JP2015141513A - 制御装置、管理装置、プラント制御システム、及びデータ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラントの作業員のバイタルデータを活用して、プラントの健全性を維持することが可能な制御装置等を提供する。【解決手段】制御装置は、フィールド機器から得られるプロセスデータＰＤ１と、プラントの正常時にフィールド機器から得られたプロセスデータＰＤ２との相違を示す指標化データＩＤ１と、プラントの作業員から得られるバイタルデータＶＤ１と、プラントの正常時に作業員から得られたバイタルデータＶＤ２との相違を示す指標化データＩＤ２とを算出し、算出された指標化データＩＤ１，ＩＤ２を用いてプラントの健全性を判定する。【選択図】図４

Description

本発明は、制御装置、管理装置、プラント制御システム、及びデータ処理方法に関する。

従来から、プラントや工場等（以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という）においては、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器、表示器、報知器、その他の機器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されており、高度な自動操業が実現されている。このような分散制御システムでは、プロセス制御に必要となるプロセスデータが制御装置とフィールド機器との間で相互にやりとりされている。

また、近年においては、プラントの効率を最大限に高めるべく、上記の分散制御システムとともに、プラント資産管理（ＰＡＭ：Plant Asset Management）システムが構築されることが多くなっている。このプラント資産管理システムは、プラントを構成する機器や装置等の設備の設備保全や予知保全を行い、設備を長期に亘って適切な状態で維持管理するシステムである。このようなプラント資産管理システムでは、設備管理に必要なデータ（フィールドデータ）がフィールド機器からプラント資産管理システムの中核をなす管理装置で収集されている。

上述の分散制御システムやプラント資産管理システムは、基本的にはフィールド機器から得られるデータを収集するものであるが、近年では、フィールド機器から得られるデータのみならず、プラントの運転員や作業員（以下、これらを総称する場合には、「プラントの作業員」という）の運転負荷に関するデータの収集を行う装置やシステムの開発も行われている。例えば、以下の特許文献１には、機器を操作する運転員の運転負荷（例えば、操作回数）を把握し、その運転負荷の経時変化（負荷トレンド）をグラフで表示したり、プロセスデータ等との相関を取って解析を行ったりすることが可能な装置が開示されている。

特許第４２５８４２４号公報

ところで、近年のフィールド機器は、ディジタル化及びインテリジェント化が図られており、多様なデータが大量に得られるものが多くなっている。例えば、自己診断機能（自機の状態を診断する機能）を備えるフィールド機器からは、フィールド機器の現在の状態を示すデータが得られることになる。このようなデータが得られると、例えばフィールド機器の状態を早期に察知することができるため、プラントを安全且つ効率に運転する上では好ましいと考えられる。

ここで、プラントの事故は、プラントの作業員による人為的なミス（ヒューマンエラー）で生ずることがある。このため、近年においては、プラントの作業員もプラントの構成要素の一部と考え、プラントの作業員のバイタルデータ（生体情報）を、上記のフィールド機器から得られる多様なデータとともに収集して、より高い信頼性をもってプラントを運転することが可能なシステムの開発が行われている。尚、上記のバイタルデータとは、例えばプラントの作業員の血圧、脈拍、呼吸、体温等を示すデータである。

しかしながら、プラントの作業員の状態を示すバイタルデータは、プラントの一要素であるが人的な情報であるため取り扱いが困難であり、プラントの運転に大きな影響を与えるデータであるにも拘わらず、システムへの導入が少ないのが現状である。また、バイタルデータが導入されているシステムであっても、作業員の状態を示すデータとして単独で用いられているに過ぎず、バイタルデータとプロセスデータとを融合してプラントの健全性を維持している訳ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プラントの作業員のバイタルデータを活用して、プラントの健全性を維持することが可能な制御装置、管理装置、プラント制御システム、及びデータ処理方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器（１０）との間でプロセスデータ（ＰＤ）の授受を行って前記プラントの制御を行う制御装置（２０）において、前記フィールド機器から得られる前記プロセスデータ（ＰＤ１）と、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られた前記プロセスデータ（ＰＤ２）との相違を示す第１指標化データ（ＩＤ１）と、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータ（ＶＤ１）と、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータ（ＶＤ２）との相違を示す第２指標化データ（ＩＤ２）とを算出する算出部（２５ａ）と、前記算出部で算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する判定部（２５ｂ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の制御装置は、前記判定部が、前記第１指標化データと記第１指標化データに対して設定された第１閾値との大小関係と、前記第２指標化データと記第２指標化データに対して設定された第２閾値との大小関係とに基づいて前記プラントの健全性を判定することを特徴としている。
また、本発明の制御装置は、前記第１，第２指標化データの異常部分のデータである第１予備データ（Ｄ２）と、前記第１，第２指標化データの異常発生の頻度を示すデータである第２予備データ（Ｄ３）とを格納する格納部（２６）を備えており、前記判定部が、前記第１，第２指標化データを用いた前記プラントの健全性の判定に先立ち、前記格納部に格納された前記第１，第２予備データの少なくとも一方を用いた予備判定を行うことを特徴としている。
また、本発明の制御装置は、前記判定部の判定結果を表示する表示部（２７）を備えることを特徴としている。
或いは、本発明の制御装置は、前記判定部の判定結果として、前記第１，第２指標化データを用いた前記プラントの健全性の判定結果と、前記第１，第２予備データを用いた予備判定の判定結果とを表示する表示部（２７）を備えることを特徴としている。
本発明の管理装置は、プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器（１０）から前記フィールド機器の状態を示すフィールドデータ（ＦＤ）を収集して前記プラントの状態を管理する管理装置（３０）において、前記フィールド機器から得られる前記フィールドデータと、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られた前記フィールドデータとの相違を示す第１指標化データと、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータと、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータとの相違を示す第２指標化データとを算出する算出部と、前記算出部で算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する判定部とを備えることを特徴としている。
また、本発明のプラント制御システムは、プラントの管理制御を行うプラント制御システム（１）において、前記プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器（１０）と、前記フィールド機器との間でプロセスデータ（ＰＤ）の授受を行って前記プラントの制御を行う上記の何れかに記載の制御装置（２０）と、前記フィールド機器から前記フィールド機器の状態を示すフィールドデータ（ＦＤ）を収集して前記プラントの状態を管理する上記の管理装置（３０）とを備えることを特徴としている。
本発明のデータ処理方法は、プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器（１０）から得られるデータの処理を行うデータ処理方法であって、前記フィールド機器から得られるデータ（ＰＤ、ＦＤ）と、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られたデータとの相違を示す第１指標化データ（ＩＤ１）と、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータ（ＶＤ）と、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータとの相違を示す第２指標化データ（ＩＤ２）とを算出する第１ステップと、前記第１ステップで算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する第２ステップとを有することを特徴としている。

本発明によれば、プラントの作業員のバイタルデータを活用して、プラントの健全性を維持することが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態によるプラント制御システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による制御装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による管理装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による制御装置で行われる健全性判定処理を説明するための図である。 本発明の一実施形態における健全性の判定結果の一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるプロセスデータ及びバイタルデータの一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるプロセスデータ及びバイタルデータの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態における健全性の判定結果の表示例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による制御装置、管理装置、プラント制御システム、及びデータ処理方法について詳細に説明する。

〈プラント制御システム〉
図１は、本発明の一実施形態によるプラント制御システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のプラント制御システム１は、フィールド機器１０、制御装置２０、管理装置３０、及び上位装置４０を備えており、プラント（図示省略）で実現される工業プロセスの制御を行うとともに、プラントを構成する機器（フィールド機器１０を含む）や装置等の設備の管理を行う。ここで、上記のプラントとしては、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。

フィールド機器１０は、プラントの現場に設置されて制御装置２０の制御の下で工業プロセスの制御に必要な測定や操作を行う機器である。具体的に、フィールド機器１０は、例えば圧力計や流量計や温度センサやガスセンサや振動センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器である。尚、フィールド機器１０は、プラントに複数設けられるが、図１では図示を簡略するために、プラントに設けられる複数のフィールド機器をまとめてフィールド機器１０として表している。

ここで、フィールド機器１０（プラントに設置される各フィールド機器）は、フィールド機器１０の上位に位置づけられる制御装置２０及び管理装置３０との間で通信を行うとともに、フィールド機器間の通信を行う。例えば、フィールド機器１０は、制御装置２０及び管理装置３０並びに他のフィールド機器との間で、ネットワークや通信バス（図示省略）を介した有線通信、或いはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う。

具体的に、フィールド機器１０は、図１に示す通り、制御装置２０との間でプロセス制御に必要となるプロセスデータＰＤの送受信を行う。例えば、工業プロセスにおける状態量（例えば、流体の流量）の測定データを制御装置２０に向けて送信するとともに、制御装置２０から送信されてくる制御データ（例えば、流体の流量を制御するためのデータ）を受信する。

また、フィールド機器１０は、図１に示す通り、管理装置３０に向けてフィールド機器１０の状態を示すフィールドデータＦＤを送信する。このフィールドデータＦＤは、フィールド機器１０の経年劣化状況を示すデータ、フィールド機器１０が受けたストレスを示すデータ、及びフィールド機器１０で行われる自己診断の診断結果を示すデータ、並びにアラームデータ及び五感データを含むデータである。これらフィールドデータＦＤは、プラントの現場（フィールド）で得られる所謂ビッグデータということができる。

制御装置２０は、分散制御システム（ＤＣＳ）の中核をなす装置であり、フィールド機器１０との間でプロセスデータＰＤの授受を行って工業プロセスの制御を行う。この制御装置２０は、例えばプラントの運転を行う運転員によって操作される。制御装置２０は、フィールド機器１０との間、及び管理装置３０との間で通信を行う。例えば、制御装置２０は、フィールド機器１０と同様に、ネットワークや通信バス（図示省略）を介した有線通信、或いはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う。

具体的に、制御装置２０は、フィールド機器１０との間でプロセス制御に必要となるプロセスデータＰＤの送受信を行う。例えば、フィールド機器１０から送信されてくる測定データ（例えば、流体の流量）を受信し、制御データ（例えば、流体の流量を制御するためのデータ）をフィールド機器１０に向けて送信する。また、制御装置２０は、管理装置３０から送信されてくるアラームデータＡＤを受信する。尚、制御装置２０は、上位装置４０に対してプラントの制御に係る制御情報ＣＩを送信する。

また、制御装置２０は、フィールド機器１０から得られるプロセスデータＰＤと、プラントの作業員から得られるバイタルデータＶＤとを用いてプラントの健全性を判定し、その判定結果を表示する。ここで、上記のバイタルデータＶＤは、例えばプラントの作業員の血圧、脈拍、呼吸、体温等を示すデータである。このバイタルデータＶＤは、例えば作業員に取り付けられたセンサによって得られ、センサから制御装置２０や管理装置３０に送信されるデータである。尚、制御装置２０の詳細については後述する。

管理装置３０は、プラント資産管理（ＰＡＭ）システムの中核をなす装置であり、フィールド機器１０からフィールドデータＦＤを収集してプラントの状態を管理する。この管理装置３０は、例えばプラントのメンテナンス（保守作業）を行う作業員によって操作される。管理装置３０は、フィールド機器１０との間、及び制御装置２０との間で通信を行う。尚、管理装置３０は、制御装置２０と同様に、ネットワークや通信バス（図示省略）を介した有線通信、或いはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う。具体的に、管理装置３０は、フィールド機器１０から送信されてくるフィールドデータＦＤを収集するとともに、制御装置２０に対してアラームデータＡＤを送信する。

ここで、管理装置３０は、収集したフィールドデータＦＤを用いて、プラントの状態を管理するために必要となるメンテナンス情報ＭＩを求める。具体的に、管理装置３０は、プラントを構成するフィールド機器１０等の設備の設備保全や予知保全を行い、設備を長期に亘って適切な状態で維持管理するために必要となる情報（例えば、機器の最適なメンテナンス時期や交換時期等を示す情報）をメンテナンス情報ＭＩとして求める。

また、管理装置３０は、フィールド機器１０から得られるフィールドデータＦＤと、プラントの作業員から得られるバイタルデータＶＤとを用いてプラントの健全性を判定し、その判定結果を表示する。ここで、上記のバイタルデータＶＤは、制御装置２０に入力されるバイタルデータＶＤと同様に、例えばプラントの作業員の血圧、脈拍、呼吸、体温等を示すデータであり、作業員に取り付けられたセンサによって得られるデータである。

上位装置４０は、プラントの制御状態及び管理状態を総合的に監視するために用いられる装置である。この上位装置４０は、例えばプラントの管理を行う管理者によって操作される。上位装置４０は、制御装置２０から送信されてくる制御情報ＣＩ及び管理装置３０から送信されてくるメンテナンス情報ＭＩを受信し、これら制御情報ＣＩ及びメンテナンス情報ＭＩを用いてプラントの管理を行う上で有用な情報を求めて表示装置（図示省略）に表示する。

〈制御装置〉
図２は、本発明の一実施形態による制御装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、制御装置２０は、入力部２１、操作指示部２２、制御演算部２３、操作部２４、解析診断部２５、格納部２６、及び表示部２７を備える。入力部２１は、フィールド機器１０から送信されてくるプロセスデータＰＤ、並びにプラントの作業員に取り付けられたセンサから送信されてくるバイタルデータＶＤ及び位置データＬＤを入力する。尚、作業員に取り付けられたセンサは、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）等の測位機能を備えており、検出した位置を示す位置データＬＤを上記のバイタルデータＶＤとともに送信可能である。

操作指示部２２は、キーボードやマウス等の操作装置を備えており、例えばプラントの運転員が操作装置を操作した内容に応じた指示を制御装置２０に入力する。具体的に、プラントの運転員が操作指示部２２に設けられた操作装置を操作することによって、制御装置２０には、プロセス制御の目標値（目標温度、目標流量等）や表示部２７に表示させるべき情報の指示が入力される。

制御演算部２３は、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤが、操作指示部２２から入力される目標値となるように、フィールド機器１０を制御するための制御値（例えば、フィールド機器１０をＰＩＤ制御するための制御値）を演算する。操作部２４は、制御演算部２３で演算された制御値、又は解析診断部２５から出力される制御信号に応じた操作を行う。具体的に、操作部２４は、制御演算部２３で演算された制御値に応じた制御信号を制御対象のフィールド機器１０に送信する。また、操作部２４は、解析診断部２５から出力される制御信号に応じて、フィールド機器１０の誤動作を防止するための操作や、フィールド機器１０を自動停止させるための操作を行う。

解析診断部２５は、入力部２１に入力される各種データと、格納部２６に格納された各種データとを用いてプラントの健全性を解析・診断する。具体的に、解析診断部２５は、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤ（更には、位置データＬＤ）と、格納部２６に格納されたヒストリアンデータＤ１（更には、異常パターンデータＤ２や異常発生頻度データＤ３）とを用いてプラントの健全性を診断する。

この解析診断部２５は、指標化データ算出部２５ａ（算出部）、健全性判定部２５ｂ（判定部）、及び重要ループ監視部２５ｃを備える。指標化データ算出部２５ａは、プロセスデータＰＤについての指標化データ（第１指標化データ）と、バイタルデータＶＤについての指標化データ（第２指標化データ）とを算出する。ここで、指標化データとは、プラントの正常時に得られるデータと現時点で得られるデータとの相違（ＧＡＰ）を示すデータである。ここで、プラントの正常時とは、プラントで実現されているプロセスの状態（機器、配管、流量等の状態を含む）、及びプラントの要素である作業員の状態が正常なときをいう。具体的には、フィールド機器１０から得られるプロセスデータＰＤ及び作業員から得られるバイタルデータＶＤが予め設定された正常範囲に収まっている状態をいう。

具体的に、指標化データ算出部２５ａは、例えば入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤと、ヒストリアンデータＤ１に含まれる正常時のプロセスデータ（プラントの正常時に入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ）との差分を求めることによって、プロセスデータＰＤについての指標化データを算出する。同様に、指標化データ算出部２５ａは、例えば入力部２１に入力されるバイタルデータＶＤと、ヒストリアンデータＤ１に含まれる正常時のバイタルデータ（プラントの正常時に入力部２１に入力されたバイタルＶＤ）との差分を求めることによって、バイタルデータＶＤについての指標化データを算出する。尚、指標化データは、上述の差分を求める方法以外に、変化率を求める方法、標準偏差を求める方法、その他の方法を用いて求めることができる。例えば、変化率は、現時点のデータを正常時のデータによって除算した値であり、標準偏差は、正常時のデータに対する複数の現時点のデータのばらつきを表す値である。

健全性判定部２５ｂは、指標化データ算出部２５ａで算出されたプロセスデータＰＤについての指標化データと、バイタルデータＶＤについての指標化データとを用いてプラントの健全性を判定する。具体的に、健全性判定部２５ｂは、プロセスデータＰＤについての指標化データとこの指標化データに対して設定された閾値（第１閾値）との大小関係と、バイタルデータＶＤについての指標化データとこの指標化データに対して設定された閾値（第２閾値）との大小関係とに基づいてプラントの健全性を判定する。

また、健全性判定部２５ｂは、上記のプラントの健全性の判定に先立ち、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤと、格納部２６に格納された異常パターンデータＤ２や異常発生頻度データＤ３とを用いて予備判定を行う。このような、予備判定を行うのは、プラントの健全性の判定精度を高めるためである。重要ループ監視部２５ｃは、プラント制御のために実現されている各種制御ループのうち、重要な制御ループの監視を行う。このような重要ループ監視部２５ｃを設けるのは、重要な制御ループに生ずる異常を早期に発見して、自動停止等を速やかに行えるようにするためである。

ここで、解析診断部２５は、入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤのうち、プラントの正常時に入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤを、ヒストリアンデータＤ１として格納部２６に逐次格納する。また、解析診断部２５は、プラントの健全性が異常であると健全性判定部２５ｂで判定された場合に、プロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤについての指標化データの異常部分のデータを異常パターンデータＤ２として格納部２６に格納し、プロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤについての指標化データの異常発生の頻度を示すデータを異常発生頻度データＤ３として格納部２６に格納する。尚、所定期間（例えば、１日又は１週間）毎に、異常部分のデータを一括りのパターンとして異常パターンＤ２に格納でき、また、所定期間毎の異常発生の頻度を異常発生頻度データＤ３に格納できる。

格納部２６は、例えばハードディスク等の外部記憶装置を備えており、上述したヒストリアンデータＤ１、異常パターンデータＤ２（第１予備データ）、及び異常発生頻度データＤ３（第２予備データ）を格納する。表示部２７は、液晶表示装置等の表示装置を備えており、制御装置２０に入力される各種情報、或いは制御装置２０で生成される各種情報を表示する。例えば、表示部２７は、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤやバイタルデータＶＤ、解析診断部２５の健全性判定部２５ｂの判定結果等を表示する。尚、健全性判定部２５ｂの判定結果等を表示する場合には、表示部２７は、上述したプラントの健全性の判定結果と、上述した予備判定の判定結果とを表示する。

〈管理装置〉
図３は、本発明の一実施形態による管理装置の要部構成を示すブロック図である。図３に示す通り、管理装置３０は、入力部３１、操作指示部３２、メンテナンス情報演算部３３、通信部３４、解析診断部３５、格納部３６、及び表示部３７を備える。入力部３１は、図２に示す制御装置２０の入力部２１に相当するものであり、フィールド機器１０から送信されてくるフィールドデータＦＤ、並びにプラントの作業員に取り付けられたセンサから送信されてくるバイタルデータＶＤ及び位置データＬＤを入力する。

操作指示部３２は、図２に示す制御装置２０の操作指示部２２に相当するものである。メンテナンス情報演算部３３は、入力部３１に入力されるフィールドデータＦＤを用いて、プラントの状態を管理するために必要となるメンテナンス情報ＭＩを求める。具体的に、メンテナンス情報演算部３３は、プラントを構成するフィールド機器１０等の設備の設備保全や予知保全を行い、設備を長期に亘って適切な状態で維持管理するために必要となる情報（例えば、機器の最適なメンテナンス時期や交換時期等を示す情報）をメンテナンス情報ＭＩとして求める。通信部３４は、上位装置４０との間で通信を行い、メンテナンス情報演算部３３で求められたメンテナンス情報ＭＩを上位装置４０に送信する。

解析診断部３５は、図２に示す制御装置２０の解析診断部２５に相当するものである。この解析診断部３５は、解析診断部２５に設けられた指標化データ算出部２５ａ及び健全性判定部２５ｂに相当する指標化データ算出部３５ａ及び健全性判定部３５ｂを備えるものの、解析診断部２５に設けられた重要ループ監視部２５ｃに相当する構成は省略されている。格納部３６及び表示部３７は、図２に示す制御装置２０の格納部２６及び表示部２７にそれぞれ相当するものである。

〈プラント制御システムの動作〉
次に、上記構成におけるプラント制御システムの動作について説明する。尚、以下では、主として制御装置２０の動作について説明する。制御装置２０では、フィールド機器１０との間でプロセスデータＰＤの授受を行ってプラント制御に係る動作が行われる。具体的に、制御装置２０では、一定の時間間隔（例えば、１秒間隔）でフィールド機器１０（例えば、センサ機器）から送信されるプロセスデータＰＤを受信し、受信したプロセスデータＰＤを用いてフィールド機器１０（例えば、バルブ機器）の操作量を制御するための制御値を求める処理が行われる。

ここで、制御装置２０で受信されたプロセスデータＰＤは、図２に示す入力部２１に入力される。そして、制御演算部２３において、フィールド機器１０（例えば、バルブ機器）の操作量を制御するための制御値を求める処理が行われる。制御演算部２３で求められた制御値は操作部２４に出力され、制御信号としてフィールド機器１０（例えば、バルブ機器）に送信される。

制御装置２０からの制御信号がフィールド機器１０で受信されると、その制御信号に応じた操作（例えば、バルブ機器でのバルブの開度の調整）がフィールド機器１０で行われる。このような動作が、上述した一定の時間間隔（例えば、１秒間隔）で繰り返される。尚、制御装置２０の制御演算部２３で求められた制御値は、制御情報ＣＩとして上位装置４０に送信される。

また、以上のプラント制御に係る動作と並行して、制御装置２０では、プラントの健全性を判定する処理が行われる。具体的には、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤ（更には、位置データＬＤ）と、格納部２６に格納されたヒストリアンデータＤ１とを用いて、解析診断部２５においてプラントの健全性が判定される。図４は、本発明の一実施形態による制御装置で行われる健全性判定処理を説明するための図である。

まず、図４に示す通り、解析診断部２５の指標化データ算出部２５ａにおいて、入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ（図４中のプロセスデータＰＤ１）と、格納部２６に格納されたヒストリアンデータＤ１に含まれる正常時のプロセスデータＰＤ（図４中のプロセスデータＰＤ２）との差分を求める処理が行われる。これにより、プロセスデータＰＤについての指標化データ（図４中の指標化データＩＤ１）が求められる。

また、上記の処理と並行して、入力部２１に入力されたバイタルデータＶＤ（図４中のバイタルデータＶＤ１）と、格納部２６に格納されたヒストリアンデータＤ１に含まれる正常時のバイタルデータＶＤ（図４中のバイタルデータＶＤ２）との差分を求める処理が行われる。これにより、バイタルデータＶＤについての指標化データ（図４中の指標化データＩＤ２）が求められる（第１ステップ）。

指標化データ算出部２５ａで求められたプロセスデータＰＤについての指標化データＩＤ１及びバイタルデータＶＤについての指標化データＩＤ２は、健全性判定部２５ｂに入力される。そして、図４に示す通り、プラントの健全性を判定する処理が健全性判定部２５ｂで行われる。具体的には、プロセスデータＰＤについての指標化データＩＤ１と予め設定された閾値（第１閾値）との大小関係を求めるとともに、バイタルデータＶＤについての指標化データＩＤ２と予め設定された閾値（第２閾値）との大小関係を求め、これらの大小関係に基づいてプラントの健全性を判定する処理が健全性判定部２５ｂで行われる（第２ステップ）。

図５は、本発明の一実施形態における健全性の判定結果の一例を示す図である。図５に示す例では、健全性判定部２５ｂの判定結果は、以下の３つの判定結果Ｊ１〜Ｊ３に分類されている。
・判定結果Ｊ１：「異常状態」…例えば、プラントの運転員が対応できない程度の異常が生じ、プロセスの停止が必要であると想定される状態
・判定結果Ｊ２：「不安定状態」…例えば、プラントの運転員が不安定で操作ミスが生じ易く、プラントの運転員によって行われた操作の再確認が必要であると想定される状態
・判定結果Ｊ３：「正常状態」…例えば、プラントの運転員が正常であり、プラントの異常や運転員の状態に問題が生じていないと想定される状態

例えば、指標化データＩＤ１が閾値を超えている場合には、指標化データＩＤ２が閾値を超えているか否かに拘わらず、健全性判定部２５ｂの判定結果は、上記の「異常状態」（判定結果Ｊ１）となる。また、指標化データＩＤ１が閾値を超えておらず、指標化データＩＤ２が閾値を超えている場合には、健全性判定部２５ｂの判定結果は、上記の「不安定状態」（判定結果Ｊ２）となる。また、指標化データＩＤ１，ＩＤ２が共に閾値を超えていない場合には、健全性判定部２５ｂの判定結果は、上記の「正常状態」（判定結果Ｊ３）となる。特に、判定結果Ｊ２によって、プロセスデータは正常であるが、運転員のバイタルデータが異常なときに発生する可能性のある操作ミスの虞を想定できる。

尚、健全性判定部２５ｂの判定結果が、上記の「異常状態」（判定結果Ｊ１）となった場合には、例えばフィールド機器１０を自動停止させてプラントを異常停止させる操作が操作部２４によって行われるとともに、異常の発生を上位装置４０に通知する処理が行われる。特に、重要ループ監視部２５ｃで監視されている重要ループの異常状態において有効である。また、健全性判定部２５ｂの判定結果が、上記の「不安定状態」（判定結果Ｊ２）となった場合には、例えばプラントの運転員に対して操作の再確認を促す通知が行われる。また、健全性判定部２５ｂの判定結果が、上記の「正常状態」（判定結果Ｊ３）となった場合には、特別な操作や処理は行われず、現在の動作が継続される。

図６は、本発明の一実施形態におけるプロセスデータ及びバイタルデータの一例を示す図である。図６では、プロセスデータＰＤとして流量を挙げており、バイタルデータＶＤとして作業員の心拍数を挙げている。尚、プラント及び作業員に異常が生じていない場合には、作業員の心拍数はほぼ一定であり（曲線Ｌ１０参照）、流量はほぼ一定の割合で徐々に増加するものとする（曲線Ｌ２０参照）。

いま、図６に示す通り、時刻ｔ１０において、作業員に何らかの異常が生じ、作業員の心拍数が急激に低下したとする（曲線Ｌ１１参照）。このとき、作業員によって本来行われるべき作業が行われなかったとすると、流量は、例えば正常時の変化から徐々にずれていって減少に転じ、その後急激に減少する変化を示す（曲線Ｌ２１参照）。例えば、作業員がバルブ開度を大きくして流量を増加させる（曲線Ｌ２０参照）ところを、心拍数の異常のために判断及び操作を誤って、バルブ開度を小さくした場合に流量が減少していくことが起こり得る（曲線Ｌ２１参照）。

従来は、プロセスデータＰＤのみを参照していたため、流量がある下限値Ｑ１を下回った時刻ｔ１１において初めてプラントの事故の発生を検出し得た。これに対し、本実施形態では、プロセスデータＰＤ（流量）についての指標化データ（曲線Ｌ２０，Ｌ２１の差分）を求めるとともに、バイタルデータＶＤ（心拍数）についての指標化データ（曲線Ｌ１０，Ｌ１１の差分）を求め、これらの指標化データに基づいてプラントの健全性を判定するようにしている。このため、作業員の異常が生じた時刻ｔ１０からさほど時間が経過していない時点で、プラントにおける何らかの異常を早期に判定することが可能である。

図７は、本発明の一実施形態におけるプロセスデータ及びバイタルデータの他の例を示す図である。図７では、プロセスデータＰＤとしてアラームを挙げており、バイタルデータＶＤとしてプラントの運転員の脈拍を挙げている。尚、プラント及び作業員に異常が生じていない場合（時刻ｔ２０になるまで）は、アラームはほぼ一定の時間間隔で発生しており（発生頻度がほぼ一定であり）、脈拍はほぼ一定であるものとする。

いま、図７に示す通り、時刻ｔ２０において、プラントに何らかの異常が生じ、アラームの数が急激に増えた（アラームの発生頻度が急激に高くなった）とする。このとき、例えば、プラントの運転員は、発生したアラームの種別の判別、アラームの発生原因の特定、及びアラームを解消するための対策を行う必要があることから、例えば図７に示す通り、運転員の脈拍が上昇する。ここで、発生したアラームが重要なものである場合には、緊迫した状態になってプラントの運転員の脈拍が急激に上昇することもある。

従来、発生したアラームは、基本的にプラントの運転員に提示されているだけであった。これに対し、本実施形態では、プロセスデータＰＤ（アラーム）についての指標化データ（正常時と異常時とのアラームの発生頻度の差分）を求めるとともに、バイタルデータＶＤについての指標化データ（正常時と異常時との脈拍の差分）を求め、これら指標化データに基づいてプラントの健全性を判定するようにしている。このため、従来はプロセスデータＰＤ（アラーム）のみを見て、一定期間におけるアラーム発生回数が増加した場合にプラントの異常と判定していたが、双方の指標化データを用いることによって、プラントの異常が生じた時刻ｔ２０からさほど時間が経過していない時点で、プラントにおける何らかの異常を早期に判定することが可能である。

ここで、図２に示す通り、異常パターンデータＤ２や異常発生頻度データＤ３が格納部２６に格納されている場合には、図４を用いて説明した指標化データＩＤ１，ＩＤ２を用いたプラントの健全性の判定に先立ち、これら異常パターンデータＤ２や異常発生頻度データＤ３を用いた予備判定が行われる。尚、この予備判定を行うか否かは、例えばプラントの運転員が、操作指示部２２を操作して指示することが可能である。

具体的に、健全性判定部２５ｂは、例えば入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤについての指標化データと、格納部２６に格納された異常パターンデータＤ２とのパターンマッチングを行い、入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤについての指標化データが格納部２６に格納された異常パターンデータＤ２と類似しているか否かを判定する。これらの類似度が高ければ、入力部２１に入力されたプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤが、過去に異常が生じたときに得られたプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤと似ているため、プラントに何らかの異常が生じているとの予備判定をすることができる。同様に、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤについての指標化データの異常発生頻度と異常発生頻度データＤ３との類似度が高ければ、プラントに異常が生じているとの予備判定をすることができる。

図８は、本発明の一実施形態における健全性の判定結果の表示例を示す図であって、（ａ）は判定結果が正常状態である場合の表示例を示す図であり、（ｂ）は判定結果が異常状態である場合の表示例を示す図である。図８に示す通り、制御装置２０の表示部２７には、４つの軸（Ａ〜Ｄ軸）からなるレーダーチャートＲＣと、最終的な判定結果を示す判定結果表示領域ＲＴとが表示される。

レーダーチャートＲＣのＡ軸は、前述したプロセスデータＰＤについての指標化データＩＤ１を示す軸であり、レーダーチャートＲＣのＢ軸は、前述したバイタルデータＶＤについての指標化データＩＤ２を示す軸である。尚、これらレーダーチャートＲＣのＡ，Ｂ軸には、指標化データＩＤ１，ＩＤ２の現在値（直近に得られた値）、或いは指標化データＩＤ１，ＩＤ２に対して所定の演算（例えば、移動平均演算）を行って得られた値がそれぞれプロットされる。

レーダーチャートＲＣのＣ，Ｄ軸は、予備判定の結果を示す軸である。具体的に、Ｃ軸は、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤと、格納部２６に格納された異常パターンデータＤ２とを用いて行われた予備判定の結果を示す軸であり、Ｄ軸は、入力部２１に入力されるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤと、格納部２６に格納された異常発生頻度データＤ３とを用いて行われた予備判定の結果を示す軸である。

また、図８中の符号ＴＨ１が付された折れ線は、Ａ〜Ｄ軸に示される値の各々に設定された上限許容値を結んだ線であり、図８中の符号ＴＨ２が付された折れ線は、Ａ〜Ｄ軸に示される値の各々に設定された下限許容値を結んだ線である。また、図８中に示す実線の折れ線は、Ａ〜Ｄ軸に示される値を結んだ線である。

図８（ａ）を参照すると、レーダーチャートＲＣの表示から、指標化データＩＤ１，ＩＤ２及び予備判定の結果が全て上限許容値と下限許容値との間に収まっており、判定結果表示領域ＲＴの表示から、最終的な判定結果が「正常状態」であることが一目で分かる。また、図８（ｂ）を参照すると、レーダーチャートＲＣの表示から、指標化データＩＤ１が上限閾値を超えるとともに、Ｃ軸に示された予備判定の結果が下限閾値を超えており、判定結果表示領域ＲＴの表示から、最終的な判定結果が「異常状態」であることが一目で分かる。

以上の通り、本実施形態では、制御装置２０が、フィールド機器１０から得られたプロセスデータＰＤと、プラントの正常時にフィールド機器１０から得られたプロセスデータＰＤとの相違を示す指標化データＩＤ１と、プラントの作業員から得られるバイタルデータＶＤと、プラントの正常時に作業員から得られたバイタルデータＶＤとの相違を示す指標化データＩＤ２とを求め、これら指標化データＩＤ１，ＩＤ２に基づいてプラントの健全性を判定している。尚、管理装置３０においても、同様の処理を行ってプラントの健全性を判定している。このように、本実施形態では、プロセスデータＰＤ（或いは、フィールドデータＦＤ）とバイタルデータＶＤとを融合してプラントの健全性を判定しており、プラントが異常になる前に適切な対策を行うことができることから、プラントの健全性を維持することが可能である。

以上、本発明の一実施形態による制御装置、管理装置、プラント制御システム、及びデータ処理方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、リアルタイムで得られるプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤを用いてプラントの健全性を判定する例について説明した。しかしながら、これらプロセスデータＰＤ及びバイタルデータＶＤを一旦ハードディスク等に記録しておき、プラントの健全性の判定が必要になった時点でこれらのデータを読み出してプラントの健全性を判定するようにしても良い。

また、上記実施形態では、プロセスデータＰＤとバイタルデータＶＤとを用いてプラントの健全性を判定する例について説明したが、これらのデータに加えて位置データＬＤを用いてプラントの健全性を判定するようにしても良い。例えば、作業者が長時間タンクの頂塔部で作業している場合において、上記の位置データＬＤから作業者の作業環境を考慮して作業者の健康状態の悪化（例えば、炎天下における作業者の脱水状態）を予測するといった具合である。

また、上記実施形態では、制御装置２０と管理装置３０とは別体の装置として説明したが、一体化された装置であっても良い。また、制御装置２０と管理装置３０との少なくとも一方は、クラウドコンピュータで実現しても良い。

１ プラント制御システム
１０ フィールド機器
２０ 制御装置
２５ａ 指標化データ算出部
２５ｂ 健全性判定部
２６ 格納部
２７ 表示部
３０ 管理装置
Ｄ２ 異常パターンデータ
Ｄ３ 異常発生頻度データ
ＦＤ フィールドデータ
ＩＤ１，ＩＤ２ 指標化データ
ＰＤ プロセスデータ
ＰＤ１，ＰＤ２ プロセスデータ
ＶＤ バイタルデータ
ＶＤ１，ＶＤ２ バイタルデータ

Claims (8)

1. プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器との間でプロセスデータの授受を行って前記プラントの制御を行う制御装置において、
   前記フィールド機器から得られる前記プロセスデータと、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られた前記プロセスデータとの相違を示す第１指標化データと、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータと、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータとの相違を示す第２指標化データとを算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する判定部と
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記判定部は、前記第１指標化データと記第１指標化データに対して設定された第１閾値との大小関係と、前記第２指標化データと記第２指標化データに対して設定された第２閾値との大小関係とに基づいて前記プラントの健全性を判定することを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記第１，第２指標化データの異常部分のデータである第１予備データと、前記第１，第２指標化データの異常発生の頻度を示すデータである第２予備データとを格納する格納部を備えており、
   前記判定部は、前記第１，第２指標化データを用いた前記プラントの健全性の判定に先立ち、前記格納部に格納された前記第１，第２予備データの少なくとも一方を用いた予備判定を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の制御装置。
4. 前記判定部の判定結果を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の制御装置。
5. 前記判定部の判定結果として、前記第１，第２指標化データを用いた前記プラントの健全性の判定結果と、前記第１，第２予備データを用いた予備判定の判定結果とを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項３記載の制御装置。
6. プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器から前記フィールド機器の状態を示すフィールドデータを収集して前記プラントの状態を管理する管理装置において、
   前記フィールド機器から得られる前記フィールドデータと、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られた前記フィールドデータとの相違を示す第１指標化データと、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータと、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータとの相違を示す第２指標化データとを算出する算出部と、
   前記算出部で算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する判定部と
   を備えることを特徴とする管理装置。
7. プラントの管理制御を行うプラント制御システムにおいて、
   前記プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器と、
   前記フィールド機器との間でプロセスデータの授受を行って前記プラントの制御を行う請求項１から請求項５の何れか一項に記載の制御装置と、
   前記フィールド機器から前記フィールド機器の状態を示すフィールドデータを収集して前記プラントの状態を管理する請求項６記載の管理装置と
   を備えることを特徴とするプラント制御システム。
8. プラントに設置されて前記プラントの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行うフィールド機器から得られるデータの処理を行うデータ処理方法であって、
   前記フィールド機器から得られるデータと、前記プラントの正常時に前記フィールド機器から得られたデータとの相違を示す第１指標化データと、前記プラントの作業員から得られるバイタルデータと、前記プラントの正常時に前記作業員から得られたバイタルデータとの相違を示す第２指標化データとを算出する第１ステップと、
   前記第１ステップで算出された前記第１，第２指標化データを用いて前記プラントの健全性を判定する第２ステップと
   を有することを特徴とするデータ処理方法。

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