JP6790356B2 - フィールド機器、設定装置、及び設定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器、設定装置、及び設定プログラムに関する。

従来から、プラントや工場等においては、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。この分散制御システムは、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続されたシステムである。従来の分散制御システムは、フィールド機器と制御装置との間の通信を有線通信で行うものが殆どであった。近年においては、フィールド機器と制御装置との間の通信を無線通信（例えば、ＩＳＡ１００．１１ａ等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信）で行う分散制御システムも実現されている。

上述のフィールド機器には、自機の状態や異常（例えば、センサ異常等）を自動的に診断する自己診断機能を備えており、自己診断機能によって異常が診断された場合にアラームを発するよう構成されているものがある。このようなフィールド機器では、自己診断機能の診断結果が時刻情報とともにＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性メモリに記憶されるようになっている。

以下の特許文献１には、上述の自己診断機能を備えるフィールド機器の一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、自機内で生じた事象の種類を示す情報である事象番号、事象が生じた時刻を示す情報であるカウント値、及び事象に関連する情報である関連情報を対にした動作ログを生成し、不揮発性メモリの空き領域に確保されたログ格納領域に格納するようにしたフィールド機器が開示されている。

特開２０１３−５４４９７号公報

ところで、上述した自己診断機能を備えるフィールド機器は、異常の有無を診断することができるものの、異常の有無を診断できるに留まり、異常が生じた場合の具体的な原因を特定することができないという問題がある。これは、自己診断機能が、異常の原因に拘わらず、一定の事象（例えば、センサの検出値が閾値を超えた）が生じた場合に、異常が生じたと診断しているからであると考えられる。

フィールド機器でアラームが発せられる場合に、フィールド機器に設けられたセンサの検出値の波形（経時変化）が、アラームの原因によっては特徴的な波形になる。例えば、圧力センサ及び温度センサを備えるフィールド機器において、ある特定の原因によってアラームが発せられる場合には、圧力センサ及び温度センサの検出値の波形が共に、急激な変化が複数回現れる波形になる。

このような特徴的な波形をフィールド機器から得ることができれば、フィールド機器でアラームが生じた場合に、その原因を容易に特定することが可能になると考えられる。上記の特徴的な波形をフィールド機器から得るには、センサの検出値をある程度の期間に亘って連続して不揮発性メモリに記憶する必要がある。しかしながら、フィールド機器に設けられる不揮発性メモリには容量の制限があるため、この容量の制限を考慮すると上記の特徴的な波形をフィールド機器から得ることは現実的ではない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、異常が生じた場合の原因を容易に特定することが可能なフィールド機器、設定装置、及び設定プログラム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、本発明のフィールド機器は、少なくとも１つのセンサ（１１）を備えるフィールド機器（１）において、前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出する特徴抽出部（１４ａ）と、前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出部で抽出された特徴が現れた原因の識別を行う原因識別部（１４ｂ）と、前記原因識別部の識別結果（Ｑ）を記憶する第１記憶部（１６）と、を備える。
また、本発明のフィールド機器は、前記特徴抽出部が、抽出した前記特徴を、前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換する。
また、本発明のフィールド機器は、前記識別関数が、前記特徴ベクトルを入力とし、前記フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベルの形式に合わせて識別結果を出力する関数であって、前記識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように最適化されている。
また、本発明のフィールド機器は、前記センサの検出値を用いて異常を診断する診断部（１３）と、前記センサの検出値を一時的に記憶する第２記憶部と（１２）を備え、前記特徴抽出部が、前記診断部で異常が診断された場合に、前記第２記憶部に記憶された前記センサの検出値を読み出して前記特徴を抽出する。
また、本発明のフィールド機器は、前記第１記憶部が、前記診断部で異常が診断された時刻とともに前記原因識別部の識別結果を記憶する。
本発明の設定装置は、フィールド機器（１）で異常が生じた際のセンサの検出値（Ｄ）と、フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベル（ＬＢ）とを対応付けて格納する格納部（２３）と、前記格納部に格納された前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換する特徴抽出部（２４ａ）と、前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出部で抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、該識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように前記識別関数の最適化を行う最適化部（２４ｂ）と、上記の何れかに記載のフィールド機器に対し、前記最適化された前記識別関数のパラメータ（ＰＭ）の送信を行う通信処理部（２４ｃ）と、を備える。
また、本発明の設定装置は、前記通信処理部が、上記の何れかに記載のフィールド機器から、少なくとも前記センサの検出値と前記原因識別部の識別結果との取得を行い、前記通信処理部で取得された前記センサの検出値と前記原因識別部の識別結果とを少なくとも表示する表示部（２２）を更に備える。
本発明の設定プログラムは、コンピュータを、フィールド機器（１）で異常が生じた際のセンサの検出値（Ｄ）と、フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベル（ＬＢ）とを対応付けて格納する格納手段（２３）と、前記格納手段に格納された前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換する特徴抽出手段（２４ａ）と、前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出手段で抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、該識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように前記識別関数の最適化を行う最適化手段（２４ｂ）と、上記の何れかに記載のフィールド機器に対し、前記最適化された前記識別関数のパラメータ（ＰＭ）の送信を行う通信処理手段（２４ｃ）と、して機能させる。

本発明によれば、センサの検出値から異常時に現れる特徴を抽出し、この特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、その識別結果を第１記憶部に記憶するようにしているため、異常が生じた場合の原因を容易に特定することが可能であるという効果がある。また、その結果として異常が生じた場合に適切な対応を迅速に行うことが可能になるという効果もある。

本発明の一実施形態によるフィールド機器及び設定装置を示す図である。 本発明の一実施形態によるフィールド機器の要部構成を示すブロック図である。 センサ異常が生じた場合にセンサの検出値に現れる特徴の一例を示す図である。 識別関数を説明するための図である。 本発明の一実施形態による設定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態におけるパラメータの作成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異常原因の特定方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態によるフィールド機器、設定装置、及び設定プログラムについて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態によるフィールド機器及び設定装置を示す図である。図１に示す通り、本実施形態のフィールド機器１は、本実施形態の設定装置２と接続されて、設定装置２との間で各種データの送受信が可能である。尚、フィールド機器１と設定装置２との接続形態は任意であり、例えば有線接続であっても良く、無線接続であっても良い。以下、これらフィールド機器１及び設定装置２について順に説明する。

〈フィールド機器〉
図２は、本発明の一実施形態によるフィールド機器の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、フィールド機器１は、センサ部１１、リングバッファ１２（第２記憶部）、診断部１３、信号処理部１４、時計部１５、不揮発性メモリ１６（第１記憶部）、及び通信部１７を備える。本実施形態におけるフィールド機器１は、図１に示す通り、流体ＦＬが流れる配管Ｐに設置され、配管Ｐ内を流れる流体ＦＬの圧力を測定する圧力伝送器であるとする。尚、図２では、図示の簡略化のために、センサ部１１の検出値を用いて流体ＦＬの圧力を求める構成、及び求めた流体ＦＬの圧力を伝送する構成の図示は省略している。

センサ部１１は、配管Ｐ内を流れる流体ＦＬの圧力を検出する圧力センサと、流体ＦＬの温度を検出する温度センサとを備える。尚、センサ部１１は、上記の圧力センサとして、配管Ｐ内に設置されたオリフィス（絞り機構：図示省略）の上流側圧力と下流側圧力との差圧を検出する圧力センサと、オリフィスの上流側圧力（静圧）を検出する圧力センサとを備えていても良い。

リングバッファ１２は、センサ部１１に設けられたセンサの各々から順次出力される検出値を一時的に記憶するメモリである。リングバッファ１２の容量は、例えばセンサの各々から出力される数秒間程度の検出値を記憶することができる程度の容量に設定される。このリングバッファ１２では、最も先に記憶された検出値が、新たな検出値に順次更新される。尚、図２においては、簡略化して図示しているが、リングバッファ１２は、センサ部１１に設けられたセンサの各々に対応して設けられている。例えば、センサ部１１に圧力センサと温度センサとの２つのセンサが設けられている場合には、これら２つのセンサに対応して２つのリングバッファ１２が設けられる。

診断部１３は、フィールド機器１の状態や異常を自動的に診断する。例えば、診断部１３は、センサ部１１から出力される検出値を用いて、センサ部１１のセンサ異常を自動的に診断する。尚、診断部１３は、センサ部１１に設けられた圧力センサの検出値のみ（或いは、温度センサの検出値のみ）を用いてセンサ異常を診断しても良く、圧力センサ及び温度センサの検出値の双方を用いてセンサ異常を診断しても良い。

信号処理部１４は、診断部１３でセンサ異常が診断された場合に、リングバッファ１２に一時的に記憶された検出値を読み出し、読み出した検出値に対して予め規定された信号処理を行ってセンサ異常が生じた原因の識別を行う。具体的に、信号処理部１４は、特徴抽出部１４ａ、原因識別部１４ｂ、及びメモリ制御部１４ｃを備えており、センサの検出値から予め規定された特徴を抽出してセンサ異常が生じた原因の識別を行う。

特徴抽出部１４ａは、診断部１３でセンサ異常が生じたと診断された場合に、リングバッファ１２に一時的に記憶されたセンサ毎の検出値を読み出し、読み出した検出値の各々から予め規定された特徴を抽出する。また、特徴抽出部１４ａは、抽出した特徴を、特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトル（後述する）に変換する。

図３は、センサ異常が生じた場合にセンサの検出値に現れる特徴の一例を示す図である。図３においては、センサ部１１に設けられた圧力センサの検出値の経時変化を示すグラフと、センサ部１１に設けられた温度センサの経時変化を示すグラフとを図示している。尚、図３中の時刻ｔ１１は、センサ部１１に影響を及ぼしたノイズが発生した時刻であり、時刻ｔ１２は、診断部１３でセンサ異常が生じたと診断された時刻である。

図３に例示する特徴は、圧力センサの検出値及び温度センサの検出値に、値が急激に変化する箇所（値が急激に低下した後に急激に元の値に戻る変化を示す箇所）が現れるものである。図３に示す例において、圧力センサの検出値では、値の急激な変化が３回生じており、温度センサの検出値では、値の急激な変化が４回生じている。特徴抽出部１４ａは、このような特徴を、リングバッファ１２から読み出した検出値の各々から抽出する。

ここで、上記の特徴ベクトルは、特徴抽出部１４ａによって抽出された特徴の種類に応じた次元を有するベクトルである。例えば、センサの検出値に現れる特徴が図３に示すものである場合には、特徴ベクトルは、「圧力センサの検出値に生ずる値の急激な変化の回数」と、「温度センサの検出値に生ずる値の急激な変化の回数」とを要素とする２次元のベクトルとなる。２次元の特徴ベクトルＸは、以下の通り表記される。
Ｘ＝［ｘ_１，ｘ_２］

原因識別部１４ｂは、センサ異常が生じた原因（特徴抽出部１４ａで抽出された特徴が現れた原因）の識別を行う。具体的に、原因識別部１４ｂは、上述した特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、センサ異常が生じた原因の識別を行う。ここで、識別関数は、上記の特徴ベクトルを入力とし、原因ラベル（後述する）の形式に合わせて識別結果を出力する関数であって、不揮発性メモリ１６に記憶されたパラメータＰＭにより、識別結果と原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように最適化される。

上記の識別関数として、例えば以下の（１）式に示される関数を用いることができる。

但し、上記（１）式中の関数ｆ（Ｘ）は、センサ異常が生じた原因の境界を規定する関数（以下、境界関数という）である。

図４は、識別関数を説明するための図であって、（ａ）は上記（１）式に示される識別関数を示す図であり、（ｂ）は識別関数で用いられている境界関数を説明するための図である。尚、図４（ａ）に示すグラフでは、横軸に境界関数ｆ（Ｘ）をとり、縦軸に識別関数の出力σ（ｆ（Ｘ））をとってある。また、図４（ｂ）に示すグラフでは、横軸に特徴ベクトルＸの１つの要素（ｘ_１）をとり、縦軸に特徴ベクトルＸの残りの要素（ｘ_２）をとってある。

図４（ａ）に示す通り、上記（１）式に示される識別関数は、境界関数ｆ（Ｘ）が正である場合には、出力が「１」に近い値になる一方、境界関数ｆ（Ｘ）が負である場合には、出力が「０」に近い値になる関数である。尚、上記（１）式に示される識別関数は、境界関数ｆ（Ｘ）が「０」である場合には、出力が「０．５」になる。つまり、上記（１）式に示される識別関数は、境界関数ｆ（Ｘ）の値の正負に応じて出力を二値化するのに適した関数ということが言える。

図４（ｂ）に示すグラフ中の黒丸は、センサ異常の原因が「ノイズ」である場合に得られた特徴ベクトルをプロットしたものであり、白丸（白抜きの丸）は、異常の原因が「振動」である場合に得られた特徴ベクトルをプロットしたものである。図４（ｂ）を参照すると、特徴ベクトルは、センサ異常の原因が同じもの同士が集まってプロットされる傾向があることが分かる。このため、特徴ベクトルのプロット位置を考慮して境界関数ｆ（Ｘ）を規定すれば、センサ異常が生じた原因の識別が可能になる。

尚、図４（ｂ）に示す例では、図４（ａ）を用いて説明した識別関数（上記（１）式に示される識別関数）の性質を考慮して、ｆ（Ｘ）＝０なる式で示される直線が境界関数として規定されている。これにより、ｆ（Ｘ）＞０なる式が成り立つ領域にプロットされた特徴ベクトルの識別関数の出力は「１」に近い値になり、ｆ（Ｘ）＜０なる式が成り立つ領域にプロットされた特徴ベクトルの識別関数の出力は「０」に近い値になる。

ここで、上記の原因ラベルは、フィールド機器１で生ずるセンサ異常の原因を要素とするベクトルとして規定されるものである。例えば、センサ部１１のセンサ異常の原因として「振動」と「ノイズ」とが挙げられる場合には、原因ラベルは、「振動」と「ノイズ」とを要素とする２次元のベクトルとして規定される。２次元のベクトルとして規定される原因ラベルＮは、以下の通り表記される。
Ｎ＝［ｎ_１，ｎ_２］

原因ラベルの要素は「０」又は「１」の二値をとり、原因ラベルの各要素のうちのセンサ異常の原因である要素のみが「１」となり、残りの要素は「０」となる。詳細は後述するが、この原因ラベルは、設定装置２で用いられ、フィールド機器１で用いられることはない。尚、前述の通り、識別関数は、原因ラベルの形式に合わせて識別結果を出力するものであるが、識別関数の出力値Ｔは、具体的に以下の通り表記される。
Ｔ＝［σ，１−σ］＝［ｔ_１，ｔ_２］

メモリ制御部１４ｃは、不揮発性メモリ１６に対するデータの書き込み、及び不揮発性メモリ１６からのデータの読み出しを制御する。具体的に、メモリ制御部１４ｃは、原因識別部１４ｂから識別結果が出力された場合には、識別結果をセンサ異常が生じた時刻とともに不揮発性メモリ１６に記憶させる。尚、センサ異常が生じた時刻とは、診断部１３でセンサ異常が生じたと診断されたときに、時計部１５で計時されている時刻である。

また、メモリ制御部１４ｃは、設定装置２から送信されたパラメータＰＭが通信部１７で受信された場合には、不揮発性メモリ１６に対して受信されたパラメータＰＭの書き込みを行う。加えて、メモリ制御部１４ｃは、不揮発性メモリ１６に記憶されたパラメータＰＭの読み出しを行い、原因識別部１４ｂに出力する。尚、パラメータＰＭは、原因識別部１４ｂで用いられる識別関数を最適化するためのパラメータであり、設定装置２で求められるものである。

時計部１５は、時刻を計時して現在の時刻を信号処理部１４に出力する。不揮発性メモリ１６は、ＥＥＰＲＯＭ等のメモリであり、パラメータＰＭ及び原因識別部１４ｂの識別結果Ｑを記憶する。通信部１７は、設定装置２との間で通信を行い、設定装置２から送信されてくる各種データの受信、及び設定装置２に対する各種データの送信等を行う。尚、通信部１７から設定装置２に送信されるデータとしては、例えば診断部１３でセンサ異常が生じたと診断された場合の、不揮発性メモリ１６に記憶された識別結果Ｑ（センサ異常が生じた時刻を含む）、リングバッファ１２に記憶された検出値等が挙げられる。

〈設定装置〉
図５は、本発明の一実施形態による設定装置の要部構成を示すブロック図である。図５に示す通り、設定装置２は、操作部２１、表示部２２、格納部２３（格納手段）、処理部２４、通信部２５、及びドライブ装置２６を備えており、操作部２１に対する操作指示に応じて、フィールド機器１に設定するパラメータＰＭの作成、フィールド機器１へのパラメータＰＭの送信等を行う。このような設定装置２は、例えばノート型のパーソナルコンピュータ、或いはタブレット型のパーソナルコンピュータにより実現される。

操作部２１は、例えばキーボードやポインティングデバイス等の入力装置を備えており、設定装置２を使用するユーザの操作に応じた指示（設定装置２に対する指示）を処理部２４に出力する。表示部２２は、例えば液晶表示装置等の表示装置を備えており、処理部２４から出力される各種情報を表示する。尚、操作部２１及び表示部２２は、物理的に分離されたものであっても良く、表示機能と操作機能とを兼ね備えるタッチパネル式の液晶表示装置のように物理的に一体化されたものであっても良い。

格納部２３は、例えばＨＤＤ（ハードディスクドライブ）やＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の補助記憶装置を備えており、各種データを格納する。具体的に、格納部２３は、センサ検出値Ｄ、原因ラベルＬＢ、及びパラメータＰＭ等を格納する。センサ検出値Ｄは、フィールド機器１でセンサ異常が生じた際に得られたセンサの検出値（例えば、図２に示すリングバッファ１２から読み出された検出値）である。尚、このセンサ検出値Ｄは、図２に示すフィールド機器１から得られたものであっても良く、図２に示すフィールド機器１と同種の機器であって、実験用の機器から得られたものであっても良い。

原因ラベルＬＢは、前述した原因ラベル（フィールド機器１で生ずるセンサ異常の原因を要素とするベクトルとして規定されるもの）である。例えば、センサ部１１のセンサ異常の原因として「振動」と「ノイズ」とが挙げられる場合には、原因ラベルは、「振動」と「ノイズ」とを要素とする２次元のベクトルとして規定される。パラメータＰＭは、フィールド機器１の原因識別部１４ｂで用いられる識別関数を最適化するためのパラメータであり、フィールド機器１の不揮発性メモリ１６に記憶されるものである。

処理部２４は、操作部２１から入力される操作指示に基づいて、設定装置２の動作を統括して制御する。この処理部２４は、特徴抽出部２４ａ（特徴抽出手段）、最適化部２４ｂ（最適化手段）、及び通信処理部２４ｃ（通信処理手段）を備えており、パラメータＰＭを作成するための各種処理を行う。特徴抽出部２４ａは、格納部２３に格納されたセンサ検出値Ｄを読み出し、読み出した検出値の各々から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を特徴ベクトルに変換する。尚、特徴抽出部２４ａで行われる処理は、フィールド機器１の特徴抽出部１４ａで行われる処理と同様である。

最適化部２４ｂは、フィールド機器１の原因識別部１４ｂで用いられている識別関数と同様の識別関数を用いて、特徴抽出部２４ａで抽出された特徴が現れた原因の識別を行う。また、最適化部２４ｂは、識別を行って得られた識別結果と原因ラベルＬＢとの差異を示すコスト関数が最小となるように識別関数の最適化を行う。具体的に、最適化部２４ｂは、境界関数ｆ（Ｘ）が適応パラメータωを用いてｆ（Ｘ）＝ωＸと規定される場合には、識別関数の出力値と原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小化されるように、適応パラメータωの最適化を行う。

より具体的に、最適化部２４ｂは、以下の（２）式に示す通り、コスト関数Ｌ（ω）を定義し、このコスト関数Ｌ（ω）が最小化されるような適応パラメータωを求める。尚、以下の（２）式中の変数Ｋは、最適化に用いるデータ数である。また、添字ｉのある変数ｎ（ｎ_１ ^（ｉ），ｎ_２ ^（ｉ））は、ｉ番目データの原因ラベルであり、添字ｉのある変数ｔ（ｔ_１ ^（ｉ），ｔ_２ ^（ｉ））は、ｉ番目データを識別関数に適用して得られる出力値である。

尚、最適化部２４ｂは、上記の適応パラメータωを求めた場合には、求めた適応パラメータωをパラメータＰＭとして格納部２３に格納する。

通信処理部２４ｃは、通信部２５を制御してフィールド機器１との間で通信を行う。例えば、通信処理部２４ｃは、操作部２１からパラメータＰＭの送信指示が入力された場合には、格納部２３に格納されたパラメータＰＭを読み出し、通信部２５を制御してフィールド機器１に送信する処理を行う。また、通信処理部２４ｃは、操作部２１からデータ取得指示が入力された場合には、通信部２５を制御してフィールド機器１からデータを取得する処理を行う。

尚、通信処理部２４ｃがフィールド機器１から取得するデータとしては、例えば診断部１３でセンサ異常が生じたと診断された場合の、不揮発性メモリ１６に記憶された識別結果Ｑ（センサ異常が生じた時刻を含む）、リングバッファ１２に記憶された検出値等が挙げられる。通信部２５は、通信処理部２４ｃによって制御され、フィールド機器１との間で通信を行う。

ドライブ装置２６は、例えばＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ（登録商標）−ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体Ｍに記録されているデータの読み出しを行う。この記録媒体Ｍは、設定装置２の各ブロックの機能（例えば、処理部２４に設けられた特徴抽出部２４ａ、最適化部２４ｂ、及び通信処理部２４ｃ等）を実現するプログラム（設定プログラム）を格納している。

このような記録媒体Ｍに格納されたプログラムがドライブ装置２６によって読み込まれ、設定装置２にインストールされることにより、設定装置２の各ブロックの機能がソフトウェア的に実現される。つまり、これらの機能は、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。尚、設定装置２の各ブロックの機能を実現するプログラムは、記録媒体Ｍに記録された状態で配布されても良く、インターネット等の外部のネットワークを介して配布されても良い。

〈パラメータの作成方法〉
次に、フィールド機器１で用いられるパラメータＰＭの作成方法について説明する。図６は、本発明の一実施形態におけるパラメータの作成方法を示すフローチャートである。尚、パラメータＰＭの作成は、ユーザからの指示に基づいて設定装置２で行われる。つまり、図６に示すフローチャートの処理は、ユーザが設定装置２の操作部２１を操作してパラメータの作成指示を行うことによって開始される。

処理が開始されると、まず、格納部２３に格納されたセンサ検出値Ｄが処理部２４の特徴抽出部２４ａによって読み出される（ステップＳ１１）。次に、読み出された検出値から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を特徴ベクトルに変換する処理が特徴抽出部２４ａで行われる（ステップＳ１２）。尚、特徴抽出部２４ａで得られた特徴ベクトルは、最適化部２４ｂに出力される。

次いで、識別関数を用いて、特徴抽出部２４ａから出力された特徴ベクトルが現れた原因を識別する処理が最適化部２４ｂで行われる（ステップＳ１３）。具体的には、特徴抽出部２４ａから出力された特徴ベクトルを識別関数に代入し、識別関数の出力値Ｔを得る処理が行われる。続いて、ステップＳ１３で得られた識別関数の出力値Ｔと、格納部２３に格納された原因ラベルＬＢとから、識別関数で用いられるパラメータ（適応パラメータω）を最適化する処理が最適化部２４ｂで行われる（ステップＳ１４）。具体的には、前述した（２）式に示されるコスト関数Ｌ（ω）が最小化されるような適応パラメータωを求める処理が行われる。

以上の処理が終了すると、前述した（２）式の計算値の前回値との差分が予め規定された閾値以下になったか否かが最適化部２４ｂで判断される（ステップＳ１５）。上記の差分が閾値以下になってはいないと判断した場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ１１の処理に戻り、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理が再び行われる。尚、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」である間は、ステップＳ１１〜Ｓ１５の処理が繰り返される。

これに対し、上記の差分が閾値以下になったと判断した場合（ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、最適化された適応パラメータωをフィールド機器１に送信する処理が通信処理部２４ｃで行われる（ステップＳ１６）。尚、上記の差分が上記の閾値以下になった場合に、識別関数で用いられるパラメータＰＭが作成されたことになる。設定装置２から送信された適応パラメータωは、フィールド機器１の通信部１７（図２参照）で受信され、メモリ制御部１４ｃの制御によってパラメータＰＭとして不揮発性メモリ１６に記憶される。

尚、最適化された適応パラメータωが得られたときに、設定装置２とフィールド機器１とが通信可能な状態でない場合には、得られた適応パラメータωをパラメータＰＭとして格納部２３に格納する処理が最適化部２４ｂで行われる。格納部２３に格納されたパラメータＰＭは、設定装置２とフィールド機器１とが通信可能な状態である場合に、ユーザによって送信指示がなされると、通信処理部２４ｃの処理によってフィールド機器１に送信される。

〈異常原因の特定方法〉
次に、フィールド機器１で異常が生じた場合の原因を特定する方法について説明する。図７は、本発明の一実施形態における異常原因の特定方法を示すフローチャートである。尚、図７に示すフローチャートの処理は、例えば設定装置２で作成されたパラメータＰＭがフィールド機器１の不揮発性メモリ１６に記憶された後に行われる。

処理が開始されると、まず、不揮発性メモリ１６に記憶されたパラメータＰＭが、信号処理部１４のメモリ制御部１４ｃによって読み出され、読み出されたパラメータＰＭを識別関数にセットする処理が原因識別部１４ｂで行われる（ステップＳ２１）。この処理が終了すると、センサ部１１に設けられたセンサ各々の検出値をリングバッファ１２に順次記憶する処理が開始される（ステップＳ２１）。

また、診断部１３では、センサ部１１から出力される検出値を用いて、センサ部１１のセンサ異常を自動的に診断し、センサ異常が生じたか否かを判断する処理が開始される（ステップＳ２３）。センサ異常が生じていないと判断した場合（ステップＳ２３の判断結果が「ＮＯ」の場合）には、ステップＳ２２の処理が繰り返される。

これに対し、センサ異常が生じたと判断した場合（ステップＳ２３の判断結果が「ＹＥＳ」の場合）には、リングバッファ１２からセンサ検出値を読み出し（ステップＳ２４）、読み出したセンサ検出値から予め規定された特徴を抽出する処理が特徴抽出部１４ａで行われる（ステップＳ２５）。尚、特徴抽出部１４ａでは、抽出した特徴を特徴ベクトルに変換する処理も行われ、変換された特徴ベクトルは原因識別部１４ｂに出力される。

続いて、識別関数を用いて、特徴抽出部１４ａから出力された特徴ベクトルが現れた原因を識別する処理が原因識別部１４ｂで行われる（ステップＳ２６）。具体的には、特徴抽出部１４ａから出力された特徴ベクトルを識別関数（ステップＳ２１でパラメータＰＭがセットされた識別関数）に代入し、識別関数の出力値Ｔを得る処理が行われる。尚、識別関数の出力値Ｔは、センサ異常の原因を示すものである。

以上の処理が終了すると、原因識別部１４ｂで得られた識別関数の出力値Ｔ（識別結果）を不揮発性メモリ１６に記憶させる処理がメモリ制御部１４ｃで行われる（ステップＳ２７）。尚、原因識別部１４ｂの識別結果は、センサ異常が生じた時刻とともに不揮発性メモリ１６に記憶される。以上の処理が行われることにより、フィールド機器１でセンサ異常が生じた場合に、そのセンサ異常の原因を示す情報が、センサ異常が生じた時刻とともに不揮発性メモリ１６に記憶されることになる。

以上の通り、本実施形態では、センサ部１１に設けられたセンサの検出値から異常時に現れる特徴を抽出し、この特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、その識別結果を不揮発性メモリ１６に記憶するようにしている。このため、異常が生じた場合の原因を容易に特定することが可能であり、その結果として異常が生じた場合に適切な対応を迅速に行うことが可能になる。

以上、本発明の一実施形態によるフィールド機器、設定装置、及び設定プログラム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、理解を容易にするために、センサ異常の原因が「振動」と「ノイズ」との２つの原因である場合を例に挙げて説明したが、センサ異常の原因が３つ以上である場合にも、上述した方法と同様の方法で原因の特定を行うことができる。

また、センサ異常の原因の識別に用いる識別関数は、前述した（２）式に示すものに制限される訳ではなく、また、センサ異常が生じた原因の境界を規定する境界関数ｆ（Ｘ）は、図４（ｂ）に示すものに制限される訳ではない。これら識別関数及び境界関数ｆ（Ｘ）は、図４を用いて説明した方法と同様の方法により境界を規定することができ、入力される特徴ベクトルに応じた原因を識別することが可能であれば任意の関数を用いることができる。

また、上述した実施形態では、フィールド機器１が、圧力伝送器である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、フィールド機器１は、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、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器であっても良い。

また、フィールド機器１でセンサ異常が生じた場合に、設定装置２が、不揮発性メモリ１６に記憶された識別結果Ｑ（センサ異常が生じた時刻を含む）、リングバッファ１２に記憶された検出値を読み出し、これらを表示部２２に表示するようにしても良い。尚、リングバッファ１２に記憶された検出値は、例えば、図３に示すようなグラフ表示にすることが好ましい。

また、フィールド機器１の不揮発性メモリ１６に記憶された識別結果Ｑ（センサ異常が生じた時刻を含む）、リングバッファ１２に記憶された検出値の読み出しは、設定装置２以外の装置が行っても良い。例えば、ネットワーク等を介してフィールド機器１に接続され、フィールド機器１の監視を行う上位装置が行っても良い。

１ フィールド機器
１１ センサ部
１２ リングバッファ
１３ 診断部
１４ａ 特徴抽出部
１４ｂ 原因識別部
１６ 不揮発性メモリ
２２ 表示部
２３ 格納部
２４ａ 特徴抽出部
２４ｂ 最適化部
２４ｃ 通信処理部
Ｄ センサ検出値
ＬＢ 原因ラベル
ＰＭ パラメータ
Ｑ 識別結果

Claims (6)

1. 少なくとも１つのセンサを備えるフィールド機器において、
   前記センサの検出値を用いて異常を診断する診断部と、
   前記診断部で異常が診断された場合に、前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出する特徴抽出部と、
   前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出部で抽出された特徴が現れた原因の識別を行う原因識別部と、
   前記原因識別部の識別結果を記憶する第１記憶部と、
   を備え、
   前記特徴抽出部は、抽出した前記特徴を、前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換し、
   前記識別関数は、前記特徴ベクトルを入力とし、前記フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベルの形式に合わせて識別結果を出力する関数であって、前記識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように最適化されている、
   フィールド機器。
2. 前記センサの検出値を一時的に記憶する第２記憶部を備え、
   前記特徴抽出部は、前記診断部で異常が診断された場合に、前記第２記憶部に記憶された前記センサの検出値を読み出して前記特徴を抽出する、
   請求項１記載のフィールド機器。
3. 前記第１記憶部は、前記診断部で異常が診断された時刻とともに前記原因識別部の識別結果を記憶する、請求項２記載のフィールド機器。
4. フィールド機器で異常が生じた際のセンサの検出値と、フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベルとを対応付けて格納する格納部と、
   前記格納部に格納された前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換する特徴抽出部と、
   前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出部で抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、該識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように前記識別関数の最適化を行う最適化部と、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のフィールド機器に対し、前記最適化された前記識別関数のパラメータの送信を行う通信処理部と、
   を備える設定装置。
5. 前記通信処理部は、請求項１から請求項３の何れか一項に記載のフィールド機器から、少なくとも前記センサの検出値と前記原因識別部の識別結果との取得を行い、
   前記通信処理部で取得された前記センサの検出値と前記原因識別部の識別結果とを少なくとも表示する表示部を更に備える、
   請求項４記載の設定装置。
6. コンピュータを、
   フィールド機器で異常が生じた際のセンサの検出値と、フィールド機器で生ずる異常の原因を要素とするベクトルとして規定される原因ラベルとを対応付けて格納する格納手段と、
   前記格納手段に格納された前記センサの検出値から予め規定された特徴を抽出し、抽出した特徴を前記特徴の種類に応じた次元を有する特徴ベクトルに変換する特徴抽出手段と、
   前記特徴が現れる原因を識別するための識別関数を用いて、前記特徴抽出手段で抽出された特徴が現れた原因の識別を行い、該識別結果と前記原因ラベルとの差異を示すコスト関数が最小となるように前記識別関数の最適化を行う最適化手段と、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載のフィールド機器に対し、前記最適化された前記識別関数のパラメータの送信を行う通信処理手段と、
   して機能させる設定プログラム。

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