JP2015090595A - 機器管理システムおよび機器管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＣＳの主たる制御に影響を与えず、フィールド機器における診断データなど機器の状態を表すデータを欠落することなく収集する。通信頻度を下げる。【解決手段】ポジショナ３において、周期Ｃ１（例えば、６分４０秒）で診断データを取得し、履歴データとしてリングバッファに書き込む。機器管理装置４より、周期Ｃ１よりも長い周期Ｃ２（例えば、２０分）で、ポジショナ３のリングバッファに書き込まれている履歴データの全てを取得し、取得した履歴データのうち前回読み取った以降の履歴データを読み取って収集データとして保存する。【選択図】 図１

Description

この発明は、機器管理装置から通信ラインを介してフィールド機器における機器の状態を表すデータを収集する機器管理システムおよび機器管理方法に関するものである。

従来より、大規模なプラントでは、調節弁の開度制御を行うポジショナ（ＡＶＰ）などのフィールド機器をコントローラを用いて制御する分散制御システム（ＤＣＳ（Distributed Control System））が用いられている。このＤＣＳは、監視装置と、この監視装置と通信ラインを介して接続されたコントローラと、このコントローラによって制御されるフィールド機器とを備え、プラントに分散して配置されているフィールド機器の監視・制御を行う。

近年、このＤＣＳの通信ラインに機器管理装置を接続し、コントローラを経由してフィールド機器における各種の診断データを定周期で収集する機器管理システムが用いられている。この機器管理システムによれば、機器管理装置の画面上に、診断データのトレンドグラフを表示することにより、プラントに分散して配置されているフィールド機器をオンラインで診断することが可能となる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１４３０１５号公報

しかしながら、上述した従来の機器管理システムでは、ＤＣＳの本来の目的の制御を優先させるために、機器管理のために使える通信帯域を制限する必要があり、機器管理装置が収集する診断データに欠落が生じることがあった。

例えば、ポジショナをフィールド機器とし、診断データをスティックスリップ診断データ（調節弁の内部の固着やかじりなどの診断に使用するデータ）とした場合、ポジショナは６分４０秒周期でスティックスリップ診断データを取得し、自己のメモリに書き込む（上書き更新する）。

機器管理装置は、ポジショナのメモリに書き込まれたスティックスリップ診断データを６分４０秒周期で収集するが、管理対象のポジショナの数が多いと、データを収集しようとするポジショナがＤＣＳの制御中であることがあり、このＤＣＳの制御を優先させるために、ポジショナから診断データを収集できないことがある。

このように、従来の機器管理システムでは、ＤＣＳの本来の目的の制御を優先させるために、機器管理装置が収集するフィールド機器からの診断データに欠落が生じることがあり、収集される診断データの点数が少なくなってしまい、表示される診断データのトレンドグラフから正しい傾向をつかめないことがあった。

また、フィールド機器における診断データの取得周期（診断周期）をＣ１，機器管理装置におけるフィールド機器からの診断データの取得周期（収集周期）をＣ２とした場合、フィールド機器における診断データを欠落なく収集するためにはＣ２≦Ｃ１とする必要があり、通信頻度が高いという問題もあった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＤＣＳの主たる制御に影響を与えず、フィールド機器における診断データなど機器の状態を表すデータを欠落することなく収集することが可能で、かつ通信頻度を下げることができる機器管理システムおよび機器管理方法を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、機器管理装置と、この機器管理装置と通信ラインを介して接続されたフィールド機器とを備え、機器管理装置から通信ラインを介してフィールド機器における機器の状態を表すデータを収集する機器管理システムにおいて、フィールド機器は、機器の状態を表すデータを所定の周期Ｃ１で取得し、その取得したデータを履歴データとして、この履歴データの数が所定数に達した後は最古のデータを最新のデータに書き替えながら、循環してメモリに書き込む履歴データ書込手段を備え、機器管理装置は、メモリに書き込まれている全ての履歴データを周期Ｃ１よりも長い所定の周期Ｃ２で取得する履歴データ取得手段を備えることを特徴とする。

本発明において、フィールド機器は、機器の状態を表すデータ（例えば、診断データ）を所定の周期Ｃ１で取得し、その取得したデータを履歴データとしてメモリに書き込む。この場合、履歴データの数が所定数に達した後は、最古のデータが最新のデータに書き替えられながら、循環して履歴データがメモリに書き込まれる。すなわち、本発明では、メモリをリングバッファとし、このリングバッファに循環して履歴データを書き込む。機器管理装置は、このメモリに書き込まれている全ての履歴データを周期Ｃ１よりも長い周期Ｃ２（Ｃ２＞Ｃ１）で取得する。

ここで、取得した履歴データのうち前回読み取った以降の履歴データを読み取って収集データとして保存するようにすれば、前回から今回までの間に発生した履歴データが前回までの履歴データと合わせて収集データとして保存される。周期Ｃ２毎に、このフィールド機器のメモリに書き込まれている全ての履歴データの取得、この履歴データからの前回読み取った以降の履歴データの収集データとしての保存を繰り返すことにより、一時的にフィールド機器からの履歴データを取得することができないことがあっても、フィールド機器における機器の状態を表すデータを機器管理装置において欠落なく収集することが可能となる。なお、取得した履歴データが最初の履歴データであった場合には、取得した履歴データには前回読み取った履歴データがないので、取得した全ての履歴データを読み取って収集データとして保存するようにする。

本発明によれば、フィールド機器において、機器の状態を表すデータを周期Ｃ１で取得し、その取得したデータを履歴データとして循環してメモリに書き込むようにし、機器管理装置において、フィールド機器のメモリに書き込まれている全ての履歴データを周期Ｃ１よりも長い周期Ｃ２で取得するようにしたので、取得した履歴データのうち前回読み取った以降の履歴データを読み取って収集データとして保存するようにして、ＤＣＳの主たる制御に影響を与えることなく、フィールド機器における診断データなど機器の状態を表すデータを欠落することなく収集することが可能となる。また、周期Ｃ２を周期Ｃ１よりも長くして、通信頻度を下げることができるようになる。

本発明に係る機器管理システムの一実施の形態を含むシステムの要部を示す図である。 ポジショナが備える自己診断機能の概要を示す図である。 ポジショナの要部のブロック図である。 ポジショナの診断部が行う処理動作を示すフローチャートである。 電源ＯＮからの経過時間が２４００秒に達した時点でのポジショナのメモリ（リングバッファ）への履歴データの書込状況を示す図である。 電源ＯＮからの経過時間が１１２００秒に達した時点でのポジショナのメモリ（リングバッファ）への履歴データの書込状況を示す図である。 ポジショナの通信部が行う処理動作を示すフローチャートである。 機器管理装置の要部のブロック図である。 機器管理装置のデータ収集部が行う処理動作を示すフローチャートである。 機器管理装置の通信記憶部への書き込み内容の遷移を示す図である。 機器管理装置の通信部が行う処理動作を示すフローチャートである。 機器管理装置の収集データ記憶部に保存される収集データの遷移を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る機器管理システムの一実施の形態を含むシステムの要部を示す図である。同図において、１００は本発明に係る機器管理システム、２００はＤＣＳ（分散制御システム）である。

ＤＣＳ２００は、監視装置１と、この監視装置１と通信ラインＬを介して接続されたコントローラ２と、このコントローラ２によって制御されるフィールド機器３とを備え、プラントに分散して配置されているフィールド機器３の監視・制御を行う。この実施の形態では、説明を簡単とするために、フィールド機器３をポジショナとし、２台のポジショナ３−１，３−２が設けられているものとする。

機器管理システム１００は、ＤＣＳ２００の通信ラインＬに接続された機器管理装置４を備えており、機器管理装置４はコントローラ２を経由してポジショナ３における各種の診断データを定周期Ｃ２で収集する。なお、この実施の形態において、コントローラ２とポジショナ３との間は２線の伝送路で接続されており、この２線の伝送路に流れる電流信号（４〜２０ｍＡのアナログ信号）にデジタル信号を重畳して診断データの収集を行うが、すなわちＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信によって診断データの収集を行うが、ＦＦ（Fieldbus Foundation）通信によって診断データの収集が行われるものであってもよい。

ポジショナ３は、各種の自己診断機能を備えており、その自己診断機能で得られる診断データを定周期Ｃ１で取得する。図２にポジショナ３が備える自己診断機能の概要を示す。ポジショナ３は、自己診断機能として、摺動距離積算、全閉回数、反転動作回数、開度別頻度分布、最大作動速度、スティックスリップ、偏差、温度などの自己診断機能を有している。例えば、スティックスリップの自己診断機能では、診断データとしてスティックスリップ診断データを６分４０秒周期で取得する。すなわち、周期Ｃ１を６分４０秒として、スティックスリップ診断データを取得する。

図３にポジショナ３の要部のブロック図を示す。ポジショナ３は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、診断部３１と、メモリ３２と、通信部３３とを備えている。このポジショナ３において、メモリ３２としては、リングバッファが用いられている。

診断部３１は、図４にその処理動作のフローチャートを示すように、６分４０秒が経過する毎に（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、すなわち周期Ｃ１が経過する毎に、スティックスリップ診断の計算処理を行い（ステップＳ１０２）、スティックスリップ診断の結果をスティックスリップ診断データとして取得し、このスティックスリップ診断データを履歴データとしてメモリ３２に書き込む（ステップＳ１０３）。診断部３１は、終了要求があるまで（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、ステップＳ１０１〜１０４の処理動作を繰り返す。

この実施の形態において、メモリ３２はリングバッファとされており、診断部３１は、取得した履歴データの数がメモリ３２に書き込むことが可能な最大数（この例では、２５個）に達した後は、最古のデータを最新のデータに書き替えながら、取得した履歴データを循環してメモリ３２に書き込んで行く。

図５に電源ＯＮからの経過時間が２４００秒に達した時点でのメモリ３２への履歴データの書込状況を示す。この場合、履歴データとして「データ１」，「データ２」の２組みのデータを６個、そのデータＮＯ．と電源ＯＮからの経過秒とを付して、メモリ３２に書き込んでいる。メモリ３２において、履歴データが書き込まれていない領域は、「０ｘＦＦ」とされている。

図６に電源ＯＮからの経過時間が１１２００秒に達した時点でのメモリ３２への履歴データの書込状況を示す。この場合、「データ１」，「データ２」の２組みのデータは最初から数えると２８個取得されているが、メモリ３２に書き込むことが可能な最大個数は２５個であるので、ＮＯ．１の履歴データがＮＯ．２６の履歴データに書き替えられ、ＮＯ．２の履歴データがＮＯ．２７の履歴データに書き替えられ、ＮＯ．３の履歴データがＮＯ．２８の履歴データに書き替えられている。

一方、通信部３３は、機器管理装置４からのコマンドの着信を確認すると（図７：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、そのコマンドに含まれる要求パラメタの解釈処理を行う（ステップＳ２０２）。この場合、機器管理装置４からのコマンドとして、スティックスリップ診断データの返送要求が送られてきたものとする。機器管理装置４は、スティックスリップ診断データの収集を行う場合、ポジショナ３におけるスティックスリップ診断データの取得周期（診断周期）Ｃ１（６分４０秒）よりも長い周期（収集周期）Ｃ２（Ｃ２＞Ｃ１）で、スティックスリップ診断データの返送要求をポジショナ３へ送る。この例では、収集周期Ｃ２を２０分としている。

通信部３３は、機器管理装置４からスティックスリップ診断データの返送要求が送られてくると、メモリ３２に履歴データとして書き込まれているスティックスリップ診断データの全てを結果データとして通信用のバッファ（図示せず）にコピーし（ステップＳ２０３）、そのコピーした結果データを機器管理装置４に返送する（ステップＳ２０４）。通信部３３は、終了要求があるまで（ステップＳ２０５のＹＥＳ）、ステップＳ２０１〜２０４の処理動作を繰り返す。

図８に機器管理装置４の要部のブロック図を示す。機器管理装置４は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、データ収集部４１と、通信記憶部４２と、収集データ記憶部４３と、通信部４４とを備えている。

データ収集部４１は、図９にその処理動作のフローチャートを示すように、２０分経過する毎に（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、すなわち周期Ｃ２が経過する毎に、通信記憶部４２から「前回データＮＯ．」と「経過秒」を取得する（ステップＳ３０２）。

通信記憶部４２には、図１０に示すように、データ収集部４１が収集データとして読み取った前回の履歴データの最終のデータＮＯ．が「前回データＮＯ．」として、またその前回の最終の履歴データのポジショナ電源ＯＮからの経過秒が「経過秒」として、ポジショナ３−１，３−２のデバイスタグ（フィールド機器（１）、フィールド機器（２））と対応づけて書き込まれている。この通信記憶部４２に書き込まれる「前回データＮＯ．」と「経過秒」については後述する。なお、機器管理装置４の電源ＯＮ時には、図１０（ａ）に示すように、フィールド機器（１），フィールド機器（２）ともに、「前回データＮＯ．」および「経過秒」は０とされている。

データ収集部４１は、通信記憶部４２から「前回データＮＯ．」と「経過秒」を取得すると、通信要求を通信部４４へ送る（ステップＳ３０３）。通信部４４は、データ収集部４１から通信要求が送られてくると（図１１：ステップＳ４０１のＹＥＳ）、ポジショナ３へコマンドを送信する（ステップＳ４０２）。この場合、コマンドとして、スティックスリップ診断データの返送要求を送るものとする。

このコマンドを受けて、ポジショナ３は、前述したように、メモリ３２に書き込まれているスティックスリップ診断データの全て（全ての履歴データ）を結果データとして機器管理装置４へ返送する。この場合、ポジショナ３−１，３−２に順番にアクセスすることにより、ポジショナ３−１，３−２から結果データが送られてくるが、以下ではポジショナ３−１から結果データが送られてきた場合を例にとって説明する。

通信部４４は、ポジショナ３−１からの結果データの着信を確認すると（ステップＳ４０３のＹＥＳ）、通信結果の「データＮＯ．」と「経過秒」と通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」とを比較する（ステップＳ４０４）。すなわち、データ収集部４１がステップＳ３０２で取得したフィールド機器（１）の「前回データＮＯ．」と「経過秒」を通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」とし、ポジショナ３−１から取得した結果データの中に通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」と一致する履歴データがあるか否かを確認する。

ここで、ステップＳ４０２でのコマンド送信が機器管理装置４の電源をＯＮとした後の初めてのコマンド送信（２０分経過後のコマンド送信）であった場合、すなわち通信部４４が取得した結果データが最初の結果データであった場合、ステップＳ４０４で比較される通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」はともに０であり（図１０（ａ）参照）、ポジショナ３−１から取得した結果データの中には通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」と一致する履歴データがない。

この場合、通信部４４は、ポジショナ３−１から取得した結果データの中に通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」と一致するデータがないと判断し（ステップＳ４０５のＮＯ）、ポジショナ３−１から結果データとして取得した全ての履歴データを収集データとしてデータ収集部４１へ送る（ステップＳ４０６）。データ収集部４１は、通信部４４からの収集データを読み取り、その読み取った収集データの最終の「データＮＯ．」と「経過秒」を通信記憶部４２に保存する（ステップＳ３０４、図１０（ｂ）参照）。

そして、データ収集部４１は、読み取った収集データの中にすでに記憶済みのデータがあればそれを除外したうえ（ステップＳ３０５）、読み取った収集データを収集データ記憶部４３に保存する（ステップＳ３０６）。図１２（ｂ）にこの時の収集データ記憶部４３への収集データの保存状況を例示する。機器管理装置４の電源ＯＮ時には、図１２（ａ）に示すように、収集データ記憶部４３にはポジショナ３−１からの収集データは保存されていないが、電源をＯＮとしてから２０分経過後は、図１２（ｂ）に示すように、ポジショナ３−１からの結果データ（ポジショナ３-１のメモリ３２に書き込まれている全ての履歴データ）が収集データとして収集データ記憶部４３に保存される。

これに対し、例えば、ステップＳ４０２でのコマンド送信が機器管理装置４の電源ＯＮ後、４０分経過した後のコマンド送信であった場合、ステップＳ４０４で比較される通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」は、データ収集部４１が収集データとして読み取った前回の履歴データの最終の「データＮＯ．」と「経過秒」となる。この例では、「データＮＯ．」は「３」、「経過秒」は「１２００秒」となる（図１０（ｂ）参照）。この場合、ポジショナ３−１から取得した結果データの中には通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」と一致するデータがある。

このため、通信部４４は、ポジショナ３−１から取得した結果データの中に通信要求の「データＮＯ．」と「経過秒」と一致するデータがあると判断し（ステップＳ４０５のＹＥＳ）、ポジショナ３−１から取得した結果データのうち通信要求の「データＮＯ．」、「経過秒」以降のデータ、すなわち前回読み取った以降の履歴データを収集データとしてデータ収集部４１へ送る（ステップＳ４０７）。データ収集部４１は、通信部４４からの収集データを読み取り、その読み取った収集データの最終の「データＮＯ．」と「経過秒」を通信記憶部４２に保存する（ステップＳ３０４、図１０（ｃ）参照）。

そして、データ収集部４１は、読み取った収集データの中にすでに記憶済みのデータがあればそれを除外したうえ（ステップＳ３０５）、読み取った収集データを収集データ記憶部４３に保存する（ステップＳ３０６）。図１２（ｃ）にこの時の収集データ記憶部４３への収集データの保存状況を例示する。収集データ記憶部４３には、前回までの履歴データ（データＮＯ．１〜３の履歴データ）と合わせて、前回から今回までの間の履歴データ（データＮＯ．４〜６の履歴データ）が収集データとして保存される。

データ収集集部４１は、終了要求があるまで（ステップＳ３０７のＹＥＳ）、ステップＳ３０１〜Ｓ３０７の処理動作を繰り返す。通信部４４は、終了要求があるまで（ステップＳ４０８のＹＥＳ）、ステップＳ４０１〜Ｓ４０８の処理動作を繰り返す。

この処理動作の繰り返しにより、機器管理装置４は、周期Ｃ２が経過する毎に、ポジショナ３−１からの結果データ（メモリ３２に書き込まれている全ての履歴データ）を取り込み、この取り込んだ結果データのうち前回読み取った以降の履歴データを収集データとして読み取り、この読み取った収集データを収集データ記憶部４３に保存して行く。

また、この処理動作の繰り返しにより、一時的にポジショナ３−１からの結果データを取得することができないことがあっても、ポジショナ３−１におけるスティックスリップ診断データを機器管理装置４において欠落なく収集することが可能となる。

すなわち、機器管理装置４からコマンドを送っても、ＤＣＳの本来の目的の制御を優先させるために、ポジショナ３−１から結果データを取り込むことができないことがある。この場合、機器管理装置４は、ポジショナ３−１から結果データを取り込むことができるようになった時点で、その取り込んだ結果データからそれまで読み取ることができなかった履歴データを収集データとして読み取り、収集データ記憶部４３に保存する。これにより、ポジショナ３−１におけるスティックスリップ診断データを欠落なく収集することが可能となる。

また、本実施の形態では、ポジショナ３におけるスティックスリップ診断データの取得周期（診断周期）Ｃ１よりも機器管理装置４におけるデータの取得周期（収集周期）Ｃ２を長くするので、通信頻度が下がるものとなる。

なお、上述した実施の形態では、ポジショナ３−１から結果データ（メモリ３２に書き込まれている全ての履歴データ）を取得し、その結果データから収集データを読み取って収集データ記憶部４３に保存する例について説明したが、ポジショナ３−２についても同様にしてその結果データが取得され、その結果データから収集データが読み取られて収集データ記憶部４３に保存される。図１０、図１２には、ポジショナ３−１だけではなく、ポジショナ３−２も合わせて、通信記憶部４２への書き込み内容の遷移、収集データ記憶部４３に保存される収集データの遷移を示している。

また、上述した実施の形態では、説明を簡単とするためにポジショナ３をポジショナ３−１，３−２の２つとしたが、プラントにはさらに多くのポジショナが分散して配置されている。機器管理装置４は、このプラントに分散して配置されているポジショナから、同様にしてデータを収集する。また、本発明において、フィールド機器はポジショナに限られるものでないことは言うまでもなく、機器の状態を表すデータも診断データに限られるものでもない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…監視装置、２…コントローラ、３（３−１，３−２）…ポジショナ、４…機器管理装置、Ｌ…通信ライン、３１…診断部、３２…メモリ（リングバッファ）、３３…通信部、４１…データ収集部、４２…通信記憶部、４３…収集データ記憶部、４４…通信部、１００…機器管理システム、２００…ＤＣＳ（分散制御システム）。

Claims (6)

1. 機器管理装置と、この機器管理装置と通信ラインを介して接続されたフィールド機器とを備え、前記機器管理装置から前記通信ラインを介して前記フィールド機器における機器の状態を表すデータを収集する機器管理システムにおいて、
   前記フィールド機器は、
   前記機器の状態を表すデータを所定の周期Ｃ１で取得し、その取得したデータを履歴データとして、この履歴データの数が所定数に達した後は最古のデータを最新のデータに書き替えながら、循環してメモリに書き込む履歴データ書込手段を備え、
   前記機器管理装置は、
   前記メモリに書き込まれている全ての履歴データを前記周期Ｃ１よりも長い所定の周期Ｃ２で取得する履歴データ取得手段
   を備えることを特徴とする機器管理システム。
2. 請求項１に記載された機器管理システムにおいて、
   前記機器管理装置は、
   前記履歴データ取得手段が取得した履歴データのうち前回読み取った以降の履歴データを読み取って収集データとして保存する収集データ保存手段
   を備えることを特徴とする機器管理システム。
3. 請求項２に記載された機器管理システムにおいて、
   前記収集データ保存手段は、
   前記履歴データ取得手段が取得した履歴データが最初の履歴データであった場合、取得した全ての履歴データを読み取って収集データとして保存する
   ことを特徴とする機器管理システム。
4. 機器管理装置と、この機器管理装置と通信ラインを介して接続されたフィールド機器とを備えたシステムに用いられ、前記機器管理装置から前記通信ラインを介して前記フィールド機器における機器の状態を表すデータを収集する機器管理方法において、
   前記フィールド機器において、
   前記機器の状態を表すデータを所定の周期Ｃ１で取得し、その取得したデータを履歴データとして、この履歴データの数が所定数に達した後は最古のデータを最新のデータに書き替えながら、循環してメモリに書き込む履歴データ書込ステップと、
   前記機器管理装置において、
   前記メモリに書き込まれている全ての履歴データを前記周期Ｃ１よりも長い所定の周期Ｃ２で取得する履歴データ取得ステップと
   を備えることを特徴とする機器管理方法。
5. 請求項４に記載された機器管理方法において、
   前記機器管理装置において、
   前記履歴データ取得ステップで取得された履歴データのうち前回読み取った以降の履歴データを読み取って収集データとして保存する収集データ保存ステップ
   を備えることを特徴とする機器管理方法。
6. 請求項５に記載された機器管理方法において、
   前記収集データ保存ステップは、
   前記履歴データ取得ステップで取得された履歴データが最初の履歴データであった場合、取得した全ての履歴データを読み取って収集データとして記憶する
   ことを特徴とする機器管理方法。

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