JP6348858B2 - 流量制御システム - Google Patents

Description

この発明は、配管を流れる流体の流量を制御する流量制御システムに関するものである。

従来より、化学プラント等においては、その配管（プロセス配管）を通過する流体（プロセス流体）の流量を規制するバルブ（調節弁）に対してポジショナを設け、このポジショナによってバルブの開度を制御するようにしている。このポジショナは、バルブの実開度を検出し、上位の制御装置（コントローラ）から送られてくる開度指示値にバルブの実開度が一致するようにバルブの開度制御を行う。

図１０にポジショナを用いた一般的な流量制御システムを示す。同図において、１はプロセス配管、２はプロセス配管１を通過するプロセス流体の流量を規制するバルブ、３はプロセス配管１を通過するプロセス流体の実流量（質量流量や体積流量）を測定する流量計、４はコントローラ、５はバルブ２に付設されたポジショナ、６は上位システムである。

この流量制御システムにおいて、上位システム６は、コントローラ４へ流量指示値Ｆ_ＳＰを与える。コントローラ４は、流量計３によって測定されたプロセス流体の実流量Ｆ_ＰＶと上位システム６から送られてくる流量指示値Ｆ_ＳＰとを比較して、両者を一致させるために必要なバルブ２の開度を開度指示値θ_ＳＰとして求める。コントローラ４によって求められた開度指示値θ_ＳＰはポジショナ５へ送られる。ポジショナ５は、バルブ２の実開度θ_ＰＶを検出し、コントローラ４から送られてくる開度指示値θ_ＳＰにバルブ２の実開度θ_ＰＶが一致するようにバルブ２の開度制御を行う。

特許第３００７５８７号公報

しかしながら、このような流量制御システムでは、コントローラ４の流量制御系が不適切に動作すると、コントローラ４からの開度指示値θ_ＳＰがポジショナ５の開度制御系に悪影響を及ぼす可能性がある。このため、コントローラ４の流量制御系の管理について改善が求められていた。

なお、特許文献１には、バルブを駆動する電動アクチュエータの動作にハンチングが生じたことを判定することのできるバルブ用ポジショナが示されている。この特許文献１に示されたバルブ用ポジショナは、電動アクチュエータの制御過程で、電動アクチュエータの動作角度が設定値を中心として所定範囲内で振動的に変化するハンチングが生じたことを判定するハンチング判定手段を備えている。

しかしながら、この特許文献１に示されたバルブ用ポジショナは、ポジショナの開度制御系の不健全性によるハンチング現象を検出するものであり、コントローラの流量制御系の不健全性に着目したものではない。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、より高い確度のもとで、コントローラの流量制御系の不健全性の管理を行うことが可能な流量制御システムを提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、配管を流れる流体の流量を制御する流量制御システムにおいて、配管を通過する流体の流量を規制するバルブと、配管を通過する流体の実流量を測定する流量計と、流量計によって測定された流体の実流量と上位から送られてくる流量指示値とを比較して、両者を一致させるために必要なバルブの開度を開度指示値として求めるコントローラと、バルブの実開度を検出し、コントローラから送られてくる開度指示値にバルブの実開度が一致するようにバルブの開度制御を行うポジショナと、開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求める管理指標演算部と、管理指標演算部によって求められた管理指標の信頼性を評価する管理指標信頼性評価部と、管理指標信頼性評価部による管理指標の信頼性の評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報するアラーム発報部とを備えることを特徴とする。

本発明において、管理指標演算部は、開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求める。例えば、所定期間内のサンプリング周期毎の開度指示値の変化量の積算値とバルブの実開度の変化量の積算値との比（後述する管理指標Ａｊに相当）を管理指標として求めたり、所定期間内のサンプリング周期毎のバルブの実開度の変化量の積算値とバルブの実開度の初期値と最終値との差の絶対値との比（後述する管理指標Ｂｊに相当）を管理指標として求めたり、所定期間内のサンプリング周期毎の開度指示値の変化量の積算値と開度指示値の初期値と最終値との差の絶対値との比（後述する管理指標Ｃｊに相当）を管理指標として求めたり、所定期間内のサンプリング周期毎のバルブの実開度と開度指示値との差の絶対値の積算値（後述する管理指標Ｄｊに相当）を管理指標として求めたりする。

本発明において、管理指標演算部によって求められた管理指標は、その信頼性が管理指標信頼性評価部において評価される。この場合、管理指標信頼性評価部は、所定期間内の流量指示値の変更回数に基づいて管理指標の信頼性を評価したり、ポジショナの開度制御系が正常であるか否かの確認結果に基づいて管理指標の信頼性を評価したり、コントローラの流量制御系に異常があるか否かの確認結果に基づいて管理指標の信頼性を評価したりする。アラーム発報部は、管理指標信頼性評価部における管理指標の信頼性の評価結果に応じて、異なる種類のアラームを発報する。これにより、より高い確度のもとで、コントローラの流量制御系の不健全性の管理を行うことが可能となる。

本発明において、ポジショナの開度制御系が正常であるか否かの確認結果に基づいて管理指標の信頼性を評価する場合、例えば、ポジショナに対してステップ応答テストを行い、このステップ応答テストの結果が良好であった場合に、コントローラの流量制御系に異常がある可能性が高いと判断するようにしたりする。

また、本発明において、コントローラの流量制御系に異常があるか否かの確認結果に基づいて管理指標の信頼性を評価する場合、例えば、コントローラへの流量指示値の変化に対するコントローラからの開度指示値の変化を確認し、流量指示値と開度指示値の変化方向が反対であった場合、コントローラの流量制御系に第１の異常がある可能性があると判断し、流量指示値の変化に対して開度指示値が所定時間を超えても変化しなかった場合、コントローラの流量制御系に第２の異常がある可能性があると判断するようにしたりする。

また、本発明では、管理指標演算部によって求められた管理指標の信頼性を評価するが、この場合、求められた管理指標と予め定められた閾値とを比較し、管理指標が閾値を超えたものについてのみ、管理指標の信頼性を評価するようにするとよい。

本発明によれば、開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求めるようにし、この求めた管理指標の信頼性を評価し、その評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報させるようにしたので、より高い確度のもとで、コントローラの流量制御系の不健全性の管理を行うことが可能となる。

本発明に係る流量制御システムの一実施の形態の要部を示す図である。 この流量制御システムの要部の機能ブロック図（実施の形態１の流量制御システムの要部の機能ブロック図）である。 流量指示値が変更された場合の通常の応答を示す図である。 流量指示値が変更された場合の不適切な応答を示す図である。 実施の形態１の流量制御システムにおける管理指標信頼性評価部およびアラーム発報部が行う処理動作を示すフローチャートである。 実施の形態２の流量制御システムの要部の機能ブロック図である。 実施の形態２の流量制御システムにおける管理指標信頼性評価部およびアラーム発報部が行う処理動作を示すフローチャートである。 実施の形態３の流量制御システムにおける管理指標信頼性評価部およびアラーム発報部が行う処理動作を示すフローチャートである。 実施の形態３の流量制御システムの要部の機能ブロック図である。 ポジショナを用いた一般的な流量制御システムを示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態の説明に入る前に、本発明の技術思想（重要な着眼点）について、簡単に説明しておく。本願の発明者は、流量制御系のアクチュエータとしてバルブ（調節弁）が利用される場合、流量制御のフィードバック制御が振動的に開度指示値を与えると、開度指示値に開度が追従する際に、無駄なＵターン追従（後述）が発生し得るという問題点を見出した。そして、無駄なＵターン追従を管理対象とすることに着眼し、この現象を反映する指標として管理指標を計算し、モニタリングすることで、流量制御系の不健全性の可能性を知ることができることに想到した。以下に説明する実施の形態は、このような技術思想に基づいており、本発明を実現する具体的な例を示すものである。

図１は本発明に係る流量制御システムの一実施の形態の要部を示す図であり、図１０と同一符号は図１０を参照して説明した構成要素と同一或いは同等の構成要素を示し、その説明は省略する。図２はこの流量制御システムの要部の機能ブロック図である。

本実施の形態において、コントローラ４は開度指示決定部４１を備え、ポジショナ５は開度制御部５１と開度検出部５２と管理指標演算部５３と管理指標送信部５４とを備え、上位システム６は流量指示設定部６１と管理指標受信部６２と管理指標信頼性評価部６３とアラーム発報部６４と表示部６５とを備えている。

このコントローラ４、ポジショナ５、上位システム６における各部の処理動作は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現される。具体的には、コンピュータにプログラムがインストールされ、このインストールされたプログラムに従うＣＰＵの処理動作として実現される。

上位システム６において、流量指示設定部６１は、コントローラ４へ流量指示値Ｆ_ＳＰを送る。コントローラ４において、開度指示決定部４１は、上位システム６から送られてくる流量指示値Ｆ_ＳＰと流量計３によって測定されたプロセス流体の実流量Ｆ_ＰＶとを比較し、両者を一致させるために必要なバルブ２の開度を開度指示値θ_ＳＰとして求め、この求めた開度指示値θ_ＳＰをポジショナ５へ送る。

ポジショナ５において、開度検出部５２はバルブ２の実開度θ_ＰＶを検出し、開度制御部５１はコントローラ４から送られてくる開度指示値θ_ＳＰと開度検出部５２が検出するバルブ２の実開度θ_ＰＶとが一致するようにバルブ２の開度制御を行う。これにより、プロセス配管１を流れるプロセス流体の流量が上位システム６からの流量指示値Ｆ_ＳＰに合わせ込まれる。

ポジショナ５において、管理指標演算部５３は、コントローラ４からの開度指示値θ_ＳＰおよび開度検出部５２が検出するバルブ２の実開度θ_ＰＶを所定のサンプリング周期Δｔ（例えば、Δｔ＝５０ｍs）で取得し、このサンプリング周期Δｔで取得した所定期間Ｔ（例えば、Ｔ＝２０ｓ）内の開度指示値θ_ＳＰおよびバルブ２の実開度θ_ＰＶから、コントローラ４の流量制御系の不健全性の可能性を示す指標として管理指標Ａｊを所定期間Ｔ毎に求める。

ポジショナ５において、管理指標送信部５４は、管理指標演算部５３が求めた管理指標Ａｊを上位システム６へデジタル通信で送信する。管理指標Ａｊについては後述する。

上位システム６において、管理指標受信部６２は、ポジショナ５から送られてくる管理指標Ａｊを受信する。上位システム６において、管理指標信頼性評価部６３は、管理指標受信部６２が受信した管理指標Ａｊと予め定められている閾値Ａｔｈとを比較し、管理指標Ａｊが閾値Ａｔｈを超えた場合、管理指標Ａｊの信頼性を評価し、その信頼性の評価結果をアラーム発報部６４へ送る。

アラーム発報部６４は、管理指標信頼性評価部６３からの評価結果を受けて、その評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報する。このアラームは表示部６５に送られる。表示部６５はアラーム発報部６４からのアラームを画面上でオペレータに通知する。なお、ブザーなどの鳴動音で、アラームをオペレータに通知するようにしてもよい。

〔管理指標Ａｊについて〕
この流量制御システムでは、上位システム６からの流量指示値Ｆ_ＳＰが変更されると、それに従ってコントローラ４が開度指示値θ_ＳＰを変更し、ポジショナ５へ送信する。この場合、通常は、図３に示すような応答が得られる。

図３は横軸に時間を、縦軸に開度をとり、開度指示値θ_ＳＰと実開度θ_ＰＶの時系列変化をプロットしたものである。開度指示値θ_ＳＰの変化５０％→５５％に追従して、実開度θ_ＰＶはムダ時間や応答遅れを伴って追従する。応答の様子はバルブ２の大きさなどによって異なる。

図４に不適切な応答を示す。この例では、開度指示値θ_ＳＰが５０％から一度６０％になって、２秒後に５５％に変化している。この場合、実開度θ_ＰＶが一度６０％に向かって制御され、５５％を超えた後、再び５５％へ制御されている。このような追従をＵターン追従と呼ぶ。

バルブ２には摺動部分が多くあり、摺動距離の積算値をメンテナンスの指標として採用することが一般的に行われている。多く動くとそれだけ故障確率が高くなるので、摺動距離の積算値が大きくなれば、メンテナンスの優先度を高くするなどする。

図４に示した不適切な応答では、摺動距離の積算値が大きくなる傾向がある。何らかの原因で開度指示値θ_ＳＰが一度大きくなった後、狙いの開度指示値θ_ＳＰ（５５％）へ落ち着いており、追従した実開度θ_ＰＶが余計に動いていることが分かる。

本実施の形態では、図４に示したような現象の結果を反映する指標として、管理指標Ａｊを使用する。すなわち、開度指示値θ_ＳＰと実開度θ_ＰＶに基づいた指標を計算し、モニタリングすることで、コントローラ４の流量制御系の不健全性の可能性を知るようにする。

この管理指標Ａｊは、下記に示す（１）式によって求める。
Ａｊ＝ΣΔθ_ＳＰｉ÷ΣΔθ_ＰＶｉ ・・・・（１）

この（１）式において、Δθ_ＳＰｉ＝｜θ_ＳＰｉ−θ_ＳＰｉ_-1｜、Δθ_ＰＶｉ＝｜θ_ＰＶｉ−θ_ＰＶｉ_-1｜、θ_ＳＰｉ，θ_ＰＶｉの添字のｉは開度指示値および実開度のサンプル（サンプリング周期Δｔ毎のサンプル）、Ａｊの添字ｊは管理指標のサンプル（所定周期Ｔ毎のサンプル）、ΣΔθ_ＳＰｉは所定期間Ｔ内のΔθ_ＳＰｉの積算値、ΣΔθ_ＰＶｉは所定期間Ｔ内のΔθ_ＰＶｉの積算値を示す。

この（１）式で示される管理指標Ａｊは、所定期間Ｔ内のサンプリング周期Δｔ毎の開度指示値θ_ＳＰｉの変化量Δθ_ＳＰｉの積算値ΣΔθ_ＳＰｉとバルブ２の実開度θ_ＰＶｉの変化量Δθ_ＰＶｉの積算値ΣΔθ_ＰＶｉとの比を示している。

開度指示値θ_ＳＰが実開度θ_ＰＶに比べて余分に動いていると、管理指標Ａｊが大きくなり、無駄なＵターン追従の結果であると推測できる。この管理指標Ａｊをモニタリングすることによって、コントローラ４の流量制御系に不健全性がある可能性を知ることができる。

例えば、図３に示した通常の応答時の管理指標ＡｊはＡｊ＝１．００となるのに対し、図４に示した不適切な応答時のＡｊはＡｊ＝１．２３となる（ｉは５０ｍｓごとサンプル、ｊは２０ｓごとサンプルの場合）。

正常な開度指示値θ_ＳＰであれば管理指標Ａｊは１．００に近く、管理指標Ａｊが１．００から大きくなるにつれて、コントローラ４の流量制御系の不健全性が原因でバルブ２の摺動距離が無駄に大きくなっている可能性が高い。

そこで、本実施の形態の流量制御システムでは、ポジショナ５に設けた管理指標演算部５３で所定期間Ｔが経過する毎に管理指標Ａｊを求め、この所定期間Ｔ毎の管理指標Ａｊを上位システム６でモニタリングし、管理指標Ａｊが閾値Ａｔｈを超えた場合に自動的にアラームを発報することで、コントローラ４の流量制御系の不健全性の管理を実現する。

なお、管理指標Ａｊを求める際の積算時間は、すなわち管理指標演算部５３での所定期間Ｔ（所定期間Ｔ内のサンプル数Ｉ）は、以下の（１），（２）のような方針で決定する。
（１）制御目的の時定数に応じて定める（例：温調対象の時定数より十分に短いこと）。
※通常の温度設定値変更に伴う開度指示値θ_ＳＰの変更は不健全とは言えない。
（２）バルブの作動速度（全閉→全開にかかる時間）に応じて決める（例：バルブの作動速度より十分に長いこと）。
※実開度θ_ＰＶの動作よりは十分長くないと管理指標の意味がない。

〔管理指標のバリエーション〕
上述した実施の形態では、コントローラ４の流量制御系の不健全性の可能性を示す指標として上記（１）式で示される管理指標Ａｊを求めるようにしたが、同様の管理指標としては他にも色々なものが考えられる。

〔管理指標Ｂｊ：所定期間（積算時間）Ｔにおけるθ_ＰＶの初期値と最終値も利用する〕
例えば、最終的に到達したい値への最端経路と実際に通った経路（絶対値の積算値）との差を評価するものとして、下記の（２）式で示される管理指標Ｂｊを用いる。

Ｂｊ＝ΣΔθ_ＰＶｉ÷（｜θ_ＰＶｉ_Ｉｊ−θ_ＰＶｉ_Ｅｊ｜） ・・・・（２）
この（２）式において、θ_ＰＶｉ_Ｉｊはサンプルｊの始めの時刻のθ_ＰＶの値〔％〕、θ_ＰＶｉ_Ｅｊはサンプルｊの最後の時刻のθ_ＰＶの値〔％〕を示す。

上記（２）式で示される管理指標Ｂｊは、所定期間Ｔ内のサンプリング周期Δｔ毎のバルブ２の実開度θ_ＰＶｉの変化量Δθ_ＰＶｉの積算値ΣΔθ_ＰＶｉとバルブ２の実開度θ_ＰＶｉの初期値θ_ＰＶｉ_Ｉｊと最終値θ_ＰＶｉ_Ｅｊとの差の絶対値｜θ_ＰＶｉ_Ｉｊ−θ_ＰＶｉ_Ｅｊ｜との比を示している。

管理指標Ｂｊが１より大きい場合、θ_ＰＶがその最終値へ向かう最短経路に比べて無駄な経路を通っていることになる。所定期間（積算時間）Ｔがθ_ＰＶの応答速度よりも十分に大きければ、コントローラ４の流量制御系の不健全性が原因で、バルブ２の摺動距離が無駄に増加している可能性を示唆することができる。

〔管理指標Ｃｊ：所定期間（積算時間）Ｔにおけるθ_ＳＰの初期値と最終値も利用する〕
管理指標Ｂｊと同様、最終的に到達したい値への最端経路と実際に通った経路（絶対値の積算値）の差を評価するものとして、下記の（３）式で示される管理指標Ｃｊを用いる。

Ｃｊ＝ΣΔθ_ＳＰｉ÷（｜θ_ＳＰｉ_Ｉｊ−θ_ＳＰｉ_Ｅｊ｜） ・・・・（３）
この（３）式において、θ_ＳＰｉ_Ｉｊはサンプルｊの始めの時刻のθ_ＳＰの値〔％〕、θ_ＳＰｉ_Ｅｊはサンプルｊの最後の時刻のθ_ＳＰの値〔％〕を示す。

上記（３）式で示される管理指標Ｃｊは、所定期間Ｔ内のサンプリング周期Δｔ毎の開度指示値θ_ＳＰｉの変化量Δθ_ＳＰｉの積算値ΣΔθ_ＳＰｉと開度指示値θ_ＳＰｉの初期値θ_ＳＰｉ_Ｉｊと最終値θ_ＳＰｉ_Ｅｊとの差の絶対値｜θ_ＳＰｉ_Ｉｊ−θ_ＳＰｉ_Ｅｊ｜との比を示している。

管理指標Ｃｊが１より大きい場合、θ_ＳＰがその最終値へ向かう最短経路に比べて無駄な経路を通っている傾向を示している。但し、上位システム６の制御機能の結果、そのようなθ_ＳＰの変化を要求している可能性があるという点で、管理指標Ｂｊとは特徴が異なり、利用には注意が必要である。

〔管理指標Ｄｊ：θ_ＰＶｉとθ_ＳＰｉとの差も利用する〕
バルブ２の実開度θ_ＰＶｉと開度指示値θ_ＳＰｉとの差をＥｉ＝θ_ＰＶｉ−θ_ＳＰｉとした場合、｜Ｅｉ｜の積算値が大きな場合、無駄な開度指示値θ_ＳＰのＵターンに伴い、実開度θ_ＰＶｉも無駄な動きをしている可能性が高い。そこで、この｜Ｅｉ｜の積算値に着目し、下記の(４)式で示される管理指標Ｄｊを用いる。

Ｄｊ＝Σ｜Ｅｉ｜ ・・・・（４）
この（４）式において、Σ｜Ｅｉ｜は所定期間Ｔ内の｜Ｅｉ｜の積算値を示す。

上記（４）式で示される管理指標Ｄｊは、所定期間Ｔ内のサンプリング周期Δｔ毎のバルブ２の実開度θ_ＰＶｉと開度指示値θ_ＳＰｉとの差の絶対値｜Ｅｉ｜の積算値を示している。

バルブ２の実開度θ_ＰＶｉは開度指示値θ_ＳＰｉから遅れるため、管理指標Ｄｊはある程度の大きさを持つ管理指標である。絶対値の評価はできないが、管理指標Ｄｊの時系列変化から相対的にコントローラ４の流量制御系の不健全性の可能性を示す指標になり得る。例えば、同じ開度付近の制御が続いているにも拘わらず、管理指標Ｄｊが大きくなる傾向にある場合など、コントローラ４の流量制御系に不健全性がある可能性が高い。

図５に上位システム６における管理指標信頼性評価部６３およびアラーム発報部６４が行う処理動作のフローチャートを示す。

コントローラ４への流量指示値Ｆ_ＳＰの変更の頻度が確認できると、コントローラ４の流量制御系の不健全性の可能性を示す指標に対する確度が上がる。流量指示値Ｆ_ＳＰが頻繁に変更されていれば、流量制御系の開度指示値θ_ＳＰｉが変更されるのは不健全ではない可能性が高い。一方で、流量指示値Ｆ_ＳＰの変更がないか、または１回しか変更されていないときに管理指標Ａｊが大きくなることは、流量制御系の不健全性が疑われる。

そこで、本実施の形態（実施の形態１）では、管理指標信頼性評価部６３において、管理指標受信部６２が受信した管理指標Ａｊと予め定められている閾値Ａｔｈとを比較し（ステップＳ１０１）、管理指標Ａｊが閾値Ａｔｈを超えた場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、コントローラ４への流量指示値Ｆ_ＳＰの変更が１回よりも多いか否かをチェックし（ステップＳ１０２）、そのチェック結果を管理指標Ａｊの信頼性の評価結果としてアラーム発報部６４へ送る。

アラーム発報部６４は、管理指標信頼性評価部６３からの管理指標Ａｊの信頼性の評価結果を受けて、コントローラ４への流量指示値Ｆ_ＳＰの変更が１回よりも多い場合にはアラーム１を発報し（ステップＳ１０３）、コントローラ４への流量指示値Ｆ_ＳＰの変更が１回よりも少ない場合にはアラーム２を発報する（ステップＳ１０４）。

この場合、アラーム１とアラーム２とはそのアラームの種別が異なり、アラーム２はアラーム１よりも流量制御系の不健全性の疑いが強いことを示す。すなわち、アラーム２の方がアラーム１よりも、流量制御系に不健全性がある虞が相対的に高いことを示す。

〔実施の形態２〕
実施の形態１では、コントローラ４への流量指示値Ｆ_ＳＰの変更回数に基づいて管理指標Ａｊの信頼性を評価するようにしたが、実施の形態２では、ポジショナ５の開度制御系が正常であるか否かの確認結果に基づいて管理指標Ａｊの信頼性を評価するものとする。

ポジショナ５の開度制御系が正常であることを確認できると、コントローラ４の流量制御系の不健全性に対する確度が上がる。そこで、実施の形態２では、管理指標Ａｊが閾値Ａｔｈを超えたバルブ３に対して、プラント停止時に、例えばステップ応答テストなどを実施することで、ポジショナ５の開度制御系が正常であるか否かを確認し、その確認結果を管理指標信頼性評価部６３へ与えるものとする（図６参照）。

この場合、管理指標信頼性評価部６３は、管理指標Ａｊが大きく（図７：ステップＳ２０１のＹＥＳ）、ステップ応答テストの結果が良好であった場合には（ステップＳ２０２のＹＥＳ）、コントローラ４の流量制御系に異常がある可能性が高いと判断し、その旨の評価結果をアラーム発報部６４へ送る。ステップ応答テストの結果が良好でなかった場合には（ステップＳ２０２のＮＯ）、コントローラ４の流量制御系に異常がある可能性は低いと判断し、その旨の評価結果をアラーム発報部６４へ送る。

アラーム発報部６４は、管理指標信頼性評価部６３からの評価結果を受けて、コントローラ４の流量制御系に異常がある可能性が高いと判断されている場合にはアラーム３を発報し（ステップＳ２０３）、コントローラ４の流量制御系に異常がある可能性が低いと判断されている場合にはアラーム４を発報する（ステップＳ２０４）。

この場合、アラーム３とアラーム４とはそのアラームの種別が異なり、アラーム３はアラーム４よりも流量制御系の不健全性の疑いが強いことを示す。すなわち、アラーム３の方がアラーム４よりも、流量制御系に不健全性がある虞が相対的に高いことを示す。

〔実施の形態３〕
実施の形態２では、ポジショナ５の開度制御系が正常であるか否かの確認結果に基づいて管理指標Ａｊの信頼性を評価するものとしたが、実施の形態３では、コントローラ４の流量制御系に異常があるか否かの確認結果に基づいて管理指標Ａｊの信頼性を評価するものとする。

コントローラ４の流量制御系に大きな異常があることを確認できると、コントローラ４の流量制御系の不健全性に対する確度が上がる。そこで、実施の形態３では、管理指標Ａｊが閾値Ａｔｈを超えた場合、管理指標信頼性評価部６３において、コントローラ４の流量制御系に異常があるか否かを確認するものとする。

コントローラ４の流量制御系の異常として２つの事例を以下に挙げる。
(１)開度指示値の反対方向への指示（事例１）
流量指示値Ｆ_ＳＰを増加させる信号に対して、開度指示値θ_ＳＰが減少する指示をコントローラ４がポジショナ５へ与えた場合である。制御ループのゲインの正負が反対であるなど、致命的な異常がコントローラ４に存在すると予想される。
(２)開度指示値が動かない（事例２）
流量指示値Ｆ_ＳＰが変更されたにも拘わらず、開度指示値θ_ＳＰが動かないケースであり、コントローラ４の動きが非常に遅くなっているという異常が予想される。

図８にこの２つの事例を想定した場合のフローチャートを示し、図９に図６に対応する機能ブロック図を示す。

管理指標信頼性評価部６３は、前回からの流量指示値Ｆ_ＳＰの変化幅が予め定められた閾値ｅ_Ｆ_ＳＰ以上であるか否かをチェックし（ステップＳ３０１）、前回からの流量指示値Ｆ_ＳＰの変化幅が閾値ｅ_Ｆ_ＳＰ以上であれば（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、タイマをカウントアップしたうえ（ステップＳ３０２）、前回からの開度指示値θ_ＳＰの変化幅が閾値ｅ_θ_ＳＰ以上であるか否かをチェックする（ステップＳ３０３）。前回からの開度指示値θ_ＳＰの変化幅が閾値ｅ_θ_ＳＰ以上でなければ（ステップＳ３０３のＮＯ）、ステップＳ３０４を経てステップＳ３０２に戻り、ステップＳ３０２〜３０４の処理を繰り返す。

管理指標信頼性評価部６３は、ステップＳ３０２〜３０４の処理の繰り返し中、前回からの開度指示値θ_ＳＰの変化幅が閾値ｅ_θ_ＳＰ以上となると（ステップＳ３０３のＹＥＳ）、流量指示値Ｆ_ＳＰの変化方向と開度指示値θ_ＳＰの変化方向が反対か否かをチェックし（ステップＳ３０５）、流量指示値Ｆ_ＳＰの変化方向と開度指示値θ_ＳＰの変化方向が反対であれば（ステップＳ３０５のＹＥＳ）、コントローラ４の流量制御系に第１の異常（事例１の異常）がある可能性があると判断し、その旨の評価結果をアラーム発報部６４へ送る。

管理指標信頼性評価部６３は、ステップＳ３０２〜３０４の処理の繰り返し中、前回からの開度指示値θ_ＳＰの変化幅が閾値ｅ_θ_ＳＰ以上とならず（ステップＳ３０３のＮＯ）、ステップＳ３０２でのタイマのカウント値が所定値Ｎを超えると（ステップＳ３０４のＹＥＳ）、コントローラ４の流量制御系に第２の異常（事例２の異常）がある可能性があると判断し、その旨の評価結果をアラーム発報部６４へ送る。

アラーム発報部６４は、管理指標信頼性評価部６３からの評価結果を受けて、コントローラ４の流量制御系に第１の異常がある可能性があると判断されている場合にはアラーム５を発報し（ステップＳ３０６）、コントローラ４の流量制御系に第２の異常がある可能性があると判断されている場合にはアラーム６を発報する（ステップＳ３０７）。この場合、アラーム５とアラーム６とはそのアラームの種別が異なり、アラーム５はアラーム６よりも流量制御系の不健全性が高いことを示す。

なお、上述した実施の形態では、管理指標演算部５３をポジショナ５へ設けるようにしたが、上位システム６に設けるようにしてもよい。また、逆に、管理指標信頼性評価部６３やアラーム発報部６４をポジショナ５に設けるようにしたりしてもよく、各種の変形が自在である。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１…プロセス配管、２…バルブ、３…流量計、４…コントローラ、５…ポジショナ、６…上位システム、４１…開度指示決定部、５１…開度制御部、５２…開度検出部、５３…管理指標演算部、５４…管理指標送信部、６１…流量指示設定部、６２…管理指標受信部、６３…管理指標信頼性評価部、６４…アラーム発報部、６５…表示部。

Claims (6)

1. 配管を流れる流体の流量を制御する流量制御システムにおいて、
   前記配管を通過する流体の流量を規制するバルブと、
   前記配管を通過する流体の実流量を測定する流量計と、
   前記流量計によって測定された流体の実流量と上位から送られてくる流量指示値とを比較して、両者を一致させるために必要な前記バルブの開度を開度指示値として求めるコントローラと、
   前記バルブの実開度を検出し、前記コントローラから送られてくる開度指示値に前記バルブの実開度が一致するように前記バルブの開度制御を行うポジショナと、
   前記開度指示値および前記バルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、前記コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求める管理指標演算部と、
   前記管理指標演算部によって求められた管理指標の信頼性を評価する管理指標信頼性評価部と、
   前記管理指標信頼性評価部による前記管理指標の信頼性の評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報するアラーム発報部とを備え、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記所定期間内の前記流量指示値の変更回数に基づいて前記管理指標の信頼性を評価する
   ことを特徴とする流量制御システム。
2. 配管を流れる流体の流量を制御する流量制御システムにおいて、
   前記配管を通過する流体の流量を規制するバルブと、
   前記配管を通過する流体の実流量を測定する流量計と、
   前記流量計によって測定された流体の実流量と上位から送られてくる流量指示値とを比較して、両者を一致させるために必要な前記バルブの開度を開度指示値として求めるコントローラと、
   前記バルブの実開度を検出し、前記コントローラから送られてくる開度指示値に前記バルブの実開度が一致するように前記バルブの開度制御を行うポジショナと、
   前記開度指示値および前記バルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、前記コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求める管理指標演算部と、
   前記管理指標演算部によって求められた管理指標の信頼性を評価する管理指標信頼性評価部と、
   前記管理指標信頼性評価部による前記管理指標の信頼性の評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報するアラーム発報部とを備え、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記ポジショナの開度制御系が正常であるか否かの確認結果に基づいて前記管理指標の信頼性を評価する
   ことを特徴とする流量制御システム。
3. 配管を流れる流体の流量を制御する流量制御システムにおいて、
   前記配管を通過する流体の流量を規制するバルブと、
   前記配管を通過する流体の実流量を測定する流量計と、
   前記流量計によって測定された流体の実流量と上位から送られてくる流量指示値とを比較して、両者を一致させるために必要な前記バルブの開度を開度指示値として求めるコントローラと、
   前記バルブの実開度を検出し、前記コントローラから送られてくる開度指示値に前記バルブの実開度が一致するように前記バルブの開度制御を行うポジショナと、
   前記開度指示値および前記バルブの実開度の少なくとも一方を所定のサンプリング周期で取得し、この所定のサンプリング周期で取得した所定期間内の開度指示値およびバルブの実開度の少なくとも一方から、前記コントローラの流量制御系の不健全性の可能性を示す指標を管理指標として求める管理指標演算部と、
   前記管理指標演算部によって求められた管理指標の信頼性を評価する管理指標信頼性評価部と、
   前記管理指標信頼性評価部による前記管理指標の信頼性の評価結果に応じて異なる種類のアラームを発報するアラーム発報部とを備え、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記コントローラの流量制御系に異常があるか否かの確認結果に基づいて前記管理指標の信頼性を評価する
   ことを特徴とする流量制御システム。
4. 請求項２に記載された流量制御システムにおいて、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記ポジショナに対して行われたステップ応答テストの結果が良好であった場合、前記コントローラの流量制御系に異常がある可能性が高いと判断する
   ことを特徴とする流量制御システム。
5. 請求項３に記載された流量制御システムにおいて、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記コントローラへの流量指示値の変化に対する前記コントローラからの開度指示値の変化を確認し、流量指示値と開度指示値の変化方向が反対であった場合、前記コントローラの流量制御系に第１の異常がある可能性があると判断し、流量指示値の変化に対して開度指示値が所定時間を超えても変化しなかった場合、前記コントローラの流量制御系に第２の異常がある可能性があると判断する
   ことを特徴とする流量制御システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載された流量制御システムにおいて、
   前記管理指標信頼性評価部は、
   前記管理指標演算部によって求められた管理指標と予め定められた閾値とを比較し、前記管理指標が前記閾値を超えたものについて、前記管理指標の信頼性を評価する
   ことを特徴とする流量制御システム。

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