JP6710939B2 - フィールド機器 - Google Patents

Description

本発明は、プラントに設置されるフィールド機器に関する。

従来から、プラントや工場等（以下、これらを総称する場合には「プラント」という）においては、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が接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されており、高度な自動操業が実現されている。

このような分散制御システムが構築されたプラントにおいて、例えば、フィールド機器は測定値（流量、圧力、および温度等）を外部機器に送信し、外部機器はフィールド機器から受信した測定値に基づいて異常診断を行っている（例えば、特許文献１および２参照）。

特開２０１０−２１８３０１号公報 特表２００８−５３５１０６号公報

しかしながら、フィールド機器の測定周期は短いため、フィールド機器が測定周期ごとに測定値を外部機器に送信すると、通信経路におけるトラフィックが増大する場合があった。トラフィックの増大を防止するため、フィールド機器が測定値を間引いてコントローラに送信しようとすると、測定値のリアルタイム性が失われ、プラントの診断に用いられる管理指標を正確に算出できない場合があった。

そこで、本発明は、通信経路におけるトラフィックの増大を防止するとともに、管理指標を正確に算出することができるフィールド機器を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に記載のフィールド機器（１００）は、プラントに設置されたフィールド機器であって、前記プラントにおける測定対象を第１の周期で測定することにより得られた測定値を出力するセンサ（１１０，１１５）と、前記センサから出力された前記測定値に基づき、プロセス値を算出するプロセス値算出部（１３１）と、前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値を用いて、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記プラントの診断に用いられる管理指標を算出する管理指標算出部（１３２）と、を有する。
本発明の請求項２に記載のフィールド機器は、請求項１において、前記管理指標算出部が、前記プロセス値を用いて重回帰計算を行うことにより、前記管理指標を算出する多変量解析部（１３３）を有する。
本発明の請求項３に記載のフィールド機器は、請求項２において、前記多変量解析部が予め多変量解析を行うことによって算出された重回帰式の係数を記憶する記憶部（１２０）と、外部機器から出力された外部信号が入力される信号入力部（１５５）を更に有し、前記多変量解析部が、前記記憶部に記憶された前記係数、前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値、および前記信号入力部に入力された前記外部信号を用いて重回帰計算を行うことにより、前記管理指標を算出する。
本発明の請求項４に記載のフィールド機器は、請求項２または３において、前記多変量解析部が、算出した前記管理指標に基づき、前記プラントの状態を判定する。
本発明の請求項５に記載のフィールド機器は、請求項４において、前記多変量解析部によって判定された前記プラントの状態を表示する表示部（１４０）を更に有する。
本発明の請求項６に記載のフィールド機器は、請求項４または５において、前記多変量解析部によって判定された前記プラントの状態を、外部機器に出力する状態出力部（１５０）を更に有する。
本発明の請求項７に記載のフィールド機器は、請求項１または２において、前記管理指標算出部が、前記プラントの保全管理に用いられる保全管理情報を前記管理指標として算出する保全管理部（１３４）を有する。
本発明の請求項８に記載のフィールド機器は、請求項７において、前記保全管理部が、前記プロセス値の平均値および標準偏差を用いて、前記測定値の上限管理値および下限管理値を前記管理指標として算出する。
本発明の請求項９に記載のフィールド機器は、請求項８において、前記保全管理部が、前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値が前記上限管理値より大きい場合、または前記プロセス値が前記下限管理値より小さい場合、前記プラントに異常が発生していると判定する。
本発明の請求項１０に記載のフィールド機器は、請求項９において、前記保全管理部によって前記プラントに異常が発生していると判定されたことに応じて、前記プラントに異常が発生していることを表示する表示部（１４０）を更に有する。
本発明の請求項１１に記載のフィールド機器は、請求項９または１０において、前記保全管理部によって前記プラントに異常が発生していると判定されたことに応じて、アラーム情報を外部機器に出力する状態出力部（１５０）を更に有する。

本発明のフィールド機器によれば、通信経路におけるトラフィックの増大を防止するとともに、管理指標を正確に算出することができる。

プラント制御システム１の全体構成を示すブロック図である。 フィールド機器１００の詳細構成の一例を示すブロック図である。 多変量解析部１３３による管理指標の算出処理を説明するための図である。 保全管理部１３４による管理指標の算出処理を説明するための図である。 管理指標算出処理を示すフローチャートである。 多変量解析部１３３による処理を示すフローチャートである。 保全管理部１３４による処理を示すフローチャートである。

以下、実施形態のフィールド機器を、図面を参照して説明する。

図１は、プラント制御システム１の全体構成を示すブロック図である。プラント制御システム１は、プラントの監視および制御等を行う制御システムである。プラントとしては、例えば、化学等の工業プラントの他、ガス田や油田等の井戸元やその周辺を管理制御するプラント、水力・火力・原子力等の発電を管理制御するプラント、太陽光や風力等の環境発電を管理制御するプラント、上下水やダム等を管理制御するプラント等がある。

図１に示されるように、プラント制御システム１は、フィールド機器１００と、Ｉ／Ｏモジュール２００と、コントローラ３００と、操作監視端末４００とを含む。フィールド機器１００は、流量計や温度センサ等の測定器１００ａと、バルブ機器やアクチュエータ機器等の操作器１００ｂとを含む。以下、いずれの「フィールド機器」であるかを区別しないときは、単にフィールド機器１００と表記する。なお、図１においては、２つのフィールド機器が示されているが、３つ以上のフィールド機器がプラントに設置されていてもよい。

フィールド機器１００は、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００に設けられたＩ／Ｏポートに接続されている。伝送線Ｌは、例えば、「４〜２０ｍＡ」のアナログ信号の伝送に用いられる伝送線、「０〜１ｋＨｚ」のパルス信号の伝送に用いられる伝送線、およびフィールド機器１００の内部に設けられた接点をＯＮ／ＯＦＦすることによりＨｉｇｈ信号／Ｌｏｗ信号を送信する伝送線を含む。フィールド機器１００は、測定したプロセス値（例えば、流量および温度）等の信号を、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００に送信する。

なお、フィールド機器１００およびＩ／Ｏモジュール２００は、例えばＨＡＲＴ（登録商標）、ＦｉｅｌｄＢｕｓ等に準拠した有線の工業用ネットワーク、またはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等に準拠した無線の工業用ネットワークで接続されてよい。

Ｉ／Ｏモジュール２００は、フィールド機器１００とコントローラ３００との間に設けられている。Ｉ／Ｏモジュール２００には、複数のフィールド機器１００が接続可能である。Ｉ／Ｏモジュール２００は、接続されたフィールド機器１００とコントローラ３００との間で送受信される信号の処理を行う。例えば、フィールド機器１００から受信した信号（「４〜２０ｍＡ」信号等のアナログ信号、及びアナログ信号に重畳されているディジタル信号）を、コントローラ３００が受信可能な信号に変換する処理を行う。Ｉ／Ｏモジュール２００は、変換した信号を、ケーブルＣを介してコントローラ３００に送信する。

コントローラ３００および操作監視端末４００は、ネットワークＮに接続されている。ネットワークＮは、例えばイーサネット（登録商標）等の有線ネットワークであるが、例えばＷｉ−Ｆｉ（登録商標）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）、３Ｇ／ＬＴＥ（登録商標）等の無線通信規格に準拠した無線通信が可能な無線ネットワークであってもよい。

コントローラ３００は、操作監視端末４００からの指示等に応じてフィールド機器１００との間でプロセス制御通信を行うことにより、フィールド機器１００の制御を行う。具体的に、コントローラ３００は、あるフィールド機器１００（例えば、センサ機器１００ａ）によって測定されたプロセス値を取得し、他のフィールド機器１００（例えば、バルブ機器１００ｂ）の操作量を演算して送信することによって、他のフィールド機器１００（例えば、バルブ機器１００ｂ）を制御する。

操作監視端末４００は、例えばプラント等の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である。例えば、操作監視端末４００は、フィールド機器１００から送信されたデータ（例えば、プロセス値）をコントローラ３００から取得してフィールド機器１００やコントローラ３００の挙動を運転員に伝えるとともに、運転員の指示に基づいてコントローラ３００の制御を行う。

図２は、フィールド機器１００の詳細構成の一例を示すブロック図である。図２においては、フィールド機器１００の一例として、配管内の流体の流量を測定する流量計のブロック図が示されている。フィールド機器１００は、流量センサ１１０と、温度センサ１１５と、記憶部１２０と、制御部１３０と、表示部１４０と、信号出力部１４５と、状態出力部１５０と、信号入力部１５５と、状態入力部１６０とを含む。

流量センサ１１０は、配管内の流体の流量を測定し、測定値（流量）を示す信号を制御部１３０に供給するセンサである。温度センサ１１５は、配管内の流体の温度を測定し、測定値（温度）を示す信号を制御部１３０に供給するセンサである。流量センサ１１０および温度センサ１１５は、例えば５０［ｍｓｅｃ］のサンプリング周期で測定値を制御部１３０に供給する。

記憶部１２０は、制御部１３０によって使用されるメモリであり、例えばＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等で実現される。

制御部１３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサと、プログラムを格納するプログラムメモリを含み、フィールド機器１００全体の制御を司る。制御部１３０は、プロセス値算出部１３１と、管理指標算出部１３２とを含む。

プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０から供給された測定値に対してフィルタリングや移動平均等の信号処理を行うことにより、プロセス値（流量データ）を算出する。また、プロセス値算出部１３１は、温度センサ１１５から供給された測定値に対してフィルタリングや移動平均等の信号処理を行うことにより、プロセス値（温度データ）を算出する。プロセス値算出部１３１は、算出したプロセス値を、管理指標算出部１３２および信号出力部１４５に供給する。

管理指標算出部１３２は、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値を用いて、管理指標を算出する。管理指標は、プラントの診断に用いられる指標であり、例えば、プラント内の配管のライニング減肉量や、生産物の品質または収率を示す指標である。

管理指標算出部１３２は、多変量解析部１３３および保全管理部１３４を含む。多変量解析部１３３は、詳細は後述するが、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データおよび温度データ）を用いて重回帰計算を行うことにより、管理指標を算出する。多変量解析部１３３は、算出した管理指標を信号出力部１４５に供給する。また、多変量解析部１３３は、算出した管理指標に基づいてプラントの状態を判定し、プラントの状態を示す情報を、表示部１４０および状態出力部１５０に供給する。

保全管理部１３４は、詳細は後述するが、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データおよび温度データ）を用いて、プラントの保全管理に必要な保全管理情報（例えば、プラントで製造される製品の歩留まり管理および品質管理等に必要な情報）を管理指標として算出する。保全管理部１３４は、算出した管理指標に基づいてプラントに異常が発生しているか否かを判定する。プラントに異常が発生している場合、保全管理部１３４は、アラーム情報を表示部１４０および状態出力部１５０に供給する。

表示部１４０は、例えば液晶表示装置などの表示装置であり、多変量解析部１３３や保全管理部１３４から供給されたプラントの状態を示す情報等を表示する。

信号出力部１４５は、例えば、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値および管理指標算出部１３２から供給された管理指標を、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に用いられる伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００に送信する。信号出力部１４５は、例えば１［ｓｅｃ］の周期で、プロセス値および管理指標をＩ／Ｏモジュール２００に送信する。

Ｉ／Ｏモジュール２００は、信号出力部１４５から受信した管理指標を、コントローラ３００が受信可能な信号に変換してコントローラ３００に送信する。なお、信号出力部１４５は、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に用いられる伝送線Ｌの代わりに、パルス信号の伝送に用いられる伝送線Ｌを介してプロセス値および管理指標を送信してもよい。

状態出力部１５０は、多変量解析部１３３から供給されたプラントの状態を示す状態情報および保全管理部１３４から供給されたアラーム情報を、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００に送信する。状態出力部１５０は、例えば、フィールド機器１００の内部に設けられた接点をＯＮ／ＯＦＦすることによりＨｉｇｈ信号／Ｌｏｗ信号を送信する伝送線Ｌを用いて、アラーム情報等をＩ／Ｏモジュール２００に送信する。

このように、状態出力部１５０は、信号出力部１４５によって用いられる伝送線Ｌとは異なる系統の伝送線Ｌを用いて、アラーム情報等をＩ／Ｏモジュール２００に送信する。これによって、信号出力部１４５によって用いられる伝送線Ｌにおけるトラフィックが増大することを防止できるとともに、アラーム情報を即時にＩ／Ｏモジュール２００に送信することができる。

なお、状態出力部１５０は、Ｉ／Ｏモジュール２００を介してアラーム情報をコントローラ３００に送信するだけでなく、Ｉ／Ｏモジュール２００を介してアラーム情報を他のフィールド機器１００に送信してもよい。これにより、フィールド機器間でアラーム情報を共有することができる。

外部機器から送信された外部信号は、信号入力部１５５に入力される。例えば、外部機器から出力された外部信号が、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に用いられる伝送線Ｌを介して信号入力部１５５に入力される。なお、信号入力部１５５は、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に用いられる伝送線Ｌの代わりに、パルス信号の伝送に用いられる伝送線Ｌを介して外部信号を受信してもよい。信号入力部１５５は、入力された外部信号を制御部１３０に供給する。

他のフィールド機器１００等の外部機器から送信されたアラーム情報は、状態入力部１６０に入力される。状態入力部１６０は、例えば、フィールド機器１００の内部に設けられた接点をＯＮ／ＯＦＦすることによりＨｉｇｈ信号／Ｌｏｗ信号を送信する伝送線Ｌを用いて、アラーム情報等をＩ／Ｏモジュール２００から受信する。

このように、状態入力部１６０は、信号入力部１５５によって用いられる伝送線Ｌとは異なる系統の伝送線Ｌを用いて、アラーム情報等をＩ／Ｏモジュール２００から受信する。これによって、信号入力部１５５によって用いられる伝送線におけるトラフィックが増大することを防止できるとともに、アラーム情報を即時にＩ／Ｏモジュール２００から受信することができる。

次に、多変量解析部１３３による重回帰計算について説明する。多変量解析部１３３は、予め多変量解析を行うことによって算出した係数、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値、および信号入力部１５５に入力された外部信号を用いて重回帰計算を行う。多変量解析部１３３は、重回帰計算を行うことにより、管理指標（例えば、プラント内の配管のライニング減肉量や、生産物の品質または収率を示す指標）を算出する。

図３は、多変量解析部１３３による管理指標の算出処理を説明するための図である。以下、管理指標Ｙとして、配管のライニング減肉量を算出する場合について説明する。「ライニング減肉量」は、配管の内側のコーティング部材の減肉量［ｍｍ／ｙｅａｒ］を表す管理指標である。

まず、流量センサ１１０は、配管内の流体の流量を測定し、測定値（流量）を示す信号をプロセス値算出部１３１に供給する。温度センサ１１５は、配管内の流体の温度を測定し、測定値（温度）を示す信号をプロセス値算出部１３１に供給する。

プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０から供給された測定値に基づいてプロセス値（流量データＸ１）を算出するとともに、温度センサ１１５から供給された測定値に基づいてプロセス値（温度データＸ２）を算出する。プロセス値算出部１３１は、算出した流量データＸ１および温度データＸ２を、多変量解析部１３３に供給する。

一方、信号入力部１５５には、外部機器から出力されたプロセス値（スラリー硬度データＸ３）が入力される。外部機器は、配管内の流体のスラリー硬度を測定する他のフィールド機器１００であってもよいし、ユーザからスラリー硬度の入力を受け付けるキーボード等の入力装置であってもよい。信号入力部１５５は、受信したスラリー硬度データＸ３を、多変量解析部１３３に供給する。

多変量解析部１３３は、重回帰式を用いて重回帰計算を行う。重回帰式は、以下の式（１）のように表される。式（１）において、係数Ａ０〜Ａ３は、多変量解析部１３３が予め多変量解析を行うことによって算出された値であり、記憶部１２０に記憶されている。

Ｙ＝Ａ０＋Ａ１・Ｘ１＋Ａ２・Ｘ２＋Ａ３・Ｘ３ ・・・式（１）

多変量解析部１３３は、係数Ａ０〜Ａ３を記憶部１２０から読み出す。そして、多変量解析部１３３は、記憶部１２０から読み出した係数Ａ０〜Ａ３と、プロセス値算出部１３１により算出された流量データＸ１および温度データＸ２と、信号入力部１５５から供給されたスラリー硬度データＸ３とを用いて、ライニング減肉量データＹを管理指標として算出する。

多変量解析部１３３は、算出したライニング減肉量データＹを信号出力部１４５に供給する。信号出力部１４５は、多変量解析部１３３から供給されたライニング減肉量データＹを、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００へ送信する。

Ｉ／Ｏモジュール２００は、信号出力部１４５から受信したライニング減肉量データＹをコントローラ３００が受信可能な信号に変換し、変換した信号を、ケーブルＣを介してコントローラ３００に送信する。これによって、コントローラ３００を操作するプラントの運転員は、ライニング減肉量を把握することができる。

また、多変量解析部１３３は、算出した管理指標（ライニング減肉量データＹ）に基づき、プラントの状態を判定する。例えば、多変量解析部１３３は、以下の判定基準（ａ）〜（ｅ）に基づき、プラント内の配管の状態レベルを判定し、判定した状態レベルを示すレベルデータＬＤを導出する。なお、閾値ＴＨ１〜ＴＨ４は、ライニングの厚み等に応じて予め設定された閾値であり、ＴＨ１＜ＴＨ２＜ＴＨ３＜ＴＨ４である。

（ａ）Ｙ≦ＴＨ１の場合 ：判定レベル１
（ｂ）ＴＨ１＜Ｙ≦ＴＨ２の場合：判定レベル２
（ｃ）ＴＨ２＜Ｙ≦ＴＨ３の場合：判定レベル３
（ｄ）ＴＨ３＜Ｙ≦ＴＨ４の場合：判定レベル４
（ｅ）Ｙ＞ＴＨ４の場合 ：判定レベル５

多変量解析部１３３は、導出したレベルデータＬＤを表示部１４０に供給する。表示部１４０は、多変量解析部１３３から供給されたレベルデータＬＤに基づき、プラント内の配管の状態レベルを表示する。表示部１４０は、状態レベルを文字で表示してもよいし、バーグラフ等のグラフィカルオブジェクトで表示してもよい。プラントの作業員は、表示部１４０に表示された配管の状態レベルを確認することにより、配管の状態を把握することができる。

また、多変量解析部１３３は、導出したレベルデータＬＤを状態出力部１５０に供給する。状態出力部１５０は、多変量解析部１３３から供給されたレベルデータＬＤを、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００へ送信する。

Ｉ／Ｏモジュール２００は、状態出力部１５０から受信したレベルデータＬＤをコントローラ３００が受信可能な信号に変換し、変換した信号を、ケーブルＣを介してコントローラ３００に送信する。これによって、コントローラ３００を操作するプラントの運転員は、プラント内の配管の状態レベルを把握することができる。

なお、多変量解析部１３３によって算出される管理指標Ｙは、ライニング減肉量データに限らない。例えば、多変量解析部１３３は、生産物の品質データを管理指標Ｙとして算出してもよい。この場合、多変量解析部１３３は、以下の式（２）に基づいて生産物の品質データＹを算出する。

Ｙ＝Ａ０＋Ａ１・Ｘ１＋Ａ２・Ｘ２ ・・・式（２）

式（２）において、Ａ０〜Ａ２は係数、Ｘ１は流量データ、Ｘ２はｐＨデータである。ｐＨデータは、外部機器から信号入力部１５５に入力されるデータであり、配管内を流れる流体のｐＨ値を示すデータである。外部機器は、配管内の流体のｐＨ値を測定する他のフィールド機器１００であってもよいし、ユーザからｐＨ値の入力を受け付けるキーボード等の入力装置であってもよい。

多変量解析部１３３は、流量センサ１１０および温度センサ１１５のサンプリング周期（５０［ｍｓｅｃ］）よりも長い周期（例えば、１［ｓｅｃ］）で管理指標Ｙを算出する。また、信号出力部１４５は、管理指標Ｙの算出周期（１［ｓｅｃ］）で、管理指標ＹをＩ／Ｏモジュール２００に送信する。これによって、通信経路におけるトラフィックの増大を防止することができる。

図４は、保全管理部１３４による管理指標の算出処理を説明するための図である。保全管理部１３４は、多変量解析部１３３によって算出された管理指標（例えば、ライニング減肉量データおよび生産物の品質データ）とは異なる管理指標（例えば、上限管理値および下限管理値）を算出する。以下、保全管理部１３４による管理指標の算出処理について説明する。

プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０から供給された測定値に基づいてプロセス値（流量データＸ１）を算出するとともに、温度センサ１１５から供給された測定値に基づいてプロセス値（温度データＸ２）を算出する。プロセス値算出部１３１は、算出した流量データＸ１および温度データＸ２を、保全管理部１３４に供給する。

保全管理部１３４は、プロセス値算出部１３１から供給された流量データＸ１および温度データＸ２を、記憶部１２０に記憶する。これによって、記憶部１２０には、流量データＸ１および温度データＸ２のログが蓄積される。

保全管理部１３４は、流量データＸ１および温度データＸ２に基づいて管理指標を算出する。以下、一例として、保全管理部１３４が、管理指標として流量データＸ１の上限管理値ＵＬおよび下限管理値ＬＬを算出する場合について説明する。

保全管理部１３４は、記憶部１２０から流量データＸ１のログを読み出し、読み出した流量データＸ１のログに基づいて流量データＸ１の平均値Ａｖおよび標準偏差σを算出する。そして、保全管理部１３４は、式（３）に基づいて流量データＸ１の上限管理値ＵＬを算出し、式（４）に基づいて流量データＸ１の下限管理値ＬＬを算出する。

ＵＬ＝Ａｖ＋３・σ ・・・式（３）
ＬＬ＝Ａｖ−３・σ ・・・式（４）

次に、保全管理部１３４は、プロセス値算出部１３１から供給された流量データＸ１が上限管理値ＵＬより大きい場合、プラントに異常が発生していると判定し、プラントに異常が発生していることを示すアラーム情報ＡＩを表示部１４０に供給する。また、保全管理部１３４は、プロセス値算出部１３１から供給された流量データＸ１が下限管理値ＬＬより小さい場合、プラントに異常が発生していると判定し、プラントに異常が発生していることを示すアラーム情報ＡＩを表示部１４０に供給する。

表示部１４０は、保全管理部１３４から供給されたアラーム情報ＡＩに基づいて、プラントに異常が発生していることを表示する。プラントの作業員は、表示部１４０の表示内容を確認することにより、プラントに異常が発生していることを把握することができる。

また、保全管理部１３４は、プラントに異常が発生していると判定した場合、アラーム情報ＡＩを状態出力部１５０に供給する。状態出力部１５０は、保全管理部１３４から供給されたアラーム情報ＡＩを、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２００へ送信する。

Ｉ／Ｏモジュール２００は、状態出力部１５０から受信したアラーム情報ＡＩをコントローラ３００が受信可能な信号に変換し、変換した信号を、ケーブルＣを介してコントローラ３００に送信する。これによって、コントローラ３００を操作するプラントの運転員は、プラントに異常が発生していることを把握することができる。

なお、保全管理部１３４は、多変量解析部１３３によって算出された管理指標Ｙ（例えば、ライニング減肉量データおよび生産物の品質データ）の上限管理値ＵＬを、管理指標として算出してもよい。

この場合、例えば、多変量解析部１３３は、算出したライニング減肉量データＹを保全管理部１３４に供給する。保全管理部１３４は、多変量解析部１３３から供給されたライニング減肉量データＹの上限管理値ＵＬを算出する。保全管理部１３４は、多変量解析部１３３から供給されたライニング減肉量データＹが上限管理値ＵＬより大きい場合、プラントに異常が発生していると判定する。保全管理部１３４によってプラントに異常が発生していると判定された場合、状態出力部１５０がアラーム情報をＩ／Ｏモジュール２００を介してコントローラ３００に出力するとともに、表示部１４０がプラントに異常が発生していることを表示する。これによって、多変量解析部１３３によって算出されたデータに対する管理指標を算出することが可能となる。

保全管理部１３４は、流量データＸ１および温度データＸ２のログを記憶部１２０に蓄積し、流量センサ１１０および温度センサ１１５のサンプリング周期（５０［ｍｓｅｃ］）よりも長い周期（例えば、１［ｓｅｃ］）で管理指標（上限管理値ＵＬおよび下限管理値ＬＬ）を算出する。また、状態出力部１５０は、管理指標の算出周期（１［ｓｅｃ］）で、管理指標をＩ／Ｏモジュール２００に送信する。これによって、通信経路におけるトラフィックの増大を防止することができる。

センサのサンプリング周期のような短い周期でプロセス値をコントローラに送信しようとすると、通信経路におけるトラフィックが増大してしまう。このため、従来のフィールド機器は、プロセス値を間引くことにより、センサのサンプリング周期よりも長い周期でプロセス値をコントローラに送信していた。

しかしながら、プロセス値を間引いてしまうと、プロセス値のリアルタイム性が失われるため、管理指標（ライニング減肉量データ、生産物の品質データ、上限管理値ＵＬ、下限管理値ＬＬ）を正確に算出することができなかった。これに対し、本実施形態によれば、フィールド機器１００が管理指標を算出し、センサのサンプリング周期よりも長い周期で管理指標を送信することとした。これによって、本実施形態のフィールド機器１００は、通信経路におけるトラフィックの増大を防止するとともに、管理指標を正確に算出することができる。

図５は、管理指標算出処理を示すフローチャートである。本フローチャートによる処理は、例えば１［ｓｅｃ］周期で実行される。まず、プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０の測定値（流量）および温度センサ１１５の測定値（温度）を取得する（ステップＳ１０）。

プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０から取得した測定値（流量）および温度センサ１１５から取得した測定値（温度）に基づき、プロセス値（流量データＸ１および温度データＸ２）を算出する（ステップＳ１１）。プロセス値算出部１３１は、算出したプロセス値（流量データＸ１および温度データＸ２）を、多変量解析部１３３に供給する。

信号入力部１５５には、外部機器から出力されたプロセス値（スラリー硬度データＸ３）が入力される。多変量解析部１３３は、信号入力部１５５に入力されたプロセス値（スラリー硬度データＸ３）を取得する（ステップＳ１２）。

その後、図６を用いて後述する多変量解析部１３３による処理（ステップＳ１３）、および図７を用いて後述する保全管理部１３４による処理（ステップＳ１４）が行われ、本フローチャートによる処理を終了する。

図６は、図５のステップＳ１３の多変量解析部１３３による処理を示すフローチャートである。まず、多変量解析部１３３は、重回帰式の係数Ａ０〜Ａ３を記憶部１２０から読み出す（ステップＳ２０）。そして、多変量解析部１３３は、重回帰式を用いて管理指標を算出する（ステップＳ２１）。例えば、多変量解析部１３３は、記憶部１２０から読み出した係数Ａ０〜Ａ３と、プロセス値算出部１３１により算出されたプロセス値（流量データＸ１および温度データＸ２）と、信号入力部１５５から供給された外部信号（スラリー硬度データＸ３）とを用いて、前述の式（１）に示される重回帰式に基づいて管理指標（ライニング減肉量データＹ）を算出する。

多変量解析部１３３は、前述の判定基準（ａ）〜（ｅ）に基づき、プラントの状態レベルを判定し、判定した状態レベルを示すレベルデータＬＤを導出する（ステップＳ２２）。多変量解析部１３３は、判定した状態レベルを表示部１４０に表示するとともに（ステップＳ２３）、導出したレベルデータＬＤを状態出力部１５０に供給する（ステップＳ２４）。状態出力部１５０は、多変量解析部１３３から供給されたレベルデータＬＤを、Ｉ／Ｏモジュール２００を介してコントローラ３００に送信する。以上が、多変量解析部１３３による一連の処理である。

図７は、図５のステップＳ１４の保全管理部１３４による処理を示すフローチャートである。まず、保全管理部１３４は、記憶部１２０からプロセス値（流量データＸ１）のログを読み出す（ステップＳ３０）。次に、保全管理部１３４は、読み出したログに基づいて、上限管理値ＵＬおよび下限管理値ＬＬを管理指標として算出する（ステップＳ３１）。例えば、保全管理部１３４は、前述の式（３）に基づいて流量データＸ１の上限管理値ＵＬを算出し、前述の式（４）に基づいて流量データＸ１の下限管理値ＬＬを算出する。

保全管理部１３４は、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が上限管理値ＵＬより大きいか否かを判定する（ステップＳ３２）。プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が上限管理値ＵＬより大きい場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、後述するステップＳ３４に進む。

プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が上限管理値ＵＬ以下の場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、保全管理部１３４は、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が下限管理値ＬＬより小さいか否かを判定する（ステップＳ３３）。プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が下限管理値ＬＬより小さい場合（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、後述するステップＳ３４に進む。一方、プロセス値算出部１３１から供給されたプロセス値（流量データＸ１）が下限管理値ＬＬ以上である場合（ステップＳ３３：ＮＯ）、本フローチャートによる処理を終了する。

ステップＳ３４において、保全管理部１３４は、プラントに異常が発生していることを表示部１４０に表示する（ステップＳ３４）。その後、保全管理部１３４は、アラーム情報ＡＩを状態出力部１５０に供給する（ステップＳ３５）。状態出力部１５０は、保全管理部１３４から供給されたアラーム情報ＡＩを、Ｉ／Ｏモジュール２００を介してコントローラ３００に送信する。以上が、保全管理部１３４による一連の処理である。

以上説明したように、本実施形態において、流量センサ１１０および温度センサ１１５は、プラントにおける測定対象（流量および温度）を第１の周期（５０［ｍｓｅｃ］）で測定することにより得られた測定値を出力する。プロセス値算出部１３１は、流量センサ１１０および温度センサ１１５から出力された測定値に基づき、プロセス値（流量データおよび温度データ）を算出する。管理指標算出部１３２は、算出されたプロセス値を用いて、第１の周期（５０［ｍｓｅｃ］）よりも長い第２の周期（１［ｓｅｃ］）でプラントの診断に用いられる管理指標を算出する。これにより、通信経路におけるトラフィックの増大を防止するとともに、管理指標を正確に算出することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ プラント制御システム、１００ フィールド機器、１１０ 流量センサ、１１５ 温度センサ、１２０ 記憶部、１３０ 制御部、１３１ プロセス値算出部、１３２ 管理指標算出部、１３３ 多変量解析部、１３４ 保全管理部、１４０ 表示部、１４５ 信号出力部、１５０ 状態出力部、１５５ 信号入力部、１６０ 状態入力部

Claims (10)

1. プラントに設置されたフィールド機器であって、
   前記プラントにおける測定対象を第１の周期で測定することにより得られた測定値を出力するセンサと、
   前記センサから出力された前記測定値に基づき、プロセス値を算出するプロセス値算出部と、
   前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値を用いて、前記第１の周期よりも長い第２の周期で前記プラントの診断に用いられる管理指標を算出する管理指標算出部と、
   外部機器から出力された外部信号が入力される信号入力部と、
   を備え、
   前記管理指標算出部は、前記プロセス値を用いて重回帰計算を行うことにより、前記管理指標を算出する多変量解析部を有し、
   前記多変量解析部は、予め多変量解析を行うことによって算出した重回帰式の係数と、前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値、および前記信号入力部に入力された前記外部信号を用いて重回帰計算を行うことにより、前記管理指標を算出する
   フィールド機器。
2. 前記多変量解析部が予め多変量解析を行うことによって算出された前記係数を記憶する記憶部を備える請求項１記載のフィールド機器。
3. 前記多変量解析部は、算出した前記管理指標に基づき、前記プラントの状態を判定する
   請求項１または２記載のフィールド機器。
4. 前記多変量解析部によって判定された前記プラントの状態を表示する表示部を更に有する
   請求項３記載のフィールド機器。
5. 前記多変量解析部によって判定された前記プラントの状態を、外部機器に出力する状態出力部を更に有する
   請求項３または４記載のフィールド機器。
6. 前記管理指標算出部は、前記プラントの保全管理に用いられる保全管理情報を前記管理指標として算出する保全管理部を有する
   請求項１記載のフィールド機器。
7. 前記保全管理部は、前記プロセス値の平均値および標準偏差を用いて、前記測定値の上限管理値および下限管理値を前記管理指標として算出する
   請求項６記載のフィールド機器。
8. 前記保全管理部は、前記プロセス値算出部により算出された前記プロセス値が前記上限管理値より大きい場合、または前記プロセス値が前記下限管理値より小さい場合、前記プラントに異常が発生していると判定する
   請求項７記載のフィールド機器。
9. 前記保全管理部によって前記プラントに異常が発生していると判定されたことに応じて、前記プラントに異常が発生していることを表示する表示部を更に有する
   請求項８記載のフィールド機器。
10. 前記保全管理部によって前記プラントに異常が発生していると判定されたことに応じて、アラーム情報を外部機器に出力する状態出力部を更に有する
    請求項８または９記載のフィールド機器。

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