JP4904155B2 - 診断システム、プロセス制御システムの性能を監視する方法、及びフィールド装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にプロセス制御システムに関し、具体的には、プロセス制御システムための診断システム及び診断方法に関する。

化学プロセス、石油プロセス又はその他のプロセスで用いられるような分散プロセス制御システムは、アナログ、デジタル、又はアナログ／デジタル複合バスを介して１つ以上のフィールド装置に通信可能に接続された１つ以上のプロセスコントローラを含むのが一般的である。プロセス環境内には、例えば、バルブ、バルブポジショナ（例えば、デジタルバルブポジショナ）、スイッチ及びトランスミッタ（例えば、温度センサ、圧力センサ、レベルセンサ、及び流量センサ）であり得るフィールド装置が配置されており、バルブの開閉、プロセスパラメータの測定等といったプロセス機能を実行する。周知のＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ(登録商標)フィールドバス・プロトコルに準拠したフィールド装置等といったインテリジェント化されたフィールド装置は、一般的にコントローラ内で実装される制御計算、警報機能及びその他の制御機能も実行し得る。時に厳しいプラント環境内に配置されるのが一般的であるプロセスコントローラは、フィールド装置によって実行されるプロセス測定及び／又はフィールド装置に関する他の情報を示す信号を受け取って、例えば、プロセス制御決定を行う複数の異なる制御モジュールを実行するコントローラアプリケーションを実行し、受け取った情報に基づいて制御信号を生成し、ＨＡＲＴやフィールドバスのフィールド装置等といったフィールド装置で実行中の制御モジュール又はブロックと協調する。コントローラ内の制御モジュールは、通信回線を介してフィールド装置に制御信号を送ることにより、プロセスプラントの運転を制御する。

フィールド装置及びコントローラからの情報は、通常、より厳しいプラント環境から離れた調整室やその他の場所に配置されるのが一般的な１つ以上の他のハードウェア装置（オペレータワークステーション、パーソナルコンピュータ、データ履歴装置、レポート・ジェネレータ、集中データベース等）が、データハイウェイを介して利用できるようにされる。これらのハードウェア装置は、例えば、オペレータがプロセスに関する機能（例えば、プロセス制御ルーチンの設定変更、コントローラ又はフィールド装置内の制御モジュールの動作の修正、プロセスの現在状態の検分、フィールド装置及びコントローラが生成した警報の検分、人員の訓練又はプロセス制御ソフトウェアの試験を目的としたプロセスの動作シミュレーション、コンフィグレーション・データベースの維持及び更新、プロセスプラント内のセクション又はユニットの動作及び運転に関するレポートの生成、等）を実行できるようにし得るアプリケーションを実行する。

一例として、フィッシャー・ローズマウント・システムズ社（Fisher Rosemount Systems, Inc.）が販売しているＤｅｌｔａＶＴＭ制御システムは、プロセスプラント内の様々な場所に配置された複数の異なる装置によって格納及び実行される複数のアプリケーションを含む。１つ以上のオペレータワークステーション内に存在するコンフィグレーション・アプリケーションは、ユーザがプロセス制御モジュールを作成又は変更すること、及び、これらのプロセス制御モジュールをデータハイウェイを介して専用の分散コントローラにダウンロードすることを可能にする。一般的に、これらの制御モジュールは、通信可能に相互接続された機能ブロックで構成される。これらの機能ブロックは、オブジェクト指向プログラミングプロトコルのオブジェクトであり、機能ブロックへの入力に基づき制御スキーム内の機能を実行すると共に制御スキーム内の他の機能ブロックへの出力を提供する。コンフィグレーション・アプリケーションは、コンフィグレーション設計者が、オペレータに対してデータを表示するビューイングアプリケーションによって用いられるオペレータインタフェースを作成又は変更することを可能にしてもよく、オペレータが、プロセス制御ルーチン内の設定（例えば設定点）を変更することを可能にしてもよい。コンフィグレーション・アプリケーションは、ユーザが、制御モジュールとプロセスプラント内の他のより高レベルのエンティティ（例えば、制御モジュールの実行対象である装置及びユニット等）との具体的な関係を指定することを可能にしてもよい。

各専用コントローラ及び（場合によって）フィールド装置は、実際のプロセス制御の機能性を実装するためにそれらに割り当てられてダウンロードされる制御モジュールを実行するコントローラアプリケーションを格納及び実行する。１つ以上のオペレータワークステーション上で実行されてよいビューイングアプリケーションは、コントローラアプリケーションからデータハイウェイを介してデータを受信し、ユーザーインターフェースを用いているプロセス制御システムの設計者、オペレータ又はユーザに対してこのデータを表示すると共に、複数の異なる任意のビュー（例えば、オペレータのビュー、エンジニアのビュー、技術者のビュー等）を提供してもよい。データ履歴装置アプリケーションは、一般的に、データ履歴装置によって格納及び実行され、データハイウェイをわたって提供されるデータの一部又は全てを収集して格納する。一方、コンフィグレーション・データベース・アプリケーションは、現在のプロセス制御ルーチン構成及びそれに関連するデータを格納するために、データハイウェイに取り付けられた更に別のコンピュータ内で動作してもよい。或いは、コンフィグレーション・データベースは、コンフィグレーション・アプリケーションと同じワークステーション内に配置されてもよい。

上記したように、フィールド装置及びコントローラからの情報は、一般的に、オペレータワークステーションによって実行される１つ以上のアプリケーションが利用できるようにされる。これにより、オペレータが、プロセスの現在状態の検分や、プロセスの動作の修正等といった、プロセスに関する任意の所望の機能を実行することが可能になる。１つの重要な機能は、例えば、修理又はメンテナンスの必要性を識別するためにプロセス性能を評価する目的で、例えば常閉バルブの開放等といったプロセス事象を検出するために、バルブの性能を監視することである。

現在のところ、デジタルバルブポジショナ等といったフィールド装置には、トリガ式データ収集は存在しない。しかしながら、対象事象の発生時にプラント職員がフィールド装置を監視していない場合もあるので、所定のプロセス事象によってデータ収集をトリガ可能にすることは、多くのアプリケーションにおいて特に有用である。例えば、タービンバイパスバルブ及びコンプレッサ・アンチサージバルブは、常閉の安全装置である。しかし、トリップが生じると、これらのバルブは絞り制御に入る。データを収集して制御バルブの健康状態を評価すべきであるのは、これらの断続的な過渡現象の間である。トリップは正常な動作状態の一部ではないので、トリップ発生時にこれらのバルブが監視される可能性は低い。

従って、対象事象の発生時にデータを取り込むために、プロセス制御システムに用いられるフィールド装置ハードウェア、ファームウェア及び／又はソフトウェアにトリガ機能を提供する必要性が存在する。

一実施形態において、本発明の診断システムは、プロセス制御装置におけるフィールド装置のための診断システムであって、前記プロセス制御装置と関連付けられた少なくとも１つのセンサと、前記フィールド装置上に配置され、前記センサからデータを受け取り所定のプロセス事象の発生を検出するよう構成されるコンピュータと、前記コンピュータに動作的に接続され、前記所定のプロセス事象の発生に対応する時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう構成される記憶装置と、を備え、前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のデータを、前記記憶装置に上書きして一時的に格納するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生したか否かを検出するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生していない間は、前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のデータの前記記憶装置への格納を継続するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生した場合には、前記所定のプロセス事象の発生から前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間までの間、前記コンピュータが受け取ったデータの前記記憶装置への格納を継続させ、かつ前記所定のプロセス事象の発生以前の前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間の前記記憶装置に格納されているデータを保持するように前記コンピュータを制御するためのルーチンが前記コンピュータ上で実行される。

ここで図１を参照する。プロセス制御ネットワーク又はシステム１０は１以上のプロセスコントローラ１２を含み、プロセスコントローラ１２は、通信接続１８を介して１以上のホストワークステーション又はコンピュータ１４（任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーション、又は他のコンピュータであってよい）とデータ履歴装置１６とに接続される。通信接続１８は、例えば、イーサネット（登録商標）通信ネットワークや他の任意の所望のタイプのプライベート又は公衆通信ネットワークであってよい。各コントローラ１２は１以上の入出力（Ｉ／Ｏ）装置２０、２２に接続され、各Ｉ／Ｏ装置２０、２２は１以上のフィールド装置２５〜３９に接続される。図１には、１５台のフィールド装置に接続された２台のコントローラ１２が示されているが、プロセス制御システム１０は、他の任意の数のコントローラと任意の所望の数及びタイプのフィールド装置とを含んでよい。当然ながら、コントローラ１２は、例えば標準的な４−２０ｍａ装置及び／又は任意のインテリジェント化された通信プロトコル（例えばフィールドバス・プロトコルやＨＡＲＴプロトコル）と関連付けられた任意の所望のハードウェアおよびソフトウェアを用いて、フィールド装置２５〜３９に通信可能に接続される。一般的に知られているように、例えば、フィッシャー・ローズマウント・システムズ社が販売しているＤｅｌｔａＶＴＭコントローラであり得るコントローラ１２は、プロセスを任意の所望の方法で制御するために、そこに格納された又は別様で関連付けられたプロセス制御ルーチン又は制御モジュール４０を実装又は監督すると共に、装置２５〜３９と通信してよい。

フィールド装置２５〜３９は、任意のタイプの装置（例えばセンサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナ等）であってよく、Ｉ／Ｏカード２０及び２２は、任意の所望の通信又はコントローラプロトコル（例えばＨＡＲＴ、フィールドバス、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ等）に準拠した任意のタイプのＩ／Ｏ装置であってよい。図１に示される実施形態では、フィールド装置２５、２７は、アナログ回線を介してＩ／Ｏカード２２Ａと通信する標準的な４−２０ｍａ装置である。フィールド装置２８、３１は、ＨＡＲＴ互換性のＩ／Ｏ装置２０Ａに接続されたＨＡＲＴ装置として示されている。同様に、フィールド装置３２、３９は、例えば、フィールドバス・プロトコル通信を用いて、デジタルバス４２又は４４を介してＩ／Ｏカード２０Ｂ又は２２Ｂと通信するインテリジェント化された装置（例えばフィールドバス・フィールド装置）である。当然ながら、フィールド装置２５〜３９並びにＩ／Ｏカード２０及び２２は、４−２０ｍａプロトコル、ＨＡＲＴプロトコル又はフィールドバス・プロトコル以外の、将来開発される任意の標準又はプロトコルを含む、他の任意の所望の標準又はプロトコルに準拠してもよい。各フィールド装置２５〜３９は、一般的に、プロセスプラント内の１以上の特定のユニット内の機器と関連付けられるか又はその一部であることが理解されよう。同様に、各コントローラ１２は、プロセスプラント内の１以上のユニット又は他のエンティティ（例えばエリア）と関連付けられた制御モジュール４０を実装し、これらのユニット、エリア等に対する操作を実行する。場合によっては、制御モジュールの一部は、Ｉ／Ｏ装置２２又は２０、及びフィールド装置２５〜３９内に配置され、それらによって実行されてもよい。特に、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス・フィールド装置３２〜３９に関してはこのことが当てはまる。モジュール又はモジュールの一部４５はＩ／Ｏカード２０Ａ、２２Ｂ内に配置されて示されており、モジュール又はモジュールの一部４６はフィールド装置３４及び３９内に配置されて示されている。

一般的に、各モジュール４０、４５及び４６は、１以上の相互接続された機能ブロックで構成される。各機能ブロックは全体的な制御ルーチンの一部（例えば、サブルーチン）であって、プロセス制御システム１０内のプロセス制御ループを実装するために（リンクと称される通信を介して）他の機能ブロックと連動して動作する。機能ブロックは、一般的に、（例えばトランスミッタ、センサ、又は他のプロセスパラメータ測定装置と関連付けられた）入力機能、（ＰＩＤ、ファジー論理制御等を実行する制御ルーチンと関連付けられた）制御機能、又は、プロセス制御システム１０内のなんらかの物理的な機能を実行するために或る装置（バルブ等）の動作を制御する出力機能のうちの１つを実行する。当然ながら、ハイブリッド型や他のタイプの機能ブロックも存在する。機能ブロック及びモジュールは共に、コントローラ１２によって格納及び実行されてもよく、これは、これらの機能ブロックが、標準的な４−２０ｍａ装置及び或るタイプのインテリジェント化されたフィールド装置のために用いられるか、又はそれらと関連付けられる場合に、一般的に当てはまる。或いは、機能ブロック及びモジュールは、フィールド装置によって格納及び実装されてもよく、これは、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス装置の場合に当てはまり得る。本願明細書では、機能ブロック制御ストラテジを用いて制御システム１０を説明するが、制御ストラテジは、ラダーロジックやシーケンシャルフローチャート等の他の仕様を用いて、任意の所望の専用又は非専用プログラミング言語を用いて実装又は設計されてもよい。

図１のシステム１０において、１つ以上のホスト装置１４はオペレータワークステーションとして機能し、コンフィグレーション・ソフトウェア５０を含む。コンフィグレーション・ソフトウェア５０は、メモリ５２に格納され、ワークステーション１４のプロセッサ５４上で実行されるよう構成される。当然ながら、プロセッサ５４は任意の所望のタイプのプロセッサであってよく、メモリ５２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ上のメモリや磁気又は光学記憶媒体、専用メモリや可搬型メモリ（磁気又は光学ディスク等）を含む任意の所望のタイプのコンピュータ読み取り可能メモリであってよい。更に、プロセッサ５４及びメモリ５２は、例えば、１つのＡＳＩＣ又はファームウェア構成として組み合わされてもよい。一般的に、コンフィグレーション・ソフトウェア５０は、コンフィグレーション・エンジニアによる、プロセス制御システム１０内のユニット又は他の機器を制御するための、コントローラ１２、Ｉ／Ｏ装置２０及び２２、並びにフィールド装置２５〜３９にダウンロードされるべき制御モジュールの作成及び指定を含む、プロセスプラント内のコンフィグレーション動作を実行可能にする。これらのコンフィグレーション動作の一部として、コンフィグレーション・エンジニア又は他のユーザは、プロセスプラント内のより高レベルのエンティティ（例えばユニット）とプロセスプラント内のより低レベルのエンティティ（例えば各ユニットと関連付けられた機器及び制御モジュール）との具体的な関係を指定する。各ユニットに対する制御モジュールが作成され、各ユニットと関連付けられたら、これらの制御モジュールを、コントローラ１２及び、必要に応じてＩ／Ｏ装置２０、２２、並びにフィールド装置２５〜３９にダウンロードでき、プロセスの動作を制御するためにそれらの装置上で実装されてよい。更に、コンフィグレーション動作の或る時点で、コンフィグレーション・エンジニアは、プロセス制御システム１０の現在のコンフィグレーションを、例えばワークステーション１４の１つに格納され得るコンフィグレーション・データベース５５に保存する。

プロセスがバッチプロセスである場合には、バッチ監視ルーチン５６（ワークステーション１４の異なる１つに格納されて示されている）を用いて、異なる時にプロセス制御システム１０内の特定のユニットに対して異なるレシピを用いてバッチを実行してもよい。動作中、バッチ監視ルーチン５６は、プロセス制御システム１０内の特定のユニットを留保してもよく、コントローラ１２内の制御モジュール４０、４５及び４６、Ｉ／Ｏ装置２０、２２、並びにフィールド装置２５〜３９に、バッチプロセスの１以上のフェーズを実施するためのレシピ及び他のオペレータ生成情報を提供してもよい。バッチ監視ルーチン５６は、これらのフェーズが完了するまで監視してもよい。当然ながら、この間、制御モジュール４０、４５及び４６は、プロセスの動作に基づいて事象（例えば、警報のような重要な問題や、警告や通知のようなさほど深刻でない問題）を検出し、１つ以上のオペレータワークステーション１４に事象信号を送る。オペレータワークステーション１４では、これらの事象（例えば、警報）がオペレータやメンテナンス要員に対して表示され、オペレータやメンテナンス要員は、必要に応じて、その事象を引き起こした状態を軽減するための措置を講じてもよい。当然ながら、動作中、バッチオペレータ等といったプロセスオペレータは、実行すべき新たなバッチ、新たなレシピ、既存のバッチラン及びレシピに対する変更等を提供することにより、バッチ監視ルーチン５６に対して変更を与えてもよい。

周知のように、データ履歴装置１６は、通信ネットワーク１８上のデータ又はメッセージを監視するためにプロセッサ６０上で実行されるプログラミング又はルーチンを格納するプロセッサ６０及びメモリ６２を含む。これらのルーチンは、オペレータ又は他のユーザがワークステーション１４の任意の１つを介してバッチラン又はプロセスプラント内のモジュールに対して行う変更と、任意のモジュール４０、４５及び４６、又は任意の装置１２、２０、２２、若しくは２５〜３９が生じる事象とを監視する。これらの監視ルーチンは、収集された情報を、例えば、複数の異なる要素、特に、プロセス制御システム１０内の複数の異なるユニットの過去の動作の報告を作成するために、後で読み出し可能な方法で格納する。データ履歴装置１６によって収集されるデータは、オペレータワークステーション１４で生成される（例えばユニットの設定点の変更等の）任意のデータ、プロセスプラント内の機器又は制御モジュールに対する変更を行ったオペレータによって送られる他の制御データ、又は、プロセスプラント内の制御モジュールによって生成される、（例えば警報等の）事象データを含むデータであり得る。データ履歴装置１６がプロセスプラント内から受け取ったデータを関連付けられるよう適切に機能できるようにするために、データ履歴装置１６は、複数の異なる高レベルのエンティティ（例えばユニット）と低レベルのエンティティ（例えば機器及び制御モジュール）との関係を示すコンフィギュレーションメモリ又はリスト６４を含み、これらの関係はコンフィグレーション・データベース５５内で指定又は格納される。履歴装置１６が、プロセスプラント内の複数の異なる高レベルエンティティの各々に対して行われた変更やそれらに関連付けられた事象等の情報を記録できるように、データ履歴装置１６はこのコンフィギュレーション情報を用いて、ワークステーション１４又は制御モジュール４０、４５及び４６から受け取ったデータと適切な高レベルエンティティ（適切なユニット等）とを関連付ける。更に、データ履歴装置１６はこのコンフィギュレーション情報を用いて、プロセスプラント内で生成された警報又は事象が、実際に現在実行中のユニット又はバッチプロセスの一部として動作中のユニットによって生成されたものであり、従ってユニットの動作状態に関連するか、又は、これらの事象が非アクティブなユニットと関連付けられており、従ってユニットの動作状態に関連しないかを、判定してもよい。

図１のコンフィグレーション・アプリケーション５０は、データ履歴装置更新ルーチン６６を含む。例えば、制御モジュールが作成されてコントローラ１２、Ｉ／Ｏ装置２０及び２２、又はフィールド装置２５〜３９にダウンロードされる時に、データ履歴装置更新ルーチン６６は、データ履歴装置１６に、プロセス制御ネットワーク構成内の高レベルのエンティティ（ユニット等）と低レベルエンティティ（機器及びモジュール等）との関係を自動的に知らせる。特に、ルーチン６６は、コンフィグレーション・データベース５５に格納されているプロセスプラント内の任意の各ユニットのコンフィグレーションに対して行われた変更を検出してもよい。例えばオペレータ、コンフィグレーション・エンジニア又は他の任意の許可されたユーザがこれらの変更を行った際に、ルーチン６６は新たなコンフィグレーションリストを提供してもよく、又は、データ履歴装置１６に格納されているコンフィグレーションリスト６４に対して行われるべき変更を提供してもよい。当然ながら、ルーチン６６は、通信ネットワーク１８を介してコンフィグレーションリスト６４に、この新たなコンフィグレーションリスト又は変更を提供するが、或いは、異なる共用又は専用通信ネットワークを介する等の他の任意の所望の方法で、この情報を提供してもよい。コンフィグレーション・データベース５５がデータ履歴装置１６と同じ装置（例えば同じサーバやデータベース）に格納されている場合には、ルーチン６６は、このような変更を、外部の通信ネットワークを用いずに直接提供してよい。

当然ながら、データ履歴装置コンフィギュレーションメモリ６４に格納されている情報又は関係を変えるか又は影響を及ぼす構成変更が行われるたびに、ルーチン６６がデータ履歴装置１６に構成変更を送るよう自動的に且つ一貫して動作する限り、プロセス制御システム１０のコンフィグレーションの変更に関連する任意の重要な事象（例えば、ユーザによる変更の作成、コントローラ１２や他の装置への変更や新たな制御モジュール４０、４５、４６のダウンロード、又は他の任意の所望の事象を含む）の結果として新たなコンフィギュレーション情報が提供されてよい。

動作中、データ履歴装置１６は、モジュール４０、４５及び４６から送られる情報（プロセスプラントに関連する又はプロセスプラント内で行われる関連値、設定、及び測定値を含んでよい）を監視し、コンフィグレーションリスト６４を用いて、このデータが帰属する又は関連する高レベルのエンティティを判定する。或る特定のケースでは、データ履歴装置１６は、コントローラ１２、Ｉ／Ｏ装置２０及び２２、又はフィールド装置２５〜３９の一部又は全部の中の警報生成ソフトウェアが生成した警報を受信するようプログラムされる。一般的に、データ履歴装置１６は、例えば、プロセス制御ソフトウエアモジュール（例えば、通信可能に相互接続された機能ブロック等で構成され、プロセスのランタイム中に用いられるプロセス制御ルーチンを構成するもの等）によって一般的に生成されるプロセス警報、コントローラ１２、Ｉ／Ｏ装置２０及び２２又は他の装置によって生成される、これらの装置の状態又は機能状態に関連する警報等といったハードウェア警報、及び、フィールド装置２５〜３９の一部又は全部によって生成される、それらの装置に関連する問題を示唆する装置警報を含む、異なるカテゴリの事象及び警報を受信して格納してもよい。上記又は他のカテゴリの警報は任意の所望の方法で生成されてよく、任意の所望のエラー検出及び警報生成ソフトウェアを用いて、データ履歴装置１６に警報を送信してもよい。データ履歴装置１６は、任意の所望のプロトコル又は通信ストラテジを用いてこれらの警報を受信及び認識するよう構成される。当然ながら、警報又は事象は、事象のカテゴリ（例えば、プロセス、装置、又はハードウェア警報等）、事象のタイプ（通信、不具合、報告、メンテナンス等）、事象の優先順位、事象が関係するモジュール、装置、ハードウェア、ノード又はエリア、事象が通知されたか又は抑制されたか、事象がアクティブであるか等といった、事象に関連する任意の所望の情報を含んでよい。

データ履歴装置１６に関する更なる詳細を含むシステム１０の態様は、「データ履歴装置へのプロセス事象データの自動リンケージ（AUTOMATIC LINKAGE OF PROCESS EVENT DATA TO A DATA HISTORIAN）」いう名称の２００３年３月１０日に出願された米国特許出願第１０／３８５,３１０号（ここに参照することにより本願明細書に組み込む）で更に詳細に開示されている。

図２は、バルブアクチュエータ７０に取り付けられたフィールド機器６８を示す。フィールド機器６８は、例えば、デジタルバルブポジショナ７２であってよく、その構成要素は図３の分解図でより良好に示されている。図３を参照すると、デジタルバルブポジショナ７２は、主カバー７４、空気式リレーアセンブリ７６、Ｉ／Ｐ変換器７７、ゲージ７８、電子機器モジュール８０、主ハウジング８２、端子箱８４、端子箱カバー８６、及び移動センサ８８を含む。電子機器モジュール８０は、マイクロコントローラ９０と、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）の形態の記憶装置９２とを含む。

システム１０で用いられ得るデジタルポジショナに関する更なる詳細は、「制御バルブの制御ループにおける診断実行方法及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR PERFORMING DIAGNOSTICS IN A CONTROL LOOP OF A CONTROL VALVE）」という名称の２００２年５月３日に出願された米国特許出願第１０／１３９，００８号（ここに参照することにより本願明細書に組み込む）に開示されている。

次に図４を参照すると、トリガ事象として用いられ得る所定のプロセス事象の発生前、発生中、及び発生後にデータを記録するための、マイクロコントローラ９０にプログラムされてよいルーチン９４が示されている。ブロック９６で示されるように、１以上のトリガ事象が入力されてよい。ブロック９８で示されるように、ルーチン９４には、記録すべきデータ、及びデータを記録すべき期間である経過時間（「ｘ秒」）も入力される。ブロック１００では、選択されたデータが記録され、経過時間が満了するたびに、記録されたデータがループされてもよい（即ち、メモリが制限される場合には上書きされる）。次に、ブロック１０２で、ルーチン９４がトリガ事象の発生をチェックする。トリガ事象が生じていない場合には、ルーチン９４はブロック１００を繰り返し、選択されたデータの記録を続ける。トリガ事象が生じた場合には、ブロック１０４で、トリガ事象発生後の経過時間の半分（ｘ／２秒）及びトリガ事象発生前の経過時間の半分のデータが記録され、次にルーチン９４が終了する。このように、ブロック９６で入力されたトリガ事象の発生を中心とする、ブロック９８で選択された経過時間にわたって、データが記録されて維持され、次に、ユーザが後で処理する及び／又は取り出すために不揮発性ＲＡＭ９２に格納されてもよい。

図５〜図７に、トリガ事象の発生時にデータを取り込むよう構成されたコンピュータに表示され得る、例示的なコンピュータ表示画面を示す。図５のコンピュータディスプレイ１０６に示されるように、ユーザは、移動、移動設定点、ポートＡ圧、ポートＢ圧、リレー位置、及びＩ／Ｐドライブのパラメータに対応するデータを記録するために任意の４つのデータチャネルを選択してもよく、ユーザは、セッション長及びトリガ事象も選択できる。トリガ事象の例には、弁体の大きな移動のずれや、カットオフ点を越えた基準信号が含まれる。後者は、タービンバイパスやコンプレッサ・アンチサージバルブのデータを取り込む際に、特に有用である。

移動カットオフ及びエラー信号トリガに加えて、以下の任意の又は全ての事象がトリガ事象として用いられ得る。
・コンポーネント（例えば、バルブステム）の移動が高い又は低いこと。
・デジタルバルブポジショナに接続され得る補助入力等といった補助入力の存在。
・Ｉ／Ｐ駆動信号が高い又は低いこと。
・バルブポジショナ供給圧力が高い又は低いこと。
・センサが収集したデータが範囲外にあること。
・移動センサ、圧力センサ、温度センサ又はＩ／Ｐ装置の不具合。
・電子機器の不具合（不揮発性メモリの不具合及び基準電圧の不具合が生じると、ポジショナがバルブをその故障位置（fail position）に移動させる）。
・ポジショナ積分器の上限又は下限における飽和。
・空気流量が高い又は低いこと。
・空気式リレー位置が高い正又は高い負であること。
・システムコンポーネントの過剰なサイクリング（例えば、バルブステム移動の変化が設定点の変化より大きい）。
・基準信号の変更（例えば、コマンドされるバルブ位置の変更）。
・範囲外の温度。
・圧力制御エラー信号（例えば、移動センサの故障時に圧力制御に切替可能なポジショナに対するもの）。

ポジショナ積分器の上限又は下限における飽和をトリガ事象として用いることに関して、サーボコントローラは、一般的に、比例、積分、及び微分動作を有する。積分動作とは、Ｉ／Ｐ駆動信号の成分が長期にわたるエラー信号の積分に比例することを意味する。積分器は、設定点とフィードバック信号とが同じになるまで「ワインドアップする（wind up）」ので、エラー信号をゼロにする傾向がある。ポジショナ等の高ゲインサーボでは、積分動作は補足的なものであり、温度変動、供給圧変動等によって生じる移動のずれを補正するために用いられる。しかし、積分器の出力が過度に高くなる場合、これは、通常、Ｉ／Ｐが正常状態よりも激しく駆動されていることを意味する。例えば、アクチュエータの大きな漏れが生じると、リレーが補給の空気を提供できるように積分器がワインドアップする。たとえ、アクチュエータの移動にずれがなくても、積分器はワインドアップして、誤動作の可能性を示唆する。

トリガ事象として用いられる高い空気流量に関して、空気流量は、リレー位置及びリレー全体の圧力降下の測定値から計算されてもよい。圧力降下は、供給圧センサの指示値と出力圧センサの指示値との間の差をとることによって求められてもよい。要するに、
ｄｍ／ｄｔ＝ＫＹＡ ｓｑｒｔ（２ ｒｈｏ（ｐ１−ｐ２））
であり、式中、ｄｍ／ｄｔは空気流量であり、Ｋは流量係数（定数）であり、Ｙは膨張係数（定数）であり、Ａはバルブカーテン面積（リレー位置の関数）であり、ｒｈｏは上流流体密度（供給圧から計算される）であり、ｐ１は上流の圧力（供給圧）であり、ｐ２は下流の供給圧（出力圧）である。空気流量計算の更なる詳細は、上記の米国特許出願第１０／１３９，００８号に見出される。

トリガ事象の原因及び影響の判定の補助となる情報を提供するために、トリガ事象の発生前、発生中及び発生後にデータの収集を含むことが望ましい。

フィールド機器内に由来するトリガ事象に加えて、ネットワークセグメント上の任意の信号からトリガされてデータを収集するために、ネットワーク化されたフィールド機器（即ち、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ(登録商標) フィールドバス装置）を用いてもよい。例えば、流量トランスミッタ及び制御バルブが同じネットワークセグメント上に存在する場合には、制御バルブを用いてトランスミッタのデータを監視し、トリガ事象の発生に際してデータレコードを作成してもよい。更に、ネットワーク化されたフィールド機器は、トリガ事象として、プロセス変数（例えばプロセス変数の変化及び／又はプロセス変数の高低）を用いてもよい。

図６はコンピュータディスプレイ１０８を示しており、図６のプロットのボックス１１６内のシンボル「Ｔ」によって示されるトリガ事象の発生前、発生中及び発生後に生じ得る変化を示すために、どのようにデータ（例えば、移動設定点１１０、移動１１２、及び圧力差１１４等のプロット）が表示され得るかの一例を示す。

図７はコンピュータディスプレイ１１８を示しており、事象のログがどのように表示され得るかの一例を示す。

このように、デジタルバルブポジショナ７２内では、マイクロコントローラ９０及び不揮発性ＲＡＭ９２を用いて、データ収集及びデータ格納を実行してもよく、これにより、このようなフィールド機器に「オンボード」診断機能が効果的に提供される。例えば、エマーソン・プロセス・マネジメント（Emerson Process Management）から入手可能なＶａｌｖｅＬｉｎｋ（登録商標）ブランドのソフトウェア等のソフトウェアを用いて、デジタルバルブポジショナ７２から取り込まれたデータをダウンロードして表示してもよい（これは通常、トリガ事象の発生からかなり後に実行される）。フィールドネットワークを介して大量の補助機器データを継続的に読み取ることはしばしば実際的でないので、デジタルバルブポジショナ７２において、トリガ式にデータを格納することは特に重要である。例えば、典型的な化学プラントには、数千個の制御バルブと、その何倍ものトランスミッタが存在する場合があり、そのような多くの装置からの連続的なデータストリームを管理することは非常に困難である。

本願明細書に記載したシステム及び方法は、ソフトウェアで実装されるのが好ましいが、ハードウェア、ファームウェア等で実装されてもよく、プロセス制御システムと関連付けられた他の任意のプロセッサによって実行されてもよい。従って、本願明細書に記載したルーチンは、標準的な多目的ＣＰＵで実装されてもよく、又は、所望される場合には、例えばＡＳＩＣ等の特別に設計されたハードウェアやファームウェアで実装されてもよい。ソフトウェアで実装される場合には、ソフトウェアは、磁気ディスク、レーザーディスク、光ディスク、他の記憶媒体）、コンピュータやプロセッサ等のＲＡＭ又はＲＯＭ等といった、任意のコンピュータ読み取り可能メモリに格納されてよい。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ読み取り可能ディスクや他の可搬型コンピュータストレージ機構を含む、任意の公知の又は所望の配送方法を介して、ユーザやプロセス制御システムに届けられてもよく、或いは、電話回線やインターネット等の通信チャネルを介して変調されて届けられてもよい（これは、可搬型記憶媒体を介してこのようなソフトウェアを提供することと同じ又は置き換え可能であると見なされる）。更に、所望される場合には、このソフトウェアの複数の異なる部分を、複数の異なるプロセッサ及び／又は複数の異なる装置上で個別に実装してもよい。

以上、本発明を具体例に関して説明したが、これは例示のみを意図するものであり、本発明を限定する意図はない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、開示された実施形態に対する変更、追加又は削除が行われ得ることは、当業者にとって明らかである。

トリガ式データ収集を実装するよう構成されたフィールド装置及びオペレータワークステーションを含む、プロセスプラント内に配置された分散プロセス制御ネットワークのブロック図である。 プロセス制御バルブに取り付けられた例示的なフィールド機器の斜視図である。 デジタルバルブポジショナの分解図である。 トリガ事象の発生前、発生中及び発生後にデータを記録する方法を実装するためのルーチンを示す論理図である。 トリガ事象定義ページを示すコンピュータディスプレイ画面の図である。 トリガ事象の発生前、発生中及び発生後に収集されたデータを示すコンピュータディスプレイ画面の図である。 事象ログを示すコンピュータディスプレイ画面の図である。

Claims (22)

1. プロセス制御装置におけるフィールド装置のための診断システムであって、
   前記プロセス制御装置と関連付けられた少なくとも１つのセンサと、
   前記フィールド装置上に配置され、前記センサからデータを受け取り所定のプロセス事象の発生を検出するよう構成されるコンピュータと、
   前記コンピュータに動作的に接続され、前記所定のプロセス事象の発生に対応する時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう構成される記憶装置と、
   を備え、
   前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のセンサデータを、前記記憶装置に上書きして一時的に格納するように前記コンピュータを制御し、基準信号がカットオフ点を越えたことを含む前記所定のプロセス事象が発生したか否かを検出するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生していない間は、前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のセンサデータの前記記憶装置への格納を繰り返し継続するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生した場合には、前記所定のプロセス事象の発生から前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間までの間、前記コンピュータが受け取ったセンサデータの前記記憶装置への格納を継続させ、かつ前記所定のプロセス事象の発生以前の前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間の前記記憶装置に格納されているセンサデータを保持するように前記コンピュータを制御するためのルーチンが前記コンピュータ上で実行され、
   前記所定のプロセス事象の発生後の期間の間に受け取ったセンサデータは、前記所定のプロセス事象の発生前の期間の間に前記記憶装置に格納されセンサデータと共に、前記センサデータの中でどこで前記所定のプロセス事象が発生したのかを示すシンボルを含めて、表示される
   診断システム。
2. 前記記憶装置は、前記所定のプロセス事象の発生前の時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう更に構成される、請求項１記載の診断システム。
3. 前記記憶装置は、前記所定のプロセス事象の発生後の時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう更に構成される、請求項１記載の診断システム。
4. 前記記憶装置は、前記所定のプロセス事象の発生前の時点及び前記所定のプロセス事象の発生後の時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう更に構成される、請求項１記載の診断システム。
5. 前記コンピュータは、前記フィールド装置上に配置されるマイクロコントローラである、請求項１記載の診断システム。
6. 前記記憶装置は前記フィールド装置上に配置される、請求項１記載の診断システム。
7. 前記記憶装置は不揮発性ＲＡＭである、請求項６記載の診断システム。
8. 前記フィールド装置はバルブポジショナである、請求項１記載の診断システム。
9. 前記所定のプロセス事象は、弁体が稼働範囲外にずれてしまうことである、請求項１記載の診断システム。
10. 前記所定のプロセス事象は、基準信号がカットオフ点を超えたことである、請求項１記載の診断システム。
11. 少なくとも１つのフィールド装置を含むプロセス制御システムの性能を監視する方法であって、
    前記フィールド装置と関連付けられた少なくとも１つのセンサを設けることと、
    前記フィールド装置上に記憶装置を設けることと、
    前記センサからデータを収集することと、
    所定のプロセス事象の発生を検出することと、
    前記所定のプロセス事象の発生に対応する時点に収集された前記センサからのデータを前記記憶装置に格納することと、
    予め定められた時間分の前記データを、前記記憶装置に上書きして一時的に格納し、基準信号がカットオフ点を越えたことを含む前記所定のプロセス事象が発生したか否かを検出し、前記所定のプロセス事象が発生していない間は、前記予め定められた時間分のデータの前記記憶装置への格納を継続するようにし、前記所定のプロセス事象が発生した場合には、前記所定のプロセス事象の発生から前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間までの間、前記データの前記記憶装置への格納を継続させ、かつ前記所定のプロセス事象の発生以前の前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間の前記記憶装置に格納されているデータを保持するようにすることと、
    を含み、
    前記所定のプロセス事象の発生後の期間の間に受け取ったデータは、前記所定のプロセス事象の発生前の期間の間に前記記憶装置に格納されデータと共に、前記データの中でどこで前記所定のプロセス事象が発生したのかを示すシンボルを含めて、表示される
    少なくとも１つのフィールド装置を含むプロセス制御システムの性能を監視する方法。
12. 前記所定のプロセス事象の発生前の時点に収集された前記センサからのデータを格納することを更に含む、請求項１１記載の方法。
13. 前記所定のプロセス事象の発生後の時点に収集された前記センサからのデータを格納することを更に含む、請求項１１記載の方法。
14. 前記所定のプロセス事象の発生前の時点及び前記所定のプロセス事象の発生後の時点に収集された前記センサからのデータを格納することを更に含む、請求項１１記載の方法。
15. 前記所定のプロセス事象は、弁体が稼働範囲外にずれてしまうことである、請求項１１記載の方法。
16. 前記所定のプロセス事象は、基準信号がカットオフ点を超えたことである、請求項１１記載の方法。
17. プロセス制御装置のためのフィールド装置であって、
    少なくとも１つのセンサと、
    当該フィールド装置上に配置され、前記センサからデータを受け取り所定のプロセス事象の発生を検出するよう構成されるコンピュータと、
    前記コンピュータに動作的に接続され、前記所定のプロセス事象の発生に対応する時点に前記コンピュータが受け取ったセンサデータを格納するよう構成される記憶装置と、
    を備え、
    前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のセンサデータを、前記記憶装置に上書きして一時的に格納するように前記コンピュータを制御し、基準信号がカットオフ点を越えたことを含む前記所定のプロセス事象が発生したか否かを検出するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生していない間は、前記コンピュータが受け取った予め定められた時間分のセンサデータの前記記憶装置への格納を継続するように前記コンピュータを制御し、前記所定のプロセス事象が発生した場合には、前記所定のプロセス事象の発生から前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間までの間、前記コンピュータが受け取ったセンサデータの前記記憶装置への格納を継続させ、かつ前記所定のプロセス事象の発生以前の前記予め定められた時間の半分の時間と一致する時間の前記記憶装置に格納されているセンサデータを保持するように前記コンピュータを制御するためのルーチンが前記コンピュータ上で実行され、
    前記所定のプロセス事象の発生後の期間の間に受け取ったセンサデータは、前記所定のプロセス事象の発生前の期間の間に前記記憶装置に格納されセンサデータと共に、前記センサデータの中でどこで前記所定のプロセス事象が発生したのかを示すシンボルを含めて、表示される
    フィールド装置。
18. 前記所定のプロセス事象は、検知されたパラメータが所定範囲外となったことである、請求項１７記載のフィールド装置。
19. 前記所定のプロセス事象はセンサの不具合である、請求項１７記載のフィールド装置。
20. 前記所定のプロセス事象はコンポーネントの不具合である、請求項１７記載のフィールド装置。
21. 前記所定のプロセス事象はプロセス変数の変動である、請求項１７記載のフィールド装置。
22. 前記所定のプロセス事象は、ホストワークステーションからのコマンドである、請求項１７記載のフィールド装置。

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