JP7020392B2 - データ収集再生システム - Google Patents

Description

本発明は、産業プラントのためのデータ収集再生システムに関する。

工業活動に必要な素材や資源を生産する産業プラント（製紙プラント、鉄鋼プラント、発電プラント、石油プラント、化学プラント等）が知られている。産業プラントのプラント監視制御システムは、制御用ネットワークを介して、プラントを構成する多数のフィールド機器（アクチュエータやセンサを含む）が接続された入出力装置（Ｉ／Ｏ）や、多数のフィールド機器を制御するプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと記す）が相互に接続された構成を備える。

ＰＬＣや入出力装置の入出力信号をプロセスデータと称する。大規模プラントでは入出力点が数千、数万に及び、多種多様なプロセスデータが存在する。これらのプロセスデータは、データ収集機能やデータ再生機能を有するデータ収集再生装置に収集され、試験時、調整時、操業時、障害時におけるデータ解析に用いられる。

従来のプラント監視制御システムのデータ収集再生装置（例えば、特許文献１）は、制御用ネットワークに接続し、ＰＬＣが入出力するプロセスデータを収集する。オペレータは、画面に表示されるプロセスデータを参照して、産業プラントの状態を把握することができる。

国際公開第２０１４／００２１７６号

ところで、製造物の異常、具体的には、紙、フィルム、鋼板などのシート状物の表面に生じた異常（キズや欠陥）を発見し原因を解析するために、プロセスデータとともにシート状物を撮影した画像を確認したい場合がある。これらのシート状物は、全長が数十メートルから数十キロメートルと長く、全体を一度に撮影することはできない。

１つの手法として、搬送されるシート状物をエリアスキャンカメラで撮影した映像を再生することが考えられる。しかし、映像の再生により表示されるのはカメラ視野内の１フレーム毎の画像である。そのため、オペレータは、再生時刻を前に戻したり先に進めたりして異常発生前後の映像を記憶し、記憶の中の映像を元に原因を類推する。オペレータの記憶に頼った手法では、異常発生前後の挙動が把握しにくく、精度の高い解析は困難である。

また、シート状物が高速に搬送される製紙プラントや鉄鋼プラントでは、映像を確認するオペレータがシート状物の表面の異常を見過ごしてしまうおそれがある。また、プロセスデータのサンプリングタイミングは、エリアスキャンカメラのフレームレートに比して高速であるため、映像上で異常を発見した際に、異常に関連するプロセスデータを十分に絞り込めず、原因の解析が難しい。また、カメラで静止画を連続撮影する場合に、プロセスデータのサンプリング周期とカメラの撮影周期とが一致しておらず、これらのデータを同時再生した場合にカメラのシャッタータイミング分だけ誤差が生じる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、異常発生前後の画像とプロセスデータとを時間的誤差なく確認でき、異常の原因を解析するのに適したデータ収集再生システムを提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本発明に係るデータ収集再生システムは以下のように構成される。

本発明に係るデータ収集再生システムは、搬送されるシート状物に作用する機器を備える産業プラントに適用される。

データ収集再生システムは、カメラと、プロセスデータ収集部と、カメラ制御部と、プロセスデータ記憶部と、静止画記憶部と、同期表示部とを備える。

カメラは、シート状物の一部を撮影範囲に含み、連続的に静止画を撮影する。好ましくは、カメラは、シート状物を幅方向に亘り撮影するラインスキャンカメラである。ラインスキャンカメラは、１ラインの撮像素子の並ぶ方向がシート状物の搬送方向と直交するように、シート状物の上方に設置される。

プロセスデータ収集部は、周期的なサンプリングタイミングで、機器のプロセスデータを収集する。サンプリング周期は例えば１ミリ秒～数十ミリ秒である。

カメラ制御部は、カメラの周期的な撮影タイミングを、プロセスデータ収集部の周期的なサンプリングタイミングに合わせる。

プロセスデータ記憶部は、収集されたプロセスデータを時間情報に関連付けて記憶する。

静止画記憶部は、カメラにて撮影された静止画を時間情報に関連付けて記憶する。

同期表示部は、時間情報に基づいて、プロセスデータ収集部により収集された各時刻のプロセスデータを表すグラフと、カメラにより撮影された各時刻の静止画を連結した帯状静止画と、を同期させて表示する。グラフの横軸は時間、縦軸はデータ値である。帯状静止画は、撮影時刻順に連結した静止画であり、帯状静止画の長さ方向（搬送方向）をグラフの横軸と対応させて表示する。

１つの実施態様では、産業プラントは、コモンメモリを有するノードを複数有し、複数のノード間での周期的な同報伝送によりコモンメモリ上のプロセスデータを同期する制御用ネットワークを備える。機器は、ノードの１つに接続し、プロセスデータを送受信する。プロセスデータ収集部は、ノードの１つに接続し、コモンメモリからサンプリングタイミング毎にプロセスデータを収集する。

他の実施態様では、データ収集再生システムは、マーカー処理部を備える。マーカー処理部は、帯状静止画またはグラフ上で指定された位置をテーブルに記憶し、該テーブルから任意の位置が選択された場合に、該選択された位置が画面内に含まれるように帯状静止画およびグラフを表示する。これによれば、帯状静止画およびグラフの表示範囲を、テーブルから選択された位置（時刻）にジャンプさせることができる。そのため、記憶した情報を即座に表示し直すことができる。

本発明によれば、カメラの撮影タイミングをプロセスデータのサンプリングタイミングに合わせるため、各時刻の静止画と各時刻のプロセスデータとを関連付けることができる。そのため、静止画から異常を発見した場合に、異常発生前後のプロセスデータを容易に絞り込むことができ、異常原因の解析を効率化できる。

また、各時刻の静止画を連結した帯状静止画によれば、エリアスキャンカメラによる撮影範囲よりも広い範囲を一度に表示でき、シート状物の異常（キズや欠陥）を発見しやすい。さらに、各時刻の静止画で構成される帯状静止画はその長さ方向が時間方向を意味するため（搬送方向下流ほど過去の静止画）、グラフの時間軸と同期する。そのため、帯状静止画を用いて異常を発見するとともに、異常が発生した前後の時刻のプロセスデータの変化もグラフから確認できる。そのため、産業プラントで生産される製品のキズや汚れなどの発生原因の特定、および異常発生の兆候を容易に把握でき、製品の品質向上に寄与することができる。また、オンライン中に早期に異常を発見できるため、その後の検査工程におけるコストを低減できる。

実施の形態１に係る産業プラントのプラント監視制御システムの構成を示す概略図である。 プラント監視制御システムの一部であるデータ収集再生システムの概念図である。 実施の形態１に係るデータ収集再生装置の機能ブロック図である。 制御タイミングと、サンプリングタイミングと、撮影タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。 データ収集再生装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係るデータ収集再生装置の機能ブロック図である。 実施の形態２に係るマーカー情報格納テーブルの一例である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
（システム構成）
図１は、実施の形態１に係る産業プラントのプラント監視制御システムの構成を示す概略図である。

データ収集再生装置１は、制御用ネットワーク５を介して、産業プラントを構成する機器群（アクチュエータやセンサを含む）に接続する入出力装置（Ｉ／Ｏ）３と、機器群を制御するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２と、オペレータが産業プラントの運転および監視に使用する監視制御装置であるヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）４とに接続している。

制御用ネットワーク５は、コモンメモリを有するノードを複数有し、複数のノード間での周期的な同報伝送によりコモンメモリ上のプロセスデータを同期する。これにより、ノードＡ５ａに接続するデータ収集再生装置１と、ノードＢ５ｂに接続するＰＬＣ２と、ノードＣ５ｃに接続する入出力装置３と、ノードＤ５ｄに接続するＨＭＩ４との間で仮想的に同一メモリ空間が共有される。コモンメモリには各データの記憶領域（アドレス）が割り付けられている。各ノードに接続された装置は、コモンメモリへの書き込みとコモンメモリからの読み込みとによってプロセスデータを送受信できる。

カメラ６は、撮影対象であるシート状物を撮影した静止画データを、画像用ネットワーク７を介してデータ収集再生装置１へ送信する。

図２は、プラント監視制御システムの一部であるデータ収集再生システムの概念図である。

カメラ６は、搬送されるシート状物８の一部を撮影範囲に含み、連続的に静止画を撮影する。好ましくは、カメラ６は、シート状物８を幅方向に亘り撮影するラインスキャンカメラである。ラインスキャンカメラは、１ラインの撮像素子の並ぶ方向がシート状物８の搬送方向と直交するように、シート状物８の上方に設置される。撮影タイミングはデータ収集再生装置１により制御される。ラインスキャンカメラは１スキャン毎に、撮影した静止画をデータ収集再生装置１へ送信する。また、ＰＬＣ２は、サンプリングタイミング毎にプロセスデータをデータ収集再生装置１へ送信する。

データ収集再生装置１は、カメラの撮影タイミングを、プロセスデータのサンプリングタイミングに合わせる。また、データ収集再生装置１は、各時刻の静止画を連結した帯状静止画と、各時刻のプロセスデータを表すグラフとを生成する。そして、データ収集再生装置１は、帯状静止画およびグラフを同期させて画面に表示する。帯状静止画によれば一目でシート状物８の黒ずみ９を検出しやすい。また、帯状静止画と同期したプロセスデータのグラフを参照することで、黒ずみ９の発生前後のプロセスデータの変化を確認でき、黒ずみ９の原因解析が容易となる。

（データ収集再生装置）
図３と図４を参照して、実施の形態１に係るデータ収集再生装置１の詳細機能について説明する。図３は、実施の形態１に係るデータ収集再生装置１の機能ブロック図である。図４は、制御タイミングと、サンプリングタイミングと、撮影タイミングについて説明するためのタイミングチャートである。

データ収集再生装置１は、制御周期決定部１１、プロセスデータ収集部１２、プロセスデータ記憶部１３、カメラ制御部１４、静止画記憶部１５、データ結合部１６、結合データ記憶部１７、同期表示部１８を備える。

制御周期決定部１１は、図４に示す周期的な制御タイミングを決定する。制御タイミングは、データ収集再生装置１のハードウェアクロック又はシステムクロックに基づき管理される。後述するプロセスデータ収集部１２およびカメラ制御部１４は、この制御タイミングに従って動作する。制御周期は、例えば１ミリ秒～数十ミリ秒である。

プロセスデータ収集部１２は、図４に示すように、決定された制御タイミングをサンプリングタイミングとし、周期的なサンプリングタイミングで、機器のプロセスデータを収集する。

プロセスデータ記憶部１３は、サンプリングタイミング毎に収集されるプロセスデータにカウント値（時間情報）を関連付けて記憶する。カウント値は制御タイミング毎にインクリメントされる。なお、プロセスデータ記憶部１３は、データ収集開始時刻を記憶しておくことで、カウント値に基づいて、各時刻を算出できる。

カメラ制御部１４は、図４に示すように、決定された制御タイミングを撮影タイミングとしてカメラ６を制御する。すなわち、カメラ制御部１４は、カメラ６の周期的な撮影タイミングを、周期的なサンプリングタイミングに合わせる。カメラ６は、撮影タイミング毎に静止画を撮影し、データ収集再生装置１へ送信する。なお、撮影タイミングはプロセスデータのサンプリングタイミングと同期するのが好ましく、サンプリングタイミングより早い必要はない。

静止画記憶部１５は、カメラ６から静止画を受信しカウント値を関連付けて記憶する。カウント値は制御タイミング毎にインクリメントされる。なお、静止画記憶部１５は、データ収集開始時刻を記憶しておくことで、カウント値に基づいて、各時刻を算出できる。

データ結合部１６は、プロセスデータ記憶部１３に記憶されたプロセスデータと、静止画記憶部１５に記憶された静止画とについて、同一のカウント値を有するプロセスデータと静止画とを関連付けた結合データを生成する。また、データ結合部１６は、カメラ６に撮影された各時刻の静止画を連結した帯状静止画４１を生成する。撮影した静止画が搬送方向に所定の幅を有し、隣り合う静止画の一部が重複する場合は、搬送速度に基づき重複部分を考慮して静止画を結合する。また、データ結合部１６は、各時刻のプロセスデータを表すグラフ４２（４２ａ、４２ｂ）を生成する。グラフ４２の横軸は時間、縦軸はデータ値とする。帯状静止画４１は、撮影時刻順に連結した静止画であり、帯状静止画４１の長さ方向をグラフの横軸（時間軸）と対応させて表示する。

結合データ記憶部１７は、データ結合部１６により生成された結合データ、帯状静止画４１、グラフ４２を記憶する。

同期表示部１８は、同一カウント値で同期したプロセスデータのグラフ４２と帯状静止画４１とを結合した結合データを出力する。同期表示部１８は、プロセスデータ収集部１２により収集された各時刻のプロセスデータを表すグラフ４２と、カメラ６により撮影された各時刻の静止画を連結した帯状静止画４１と、を同期させて表示する。これらは、モニタ１１７の表示領域４０に表示される。

以上説明したように、実施の形態１に係るデータ収集再生装置１によれば、カメラの撮影タイミングをプロセスデータのサンプリングタイミングに合わせるため、各時刻の静止画と各時刻のプロセスデータとを関連付けることができる。そのため、静止画から異常を発見した場合に、異常発生前後のプロセスデータを容易に絞り込むことができ、異常原因の解析を効率化できる。

また、各時刻の静止画を連結した帯状静止画４１によれば、エリアスキャンカメラにより撮影した映像を再生するよりも広い範囲を一度に表示でき、シート状物８の異常（溶接、めっき開始、キズ、欠陥の部位）を発見しやすい。さらに、各時刻の静止画で構成される帯状静止画４１はその長さ方向が時間方向を意味するため、グラフ４２の時間軸と同期する。そのため、帯状静止画４１を用いて異常を発見するとともに、異常が発生した前後の時刻のプロセスデータの変化もグラフ４２から確認できる。そのため、産業プラントで生産される製品のキズや汚れなどの発生原因の特定、および異常発生の兆候を容易に把握でき、製品の品質向上に寄与することができる。また、オンライン中に早期に異常を発見できるため、その後の検査工程におけるコストを低減できる。

（ハードウェア構成例）
データ収集再生装置１のハードウェア構成について図５を参照して説明する。図５は、データ収集再生装置１が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３に示すデータ収集再生装置１の各部は、データ収集再生装置１が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、ＣＰＵ１１１と、メモリ１１２と、ＨＤＤや大容量メモリ等のストレージ１１３と、外部機器Ｉ／Ｆ（インターフェース）部１１４と、制御用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ａと、画像用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ｂとが、内部バス１１６を介して接続して構成されている。

ＣＰＵ１１１は、ストレージ１１３のプログラム記憶部１１３ａに記憶された各種アプリケーションプログラムを実行することにより、図４の各部の機能を実現する。

メモリ１１２は、ＣＰＵ１１１が各種アプリケーションプログラムを実行する際にデータを一時記憶したり展開したりする演算エリアとして使用される。

ストレージ１１３は、プログラム記憶部１１３ａと、データ記憶部１１３ｂとを有する。プログラム記憶部１１３ａは、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、各種アプリケーションプログラムを格納している。また、データ記憶部１１３ｂは、収集されたプロセスデータ、静止画データを記憶する。

なお、図５に示す例では、１つのストレージ１１３の中に、プログラム記憶部１１３ａとデータ記憶部１１３ｂとを設けているが、複数のストレージにプログラム記憶部１１３ａとデータ記憶部１１３ｂを分けて配置してもよい。

外部機器Ｉ／Ｆ部１１４は、モニタ１１７、キーボード１１８、マウス１１９等の外部機器とデータ収集再生装置１とを接続するためのインターフェースである。

制御用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ａは、制御用ネットワーク５とデータ収集再生装置１を接続するためのインターフェースである。また、画像用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ｂは、画像用ネットワーク７とデータ収集再生装置１を接続するためのインターフェースである。

ところで、上述した実施の形態１のデータ収集再生装置１には、図５に示すモニタ１１７、キーボード１１８、マウス１１９を含めていないが、これらをデータ収集再生装置１に含めてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

実施の形態２．
次に、図６と図７を参照して実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１のデータ収集再生システムによれば、プロセスデータのグラフと帯状静止画とを同期させて表示することができる。実施の形態２では、帯状静止画またはグラフ上で指定された位置をテーブルに記憶し、該テーブルから任意の位置が選択された場合に、該選択された位置が画面内に含まれるように帯状静止画およびグラフを表示する。これにより、帯状静止画およびグラフの表示範囲を、テーブルから選択された位置（時刻）にジャンプさせることができる。そのため、記憶した情報を即座に表示し直すことができる。

図６は、実施の形態２に係るデータ収集再生装置１の機能ブロック図である。図６に示すデータ収集再生装置１は、図３に示す構成に加えてマーカー処理部１９を備える。

マーカー処理部１９は、表示領域４０上のオペレータに指定された位置（カーソル６０）について、マーカーを付与する。図７は、マーカー情報格納テーブル７０の一例である。図７の各行がマーカーを示す。マーカーは、図７に示す通りマーカー情報格納テーブル７０へ格納され、マーカー番号７１に対して、グラフ名７２と時刻７３とコメント７４とを関連付けて記録する。時刻７３には、カーソル６０が指し示す時刻が入力される。

次に動作について説明する。マーカー処理部１９は、表示領域４０内に表示されるカーソル６０が示す位置（時刻）についてのマーカーをマーカー情報格納テーブル７０へ記録する。マーカー情報格納テーブル７０の情報は、テーブル表示領域６１内に表示される。

オペレータがキーボード又はマウスを操作し、マーカー情報格納テーブル７０内の１つのマーカーを選択すると、選択されたマーカーのグラフ名７２に基づき、グラフ４２および帯状静止画４１が表示領域４０に表示される。このとき、時刻７４に記録されている時刻にカーソル６０が移動する。これによりマーカーで指定した時刻のグラフ４２と帯状静止画４１を容易に表示することができる。

実施の形態２によれば、帯状静止画およびグラフの表示範囲を、テーブルから選択された位置（時刻）にジャンプさせることができる。そのため、記憶した情報を即座に表示し直すことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ データ収集再生装置
２ ＰＬＣ
３ 入出力装置
４ ＨＭＩ
５ 制御用ネットワーク
６ カメラ
７ 画像用ネットワーク
８ シート状物
９ 黒ずみ
１１ 制御周期決定部
１２ プロセスデータ収集部
１３ プロセスデータ記憶部
１４ カメラ制御部
１５ 静止画記憶部
１６ データ結合部
１７ 結合データ記憶部
１８ 同期表示部
１９ マーカー処理部
４０ 表示領域
４１ 帯状静止画
４２ グラフ
６０ カーソル
６１ テーブル表示領域
７０ マーカー情報格納テーブル
７１ マーカー番号
７２ グラフ名
７３ 時刻
７４ コメント
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
１１３，１１３ａ，１１３ｂ ストレージ，プログラム記憶部，データ記憶部
１１４ 外部機器Ｉ／Ｆ部
１１５ａ，１１５ｂ 制御用ネットワークＩ／Ｆ部，画像用ネットワークＩ／Ｆ部
１１６ 内部バス
１１７ モニタ
１１８ キーボード
１１９ マウス

Claims (4)

1. 搬送されるシート状物に作用する機器を備える産業プラントのデータ収集再生システムであって、
   前記シート状物の一部を撮影範囲に含み、静止画を撮影するカメラと、
   周期的なサンプリングタイミングで、前記機器のプロセスデータを収集するプロセスデータ収集部と、
   前記カメラの周期的な撮影タイミングを、周期的な前記サンプリングタイミングに合わせるカメラ制御部と、
   収集された前記プロセスデータを時間情報に関連付けて記憶するプロセスデータ記憶部と、
   前記カメラにて撮影された静止画を前記時間情報に関連付けて記憶する静止画記憶部と、
   前記時間情報に基づいて、前記プロセスデータ収集部により収集された各時刻のプロセスデータを表すグラフと、前記カメラにより撮影された各時刻の静止画を連結した帯状静止画と、を同期させて表示する同期表示部と、
   を備えることを特徴とするデータ収集再生システム。
2. 前記カメラは、前記シート状物を幅方向に亘り撮影するラインスキャンカメラであること、
   を特徴とする請求項１記載のデータ収集再生システム。
3. 前記産業プラントは、コモンメモリを有するノードを複数有し、複数のノード間での周期的な同報伝送によりコモンメモリ上のプロセスデータを同期する制御用ネットワークを備え、
   前記機器は、前記ノードの１つに接続し、プロセスデータを送受信し、
   前記プロセスデータ収集部は、前記ノードの１つに接続し、前記コモンメモリからサンプリングタイミング毎にプロセスデータを収集すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載のデータ収集再生システム。
4. 前記帯状静止画または前記グラフ上で指定された位置をテーブルに記憶し、該テーブルから任意の位置が選択された場合に、該選択された位置が画面内に含まれるように前記帯状静止画および前記グラフを表示するマーカー処理部、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のデータ収集再生システム。

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