JPH0357917A - 監視・制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ この発明は、機械・プラント等の被測定系の動作状態を
監視する監視・制御システムに係り、特に、この監視・
制御システムの検出器が正常に動作しているか否かを総
合的に判断することのできる検出器チェック方法に関す
る。

［従来の技術］ この種の監視・制御ンステムにおいては、センサや検出
回路、およびＡ／Ｄ変換器等のデータ変換器（以下、こ
れらを一括して検出器と呼ぶ）から供給される検出デー
タをコンピュータによって処理し、前記彼測定系の動作
状態を監視していた。

したがって、検出データの正当性（信憑性）を確認する
ことがシステムの安定性にとってきわめて重要である。

そこで、従来は、センサや配線の断線検出をハードウエ
アで行ったり、被測定系の物理的特性に照らし合わせて
検出器の信憑性を判定していた。

たとえば、水ｔ品を検出する検出器に関していえば、検
出量が−５℃〜ｌＯＯ゜Ｃの範囲にあれば正常、そうで
なければ異常と判断したり、内燃エンジンの排気温度検
出器に関しては、検出量が最大予想温度（たとえば、５
５０’Ｃ）をかなり上回る値を限界値（たとえば、８８
０゜Ｃ）とし、これを越えた場合に異常、そうでなけれ
ば正常と判断していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記水温の場合を例にとると、同じ正常
範囲でも９８゜Ｃと０゜Ｃとでは、被測定系の監視上、
全く意味が異なり、これらを一律に正常とする評価では
、十分な監視を遂行することはできなかった。

この発明は、このような背景の下になされたもので、被
測定系の動特性を考１・ｚシつつ、検出蒸の正否を総合
的に判断することのできる監視・制御システムの検出器
チェック方注を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの発明は、機械、プラント
等の彼測定系の状態を検出する複数の検出器を有する監
視・制御システムにおいて、前記検出器の検出量から前
記被測定系の遷移状態を分析し、あらかじめ定めた局面
位置のうち、現在どの局面位置に前記被創定系があるか
を推論する局而泣置理解過程と、 前記検出器の検出量の変化から前記被測定系の遷移速度
を分析し、あらかじめ定めた局面変化のうち、現在どの
局面変化に前記彼創定系があるかを推論する局面変化理
解過程と、 前記局面位置と局面変化とを参照し、かつ前記被測定系
の動特性を考慮して前記各検出器のｉ″Ｅ否を判定する
判定過程と を有することを特徴とする。

［作用コ 上記方法によれば、種々の検出データの時間的変化から
現在の局面変化が求まり、また、検出データから現在の
局面位置が求まる。局面変化の理解とは、たとえば、エ
ンジンの負荷の変動について、急下降中、下降中、安定
、上昇中、急上昇中というように、あらかじめいくつか
の局面変化を定めておき、現在の負荷の変化がどの局面
変化にあるかを複数の検出データの時間的変化から総合
的に推論することである。また、局面位置の理解とは、
たとえばエンジンの負荷について、２５％、５０％、７
５％、１００％、停止などの局面位置をあらかじめ定め
ておき、現在の負荷がどの局面位置にあるかを検出デー
タから総合的に推論することである。

このように、被測定系の局面位置、および局面変化を常
時理解しておくことによって、各検出器からの個々の検
出データの正当性を総合的に判断できるようになる。こ
のことは以下の説明によって次第に明らかになろう。

［実施例コ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

第１図は、この発明の方法を適用した監視・制御システ
ムの構成を示すブロソク図であり、特願平１−１３９７
００号に記載されたものに準拠している。その詳細は、
特願平１−１３９７００号の明細書に譲るものとして、
以下にその要点を説明する。

被測定系各部の状態がｍ個の検出器１−ｉ（ｉ１−ｍ）
によって検出され、その検出出力かデータ収集部２−ｉ
によってサンプリングされて取り込まれ、検出データと
して出力される。これらの検出データは、局面変化理解
部３と局面位置理解部４とに供給され、局面変化と局面
位置とか理解される。

ここで、局面変化とは、被測定系の状態遷移の変化速度
を示すｔ５のである。たとえば、被測定系がエンジンの
場合、エンジン回転数、排気温度、タービン回転数など
の検出項目のそれぞれについて、あるいは、これらの各
検出項目を総合的に判断して、エンジンの各検出量の変
化（たとえば排気温度の変化）や全体的な局面変化（た
とえばエンジンの負荷の上昇、下降などの変化）を理解
する。この実施例では、エンジンの排気温度や負荷状態
につき、次の複数項目の局面変化をあらかじめ設定して
ある（たたし、Ｒ３，Ｒｌｌは、負荷状態のみ）。

Ｒｌ．　　急下降したところ Ｒ２，　　急下降中 Ｒ３．　　　アンダーシュート Ｒ４，　　下降後の過度状態 Ｒ５．　　下降中 Ｒ６　　やや下降中 Ｒ７．　　安定 Ｒ３．　　やや上昇中 Ｒ９　　上昇中 Ｒ１０．　　上昇後の過度状態 Ｒ．ＩＩ　　　オーバーシュート Ｒ１２．　　急上昇中 ＲＩ３　　　急上昇したところ 一方、局面位置とは、彼ｆ則定系か各遷移状態のどの位
置にあるかを示すもので、この実施例では、エンンンの
排気温度や負荷状態について、複数の局面位置を設定し
てある。すなわち、排気温度の局面位置は次の通りであ
る。

ＰＩ．　　　３００〜３２５゜Ｃの領域Ｐ２．　　　３
２５〜３　５　０　’Ｃの領域Ｐ３．　　　３５０〜３
７５゜Ｃの領域Ｐ４．　　　３７５〜４００゜Ｃの領域
Ｐ５．　　　／１００〜４２５℃の領域Ｐ６．　　　４
２５〜４５０゜Ｃの領域Ｐ７．　　　４５０〜４７５゜
Ｃの領域ＰＡ．　　　４７５〜５　０　０　’Ｃの領域
Ｐ９．　　　５００℃以上の領域 一方、負荷状態の局面位置は、次の通りである。

Ｐ１　　長朋停【ヒ Ｐ２．　　短期停止 Ｐ３．　　無負荷領域 Ｐ４．　　２５％領域 Ｐ５．　　　５０％領域 Ｐ６．　　　１’８％゛領域 Ｐ７．　　　１００％領域 Ｐ８．　　　１１０％領域 Ｐ９．　　危険領域 すなわち、局面位置と局面変化を理解することによって
、エンジンが現在どのような状態におかれ、どのような
変化速度で状態を変えつつあるかを理解することかでき
る。このような情報は、個々の検出器１−１からの検出
データを総合して得Ｓれたちのであるが、逆に、このよ
うな情報は、個々の検出器１−ｉの正否を判定する上で
きわめて有用な情報となる。このことの詳細は後述する
。

上記局面変化理解部３は、次の３段階の処理によって局
面変化を理解する。

■　各検出項目毎に検出データを時間軸に沿って調査し
、有意な変化を抽出する。

■　各検出項目毎に、上で得た有意な変化の変化レベル
を求める。この変化レベルは、動作系の特徴を考ｂ２“
しつつ、ファシイ推論によって求める。

ここで、動作系の特徴とは、検出データの変化がｖｃｆ
ｉｌｌ定系の動作に与える影響の大きさをいう。たトエ
ハ、エンジンの排気温度を１句にとれば、．５°Ｃの変
化を検出することは容易であるが、定常状態でもｔｏ’
ｃ位は変化しているから、５゜Ｃをエンジンの状態変化
、つまり動作系の変化としてとらえることは無意味なこ
とである。このような動作系の特徴を考慮に入れて、フ
ァジィ推論を用いて変化レベルを求める。

すなわち、各検出項府毎に、あらかじめ複数の変化レベ
ルＤ１〜Ｄ９を設定した後、上述したような動作系の特
徴を考慮に入れながら、変化レベルＤ１〜Ｄ９に対応さ
せて、９個のファジィ数を設定しておく。ここで、変化
レベルＤ１〜Ｄ９は、次のようなものである。

ＤＩ　　　超急下降 Ｄ２．　　急下降 Ｄ３．　　下降 Ｄ４　　下降気味 Ｄ５　　安定 Ｄ６．　　上昇気味 Ｄ７．　　上昇 Ｄ８．　急上昇 Ｄ９，　　超急上昇 次いで、上記■で得た有意な変化のレベルをファジィ数
にあてはめてファジィ推論を行い、各項目毎に、動作系
の特徴を考慮した変化レベルを求める（詳細は、特願平
１−１３９７００号参照のこと）。

■　上記■のファジィ推論で求めた各項目毎の変化レベ
ルを総合して、現在の負荷状態の変化が上述した全体局
面変化Ｒ１〜Ｒ１３のいずれに該当するかをファジィ推
論する。

すなわち、検出項目毎に、それぞれの全体局面変化Ｒｌ
−Ｒ１３に対応する１３個のファジィ数を設定しておき
、これらのファジィ数に■で求めた変化レベルをあては
めてファジィ推論を行い、検出゛項日毎のファジィ集音
を求める。こうして求めたファジィ集合のうち、一部の
グループ（たとえば、各シリンダの排気温度）を相加平
均してグループ内加算型ファジィ推論を行う。次いで、
グループ内加算型ファジィ推論を行わなかったファジィ
集合と、グループ内加算型ファジィ推論によって得られ
たファジィ集合とを相加平均することによって加算型フ
ァジィ推論を実行する。最後に、その結果にデファジフ
ィケーションを施して、局面変化Ｒとその確信度ＭＲと
を求める。なお、グループ内加算型ファジィ推論、加算
型ファジィ推論、およびデファジフィケーションの技法
の詳細は、特願平１−１３９７００号に記載されている
。

次に、局面変化理解部４は、データ収集部２１から供給
された検出データに、上記■で説明したファジィ推論と
同様のファジィ推論を施して局面位置Ｐとその確信度Ｍ
ｐとを求める。この場合、上述したｎ個の局面位置Ｐｌ
−Ｐｎに対応するｎ個のファジィ数を検出項目毎に設定
しておき、上記ファジィ推論を実行する。

こうして得られた局面変化Ｒとその確信度ＭＲ％および
局面位置Ｐとその確信度Ｍｐは、蓄積部７に格納される
。ここで、確信度Ｍｐは、その得点ｐに応じて、次のよ
うな言語表現との対応づけが可能であり、これによって
、人間の感覚を表現することができる。

１００≧ｐ〉８０・・・・・・確実に ８０≧ｐ〉６０・・・・・・おそらく ６０≧ｐ〉４０・・・・・・たぶん ４０≧ｐ・・・・・・・・・はっきりとは言えないがた
ぶん次に、局面状態遷移履歴パターン理解部５について
説明する。この理解部５は、局面状態の遷稗履歴を理解
する部分であり、近過去理解部５１と現在理解部５２と
大局的理解部５３とから構成されている。

近過去理解部５ｌは、設定された範囲内で現在から過去
へさかのぼり、局面状態データ、すなわち、局面変化の
結果データＲとその確信度Ｍ　Ｒ，および局面位置の結
果データＰとその確信度Ｍｐとを調べ、たとえば、局面
に急変化が起きていたかどうかをみる。局面変化が急上
昇（前述したＲ１２．１３）あるいは急下降（Ｒｌ，Ｒ
２）Ｌているところがあれば、それが何回前のサンプリ
ングで起きているかを調べる。次いで、その時点以降あ
るサンプリング回数幅（設定値）以内で局面位置Ｐが変
化しているなら、その急変化は局面位置の遷移によって
生じたものと解釈し、結論として、局面は「何サンプリ
ング前に」急上昇（急下降〉して、局面位置はｒＰｘか
らＰｙＪに遷移したとの内容を出力する。これに対して
、そうでない場合は、「同じ局面位置Ｐｘ内で大きな変
化」が生じたと解釈する。緩やかな変化についてもほぼ
同様に、局面変化Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９につい
て調査する。このような遷移理解の結果として、ｒＰｘ
からｐｙに急激に変化した」というような言語的表現を
保存すれば済む。すなわち、莫大な全データを保存して
いた従来システムと異なり、論理的に整理された言語コ
ードを記憶すればよいので、記憶容量を減少させること
ができる。

また、言語的結果は、論理になじみ易いため、その後の
知識工学的推論が強力に展開できる。

現在理解部５２は、近過去理解部５１で得られた結果と
現在の状態とを比較し、局面遷移か発生したか否かを把
握することかできる。また、現在の局面変化データＲと
、その確信度ＭＲによって現在の変化状態を表現できる
。

大局的理解部５３は、局面変化Ｒか下降側（Ｒ１〜Ｒ６
）の場合は−１、安定（Ｒ７）の場合は０１上昇側（Ｒ
８〜Ｒｌ３）の場合は＋１として、あらかじめ設定され
た過去のある時点から次の演算を行う。

■　Ｏでないときをカウントする。すなわち、変動数を
求める。

■　単純加算を行う。すなわち、下降側か、上界側か、
上下変動かを求める。

これによって、（ａ）負荷変動などの局面変化が多いか
少ないか、（ｂ）一定か、（ｃ）負荷変動などの局面変
化があった場合は、下降か上昇かなどを表現することが
できる。局面変化が大きい、小さい、多い、少ないとい
う表現は、エンジンの保守に対して有力な情報となる。

現局面状態確認部６は、局面位置Ｐおよび局面変化Ｒを
確詔するもので、動的状態を確認する動的状態確認部６
ｌと、現局面状態確詔部６２とから構成される。

動的状態確認部６１は、システムチェックルールによっ
て、本システムの動的な状態を確認する部分である。こ
こで、システムチェックルールとは、動作が正常に行わ
れているか否かのチェックを行うためのルールをいい、
以下のようなものかある。

■　温度が短時間の間に急下降から急上昇したり、その
逆の変化をすることはない。つまり、温度の項目におい
ては、変化レベルＤＩ（超急下降）やＤ２（急下降）か
らＤ８（急上昇）やＤ９（超急上昇）への遷移、あるい
はその逆の遷移が１サンプリング間に発生することはな
い。

■　たとえば、回転数について考えると、長期停ＬＬか
ら立ち上がる場合にはａＯＯｒｐｍは簡単に上昇するが
、１００％負荷から５００ｒｐｍ増加することはない。

このようにある局面位置Ｐでは急上昇、急下降の幅が規
制され、局面位置Ｐ７の場合は、変化レベルＤ９は発生
しない。

■　応答関係にも一定の規制がある。たとえば、エンジ
ンが回転を開始した場合は、タービンが回転し、かつ給
気圧が発生するといった関係がある。

■　検出項目が温度の場合に、前述した変化レベルＤが
急激に変化した場合（Ｄ１、Ｄ９）には、検出暇の異常
が発生した可能性がある。

■　たとえば、負荷の局面位置がＰ５（５０％）にある
のに、エンジン回転数がＯであるような場合は、回転数
検出鼎の異常が発生した可能性がある。

このようなシステムチエノクルールを用いて動作状態の
成否を判定し、その結果を現局面状態確誌部６２へ供給
する。

現局面状態確認部６２は、システムチェック結果が正常
の場合には得られたデータＲ，　ＭＲ，　　ＰＭＰを蓄
積部７に格納する。

一方、異常の場合は、メタルールを適用し、局面変化理
解部３と局面位置理解部・１のそれぞれの加算型ファジ
ィ推論部とデファジフィケーンヨン部にフィードバック
を行う。ここで、メタルールとは、上位ルールの意であ
り、ルールの適用自体を制御するものである。たとえば
、加算型ファジィ推論部にファジィ数の変更を指示し、
異常のある検出器を除いて（設定値を変更して）加算型
ファジィ推論のやり直しを指示したり、デファジフィケ
ーション部に異常のある検出器を除いてデファジフイケ
ーションを行うように指示したりする。

以上の説明から分かるように、この実施例では、エンジ
ン自体の異常と、検出滞の異常とを切り分けることがで
きる。

次に、上記実施例をエンジンの排気温度の検出に適用し
た場合を説明する。

４気筒エンジンの場合、エンジンの各シリンダ出口に温
度検出旨１−１〜１−４を設け、エンジン排気温度を検
出する。これらの排気ｔ品度は、データ収集部２−１〜
２−４によってサンプリングされ、検出データとして取
り込まれ、局面変化理解部３と喝而位置理解部４とに供
給される。

第２図は、こうして取り込まれた検出データの変動を示
す図で゜、購軸は経過時間、縦軸は排気温度を示してい
る。同図（ａ）では、シリンダｌ〜３の排気温度か変化
しないまま、シリンダ４の排気渇度が超急下降して低い
温度を維持しているようにみえる。一方、同図（ｂ）で
は、シリンダ１〜３の排気温度がやや上昇して、シリン
ダ４の排気Ｍｉが急下降しているようにみえる。

実際には、同図（ａ）は排気温度の検出器が異常の場合
であり、同図（ｂ）はシリンダの燃料弁が異常の場合で
ある。すなわち、同図（ａ）では、シリンダｌ〜３の排
気温度が変化していないことから、エンジンとしての異
常はなく、シリンダ４も正常に動作していると考えられ
る。それにもかかわらず、排気温度の検出データが超急
下降しているのは、シリンダ４の排気温度検出藩に異常
が発生したと推測される。これに対して、同図（ｂ）で
は、シリンダ１〜３の排気温度が上昇気味のことから、
シリンダ４の動作に異常が生じて、シリンダ４の温度が
急下降していると推測される。つまり、シリンダ４での
燃焼悪化による出力下降を他のシリンダ■〜３が肩代わ
りし、その結果、シノンダ１〜３の排気温度が上昇した
と推測される。

このような燃焼悪化の原因としては、燃焼弁の詰まりが
考えられる。

これらの故障診断は、次のように行われる。まず、第２
図（ａ）の場合、シリンダ４のυＦ気温度に関し、点Ｐ
ＴＩでの変化はＤ５（安定）であり、点ＰＴ２ではＤ２
（急下降）、点ＰＴ３ではＤ３（下降）となる。また、
総合局面変化はＲ７（安定）となる。このような結果が
局面変化理解部３から出力される。

一方、局面位置Ｐは、温度に対応するもので、点ＰＴＩ
の局面位置は１００％領域、点ＰＴ２は７５％領域、点
ＰＴ３はＢＯ％領域となる。また、総合局面位置は１０
０％となる。これらの結果が局面位置理解部４から出力
される。また、他のシリンダ１〜３に関しては、変化は
Ｄ５（安定）であり、局面位置はｌＯＯ％領域である。

よって、現局面状態は１００％領域で安定と判断される
。

このような局面変化と局面位置とを取り込んで、動的状
態確認部６ｌは、シリンダ４の検出器の異常を判定する
。すなわち、 ■　ある特定のシリンダ（この場合シリンダ４）の変化
が超急下降、または急下降、あるいは下降であり、かつ
、 ■　他のシリンダ（この場合シリンダ１〜３）の変化が
安定で、 ■　総合局面変化は安定している場合は、特定のシリン
ダ（シリンダ４）の排気温度倹出鼎の異常と判定せよ、
とのチェックルールによって、検出器の異常と判定する
。

次に、第２図（ｂ）の場合、シリンダ１〜３の変化はＤ
６（上昇気味）で、局面位置は１００％領域から１１０
％領域にわたっている。一方、シノンダ４の変化はＤ２
（急下降）であり、局面位置は１００％領域から５０％
領域に移行している。

また、総合局面状態はｌＯＯ％で安定となる。このよう
な局面変化および局面位置は、動的状態確認部６ｌに供
給され、燃焼弁の詰まりとｔ’ｌ＋定される。すなわち
、 ■　ある特定のシリンダ（この場合シリンタ４）の局面
変化が超急下降、または急下降、あるいは下降であり、
かつ ■　他のシリンダ（この場合シリンダ１〜３）の局面変
化が上昇気味、または上昇であり、■　総合局面変化が
安定している場合は、特定のシリンダ（シリンダ４）の
燃焼弁の詰まりと判定せよ、とのチェックルールによっ
て、燃焼弁の異常と判定する。

こうして、局面変化と局面位置とを考棋して険出滞のチ
ェックが行われる。

［発明の効果１ 以上説明したように、この発明は、次の効果をあげるこ
とができる。

■　肢劃定系の動特性を総合し、この肢測定系の局面位
置および局面変化を求め、これらを考はしつつ検出器の
正否を総合的に判定するのて、適確な険出雰のチェノク
ができるようになった。

■　この結果、監視・ｉｔ；Ｉ１御システムの信頼性、
およひ監視診断の精度を向上させることかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、この発明の方沃を適用した監視・制御システ
ムの一実椎ｆｒＡＩの構成を示すブロノク図、第２図は
、エンシンの各シリンダ出口における排気温度の変動を
示す図で、同図（ａ）は排気温度の検出召が異常の場合
、同図（ｂ）は／リンダの燃料弁が異常の場合の図であ
る。 ■・・・・・・検出蒸、２・・・・・データ収集部、３
・・・・・・局面変化理解部、４・・局面位置理解部、
５・・・・・局面状態遷移履歴パターン理解部、６・・
・・・・現局面状態確認部、７・・・・・蓄積部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、機械、プラント等の被測定系の状態を検出する複数
   の検出器を有する監視・制御システムにおいて、 前記検出器の検出量から前記被測定系の遷移状態を分析
   し、あらかじめ定めた局面位置のうち、現在どの局面位
   置に前記波測定系があるかを推論する局面位置理解過程
   と、 前記検出器の検出量の変化から前記被測定系の遷移速度
   を分析し、あらかじめ定めた局面変化のうち、現在どの
   局面変化に前記被測定系があるかを推論する局面変化理
   解過程と、 前記局面位置と局面変化とを参照し、かつ前記被測定系
   の動特性を考慮して前記各検出器の正否を判定する判定
   過程と を有することを特徴とする監視・制御システムの検出器
   チェック方法。 ２、前記局面位置理解過程と前記局面変化理解過程とは
   、ファジィ推論によって前記局面位置と局面変化とを推
   論することを特徴とする請求項１記載の監視・制御シス
   テムの検出器チェック方法。