JP2525867B2 - プラント分散制御システムの故障診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、プラントの分散制御システムにおける現場
制御装置の故障を診断する診断装置に係り、特に詳細な
故障診断のために現場での手動による試験が必要になっ
たとき、保守員が容易に上記試験を実施するのに好適な
診断装置に関する。

［従来の技術］ 従来の診断装置は、特開昭61-129945号に記載のよう
に、ホスト計算機と現場の制御装置とあるいは診断装置
とを通信回線で結んでおき、ホストの診断プログラムが
制御装置あるいは診断装置に診断命令を送って診断対象
装置の状態情報を収集するという方法を採っていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記従来技術をプラントの分散制御システムに適用す
る場合、診断を実行するホスト計算機と現場の制御装置
とを結ぶ診断用の通信回線を各所に布設しておかなけれ
ばならないという問題が生じる。また、前期従来技術の
方法では診断に用いる情報は自動的に収集することを想
定しているが、自動的に収集できる情報には限界が有
る。すなわち、故障箇所をプリント基板のような保守可
能単位まで絞り込む場合、故障内容によっては故障装置
に対してプリン基板の差し換えや電源再投入など手動に
よる操作を加えながら診断を進めることも必要となる
が、このような情報は自動的には収集できない。従っ
て、全て自動で診断データを収集することを想定してい
る前記方法では、このような限界から、十分に故障箇所
を絞り込めないという場合も当然生じうる。

本発明は、上記の問題点を解消するためになされたも
ので、詳細な故障診断のために、現場で診断対象を手動
で試験する必要が生じたときにも、それを行う保守員を
支援できるようにした分散制御システムの診断装置を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明はプラント分散制
御システム全体（個々の現場制御装置も含めた）に対す
る故障診断に関する知識ベースに基づいて遠隔で故障診
断を実行する中央診断装置と、中央診断装置と分離して
現場で使用する補助診断装置により構成され、これによ
り、分散システム全体に対する概略診断を中央診断装置
で実施し、保守可能単位まで故障箇所を絞り込めない故
障に対しては、詳細診断に必要な診断知識を中央診断装
置から補助診断装置に格納し、この補助診断装置を用い
て、故障装置（故障した現場制御装置）の設置現場で詳
細な診断を実行するようにしたものである。

［作用］ 中央診断装置の知識ベースには、分散制御システムか
らオンラインで収集できる情報や対話形式で収集する情
報を用いる診断知識の他、基板の差し変えや電源再投入
等現場装置の手動操作の結果を用いる診断知識が記憶さ
れている。

中央診断装置は、分散制御システム異常時に対話形式
または分散制御システムからオンラインで中央診断装置
に入力されたプラントデータや各制御装置の動作状態情
報を用いて、上記の知識ベースに基づいて故障診断を実
行し、得られた情報の範囲内で故障箇所を同定する。こ
の診断の結果、故障箇所を保守可能単位まで絞り込め
ず、さらに詳細な診断が必要な場合は、現場データを用
いる診断知識等これまでの診断結果に対する詳細な診断
に使用する知識を、中央診断装置の上記の知識のベース
の中から取り出して補助診断装置の知識ベースに記憶す
る。

次いで補助診断装置は中央診断装置と分離されて診断
対象となる現場制御装置の設置場所に移動して使用さ
れ、補助診断装置の知識ベースに記憶された詳細診断用
知識に基づいて、診断対象となる現場制御装置に対する
試験の指示を保守員に対して表示し、それに応じて保守
員が行なった試験の結果を入力されながら詳細な診断を
実行する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の診断装置の構成図である。第１図に
おいて、１は中央診断装置、２は補助診断装置、３は診
断対象となるプラントの分散制御システムである。プラ
ントの分散制御システム３はプラントの現場に分散設置
された複数の制御装置32〜37とプロセス計算機31とを伝
送路30により相互に接続して構成されている。プロセス
算機31は現場の制御装置32〜37から伝送路30を介してプ
ラントデータを取り込みプラントの運転状態を総括的に
監視している。

中央制御装置１は分散制御システム３の現場制御装置
32〜37とは離れた場所、例えばプラントの運転制御を行
なう中央制御室に設置され、接続ケーブル10により分散
制御システム３と接続される。また、中央診断装置１と
補助診断装置２との間も接続コネクタ17,24と接続ケー
ブル20により接続される。

中央診断装置１において、11は診断処理手段、12は診
断に関する知識を記憶する知識ベースである。13は対話
手段であり、CRT等の情報表示機能とキーボード等の情
報入力機能を有する。14はプラントデータや分散制御シ
ステム３の状態データを記憶するプラントデータベー
ス、15は分散制御システム３からデータを取り込むデー
タ入力手段、16は診断知識選択出力手段である。また、
補助診断装置３において、21は診断処理手段、22診断知
識を記憶する記憶手段、23は対話手段である。

以下、各部の機能について説明する。

中央診断装置１の知識ベース12には分散制御システム
３全体の故障診断に関する診断知識を記憶している。こ
の診断知識はプラントデータベース14や対話手段13から
得られる情報を用いる診断知識の他に、現場でしか得ら
れないデータや故障装置（故障した現場制御装置）の手
動による試験の結果を用いる診断知識も含まれている。

分散制御システム３の現場制御装置32〜37に故障が発
生したとき、中央診断装置１はプロセス計算機31からの
異常検出信号または対話手段13からの手動要求によって
分散制御システム３の故障診断を開始する。中央診断装
置１は、まず、データ入力手段15により分散制御システ
ム３からプラントデータや現場制御装置32〜37の状態デ
ータを取り込み、プラントデータベース14に格納する。
診断処理手段11は知識ベース12内の、プラントデータベ
ース14や対話手段13から得られる情報を用いる診断知識
に基づいて、プラントデータベース14または対話手段13
から診断に必要な情報を収集し、故障診断を行なう。こ
の結果、この知識の範囲内で同定された故障箇所が診断
結果として対話手段13に出力される。このとき、故障内
容によっては故障箇所が補修可能単位まで絞り込まれな
いことがあり、この場合は現場制御装置単位で又は１つ
の現場制御装置内の構成要素単位で、複数の故障候補が
診断結果として出力される。

診断知識選択出力手段16は、診断処理手段11が出力し
た診断結果について、さらに詳細な診断を実行するため
に必要な診断知識、すなわち現場でしか得られないデー
タや故障装置の手動試験の結果を用いる診断知識等を知
識ベース12から取り出す。診断知識選択出力手段16から
取り出された診断知識は、中央診断装置１から接続ケー
ブル20を経て補助診断装置２に転送され、補助診断装置
２の記憶手段22に格納される。

診断知識が補助診断装置２の記憶手段22に格納された
後、接続ケーブル20をとりはずすことによって補助診断
装置２は中央診断装置１から分離される。以後、補助診
断装置２を故障装置の設置場所に移動し、現場で補助診
断装置２による詳細な診断が実行される。すなわち補助
診断装置２の診断処理手段21は記憶手段22内の診断知識
に基づいて、必要な試験やデータ採取の手順や方法を対
話手段23に表示する。保守員はこの指示に従って診断対
象の現場制御装置の試験を実施し、結果を対話手段23か
ら入力する。診断処理手段21はこのように対話手段23を
用いて保守員と対話形式で診断を進め、現場制御装置に
対する詳細な故障診断を実行し、故障箇所を保守可能単
位まで絞り込む。この診断結果は対話手段23に表示され
る。

第２図は知識ベース12の例を示す図である。41は故障
診断に関する知識を記憶するルール記憶部で、診断知識
は（IF条件部、THEN結論部）のルール形式で記述されて
いる。条件部にはプラントデータベース14内のデータと
所定の基準値との比較、対話手段13からの応答結果の判
定、これまでの推論の中間結論の判定等が記述されてい
る。また、結論部は条件部が成立したときの結論、対話
手段13への出力メッセージ及び対話手段13からの応答入
力等が記述されている。42は作業記憶部で、推論の途中
結果や対話手段からの入力情報等が記憶される。

第３図は診断処理手段11における処理手順を表すフロ
ーチャートであり、s1〜S4は処理ステップを表す。処理
ステップs1〜s2では知識ベース12のルール記憶部41の各
知識の条件部の成立の判定を実行し、条件部が成立する
知識を１つ取り出す。すなわち、各知識の条件部の記述
内容に従ってプラントデータベース14や知識ベース12の
作業記憶部42の内容を参照して、プラントデータと基準
値との比較、対話手段13からの応答結果の判定、あるい
はこれまでの推論の中間結論の判定等を実行し、条件部
が、成立する知識を１つ取り出す。処理ステップs3では
条件部が成立した知識の結論部の記述に従い、中間結論
の作業記憶部42への格納や、対話手段13に出力したメッ
セージに対する応答を受け取って作業記憶部42に格納す
る等の処理を実行する。ここで、結論部として現場制御
装置の試験結果の入力等、中央診断装置１の設置場所で
は不可能な操作が記述されている場合は、この知識の実
行をスキップする。

以上の処理を繰返し実行し、条件部が成立する知識が
無くなったときに診断処理が終了する。このとき処理ス
テップs4はこれまでの推論で得た結論を最終結論として
対話手段13に出力する。

以上のように、診断装置１の診断処理手段11は、中央
診断装置１の設置場所で得られる情報の範囲内で故障箇
所の診断を実行する。

第４図は診断知識選択出力手段16の処理手順を表すフ
ローチャートであり、s11〜s15は処理ステップを表す。
診断知識選択出力手段16は中央診断装置１の診断処理手
段11で得られた結論を起点としてさらに詳細診断を実行
するための診断知識を知識ベース12から選択して取り出
すものであり、以下、手順で実行される。

まず、処理ステップs11で診断処理手段11で得られた
結論を条件部に持つ診断知識を知識ベース12からすべて
取り出し、診断知識選択出力手段16内の作業用ファイル
（図示せず）に格納する。次に処理ステップs12で、上
記作業用ファイルから診断知識を１つ取り出し、補助診
断装置２に出力する。処理ステップs13では処理ステッ
プs12で取り出した診断知識の結論部の情報を条件部に
持つ診断知識を知識ベース12からすべて取り出し、上記
作業用ファイルに追加格納する。例えば、処理ステップ
s12で取り出した診断知識の結論部に「THEN 基板Ａ故
障」と記述されていれば、条件部に「IF 基板Ａ故障」
と記述されている診断知識を知識ベース12から取り出
す。また、結論部に「THEN PRINT“基板Ａを正常品と交
換せよ";INPUT“基板Ａ交換後正常"x」と記述されてい
れば、（但し、“…”は対話手段の13への出力メッセー
ジであり、PRINTは“…”のメッセージを対話手段13に
出力せよの意味であり、INPUTは“…”のメッセージに
対する保守員の回答である対話手段13からの入力情報ｘ
（yes又はno）を入力せよの意味である）、条件部に「I
F 基板Ａ交換後正常 Ｙ」または「IF 基板Ａ交換後
正常 Ｎ」（Ｙはyes、Ｎはnoの意味であり、これは対
話手段13から保守員が応答結果として入力したものであ
る）と記述されている診断知識を知識ベース12から取り
出す。処理ステップs14では作業用ファイルから処理ス
テップs12で取り出した診断知識を削除する。処理ステ
ップs12から処理ステップs14が作業用ファイルが空にな
るまで繰り返される。

以上の処理手順により、診断処理手段11で得られた結
論の詳細診断に必要な診断知識が中央診断装置１の知識
ベース12から取り出され、補助診診断装置２の記憶手段
22に格納される。補助診断装置２の診断処理手段21は、
記憶手段22に記憶された診断知識を用いて中央診断装置
１の診断処理手段11と同様の手順で診断処理を実行す
る。

第５図は本発明の診断装置の別の実施例である。第５
図において、符号１〜３、11〜16、21、23は第１図と同
じものを示している。40はフロッピーディスク、磁気テ
ープ又は光ディスク等の脱着式の記憶媒体であり、18及
び25は上記脱着式の記憶媒体の駆動装置である。

中央診断装置１による診断実行時には記憶媒体40は中
央診断装置１の駆動装置18に装着されている。診断知識
選択出力手段16は知識ベース12から取り出した診断知識
を駆動装置18に装着された記憶媒体40に記憶する。中央
診断装置１による診断終了後、記憶媒体40を診断装置１
の駆動装置18から取りはずし、補助診断装置２の駆動装
置25に装着する。

これにより、診断装置１と補助診断装置２との間を接
続することなく、中央診断装置１の知識ベース12内の診
断知識を補助診断装置２に移すことができる。

第６図は中央診断装置１の別の実施例である。第６図
において、符号11〜16は第１図と同じものを示してい
る。19は保守データベースであり、現場制御装置の試験
や保守時に参考となる情報、例えば装置の実装図や回路
図等を記憶している。

診断知識選択出力手段16は知識ベース12から現場制御
装置の詳細診断に必要な診断知識を取り出す時に、この
診断知識に関連する保守情報を保守データベース19から
取り出し、診断知識と合わせて補助診断装置２に出力す
る。診断知識に関連する保守情報の取出しは、診断知識
の結論部に現場制御装置の試験の指示と合わせて保守情
報の認識番号を記述しておくことににより容易に実現可
能である。

これにより、補助診断装置２に保守情報の読出し及び
表示機能を持たせれば、現場制御装置の設置場所で保守
員は保守のための詳細な情報も得ることができ、保守診
作業の効率向上が図れる。

以上述べた実施例では補助診断装置２は保守員との対
話形式で診断する例を示したが補助診断装置２に試験手
段を設け、被診断装置（診断対象である現場制御装置）
の試験結果を自動的に収集することも可能である。この
場合、試験データとして被診断装置のメモリダンプ情報
（被診断装置のコンピュータのメモリ内容を全て出力さ
せた情報）や複数箇所の信号波形等が考えられ、大量の
データを扱うと共にその解析手順も複雑であるが、メモ
リ素子の小型化・高速化により可能になる。

第７図はこのような試験手段を有する補助診断装置２
の実施例である。第７図において、21〜23は第１図と同
じものであり、25は試験手段、26は試験データ解析手
段、27は試験データ記憶部である。ここでで試験内容と
して被診断装置の多数箇所の信号波形を解析する場合を
例にとって動作を説明する。診断処理手段21は記憶手段
22の診断知識に基づいて診断を実行する。このとき診断
知識の結論部に信号波形解析指示があると、対話手段23
に波形観測箇所を表示する。保守員は対話手段23の指示
に従って観測プローブP1〜Pnを被診断装置の所定箇所に
接続し、接続が終了した旨を対話手段23から入力する。
診断処理手段21は試験手段25に測定方法を含む測定指令
をC1を送り、試験データ解析手段26に解析手順C2を送
る。試験手段25は観測プローブP1〜Pnから信号電圧を一
定時間サンプリングして取込み、観測データを試験デー
タ記憶部27に格納する。試験データ解析手段26は、試験
データ記憶部27から観測データを読出し、診断処理手段
21から前もって送られた解析手順に従ってデータを解析
し、その結果を診断処理手段21に送る。

なお、上記の測定方法や解析手順は第６図の実施例で
述べた保守情報として取扱い、診断知識と共に診断装置
１から取り出して記憶手段22に記憶しておく。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明によれば、中央診断装置を
用いて分散制御システムの概略診断を遠隔診断で実行
し、現場の制御装置に対する試験や保守作業を含む詳細
な診断については、必要な診断知識を格納した補助診断
装置を診断対象装置の設置場所に持ち運んで実行する。
従って、中央診断装置と現場の多数の制御装置との間を
通信回線で接続する必要がない。また、補助診断装置に
より試験や保守作業の手順を示すことができるので、熟
練度の低い保守者でも熟練者と同等の保守診断を行なう
ことができ、分散制御システムに対する保守診断作業の
効率向上が図れる。

さらに、補助診断装置の知識ベースには中央診断装置
の知識ベースから必要な知識を選択して格納するので、
補助診断装置用に特別な知識ベースを予め作成しておく
必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の診断装置の一実施例の構成図、第２図
は知識ベースの例示図、第３図は診断処理手段のフロー
チャート、第４図は診断知識選択出力手段のフローチャ
ート、第５図は本発明の診断装置の別の実施例を示す
図、第６図は中央診断装置の別の実施例を示す図、第７
図は補助診断装置の別の実施例を示す図である。 １……中央診断装置 ２……補助診断装置 ３……分散制御システム 11,21……診断処理手段 12……知識ベース 16……診断知識選択出力手段

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の現場制御装置によりプラントの監視
   制御を行うプラント分散制御システムの故障診断装置で
   あって、中央診断装置およびそれとは別個で現場制御装
   置の設置場所へ移動可能な補助診断装置から構成され、
   中央診断装置は、複数の現場制御装置に対する故障診断
   の知識ベースと、前記知識ベースに基づいてプラント分
   散制御システム全体に対する概略的な故障診断を実行す
   る診断処理手段と、前記診断処理手段の診断結果の詳細
   な診断に必要な診断知識を前記知識ベースから取り出す
   診断知識選択出力手段とを備えており、補助診断装置
   は、上記診断知識選択出力手段により取り出された診断
   知識を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された診
   断知識に基づいて、現場制御装置の試験結果の入力を受
   けて現場制御装置の詳細な診断を行う診断処理手段と備
   えていること、を特徴とするプラント分散制御システム
   の故障診断装置。
2. 【請求項２】中央診断装置と補助診断装置との間に着脱
   可能に接続された電気的接続手段を介する転送によっ
   て、前記診断知識選択出力手段により取り出された診断
   知識を補助診断装置内の前記記憶手段に記憶させるよう
   にした請求項１記載のプラント分散制御システムの故障
   診断装置。
3. 【請求項３】前記診断知識選択出力手段により取り出さ
   れた診断知識を着脱可能な記憶媒体に記憶し、この記憶
   媒体からの再生出力を補助診断装置内の前記記憶手段に
   記憶させるようにした請求項１記載のプラント分散制御
   システムの故障診断装置。
4. 【請求項４】中央診断装置に保守情報記憶手段とその取
   り出し手段とを有し、該取り出された保守情報を補助診
   断装置内の記憶手段に記憶させ、補助診断装置にて診断
   指示と共に保守情報を表示するようにした請求項1,2又
   は３記載のプラトン分散制御システムの故障診断装置。
5. 【請求項５】補助診断装置内の前記記憶手段に記憶され
   た診断知識に基づいて現場制御装置の試験および試験デ
   ータの解析を自動的に実行する手段が補助診断装置内に
   設けられている請求項1,2,3又は４記載のプラトン分散
   制御システムの故障診断装置。
6. 【請求項６】前期診断知識選択出力手段は、条件部と結
   論部から成る複数の知識を記憶する知識ベースから、指
   定された結論を条件部にもつすべての知識を取り出す知
   識選択機能を用いて、特定の結論を起点として、結論部
   と条件部がつながる全ての知識を連鎖的に取り出すよう
   になっている請求項１ないし５のいずれかに記載のプラ
   トン分散制御システムの故障診断装置。