JP5868784B2 - プロセス監視システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロセス監視システム及び方法に関する。

従来から、プラントや工場等においては、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を監視するプロセス監視システムが構築されており、プロセス監視システムの監視結果に基づいて高度な自動操業が実現されている。このプロセス監視システムは、おおよそフィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらを制御するコントローラと、状態量の監視を行うプロセス監視装置とから構成される。

上記のプロセス監視装置は、コントローラによって取得されたフィールド機器の測定結果（各種の状態量を示す情報）を収集し、１つ又は複数のフィールド機器で測定された状態量の現在値や、特定のフィールド機器で測定された状態量の時間変化を示すグラフ（トレンドグラフ）を表示する。また、プロセス監視装置は、状態量の現在値やトレンドグラフとともに状態量に対する閾値（上限閾値や下限閾値）を表示し、状態量が閾値を超えたときにはアラームを発して異常を報知する。

以下の特許文献１，２には、プロセスの監視を行う従来のプロセス監視装置が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、時系列的なプロセスデータに対する統計処理を行うことによってプラントの緩やかな状態変化の傾向を監視し得るプロセス監視装置が開示されている。また、以下の特許文献２には、温度、圧力、流量等のプロセス変量の変化傾向（増加傾向、減少傾向、振動傾向等）を判定し、その判定結果を表示するプロセス監視装置が開示されている。

特許第４４８３１１１号公報 特開平１−２８７４１９号公報

ところで、近年において、上述した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、フィールド機器から多様な情報を大量に収集することが可能になっている。このような多様な情報を大量に収集することが可能になると、プロセス制御を行う上で必要となる情報が多くなるため、従来よりも高精度且つ高効率なプロセス制御を実現することが可能になると考えられる。しかしながら、収集される情報が多様化・増大すると、プラントの運転員が監視すべき対象が増大するとともに監視すべき範囲も拡大してしまい、運転員の負担が増大してしまうという問題がある。

また、高精度且つ高効率なプロセス制御を実現するには、状態量の微少な変化を極力早期に把握して対処することが必要になる。加えて、プラント等において総合的な生産効率を向上させるためには、プロセスの工程の一部のみを最適状態に制御するだけでは足りず、その工程の上流工程や下流工程の状態も考慮して制御するといった高度な制御を行う必要がある。従来は、運転員が状態量の現在値やトレンドグラフを参照してプラントの状態を判断しているため、十分に熟練した運転員でなければ状態量の微妙な変化を見逃してしまい、高効率なプロセスを実現することが困難であるという問題がある。

ここで、上述した特許文献１，２に開示された技術を用いれば、熟練度が高くない運転員をある程度は補助することができると考えられるものの、プラントがどのような状態であるかの最終的な判断は運転員が行わなければならないため、高効率なプロセスを実現するには、やはり高い熟練度を有する運転員が必要になってしまう。更に、フィールド機器から得られる情報が多様化・増大している状況下においては、高い熟練度を有する運転員の負担が増大してきており、従来通りの監視方法は限界に近づいてきている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、プラントから得られる情報が多様化・増大しても、運転員の負担軽減を図りつつ、高精度・高効率なプロセス制御を実現するための有用な情報を提供し得るプロセス監視システム及び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、本発明のプロセス監視システムは、プラントで実現される工業プロセスの監視を行うプロセス監視システム（１）において、前記工業プロセスにおける状態量を測定する複数のフィールド機器（１０）と、前記フィールド機器の各々から出力される時系列データに基づいて前記状態量の変化傾向をそれぞれ求め、前記状態量の変化傾向を予め規定された複数のステータスのうちの１つにそれぞれ分類する傾向算出手段（４１）と、前記傾向算出手段で分類されたステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に応じて、前記プラントの状態が変化する兆候の有無を判断する状態変化判断手段（４２）と、前記状態変化判断手段の判断結果を報知する報知手段（５０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、フィールド機器の各々から出力される時系列データに基づいて状態量の変化傾向が求められてステータスに分類されるとともに、分類されたステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に応じてプラントの状態が変化する兆候の有無が判断され、この判断結果が報知される。
また、本発明のプロセス監視システムは、前記状態変化判断手段が、前記状態量のうちの予め指定された複数の状態量についてのステータスの少なくとも１つが変化した場合に、前記プラントの状態が変化する兆候が有ると判断することを特徴としている。
また、本発明のプロセス監視システムは、前記状態変化判断手段が、前記ステータスの変化の有無に加えて、前記状態量の現在値及び前記プラントの運転状態の少なくとも一方を考慮して、前記プラントの状態が変化する兆候の有無を判断することを特徴としている。
また、本発明のプロセス監視システムは、前記状態変化判断手段が、前記予め指定された複数の状態量についてのステータスの組み合わせと前記プラントの状態との関係を規定するテーブルを用いて前記プラントの状態が変化する兆候の有無を判断することを特徴としている。
また、本発明のプロセス監視システムは、前記報知手段が、前記状態変化判断手段の判断結果に加えて、前記傾向断出手段で分類された前記ステータスを表示可能な表示装置を備えることを特徴としている。
また、本発明のプロセス監視システムは、前記状態変化判断手段によって前記プラントの状態が変化する兆候があると判断された場合に、判断の基礎とされたステータスの変化が生じた状態量に関連するデータを抽出する抽出手段（４３）を備えることを特徴としている。
また、本発明のプロセス監視方法は、プラントで実現される工業プロセスの監視を行うプロセス監視方法であって、前記工業プロセスにおける状態量を測定する複数のフィールド機器の各々から出力される時系列データを収集する収集ステップ（ＳＴ１）と、前記収集ステップで収集された前記時系列データに基づいて前記状態量の変化傾向をそれぞれ求め、前記状態量の変化傾向を予め規定された複数のステータスのうちの１つにそれぞれ分類する傾向算出ステップ（ＳＴ２）と、前記傾向算出ステップで分類されたステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に応じて、前記プラントの状態が変化する兆候の有無を判断する状態変化判断ステップ（ＳＴ３）と、前記状態変化判断ステップの判断結果を報知する報知ステップ（ＳＴ４）とを有することを特徴としている。

本発明によれば、フィールド機器の各々から出力される時系列データに基づいて状態量の変化傾向を求めてステータスに分類し、分類したステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に応じてプラントの状態が変化する兆候の有無を判断し、この判断結果を報知するようにしているため、プラントから得られる情報が多様化・増大しても、運転員の負担軽減を図りつつ、高精度・高効率なプロセス制御を実現するための有用な情報を提供し得るという効果がある。

本発明の一実施形態によるプロセス監視システムの全体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プロセス監視システムの動作の概要を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるプロセス監視方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における状態量の変化傾向の算出方法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プラント状態が変化する兆候の判断方法の一例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プラント状態が変化する兆候の判断方法の他の例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兆候判断テーブルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるデータ抽出処理の一例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監視端末装置の表示内容の一例を示す図である。 本発明の一実施形態における監視端末装置の表示内容の他の例を示す図である。 本発明の一実施形態における抽出データの表示例を示す図である。 本発明の一実施形態における抽出データの他の表示例を示す図である。 本発明の一実施形態における抽出データの他の表示例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるステータスの他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プロセス監視システム及び方法について詳細に説明する。

〔システムの全体構成〕
図１は、本発明の一実施形態によるプロセス監視システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のプロセス監視システム１は、フィールド機器１０、コントローラ２０、データサーバ３０、アプリケーションサーバ４０、及び監視端末装置５０（報知手段、表示装置）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監視を行う。

ここで、フィールド機器１０及びコントローラ２０はフィールドネットワークＮ１に接続され、コントローラ２０、データサーバ３０、アプリケーションサーバ４０、及び監視端末装置５０は制御ネットワークＮ２に接続される。フィールドネットワークＮ１は、例えばプラントの現場に敷設された有線のネットワークである。他方、制御ネットワークＮ２は、例えばプラントの現場と監視室との間を接続する有線のネットワークである。尚、これらフィールドネットワークＮ１及び制御ネットワークＮ２は、無線のネットワークであっても良い。

フィールド機器１０は、例えば流量計や温度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、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、図１においては、理解を容易にするために、プラントに設置されたフィールド機器１０のうちの流体の流量を測定するセンサ機器１１と流体の流量を制御（操作）するバルブ機器１２とを図示している。

上記のフィールド機器１０は、コントローラ２０の制御の下でフィールド機器１０が有する機能に応じた動作を行う。例えば、センサ機器１１は、流体の流量の測定を行って得られた測定データを、フィールドネットワークＮ１を介してコントローラ２０に送信する。また、バルブ機器１２は、コントローラ２０の制御の下で、流体が通過するバルブの開度を調整することによって流体の流量を操作する。

コントローラ２０は、フィールドネットワークＮ１を介してフィールド機器１０を制御するとともに、フィールド機器１０の制御によって得られた各種データを、制御ネットワークＮ２を介してデータサーバ３０に送信する。例えば、コントローラ２０は、センサ機器１１を制御して流体の流量を示す測定データを取得するとともに、取得した測定データに応じてバルブ機器１２を制御してバルブの開度を調整する。また、センサ機器１１から取得した測定データやバルブ機器１２に対する制御データに基づいたデータをデータサーバ３０に送信する。尚、コントローラ２０は、監視端末装置５０からの指示があった場合には、その指示に応じたフィールド機器１０の制御等を行う。

ここで、コントローラ２０からデータサーバ３０に送信されるデータは、上記のセンサ機器１１から取得した測定データやバルブ機器１２に対する制御データに基づいた任意のデータであって良いが、例えば以下の（１）〜（３）に示すデータが挙げられる。
（１）センサ機器１１から順次得られる測定データ
（２）バルブ機器１２に対して順次出力される制御データ
（３）少なくとも１つのセンサ機器から得られる複数の測定データと少なくとも１つのバルブ機器に対して出力される複数の制御データとの中から少なくとも１つのデータから演算したデータ

データサーバ３０は、例えば大容量のハードディスク等によって実現されるデータ格納部３１を備えており、プロセス監視システム１で得られる各種データをデータ格納部３１に格納するとともに、データ格納部３１に格納したデータを要求に応じて提供するサーバ装置である。例えば、データサーバ３０は、コントローラ２０から順次送信されてくるデータ（上記の（１）〜（３）に例示するデータ）を時系列順にデータ格納部３１に格納する。

アプリケーションサーバ４０は、傾向算出部４１（傾向算出手段）、状態変化判断部４２（状態変化判断手段）、及びデータ抽出部４３（抽出手段）を備えており、データサーバ３０に格納された各種データを用いて、運転員がプロセスの監視を行う上で有用な情報を提供するサーバ装置である。具体的に、アプリケーションサーバ４０は、工業プロセスにおける状態量（例えば、流体の流量）の変化傾向を示す情報、プラントの状態が変化する兆候の有無を示す情報、プラントの状態が変化した場合の対処に必要となる情報等を提供する。

傾向算出部４１は、データサーバ３０に格納された時系列データ（例えば、上記の（１）〜（３）に示すデータ）に基づいて、上述した工業プロセスにおける状態量の変化傾向を求める。そして、求めた状態量の変化傾向を、予め規定された複数のステータスのうちの１つのステータスにそれぞれ分類する。ここで、状態量の変化傾向をステータスに分類するのは、運転員による状態量の変化傾向の把握を容易にするため、及び、プラントの状態をより正確に把握して状態変化判断部４２で行われる判断（プラントの状態が変化する兆候が有るか否かの判断）を容易にするためである。

状態変化判断部４２は、傾向算出部４１で分類されたステータスの変化の有無等に応じて、プラントの状態が変化する兆候の有無を判断する。例えば、状態変化判断部４２は、傾向算出部４１によって分類されたステータスの少なくとも１つのステータスが変化した場合、或いは予め指定された複数の状態量のステータスの少なくとも１つが変化した場合にプラントの状態が変化する兆候があると判断する。

データ抽出部４３は、状態変化判断部４２でプラントの状態が変化する兆候があると判断された場合に、判断の基礎とされたステータスの変化が生じた状態量に関連するデータを抽出する。プラントの状態が変化する兆候がある場合には、運転員はプラントの状態が変化してしまわないように対処する必要がある。具体的には、現状を把握し、問題点を特定し、対処案を検討し、対策を実行し、プラントの状態を確認するといった一連の作業を行う必要がある。上記の対処案を運転員に直接提示できることが望ましいが、現状では困難であるため、ステータスの変化が生じた状態量に関連するデータを抽出することによって、プラントの状態が変化した場合の対処に必要となる情報を提供することとしている。尚、以上の傾向算出部４１、状態変化判断部４２、及びデータ抽出部４３で行われる処理の詳細については後述する。

監視端末装置５０は、例えばコンピュータによって実現され、運転員によって操作されてプロセスの監視のために用いられる端末装置である。この監視端末装置５０は、データサーバ３０、アプリケーションサーバ４０から提供される各種情報を表示するとともに、運転員の操作に応じた指示をコントローラ２０やアプリケーションサーバ４０に対して行う。また、監視端末装置５０は、アプリケーションサーバ４０によってプラントの状態が変化する兆候があると判断された場合には、アラーム等によりその旨を報知する。アラームとしては、運転員の注意を惹く表示（例えば、ハイライト表示）、音声、振動等が挙げられる。尚、監視端末装置５０で表示される内容の詳細については後述する。

〔システムの動作〕
次に、上記構成におけるプロセス監視システム１の動作について簡単に説明する。図２は、本発明の一実施形態によるプロセス監視システムの動作の概要を説明するための図である。また、図３は、本発明の一実施形態によるプロセス監視方法を示すフローチャートである。これら図２，図３に示す通り、まずプラントで実現される工業プロセスにおける状態量の測定が行われ、その測定結果等に基づいたデータ（前述したセンサ機器１１から取得した測定データやバルブ機器１２に対する制御データに基づいたデータ）が時系列データＣｖとしてデータサーバ３０に格納される（ステップＳＴ１：収集ステップ）。

例えば、上記の状態量（例えば、流体の流量）が、フィールド機器１０（例えば、センサ機器１１）で測定され、その測定結果を示す測定データがコントローラ２０によって順次収集される。また、コントローラ２０から他のフィールド機器１０（例えば、バルブ機器１２）に対して制御データが出力される。そして、コントローラ２０で収集された測定データと、コントローラ２０から出力された制御データとから演算されたデータがデータサーバ３０に送信され、時系列データＣｖとしてデータ格納部３１に格納される。

次に、データサーバ３０に格納された時系列データＣｖに基づいて、上述した工業プロセスにおける状態量の変化傾向Ｄｖが求められるとともに、求められた変化傾向Ｄｖが予め規定された複数のステータスのうちの１つのステータスに分類される（ステップＳＴ２：傾向算出ステップ）。具体的には、データサーバ３０のデータ格納部３１に格納された時系列データＣｖがアプリケーションサーバ４０の要求によって読み出され、傾向算出部４１において上記の変化傾向Ｄｖが求められるとともに、求められた変化傾向Ｄｖの値に応じたステータスに分類される。

以上の処理が終了すると、アプリケーションサーバ４０の状態変化判断部４２において、プラントの状態が変化する兆候の有無が判断される（ステップＳＴ３：判断ステップ）。例えば、傾向算出部４１によって分類されたステータスの少なくとも１つのステータスが変化した場合、或いは予め指定された複数の状態量のステータスの少なくとも１つが変化した場合には、状態変化判断部４２によってプラントの状態が変化したと判断される。

傾向算出部４１で求められたステータス及び状態変化判断部４２の判断結果は、監視端末装置５０に送信されて表示される（ステップＳＴ４：報知ステップ）。運転員Ｍは、監視端末装置５０の表示内容を参照して、プラントの状態が変化する兆候があるか否かの最終判断を行う。そして、最終的にプラントの状態が変化する兆候があると判断した場合には、運転員は現状を把握し、問題点を特定し、対処案を検討し、対策を実行し、プラントの状態を確認するといった一連の作業を行うことにより、プラントの状態が変化してしまわないように対処する。かかる対処を行うときに、運転員は、データ抽出部４３によって抽出されて提供される情報を参考にする。

〔アプリケーションサーバの詳細〕
次に、アプリケーションサーバ４０が備える傾向算出部４１、状態変化判断部４２、及びデータ抽出部４３で行われる処理の詳細について順に説明する。

〈傾向算出部４１〉
前述した通り、傾向算出部４１は、時系列データＣｖに基づいて工業プロセスにおける状態量の変化傾向Ｄｖを求める処理を行う。具体的に、傾向算出部４１は、データサーバ３０に格納された時系列データＣｖの経時変化を考慮して、人間の視覚で感知し得る変化傾向と同様の変化傾向Ｄｖを求める。これは、状態量の瞬時値ではなく、状態量の時間変化を示すグラフ（トレンドグラフ）等を参照してプラントの状態が変化する兆候の有無を判断している運転員の感覚に基づいた監視を実現するためである。

図４は、本発明の一実施形態における状態量の変化傾向の算出方法を説明するための図である。いま、図４に示す通り、短い周期で値が振動的に変化するとともに、時刻ｔ０の前後で人間の視覚で感知し得る程度に変化傾向が大きく変化する時系列データＣｖを考える。傾向算出部４１は、例えば時系列データＣｖの傾きを求める処理を行うことによって、時系列データＣｖの変化傾向Ｄｖを求める。

ここで、時系列データＣｖの変化傾向Ｄｖを求める期間に際し、図４中の期間Ｔ１を設定した場合には図４中に実線で示す変化傾向Ｄｖ１が求められる。この変化傾向Ｄｖ１は、時刻ｔ０の前後で大きく変化しており、人間の視覚で感知し得る変化傾向と同様の変化傾向であることが分かる。これに対し、図４中の期間Ｔ１よりも長い期間Ｔ２を設定した場合には、図４中に破線で示す変化傾向Ｄｖ２が求められる。この変化傾向Ｄｖ２は、時刻ｔ０の前後で変化傾向が全く変化しておらず、人間の視覚で感知し得る変化傾向とは全く異なるものであることが分かる。

このように、時系列データＣｖの傾きから時系列データＣｖの変化傾向Ｄｖを求める場合には、傾きを求める期間の長さを調整することによって、人間の視覚で感知し得る変化傾向と同様の変化傾向を求めることが可能になる。尚、傾きを求める適切な期間の長さは、測定しようとする状態量の種類等に応じて異なるため、状態量の種類等毎に異なる長さを設定しても良い。かかる設定を行う場合には、各々の状態量についてコントローラ２０に設定されている制御パラメータ（ＰＩＤ制御パラメータ）を考慮して期間を自動的に設定することも可能である。

尚、時系列データＣｖの変化傾向Ｄｖは、時系列データＣｖの傾きを求める処理以外に、区間移動平均を求める処理、最小二乗法による近似直線を求める処理、標準偏差や分散等を求める統計処理、或いは前述した特許文献１に開示された処理等の処理を行うことによっても求められる。また、変化傾向Ｄｖは、１つの時系列データＣｖから求めるだけではなく、複数の時系列データＣｖから求めることも可能である。

また、前述した通り、傾向算出部４１は、上記の処理によって求めた時系列データＣｖの変化傾向Ｄｖを予め規定された複数のステータスのうちの１つに分類する。例えば、流体の流量を示す時系列データＣｖについては、以下の６つのステータスが規定されている。
「一定」 ：変化傾向Ｄｖがおおよそ零
「緩やかに上昇」：変化傾向Ｄｖが小さな正の値
「緩やかに下降」：変化傾向Ｄｖが小さな負の値
「急激に上昇」 ：変化傾向Ｄｖが大きな正の値
「急激に下降」 ：変化傾向Ｄｖが大きな負の値
「不定」 ：上記の何れのステータスでない

尚、以上の分類は、臭い、炎の形、煙の色との数値化が難しいものについても行うことが可能である。これらについて分類を行うことで、温度・圧力・流量等のような数値化が容易な状態量と、臭い、炎の形、煙の色等のような数値化が難しいものとを同列に比較対照することが可能となる。また、以上の分類は、１つの状態量毎に行っても良く、複数の状態量を総合的に考慮して行っても良い。

〈状態変化判断部４２〉
前述した通り、状態変化判断部４２は、傾向算出部４１で分類されたステータスの変化の有無に応じて、プラントの状態が変化する兆候の有無を判断する。例えば、状態変化判断部４２は、図５に示す通り、傾向算出部４１によって分類されたステータスの少なくとも１つのステータスが変化した場合、或いは予め指定された複数の状態量のステータスの少なくとも１つが変化した場合にプラントの状態が変化する兆候があると判断する。

図５は、本発明の一実施形態におけるプラント状態が変化する兆候の判断方法の一例を説明するための図である。ここでは、理解を容易にするために、プラントに設けられる蒸留塔を例に挙げて説明する。この蒸留塔には３つの温度センサ、３つの流量計、１つの圧力センサ、及び液面の位置を測定する１つのレベルセンサが設けられており、温度センサの測定結果からステータスＳ１１〜Ｓ１３が求められ、流量計の測定結果からステータスＳ２１〜Ｓ２３が求められ、圧力センサの測定結果からステータスＳ３１が求められ、レベルセンサの測定結果からステータスＳ４１が求められるとする。尚、図５においては、上記の「一定」なるステータスを右向き矢印で表しており、上記の「緩やかに下降」なるステータスを右下がりの矢印で表しており、上記の「緩やかに上昇」なるステータスを右上がりの矢印で表している。

図５（ａ）に示す通り、初期状態においては、ステータスＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ３１，Ｓ４１の全てが「一定」なるステータスであるとする。図５（ｂ）に示す通り、ステータスＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ３１，Ｓ４１のうちの１つのステータスＳ２１が「緩やかに下降」なるステータスに変化したとすると、状態変化判断部４２は、プラントの状態（蒸留塔の状態）が変化する兆候があると判断する。

或いは、図５（ｃ）に示す通り、ステータスＳ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３，Ｓ３１，Ｓ４１のうち、４つのステータスＳ１１，Ｓ１３，Ｓ３１，Ｓ４１が注目すべきステータスであると予め指定されていたとする。これら４つのステータスＳ１１，Ｓ１３，Ｓ３１，Ｓ４１のうちの１つのステータスＳ３１が「緩やかに上昇」なるステータスに変化したとすると、状態変化判断部４２は、プラントの状態（蒸留塔の状態）が変化する兆候があると判断する。

また、状態変化判断部４２は、傾向算出部４１で分類されたステータスの変化の有無に加えて、状態量の現在値やプラントの運転状態を考慮して、プラントの状態が変化する兆候の有無を判断することも可能である。図６は、本発明の一実施形態におけるプラント状態が変化する兆候の判断方法の他の例を説明するための図である。尚、ここでは、液面の位置を測定するレベルセンサの測定結果から求められるステータスＳ４１（図５参照）を例に挙げて説明する。

図６に示す通り、レベルセンサの測定対象である液面には、目標位置、上限位置、及び下限位置が設定されており、図示の通り、液面の位置は、上限位置及び下限位置で規定される範囲内で時間の経過とともに変化しているとする。いま、図中の時刻ｔ１において、ステータスＳ４１が「一定」なるステータスから「緩やかに上昇」なるステータスに変化したとしても、状態変化判断部４２は、時刻ｔ１における液面の位置を考慮してプラントの状態（蒸留塔の状態）が変化する兆候はないと判断する。これは、時刻ｔ１の直後は、液面位置が目標位置に近づく傾向にあり、運転員の指示に基づく改善の必要が無いからである。

また、ステータスは、プラントの運転状態の変化に伴って変化することが多い。例えばプラントの運転状態が上述した蒸留塔の温度を維持する「定常モード」から蒸留塔の温度を上昇させる「昇温モード」に設定された場合、或いは蒸留塔の温度を下降させる「降温モード」に設定された場合、には、温度センサの測定結果から求められるステータスＳ１１〜Ｓ１３（図５参照）は当然ながら変化することになる。このような場合にも、運転員の指示に基づく改善の必要無いため、状態変化判断部４２は、プラントの運転状態を考慮してプラントの状態（蒸留塔の状態）が変化する兆候はないと判断する。

ここで、状態変化判断部４２は、複数の状態量のステータスを用いてプラントの状態が変化する兆候の有無を判断する場合には、予め指定された複数の状態量についてのステータスの組み合わせとプラントの状態との関係を規定する兆候判断テーブル（テーブル）を用いて判断を行う。図７は、本発明の一実施形態における兆候判断テーブルの一例を示す図である。

図７（ａ）に示す兆候判断テーブルは、圧力、温度、及びレベル（液面の位置）のステータスの組み合わせとプラントの状態との関係を示すテーブルである。例えば、圧力及び温度のステータスが「緩やかに上昇」であってレベルのステータスが「緩やかに下降」である場合には、プラントの状態は「変化兆候あり」である。これに対し、圧力及び温度のステータスが「緩やかに下降」である場合には、プラントの状態は「健全（変化兆候なし）」である。

図７（ｂ）に示す兆候判断テーブルは、図７（ａ）に示す兆候判断テーブルに現在値を加えたテーブルである。また、図７（ｃ）に示す兆候判断テーブルは、図７（ａ）に示す兆候判断テーブルにプラントの運転状態（運転モード）を追加したテーブルである。このような兆候判断テーブルを用いることで、プラントの状態が変化する兆候の有無を容易に判断することができる。これらの兆候判断テーブルは、例えば運転中に運転員が監視端末装置５０に対する特定の操作（例えば、特定のボタンを押下する操作）を行うことで、運転員に操作がされた時点における内容を追加（登録）することが可能である。尚、上記の兆候判断テーブルは、ＨＡＺＯＰ（Hazard And Operability Study）の結果等を用いて作成する場合もある。

〈データ抽出部４３〉
前述した通り、データ抽出部４３は、状態変化判断部４２でプラントの状態が変化する兆候があると判断された場合に、判断の基礎とされたステータスの変化が生じた状態量に関連するデータを抽出する。例えば、データ抽出部４３は、以下に例示する条件を加味してデータの抽出を行う。
・ＨＯＺＡＰの情報
・設計情報
・フィールド機器１０等の診断情報
・運転状態情報（気象等の環境情報も含む）
・制御状態情報
・非定常作業及びメンテナンス情報
・オペレーション経験則

図８は、本発明の一実施形態におけるデータ抽出処理の一例を説明するための図である。尚、ここでは、理解を容易にするために、プロセスの上流工程の処理を行う装置Ｐ１、中流工程の処理を行う装置Ｐ２、及び下流工程の処理を行う装置Ｐ３がプラントに設けられているとする。いま、図８（ａ）に示す通り、装置Ｐ２の圧力を示すステータスＳ５１が「一定」なるステータスから「緩やかに上昇」なるステータスに変化し、装置Ｐ２の状態が変化する兆候があると状態変化判断部４２で判断されたとする。

以上の判断がなされると、まず、データ抽出部４３は、上記の設計情報に基づいて、状態が変化する兆候があると判断された装置Ｐ２と、装置Ｐ２の上流工程に位置する装置Ｐ１及び下流工程に位置する装置Ｐ３に関連するデータを抽出する処理を行う。このとき、上記のメンテナンス情報に基づいて、メンテナンス中のフィールド機器１０についてのデータは除外して抽出処理を行う。かかる処理によって、例えば図８（ｂ）中の符号Ｒ１が付された破線で示す範囲のデータが抽出される。

次に、データ抽出部４３は、上記の制御状態情報に基づいて、制御偏差の大きなデータ及び制御量の変動が多いデータを過去数時間程度前まで抽出するとともに、上記の運転状態情報に基づいて、装置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のアラームが発生している箇所、及び手動操作の多いデータを過去数時間程度前まで抽出する処理を行う。かかる処理によって、図８（ｂ）中の範囲Ｒ１内のデータが、例えば図８（ｃ）中の範囲Ｒ２内のデータに絞り込まれることになる。そして、最後にデータ抽出部４３は、作業履歴に基づいて図８（ｃ）中の範囲Ｒ２内における装置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に関するログ情報を過去数時間程度前まで抽出する。尚、以上説明したデータの抽出方法はあくまでも一例であり、プラントの状態が変化した場合に運転員が対処を行う上で有用な情報を抽出し得る任意の抽出方法を用いることができる。

〔監視端末装置の詳細〕
次に、監視端末装置５０の表示内容について詳細に説明する。図９は、本発明の一実施形態における監視端末装置の表示内容の一例を示す図である。図９（ａ）に示す通り、監視端末装置５０には、アプリケーションサーバ４０の傾向算出部４１で分類されたステータスをプラントに設けられる装置の外観とともにグラフィカルに表示するウィンドウＷ１（以下、「俯瞰ウィンドウＷ１」という）が表示される。

図９（ａ）に示す例において、俯瞰ウィンドウＷ１に表示されるステータスは、その種類に応じて以下の通り表示される（図９（ｂ）参照）。尚、図面の表記の都合上、図９では、矢印を白抜き矢印と黒矢印で表示しているが、ステータスに応じて矢印を色分け表示しても良い。
「一定」 ：右向きの白抜き矢印
「緩やかに上昇」：右上がりの白抜き矢印
「緩やかに下降」：右下がりの白抜き矢印
「急激に上昇」 ：右上がりの黒矢印（「緩やかに上昇」の場合よりも傾き大）
「急激に下降」 ：右下がりの黒矢印（「緩やかに下降」の場合よりも傾き大）

状態量の変化傾向Ｄｖが数値表示される場合には、運転員は、数値の大小を詳細に検討して変化傾向Ｄｖを認識する必要がある。これに対し、状態量のステータスがグラフィカルに矢印表示される場合には、運転員は、矢印の向きや色から直感的に変化傾向Ｄｖを認識することができる。このため、運転員は、図９（ａ）に示す俯瞰ウィンドウＷ１を一瞥するだけで、各状態量のステータスを短時間で容易に把握することができる。また、各状態量のステータスがプラントに設けられる装置の外観とともにグラフィカルに表示されることにより、各状態量の関連性も把握し易くなる。

ここで、図９（ｂ）に示すステータスの表示例は、矢印の傾きの大きさでステータスの種類を表現するものであったが、図９（ｂ）に示す表示例に代えて、図９（ｃ）や図９（ｄ）に示す表示例を用いても良い。図９（ｃ）に示すステータスの表示例は、矢印の傾きの大きさでステータスの種類を表現するとともに、変化傾向Ｄｖを求めた時間間隔（Δｔ）を破線の矢印の長さで表現したものである。また、図９（ｄ）に示すステータスの表示例は、矢印の傾きの大きさでステータスの種類を表現するとともに、測定レンジ内における矢印の位置で状態量の現在値を表現したものである。尚、運転員が容易にステータスを認識できるように、ステータスの種類毎に色分け表示しても良く、或いは「一定」なるステータスのものは非表示にしても良い。

図１０は、本発明の一実施形態における監視端末装置の表示内容の他の例を示す図である。図１０（ａ）に示す通り、監視端末装置５０には、プラントに設けられる装置毎のステータスを設備単位で表示するウィンドウＷ２（以下、「設備俯瞰ウィンドウＷ２」という）が表示可能である。また、図１０（ｂ）に示す通り、監視端末装置５０には、プラントに設けられる設備毎のステータスを、プラント全体を単位として表示するウィンドウＷ３（以下、「プラント俯瞰ウィンドウＷ３」という）が表示可能である。

プラントの監視は、プラントに設けられた個々の装置を単位として行われる場合以外に、プラントに設けられた複数の装置からなる設備を単位として行われる場合、或いは、プラント全体を単位として行われる場合がある。このため、監視端末装置５０は、図１０（ａ）に示す設備俯瞰ウィンドウＷ２や、図１０（ｂ）に示すプラント俯瞰ウィンドウＷ３の表示が可能になっている。

図１０（ａ）に示す設備俯瞰ウィンドウＷ２では、ある設備をなす複数の装置が工程順に表示されるとともに、各々の装置のステータスが表示される。このため、運転員は、設備俯瞰ウィンドウＷ２を一瞥するだけで、設備をなす複数の装置のステータス及び各装置間の関連性を短時間で容易に把握することができる。図１０（ｂ）に示すプラント俯瞰ウィンドウＷ３では、プラントに設けられる複数の設備のステータスが表示される。このため、運転員は、プラント俯瞰ウィンドウＷ３を一瞥するだけで、プラントの全体的な状況を短時間で容易に把握することができる。

また、監視端末装置５０は、アプリケーションサーバ４０のデータ抽出部４３で抽出されたデータの表示が可能である。図１１は、本発明の一実施形態における抽出データの表示例を示す図である。図１１（ａ）に示すウィンドウＷ１１は、ステータスの変化が生じた状態量に関連するデータが得られる位置が表示されるウィンドウであり、図１１（ｂ）に示すウィンドウＷ１２は、ステータスの変化が生じた状態量に関連するデータの時間変化を示すグラフ（トレンドグラフ）が表示されるウィンドウである。

図１１（ａ）に示すウィンドウＷ１１及び図１１（ｂ）に示すウィンドウＷ１２は、例えば図９（ａ）に示す俯瞰ウィンドウＷ１が表示されている状態で、俯瞰ウィンドウＷ１内に表示されているステータスが変化した場合にポップアップ表示される。尚、アプリケーションサーバ４０のデータ抽出部４３でデータが抽出された場合に監視端末装置５０に表示される内容は、ウィンドウＷ１１，Ｗ１２に表示される内容に限られることはなく、プロセスフロー図や対処方法を示す情報等であっても良い。

また、上述したウィンドウＷ１１，Ｗ１２等の表示内容を１つのウィンドウにまとめて表示するようしても良い。図１２は、本発明の一実施形態における抽出データの他の表示例を示す図である。図１２に示すウィンドウＷ２０には、図１１（ａ）に示すウィンドウＷ１１の内容が表示される領域Ｒ１１、図１１（ｂ）に示すウィンドウＷ１２の内容が表示される領域、プラント全体に対するアラームの内容が表示される領域Ｒ１３、及びユニット（例えば、設備）の各々に対するアラームの内容が表示される領域Ｒ１４が設けられている。図１２に示すウィンドウＷ２０は、アプリケーションサーバ４０によって抽出されたデータが１つのウィンドウＷ２０にまとめて表示されるため、運転員は、プラントの状態が変化した場合の対処に必要となる情報を容易に把握することができる

或いは、監視端末装置５０の表示画面（ディスプレイ）の一部に抽出データ（或いは、抽出データを表示させるためのアイコン）を表示する表示領域を設けて、アプリケーションサーバ４０のデータ抽出部４３で抽出された抽出データ等を表示するようにしても良い。図１３は、本発明の一実施形態における抽出データの他の表示例を示す図である。図１３に示す通り、例えば監視端末装置５０の表示画面５１の右端部に、抽出データ等を表示する表示領域Ｒ２０を設ける。この表示領域Ｒ２０は、アプリケーションサーバ４０から抽出データが送信されてくる度に自動的に出現する。

図１３（ａ）に示す例では、図１１（ａ），図１１（ｂ）に示すウィンドウＷ１１，Ｗ１２等を表示させるためのアイコンＡ１〜Ａ３が表示領域Ｒ２０に表示される。運転員によってアイコンＡ１〜Ａ３の何れか１つを特定する操作がなされると、図１１（ａ）に示すウィンドウＷ１１或いは図１１（ｂ）に示すウィンドウＷ１２が表示画面５１に表示される。また、図１３（ｂ）に示す例では、抽出データの内容が表示領域５１に縮小表示（サムネイル表示）される。尚、表示領域５１に縮小表示された抽出データを特定する操作が運転員になされた場合には、特定された抽出データをウィンドウに拡大表示するようにしても良い。

以上の通り、本実施形態では、アプリケーションサーバ４０において、工業プロセスにおける状態量の変化傾向Ｄｖを求めてステータスに分類するとともに、分類されたステータスの変化の有無に応じてプラントの状態が変化する兆候の有無を判断し、アプリケーションサーバ４０で分類されたステータス及び上記の判断結果を監視端末装置５０に表示するようにしている。このため、プラントから得られる情報が多様化・増大しても、運転員の負担軽減を図りつつ、高精度・高効率なプロセス制御を実現することができる。

また、プラントの状態が変化する兆候があると判断された場合には、アプリケーションサーバ４０によって抽出されたデータ（ステータスの変化が生じた状態量に関連するデータ）が監視端末装置５０に表示される。このため、運転員は、プラントの状態が変化した場合に、監視端末装置５０の表示内容に基づいて適切な対処を行うことができ、これによっても高精度・高効率なプロセス制御を実現することが可能になる。

以上、本発明の一実施形態によるプロセス監視システム及び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、状態量のステータスを個別に矢印表示する例について説明したが、図１４に示す通り、複数の状態量のステータスをレーダーチャートに表示するようにしても良い。

図１４は、本発明の一実施形態におけるステータスの他の表示例を示す図である。図１４に示す通り、複数の状態量（図１４に示す例では６つの状態量）をレーダーチャートの複数の軸ＡＸ１〜ＡＸ６にそれぞれ割り当て、各々の状態量について基準となるステータス（例えば「一定」なるステータス）を各軸ＡＸ１〜ＡＸ６の中点に割り当てる。これにより、例えば６つの状態量のステータスが全て「一定」であれば、図１４に示す正六角形のレーダーチャートＣ１が表示されることになる。６つの状態量のステータスうちの１つでも「一定」から変化してしまうと、例えば図１４に示す歪んだ形状のレーダーチャートＣ２が表示されるため、ステータスの変化を短時間で容易に把握することができる。

また、上記実施形態では時系列データＣｖから変化傾向Ｄｖのみを算出する例について説明したが、変化傾向Ｄｖの更なる変化傾向Ｐｖを求めるようにしても良い。但し、時系列データＣｖから変化傾向Ｄｖを求める場合と同様に、変化傾向Ｄｖの経時変化を考慮して、人間の視覚で感知し得る変化傾向と同様の変化傾向Ｐｖを求める。このような変化傾向Ｐｖを求めることにより、例えば一定の比率で流量や温度を上昇させる際の監視が容易になる。

また、上記実施形態において、監視端末装置５０に表示される俯瞰ウィンドウＷ１は、図９（ａ）に示す通り、プラントに設けられる装置の外観とともに分類されたステータスが表示されるものであった。しかしながら、制御値についても変化傾向を求めてステータスに分類し、状態量のステータスと制御値のステータスとを重ねて俯瞰ウィンドウＷ１に表示しても良い。かかる表示を行う場合には、状態量のステータスと制御値のステータスとを互いに異なる色で表示することが好適である。

また、上記実施形態では、データサーバ３０、アプリケーションサーバ４０、及び監視端末装置５０が、制御ネットワークＮ２に接続されている例について説明したが、これらは、フィールドネットワークＮ１に接続されていても良い。また、上記実施形態では、データサーバ３０、アプリケーションサーバ４０、及び監視端末装置５０が、それぞれ別々の装置として実現される例について説明したが、これらのうちの少なくとも２つが１つの装置として実現されていても良い。例えば、データサーバ３０とアプリケーションサーバ４０とが１つの装置として実現され、或いはデータサーバ３０、アプリケーションサーバ４０、及び監視端末装置５０の全てが１つの装置として実現されるといった具合である。

１ プロセス監視システム
１０ フィールド機器
４１ 傾向算出部
４２ 状態変化判断部
４３ データ抽出部
５０ 監視端末装置

Claims (4)

1. プラントで実現される工業プロセスの監視を行うプロセス監視システムにおいて、
   前記工業プロセスにおける状態量を測定する複数のフィールド機器と、
   前記フィールド機器の各々から出力される時系列データに基づいて前記状態量の変化傾向をそれぞれ求め、前記状態量の変化傾向を予め規定された複数のステータスのうちの１つにそれぞれ分類する傾向算出手段と、
   前記傾向算出手段で分類されたステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に加えて、前記状態量の現在値及び前記プラントに対して設定される運転モードの少なくとも一方を考慮して、前記プラントの状態が、変化兆候ありか、健全（変化兆候なし）かを判断する状態変化判断手段と、
   前記状態変化判断手段の判断結果を報知する報知手段と
   を備えることを特徴とするプロセス監視システム。
2. 前記報知手段は、前記状態変化判断手段の判断結果に加えて、前記傾向算出手段で分類され、この分類された種類を矢印の傾きの大きさで表現すると共に、測定レンジ内における矢印の位置で状態量の現在値を表現する前記ステータスを表示可能な表示装置を備えることを特徴とする請求項１記載のプロセス監視システム。
3. 前記状態変化判断手段によって前記プラントの状態が変化兆候があると判断された場合に、判断の基礎とされたステータスの変化が生じた状態量に関連するデータを抽出する抽出手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプロセス監視システム。
4. プラントで実現される工業プロセスの監視を行うプロセス監視方法であって、
   前記工業プロセスにおける状態量を測定する複数のフィールド機器の各々から出力される時系列データを収集する収集ステップと、
   前記収集ステップで収集された前記時系列データに基づいて前記状態量の変化傾向をそれぞれ求め、前記状態量の変化傾向を予め規定された複数のステータスのうちの１つにそれぞれ分類する傾向算出ステップと、
   前記傾向算出ステップで分類されたステータスの少なくとも１つのステータスの変化の有無に加えて、前記状態量の現在値及び前記プラントに対して設定される運転モードの少なくとも一方を考慮して、前記プラントの状態が、変化兆候ありか、健全（変化兆候なし）かを判断する状態変化判断ステップと、
   前記状態変化判断ステップの判断結果を報知する報知ステップと
   を有することを特徴とするプロセス監視方法。

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