JP2015084142A - 不具合検知システムおよび不具合検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置コントロールレベルでの稼働効率を対象とするＦＤ／ＦＰ機能を強化する。【解決手段】不具合検知システムは、待機／実行切換パラメータを管理する待機モード管理部２０と、手動／自動切換パラメータを管理する手動制御モード管理部２２と、待機／実行切換パラメータと手動／自動切換パラメータの優先順位が登録された優先順位登録部２４と、自動制御動作を実行している状態の自動制御時間を計測する自動制御時間計測部２５と、非自動制御動作の状態の特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測部２６と、自動制御時間と特殊モード時間から特殊モード時間率を算出する特殊モード時間率算出部２７と、特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率記憶部２８と、特殊モード時間率が閾値を上回ったときにアラームを出力するアラーム出力部３０とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、装置の稼働効率に関する不具合を検知したり予知したりすることができる不具合検知システムおよび不具合検知方法に関するものである。

半導体製造装置では、ＥＥＳ（Equipment Engineering System）が実用段階へと移行してきている。ＥＥＳは、半導体製造装置が正常に機能しているかどうかをデータでチェックし、装置の信頼性や生産性を向上させるシステムである。ＥＥＳの主な目的は、装置自体を対象とする不具合検知（ＦＤ：Fault Detection）、不具合予知（ＦＰ：Fault Prediction）である（非特許文献１参照）。

ＦＤ／ＦＰには、装置コントロールレベル、モジュールレベル、サブシステムレベル、Ｉ／Ｏデバイスレベルという階層化の捉え方がある。装置コントロールレベルのＦＤ／ＦＰは、ホストまたはオペレータから指示された処理条件の基で装置機能が装置スペックの許容範囲内で動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。モジュールレベルのＦＤ／ＦＰは、デバイスもしくはサブシステムから構成されるモジュールが、指示値どおりに処理を行うことができるかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。サブシステムレベルのＦＤ／ＦＰは、フィードバック制御を行うような複数のデバイスからなる複合システムが、いくつかのパラメータ設定の基で安定して動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。Ｉ／ＯデバイスレベルのＦＤ／ＦＰは、装置を構成するセンサやアクチュエータが設計値どおりに安定して動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。このように、Ｉ／Ｏデバイスレベルの主体は、センサやアクチュエータである。

アクチュエータのＦＤ／ＦＰに関しては、（０，１）のビット列のデータ（アクチュエータデータ）で済むシーケンス制御的な動作については、特に実用段階にあると言える。
一方で、センサのＦＤ／ＦＰに関しては、温度、圧力、流量などのプロセス量が対象データになる。これらのデータについては、ｍｓｅｃ．レベルで全てのデータを保存するのが合理的とは言えない。そこで、センサのデータを装置が管理する処理単位毎に、あるいは一定の期間毎に代表値化して、代表値化した値をチェックするＥＥＳ対応の基板処理装置（特許文献１参照）などが提案されている。代表値とは、最大値、最小値、平均値などである。これらの代表値によりＦＤ／ＦＰが実現できれば、全てのデータを監視する場合と比較して通信量、必要メモリ量などを大幅に削減できるので効率的である。

代表値を利用したＦＤ／ＦＰとしては、劣化によるヒータ断線のＦＰや、過電流によるヒータ断線のＦＤなどが知られている。ヒータが劣化する場合、ヒータの抵抗値（非プロセス量）の平均値が徐々に上昇していくので、ヒータの抵抗値の平均値を代表値としてチェックすれば、劣化によるヒータの断線を予知することができる。また、過電流によってヒータが断線した場合、ヒータの抵抗値の最大値が突発的に上昇するので、ヒータの抵抗値の最大値を代表値としてチェックすれば、過電流によるヒータの断線を検知することができる。

特開２０１０−２１９４６０号公報

「装置レベルでの装置機能の性能確認に関する解説書」，社団法人電子情報技術産業協会，２００５年３月２３日

以上のように非プロセス量であれば、ＦＤ／ＦＰの実用化は可能である。しかしながら、プロセス量の代表値化では物理的な状態のみが扱う対象になり、装置内の稼働効率までは扱えないので、情報としては必ずしも十分ではない。ＥＥＳの装置内分散配置は、ＥＥＳの全体効率を高めるために有効な実装方法であるので、装置内の稼働効率が反映される装置コントロールレベルでＦＤ／ＦＰ機能をさらに強化することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置コントロールレベルでの稼働効率を対象とするＦＤ／ＦＰ機能を強化することができる不具合検知システムおよび不具合検知方法を提供することを目的とする。換言するならば、本発明は、装置コントロールレベルで内蔵も外付けも可能な簡易型のＦＤ／ＦＰ関連機能を提供する。

本発明の不具合検知システムは、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、自動制御を実行しない特殊モードと自動制御を実行する非特殊モードを切換えるための特殊／非特殊切換パラメータを、外部から指定された状態に管理する特殊モード管理手段と、前記非特殊モード時に前記操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、前記特殊モード時に前記操作量ＭＶの代わりに特殊モード時操作量を制御対象に出力する特殊操作量出力手段と、前記非特殊モード時の動作状態の経過時間である自動制御時間を計測する自動制御時間計測手段と、前記特殊モード時の動作状態の経過時間である特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測手段と、前記自動制御時間と前記特殊モード時間の総和の経過時間が予め規定された基準経過時間に到達したときに前記自動制御時間と前記特殊モード時間から特殊モード時間率を算出する特殊モード時間率算出手段と、前記特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率記憶手段と、外部からリセット信号を受け取ったとき、あるいは前記特殊モード時間率記憶手段への特殊モード時間率の登録後に、計測中の前記自動制御時間と前記特殊モード時間をゼロにリセットするリセット手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、前記特殊モード管理手段を複数備え、各特殊モード管理手段はそれぞれ異なる前記特殊／非特殊切換パラメータの状態を管理し、さらに、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの優先順位情報が予め登録された優先順位登録手段を備え、前記操作量出力手段と前記特殊操作量出力手段とは、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの状態とその優先順位に応じて制御の動作モードを判断することを特徴とするものである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記特殊／非特殊切換パラメータは、前記特殊モード時操作量として予め規定された待機モード時操作量を出力する待機モードと自動または手動で制御を実行する実行モードを切換えるための待機／実行切換パラメータと、前記特殊モード時操作量としてオペレータが指定する手動操作量を出力する手動制御モードと前記操作量ＭＶを出力する自動制御モードを切換えるための手動／自動切換パラメータのうちの少なくとも１つであり、前記特殊モード管理手段は、前記待機／実行切換パラメータの状態を管理する待機モード管理手段と、前記手動／自動切換パラメータの状態を管理する手動制御モード管理手段のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に記憶された特殊モード時間率が予め規定された閾値を上回ったときに、アラームを出力するアラーム出力手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に保持されている特殊モード時間率を予め規定された間隔で取得する特殊モード時間率取得手段と、前記特殊モード時間率の取得後に前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット信号送信手段と、前記特殊モード時間率取得手段が取得した特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率履歴記憶手段と、この特殊モード時間率履歴記憶手段に記憶された過去の任意の特殊モード時間率に対する最新の特殊モード時間率の上昇量が予め規定された閾値を超えたときに、アラームを出力する判定手段とを備えることを特徴とするものである。

また、不具合検知方法は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、自動制御を実行しない特殊モードと自動制御を実行する非特殊モードを切換えるための特殊／非特殊切換パラメータを、外部から指定された状態に管理する特殊モード管理手段を参照し、前記非特殊モード時に前記操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、前記特殊モード管理手段を参照し、前記特殊モード時に前記操作量ＭＶの代わりに特殊モード時操作量を制御対象に出力する特殊操作量出力ステップと、前記非特殊モード時の動作状態の経過時間である自動制御時間を計測する自動制御時間計測ステップと、前記特殊モード時の動作状態の経過時間である特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測ステップと、前記自動制御時間と前記特殊モード時間の総和の経過時間が予め規定された基準経過時間に到達したときに前記自動制御時間と前記特殊モード時間から特殊モード時間率を算出して特殊モード時間率記憶手段へ登録する特殊モード時間率算出ステップと、外部からリセット信号を受け取ったとき、あるいは前記特殊モード時間率記憶手段への特殊モード時間率の登録後に、計測中の前記自動制御時間と前記特殊モード時間をゼロにリセットするリセットステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、自動制御時間計測手段と特殊モード時間計測手段と特殊モード時間率算出手段と特殊モード時間率記憶手段とを設けることにより、装置コントロールレベルでの稼働効率を対象とするＦＤ／ＦＰ機能を強化することができ、装置の稼働効率に関する不具合を検知したり予知したりすることができる。

また、本発明では、操作量出力手段と特殊操作量出力手段とが、複数の特殊／非特殊切換パラメータの状態とその優先順位に応じて制御の動作モードを判断することにより、優先順位をユーザが変更して使用する場合にも、制御の動作モードを適切に判断することができ、操作量出力手段と特殊操作量出力手段とからの操作量の出力に応じて自動制御時間計測手段と特殊モード時間計測手段とが、制御の動作モードを適切に判断することができる。その結果、特殊モード時間率を適切に算出することができる。

また、本発明では、アラーム出力手段を設けることにより、特殊モード時間率に関する簡易的なアラーム機能をコントローラレベルで実現することができる。

また、本発明では、特殊モード時間率取得手段と特殊モード時間率履歴記憶手段と判定手段とを設けることにより、装置内のさらに高度な稼働状態検知を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの別の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る不具合検知システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における特殊モード時間率の記録例を示す図である。

［発明の原理１］
市販されている温調計などの簡易型のコントローラは、ＰＩＤ制御を実際に実行する自動制御モード以外に、待機モードや手動制御モードを備えている。待機モードは、操作量ＭＶを低い状態に強制的に維持しておくために使用されるモードであり、制御量ＰＶ（例えば温度）を特定の設定値ＳＰに維持するためのモードではない。手動制御モードは、操作量ＭＶをオペレータが決定するモードであり、制御量ＰＶ（例えば温度）を設定値ＳＰに安定的に維持するフィードバック制御が実行されるモードではない。

すなわち、待機モード、手動制御モードなどの非自動制御モード（以降、特殊モードと記述）は、装置自体は稼働していても自動制御動作に関わる構成要素は非稼働であったことを示す指標になることに着眼した。そして、一定期間毎の管理機能（例えばリセット機能）と併用し、これらの特殊モードに装置が設定されている時間の割合（特殊モード時間率）を検出するようにすれば、装置の稼働効率を管理する機能として利用できることに想到した。

［発明の原理２］
特殊モード自体は、一般的にモード切換パラメータの設定値によって指定されるが、モード切換パラメータ自体が複数ある場合、特殊モード時間率の算出には注意を要する。例えば、待機モードについては待機／実行切換パラメータＡにより指定され（Ａ＝０：待機、Ａ＝１：実行）、手動制御モードについては手動／自動切換パラメータＢにより指定される（Ｂ＝０：手動、Ｂ＝１：自動）。このようにして待機／実行切換パラメータＡを手動／自動切換パラメータＢよりも優先させれば、待機状態から制御の実行状態に移行する際に、自動制御から開始するのではなく、手動制御から慎重に始めたいときに、誤って自動制御から開始してしまうことを回避しやすいので都合がよい。しかし、自動制御モードが指定されていれば単純に稼働状態、というわけではなくなる。

したがって、複数のモード切換パラメータの優先順位情報を参照できるようにし、これに基づいて自動制御の状態であるか否かを判断する構成が好ましい。このようにすることにより、優先順位をユーザが変更して使用する場合にも、適切に特殊モード時間率を算出できる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２に対応する例である。ここでは、不具合検知システムを簡易型のコントローラ（温調計）で実現する例として説明する。本実施の形態の不具合検知システムは、従来から温調計に設けられている一般的構成である温調計制御機能部１と、本実施の形態の特徴的構成であるＦＤ／ＦＰ機能部２とから構成される。

温調計制御機能部１は、設定値ＳＰを温調計外部から入力する設定値入力部１０と、制御量ＰＶを図示しない計測器から入力する制御量入力部１１と、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出部１２と、操作量ＭＶを温調計外部に出力する操作量出力部１３とを備えている。

ＦＤ／ＦＰ機能部２は、予め規定された待機モード時操作量ＭＶＲ（特殊モード時操作量）を出力する待機モードと自動または手動で制御を実行する実行モードを切換えるための待機／実行切換パラメータＡを、温調計外部から指定された状態に管理する待機モード管理部２０と、待機モード時に操作量ＭＶの代わりに予め規定された待機モード時操作量ＭＶＲを制御対象に出力する待機操作量出力部２１と、オペレータが指定する手動操作量ＭＶＭ（特殊モード時操作量）を出力する手動制御モードと操作量ＭＶを出力する自動制御モードを切換えるための手動／自動切換パラメータＢを、温調計外部から指定された状態に管理する手動制御モード管理部２２と、手動制御モード時に操作量ＭＶの代わりにオペレータが指定する手動操作量ＭＶＭを制御対象に出力する手動操作量出力部２３と、待機／実行切換パラメータＡと手動／自動切換パラメータＢの優先順位情報が予め登録された優先順位登録部２４と、自動制御動作を実行している状態（操作量ＭＶを出力している状態）の経過時間である自動制御時間を計測する自動制御時間計測部２５と、非自動制御動作の状態の経過時間である特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測部２６と、自動制御時間と特殊モード時間の総和の経過時間が予め規定された基準経過時間に到達したときに自動制御時間と特殊モード時間から特殊モード時間率を算出する特殊モード時間率算出部２７と、特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率記憶部２８と、外部からリセット信号を受け取ったとき、あるいは特殊モード時間率記憶部２８への特殊モード時間率の登録後に、計測中の自動制御時間と特殊モード時間をゼロにリセットするリセット部２９と、特殊モード時間率が予め規定された閾値を上回ったときに、アラームを温調計外部に出力するアラーム出力部３０とを備えている。

設定値入力部１０と制御量入力部１１と操作量算出部１２と操作量出力部１３と待機モード管理部２０と待機操作量出力部２１と手動制御モード管理部２２と手動操作量出力部２３と自動制御時間計測部２５と特殊モード時間計測部２６と特殊モード時間率算出部２７と特殊モード時間率記憶部２８とリセット部２９とアラーム出力部３０とは上記発明の原理１に対応する構成であり、優先順位登録部２４は上記発明の原理２に対応する構成である。また、待機モード管理部２０と手動制御モード管理部２２とは特殊モード管理手段を構成し、待機操作量出力部２１と手動操作量出力部２３とは特殊操作量出力手段を構成している。

以下、本実施の形態の不具合検知システムの動作を図２〜図５を参照して説明する。図２、図３は不具合検知システムの動作を示すフローチャート、図４、図５は不具合検知システムの動作例を示すタイミングチャートである。なお、図２と図３のＡ同士が繋がり、Ｂ同士が繋がり、Ｃ同士が繋がっていることは言うまでもない。ここでは、待機／実行切換パラメータＡの待機モードが、手動／自動切換パラメータＢよりも優先順位が高いものとして登録されている場合の処理例を説明する。

初期状態において外部からリセット信号を受け取ったことにより、ＦＤ／ＦＰ機能部２のリセット部２９は、自動制御時間計測部２５が計測する自動制御時間と特殊モード時間計測部２６が計測する特殊モード時間とを０にリセットする（図２ステップＳ１００）。
温調計の制御動作が起動すると、温調計制御機能部１の操作量算出部１２は、周知の制御演算アルゴリズムに従って、設定値入力部１０から入力された設定値ＳＰと制御量入力部１１から入力された制御量ＰＶとが一致するように操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０１）。制御演算アルゴリズムとしては、例えばＰＩＤがある。

待機操作量出力部２１は、手動制御モードと自動制御モードを切換えるための手動／自動切換パラメータＢよりも待機モードと実行モードを切換えるための待機／実行切換パラメータＡの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、かつ待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が待機モードを示す値（Ａ＝０）に設定されている場合（図２ステップＳ１０３においてＹＥＳ）、手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が０（手動制御モード）か１（自動制御モード）かに関係なく、予め規定された待機モード時操作量ＭＶＲを操作量ＭＶの代わりに制御対象に出力する（図２ステップＳ１０４）。図４の例の場合、時刻ｔ１からｔ２、およびｔ４からｔ５までの時間帯が待機モード時操作量ＭＶＲを出力する時間帯である。制御対象が例えば加熱処理炉の場合、加熱処理炉のヒータに電力を供給する電力調整器が、待機モード時操作量ＭＶＲの実際の出力先となる。

一方、手動操作量出力部２３は、手動／自動切換パラメータＢよりも待機／実行切換パラメータＡの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、かつ待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が実行モードを示す値（Ａ＝１）に設定されていて（図２ステップＳ１０３においてＮＯ）、手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が手動制御モードを示す値（Ｂ＝０）に設定されている場合（図２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、オペレータが指定する手動操作量ＭＶＭを操作量ＭＶの代わりに制御対象に出力する（図２ステップＳ１０６）。図４の例の場合、時刻ｔ２からｔ３までの時間帯が手動操作量ＭＶＭを出力する時間帯である。

操作量出力部１３は、手動／自動切換パラメータＢよりも待機／実行切換パラメータＡの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、かつ待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が実行モードを示す値（Ａ＝１）に設定されていて（図２ステップＳ１０３においてＮＯ）、手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が自動制御モードを示す値（Ｂ＝１）に設定されている場合（図２ステップＳ１０５においてＮＯ）、操作量算出部１２が算出した操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ１０７）。図４の例の場合、時刻ｔ３からｔ４までの時間帯が操作量ＭＶを出力する時間帯である。

自動制御時間計測部２５は、温調計が自動制御動作を実行している状態（操作量ＭＶを出力している状態）であるときに、自動制御時間ＴＸを次式のように更新する（図２ステップＳ１０８）。
ＴＸ←ＴＸ＋ｄＴ ・・・（１）
ｄＴは制御周期である。こうして、温調計が自動制御動作を実行している状態の経過時間である自動制御時間ＴＸを計測することができる。

特殊モード時間計測部２６は、温調計が非自動制御動作の状態（待機モード時操作量ＭＶＲあるいは手動操作量ＭＶＭを出力している状態）であるときに、特殊モード時間ＴＹを次式のように更新する（図２ステップＳ１０９）。
ＴＹ←ＴＹ＋ｄＴ ・・・（２）
こうして、非自動制御動作の状態の経過時間である特殊モード時間ＴＹを計測することができる。

特殊モード時間率算出部２７は、自動制御時間ＴＸと特殊モード時間ＴＹの総和の経過時間が予め規定された基準経過時間ＴＲに到達したときに（図２ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、特殊モード時間率ＲＳを次式のように算出する（図２ステップＳ１１１）。
ＲＳ（％）＝｛ＴＹ／（ＴＸ＋ＴＹ）｝×１００ ・・・（３）

特殊モード時間率算出部２７は、算出した特殊モード時間率ＲＳを特殊モード時間率記憶部２８に登録する（図２ステップＳ１１２）。
アラーム出力部３０は、特殊モード時間率記憶部２８に登録された最新の特殊モード時間率ＲＳが予め規定された閾値ＴＨを上回ったときに（図２ステップＳ１１３においてＹＥＳ）、アラームを温調計外部に出力する（図２ステップＳ１１４）。アラームの出力形態としては、例えば上位レベルのＰＣなどへのアラーム信号の出力等がある。閾値ＴＨの簡易的な規定方法としては、前回の基準経過時間帯において算出された特殊モード時間率ＲＳを閾値ＴＨとしたり、この特殊モード時間率ＲＳの１２０％の値を閾値ＴＨとしたりするといった、実績ベースの規定方法がある。

特殊モード時間率ＲＳの登録後、特殊モード時間率記憶部２８は、リセット部２９に対してリセット信号を出力し、自動制御時間ＴＸと特殊モード時間ＴＹとを０にリセットさせる（図２ステップＳ１１５）。
手動／自動切換パラメータＢよりも待機／実行切換パラメータＡの方が優先順位が高い場合、以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１１５の処理が、例えばオペレータからの指令によってＦＤ／ＦＰ機能部２の動作が終了するまで（図２ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、制御周期ｄＴ毎に繰り返し実行される。

次に、手動／自動切換パラメータＢの自動制御モードが、待機／実行切換パラメータＡよりも優先順位が高いものとして登録されている場合の処理例を図２、図３、図５を用いて説明する。
図２のステップＳ１００，Ｓ１０１の処理は上記のとおりである。

操作量出力部１３は、待機／実行切換パラメータＡよりも手動／自動切換パラメータＢの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＮＯ）、かつ手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が自動制御モードを示す値（Ｂ＝１）に設定されている場合（図３ステップＳ１１７においてＹＥＳ）、待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が０（待機モード）か１（実行モード）かに関係なく、操作量算出部１２が算出した操作量ＭＶを制御対象に出力する（図３ステップＳ１１８）。図５の例の場合、時刻ｔ７からｔ９までの時間帯が操作量ＭＶを出力する時間帯である。

待機操作量出力部２１は、待機／実行切換パラメータＡよりも手動／自動切換パラメータＢの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＮＯ）、かつ手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が手動制御モードを示す値（Ｂ＝０）に設定されていて（図３ステップＳ１１７においてＮＯ）、待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が待機モードを示す値（Ａ＝０）に設定されている場合（図３ステップＳ１１９においてＹＥＳ）、予め規定された待機モード時操作量ＭＶＲを操作量ＭＶの代わりに制御対象に出力する（図３ステップＳ１２０）。図５の例の場合、時刻ｔ５からｔ６までの時間帯が待機モード時操作量ＭＶＲを出力する時間帯である。

手動操作量出力部２３は、待機／実行切換パラメータＡよりも手動／自動切換パラメータＢの方が優先順位が高いという優先順位情報が優先順位登録部２４に登録されている場合で（図２ステップＳ１０２においてＮＯ）、かつ手動制御モード管理部２２で管理されている手動／自動切換パラメータＢの値が手動制御モードを示す値（Ｂ＝０）に設定されていて（図３ステップＳ１１７においてＮＯ）、待機モード管理部２０で管理されている待機／実行切換パラメータＡの値が実行モードを示す値（Ａ＝１）に設定されている場合（図３ステップＳ１１９においてＮＯ）、オペレータが指定する手動操作量ＭＶＭを操作量ＭＶの代わりに制御対象に出力する（図３ステップＳ１２１）。図５の例の場合、時刻ｔ６からｔ７までの時間帯が手動操作量ＭＶＭを出力する時間帯である。

操作量ＭＶを出力した場合には図２のステップＳ１０８に進み、待機モード時操作量ＭＶＲあるいは手動操作量ＭＶＭを出力した場合には図２のステップＳ１０９に進む。図２のステップＳ１０８〜１１５の処理は上記のとおりである。
待機／実行切換パラメータＡよりも手動／自動切換パラメータＢの方が優先順位が高い場合、以上のようなステップＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１１７〜Ｓ１２１，Ｓ１０８〜１１５の処理が、例えばオペレータからの指令によってＦＤ／ＦＰ機能部２の動作が終了するまで（図２ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、制御周期ｄＴ毎に繰り返し実行される。

以上のように、本実施の形態では、図２、図３の処理により、特殊モード時間率ＲＳに関する簡易的なアラーム機能をコントローラレベル（温調計）で継続できる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、加熱装置の温度制御系に第１の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図６は本実施の形態の不具合検知システムの構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の不具合検知システムは、温調計制御機能部１と、ＦＤ／ＦＰ機能部２と、ＦＤ／ＦＰ機能部３とから構成される。温調計制御機能部１とＦＤ／ＦＰ機能部２の構成および動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。

ＦＤ／ＦＰ機能部３は、ＦＤ／ＦＰ機能部２の特殊モード時間率記憶部２８に保持されている特殊モード時間率ＲＳを予め規定された間隔で取得する特殊モード時間率取得部３１と、特殊モード時間率ＲＳの取得後にリセット部２９にリセット信号を送信するリセット信号送信部３２と、特殊モード時間率取得部３１が取得した特殊モード時間率ＲＳを記憶する特殊モード時間率履歴記憶部３３と、特殊モード時間率履歴記憶部３３に記憶された過去の任意の特殊モード時間率ＲＳに対する最新の特殊モード時間率ＲＳの上昇量が予め規定された閾値Ｔｒを超えたときに、自動制御動作に関わる構成要素（操作量出力部１３）の稼働効率が損なわれている状態に推移している危険性を示すアラームを出力する判定部３４とを備えている。

図７は本実施の形態の適用対象となる加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、処理対象の被加熱物を加熱する加熱チャンバー１００と、電気ヒータ１０１と、加熱チャンバー１００内の温度を計測する温度センサ１０２と、加熱チャンバー１００内の温度を制御する温調計１０３と、電力調整器１０４と、電力供給回路１０５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０６とから構成される。

温調計１０３は、温度センサ１０２が計測した温度ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。第１の実施の形態で説明したとおり、温調計１０３は、操作量ＭＶ、待機モード時操作量ＭＶＲ、手動操作量ＭＶＭのいずれかを出力する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶ，ＭＶＲ，ＭＶＭに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じて電気ヒータ１０１に供給する。こうして、温調計１０３は、加熱チャンバー１００内の被加熱物の温度を制御する。

図６の温調計制御機能部１とＦＤ／ＦＰ機能部２とは温調計１０３に実装され、ＦＤ／ＦＰ機能部３は温調計１０３よりも上位レベルのＰＣなどからなるＰＬＣ１０６に実装される。

次に、本実施の形態の不具合検知システムのＦＤ／ＦＰ機能部３の動作を図８を参照して説明する。
特殊モード時間率取得部３１は、ＦＤ／ＦＰ機能部２の特殊モード時間率記憶部２８に保持されている特殊モード時間率ＲＳを取得する（図８ステップＳ２００）。

特殊モード時間率ＲＳの取得後、特殊モード時間率取得部３１は、リセット信号送信部３２に対してリセット信号を送信するよう指示を出す。この指示に応じて、リセット信号送信部３２は、ＦＤ／ＦＰ機能部２のリセット部２９にリセット信号を送信する（図８ステップＳ２０１）。リセット部２９の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。
特殊モード時間率履歴記憶部３３は、特殊モード時間率取得部３１が取得した特殊モード時間率ＲＳを記憶する（図８ステップＳ２０２）。

判定部３４は、特殊モード時間率取得部３１が取得した最新の特殊モード時間率ＲＳと特殊モード時間率履歴記憶部３３に記憶されている過去の任意の特殊モード時間率ＲＳとを比較したときに、過去の特殊モード時間率ＲＳよりも最新の特殊モード時間率ＲＳが高く、過去の特殊モード時間率ＲＳに対する最新の特殊モード時間率ＲＳの上昇量が予め規定された閾値Ｔｒを超えた場合（図８ステップＳ２０３）、自動制御動作に関わる構成要素の稼働効率が損なわれている状態に推移している危険性を示すアラームＸを出力する（図８ステップＳ２０４）。アラームＸの出力形態としては、例えばＬＥＤの点灯、メッセージの表示、音声出力等がある。

以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０４の処理が、例えばオペレータからの指令によってＦＤ／ＦＰ機能部３の動作が終了するまで（図８ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、一定周期毎に繰り返し実行される。このＦＤ／ＦＰ機能部３の動作周期は、温調計制御機能部１およびＦＤ／ＦＰ機能部２の制御周期ｄＴよりも長い値に設定される。

［稼働状態検知例］
ここでは、本実施の形態の不具合検知システムを図７に示した加熱装置の温度制御系に適用した場合について説明する。加熱装置を利用した生産プロセスでは、対象製品により様々な稼働手順があり、稼働／非稼動の変更も様々であるが、稼働パターンは有限であり、１週間中には概ね標準的な稼働パターンが平均的な頻度で実行されるものとする。したがって、ＦＤ／ＦＰ機能部３の動作周期を１週間とする。閾値は、Ｔｒ＝２０％とする。特殊モード時間率ＲＳが特殊モード時間率履歴記憶部３３に１週間毎に図９のように記録されるものとする。

図９から明らかなように、第２８週に、特殊モード時間率ＲＳが第３週の特殊モード時間率ＲＳよりも閾値Ｔｒ＝２０％を超える上昇分（３７％−１６％＝２１％）を示したことになるので、アラームＸが出力される。
以上のように、本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して装置内のさらに高度な稼働状態検知が可能になる。本実施の形態によれば、生産プロセス管理者は、自動制御動作に関わる構成要素の稼働効率が損なわれている状態に推移した危険性を認識し、何らかの対処ができる。

なお、第１、第２の実施の形態では、待機／実行切換パラメータＡと手動／自動切換パラメータＢの両方を特殊／非特殊切換パラメータとしているが、待機／実行切換パラメータＡと手動／自動切換パラメータＢのどちらか一方を特殊／非特殊切換パラメータとしてもよい。待機／実行切換パラメータＡのみを特殊／非特殊切換パラメータとする場合には、手動制御モード管理部２２と手動操作量出力部２３と優先順位登録部２４とは不要である。この場合、待機モード（Ａ＝０）が特殊モードとなり、実行モード（Ａ＝１）が非特殊モードとなる。

また、手動／自動切換パラメータＢのみを特殊／非特殊切換パラメータとする場合には、待機モード管理部２０と待機操作量出力部２１と優先順位登録部２４とは不要である。この場合、手動制御モード（Ｂ＝０）が特殊モードとなり、自動制御モード（Ｂ＝１）が非特殊モードとなる。

また、背景技術ではＥＥＳの装置内分散配置を課題として取り上げているが、第１、第２の実施の形態は、ＥＥＳに限らず、建物の空調制御や化学プラントなどで利用される装置コントロールレベルも対象範囲に入る。

第１、第２の実施の形態で説明した不具合検知システムは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施の形態で説明した処理を実行する。なお、上記で説明したとおり、不具合検知システムが複数の装置に分散して配置される場合には、各装置のＣＰＵが自装置の記憶装置に格納されたプログラムに従って処理を実行すればよい。

本発明は、装置の稼働効率に関する不具合を検知したり予知したりする技術に適用することができる。

１…温調計制御機能部、２，３…ＦＤ／ＦＰ機能部、１０…設定値入力部、１１…制御量入力部、１２…操作量算出部、１３…操作量出力部、２０…待機モード管理部、２１…待機操作量出力部、２２…手動制御モード管理部、２３…手動操作量出力部、２４…優先順位登録部、２５…自動制御時間計測部、２６…特殊モード時間計測部、２７…特殊モード時間率算出部、２８…特殊モード時間率記憶部、２９…リセット部、３０…アラーム出力部、３１…特殊モード時間率取得部、３２…リセット信号送信部、３３…特殊モード時間率履歴記憶部、３４…判定部。

Claims (10)

1. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、
   自動制御を実行しない特殊モードと自動制御を実行する非特殊モードを切換えるための特殊／非特殊切換パラメータを、外部から指定された状態に管理する特殊モード管理手段と、
   前記非特殊モード時に前記操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、
   前記特殊モード時に前記操作量ＭＶの代わりに特殊モード時操作量を制御対象に出力する特殊操作量出力手段と、
   前記非特殊モード時の動作状態の経過時間である自動制御時間を計測する自動制御時間計測手段と、
   前記特殊モード時の動作状態の経過時間である特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測手段と、
   前記自動制御時間と前記特殊モード時間の総和の経過時間が予め規定された基準経過時間に到達したときに前記自動制御時間と前記特殊モード時間から特殊モード時間率を算出する特殊モード時間率算出手段と、
   前記特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率記憶手段と、
   外部からリセット信号を受け取ったとき、あるいは前記特殊モード時間率記憶手段への特殊モード時間率の登録後に、計測中の前記自動制御時間と前記特殊モード時間をゼロにリセットするリセット手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
2. 請求項１記載の不具合検知システムにおいて、
   前記特殊モード管理手段を複数備え、
   各特殊モード管理手段はそれぞれ異なる前記特殊／非特殊切換パラメータの状態を管理し、
   さらに、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの優先順位情報が予め登録された優先順位登録手段を備え、
   前記操作量出力手段と前記特殊操作量出力手段とは、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの状態とその優先順位に応じて制御の動作モードを判断することを特徴とする不具合検知システム。
3. 請求項１または２記載の不具合検知システムにおいて、
   前記特殊／非特殊切換パラメータは、前記特殊モード時操作量として予め規定された待機モード時操作量を出力する待機モードと自動または手動で制御を実行する実行モードを切換えるための待機／実行切換パラメータと、前記特殊モード時操作量としてオペレータが指定する手動操作量を出力する手動制御モードと前記操作量ＭＶを出力する自動制御モードを切換えるための手動／自動切換パラメータのうちの少なくとも１つであり、
   前記特殊モード管理手段は、前記待機／実行切換パラメータの状態を管理する待機モード管理手段と、前記手動／自動切換パラメータの状態を管理する手動制御モード管理手段のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とする不具合検知システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に記憶された特殊モード時間率が予め規定された閾値を上回ったときに、アラームを出力するアラーム出力手段を備えることを特徴とする不具合検知システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に保持されている特殊モード時間率を予め規定された間隔で取得する特殊モード時間率取得手段と、
   前記特殊モード時間率の取得後に前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット信号送信手段と、
   前記特殊モード時間率取得手段が取得した特殊モード時間率を記憶する特殊モード時間率履歴記憶手段と、
   この特殊モード時間率履歴記憶手段に記憶された過去の任意の特殊モード時間率に対する最新の特殊モード時間率の上昇量が予め規定された閾値を超えたときに、アラームを出力する判定手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
6. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、
   自動制御を実行しない特殊モードと自動制御を実行する非特殊モードを切換えるための特殊／非特殊切換パラメータを、外部から指定された状態に管理する特殊モード管理手段を参照し、前記非特殊モード時に前記操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、
   前記特殊モード管理手段を参照し、前記特殊モード時に前記操作量ＭＶの代わりに特殊モード時操作量を制御対象に出力する特殊操作量出力ステップと、
   前記非特殊モード時の動作状態の経過時間である自動制御時間を計測する自動制御時間計測ステップと、
   前記特殊モード時の動作状態の経過時間である特殊モード時間を計測する特殊モード時間計測ステップと、
   前記自動制御時間と前記特殊モード時間の総和の経過時間が予め規定された基準経過時間に到達したときに前記自動制御時間と前記特殊モード時間から特殊モード時間率を算出して特殊モード時間率記憶手段へ登録する特殊モード時間率算出ステップと、
   外部からリセット信号を受け取ったとき、あるいは前記特殊モード時間率記憶手段への特殊モード時間率の登録後に、計測中の前記自動制御時間と前記特殊モード時間をゼロにリセットするリセットステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。
7. 請求項６記載の不具合検知方法において、
   複数の前記特殊モード管理手段がそれぞれ異なる前記特殊／非特殊切換パラメータの状態を管理し、
   前記操作量出力ステップと前記特殊操作量出力ステップとは、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの状態と、優先順位登録手段に予め登録された、複数の前記特殊／非特殊切換パラメータの優先順位情報に応じて、制御の動作モードを判断するステップを含むことを特徴とする不具合検知方法。
8. 請求項６または７記載の不具合検知方法において、
   前記特殊／非特殊切換パラメータは、前記特殊モード時操作量として予め規定された待機モード時操作量を出力する待機モードと自動または手動で制御を実行する実行モードを切換えるための待機／実行切換パラメータと、前記特殊モード時操作量としてオペレータが指定する手動操作量を出力する手動制御モードと前記操作量ＭＶを出力する自動制御モードを切換えるための手動／自動切換パラメータのうちの少なくとも１つであり、
   前記特殊モード管理手段は、前記待機／実行切換パラメータの状態を管理する待機モード管理手段と、前記手動／自動切換パラメータの状態を管理する手動制御モード管理手段のうちの少なくとも１つから構成されることを特徴とする不具合検知方法。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載の不具合検知方法において、
   さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に記憶された特殊モード時間率が予め規定された閾値を上回ったときに、アラームを出力するアラーム出力ステップを含むことを特徴とする不具合検知方法。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載の不具合検知方法において、
    さらに、前記特殊モード時間率記憶手段に保持されている特殊モード時間率を予め規定された間隔で取得する特殊モード時間率取得ステップと、
    前記特殊モード時間率の取得後に前記リセット信号を送信するリセット信号送信ステップと、
    前記特殊モード時間率取得ステップで取得した特殊モード時間率を特殊モード時間率履歴記憶手段に記憶させる特殊モード時間率履歴記憶ステップと、
    前記特殊モード時間率履歴記憶手段に記憶された過去の任意の特殊モード時間率に対する最新の特殊モード時間率の上昇量が予め規定された閾値を超えたときに、アラームを出力する判定ステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。

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