JP3295089B2 - 発振器の凍結又は故障の検出方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、一般に被制御装置および被制御プロセス中
の検出プロセスおよび検出機構の凍結と故障を検出する
ための方法と装置に関する。検出プロセスおよび検出機
構は，検出器出力信号を発生し，さらにこれを検出プロ
セスと検出機構によってプロセス信号に変換する検出器
を有しており，また検出器は検出プロセス内で被制御装
置と被制御プロセス中のプロセスノイズによる（連続的
な）遷移変動を受ける。

プロセス制御の場合には，ノイズ信号は（測定が行な
われる）被制御装置もしくは被制御プロセス中にプロセ
スノイズとして，または測定方法（集中検出プロセスお
よび検出機構を用いて実行される）中で測定ノイズとし
て発生することがあり，これとの関連において，「ノイ
ズ」という用語は全ての種類の妨害を表わすために用い
る。通常時間的に離散した信号自体について従来の解析
技術を使用して信号中のノイズ源を識別することは不可
能である。一連の離散信号を時間の関数として解析する
ときには，通常ノイズは発振特性，即ち振動特性を示
す。通常の場合，その総合的な発振パターンは特性周波
数を持つ１組みの正弦波に分解することができる。

プロセスノイズは，測定用検出器の位置に近接した被
制御装置およびプロセス自体中での過渡的変動によって
生じる。制御される装置とプロセス自体中での斯かる変
動の原因となる要因には，例えば液体中の同伴気泡の存
在，油／水混合物の攪拌時に於けるような液体密度の局
部的な変動，液体温度の局部的な変化，乱流等の多数の
要因がある。

測定ノイズは，このような検出プロセスおよび機構の
各段階で発生する。測定ノイズは通常検出プロセスおよ
び機構の品質の関数である。

温度，圧力，流量等のプロセス変数を測定するために
使用される現行の方法では，その本性上，振幅上にプロ
セスノイズと測定ノイズの両方を含む信号を生じる。従
って，ノイズによって変形されたプロセス信号を使用す
ることはプロセス制御エンジニアにとって長年の問題点
である。測定ノイズは，正常な場合にはプロセスノイズ
成分と較べると，所定の信号中に存在するノイズの全体
中ではそれほど重要な成分ではなく，また測定ノイズは
電気回路の接地等の対応対策によって更に減少させるこ
とができる。従って以下の検討はプロセスノイズ成分に
焦点を合わせたものであって，また測定ノイズ成分の影
響が本発明の利用において本質的に無視できる程度であ
ることを前提としている。

原子力発電所，自動車，タービン，化学等の製造プロ
セスの複雑な機械の運転中に１基または１組みの制御装
置が支援している被制御装置とプロセスにおいては，プ
ロセスの状態を決定するために，制御されているプロセ
スの各種のパラメータが監視される。この目的のため
に，検出器と変換器を使用して各種の属性（例えば温
度，圧力，流量，回転数または容器内の液面等）の価を
代表する検出器出力信号を発生させる。

検出器は一定の事象，事件，または状態に応答するよ
うに構成され，従ってまた前記の状態，現象または事象
を表わすアナログ信号またはディジタル信号を（即ち，
更に実質的な意味では，数値またはブール代数量とし
て）発生するように構成された装置である。「検出器」
という語はまた，さらにその構成部品として，被制御装
置またはプロセスと物理的に接触している相互作用型の
測定装置（トランスジューサ）を含むこともでき，以下
においてはこの一般的な装置が検出器中に組み込まれて
いるものと見做す。

プロセス制御との関連においては，検出器によって発
生した出力信号は次いで，被制御装置（製造プラント、
航空機，船舶その他のリアルタイム・プロセス制御コン
ピュータによって制御される装置）によりプロセス制御
決定プログラムを使用して実行されるプロセス制御決定
プログラムで有用な価として，検出器出力信号を代表す
るプロセス信号に変換される。それぞれ特定の信号に適
した多くの公知技術が検出器出力信号のプロセス信号へ
の変換の過程で利用されているが，これらの技術の若干
の一般例には，アナログ・ディジタル変換，線形化，ホ
イートストン・ブリッジによる測定（例えば計量セルや
抵抗測温体の場合），多重化，または検出器がその検出
器出力信号としてシリアルデータメッセージを出力した
場合の検出器からのシリアルデータメッセージの受信お
よび解釈が含まれている。これらの技術は，プロセスコ
ンピュータおよび実施例においてプロセス制御決定プロ
グラムを実行しているコンピュータ処理装置で実行中の
集約的検出器出力条件化ソフトウエア手段との組み合わ
せによって実行することができる。

本発明の背景の別の要点は，検出プロセスと検出機構
に関係する検出形式，それに関係する制御装置，および
プロセス信号のすべてが，さらに実時間処理として一般
に公知の操作モードとの関連において本発明の或る一定
の側面を満たし且つこれを実施するプロセス制御コンピ
ュータと関係していることである。実時間処理は一般
に，或る事象が実際の時間の限界内で一定の反応を生
じ，且つコンピュータの動作が外部条件および実際の時
間とに関連し且つこれらの条件と時間とによって限定制
御される処理方法として定義される。プロセス制御の領
域に於ける関連説明としては，実時間処理は，被制御装
置およびプロセスの一部として機能するプロセス制御決
定プログラムに必須の関連プロセス制御論理，決定，お
よび定量的操作の実行に関係しており，プロセス制御決
定プログラムを通常20ミリ秒と２秒との間の期間を有す
る比較的高い頻度で定期的に実行されるが，その他の期
間を用いてもよく，また同調，感度または資源の有効利
用のいずれかに関する目的をもってプロセス制御決定プ
ログラムの主実行期間の整数倍の期間で実行してもよ
い。

連続制御プロセスにおいては，温度，流量，電圧，電
流，回転数，高さ等のパラメーターを監視してプロセス
が許容範囲外にある場合を決定するようにしてもよい。

ノイズ等の自然現象は通常均一に分布しているもので
はない。むしろその多くはガウス分布として知られてい
る公知のベル形の分布特性を持つ正規分布に従う傾向に
ある。この分布によって生成する無作為数は，その群全
体の平均，すなわち平均値の周りに集まる傾向にある。
数値が平均から離れるにつれてその出現頻度は減少す
る。

このことは，統計学的な意味においては，検出プロセ
スおよび機構から誘導・発生されるプロセス信号がそれ
らの価に無作為変動を示すことを意味している。これら
のプロセス信号が所定の限界内で常に正規分布を示すと
きは，被制御装置とプロセスは安定且つ制御器による制
御下にあると考えられる。

被制御装置とプロセスの運転中に，ケーブルの破断，
短絡，凍結その他の種類の故障等の破壊的な事象または
状況によって，検出器または検出器からの検出器出力信
号に異常を生じたり，終了したり，あるいはまたひずみ
を生じることがあり，従って検出器出力信号と，さらに
その関連プロセス信号は，制御されているプロセスの状
態を表わしておらず，プロセス制御操作中に有害な作用
を生じることがある。凍結（freezupまたはfreezing）
という語は，何等かの機械的，電気的または流体工学的
な破壊要素の検出機構または検出信号発信機構中への好
ましからざる導入を言うのであって，これにより被制御
装置とプロセスとに関連した事象，事件または状態を示
すプロセス信号を発生するように検出プロセスと機構を
設計した所定の方法での，検出器出力信号またはそれに
関連したプロセス信号の動的応答が低下するかまたは動
的応答が行なわれないようになる。

凍結と関連した現象の例には，短絡，無線周波数妨
害，流体相の変化（例えば被制御装置およびプロセスへ
検出器を接続しているチューブまたはパイプ中での液状
タールの固形タールへの固化，被制御装置およびプロセ
スへ検出器を接続しているチューブまたはパイプ中での
モノマーの重合により粘稠な液体への変化，または被制
御装置およびプロセスへ検出器を接続しているチューブ
またはパイプ中での固体粒子の塊状化等がある。

従って，本発明の目的は，検出器出力信号を発生して
いる検出器の操作中またはそれに関連する広範囲な検出
プロセスと機構中の凍結または欠陥の存在を，被制御装
置またはプロセス中の検出器出力信号から誘導されたプ
ロセス信号を検査することによって，判定するための経
済的で直接的な方法と装置を提供することにある。

発明の要約 本発明に従えば，制御装置とプロセスでの検出器出力
信号または検出器出力信号から誘導されるプロセス信号
を発生している検出器の操作中に発生する可能性のある
凍結現象または故障現象を検出するための方法は，プロ
セス信号の標準偏差を実時間処理モードで決定する諸段
階を有しており，これら諸段階は，実時間処理モードに
おいて，プロセス信号の標準偏差の推定値を決定する段
階と，プロセス信号の標準偏差の推定値を少なくとも１
つの所定の基準値と比較する段階と，比較した結果、比
較した値の間の偏差が許容不能であるときに，許容不能
信号を発生する段階とを有し、第１の所定の基準値がプ
ロセス信号の標準偏差の推定値の下限（LL）値として設
定されており，プロセス信号の標準偏差の前記推定値が
前記LL値未満のときに前記許容不能信号を発生すること
を特徴とする。

実施例においては，この方法は（１）検出器（検出器
出力信号を発生している）の作動中での，または（２）
被制御装置（例えば製造プラント，航空機，船舶その他
の実時間制御コンピュータによって制御される装置）を
プロセスコントロール決定プログラムの使用によって操
作するときにそのプロセス制御決定プログラムが使用す
るプロセス信号を記憶する同一の実時間コンピュータ処
理装置内でこの方法が実行されるときに，検出器出力信
号をプロセス信号に変換する（検出機構全体中の）関係
構成部品中での，凍結（または故障）現象の直接的な検
出を行なう。

本発明が非常に広い利用分野を持っていること，およ
び検出プロセスおよび機構の凍結または故障を検出する
ための方法と装置，検出器によって発生した検出器出力
信号またはさらに被制御装置およびプロセス中で発生し
た誘起プロセス信号が実時間データまたは頻繁に更新さ
れるデータを使用するその他の分野においても適用可能
であって従来の種類の検出器またはトランスジューサが
使用されている分野のみに制限されるものではないこと
は，明らかでである。

本発明が非常に多数の種類の検出器またはトランスジ
ューサに適用できることもまた理解される。

上記その他の本発明の目的と利点は，以下に簡単に説
明する添付図面を参照して以下の詳細な説明によって更
によく理解することができよう。

図面の簡単な説明 図１は，プロセス制御コンピュータ中で実行されるプ
ロセス制御決定プログラムを組み込んだ制御ループの動
作を可能にするハードウエアとソフトウエアの構成部分
を，相互に関係付けて示す簡単なブロック図である。

図２は，本発明に従う検出プロセスおよび機構の凍結
または故障を検出するためのプロセスダイナミックスお
よび制御ブロック図制御ループを示す簡単なブロック図
である。

また図３は本発明に従う検出方法の段階を示す流れ図
である。

実施例の詳細な説明 図１は，被制御装置およびプロセスであって関連する
且つ一体接続された検出器２を有し，前記検出器がさら
にトランスジューサ３および検出器出力信号発信装置を
有している被制御装置およびプロセスの簡単なブロック
図である。トランスジューサ３および検出器出力信号発
信装置４は，相互作用により当業者に公知の方法で検出
器出力信号52を発生する。検出器出力信号５は当業者に
公知の電気的手段，光学的手段または無線周波数手段の
何れかに基づく通信方法によって検出器出力信号受信ハ
ードウエア６に送信される。検出器出力信号受信ハード
ウエア６はプロセス制御コンピュータ７に付属してお
り，プロセス制御コンピュータ７中で実行される検出器
信号条件化ソフトウエア８との相互作用によってプロセ
ス信号９を発生する。

プロセス信号X_k9はこのときプロセス制御コンピュー
タ７中で実行されるプロセス制御決定プロセスの実行中
に規準化することもできる。次いでプロセス制御決定プ
ログラム10がプロセス制御コンピュータ７中に制御信号
11を発生する。さらに制御器信号11は，プロセス制御コ
ンピュータ７中で実行する制御器信号条件化ソフトウエ
アおよびプロセス制御コンピュータ７に付属し密接に関
係した制御器信号送信ハードウエア12との相互作用によ
って制御器出力信号を発生し，この制御器出力信号は通
信法（電気的手段，光学的手段または無線周波数手段の
何れかに基づく）によって，制御基信号受信装置16およ
び被制御装置およびプロセス１に影響する密接合された
現場制御装置17とに送信される。

図１に略記した発生順は，本発明の実施例では，通常
20ミリ秒と２秒との間の周期をもつかなり高い頻度で生
じるが，その他の時間間隔を利用することもできる。プ
ロセス制御コンピュータ７は関連する図１の要素に固有
のプロセス制御論理，決定および定量的操作を動的に実
行する物理的な操作装置である。

図２に，単純化したブロック形式で，共通に規準化さ
れたプロセスダイナミックス，および制御器21と，被制
御装置およびプロセス22（被制御装置およびプロセス１
に対応する）と，検出プロセスおよび機構23とを含む図
１の制御部品と実質的に関連させることのできる制御ブ
ロック図制御ループの場合を示す。

図２の検出プロセスおよび機構23は，プロセス制御お
よびプロセスダイナミックスに関係して評価されるとき
には，図１のトランスジューサ３と，検出器出力信号発
信装置４と，検出器出力信号５と，検出器出力信号受信
ハードウエア６と，検出器信号条件化ソフトウエア８と
を有している。制御器21は論理的に図１のプロセス制御
決定プログラム10内に論理的に内在しており，さらに制
御器信号11,制御器信号条件化ハードウエア13,制御器出
力信号14,制御器信号受信装置16および現場制御装置17
として指定されている図１の要素を有している。

図１のプロセス制御コンピュータ７は，図1,2および
３の要素に固有のプロセス制御論理と，決定と定量的操
作とを動的に実行する，関連物理的操作装置としての制
御器21,検出プロセスおよび機構，および図２に示した
結合演算子24とに関係している。

基準入力信号ｒが結合演算子に供給されるが，演算子
は基準入力信号ｒまたは検出プロセスおよび機構23から
のプロセス信号X_kのいずれかの否定演算を行ない，結合
演算子24に供給する加算器であることもできる。結合演
算子24からの出力は，被操作入力ｍを発生する制御器21
に誤差信号ｅとして供給され，制御器21はその出力とし
て被制御装置およびプロセス22への操作入力を発生す
る。被制御装置および機構22への操作入力ｍ（図２）
が，制御器出力信号14（図１）ではなく，現場制御装置
17によって生じる被制御装置およびプロセス１の環境の
中間変更（例えば，アナログ制御弁の部分的閉止によっ
て生じるパイプ中の内部有効断面開口の変化）であるこ
とに注意しなければならない。被制御装置およびプロセ
ス22は，反応器，充填された容器，サイリスタ，電動機
等の機械的または化学的プロセスまたは装置であること
ができる。用語「被制御装置およびプロセス」，「被制
御環境」または「被制御システム」は，人間が制御ルー
プの１部であり得るような状況を含まなければならな
い。この点に関しては，図１に好ましい全自動計画を示
下が，部分的に自動化した方法を除外するものではな
い。

検出プロセスおよび機構23によって測定および指示さ
れるべきプロセス属性Ｘは，温度，流量，電圧，電流，
回転数，高さ等の，被制御装置およびプロセス22に関連
した固有の現象であることができる。

本発明は，プロセス属性Ｘは，ある期間にわたってそ
の絶対値が無作為に変動するはずであると言う考え方，
従って検出プロセスおよび機構23は，適正に作動してい
るときにプロセス信号X_kの対応する振幅変動を出力すべ
きてあると言う考え方から出発している。プロセス制御
の当業者が理解できるように，プロセス属性とプロセス
信号X_kとの間の振幅または動的信頼性に於ける対応が不
正確であると，制御器21がプロセス属性Ｘとプロセス信
号X_kの間の不正確な対応性を有効に検出して補正するた
めの手段または機構を有しない限り、被制御装置および
プロセス22を有効に制御するための制御器21の的確性が
減少することがある。本発明は，斯かる不正確な対応性
を検出するための手段と機構であって，状況の補正は，
一般にプロセス属性Ｘとプロセス信号X_kの間に不正確な
対応の確認された場合には，一般に理解されることであ
る。

検知プロセスおよび機構23は，負の最大目盛り（NF
S）値と正の最大目盛り（PFS）値によって測定範囲が所
定の範囲内に制限付け，または拘束されているという状
況内でのアナログ値を示す信号を生成するためのプロセ
ス信号X_kを出力する。

プロセス信号X_kの時間の関数としての変化量を検出す
るために使用することのできる１つの可能な方法は，図
１のプロセス制御コンピュータ７によって，実時間処理
モードでプロセス信号X_kの標準偏差δ_ｋの推定値を決定
し，また設定によって第１の所定値LLをプロセス信号の
標準偏差の下限値として，また第２の所定値Hiをプロセ
ス信号の標準偏差の上限値として決定することである。
これらの各種の決定は，上に示したように，プロセス制
御コンピュータ７によって実行されているプロセス制御
決定プログラム10に論理的に常駐する制御器21内で実行
される。この標準偏差の推定値は下限値ii未満であるか
または上限値を超えるときは，検出器凍結または故障が
発生する。標準偏差δ_ｋの推定値の決定については更に
以下に説明する。

ここで，任意の時点に於ける特定の信号の標準偏差の
推定値と状態とを決定することのできる詳細な操作を，
図３を参照して説明するが，同図では，本発明の重要な
側面である制御器21という検出スキーマの下位部分を用
いて凍結または故障に関するプロセス信号X_kの状態に関
しての評価を機能図（フローチャート）で示した。

実施例においては，サンプル間隔（または周期）Tsで
プロセス制御コンピュータ７中で更新されるプロセス信
号X_kを評価するためには，検出スキーマを使用するが,T
sはプロセス，測定装置その他の環境の定常性に応じて
第２の時間またはその他の周期であることもできる。こ
のサンプリングされたプロセス信号X_k（ｋはプロセス制
御コンピュータ７での離散的時間の周期指標である）
は，プロセス制御決定プログラム10による使用および参
照用の被制御装置および機構の特定属性を表わす一連の
時間離散値としてプロセス制御コンピュータ７に最後に
供給される１組みのプロセス信号の１つである。プロセ
ス制御決定プログラム10の実行開始時に，プロセス制御
コンピュータ７のスタートアップに次いで，周期指標ｋ
がゼロに等しく設定される。実際には,kは当業者に公知
の方を用いてプロセス制御コンピュータ７中の利用可能
なレジスタの制限条件を含むように定期的に調節または
ロールオーバされる。

制御器21の検出スキーマの従属部分の操作は，プロセ
ス制御コンピュータ７中で実行され，「スタート」段階
31で開始される。周期指標ｋは段階32における整数０に
等しく設定され，また現在の期間間隔Tsでのプロセス信
号X_kが，制御器21の検出スキーマの従属部分によって
「X_k読み取り」段階33に読み込まれる。

プロセス制御コンピュータ７は，つぎに段階34で，振
幅ゼロと関係した価についてのプロセス信号X_kの価を被
制御装置およびプロセス１の属性に対して検討する。決
定がYESであるときは，開回路または全般的な不連続性
があることが示されている（故障または「充電部ゼロ試
験」に関するNOを示している）かをどうかを確定するた
めに，ケーブル破損監視の状態が「充電部ゼロか（Live
Zero?）」段階35で評価される。「充電部ゼロか（Liv
e Zero?）」段階35の結果がNOであると，段階36の第１
のメッセージが出力されて検出プロセスおよび機構23の
物理的構成要素の完全性に問題のあることを示してい
る。この点に関して，または用語のそれ以後の使用に関
しては，「出力中のメッセージ」は，なんらかのメッセ
ージ，プロセス制御コンピュータ７中で実行する任意の
制御器21のデータベースへの状態表示値出力，警報，プ
リンタの出力，赤ランプ，またはその他の，検出スキー
マからプロセス制御コンピュータ７中で実行する何等か
の制御器21によって参照されるデータベースに出力され
るものであってもよい。更に，人間が適当な相互作用型
の装置によってメッセージの表示を受け取るようにして
もよい。段階36における出力メッセージの生成に続い
て，検出スキーマはスキーマ反復終了段階37へ進む。

開回路または一般的な不連続が示されていないとき
（許容可能または「充電部ゼロか」段階35に関するYES
を表示しているとき）は，さらに妥当性の評価が，「妥
当性があるか？」段階38に示されているように行なわれ
る。この種の評価の例には，その他の装置からデータへ
の相互参照，または振幅ゼロ表示の運動量，熱または質
量の伝達平衡に対する相関関係等が含まれる。

他の装置への相互参照を説明する特定の計画は，被制
御装置およびプロセス１の同一の属性を測定することを
対象とする２基の同種の検出器２からのプロセス信号X_k
の価の比較であると考えられる，ゼロ振幅表示と運動
量，熱または質量の伝達平衡との相関関係を説明する特
定の計画としては，ポンプによって移送されている流れ
に接続された流量計が挙げられる。流量計が或る流れに
ついて流量ゼロ値をしめしているが，ポンプを作動させ
ている電動機からの電流値が，ポンプが負荷の増加した
状態で作動していることを示しているときは，流量検出
器が流量ゼロを示しているときでも流れが存在している
ことが電流量の読みから示された運動量の伝達によって
示されることがあるので，「妥当性があるか？」段階38
は「充電部ゼロか？」段階35がYESの価を持つときでも,
NOの価を示さなければならない。「妥当性があるか？」
段階38の評価の結果がNOであれば，段階39の第２のメッ
セージが出力されて検知プロセスおよび機構23の妥当性
に問題のあることを示す。検出スキーマは次いでスキー
マ反復終了段階37へ進む。

プロセス信号X_kの価がゼロでないか，または「妥当性
があるか？」段階試験38の結果がYESのときには，プロ
セス制御コンピュータ７内で実行される検出スキーマは
次いで段階40で，プロセス信号X_kに対する価の正の最大
目盛りPFSの振幅に達するか，またはこれをプロセス信
号が超えるかどうかを検査する。これは短絡が発生して
いることを意味する。段階41では，検出スキーマにより
プロセス信号X_kに対する価の振幅が負の最大目盛りNFS
に達しているかまたはこれよりも低いかどうかを検査す
る。これはケーブルの破断，開回路または一般的な不連
続性が発生していることを意味している。いずれかの場
合に決定がYESであると，適当なPFSメッセージが段階42
で，またはNFSメッセージが段階42で出力される。いず
れの場合においても，検出スキーマは更にスキーマ反復
終了段階37に進む。

PFSおよびNFS試験が両方ともにNOの結果を発生する
と，周期指標ｋは「ｋ＝ｋ＋１」段階44で１の整数値だ
け増加される。周期指標ｋが，段階44の作動後に１に等
しいときには（段階45），その前のサンプリング期間か
らのその前のサンプリング期間プロセス信号X_k-1がプロ
セス信号X_kに等しく設定され（段階46），また段階47で
は，プロセス信号X_kのその前のサンプリング期間プロセ
ス信号X_k-1からの偏差d_kはゼロに設定される。また段階
48では，標準偏差δ_ｋの推定値はゼロに設定される（整
数１であるｋの価は検出スキーマがその第１の反復を経
過しつつあることを意味するので）。新旧度加重変数Ｎ
もまた段階49においてゼロに説明される。この新旧度加
重変数Ｎは更にこの図３の以後の説明中で説明する。検
出スキーマは次いでスキーマ反復終了段階37に進む。

周期指標ｋが段階44の操作後１に等しくないときに
は，プロセス信号X_kの，前のサンプリング周期のプロセ
ス信号X_k-1からの偏差d_kが，検出スキーマの段階50で実
行される下記の式に従って計算される。

d_k−X_k−X_k-1 （１） ここで検出スキーマの次の部分について引き続いて論
じるために，新旧度加重変数Ｎについて説明する。

図３に示した実施例において，本発明の重要な特徴は
標準偏差δ_ｋの推定値の継続的な実時間更新である。統
計学的技術において公知であるように，標準偏差の推定
値は通常形式上１組みのデータ値に基づいているが，こ
の場合その１組みのデータ値の数は，統計学的標準偏差
の推定値の計算の一部として使用される離散的整数であ
る。本発明において，実時間処理モードにおける標準偏
差δ_ｋの推定値の更新は，本発明の方法の感度をプロセ
ス信号X_kの最近値に合わせるように行なわれる。しかし
標準偏差δ_ｋの推定値の新旧度属性は，本発明の操作時
における感度の使用可能性の一部に過ぎない。感度の特
徴の第２の要素は，標準偏差δ_ｋの推定値に対する変化
に影響し，またプロセス信号X_kの最も最近のデータ値を
強力に支持しているプロセス信号X_kの価のより古いセッ
トの衝撃を絶対的に制限付けることによって，可能とさ
れる。本方法のこの属性を必要とする理由は，古典的な
制御モデルにおけるＰ（比例）,PI（比例−積分）およ
びPID（比例−積分−微分）制御器の設計において比例
構成要素を使用することにより補償される現象であるプ
ロセスダイナミックス積分中に取り入れられたデータ集
合のサイズが絶えず増大し続け，これに伴う対応力に対
する基本的な負の慣性作用から導き出されたものであ
り，またこの作用に関係している。

本発明との関係に於いて，標準偏差δ_ｋの推定値は，
プロセス信号X_kのすべての先行する離散値を検出スキー
マによって読み出されているプロセス信号X_kの全ての価
の集合の標準偏差の推定値に対して均等重み付けする古
典的な重み付けに代わって，プロセス信号X_kの離散値の
より最近の集合を標準偏差δ_ｋの推定値の変化率に対し
て強く「重み付けする」標準偏差の推定値である。プロ
セス信号X_kの収集された最近値の暗黙集合の残りの許容
可能な新旧度に更に制限が暗黙に組み込まれているが，
上記の点から，標準偏差の推定値はプロセス信号X_kの最
も最近の価を取り入れているので実質的に敏感である。
検出スキーマ中の新旧度加重変数Ｎは，この効果を本方
法中で得られるように使用される。

図３において51の番号を付した１群の段階中で,Nの価
が最初に「Ｎ＜L?」段階52でＬの一定値に関してチェッ
クされる。（Ｌの大きさは評価中の特定のプロセス信号
X_kに特定的であって，各独自のプロセス信号X_kに関係す
るプロセスダイナミックスの時定数に対して適当である
ように選ばれる。）「Ｎ＜L?」段階52の結果がYESであ
れば,Nの離散値は段階53で，実行中の検出スキーマの特
定反復のために整数１の価だけ増加することが許され
る。しかし，結果がNOであるときには，検出スキーマの
以後のすべての反復においてＮの価はＬに制限される。
Ｎの価の決定後，（プロセス信号X_kの，その前のサンプ
リング期間プロセス信号X_k-1からの）偏差d_kの絶対値偏
差が段階54で確立される。

検出スキーマの次の実行段階はプロセス信号X_kの標準
偏差δ_ｋの推定値の計算であって，本発明に関して段階
55で次式により決定される。

ここで，周期指標ｋについての標準偏差δ_ｋの推定値
は，前に述べたように，検出スキーマに基づいて，新旧
度加重変数Ｎと，前の周期指標ｋ−１の反復からの標準
偏差δ_k-1の推定値と，それ以前に偏差d_kから誘導され
ていた（プロセス信号X_kのその前のサンプリング周期プ
ロセス信号X_k-1からの）絶対値偏差y_kとを用いて計算さ
れる。この式は公知の統計学的関係：推定標準偏差の平
均範囲をd2で除すこと，から誘導される。ここでd2は部
分群の大きさが２である場合には1.128に等しい。平均
範囲は無限指標加重平均級数によって得られる。重みの
選択は，推定値の感度と安定性との均衡化に対するユー
ザの要求に依存する。

その後，段階56において前のサンプリング期間からの
プロセス信号X_k-1はX_kに等しく設定され，また段階57に
おいて前のサンプリング期間からの標準偏差δ_k-1の推
定値が，次の周期指標ｋ＋１についての次回の反復を予
想して，標準偏差δ_ｋの推定値に等しく設定される。

検出プロセスおよび機構23で凍結または故障を検出す
るために，プロセス信号X_kの標準偏差δ_ｋの現在の推定
値が段階58で下限値LLよりも小さいかについて評価さ
れ，また下限値評価により段階58からNOの決定を生じた
ときには，プロセス信号X_kの標準偏差δ_ｋの現在の推定
値は上限値よりも大きいかについて段階59で評価され
る。

標準偏差δ_ｋの推定値が下限値LLよりも小さく，また
段階58からYESを生じると，第２の検出器またはバック
アップ検出器へ切り換える能力の評価が段階60で行なわ
れる。段階59でYESの結果が決定されると，制御器21は
下限凍結によって検出プロセスおよび機構23の物理的構
成要素の完全性に問題のあることを示す段階61の第５の
メッセージの出力によって代替用の検出器に（説明され
ていないが当業者に自明な方法で）基準化される。検出
スキーマは次いでスキーマ反復終了段階37に進む。

代替検出器が利用できず，また段階60からの結果がNO
であるときは，制御器21は，検出プロセスおよび機構23
の下限凍結または故障の存在することが与えられると修
正動作をとる必要性に応じて段階62の第６のメッセージ
の出力により（説明されていないが当業者に自明な方法
で）基準化される。検出スキーマはスキーマ反復終了段
階37に進む。

標準偏差δ_ｋの推定値が上限値HLよりも大きく，また
段階59からYESを生じると，第２の検出器またはバック
アップ検出器に切り換える能力の評価が段階63で行なわ
れる。YESの結果が段階63から決定されると，制御器21
は高水準偏差故障によって検出プロセスおよび機構23の
物理的構成要素の完全性に問題のあることを示す段階64
の第７のメッセージの出力によって代替用の検出器に
（説明されていないが当業者に自明な方法で）基準化さ
れる。検出スキーマは次いでスキーマ反復終了段階37に
進む。

代替検出器が利用できず，また段階63からの結果がNO
であるときは，制御器21は，検出プロセスおよび機構23
の高水準偏差故障の存在することが与えられると修正動
作をとる必要性に関して段階65の第８のメッセージの出
力により（説明されていないが当業者に自明な方法で）
基準信号と対比される。検出スキーマはスキーマ反復終
了段階37に進む。

標準偏差δ_ｋの推定値が上限値HLよりも小さく，また
段階59からNOを生じると，検出スキーマはスキーマ反復
終了段階37に進む。

スキーマ反復終了段階37において，検出スキーマは暗
黙にまたは明示的にステートメントの実行を，プロセス
制御決定プログラム10または制御器21のいずれかの別の
従属区分に転送するが（上記のいずれかが他のプロセス
信号Z_kを直接処理するか，またはプロセス制御決定プロ
グラム10の別のステートメントの実行を継続することも
できる），同時にまた周期指標ｋに適当であるとして前
に説明した反復が周期指標ｋ−１に適当になるような次
のプロセス信号X_kについて検出器プロセスおよび機構23
の凍結または故障状態を検出するための検出スキーマの
次の反復のために「X_kを読み出す」段階33を開始する事
象表示器または時間表示器のいずれかを対象として，待
ちおよび保持段階66に実質的にまた有効に転送する。

別の実施例に於いては，段階52および53で遂行される
操作を時間遅延に置き換えることもできるが，この場合
プロセス制御決定プログラム10中の決定スキーマからの
メッセージ36,39,42,43,61,または65のいずれかを使用
する前に，「開始」段階31に従って新旧度加重変数Ｎに
等しい１組みの期間ｋの経過が許され，またＮの価は段
階49において凍結現象に対する本方法の目標感度を反映
するゼロ以外の価（スキーマの使用中には変更しない）
に設定される。この場合に，段階50は段階54に出る。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−64921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05B 9/02 G01D 21/00 G05B 23/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被制御装置およびプロセスにおいて，検出
   器出力信号を発生する検出器と，前記検出器が被制御お
   よびプロセス中のプロセスノイズによる連続的な過渡変
   動を受けている状態において前記検出器出力信号を前記
   検出器出力信号から誘導されたプロセス信号に変換する
   関係構成要素とを有する，検出プロセスおよび機構の凍
   結または故障を検出するための方法であって， 実時間処理モードにおいて，前記プロセス信号の標準偏
   差の推定値を決定する段階と， 前記プロセス信号の標準偏差の推定値を少なくとも１つ
   の所定の基準値と比較する段階と， 比較した結果、比較した値の間の偏差が許容不能である
   ときに，許容不能信号を発生する段階とを有し、 第１の所定の基準値が前記プロセス信号の標準偏差の推
   定値の下限（LL）値として設定されており，前記プロセ
   ス信号の標準偏差の前記推定値が前記LL値未満のときに
   前記許容不能信号を発生することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において，第２の所定
   の基準値が前記プロセス信号の標準偏差の推定値の上限
   （HL）値として設定されており， 前記プロセス信号の標準偏差の前記推定値が前記第１の
   所定値（LL値）未満であるとき，また前記第２の所定値
   （HL値）よりも高いときに前記許容不能信号を発生する
   ことを特徴とする方法。