JP2015522895A - 制御の信頼性動作ためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

一実施形態では、システムは、制御システムからデータを収集するように構成されるデータ収集システムを含む。システムは、データに基づいて、制御システムのハードウェア構成およびソフトウェア構成を管理するように構成される構成管理システムをさらに含む。システムは、入力としてデータを用い、ルールデータベースを用いることにより、健全性評価を出力するように構成されるルールエンジンと、制御システムの健全性評価を提供するように構成されるリポート生成器と、をさらに含む。【選択図】図１

Description

本明細書に開示される発明の主題は信頼性動作に関し、より具体的には、コントローラの信頼性動作に関する。

工業用制御システムを含む制御システムは、プロセスに関与する様々な構成要素およびサブシステムを含むことができる。例えば、コントローラは、１つまたは複数のプロセッサ、Ｉ／Ｏサブシステム、メモリなどを含むことができる。コントローラは、様々なシステムに動作可能に結合されて、例えば、工業プロセスを制御するために用いられ得る。しかし、制御システムは、多数の互いに関係する構成要素およびサブシステムを含む複合体であってもよい。したがって、制御システム動作の信頼性を認識または予測することは、困難で時間がかかる場合があり得る。

仏国特許出願公開第２９４７０８０号明細書

最初に請求する本発明の範囲に相応する特定の実施形態を、以下に要約する。これらの実施形態は特許請求される発明の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は本発明の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本発明は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。

第１の実施形態では、システムは、制御システムからデータを収集するように構成されるデータ収集システムを含む。システムは、データに基づいて、制御システムのハードウェア構成およびソフトウェア構成を管理するように構成される構成管理システムをさらに含む。システムは、入力としてデータを用い、ルールデータベースを用いることにより、健全性評価を出力するように構成されるルールエンジンと、制御システムの健全性評価を提供するように構成されるリポート生成器と、をさらに含む。

第２の実施形態では、方法は、制御システムに関係するデータを取得するステップを含む。本方法は、複数の健全性評価ルールを用いることにより、データ解析を取得するためにデータを解析するステップをさらに含む。本方法は、データ解析に基づいて制御システム健全性評価を導出するステップと、制御システム健全性評価を提供するステップと、をさらに含み、制御システム健全性評価は、制御システムのエンジニアリング機会を導出するように構成される。

第３の実施形態では、システムは、制御システムに関係するデータを取得し、データ解析を取得するために取得したデータを解析するように構成されるコードを含む非一時的機械可読媒体を含む。コードは、データ解析に基づいて制御システム健全性評価を導出し、制御システム健全性評価に基づいて制御システムのエンジニアリング機会を導出するようにさらに構成される。

本発明のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、より良く理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

制御システムを含むプラントに通信可能に結合される制御システム健全性アドバイザの実施形態の情報流れ図である。 制御システムに通信可能に結合される図１の制御システム健全性アドバイザの実施形態の概略図である。 図１の制御システム健全性アドバイザの実施形態のブロック図である。 制御システムのための健全性評価を導出することに有用な処理の実施形態のフローチャートである。

以下で、本発明の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供しようと努力しても、実際の実施の全ての特徴を本明細書に記載することができるというわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実施の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施ごとに異なる可能性があることが理解されるべきである。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。

本発明の様々な実施形態の要素を導入する場合に、単数の表現および「前記」は１つまたは複数の要素があることを意味するものである。「備える」、「含む」、および「有する」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。

特定の実施形態では、工業プロセスおよび関係する機械の動作の制御は、制御システムによって提供することができる。これらの実施形態では、制御システムは、入力（例えばプロセス入力）を受け取り、入力を処理し、後で詳しく述べるように、機械または発電プロセスなどのプロセスを制御することに有用な特定の制御動作を導出するための、好適なハードウェアおよびソフトウェア構成要素の組み合わせとして実現することができる。しかし、制御システムは、例えば、ハードウェアおよびソフトウェアが古くなったために、信頼できなくなるおそれがある。

特定の事後保全（ＣＭ）技術を用いることができ、それは予想外の保守事象の後にコントローラを修理または更新するのに有用である。しかし、ＣＭ技術は通常予想外の事象の後に適用されるので、制御システムが所望の動作条件に戻るまで、制御されるプロセスは停止されることがあり得る。本明細書に記載される新規な技術は、予後の健全性をモニターする技術（ＰＨＭ）を含み、制御システム問題をそれらが発生する前に確認することができる、予防的または予測的方法を可能にすることができる。したがって、例えば制御システムのアップグレード、部品交換、供給チェーンの発注などの保守作業を前もって実行することができ、制御システムをより長い期間運転状態に維持しておくことができる。実際、制御されるプロセスおよび関係する機械の停止を、実質的に最小にすることができ、あるいはなくすことができる。

特定の実施形態では、ルールベースシステムがツールのコントローラ健全性アドバイザスイートに含まれてもよく、制御システムの健全性評価を解析し導出するために用いることができる。健全性評価は、コントローラ準備性、コントローラ推奨（例えば、アップグレード推奨、部品交換推奨、部品発注推奨）、構成リポート、早期警報リポート（例えば、早期警報事故リポート）、およびアクセスに基づくリポート（例えば、役割に基づくアクセスリポート）を含むことができる。健全性アドバイザスイートは、オンラインおよびオフライン構成要素をさらに含むことができ、それは健全性アドバイザスイートが制御システムに直接に通信可能に結合されるか、あるいは制御システムに間接的に通信可能に結合される間に、健全性評価を実行することに役立つ。さらに、健全性評価は、リアルタイムまたはほぼリアルタイムに提供することができる。健全性評価は、連続的に導出されて、制御システムを更新または改良するために用いることができ、このようにして、制御システムの健全性の最新の予測を提供することができる。

ここで、上記を考慮して図１を見ると、この図は、制御システム１２に通信可能に結合され得るコントローラ健全性アドバイザシステム１０の実施形態を示す情報流れ図である。健全性アドバイザシステム１０は、本明細書に開示される技術を実施するために、機械可読媒体に記憶され、コンピューティングデバイス（例えば、コンピュータ、タブレット、ラップトップ、ノートブック、携帯電話、個人情報機器）によって用いられる非一時的コードまたは命令を含むことができる。制御システム１２は、例えば、発電所１４を制御する際に用いることができる。発電所１４は、任意のタイプの電力を生成するプラント１４であってもよく、例えば、ガスタービン、蒸気タービン、風力タービン、水力タービン、ポンプ、および／またはコンプレッサなどのターボ機器を含んでもよい。特定の実施形態では、制御システム１２は様々な他の機械を制御するために用いられてもよく、任意の工業プラント（例えば、製造プラント、化学プラント、石油精製プラント）に配置されていてもよい点に留意すべきである。さらに、制御システム１２は、ガス化システム、タービンシステム、ガス処理システム、発電システム、またはこれらの組み合わせを含む工業システムを制御するために用いることができる。

健全性アドバイザシステム１０は、健全性アドバイザデータベース１６、健全性アドバイザスイート（例えば、ソフトウェアおよび／またはハードウェアツールのスイート）１８、および知識ベース２０を含むことができる。健全性アドバイザデータベース１６は、例えば、制御システム１２の働きおよび可能な構成に関する専門知識、ならびに制御システム１２の健全性に関する推論または予測をする際に役立つ知識を詳述するルールに基づく情報を記憶することができる。例えば、健全性アドバイザデータベース１６は、エキスパート・システム・ルール（例えば、前向き連鎖エキスパートシステム、後向き連鎖エキスパートシステム）、回帰モデル（例えば、線形回帰、非線形回帰）、ファジー論理モデル（例えば、予測ファジー論理モデル）、および他の予測モデル（例えば、マルコフ連鎖モデル、ベイズモデル、サポートベクターマシンモデル）を含むことができ、これらは、健全性、構成、および／または制御システム１２に関する望ましくない保守事象（例えば、電源の故障、プロセッサコアの故障、入力／出力（Ｉ／Ｏ）パックの故障、メモリ不足、ルーズなバス接続）の発生確率を予測するために用いることができる。

知識ベース２０は、制御システム１２の質問または問題に対する１つまたは複数の解答を含むことができ、それはコントローラ構成、予想外の問題、既知のハードウェアまたはソフトウェアの問題、サービスの更新、および／またはユーザーマニュアルに関する解答を含んでいる。健全性アドバイザスイート１８は、制御システム健全性評価２４などの新しい情報に基づいて、知識ベース２０を更新することができる。さらに、オンライン・ライフサイクル支援ツール２２が提供される。オンライン・ライフサイクル支援ツール２２は、発電所１４の顧客２６に対するサポートを提供するために、健全性アドバイザスイート１８および知識ベース２０を用いることができる。例えば、顧客２６は、ウェブブラウザ、クライアント端末、仮想私設ネットワーク（ＶＰＮ）接続などを用いて、オンライン・ライフサイクル支援ツール２２に接続することができ、オンライン・ライフサイクル支援ツール２２を通して、知識ベース２０により提供された解答、ならびに健全性アドバイザスイート１８および／または健全性評価２４にアクセスすることができる。

オンライン・ライフサイクル支援ツール２２は、例えば、プラント１４に提供される契約上のサービスの管理を任されている契約遂行マネージャ（ＣＰＭ）、ならびに／またはプラント１４に対する情報技術および／もしくは他のシステムサポートの提供を任されている技術アシスタント（ＴＡ）などの他の実体によって同様に用いられ得る。例えば、プラント１４には、ＣＰＭおよびＴＡによってサポートされる契約上の保守サービス（例えば、検査、修理、改修、構成要素の交換、構成要素のアップグレード）、サービスレベル協定（ＳＬＡ）などを提供することができる。

健全性評価２４は、例えば、新製品の導入（ＮＰＩ）２８および／または根本原因解析（ＲＣＡ）３０を可能にするために用いることができる。例えば、健全性評価２４で見いだされた問題は、制御システム１２のための新規なハードウェアもしくはソフトウェア構成要素の導入（例えば、ＮＰＩ２８）、または制御システム１２のより新しいバージョンの導入に関する問題を確認するのを助けることができる。それから、確認された問題は、ＲＣＡ３０を導出するために用いることができる。例えば、健全性アドバイザスイート１８は、フォルトツリー解析、線形回帰分析、非線形回帰分析、マルコフモデリング、信頼性ブロック図（ＲＢＤ）、リスクグラフ、および／または防護層解析（ＬＯＰＡ）などの技術を用いることができる。それから、ＲＣＡ３０は、見いだされた任意の問題に対処するために、制御システム１２を再設計するか、あるいは更新することができる。

健全性評価２４および／または知識ベース２０は、エンジニアリング機会３２および収入機会３４を導出するために用いることもできる。例えば、コントローラの使用パターン（プロセッサの使用状況、メモリの使用状況、ネットワークの使用状況、プログラムログ）、見いだされた問題、よくある質問などは、制御システム１２の設計変更を導出するために用いることができる。設計変更は、メモリページング方式の変更、メモリ割当てアルゴリズムの変更、ＣＰＵの最適化（例えば、プロセス優先順位の割当て、スレッド優先順位の割当て）、プログラムの最適化（例えば、プログラムボトルネックの識別および書き換え、改善されたメモリ割当ての使用、プロセッサ特有の命令の使用）、ネットワークの最適化（例えば、送信／受信レート、フレームサイズ、存続時間（ＴＴＬ）限界の変更）などを含むことができる。

収入機会３４は、確認され実行されることもできる。例えば、健全性評価２４は、制御システム１２の性能を改善するために好適な所望のコストまたは予算構造に基づいて、制御システム１２への特定のアップグレードを詳述することができる。アップグレードは、例えば分散制御システム（ＤＣＳ）、製造実行システム（ＭＥＳ）、監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム、ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）システム、入力／出力システム（例えば、Ｉ／Ｏパック）、メモリ、プロセッサ、ネットワークインターフェース、電源、ならびに／または通信バスのより新しいバージョンなどのソフトウェアもしくはハードウェアのアップグレードを含むことができる。健全性評価２４を導出するために健全性アドバイザスイート１８を用いることにより、本明細書に記載された技術は、運転コストを最小にするだけでなく、より効率的で安全な発電所１４を可能にすることができる。

図２は、健全性アドバイザスイート１８に通信可能に結合される制御システム１２の実施形態を示す概略図である。制御システム１２は、様々な制御および監視アプリケーションを実行するために、および、エンジニアまたは技術者が制御システム１２の構成要素をモニターすることができるオペレータインターフェースを提供するために好適なコンピュータシステム３６を含むことができる。したがって、コンピュータ３６は、コンピュータ命令を処理する際に用いることができるプロセッサ３８、ならびにコンピュータ命令および他のデータを記憶するために用いることができるメモリ４０を含む。コンピュータシステム３６は、例えばラップトップ、ワークステーション、タブレットコンピュータ、またはハンドヘルド携帯型デバイス（例えば、個人情報機器または携帯電話）などのソフトウェアアプリケーションを実行するために好適な任意のタイプのコンピューティングデバイスを含むことができる。実際、コンピュータシステム３６は、様々なハードウェアおよび／またはオペレーティング・システム・プラットフォームのいずれかを含むことができる。一実施形態によれば、コンピュータ３６は、例えばヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェア４２、製造実行システム（ＭＥＳ）４４、分散制御システム（ＤＣＳ）４６、および／または監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム４８などの工業用制御ソフトウェアのホストとして機能することができる。ＨＭＩ４２、ＭＥＳ４４、ＤＣＳ４６、および／またはＳＣＡＤＡ４８は、例えばコンピュータ３６のメモリ４０などの非一時的な有形のコンピュータ可読媒体に記憶される実行可能コード命令として記憶され得る。例えば、コンピュータ３６は、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのジェネラルエレクトリック社から入手可能なＣｏｎｔｒｏｌＳＴ（商標）および／またはＴｏｏｌｂｏｘＳＴ（商標）ソフトウェアのホストとして機能することができる。

健全性アドバイザ１８は、直接的または間接的な技術によりコンピュータシステム３６に通信可能に結合することができる。例えば、コンピュータ３６に健全性アドバイザ１８を直接結合するために、信号コンジット（例えば、ケーブル、無線ルータ）を用いることができる。同様に、ファイルなどのデータを間接的に送信または受信するために、ファイル転送機構（例えば、リモートデスクトッププロトコル（ｒｄｐ）、ファイル転送プロトコル（ｆｔｐ）、手動転送）を用いることができる。さらに、クラウド５０コンピューティング技術を用いることができて、そこでは健全性アドバイザ１８がクラウド５０にあって、直接的または間接的にコンピュータシステム３６と通信する。

健全性アドバイザスイート１８は、データ収集サブシステム５４、構成管理システム５６、およびルールエンジン５８を含むことができる。特定の実施形態では、データ収集サブシステム５４は、例えば制御システム１２の状態、健全性、および動作条件を表すデータなどのデータを収集し記憶することができる。データ収集サブシステム５４は、持続的に動作していることができて、格納データを記憶し更新することに役立つリレーショナルデータベース、ネットワークデータベース、ファイルなどを含むことができる。制御システム１２を構築する際に用いられるソフトウェアおよび／またはハードウェア構成要素の様々な構成を管理するために、構成管理システム５６を用いることができる。実際、制御システム１２は、複数のソフトウェアおよび／またはハードウェア構成要素を含むことができて、各構成要素は１つまたは複数のバージョンを有する。これらのバージョンの構成要素は、契約上のサービス合意の一部として製造業者によって制御システム１２の中にパックされてもよく、および／または、取引上のサービス合意（例えば、個別に購入される）の一部として提供されてもよい。ルールエンジン５８は、図３、図４に関して後で詳しく述べるように、健全性評価２４の導出を可能にするために用いることができる。

さらに、コンピュータシステム３６および健全性アドバイザ１８は、図示したコンピュータ３６と他のコンピュータ３６および／または健全性アドバイザ１８との間の通信を可能にするために好適なプラントデータハイウェイ６０に通信可能に接続することができる。実際、工業用制御システム１２は、プラントデータハイウェイ６０を通して、または、他のデータバス（例えば、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク）を通して相互接続される複数のコンピュータシステム３６を含むことができる。図示した実施形態では、コンピュータシステム３６および健全性アドバイザ１８は、コンピュータシステム３６および健全性アドバイザ１８を工業用コントローラシステム６４に通信可能に結合するために好適なユニットデータハイウェイ６２にさらに通信可能に接続することができる。他の実施形態では、他のデータバス（例えば、直接的な配線、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク）を、コンピュータシステム３６および健全性アドバイザ１８を工業用コントローラ６４に結合するために用いることができる。

一実施形態では、工業用コントローラ６４は、例えばタービンシステム６８、温度センサー７０、バルブ７２、およびポンプ７４などの様々なプラント機器を自動化することに役立つコンピュータ命令または制御ロジックを実行するために好適なプロセッサ６６を含むことができる。工業用コントローラ６４は、例えば、制御コード（例えば、コンピュータ命令および他のデータ）の記憶に用いるためのメモリ７６をさらに含むことができる。例えば、コントローラ６４は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）６１８０４言語標準、シーケンシャル・ファンクション・チャート（ＳＦＣ）、ラダーロジック、または他のプログラミング言語で書かれたプログラムで書かれた１つまたは複数の機能ブロックを、制御コードに記憶することができる。一実施形態では、制御コードは構成ファイル６５に含まれてもよい。さらに、または代わりに、構成ファイル６５は、インスタンス化された機能ブロック（例えば、メモリにロードするための機能ブロック）、ネットワークパラメータ、コード同期およびタイミング、Ｉ／Ｏ構成、使用するメモリ量、ならびにメモリ割当てパラメータなどのコントローラの構成パラメータを含むことができる。

別の実施形態では、コントローラ６４は、フェイルオーバまたは冗長な動作を提供するために好適な冗長なコントローラであってもよい。この実施形態では、コントローラ６４は、３つのコア（または個別のコントローラ）、Ｒ、Ｓ、Ｔを含むことができ、三重モジュール冗長（ＴＭＲ）コントローラ６４と呼ぶことができる。コアＲ、Ｓ、Ｔは、各コアＲ、Ｓ、Ｔの状態情報に基づいて、制御ロジックを取り入れるために次の動作（例えば、ステップ）を決定することを「投票する」ことができる。多数決により、選択される動作を決定する。例えば、状態投票アルゴリズムを用いる場合には、コントローラのうちの同じ状態を有する２つ（例えば、コントローラＲおよびＴ）は、異なる状態を有する第３のコントローラ（例えば、コントローラＳ）に「投票で勝つ」ことができる。このように、コントローラ６４システムは、モニターされ制御されるシステムに対してより信頼性が高い状態（および動作）を提供するように、多数のコアに依存することができる。

工業用コントローラ６４は、流量計、ｐＨセンサー、温度センサー、振動センサー、隙間センサー（例えば、回転構成要素と静止構成要素との間の距離を測定する）、圧力センサー、ポンプ、アクチュエータ、およびバルブなどを含むがこれらに限定されない様々なフィールドデバイスと通信することができる。いくつかの実施形態では、工業用コントローラ６４は、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙのジェネラルエレクトリックから入手可能な三重モジュール冗長（ＴＭＲ）Ｍａｒｋ（商標）ＶＩｅコントローラシステムであってもよい。３つのプロセッサを含むことによって、ＴＭＲコントローラ６４は、冗長またはフォールトトレラントな動作を提供することができる。他の実施形態では、コントローラ６４は、単一プロセッサまたはデュアルプロセッサを含むことができる。

図示した実施形態では、タービンシステム６８、温度センサー７０、バルブ７２、およびポンプ７４は、Ｉ／Ｏネットワーク８２とＨ１ネットワーク８４との間でインターフェースするために好適なリンキングデバイス７８および８０を用いて、工業用コントローラ６４および／または健全性アドバイザ１８に通信可能に接続される。例えば、リンキングデバイス７８および８０は、ドイツＨａａｒのＳｏｆｔｉｎｇ社から入手可能なＦＧ−１００リンキングデバイスを含んでもよい。例えば、１つまたは複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）パック８８を用いることによって、付加的なフィールドデバイス８６（例えば、センサー、ポンプ、バルブ、アクチュエータ）を、Ｉ／Ｏネットワーク８２を介してコントローラ６４および／または健全性アドバイザ１８に通信可能に結合することができる。Ｉ／Ｏパック８８は、例えば、カナダオンタリオ州ＷａｔｅｒｌｏｏのＱＮＸ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ／Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ Ｍｏｔｉｏｎ（ＲＩＭ）から入手可能なＱＮＸ（登録商標）などのリアルタイム・オペレーティング・システムを実行するのに役立つマイクロプロセッサ９０を各々含むことができる。各Ｉ／Ｏパック８８は、計算命令および他のデータを記憶するためのメモリ９２、ならびにＩ／Ｏパック８８の周囲温度をモニターするのに役立つ温度センサーなどの１つまたは複数のセンサー９４を含んでもよい。他の実施形態では、タービンシステム６８、温度センサー７０、バルブ７２、ポンプ７４、および／またはフィールドデバイス８６は、直接的な配線（例えば、端子ブロックを介して）または間接的な手段（例えば、ファイル転送）を用いて、コントローラ６４および／または健全性アドバイザ１８に接続することができる。

図示するように、リンキングデバイス７８および８０は、コンピュータ命令を実行するのに役立つプロセッサ９６および９８をそれぞれ含んでもよく、またコンピュータ命令および他のデータを記憶することに役立つメモリ１００および１０２を含んでもよい。いくつかの実施形態では、Ｉ／Ｏネットワーク８２は、１００メガビット（ＭＢ）高速イーサネット（登録商標）（ＨＳＥ）のネットワークであってもよく、Ｈ１ネットワーク８４は、３１．２５キロビット／秒のネットワークであってもよい。したがって、Ｉ／Ｏネットワーク８２を通して送信され受信されるデータは、Ｈ１ネットワーク８４によって次々に送信され受信され得る。すなわち、リンキングデバイス７８および８０は、Ｉ／Ｏネットワーク８２とＨ１ネットワーク８４との間のブリッジとして機能することができる。例えば、Ｉ／Ｏネットワーク８２上のより高速データをバッファすることができ、Ｈ１ネットワーク８４上の好適な速度で送信することができる。したがって、様々なフィールドデバイスを、工業用コントローラ６４に、コンピュータ３６に、および／または健全性アドバイザ１８にリンクすることができる。例えば、フィールドデバイス６８、７０、７２、および７４は、例えば、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（商標）のＨ１双方向通信プロトコルのためのサポートを含むＦｉｅｌｄｂｕｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎデバイスなどの工業用デバイスを含んでもよいし、あるいは工業用デバイスであってもよい。フィールドデバイス６８、７０、７２、７４、および８６は、例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ（ＨＣＦ）プロトコルおよびＰｒｏｆｉｂｕｓ Ｎｕｔｚｅｒ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｅ．Ｖ．（ＰＮＯ）プロトコルで提供されるような、他の通信プロトコルのためのサポートを含んでもよい。

図３は、入力１０６の健全性評価２４への変換を示す健全性アドバイザスイート１８の実施形態のブロック図である。健全性評価２４を導出するために入力１０６を用いることにより、健全性アドバイザスイート１８は、制御システム１２の健全性の最新の予測を可能にすることができ、プラント１４のＮＰＩ２８、ＲＣＡ３０、エンジニアリング機会３２、および／または収入機会３４を導出するために用いることができる。上述したように、健全性アドバイザスイート１８は、例えばコンピュータ、タブレット、ノートブック、ワークステーション、携帯電話、および／または他のコンピューティングデバイスのメモリなどの非一時的機械可読媒体に記憶されるコンピュータ命令を含むことができる。図示した実施形態では、入力１０６は、サイトソフトウェア１０８、ルール１１０、および／またはプロセス動特性１１２を含むことができる。

サイトソフトウェア１０８は、図２の制御システム１２の構成要素、例えばＨＭＩ４２、ＭＥＳ４４、ＤＣＳ４６、コンピュータ３６、コントローラ６４、リンキングデバイス７８、８０、Ｉ／Ｏパック８８、プラントデータハイウェイ６０、Ｉ／Ｏネットワーク８２、Ｈ１ネットワーク８４、およびフィールドデバイス６８、７０、７２、７４、８６によって用いられる全てのソフトウェア（例えば、ソフトウェアツール、オペレーティングシステム、ネットワークソフトウェア、ファームウェア、マイクロコード、ディスプレイドライバ、サウンドドライバ、ネットワークドライバ、Ｉ／Ｏシステムドライバ）を含むことができる。

ルール１１０は、先行する条件として設定される「ｉｆ」部分および先行する条件の結果として設定される「ｔｈｅｎ」部分を有する「ｉｆ・・・ｔｈｅｎ・・・」ルールを含んでもよい。ルールは、ファジー論理ルール、エキスパート・システム・ルール（例えば、前向き連鎖エキスパートシステム、後向き連鎖エキスパートシステム）、再帰的ルール（例えば、Ｐｒｏｌｏｇルール）、ベイズの推論ルール、ダイナミック論理ルール（例えば、様相論理）、ニューラルネットワークルール、遺伝的アルゴリズムルール、またはこれらの組み合わせを含んでもよい。ルールは、例えばコントローラシステムの健全性の専門家など、その分野の一人または複数の専門家との相談によって、あるいは、機械学習技術（例えば、強化学習、デシジョンツリー学習、帰納的理論プログラミング、ニューラルネットワーク訓練、クラスター化、サポートベクターマシン）などを用いて自動的に、導出することができる。

プロセス動特性１１２は、健全性アドバイザ１８が制御システム１２に通信可能に結合される場合に受信されるデータを含むことができる。プロセス動特性１１２データは、コントローラ６４、および／またはＨＭＩ４２、ＭＥＳ４４、ＤＣＳ４６、ＳＣＡＤＡ４８により発行された警報を含むことができる。同様に、プロセス動特性１１２は、メモリ４０、７６、９２、１００、１０２の利用率データ（例えば、百分率利用率、総利用率）、プロセッサ３８、６６、９０、９６、９８の利用率データ（例えば、ソフトウェアプロセスによる利用率、ソフトウェアアプリケーションによる利用率）、制御システム１２の構成要素によって用いられる現行の構成パラメータ（例えば、メモリページサイズ、仮想メモリページ、スレッド優先順位、プロセス優先順位）、コントローラ６４のパラメータ（例えば、マスター／スレーブ構成、Ｉ／Ｏパラメータ）、バス６０、６２および８４のパラメータ、Ｉ／Ｏパック８８のパラメータ、リンキングデバイス７８、８０のパラメータ、ならびにフィールドデバイス６８、７０、７２、７４、８６のパラメータを含むことができる。

図示した実施形態では、健全性アドバイザスイート１８は、オンライン１１４およびオフライン１１６の動作モードを含み、それらは単独で、または互いに結合して用いることができる。動作のオンラインモード１１４では、健全性アドバイザは、例えば、健全性アドバイザスイート１８のデータ収集サブシステム５４を用いることにより、常に入力１０６を受信していることができて、それから、例えば健全性アドバイザスイート１８の構成管理５６およびルールエンジン５８を用いることにより、入力１０６を処理して健全性評価２４を生成することができる。動作のオフラインモード１１６では、入力１０６は、例えば一組のファイルとして、または「バッチジョブ」として提供され得る。すなわち、ファイルまたは「バッチジョブ」は、予め収集したデータとしてデータ収集サブシステム５４に提供することができて、その後に健全性評価２４を生成するために用いることができる。オフラインモード１１６を提供することによって、健全性アドバイザスイート１８は、例えば、コントローラシステム１２から分離することができるコンピューティングデバイスで用いることができる。ユーザー入力１１８も示されている。ユーザー入力１１８は、制御システム１２に関連し、ユーザーにより手動で入力されるデータを含むことができる。さらに、ユーザー入力１１８は、健全性アドバイザ１８に対して、ＴＭＲ準備性リポート１２０、推奨リポート１２２、自動構成リポート１２４、早期警報１２６、および／またはアクセスに基づくリポート１２８を含む、健全性評価１８を導出する動作などの特定の所望の動作を実行するように指示する使用入力（例えば、キーボード、マウス、音声）を含むことができる。

ＴＭＲ準備性リポート１２０は、任意の検出された故障条件状況、ロギングデータに基づく警報リポート、エラーロギングデータに基づくエラーリポートを含むＴＭＲコントローラ６４の状況を詳述することができ、また、入力１０６を用いて全体の準備性の評価基準を導出することもできる。例えば、準備性の評価基準は、制御システム１２の各構成要素だけでなく、制御システム１２全体について、近似的な百分率準備性（０％〜１００％）を詳述することができる。百分率準備性のより高い数値は、制御システム１２（または構成要素）が継続的な動作に適していることを示すことができ、一方、百分率準備性のより低い数値は、制御システム１２（または構成要素）が継続的な動作に適さないことを示すことができる。百分率準備性は、制御システム１２（または構成要素）の全体の動作上の健全性を決定することに集中するルール１１０のいくつかを用いて導出することができる。百分率準備性は、例えばポアソン分布モデル、線形回帰分析、非線形回帰分析、ワイブル分析、フォルトツリー解析、マルコフ連鎖モデリングなどの入力に基づく統計的または履歴的解析を用いることにより、見いだすこともできる。

推奨リポート１２２は、制御システム１２の改善についての推奨を含むことができる。例えば、特定のハードウェアおよびソフトウェアのアップグレードまたは追加を推奨することができる。ハードウェアのアップグレードは、メモリのアップグレード、ネットワーク機器のアップグレード、プロセッサのアップグレード、制御システム１２の構成要素の交換、配線の交換、電源の交換などを含むことができる。この推奨は、例えばより速い制御および／またはより速いデータ処理を可能にするために、特定の構成要素および関連するサブシステムを追加することを含んでもよい。ソフトウェアの推奨は、制御システム１２のソフトウェア構成要素（例えば、ＨＭＩ４２、ＭＥＳ４４、ＤＣＳ４６、ＳＣＡＤＡ４８）、オペレーティングシステム、ソフトウェアツール、ファームウェア、マイクロコード、およびアプリケーションなどのアップグレードまたは交換を含むことができる。

自動構成リポート１２４は、制御システム１２の構成の詳細を含むことができる。この構成の詳細は、構成要素３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００、および／または１０２の詳細を含む、制御システム１２によって用いられる全てのソフトウェアおよびハードウェア構成要素のリストを含むことができる。この詳細は、制御システム１２によって用いられる上述した構成要素の各々の数、各構成要素のバージョン情報（ハードウェアバージョン、ファームウェアバージョン、ソフトウェアバージョン、マイクロコードバージョン）、構成要素間の相互接続（例えば、ネットワーク図、電子回路図、情報流れ図、プログラムフローチャート、データベース図）、調達情報（コスト、納期、供給元情報）を含むことができる。

早期警報リポート１２６は、例えば制御システム１２の予想外の保守事象または停止などの望ましくない状態をもたらすおそれのある問題のリストを含むことができる。例えば、早期警報リポート１２６は、メモリ４０、７６、９２、１００、１０２の不足、コントローラ６４の冗長性の喪失、バス６０、６２、８４の帯域幅容量の低下、プロセッサ３８、６６、９０、９６、９８の処理パワーの不足、構成要素３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８、５０、６０、６２、６４、６６、６８、７０、７２、７４、７６、７８、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４、９６、９８、１００、および１０２のいずれかの故障、ソフトウェアエラー、ならびにハードウェアエラーなどの問題を含むことができる。

アクセスに基づくリポート１２８は、特定の役割（例えばシステム管理者、プラントオペレータ、コミッショニングエンジニア、マネージャ、プログラマ、制御エンジニア、調達要員、会計要員など）によってアクセス可能なリポートであってもよく、上述した役割と関係するジョブを遂行することに役立つことができる。一実施形態では、アクセスに基づくリポート１２８は、所望の役割に集中するリポート１２０、１２２、１２４、および／または１２６で用いられるデータに基づいてもよい。例えば、制御エンジニアの役割は、リポート１２０、１２２、１２４、および１２６で用いられるデータの全てに基づいて、リポート１２８を受け取ることができ、一方、調達に基づくリポート１２８は、調達活動（例えば、製造情報、コスト情報、納期情報）に関するデータを抽出して提示することができる。このように、リポート１２０、１２２、１２４、および１２６からのデータを抽出して、システム管理者、プラントオペレータ、コミッショニングエンジニア、マネージャ、プログラマ、制御エンジニア、調達要員、会計要員などの役割をより効率的にサポートするために用いることができる。

図４は、制御システム１２を解析して、健全性評価２４を導出することに役立つ処理１３０の実施形態のフローチャートである。処理１３０は、コンピュータ、ラップトップ、ノートブック、タブレット、携帯電話、および／または個人情報機器（ＰＤＡ）のメモリなどの非一時的機械可読媒体に記憶されたコンピュータ命令を用いて、実行することができる。入力１０６を解析し、健全性評価２４（例えば、ＴＭＲ準備性１２０、推奨１２２、自動構成リポート１２４、早期警報１２６、アクセスに基づくリポート１２８）を導出することによって、処理１３０はより効率的で信頼性が高く安全な制御システム１２を可能にすることができる。

処理１３０は、例えば入力１０６などの制御システム１２に関係するデータを取得することができる（ブロック１３２）。上述したように、データは、直接的に（例えば、ケーブルまたは他のコンジットを通して）、あるいは間接的に（例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュカード、サムドライブなどの記憶媒体にロードされたファイルを通して）、取得することができる。それから、取得したデータを解析することができる（ブロック１３４）。例えば、健全性評価スイート１８は、データを解析するために、ルールエンジン５８およびルール１１０を用いることができる。例えばフォルトツリー解析、線形回帰分析、非線形回帰分析、マルコフモデリング、ＲＢＤ、リスクグラフ、ＬＯＰＡ、ポアソン分布モデル、ワイブル解析、および／またはマルコフ連鎖モデリングなどの、統計的および履歴的解析技術を含む他の技術を用いることもできる。

それから、処理１３０は、例えば、上述したように制御システム健全性評価スイート１８を用いることにより、制御システム健全性評価２４を導出することができる（ブロック１３６）。それから、制御システム１２のオペレータおよび／または製造業者に対して、ならびに、ユーザーの役割（例えば、システム管理者、プラントオペレータ、コミッショニングエンジニア、マネージャ、プログラマ、制御エンジニア、調達要員、会計要員）に対して、健全性評価２４を提供することができ、さらに、例えば、オンライン・ライフサイクル支援ツール２２によりアクセス可能な知識ベース２０に健全性評価２４を記憶することができる（ブロック１３８）。上述したように、健全性評価リポートは、ＴＭＲ準備性リポート１２０、推奨リポート１２２、自動構成リポート１２４、早期警報リポート１２６、およびアクセスに基づくリポート１２８を含むことができる。

それから、処理１３０は、制御システム１２および／またはプラント１４を改善するために、提供されたリポート１２０、１２２、１２４、１２６および／または１２８を用いることができる（ブロック１４０）。例えば、制御システム１２の構成要素を交換し、追加し、または、アップグレードすることができる。同様に、ＮＰＩ２８およびＲＣＡ３０、エンジニアリング機会３２、ならびに／または収入機会３４を導出して、制御システム１２および／またはプラント１４をより効率的で安全に動作するために用いることができる。

本発明の技術的な効果は、制御システム情報をオンラインおよびオフラインで収集することを含む。それから、収集された制御システム情報は、例えば、健全性評価データベースに通信可能に結合されるルールエンジンを用いて、制御システム健全性評価を導出するために用いることができる。ルールエンジンのルールは、ルールエディタを用いて編集することができる。健全性評価は、制御システムを改善および／または最適化するために好適な、三重モジュール冗長（ＴＭＲ）準備性リポート、コントローラ推奨、自動構成リポート、早期警報リポート、アクセスに基づくリポート、またはこれらの組み合わせを含むことができる。

この明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許され得る範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を有する場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。

１０ 健全性アドバイザシステム
１２ 制御システム、コントローラシステム
１４ 発電所、プラント
１６ 健全性アドバイザデータベース
１８ 健全性アドバイザスイート、健全性評価スイート、健全性アドバイザ、健全性評価
２０ 知識ベース
２２ オンライン・ライフサイクル支援ツール
２４ 健全性評価
２６ 顧客
２８ 新製品の導入（ＮＰＩ）
３０ 根本原因解析（ＲＣＡ）
３２ エンジニアリング機会
３４ 収入機会
３６ コンピュータシステム、コンピュータ
３８ プロセッサ
４０ メモリ
４２ ヒューマン・マシン・インターフェース（ＨＭＩ）ソフトウェア
４４ 製造実行システム（ＭＥＳ）
４６ 分散制御システム（ＤＣＳ）
４８ 監視制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム
５０ クラウド
５４ データ収集サブシステム
５６ 構成管理システム、構成管理
５８ ルールエンジン
６０ プラントデータハイウェイ
６２ ユニットデータハイウェイ
６４ 工業用コントローラシステム、工業用コントローラ、ＴＭＲコントローラ
６５ 構成ファイル
６６ プロセッサ
６８ タービンシステム
７０ 温度センサー
７２ バルブ
７４ ポンプ
７６ メモリ
７８、８０ リンキングデバイス
８２ Ｉ／Ｏネットワーク
８４ Ｈ１ネットワーク
８６ フィールドデバイス
８８ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）パック
９０ マイクロプロセッサ
９２ メモリ
９４ センサー
９６、９８ プロセッサ
１００、１０２ メモリ
１０６ 入力
１０８ サイトソフトウェア
１１０ ルール
１１２ プロセス動特性
１１４ オンラインモード
１１６ オフラインモード
１１８ ユーザー入力
１２０ ＴＭＲ準備性リポート、ＴＭＲ準備性
１２２ 推奨リポート、推奨
１２４ 自動構成リポート
１２６ 早期警報リポート、早期警報
１２８ アクセスに基づくリポート
１３０ 処理
１３２、１３４、１３６、１３８、１４０ ブロック

Claims (20)

1. 制御システム（１２）からデータを収集するように構成されるデータ収集システム（５４）と、
   前記データに基づいて、前記制御システム（１２）のハードウェア構成およびソフトウェア構成を管理するように構成される構成管理システム（５６）と、
   入力として前記データを用い、ルールデータベースを用いて健全性評価（２４）を出力するように構成されるルールエンジン（５８）と、
   前記制御システム（１２）の健全性評価（２４）を提供するように構成されるリポート生成器と、を含むシステム。
2. コントローラ（６４）を含み、前記コントローラ（６４）は、前記制御システム（１２）のための制御動作を提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラ（６４）は、Ｒコア、Ｓコア、およびＴコアを有する三重モジュール冗長コントローラ（ＴＭＲ）を含み、前記ＴＭＲコントローラ（６４）は、前記制御システム（１２）のための冗長な制御動作を提供するように構成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記データは、前記コントローラ（６４）に記憶されるように構成される構成ファイル（６５）を含み、前記構成ファイル（６５）は、制御コード、コントローラパラメータ、またはこれらの組み合わせを含む、請求項２に記載のシステム。
5. 前記制御コードは、ラダーロジック、シーケンシャル・ファンクション・チャート（ＳＦＣ）、機能ブロック、またはこれらの組み合わせを含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記データ収集システム（５４）は、前記データのオフラインでの収集を提供するように構成される、請求項１に記載のシステム。
7. 前記データ収集システム（５４）は、前記データのオンラインでの収集を提供するように構成され、前記データは、前記制御システム（１２）のための制御動作を提供するように構成されるコントローラ（６４）によって用いられ、または生成されるデータを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記ルールデータベースは、複数の健全性評価「ｉｆ・・・ｔｈｅｎ」ルールを含み、前記ルールエンジン（５８）は、前記健全性評価（２４）を出力するために、前記複数の健全性評価「ｉｆ・・・ｔｈｅｎ」ルールを用いるように構成される、請求項１に記載のシステム。
9. 知識ベース（２０）を更新するために、前記健全性評価（２４）を用いるように構成されるオンライン・ライフサイクル支援ツール（２２）を含み、前記知識ベース（２０）は、前記制御システム（１２）の前記健全性に関する顧客の質問に対する複数の回答を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記健全性評価（２４）は、ＴＭＲ準備性リポート（１２０）、コントローラ推奨（１２２）、構成リポート（１２４）、早期警報リポート（１２６）、アクセスに基づくリポート（１２８）、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１に記載のシステム。
11. 前記制御システム（１２）を有する発電システムを含む、請求項１に記載のシステム。
12. 制御システム（１２）に関係するデータを取得するステップ（１３２）と、
    健全性評価ルールを用いることにより、データ解析を取得するために前記データを解析するステップ（１３４）と、
    前記データ解析に基づいて制御システム健全性評価（２４）を導出するステップ（１３６）と、
    前記制御システム健全性評価（２４）を提供するステップ（１３８）と、を含み、
    前記制御システム健全性評価（２４）は、前記制御システム（１２）のエンジニアリング機会（３２）を導出するように構成される方法。
13. 前記健全性評価（２４）は、三重モジュール冗長（ＴＭＲ）準備性リポート（１２０）、コントローラ推奨（１２２）、自動構成リポート（１２４）、早期警報リポート（１２６）、アクセスに基づくリポート（１２８）、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記データを取得するステップ（１３２）は、前記制御システム（１２）の前記データをオフラインで取得するステップ、前記制御システム（１２）の前記データをオンラインで取得するステップ、またはこれらのステップの組み合わせを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記エンジニアリング機会（３２）は、前記制御システム（１２）のハードウェア構成要素またはソフトウェア構成要素を除去し、更新し、または交換することを含む、請求項１２に記載の方法。
16. 非一時的機械可読媒体を含み、前記非一時的機械可読媒体は、
    制御システム（１２）に関係するデータを取得し、
    データ解析を取得するために前記データを解析し、
    前記データ解析に基づいて制御システム健全性評価（２４）を導出し、
    前記制御システム健全性評価（２４）に基づいて前記制御システム（１２）のエンジニアリング機会（３２）を導出するように構成されるコードを含むシステム。
17. 前記データを解析するように構成されるコードを含む前記非一時的機械可読媒体は、前記データを解析するためにコントローラ健全性評価ルールデータベースを用いるように構成されるコードを含む、請求項１６に記載のシステム。
18. 前記非一時的機械可読媒体は、前記制御システム（１２）の健全性に関する顧客の質問に対する複数の回答を提供するために知識ベースデータベースを用いるように構成されるコードを含む、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記制御システム健全性評価（２４）を導出するように構成されるコードを含む前記非一時的機械可読媒体は、三重モジュール冗長（ＴＭＲ）準備性リポート（１２０）、コントローラ推奨（１２２）、自動構成リポート（１２４）、早期警報リポート（１２６）、アクセスに基づくリポート（１２８）、またはこれらの組み合わせを導出するように構成されるコードを含む、請求項１６に記載のシステム。
20. 前記コードを記憶する前記非一時的機械可読媒体を有する工業用システムを含み、
    前記工業用システムは、ガス化システム、タービンシステム（６８）、ガス処理システム、発電システム、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１６に記載のシステム。