JP6059046B2 - 不具合検知システムおよび不具合検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロセス量を入力データとして、センサやアクチュエータの不具合を検知したり不具合を予知したりすることができる不具合検知システムおよび不具合検知方法に関するものである。

半導体製造装置では、ＥＥＳ（Equipment Engineering System）が実用段階へと移行してきている。ＥＥＳは、半導体製造装置が正常に機能しているかどうかをデータでチェックし、装置の信頼性や生産性を向上させるシステムである。ＥＥＳの主な目的は、装置自体を対象とする不具合検知（ＦＤ：Fault Detection）、不具合予知（ＦＰ：Fault Prediction）である（非特許文献１参照）。

ＦＤ／ＦＰには、装置コントロールレベル、モジュールレベル、サブシステムレベル、Ｉ／Ｏデバイスレベルという階層化の捉え方がある。装置コントロールレベルのＦＤ／ＦＰは、ホストまたはオペレータから指示された処理条件の基で装置機能が装置スペックの許容範囲内で動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。モジュールレベルのＦＤ／ＦＰは、デバイスもしくはサブシステムから構成されるモジュールが、指示値どおりに処理を行うことができるかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。サブシステムレベルのＦＤ／ＦＰは、フィードバック制御を行うような複数のデバイスからなる複合システムが、いくつかのパラメータ設定の基で安定して動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。Ｉ／ＯデバイスレベルのＦＤ／ＦＰは、装置を構成するセンサやアクチュエータが設計値どおりに安定して動作しているかを監視／検知するＦＤ／ＦＰである。このように、Ｉ／Ｏデバイスレベルの主体は、センサやアクチュエータである。

アクチュエータのＦＤ／ＦＰに関しては、（０，１）のビット列のデータ（アクチュエータデータ）で済むシーケンス制御的な動作については、特に実用段階にあると言える。
一方で、センサのＦＤ／ＦＰに関しては、温度、圧力、流量などのプロセス量が対象データになる。これらのデータについては、ｍｓｅｃ．レベルで全てのデータを保存するのが合理的とは言えない。そこで、センサのデータを装置が管理する処理単位毎に、あるいは一定の期間毎に代表値化して、代表値化した値をチェックするＥＥＳ対応の基板処理装置（特許文献１参照）などが提案されている。代表値とは、最大値、最小値、平均値などである。これらの代表値によりＦＤ／ＦＰが実現できれば、全てのデータを監視する場合と比較して通信量、必要メモリ量などを大幅に削減できるので効率的である。

代表値を利用したＦＤ／ＦＰとしては、劣化によるヒータ断線のＦＰや、過電流によるヒータ断線のＦＤなどが知られている。ヒータが劣化する場合、ヒータの抵抗値（非プロセス量）の平均値が徐々に上昇していくので、ヒータの抵抗値の平均値を代表値としてチェックすれば、劣化によるヒータの断線を予知することができる。また、過電流によってヒータが断線した場合、ヒータの抵抗値の最大値が突発的に上昇するので、ヒータの抵抗値の最大値を代表値としてチェックすれば、過電流によるヒータの断線を検知することができる。

特開２０１０−２１９４６０号公報

「装置レベルでの装置機能の性能確認に関する解説書」，社団法人電子情報技術産業協会，２００５年３月２３日

以上のように非プロセス量であれば、ＦＤ／ＦＰの実用化は可能である。しかしながら、プロセス量に関しては、単純な代表値のみで非プロセス量の場合のようなＦＤ／ＦＰを実現できるものが少なく、ＦＤ／ＦＰ機能を十分に実現できていないという問題点があった。ＥＥＳの装置内分散配置は、ＥＥＳの全体効率を高めるために有効な実装方法であるので、センサデバイスレベルでＦＤ／ＦＰ機能をさらに強化することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、デバイスレベル（特にセンサデバイスレベル）でのプロセス量を対象とするＦＤ／ＦＰ機能を強化することができる不具合検知システムおよび不具合検知方法を提供することを目的とする。換言するならば、本発明は、センサデバイスレベルで内蔵も外付けも可能な簡易型のＦＤ／ＦＰ関連機能を提供する。

本発明の不具合検知システムは、プロセス量を対象となる状態量として、この状態量の時系列データを取得するデータ取得手段と、状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶する代表値記憶手段と、前記データ取得手段が取得した状態量のデータを基に状態量変化率を算出する変化率算出手段と、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値の絶対値よりも前記変化率算出手段で算出された最新の状態量変化率の絶対値が大きいときに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を、前記変化率算出手段が算出した最新の状態量変化率と前記データ取得手段が取得した最新の状態量との組に更新する代表値更新手段と、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値を最小値にリセットするリセット手段と、予め規定された量の最新の状態量のデータを一時的に記憶するデータ保存手段と、前記代表値更新手段により代表値が更新されたときの状態量のデータを、前記代表値に関連する過渡状態データとして記憶する過渡状態記憶手段と、前記代表値更新手段により代表値が更新されたときに、前記過渡状態記憶手段に記憶されている過渡状態データを、前記データ保存手段に記憶されている状態量のデータに更新する過渡状態更新手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、さらに、前記データ取得手段が対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得する関連データ取得手段と、前記代表値更新手段により代表値が更新されたときの関連データを記憶する関連値記憶手段と、前記代表値更新手段により代表値が更新されたときに、前記関連値記憶手段に記憶されている関連データを、前記関連データ取得手段が取得した関連データに更新する関連値更新手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、さらに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を表示する代表値表示手段と、外部からの操作に応じて前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット操作手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知システムの１構成例は、さらに、予め規定された一定間隔で、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を取得する代表値取得手段と、前記代表値取得手段が代表値を取得した後に前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット信号送信手段と、前記代表値取得手段が取得した代表値を取得順に記憶する代表値履歴記憶手段と、前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量と前記代表値取得手段が代表値として取得した最新の状態量との差の絶対値を、前記代表値取得手段が代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第１閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第１アラームを出力する第１判定手段と、前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量変化率の最高値と前記代表値取得手段が代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値との差の絶対値を、前記代表値取得手段が代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第２閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第２アラームを出力する第２判定手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、加熱装置内の温度センサの計測値であり、前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記加熱装置のヒータである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、真空装置内の圧力センサの計測値であり、前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記真空装置の真空ポンプである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、流体搬送装置の流量センサの計測値であり、前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記流体搬送装置のコントロールバルブと流体搬送圧力発生機器である。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、空調システムの給気温度センサの計測値であり、前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記空調システムの冷温水流量制御バルブと送水ポンプである。
また、本発明の不具合検知システムの１構成例において、前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、反応炉の温度センサの計測値であり、前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記反応炉のヒータである。

また、本発明の不具合検知方法は、プロセス量を対象となる状態量として、この状態量の時系列データを取得するデータ取得ステップと、前記データ取得ステップで取得した状態量のデータを基に状態量変化率を算出する変化率算出ステップと、状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶している代表値記憶手段を参照し、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値の絶対値よりも前記変化率算出ステップで算出した最新の状態量変化率の絶対値が大きいときに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を、前記変化率算出ステップで算出した最新の状態量変化率と前記データ取得ステップで取得した最新の状態量との組に更新する代表値更新ステップと、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値を最小値にリセットするリセットステップと、予め規定された量の最新の状態量のデータをデータ保存手段に一時的に記憶させるデータ保存ステップと、前記代表値更新ステップにより代表値が更新されたときに、前記代表値に関連する過渡状態データとして過渡状態記憶手段に記憶されている状態量のデータを、前記データ保存手段に記憶されている状態量のデータに更新する過渡状態更新ステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知方法の１構成例は、さらに、前記データ取得ステップで対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得する関連データ取得ステップと、前記代表値更新ステップにより代表値が更新されたときに、関連値記憶手段に記憶されている関連データを、前記関連データ取得ステップで取得した関連データに更新する関連値更新ステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の不具合検知方法の１構成例は、さらに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を表示する代表値表示ステップと、外部からの操作に応じて前記リセット信号を送信するリセット操作ステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の不具合検知方法の１構成例は、さらに、予め規定された一定間隔で、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を取得する代表値取得ステップと、前記代表値取得ステップで代表値を取得した後に前記リセット信号を送信するリセット信号送信ステップと、前記代表値取得ステップで取得した代表値を取得順に記憶している代表値履歴記憶手段を参照し、前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量と前記代表値取得ステップで代表値として取得した最新の状態量との差の絶対値を、前記代表値取得ステップで代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第１閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第１アラームを出力する第１判定ステップと、前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量変化率の最高値と前記代表値取得ステップで代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値との差の絶対値を、前記代表値取得ステップで代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第２閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第２アラームを出力する第２判定ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、データ取得手段と代表値記憶手段と変化率算出手段と代表値更新手段とを設けることにより、状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶することができ、デバイスレベル（特にセンサデバイスレベル）でのプロセス量を対象とするＦＤ／ＦＰ機能を強化することができる。本発明では、データ取得手段と代表値記憶手段と変化率算出手段と代表値更新手段とをセンサデバイスに内蔵させることが可能であり、センサデバイスの外部に設けることも可能である。

また、本発明では、データ保存手段と過渡状態記憶手段と過渡状態更新手段とを設けることにより、代表値が更新されたときの状態量のデータを、代表値に関連する過渡状態データとして取得することができ、オペレータがセンサやアクチュエータの不具合の原因を分析するのに過渡状態データを役立てることができる。

また、本発明では、関連データ取得手段と関連値記憶手段と関連値更新手段とを設けることにより、代表値が更新されたときに、対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得することができ、オペレータがセンサやアクチュエータの不具合の原因を分析するのに関連データを役立てることができる。

また、本発明では、代表値表示手段を設けることにより、オペレータが代表値を読み取ることができ、センサやアクチュエータに不具合があるかどうか、センサやアクチュエータに不具合が発生する可能性があるかどうかを、オペレータが判断することができる。

また、本発明では、代表値取得手段とリセット信号送信手段と代表値履歴記憶手段と第１判定手段と第２判定手段とを設けることにより、ＦＤ／ＦＰ機能を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る不具合検知システムの動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係るデバイスの外観を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に係る真空装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第６の実施の形態に係る流体搬送装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第７の実施の形態に係る化学プラント反応炉の構成を示すブロック図である。

［発明の原理１］
発明者は、下記のような性質に着眼した。
（Ａ）ヒータ能力、真空ポンプ能力などが劣化する場合、状態量変化率（温度、圧力などの変化速度）の最高到達レベルに劣化傾向が現れる。
（Ｂ）センサ（計測機器）の計測特性がシフトする場合、状態量変化率の最高到達点（温度上昇、圧力低下などが最高到達レベルになる温度、圧力など）にシフト傾向が現れる。

上記の（Ａ）、（Ｂ）について、温度を例として説明する。温度上昇の場合、同じ昇温工程が特定期間内に必ず一度は実行されるのであれば、例えば「昇温時に２００℃を通過する際に温度変化率が０．５０℃／ｓｅｃ．に近づくことが観測される」というように、状態量変化率が最高値に到達するときの状態量（最高能力点）と状態量変化率の最高値（最高能力量）とは、装置性能（リピータビリティ）の代表状態（診断可能情報）として扱えるということを意味する。

また、状態量変化率が最高値に到達するときの状態量と状態量変化率の最高値とは、予め詳細な設定をする必要がなく、ユーザにとって扱いやすい。すなわち、単純に下記のような判断処理に繋げることができる。
（Ｃ）２００℃を通過する際に最高昇温速度が０．４５℃／ｓｅｃ．であれば、最高能力量０．５０℃／ｓｅｃ．よりも低下していることになるので、ヒータが劣化している疑いがある。
（Ｄ）最高昇温速度０．５０℃／ｓｅｃ．に到達したときの温度が２０３℃であれば、最高能力点２００℃とずれていることになるので、温度センサのシフトの疑いがある。

このように、状態量変化率が最高値に到達するときの状態量（最高能力点）と状態量変化率の最高値（最高能力量）とを組合せて代表値として記憶しておくことは有効であり、かつ代表値の記憶機能はセンサデバイスレベルに内蔵可能である。そして、発明者は、予め規定された期間毎にこの代表値を取得する機能と組合せることにより、ＦＤ／ＦＰ機能を実現できることに想到した。

［発明の原理２］
デバイスレベルにＦＤ／ＦＰ機能を分散配置するためには、上記のように有効な代表値化に限定していくことが得策であるが、代表値を利用する目的は通信量、必要メモリ量などを削減することであるので、常に代表値のみである必要はない。そこで、発明者は、高度なＦＤ／ＦＰ機能と連携できるようにするために、状態量変化率の最高値が計測された時点において、前後の過渡状態データを保存するのが有効であることに想到した。

［発明の原理３］
発明の原理２と同様に、常に代表値のみである必要はないことに着眼する。具体的には、発明者は、高度なＦＤ／ＦＰ機能と連携できるようにするために、状態量変化率の最高値が計測された時点において、関連する別のセンサ計測値を同時保存するのが有効であることに想到した。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２、発明の原理３に対応するものである。本実施の形態の不具合検知システムは、プロセス量を対象となる状態量として、この状態量の時系列データを取得するデータ取得部１と、状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶する代表値記憶部２と、データ取得部１が取得した状態量のデータを基に状態量変化率を算出する変化率算出部３と、代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値の絶対値よりも変化率算出部３で算出された最新の状態量変化率の絶対値が大きいときに、代表値記憶部２に記憶されている代表値を、変化率算出部３が算出した最新の状態量変化率とデータ取得部１が取得した最新の状態量との組に更新する代表値更新部４と、外部からリセット信号を受け取ったときに、代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値を最小値（例えば０．０）にリセットするリセット部５と、予め規定された量の最新の状態量のデータを一時的に記憶するデータ保存部６と、代表値更新部４により代表値が更新されたときの状態量のデータを、代表値に関連する過渡状態データとして記憶する過渡状態記憶部７と、代表値更新部４により代表値が更新されたときに、過渡状態記憶部７に記憶されている過渡状態データを、データ保存部６に記憶されている状態量のデータに更新する過渡状態更新部８と、データ取得部１が対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得する関連データ取得部９と、代表値更新部４により代表値が更新されたときの関連データを記憶する関連値記憶部１０と、代表値更新部４により代表値が更新されたときに、関連値記憶部１０に記憶されている関連データを、関連データ取得部９が取得した関連データに更新する関連値更新部１１とを備えている。

データ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは上記発明の原理１に対応する構成であり、データ保存部６と過渡状態記憶部７と過渡状態更新部８とは上記発明の原理２に対応する構成であり、関連データ取得部９と関連値記憶部１０と関連値更新部１１とは上記発明の原理３に対応する構成である。

以下、本実施の形態の不具合検知システムの動作を図２を参照して説明する。まず、初期状態において外部からリセット信号を受け取ったことにより、リセット部５は、代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値Ｄｘを最小値（例えば０．０）にリセットする（図２ステップＳ１００）。

データ取得部１は、観測対象となる図示しないセンサから状態量（プロセス量）のデータを取得する（図２ステップＳ１０１）。
データ保存部６は、データ取得部１から状態量のデータを受け取り、予め規定された量（例えば２０サンプリング分）の最新の状態量のデータを一時的に記憶する（図２ステップＳ１０２）。ステップＳ１０１の処理が１回実施されると、最新の状態量のデータが１サンプリング分得られたことになるので、データ取得部１が１サンプリング分のデータを取得する度に、データ保存部６の記憶内容が更新されることになる。なお、データ保存部６が記憶するデータの量は、サンプリング数、あるいはデータ保存部６に記憶される最古のデータから最新のデータまでの計測時間で規定される。

ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理と並行して、関連データ取得部９は、データ取得部１が対象とする状態量（プロセス量）に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを取得する（図２ステップＳ１０３）。
次に、変化率算出部３は、データ取得部１から受け取った状態量のデータを基に、次式のように状態量変化率Ｄｒを算出する（図２ステップＳ１０４）。
Ｄｒ＝Ｄ１−Ｄ２ ・・・（１）
式（１）において、Ｄ１は最新の状態量のデータ、Ｄ２は１サンプリング前の状態量のデータである。

なお、状態量が例えば温度である場合、式（１）による状態量変化率Ｄｒの単位は［℃／サンプリング］である。この単位を［℃／ｓｅｃ．］にしたい場合には、状態量変化率Ｄｒを例えば式（２）のように算出すればよい。
Ｄｒ＝（Ｄ１−Ｄ２）／Ｔ１ ・・・（２）
式（２）におけるＴ１は状態量のサンプリング周期［ｓｅｃ．］である。

次に、代表値更新部４は、代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値Ｄｘの絶対値よりも変化率算出部３で算出された最新の状態量変化率Ｄｒの絶対値が大きいかどうかを判定する（図２ステップＳ１０５）。上昇する状態量を観測対象とする場合、状態量変化率の最高値Ｄｘの絶対値よりも状態量変化率Ｄｒの絶対値が大きいかどうかを判定すること、すなわち｜Ｄｒ｜＞｜Ｄｘ｜が成立するかどうかを判定することは、Ｄｒ＞Ｄｘが成立するかどうかを判定することである。一方、下降する状態量を観測対象とする場合、｜Ｄｒ｜＞｜Ｄｘ｜が成立するかどうかを判定することは、Ｄｒ＜Ｄｘが成立するかどうかを判定することである。

代表値更新部４は、｜Ｄｒ｜＞｜Ｄｘ｜が成立する場合（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、代表値記憶部２に記憶されている代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を、変化率算出部３で算出された最新の状態量変化率Ｄｒと最新の状態量Ｄ１との組に更新する（図２ステップＳ１０６）。このような更新が行われた場合、Ｄｘ＝Ｄｒ、Ｄ＝Ｄ１というように代表値が更新されることになる。

過渡状態更新部８は、代表値が更新された場合、過渡状態記憶部７に記憶されている過渡状態データを、データ保存部６に記憶されている一連の状態量のデータに更新する（図２ステップＳ１０７）。
関連値更新部１１は、代表値が更新された場合、関連値記憶部１０に記憶されているプロセス量のデータを、関連データ取得部９が取得した最新のプロセス量のデータに更新する（図２ステップＳ１０８）。

以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理が、例えばオペレータからの指令によって不具合検知システムの動作が終了するまで（図２ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、サンプリング周期Ｔ１毎に繰り返し実行される。

以上により、本実施の形態では、状態量変化率の最高値Ｄｘ（最高能力量）と状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄ（最高能力点）とを、装置性能（リピータビリティ）の代表状態（診断可能情報）として扱うＦＤ／ＦＰ機能を、デバイスレベルに分散配置することができる。すなわち、全てのデータを保存することなく、温度制御系であればヒータの劣化や温度センサのシフトを検出可能になる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は本発明の第２の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の形態を利用してＦＤ／ＦＰ機能を実現する例を示すものである。本実施の形態では、上記発明の原理１の意義を明確にするために、発明の原理１に対応する構成について説明する。

本実施の形態の不具合検知システムは、データ取得部１と、代表値記憶部２と、変化率算出部３と、代表値更新部４と、リセット部５と、予め規定された一定間隔で、代表値記憶部２に記憶されている代表値を取得する代表値取得部１２と、代表値取得部１２が代表値を取得した後にリセット部５にリセット信号を送信するリセット信号送信部１３と、代表値取得部１２が取得した代表値を取得順に記憶する代表値履歴記憶部１４と、代表値履歴記憶部１４に代表値として記憶されている状態量と代表値取得部１２が代表値として取得した最新の状態量との差の絶対値を、代表値取得部１２が代表値を取得する度に代表値履歴記憶部１４に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された閾値Ｄｔを超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定してアラームＡを出力する第１判定部１５と、代表値履歴記憶部１４に代表値として記憶されている状態量変化率の最高値と代表値取得部１２が代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値との差の絶対値を、代表値取得部１２が代表値を取得する度に代表値履歴記憶部１４に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された閾値Ｄｘｔを超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定してアラームＢを出力する第２判定部１６とを備えている。

データ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスに実装され、代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）などのコントローラからなるサブシステムに実装される。

以下、本実施の形態の不具合検知システムの動作を図４を参照して説明する。データ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値取得部１２は、予め規定された一定間隔Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２で、Ｔ２は例えば１週間）で、センサデバイス側の代表値記憶部２に記憶されている代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得する（図４ステップＳ２００）。
代表値履歴記憶部１４は、代表値取得部１２が取得した代表値を記憶する（図４ステップＳ２０１）。

リセット信号送信部１３は、代表値取得部１２が代表値を取得した後に、センサデバイス側のリセット部５に対してリセット信号を送信する（図４ステップＳ２０２）。これにより、リセット部５が代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値Ｄｘを最小値（例えば０．０）にリセットするので（図２ステップＳ１００）、代表値記憶部２が初期状態に戻り、センサデバイス側で図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理がサンプリング周期Ｔ１毎に繰り返し実行される。すなわち、一定間隔Ｔ２の間にステップＳ１０１〜Ｓ１０８の処理が複数回実行され、この複数回の実行によって得られた代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を代表値取得部１２が取得するので、ステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理が一定間隔Ｔ２毎に実行されると、代表値の履歴データが代表値履歴記憶部１４に蓄積されることになる。なお、予め規定された量（サンプリング数あるいは計測時間）のデータで代表値履歴記憶部１４が満たされた後は、代表値履歴記憶部１４に記録されている最古の代表値を削除して、新たな代表値を代表値履歴記憶部１４に記録するようにしてもよい。

次に、第１判定部１５は、代表値履歴記憶部１４に代表値として記憶されている任意の状態量Ｄ＿ｏｌｄ＿ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と代表値取得部１２が代表値として取得した最新の状態量Ｄ＿ｎｅｗとの差の絶対値Ｄ＿ｄを、代表値取得部１２が代表値を取得する度に算出し、絶対値Ｄ＿ｄが予め規定された閾値Ｄｔを超えるかどうかを判定する（図４ステップＳ２０３）。
Ｄ＿ｄ＝｜Ｄ＿ｎｅｗ−Ｄ＿ｏｌｄ＿ｉ｜ ・・・（３）

第１判定部１５は、このようなステップＳ２０３の判定処理を代表値履歴記憶部１４に記憶されている各状態量Ｄ＿ｏｌｄ＿ｉについて行い、少なくとも１つの状態量Ｄ＿ｏｌｄ＿ｉから計算した絶対値Ｄ＿ｄが閾値Ｄｔを超えたときに（Ｄ＿ｄ＞Ｄｔ）、アラームＡを出力する（図４ステップＳ２０４）。

一方、第２判定部１６は、代表値履歴記憶部１４に代表値として記憶されている任意の状態量変化率の最高値Ｄｘ＿ｏｌｄ＿ｉ（ｉ＝１〜ｎ）と代表値取得部１２が代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値Ｄｘ＿ｎｅｗとの差の絶対値Ｄｘ＿ｄを、代表値取得部１２が代表値を取得する度に算出し、絶対値Ｄｘ＿ｄが予め規定された閾値Ｄｘｔを超えるかどうかを判定する（図４ステップＳ２０５）。
Ｄｘ＿ｄ＝｜Ｄｘ＿ｎｅｗ−Ｄｘ＿ｏｌｄ＿ｉ｜ ・・・（４）

第２判定部１６は、このようなステップＳ２０５の判定処理を代表値履歴記憶部１４に記憶されている各状態量変化率の最高値Ｄｘ＿ｏｌｄ＿ｉについて行い、少なくとも１つの最高値Ｄｘ＿ｏｌｄ＿ｉから計算した絶対値Ｄｘ＿ｄが閾値Ｄｘｔを超えたときに（Ｄｘ＿ｄ＞Ｄｘｔ）、アラームＢを出力する（図４ステップＳ２０６）。

例えばオペレータからの指令によって不具合検知システムの動作が終了するまで（図４ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、ステップＳ２００〜Ｓ２０６の処理が一定間隔Ｔ２毎に繰り返し実行される。

以上により、例えば温度制御系であれば、アラームＡを、温度センサのシフトに対するアラームとして利用することができる。また、温度制御系であれば、アラームＢを、ヒータの劣化に対するアラームとして利用することができる。

なお、センサデバイス側かサブシステム側が、データ保存部６と過渡状態記憶部７と過渡状態更新部８と関連データ取得部９と関連値記憶部１０と関連値更新部１１とを備えている場合は、代表値取得時あるいはアラーム出力時に、これらの構成によって記憶されているデータも取得することができ、オペレータがアラームの原因を分析するのに役立てることができる。すなわち、全てのデータを保存することなく、例えばヒータの劣化や温度センサのシフトを分析するために有効なデータを確保することができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図５は本発明の第３の実施の形態に係る不具合検知システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態は、第１の実施の形態を利用してＦＤ／ＦＰ機能を実現するデバイスの例を示すものである。本実施の形態では、上記発明の原理１の意義を明確にするために、発明の原理１に対応する構成について説明する。

本実施の形態の不具合検知システムは、データ取得部１と、代表値記憶部２と、変化率算出部３と、代表値更新部４と、リセット部５と、代表値記憶部２に記憶されている代表値を表示する代表値表示部１７と、外部からの操作に応じてリセット部５にリセット信号を送信するマニュアルスイッチなどのリセット操作部１８とを備えている。図５の構成はセンサデバイスに実装される。温度センサ２０に図５の構成を実装した場合の外観を図６に示す。

オペレータは、規定された作業標準に従い、定期的（例えば１週間経過毎）にリセット操作部１８を操作してリセットを行う。これにより、リセット操作部１８がリセット部５に対してリセット信号を送信し、リセット部５が代表値記憶部２に記憶されている状態量変化率の最高値Ｄｘを最小値（例えば０．０）にリセットするので、代表値記憶部２が初期状態に戻る。
データ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値表示部１７は、代表値記憶部２に記憶されている代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を表示する。これにより、オペレータは代表値を読み取ることができる。代表値の履歴をオペレータが記録していれば、第２の実施の形態と同様の判断を、オペレータ自身が行なうことができる。

同じ条件で利用されるデバイスが複数あるならば、複数のデバイス間における代表値の差異を利用して、オペレータ自身が顕著に異なるものを不具合候補として抽出できる。例えば、１０個のデバイスの中で、９個がほぼ同じ代表値を示す中で、１個のデバイスだけが顕著に劣る状態量変化率の最高値Ｄｘを示している場合は、この１個のデバイスを不具合候補として抽出することができる。

以上のように、本実施の形態では、代表値表示部１７とリセット操作部１８をデバイス自体が備えることで、例えばセンサデバイスでも簡易に実装可能な範囲で、ＦＤ／ＦＰ機能を実現することができる。

なお、背景技術ではＥＥＳの装置内分散配置を課題として取り上げているが、第１〜第３の実施の形態は、ＥＥＳに限らず、建物の空調制御や化学プラントなどで利用されるデバイスレベルも対象範囲に入る。また、第１〜第３の実施の形態を適宜組合せてもよいことは言うまでもない。

［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、加熱装置の温度制御系に第１、第２の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図７は加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、処理対象の被加熱物を加熱する加熱チャンバー３０と、加熱用のアクチュエータである電気ヒータ３１と、加熱チャンバー３０内の温度を計測する温度センサ３２と、加熱チャンバー３０内の温度を制御する温調計３３と、電力調整器３４と、電力調整回路３５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ３６とから構成される。

温調計３３は、温度センサ３２が計測した温度ＰＶが温度設定値と一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器３４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路３５を通じて電気ヒータ３１に供給する。こうして、温調計３３は、加熱チャンバー３０内の被加熱物の温度を制御する。

図１のデータ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスである温度センサ３２に実装され、図３の代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、ＰＬＣ３６に実装される。なお、データ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とを、温調計３３に実装してもよい。

加熱装置を利用した生産プロセスでは、対象製品により様々な温度変更があり、昇温工程も様々であるが、昇温パターンは有限であり、１週間中には必ず全ての昇温パターンが実行されるものとする。その中で、例えば通常は５０℃から４００℃への昇温パターンにおいて、最高の温度上昇率（状態量変化率の最高値Ｄｘ）が観測されるものとする（例えば２００℃を通過する際に０．５０℃／ｓｅｃ．）。なお、本実施の形態では、状態量変化率の最高値Ｄｘが自然に向上することはないという前提とする。

データ取得部１は、温度センサ３２が計測した状態量（温度ＰＶ）のデータを取得する。代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

［不具合検知例１］
ここでは、代表値取得部１２が間隔Ｔ２（１週間）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するものとし、第１週がＤ＝２００．０℃、Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．、第２週がＤ＝１９９．９℃、Ｄｘ＝０．５１℃／ｓｅｃ．、第３週がＤ＝２００．１℃、Ｄｘ＝０．４９℃／ｓｅｃ．、第１７週がＤ＝２００．８℃、Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．、第１８週がＤ＝２００．９℃、Ｄｘ＝０．５１℃／ｓｅｃ．、第２７週がＤ＝２０２．５℃、Ｄｘ＝０．５１℃／ｓｅｃ．、第２８週がＤ＝２０２．８℃、Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．、第２９週がＤ＝２０３．０℃、Ｄｘ＝０．４９℃／ｓｅｃ．、第３０週がＤ＝２０３．１℃、Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．という代表値の履歴データが、代表値履歴記憶部１４に蓄積されるものとする。

第１判定部１５は、代表値取得部１２が取得した最新の状態量Ｄと代表値履歴記憶部１４に記憶されている各状態量Ｄとの差の絶対値Ｄ＿ｄを１週間毎に（代表値取得部１２が代表値を取得する度に）算出すると、第２９週において、最新の状態量Ｄ＝２０３．０℃と第２週の状態量Ｄ＝１９９．９℃との差の絶対値Ｄ＿ｄが３．１℃となり、予め規定された閾値Ｄｔ＝３．０℃を超えるので、アラームＡを出力する。また、第１判定部１５は、第３０週において、最新の状態量Ｄ＝２０３．１℃と第２週の状態量Ｄ＝１９９．９℃との差の絶対値Ｄ＿ｄが３．２℃となり、予め規定された閾値Ｄｔ＝３．０℃を超えるので、アラームＡを出力する。

オペレータは、アラームＡが出力されたことにより、温度センサ３２のシフトの可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
なお、温度センサ３２か温調計３３かＰＬＣ３６のいずれかが、データ保存部６と過渡状態記憶部７と過渡状態更新部８と関連データ取得部９と関連値記憶部１０と関連値更新部１１とを備えている場合は、温度ＰＶが２０３．０℃を通過する前後の温度ＰＶの時系列データや加熱装置内の別部分の温度なども取得することができる。そして、これらの付加的情報も利用して、オペレータがアラームの原因を分析することができる。

例えば、オペレータは、温度ＰＶが２０３．０℃を通過する前後の温度ＰＶの時系列データを用いて、温度ＰＶが２００．０℃を通過する付近の温度上昇率を算出し、顕著な差があるか否かを確認することができる。また、オペレータは、温度ＰＶが２０３．０℃を通過する際における加熱装置内の別部分の温度を確認することで、加熱装置内の環境が全体的にシフトしているのか、温度センサ３２のみがシフトしているのかを確認することができる。

［不具合検知例２］
ここでは、代表値取得部１２が間隔Ｔ２（１週間）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するものとし、第１週がＤ＝２００．０℃、Ｄｘ＝０．４９℃／ｓｅｃ．、第２週がＤ＝１９９．９℃、Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．、第３週がＤ＝２００．１℃、Ｄｘ＝０．４９℃／ｓｅｃ．、第１７週がＤ＝２００．０℃、Ｄｘ＝０．４９℃／ｓｅｃ．、第１８週がＤ＝２００．１℃、Ｄｘ＝０．４８℃／ｓｅｃ．、第２７週がＤ＝２００．２℃、Ｄｘ＝０．４７℃／ｓｅｃ．、第２８週がＤ＝２００．０℃、Ｄｘ＝０．４６℃／ｓｅｃ．、第２９週がＤ＝１９９．９℃、Ｄｘ＝０．４５℃／ｓｅｃ．、第３０週がＤ＝２００．１℃、Ｄｘ＝０．４５℃／ｓｅｃ．という代表値の履歴データが、代表値履歴記憶部１４に蓄積されるものとする。

第２判定部１６は、代表値取得部１２が取得した最新の状態量変化率の最高値Ｄｘと代表値履歴記憶部１４に記憶されている各状態量変化率の最高値Ｄｘとの差の絶対値Ｄｘ＿ｄを１週間毎に（代表値取得部１２が代表値を取得する度に）算出すると、第２９週において、最新の状態量変化率の最高値Ｄｘ＝０．４５℃／ｓｅｃ．と第２週の状態量変化率の最高値Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．との差の絶対値Ｄｘ＿ｄが０．０５℃／ｓｅｃ．となり、予め規定された閾値Ｄｘｔ＝０．０４℃／ｓｅｃ．を超えるので、アラームＢを出力する。また、第２判定部１６は、第３０週において、最新の状態量変化率の最高値Ｄｘ＝０．４５℃／ｓｅｃ．と第２週の状態量変化率の最高値Ｄｘ＝０．５０℃／ｓｅｃ．との差の絶対値Ｄｘ＿ｄが０．０５℃／ｓｅｃ．となり、予め規定された閾値Ｄｘｔ＝０．０４℃／ｓｅｃ．を超えるので、アラームＢを出力する。

オペレータは、アラームＢが出力されたことにより、電気ヒータ３１の劣化の可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
なお、温度センサ３２か温調計３３かＰＬＣ３６のいずれかが、データ保存部６と過渡状態記憶部７と過渡状態更新部８と関連データ取得部９と関連値記憶部１０と関連値更新部１１とを備えている場合は、温度ＰＶが１９９．９℃を通過する前後の温度ＰＶの時系列データやヒータ出力値（操作量ＭＶ）なども取得することができる。そして、これらの付加的情報も利用して、オペレータがアラームの原因を分析することができる。

例えば、オペレータは、温度ＰＶが１９９．９℃を通過する際におけるヒータ出力値（操作量ＭＶ）を確認することで、オペレータが認識しているヒータ標準出力とは異なる出力であったか否かを確認することができる。
なお、代表値自体の誤差やバラツキを考慮して、代表値履歴記憶部１４に取得順に記憶される代表値の履歴データに対して、平滑化処理を適宜加えてもよい。

［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、真空装置の圧力制御系に第１、第２の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図８は真空装置の構成を示すブロック図である。真空装置は、真空チャンバー４０と、降圧用のアクチュエータである真空ポンプ４１と、真空チャンバー４０内の圧力を計測する圧力センサ４２（真空計）と、真空装置を制御するＰＬＣ４３とから構成される。

ＰＬＣ４３は、圧力センサ４２が計測した圧力ＰＶが圧力設定値と一致するように操作量ＭＶを算出する。真空ポンプ４１は、操作量ＭＶに応じて真空チャンバー４０の真空引き（降圧）を行う。こうして、ＰＬＣ４３は、真空チャンバー４０内の圧力を制御する。
図１のデータ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスである圧力センサ４２に実装され、図３の代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、ＰＬＣ４３に実装される。

真空チャンバー４０を利用した生産プロセスでは、常に同一の真空引き（降圧）があり、その降圧パターンは、１日に数回実行されるものとする。
データ取得部１は、圧力センサ４２が計測した状態量（圧力ＰＶ）のデータを取得する。代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値取得部１２は、間隔Ｔ２（例えば１日）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するようにすればよい。また、第１判定部１５と第２判定部１６が用いる閾値Ｄｔ，Ｄｘｔについては予め適宜規定しておけばよい。

本実施の形態では、オペレータは、第１判定部１５からアラームＡが出力されると、圧力センサ４２のシフトの可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
また、オペレータは、第２判定部１６からアラームＢが出力されると、真空ポンプ４１の性能劣化や真空チャンバー４０の空気漏れなどの不具合の可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。

［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態は、流体搬送装置（冷水供給装置、チラー）の流量制御系に第１、第２の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図９は流体搬送装置の構成を示すブロック図である。流体搬送装置は、冷媒を冷却する冷却器５０と、冷媒が循環する配管５１と、熱交換器５２と、冷水が循環する配管５３と、バルブ５４と、タンク５５と、タンク５５に水を送る配管５６と、タンク５５に水を送り込むアクチュエータである送水ポンプ５７（水を搬送するための圧力を発生させる搬送圧力発生機器）と、タンク５５から送り出される水が流れる配管５８と、タンク５５から送り出される水の流量を調節するアクチュエータであるコントロールバルブ５９と、タンク５５から送り出される水の流量を計測する流量センサ６０と、流体搬送装置を制御するＰＬＣ６１とから送り出される構成される。

冷却器５０は、配管５１を循環する冷媒を冷却する。熱交換器５２において冷媒と配管５３を流れる水との熱交換が行われ、冷却された水が配管５３を通ってタンク５５に送り込まれる。配管５３からの冷水と冷水ポンプ５７によって送り出された水との熱交換がタンク５５において行われ、冷却された水がタンク５５から配管５８に送り出される。ＰＬＣ６１は、流量センサ６０が計測した流量ＰＶが流量設定値と一致するように操作量ＭＶを算出する。この操作量ＭＶに応じてコントロールバルブ５９の開度が決定される。こうして、ＰＬＣ６１は、水の流量を制御する。

図１のデータ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスである流量センサ６０に実装され、図３の代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、ＰＬＣ６１に実装される。

流体搬送装置を利用した生産プロセスでは、毎週月曜の朝に配管５６，５８を流れる流体が流量ゼロの状態から最大流量に変化させる工程（増流量）があり、ゆえにその増流量パターンは、毎週１回実行されるものとする。
データ取得部１は、流量センサ６０が計測した状態量（流量ＰＶ）のデータを取得する。代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値取得部１２は、間隔Ｔ２（例えば１週間）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するようにすればよい。また、第１判定部１５と第２判定部１６が用いる閾値Ｄｔ，Ｄｘｔについては予め適宜規定しておけばよい。

本実施の形態では、オペレータは、第１判定部１５からアラームＡが出力されると、流量センサ６０のシフトの可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
また、オペレータは、第２判定部１６からアラームＢが出力されると、送水ポンプ５７の性能劣化やコントロールバルブ５９の稼動部などの不具合の可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
なお、本実施の形態では、水を搬送する流体搬送装置について説明しているが、これに限るものではなく、配管５６，５８を流れる流体は気体でもよい。

［第７の実施の形態］
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。本実施の形態は、空調システムの給気温度制御系に第１、第２の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図１０は空調システムの構成を示すブロック図である。空調システムは、空調機７１と、空調機７１から供給される給気の温度を計測する給気温度センサ７２と、熱媒（冷温水）を加熱または冷却する熱媒熱交換器７３と、熱媒熱交換器７３から送り出された冷温水が流れる配管７４と、冷温水を空調機７１に送り込むアクチュエータである送水ポンプ７５と、空調機７１に供給される冷温水の流量を調節するアクチュエータである冷温水流量制御バルブ７６と、空調機７１で使用された冷温水を熱媒熱交換器７３に戻す配管７７と、空調機７１から送り出された給気を部屋７０に供給する配管７８と、給気口７９と、室温センサ８０と、部屋７０の空気を空調機７１に戻す配管８１と、空調システムを制御する空調コントローラ８２とから構成される。

空調コントローラ８２は、給気温度センサ７２によって計測された給気温度ＰＶが給気温度設定値と一致するように操作量ＭＶを算出する。この操作量ＭＶに応じて冷温水流量制御バルブ７６の開度が決定され、空調機７１に供給される冷温水の流量が調節される。空調機７１によって加熱または冷却された給気は、配管７８を通って給気口７９から部屋７０に送り出される。空調コントローラ８２は、室温センサ８０によって計測された室温が室温設定値と一致するように空調機７１の風量を制御する。

図１のデータ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスである給気温度センサ７２に実装され、図３の代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、空調コントローラ８２に実装される。

空調機７１を利用した空調制御では、様々な温度変更パターンがあるが、毎朝、空調機７１の停止状態から稼動状態への切り替えがあり、真夏や真冬にはフルパワーの冷房または暖房による給気温度制御が行なわれるものとする。そして、このフルパワー時以外に状態量変化率の最高値Ｄｘが記録される状況は発生しないものとする。
データ取得部１は、給気温度センサ７２が計測した状態量（給気温度ＰＶ）のデータを取得する。代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値取得部１２は、間隔Ｔ２（例えば１日）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するようにすればよい。また、第１判定部１５と第２判定部１６が用いる閾値Ｄｔ，Ｄｘｔについては予め適宜規定しておけばよい。ただし、建物空調の場合、外気温度や空調対象室内の発熱物の影響も受けやすく、工業用の製造装置に比べれば再現性が低いので、代表値の変動量に対する閾値Ｄｔ，Ｄｘｔは、大きめに規定するのが好ましい。また、代表値履歴記憶部１４に取得順に記憶される代表値の履歴データに対して平滑化処理を加えるのが好ましい。

本実施の形態では、オペレータは、第１判定部１５からアラームＡが出力されると、給気温度センサ７２のシフトの可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
また、オペレータは、第２判定部１６からアラームＢが出力されると、送水ポンプ７５の性能劣化や冷温水流量制御バルブ７６の稼動部などの不具合の可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。

［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。本実施の形態は、化学プラント反応炉の温度制御系に第１、第２の実施の形態の不具合検知システムを適用した場合の例を示すものである。図１１は化学プラント反応炉の構成を示すブロック図である。化学プラント反応炉は、反応炉９０と、加熱用のアクチュエータであるヒータ９１と、反応炉９０内の温度を計測する温度センサ９２と、反応炉９０内の温度を制御するプラント制御システム９３と、電力調整器９４と、電力調整回路９５とから構成される。

プラント制御システム９３は、温度センサ９２が計測した温度ＰＶが温度設定値と一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器９４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路９５を通じてヒータ９１に供給する。こうして、プラント制御システム９３は、反応炉９０内の温度を制御する。

図１のデータ取得部１と代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５とは、センサデバイスである温度センサ９２に実装され、図３の代表値取得部１２とリセット信号送信部１３と代表値履歴記憶部１４と第１判定部１５と第２判定部１６とは、プラント制御システム９３に実装される。

化学プラント反応炉を利用した生産プロセスでは、常に同一の昇温パターンがあり、この昇温パターンが２〜３日に１回（１週間中に数回）実行されるものとする。
データ取得部１は、温度センサ９２が計測した状態量（温度ＰＶ）のデータを取得する。代表値記憶部２と変化率算出部３と代表値更新部４とリセット部５の動作は、第１の実施の形態で説明したとおりである。

代表値取得部１２は、間隔Ｔ２（例えば１週間）で定期的に代表値記憶部２から代表値（状態量変化率の最高値Ｄｘと、状態量変化率が最高値Ｄｘに到達するときの状態量Ｄとの組）を取得するようにすればよい。また、第１判定部１５と第２判定部１６が用いる閾値Ｄｔ，Ｄｘｔについては予め適宜規定しておけばよい。

本実施の形態では、オペレータは、第１判定部１５からアラームＡが出力されると、温度センサ９２のシフトの可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。
また、オペレータは、第２判定部１６からアラームＢが出力されると、ヒータ９１の性能劣化の可能性を考慮して、点検を行なうという判断ができる。

第１〜第８の実施の形態で説明した不具合検知システムは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第８の実施の形態で説明した処理を実行する。なお、上記で説明したとおり、不具合検知システムが複数の装置に分散して配置される場合には、各装置のＣＰＵが自装置の記憶装置に格納されたプログラムに従って処理を実行すればよい。

本発明は、センサやアクチュエータの不具合を検知したり不具合を予知したりする技術に適用することができる。

１…データ取得部、２…代表値記憶部、３…変化率算出部、４…代表値更新部、５…リセット部、６…データ保存部、７…過渡状態記憶部、８…過渡状態更新部、９…関連データ取得部、１０…関連値記憶部、１１…関連値更新部、１２…代表値取得部、１３…リセット信号送信部、１４…代表値履歴記憶部、１５…第１判定部、１６…第２判定部、１７…代表値表示部、１８…リセット操作部。

Claims (13)

1. プロセス量を対象となる状態量として、この状態量の時系列データを取得するデータ取得手段と、
   状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶する代表値記憶手段と、
   前記データ取得手段が取得した状態量のデータを基に状態量変化率を算出する変化率算出手段と、
   前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値の絶対値よりも前記変化率算出手段で算出された最新の状態量変化率の絶対値が大きいときに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を、前記変化率算出手段が算出した最新の状態量変化率と前記データ取得手段が取得した最新の状態量との組に更新する代表値更新手段と、
   外部からリセット信号を受け取ったときに、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値を最小値にリセットするリセット手段と、
   予め規定された量の最新の状態量のデータを一時的に記憶するデータ保存手段と、
   前記代表値更新手段により代表値が更新されたときの状態量のデータを、前記代表値に関連する過渡状態データとして記憶する過渡状態記憶手段と、
   前記代表値更新手段により代表値が更新されたときに、前記過渡状態記憶手段に記憶されている過渡状態データを、前記データ保存手段に記憶されている状態量のデータに更新する過渡状態更新手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
2. 請求項１記載の不具合検知システムにおいて、
   さらに、前記データ取得手段が対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得する関連データ取得手段と、
   前記代表値更新手段により代表値が更新されたときの関連データを記憶する関連値記憶手段と、
   前記代表値更新手段により代表値が更新されたときに、前記関連値記憶手段に記憶されている関連データを、前記関連データ取得手段が取得した関連データに更新する関連値更新手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
3. 請求項１または２記載の不具合検知システムにおいて、
   さらに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を表示する代表値表示手段と、
   外部からの操作に応じて前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット操作手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   さらに、予め規定された一定間隔で、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を取得する代表値取得手段と、
   前記代表値取得手段が代表値を取得した後に前記リセット手段に前記リセット信号を送信するリセット信号送信手段と、
   前記代表値取得手段が取得した代表値を取得順に記憶する代表値履歴記憶手段と、
   前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量と前記代表値取得手段が代表値として取得した最新の状態量との差の絶対値を、前記代表値取得手段が代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第１閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第１アラームを出力する第１判定手段と、
   前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量変化率の最高値と前記代表値取得手段が代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値との差の絶対値を、前記代表値取得手段が代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第２閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第２アラームを出力する第２判定手段とを備えることを特徴とする不具合検知システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、加熱装置内の温度センサの計測値であり、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記加熱装置のヒータであることを特徴とする不具合検知システム。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、真空装置内の圧力センサの計測値であり、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記真空装置の真空ポンプであることを特徴とする不具合検知システム。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、流体搬送装置の流量センサの計測値であり、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記流体搬送装置のコントロールバルブと流体搬送圧力発生機器であることを特徴とする不具合検知システム。
8. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、空調システムの給気温度センサの計測値であり、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記空調システムの冷温水流量制御バルブと送水ポンプであることを特徴とする不具合検知システム。
9. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の不具合検知システムにおいて、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量は、反応炉の温度センサの計測値であり、
   前記データ取得手段が対象とするプロセス量について状態量変化を与えるアクチュエータは、前記反応炉のヒータであることを特徴とする不具合検知システム。
10. プロセス量を対象となる状態量として、この状態量の時系列データを取得するデータ取得ステップと、
    前記データ取得ステップで取得した状態量のデータを基に状態量変化率を算出する変化率算出ステップと、
    状態量変化率の最高値と状態量変化率が最高値に到達するときの状態量とを組合せて代表値として記憶している代表値記憶手段を参照し、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値の絶対値よりも前記変化率算出ステップで算出した最新の状態量変化率の絶対値が大きいときに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を、前記変化率算出ステップで算出した最新の状態量変化率と前記データ取得ステップで取得した最新の状態量との組に更新する代表値更新ステップと、
    外部からリセット信号を受け取ったときに、前記代表値記憶手段に記憶されている状態量変化率の最高値を最小値にリセットするリセットステップと、
    予め規定された量の最新の状態量のデータをデータ保存手段に一時的に記憶させるデータ保存ステップと、
    前記代表値更新ステップにより代表値が更新されたときに、前記代表値に関連する過渡状態データとして過渡状態記憶手段に記憶されている状態量のデータを、前記データ保存手段に記憶されている状態量のデータに更新する過渡状態更新ステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。
11. 請求項１０記載の不具合検知方法において、
    さらに、前記データ取得ステップで対象とするプロセス量に関連する少なくとも１つのプロセス量のデータを関連データとして取得する関連データ取得ステップと、
    前記代表値更新ステップにより代表値が更新されたときに、関連値記憶手段に記憶されている関連データを、前記関連データ取得ステップで取得した関連データに更新する関連値更新ステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。
12. 請求項１０または１１記載の不具合検知方法において、
    さらに、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を表示する代表値表示ステップと、
    外部からの操作に応じて前記リセット信号を送信するリセット操作ステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。
13. 請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の不具合検知方法において、
    さらに、予め規定された一定間隔で、前記代表値記憶手段に記憶されている代表値を取得する代表値取得ステップと、
    前記代表値取得ステップで代表値を取得した後に前記リセット信号を送信するリセット信号送信ステップと、
    前記代表値取得ステップで取得した代表値を取得順に記憶している代表値履歴記憶手段を参照し、前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量と前記代表値取得ステップで代表値として取得した最新の状態量との差の絶対値を、前記代表値取得ステップで代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第１閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第１アラームを出力する第１判定ステップと、
    前記代表値履歴記憶手段に代表値として記憶されている状態量変化率の最高値と前記代表値取得ステップで代表値として取得した最新の状態量変化率の最高値との差の絶対値を、前記代表値取得ステップで代表値を取得する度に前記代表値履歴記憶手段に記憶されている代表値の各々について算出し、少なくとも１つの絶対値が予め規定された第２閾値を超えたときに、不具合検知あるいは不具合予知の状態と判定して第２アラームを出力する第２判定ステップとを含むことを特徴とする不具合検知方法。

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