   前回の通告から所定の通告間隔を経過していた場合、前記通告候補データを、前記変化傾向にかかわらずに、通告するステップを備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法。
3. 請求項１に記載の設備監視システムにおけるデータ通告方法において、
   前記設備機器は、
   前回の通告以降に新たな前記通告候補データを検出したが前記変化傾向が異ならないために保留するステップと、
   この通告候補データの検出以降に新たな通告候補データを検出しないまま所定通告間隔を経過した場合に、
   前記の保留された通告候補データを通告するステップとを備えることを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれかに記載の設備監視システムにおけるデータ通告方法において、
   前記設備機器は、
   前記変化傾向を増加、減少、変化なしと定義し、前記変化傾向が異なった時、下記の条件で通告を行うことを特徴とする設備監視システムにおけるデータ通告方法。
   （１） 変化傾向の変化の前後いずれかの変化傾向が変化なしの場合、今回の通告候補データを通告する
   （２） （１）以外の変化傾向の変化があった場合、前回の通告以降に今回の通告候補データ以外に通告候補データを検出している場合、それら通告候補データ中の最新の通告候補データと今回の通告候補データを通告する
   （３） （１）以外の変化傾向の変化があった場合、前回の通告以降に今回の通告候補データ以外に通告候補データを検出していない場合、今回の通告候補データを通告する
5. センサからアナログデータを入力する入力部と、
   通告間隔を内部クロックから生成するクロック部と、
   前記アナログデータごとに、現在値データ、通告候補データ、前回通告候補データ、前回通告データ、前々回通告データ、の格納のためのメモリ部と、
   センサ入力したアナログデータが前回通告データから所定の要求精度より大きい変化を検出した場合に、
   前回の通告から所定通告間隔が経過している場合に、現在値データを通告する一方で、
   前回の通告から所定通告間隔が経過していない場合に、
   少なくとも前回と前々回の二つの通告データから変化傾向を求めて、それと異なる変化傾向にある現在値データを通告する通告処理部と、
   上位の設備監視装置に通告処理部から通告を指示されたデータを送信する通信部と、
   を備えることを特徴とする設備監視システムにおける設備機器。

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