JPH0381618A - センサー切替装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 この発明は、同一の計測量について複数のセンサーを備
えた二重化装置において、各センサーの計測信号を監視
し、正常なセンサーの計測信号を選択して外部に出力す
るセンサー切替装置に係わり、特に経時的な監視を行え
るようにしたものに関する。

Ｂ９発明の概要 この発明は、例えば１０分単位や１時間中位で時系列デ
ータを演算し、このデータに基づいてファジィ推論を実
行して各センサーの正否を判定することによって、信頼
性の高いセンサー切替を行えるようにしたものである。

Ｃ１従来の技術 一般に、水処理プロセスにおいて、運用上重要な計測量
については、その信頼性や稼働率の向上のために、セン
サーを二重化したシステムがある。

このシステムでは、同一の計測量について、検出方式が
異なるセンサーを設置し、必要に応じて、用いるセンサ
ーを切り替える態様がとられる。

第　図は、従来のセンサー切替装置を示す。センサーＩ
Ａ、ＩＢからの計測信号は同一レベルに設定されている
。これらの計測信号には、上限値下限値が設定されてお
り、計測信号のレベルが上限値・下限値の範囲であるか
どうかを上限・下限監視部２により検出する。そして、
その検出結果に基づいて切替制御部３が所定のアルゴリ
ズムにより動作し、切替スイッチ４への制御信号を出力
する。切替スイッチ４は、制御信号に基づいて、センサ
ーＩＡ、ＩＢからの計測信号の一方を選択して出力端子
５から外部に出力する。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 しかしながら上記の従来の装置では、センサーＩＡ、１
Ｂが完全に故障し、計測信号が明らかに異常なレベルと
なるまで、センサーＩＡ、ＩＢを切り替えることができ
ず、二重化システムの信頼性を低下させる要因となって
いた。

センサーの経年劣化や部分劣化などを考慮した計１１ｊ
１１量精度レベルの判定を行うには、計測量の時系列デ
ータを比較検討する必要かあり、従来、この種の判定は
人手によって行われていた。

この発明は、このような事情に鑑み、複数のセンサーの
正否を判定し、正常なセンサーの出力を外部に出力する
センサー切替装置において、計測量の時系列データに基
づいてセンサーの正否を高精度に判定可能なものを提供
することを目的とする。

Ｅ９課題を解決するための手段 この発明は、上記の目的を達成するために、同一の計測
量を検出する複数のセンサーからの計測信号のレベルの
上限および下限を上限・下限監視部により監視して各セ
ンサーの正否を判別し、センサーに異常があった場合に
センサー異常指示を出力し、このセンサー選択指示に基
づいてセンサー選択用切替スイッチを動作し、正常なセ
ンサーの計測信号を外部に出力する装置において、次の
手段を設けたものである。

■　各センサーからの計測信号を所定周期でサンプリン
グし、第１の監視時間における移動平均値、最大変化量
、最大値および最小値を求める第１の時系列データ処理
部。

■　最大変化量の基準値を設定するための最大変化量基
準値設定部。

■　第１の時系列データ処理部からの移動平均値、最大
変化量、最大値および最小値を用い、各センサー間にお
ける移動平均、最大値および最小値の偏差を求め、最大
変化量基準値に対する各センサーの最大変化量の偏差を
求め、さらにこれらノ偏差を用い、予め設定されたメン
バシップ関ｌに基づいてメンバシップ値を求め、予め設
定されたファジィルールに従って各メンバシップ値から
センサー異常を推論してセンサー異常指示を出力する第
１のファジィ推論部。

■　第１の監視時間における移動平均値に基づいて、第
１の監視時間よりも大きな第２の監視時間における移動
平均、最大値時間および最小値時間を求める第２の時系
列データ処理部。

■　第２の監視時間における移動平均の基準値を設定す
るための移動平均設定部。

■　第２の時系列データ処理部からの移動平均、最大値
時間および最小値時間を用い、各センサー間における移
動平均、最大値時間および最小値時間の偏差を求め、移
動平均基準値に対する各センサーの移動平均の偏差を求
め、さらにこれらの偏差を用い、予め設定されたメンパ
ンツブ関数に基づいてメンバシップ値を求め、予め設定
されたファジィルールに従って各メンバシップ値からセ
ンサー異常を推論してセンサー異常指示を出力する第２
のファジィ推論部。

■　上限・下限監視部と第１および第２のファジィ推論
部との少なくともｌっがセンサー異常指示を出力するこ
とにより、該当するセンサー以外のセンサー側に切り替
える旨の切替指示を切替スイッチに出力する切替指示出
力部。

２１作用 本発明によれば、各センサーの計測信号に基づいて各セ
ンサーの正否を判別する手段として、上限・下限監視部
の池に、時系列データに基づいて判別を行う第１および
第２のファジィ推論部を設けている。

第１のファジィ推論部は、第１の時系列データ処理部か
らの、例えば１０分程度の監視時間における時系列デー
タを用いて推論を実行する。

また第２のファジィ推論部は、第２の時系列データ処理
部からの、例えば１時間程度の監視時間における時系列
データを用いて推論を実行する。

これらの正否判別手段のうち、いずれかがセンサーの異
常を判別した場合、切替指示出力部は切替スイッチを動
作して、当該センサー以外のセンサーの計測信号を外部
に出力するようにする。

これにより、計測信号レベル許容範囲の逸脱の判定に加
えて、センサーの経年劣化や部分劣化などによる計測量
精度の低下の判定に基づいて、センサーの切替を行うこ
とが可能となる。

Ｇ、実施例 以下、水処理システムにおいて、センサーを二重化した
装置を例にとって説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るセンサ切替装置の構
成を示す。

センサーＩＡ、ＩＢからの計測信号は、例えばＤＣ４〜
２０ｍＡ程度のレベルに設定されている。

切替スイッチ４は、制御信号に基づいて、センサーＩＡ
、ＩＢからの計測信号の一方を選択して出力端子５から
外部に出力する。

上限・下限監視部２は、センサーＩＡ、ｌ’Ｂからの計
測信号が上限値４ｍＡ、下限値２０ｍＡの範囲であるか
どうかを検出する。切替制御部３は、上限・下限監視部
２の検出結果に基づいて、所定のアルゴリズムにより動
作し、制御信号を出力する。

時系列データ処理部６は、センサーＩＡ、ＩＢからの計
測信号を１分周期でサンプリングし、１０分間における
移動平均Ａ　ＩＱ＋　　ＢＩＧ、最大変化量ΔＡ　ｌｏ
＋　ΔＢ　＋ｏ、最大値ＡＸ、、、ＢＸ、。および最小
値ＡＩ、、、Ｂｌ、ｏを求める。

最大変化量設定部７は、予め最大変化量基準値ΔＳ　１
０が設定されており、この基準値をファジィ推論部８に
出力する。

ファジィ推論部８は、最大変化量基準値ΔＳＩＯを用い
、時系列データ処理部６からの各種データによりファジ
ィ推論を行って、制御信号を出力する。

時系列データ処理部９は、時系列データ処理部６からの
１０分間の移動平均Ａ１゜＋Ｂｌ。によりデータ処理を
行い、１時間における移動平均へ〇。

Ｂｏｏ、最大値時間ＴＡＸ、、、ＴＢＸ、。および最小
値時間Ｔ　Ａ　ｒ　６０＋　Ｔ　Ｂ　Ｉ　ｇｏを求める
。

移動平均設定部ｌＯは、移動平均基準値Δ５ａｏ−ｎが
予め設定されており、この基準値をファジィ推論部ｌｌ
に出力するものである。移動平均基準値ΔＳ　ｆＩＯ−
ｎは、１時間単位で２４個の値が設定されている。

ファジィ推論部１１は、移動平均基準値Δ５８０−ｎ（
ｎ＝０．１〜２３）を基準値とし、時系列データ処理部
９からの各種データを用いてファジィ推論を行い、制御
信号を出力する。

時刻タイミング発生部１２は、時計１３を参照して、移
動平均設定部１０に出力の切替タイミングを通知する。

時刻修正部１４により、時計１３の時刻を修正すること
によってＪ移動平均基準値ΔＳ　ｇｏ−ｎを正確な時刻
で切り替え、ファジィ推論部１１の正確な動作を確保し
ている。

オア回路１５．１６は、切替制御部３およびファジィ推
論部８，１１の制御信号のオアをとり、切替スイッチ４
への制御信号として出力する。

次に、ファジィ推論部８における処理を説明する。

ファジィ推論部８では、現象項目（条件部）として、セ
ンサーＩＡ、ＩＢ間の移動平均偏差Ｈ、、。

最大値偏差ＨＸ、。および最小値偏差ＨＩＩｏを算出す
ると共に、基準値に対する最大変化量の偏差ΔＨＡ、ｏ
ｌ、ｌΔＨＢ　、、１を算出し、これらの値を使用して
現象項目（結論部）ＦＡ、ＦＢを推論する。算出する各
値は、次の式で表される。

Ｈ，、−Ａ、、−Ｂ、　　　　　　　　・　（１）ＨＸ
ＩＯ＝　　ＡＸｌＱ　　ＢＸ＋ｏ’　　　　−・−（２
）Ｈ１＋ｏ　　＝　　ＡＩｔｏ　　ＢＩ＋ｏ　　　　−
（３）ΔＨＡｌｏｌ　　＝　　ｌΔＡ１ｏ−ΔＳ、、ｌ
　　　　・　（４）ΔＨＢ、、ｌ　　＝　　ｌΔＢＩＧ
−ΔＳ　＋ｏｌ　　　　・・・（５）第２図は、メンバ
シップ関数を示す。項目Ｈｌｏ＋ＨＸ、。、Ｈｌ、。に
ついて、ＰＢ（正）、ＺＥ（零）、ＮＢ（負）の３つの
ファジィラベルを設定している。また項目ＩΔＨＡ、ｏ
ｌ、　　）ΔＨＢ、。

ＦＡ、ＦＢについて、ＶＬ（大きい）、Ｍ（普通）、ｖ
Ｓ（小さい〉の３つのファジィラベルを設定している。

そして各ファジィラベルについて、第２図に示すように
、メンバシップ関数を与えている。

各現象項目について、このメンバシップ関数からメンバ
シップ値を求め、 ファジィルールに従っ てファジィ推論を行う。

第１表は、 ファジィ推論部８のルールマトリッ クを示す。

第１表 この表に基づいてファジィルールを記述すると、次のよ
うになる。

Ｉ　　Ｉｆ　Ｈ＋ｏ　１ｓＺＥ、　ＨＸｔｏ　ｉｓＥ　
ＨＩ＋ｏ　ｉｓＺ＆　ｌΔ）ＩＡ＋ｏｊｉｓ　ＶＳ。

ΔＨＢ＋ｏｌ　ｉｓ　ＶＳ、　ＴＨＥＮ　ＦＡ　ｉｓ　
ＶＳ、　ＦＢ　ｉｓ　ＶＳ。

２　１ｒＨ＋ｏ　１ｓＰＢ、　ＨＸｔｏ　１ｓＰＢ、　
ＨＩ＋ｏ　１ｓＰＢ、　ｌΔ１ＩＬｏ１ｉｓ　ＶＳ。

ΔＨＢ、ｏｌ　ｉｓ　ＶＬ　ＩＴＩＥＮ　ＰＡ　ｉｓ　
ＶＳ、　ＦＢ　ｉｓ　ＭＬ。

３　　ＩｆＨｔｏ　１ｓＮＢ、　ｏｘｌＯ１ｓＮＢ、　
ＨＩ＋ｏ　１ｓＮＢ、　ｌΔＨＡ＋ｏｌ　ｉｓ　ＶＩＬ
Δ）ｌＢ、ｏｌ　ｉｓ　ＶＳ、　ＴＩＩＥＮ　ＦＡ　ｉ
ｓ　ＶＬ、　ＦＢ　ｉｓ　ＶＳ。

４　１「Ｈ＋、　ｉｓ１％　ＨＸｔｏ　１ｓＰＢ、　Ｈ
１＋ｏ　１ｓＰＢ、　ｌΔＨＡ、。１ｉｓ　ＶＳ。

ΔｉＢ＋ｏ　ｉｓ　Ｍ、　ＴＨＥＮ　ＦＡ　ｉｓ　Ｖ＆
　ＰＢ　ｉｓ　Ｍ。

５　　Ｉｆ　Ｈｌｏｉｓ　ＮＢ、　ＨＸｌｏ　１８ＮＢ
＋　ＨＩ＋ｏ　Ｉｓ　ＮＢ、　ＩΔＨＡ＋ｏｌ　ｉｓ　
Ｍ。

ΔＨＢ＋ｏｌ　ｉｓ　ＶＳ、　ＴＨＥＮ　ＦＡ　ｉｓ　
Ｍ、　ＦＢ　ｉｓ　ＶＳ。

６　　Ｉｆ　Ｈ＋ｏ　ｉｓ　ＺＦｎ　ｌΔＨＡ１ｏｌ　
ｉｓ　Ｍ＋　ｌΔｔ（Ｂｔｏｌ　ｉｓ　Ｍ。

ＴＨＥＮ　ＦＡ　ｉｓ　Ｌ　ＦＢ　ｉｓ　Ｍ。

７　　Ｉｆ　ｔｈｅ　ｉｓ　ＺＥＩ　ｌΔＨＡ＋ｏｌ　
ｉｓ　ＶＬ、　１ΔＨＢ、、１　ｉｓ　ＭＬＴＨＥＮ　
　ＦＡ　ｉｓ　ＭＬ　ＦＢ　ｉｓ　ＶＬ。

ファジィ推論は、たとえばマムダ二法により実行するこ
とができる。マムダ二法の場合、条件部のメンバシップ
値のうちから最小値を求め、この最小値で結論部のメン
バ／ツブ関数をカットして、その下側部分を求める。そ
して全ルールについて、結論部のメンバシップ関数の下
側部分を重ね合わせて合成関数を求め、この合成関数の
重心を推論値とする。

ファジィ推論部８は、このようにして求めた推論値に基
づいて、制御信号を出力する。ここで、通常時はセンサ
ーＩＡからの計測信号を外部に出力しているものとする
。制御信号は、Ｈ（／＼イ）レベルがセンサーＩＢ側へ
の切替を示し、Ｌ（ロー）レベルがセンサーＩＡ側への
切替を示す。セン＋−ＩＡに異常が認められた場合、フ
ァジィ推論部８は、制御信号Ｈを出力する。

次に、ファジィ推論部１１における処理を説明する。

ファジィ推論部１１では、現象項目（条件部）として、
センサーＩＡ、ＩＢ間の移動平均偏差）ｌｅａ、最大値
時間偏差ｌ　Ｔ　ＨＸ　１１０１および最小値時間偏差
ＩＴＨ１，，ｌを算出すると共に、基準値に対する移動
平均偏差ＩＨＡｏｌ、　１ＨＢｎｌを算出し、これらの
値を使用して現象項目（結論部）ＦＡ。

ＦＢを推論する。算出する各値は、次の式で表される。

Ｈｓｏ　　　＝　　Ａａｏ　　ＢａＯ・・・（６）Ｔｌ
ｌＸｅｏｌ　　＝　　ｌＴＡ’Ｘ、、−ＴＢＸ、、ｌ　
　　　　　・（７）ＴＨ＋、、ｌ　　＝　　ＩＴ＾１ｅ
ａ−ＴＢＩｅｏｌ　　　　　　−（８）１（Ａｎｌ−Ｉ
Ａ、、−５ＩＩＯ＋　　　　　　　　　　−（９）ＨＢ
ｎｌ＝ｌＢ、、−８８，ｌ　　　　　　　　　・　（１
０）こられの項目Ｈａ。、ＩＴ　ＨＸ　ｅｏｌ、ＩＴ　
ＨＩ　５ｏｌＨＡ、０１．　　ｌｌ−１Ｂ６０１につい
ても、ＰＢ（正）、ＺＥ　（零）　、ＮＢ　（負）の３
つのファジィラベル、またはＶＬ（大きい）、Ｍ（普　
通）、ＶＳ（小さい）の３つのファジィラベルを設定し
ている。

そして各ファジィラベルについて、第２図に示すように
、メンバシップ関数を与えている。

第２表は、ファジィ推論部１１のルールマトリックを示
す。（以下余白） 第２表 この表に基づいてファジィルールを記述すると、次のよ
うになる。

１ｆ　Ｌｅｅ　ｉｓ　ＺＥ。

ＩＡ。

ｉｓ　ＶＳ。

Ｂｎ ｉｓ　ＶＳ＋ ＴｌｌＸｅ。

ｉｓ　ＶＳ＋ ＴＩ（１，。

ｉｓ　ＶＳ、　　ＴＩＩＥＮ ＦＡ　ｉｓ　ＶＳ。

ＰＢ　ｉｓ　ＶＳ。

２Ｉｆ　Ｈｅｏ　ｉｓ　ＰＢ、　　ＩＨＡｎｌ　　ｉｓ
　ＶＳ、　　１ｌＢｎｌ　　ｉｓ　ＶＬＴＨＥＮ　　Ｆ
Ａ　ｉｓ　ＶＳ、　ＦＢ　ｉｓ　ＶＬ。

３　　Ｉｆ　Ｈａｏ　ｉｓ　ＮＢ、　　１ＨＡｎｌ　　
ｉｓ　ＶＬ　　ＩＦＩＢｎｌ　　ｉｓ　ＶＳ＋ＴＩＩＥ
Ｎ　　ＦＡ　ｉｓ　ＶＬ　ＦＢ　ｉｓ　ＶＳ。

４　　Ｉｆ　Ｈｅｏ　１ｓＰＢ、　　１ＨＡｎｌ　１ｓ
Ｖｓ、　　ＨＢｎｌ　１ｓｈｌ、　　１ＴＨＸｅｏｌ　
ｉｓＭ。

ＴＨＩａｏ　　ｉｓ　Ｍ、　ＴＨＥＮ　　ＦＡ　ｉｓ　
ＶＳ、　ＦＢ　ｉｓ　Ｍ。

５　　Ｉｆ　Ｈｌｌ（ｌ　ｉｓ　ＮＢ、　　１ＨＡｎｌ
　ｉｓ　Ｍ＋　　１ＨＢｎｌ　ｉｓ　ＶＳ、　１ＴＨＸ
６０１　ｉｓ　Ｍ＋ＴＨ１，ｏ　　ｉｓ　Ｍ、　ＴＨＥ
Ｎ　　ＦＡ　ｉｓ　Ｍ、　ＰＢ　ｉｓ　ＶＳ。

６　　Ｉｆ　ＨＩＩＯｒｓ　Ｅ　　ＩＨＡｎｌ　　ｉｓ
　Ｌ　　ｌｌｌ５ｎｉｓ　Ｍ＋　１ＴＨＸｅｏｌ　　ｉ
ｓ　ｔＴＨｌａｏ　　ｉｓ　Ｍ、　ＴＩＩＥＮ　　ＰＡ
　ｉｓ　Ｍ、　　ＦＢ　ｉｓ　Ｍ。

７　　Ｉｆ　Ｈｅｏ　ｉｓ　ＺＦａ　　１ＨＡｎｌ　ｉ
ｓ　ＶＬｓ　　１ＦＩＢｎｌ　ｉｓ　ＶＩＬＩＴＩ（Ｘ
ｅｏｌ　ｉｓ　ＶＬＴＨｌ、ｏｌ　ｉｓ　ＶＬ　ＴＩＩ
ＥＮ　　ＦＡ　ｉｓ　ＶＬ、　ＦＢ　ｉｓ　ＶＬ。

ファジィ推論部１１は、このファジィルールに従ってフ
ァジィ推論を実行し、得られた推論値に基づいて、制御
信号を出力する。ファジィ推論部８と同様に、センサー
ＩＡに異常か認められた場合、制御信号■４を出力する
。

したがって切替制御部３およびファジィ推論部８．１１
のいずれかが、センサーＩＡの異常を検出し、制御信号
Ｈを出力すると、オア回路１５゜１６が出力する制御信
号がＨレベルとなり、切替スイッチ４がセンサーＩＢ側
に切り替わる。

すなわち上限・下限監視部２および切替制御部３により
、計測信号のレベルが許容範囲を逸脱するかどうかを判
定すると共に、ファジィ推論部８゜１１により、センサ
ーの経年劣化や部分劣化などによる計測量精度が低下し
ているかどうかを判定し、センサーを切り替えることが
できる。

Ｈ１発明の詳細 な説明したように、本発明に係るセンサー切替装置によ
れば、上限・下限監視部により、計測信号のレベルが許
容範囲を逸脱するかどうかを判定すると共に、第１およ
び第２のファジィ推論部により、センサーの経年劣化や
部分劣化などによる計測量精度が低下しているかどうか
を判定し、センサーを切り替えることができる。

したがってセンサーが完全に故障し、計測信号が明らか
に異常なレベルとなる前に、センサーを切り替えること
が可能となり、信頼性が向上する利点がある。

またファジィ制御を導入して、計測量の時系列データの
比較検討を自動することが可能となり、システムの運営
に要するマンパワーを節減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るセンサー切替装置を示
すブロック図、第２図はメンバシップ関数を示す説明図
、第３図は従来のセンサー切替装置を示すブロック図で
ある。 ＩＡ、ＩＢ・・・センサー、２・・・上限・下限監視部
、３・・・切替制御部、４・・・切替スイッチ、６・・
・１分周期の時系列データ処理部、７・・・最大変化量
設定部、８・・・ｌＯ分周期のファジィ推論部、９・・
・１０分周期の時系列データ処理部、１０・・・移動平
均設定部、１１・・・１時間周期のファジィ推論部、１
２・・・時刻タイミング発生部、１５．１６・・・オア
回路。 外２名 第２図 メンバシップ関数 変 数 第３図 従来のセンサー切替装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一の計測量を検出する複数のセンサーからの計
   測信号のレベルの上限および下限を上限・下限監視部に
   より監視して各センサーの正否を判別し、センサーに異
   常があった場合にセンサー異常指示を出力し、このセン
   サー選択指示に基づいてセンサー選択用切替スイッチを
   動作し、正常なセンサーの計測信号を外部に出力する装
   置において、 各センサーからの計測信号を所定周期でサンプリングし
   、第１の監視時間における移動平均値、最大変化量、最
   大値および最小値を求める第１の時系列データ処理部と
   、 最大変化量の基準値を設定するための最大変化量基準値
   設定部と、 第１の時系列データ処理部からの移動平均値、最大変化
   量、最大値および最小値を用い、各センサー間における
   移動平均、最大値および最小値の偏差を求め、最大変化
   量基準値に対する各センサーの最大変化量の偏差を求め
   、さらにこれらの偏差を用い、予め設定されたメンバシ
   ップ関数に基づいてメンバシップ値を求め、予め設定さ
   れたファジィルールに従って各メンバシップ値からセン
   サー異常を推論してセンサー異常指示を出力する第１の
   ファジィ推論部と、 第１の監視時間における移動平均値に基づいて、第１の
   監視時間よりも大きな第２の監視時間における移動平均
   、最大値時間および最小値時間を求める第２の時系列デ
   ータ処理部と、 第２の監視時間における移動平均の基準値を設定するた
   めの移動平均設定部と、 第２の時系列データ処理部からの移動平均、最大値時間
   および最小値時間を用い、各センサー間における移動平
   均、最大値時間および最小値時間の偏差を求め、移動平
   均基準値に対する各センサーの移動平均の偏差を求め、
   さらにこれらの偏差を用い、予め設定されたメンバシッ
   プ関数に基づいてメンバシップ値を求め、予め設定され
   たファジィルールに従って各メンバシップ値からセンサ
   ー異常を推論してセンサー異常指示を出力する第２のフ
   ァジィ推論部と、 上限・下限監視部と第１および第２のファジィ推論部と
   の少なくとも１つがセンサー異常指示を出力することに
   より、該当するセンサー以外のセンサー側に切り替える
   旨の切替指示を切替スイッチに出力する切替指示出力部
   と を設けたことを特徴とするセンサー切替装置。