JPH0540517A - 制御系の故障診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】制御系が故障に至った状態で初めてその故障を
知るのではなく、制御の過程において制御系の故障をつ
ねに自動で診断する。 【構成】基準となるプロセス制御の制御開始時点から制
御終了までの所要時間およびそのプロセスの応答傾向を
記憶しておき、次に制御系の以後のプロセス制御におけ
る所要時間とプロセス応答傾向を、先に記憶しておいた
データと比較し、その値が所定の許容範囲を越えている
ばあいに、制御系のある部分に異常が生じているものと
判断するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は制御系とくに経年変化
の可能性のある制御系における故障を発見する診断方法
に関し、炉の制御システムや電気炊飯器に適用すること
が可能である。

【０００２】

【従来の技術】従来制御系とくに経年変化の可能性を有
する制御系たとえば炉の制御システムにおいては、使用
の経過につれて、熱電対の特性が悪化したり、ヒーター
が劣化することがある。また電気炊飯器においては発熱
体の断線や保温性が低下したりすることがある。このよ
うな支障を回避するために従来は経験的に、対象となる
装置の使用時間によって、必要な部品を交換している。
しかしそれらの部品にはもともとばらつきがあり、一概
にそれらの寿命を決定することができない。それにもか
かわらず、まだ使用できる部品を廃棄したり、すでに寿
命に達している部品を使い続けるということがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は部品の寿命を経験から一律に決定するとそ
れ自体ばらつきがあるので、実際にはまだかなりの時間
にわたって使用できるのに捨てなければならないばあい
があり、また逆にすでに寿命が来ているのに所定の時間
に達していないために交換しないで、そのまま使用する
ことにより、制御系全体の故障に至るという問題が生じ
ることである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明における制御系
の故障診断方法はまず、基準となるプロセス制御の制御
開始時点から制御終了までの所要時間およびそのプロセ
スの応答傾向を記憶しておき、次に制御系の以後のプロ
セス制御における所要時間とプロセス応答傾向を、先に
記憶しておいたデータと比較し、その値が所定の許容範
囲を越えているばあいに、制御系のある部分に異常が生
じているものと判断するものである。

【０００５】

【作用】制御が通常と異なるばあいには制御の開始時点
から制御終了までの所要時間とプロセスの応答傾向が、
すでに記憶されているデータと比較され、その値が所定
の許容範囲を越えていることがわかる。これによって制
御系に何らかの異常があることが判断される。

【０００６】

【実施例】以下この発明の制御系における故障診断方法
について、図１〜図４を参照して説明する。最初に図１
に示す特性記憶モードにおいて制御系の特性を記憶す
る。 ステップ１ まず、制御系の特性測定の指示により、この特性測定の
モードに入る。このモードにおいては異常診断の基準と
なる系の特性を測定する。

【０００７】ステップ２ 測定開始時のプロセス値ＰＶ、プロセス値ＰＶの傾き、
時刻、設定値（ＳＰ値）を記憶する。これらの値は異常
診断モードで系の測定を行なうとき、同じ条件で測定し
ているかを診断するためのデータとなる。

【０００８】ここで測定条件が同一であるかどうかの必
要性はつぎのとおりである。すなわちプロセス値ＰＶた
とえば温度に関しては、同じ系であっても、違う温度領
域では特性が全く違うばあいがあるからである。

【０００９】またプロセス値ＰＶの傾きに関しては、図
２において、仮に、同図（ロ）に示すように、異常診断
モードで、プロセス値ＰＶ２と目標値ＳＰ２が同図
（イ）に示す特性記憶モードのプロセス値ＰＶ１と目標
値ＳＰ１と一致したとする。ただしＳＰ＞ＰＶとする。
このとき、系の傾きが、記憶時は上昇方向であったと
し、診断時は、下降方向であったとする。このばあいに
は記憶モード時の測定時間Ｔ１と故障診断時の測定時間
Ｔ２との間に大きな違い（Ｔ１＜Ｔ２）が測定され、系
は安定していたにもかかわらず、異常と診断してしま
う。そこでその系が異常であると診断されるのを防ぐ必
要がある。

【００１０】さらに目標値ＳＰが違うと当然、その目標
値に到達する時間に差が出てくるので、これを防ぐ必要
がある。たとえば図３において、同図（イ）に示すよう
に記憶時の目標値ＳＰ１と同図（ロ）に示す故障診断時
の目標値ＳＰ２が異なるときには記憶時の目標値ＳＰ１
に到達する時間Ｔ１と故障診断時の目標値ＳＰ２に到達
する時間Ｔ２との間に差が出てくる（Ｔ１＜Ｔ２）から
である。 ステップ３

【００１１】プロセス値ＰＶと目標値ＳＰとがＰＶ≧Ｓ
Ｐとなった時点で計測を終了する。

【００１２】ステップ４ 現在時刻ＴＭＥと開始時刻ＴＭＳより、所要時間ＴＴＳ
を算出し、これを記述する。つぎに図４を参照して制御
系の異常診断モードのアルゴリズムについて説明する。
まず現在の各値（プロセス値、ＰＶの傾き、ＳＰ値）Ｉ
で記憶した値に近いかどうかを判断する。各値の許容誤
差範囲は系の特性に合わせて、設定される。

【００１３】ステップ５ 異常診断モードに移行する。

【００１４】ステップ６ 現在のプロセス値ＴＴＳは記憶モードで記憶した値に近
いかどうかを判断する。すなわち許容しうるプロセス誤
差の範囲ＴＥＲにあるかどうかを判断する。ここで許容
しうるプロセス誤差の範囲にないばあいには 異常診断
モードを終了する。現在のプロセス値ＴＴＳが許容しう
るプロセス誤差の範囲にあるばあいにはつぎのステップ
に進む。

【００１５】ステップ７ 現在のプロセス値ＰＶの傾きが記憶モードで記憶した値
に近いかどうかを判断する。すなわち現在のプロセス値
ＰＶの傾きＰＶＶＳは許容しうる誤差ＰＶＶＥＲの範囲
にあるかどうかを判断する。ここで現在のプロセス値Ｐ
Ｖの傾きＰＶＶＳは許容しうる誤差ＰＶＶＥＲの範囲に
ないばあいには異常診断モードを終了する。現在のプロ
セス値ＰＶの傾きＰＶＶＳが許容しうる誤差ＰＶＶＥＲ
の範囲にあるばあいにはつぎのステップに進む。

【００１６】ステップ８ 現在のプロセス値ＰＶの値が記憶モードで記憶した値に
近いかどうかを判断する。すなわち現在のプロセス値Ｐ
Ｖの値ＰＶＳは許容しうる誤差ＰＶＥＲの範囲にあるか
どうかを判断する。ここで現在のプロセス値ＰＶの値Ｐ
ＶＳは許容しうる誤差ＰＶＥＲの範囲にないばあいには
異常診断モードを終了する。現在のプロセス値ＰＶの傾
きＰＶＳが許容しうる誤差ＰＶＥＲの範囲にあるばあい
にはつぎのステップに進む。

【００１７】ステップ９ 現在の設定値ＳＰＳが記憶モードで記憶した値に近いか
どうかを判断する。すなわち現在の設定値ＳＰＳが許容
しうる誤差ＳＰＥＲの範囲にあるかどうかを判断する。
ここで現在の設定値ＳＰＳは許容しうる誤差ＳＰＥＲの
範囲にないばあいには異常診断モードを終了する。現在
の設定値ＳＰＳが許容しうる誤差ＳＰＥＲの範囲にある
ばあいにはつぎのステップに進む。

【００１８】ステップ１０ ステップ６〜９の診断開始条件が整ったら、開始時刻を
記憶する。

【００１９】ステップ１１ プロセス値ＰＶが、今回設定した設定値ＳＰＳを越える
か越えないかを判断する。ここで越えてないばあいには
その判断を繰り返すが、越えているばあいにはつぎのス
テップに進む。

【００２０】ステップ１２ 現在時刻と、異常診断開始時刻ＴＴＳから、所要時間Ｔ
ＴＮを算出する。

【００２１】ステップ１３ 異常診断開始時刻ＴＴＳと、所要時間ＴＴＮから変動誤
差ＲＥを式ＲＥ＝（ＴＴＳ−ＴＴＮ）／ＴＴＳにしたが
って算出する。

【００２２】ステップ１４ 変動誤差ＲＥがあらかじめ設定してある所要時間の許容
誤差範囲±ＲＥＧ以内であるかどうかを判断する。ここ
でその範囲にあるばあいには制御系に異常がないものと
して異常診断モードを終了する。もしその範囲内にない
ばあいにはつぎのステップに進む。

【００２３】ステップ１５ 変動誤差ＲＥがあらかじめ設定してある許容誤差範囲±
ＲＥＧ以内でないので制御系に異常があるものとして警
告を出力する。

【００２４】つぎにこの発明の故障診断方法をプラント
の加熱炉に適用したばあいについて説明する。すなわち
図５において、制御対象１すなわち炉内には温度センサ
ー２が設けられる。この温度センサーはたとえば熱電対
により構成され、その出力端は増幅器３に接続される。
そしてこの増幅器の出力端は温度制御部４および異常診
断部５に接続される。さらに異常診断部５には異常時出
力端６が設けられ、この出力端を介して警告表示器７が
接続される。また温度制御部４と異常診断部５とは機能
的に接続される。一方温度制御部４の出力端には増幅器
９が接続され、さらにこの増幅器の出力端にはヒーター
１０が接続される。なおこのヒーターは言うまでもな
く、制御対象１すなわち炉内に配設される。

【００２５】そしてこの図における制御系はプラント１
の温度を任意の設定温度ＳＰに保つのがその制御の目的
である。 ステップ１ まず、プラント１の温度を温度センサ２で測定する。 ステップ２ 増幅器３を通して温度センサ２の出力を所望の値に増幅
する。 ステップ３ 温度制御部４に目標値ＳＰを入力する。

【００２６】ステップ４ 設定された目標値ＳＰと比較して、偏差があれば制御出
力１１を出す。 ステップ５ 制御出力１１は増幅器９で増幅されてヒーター１０に供
給される。 ステップ６ ヒーター１０は制御出力１１により制御され、プラント
１すなわち炉内の温度は設定値ＳＰに保たれる。

【００２７】ステップ７ このとき異常診断部５にもプロセス値ＰＶが入力され、
特性記憶がなされる。 ステップ８ つぎにプラント１が再起動されると、温度センサ２によ
ってプラント１の現在の温度が測定されるとともに、そ
の温度の誤差が許容範囲にあるかどうかチェックされ
る。 ステップ９ つぎにプロセス値の傾きが取り込まれ、この値はすでに
記憶されているプロセス値の値と比較され、その傾きの
誤差が許容範囲にあるかどうか判断される。

【００２８】ステップ１０ つづいてプロセス値の誤差が許容範囲にあるか否か判断
される。 ステップ１１ つぎに設定値がすでに記憶されている設定値と比較さ
れ、その値の誤差が許容範囲にあるか否か判断される。 ステップ１２ ステップ８〜１１の条件がすべて満たされると、故障の
診断が開始される。すなわち異常診断モードを開始した
時刻が取り込まれる。

【００２９】ステップ１３ そしてプロセス値が、設定された設定値を越えているか
どうか判断される。 ステップ１４ 現在時刻と、異常診断開始時刻から、所要時間を算出す
る。 ステップ１５ 異常診断開始時刻と、所要時間から変動誤差を所定の式
にしたがって算出する。

【００３０】ステップ１６ 変動誤差があらかじめ設定してある所要時間の許容誤差
範囲内であるかどうかを判断する。 ステップ１７ 変動誤差があらかじめ設定してある許容誤差範囲を越え
ているばあいには制御系に異常があるものとして警告が
出力される。

【００３１】

【発明の効果】上述のようにこの発明における制御系に
おける故障診断方法は上述のように基準となる制御の開
始から終了までの時間を計測するとともに計測開始条件
を格納する特性記憶モードと通常制御時に計測開始条件
とプロセス値の設定値に到達する時間とを特性記憶モー
ドのかく値と比較し、その所要時間が許容範囲を越えて
いるときに異常信号を発する異常診断モードとから構成
されているので、制御の過程において制御系の故障をつ
ねに自動で診断することができ、したがって制御系の構
成部品を一定の使用時間経過後に一律に交換する必要は
なく、その構成部品の寿命のばらつきに追随することが
できるので、資源を有効に利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の制御系における故障診断方法の特性
記憶モードの流れ図である。

【図２】この発明の制御系における故障診断方法の特性
図で、（イ）は特性記憶モードにおける特性図、（ロ）
は異常診断モードにおける特性図である。

【図３】この発明の制御系における故障診断方法の設定
値にいたる時間の特性図で、（イ）は特性記憶モードに
おける時間の特性図、（ロ）は異常診断モードにおける
時間の特性図である。

【図４】この発明の制御系における故障診断方法の異常
診断モードの流れ図である。

【図５】この発明の制御系における故障診断方法をプラ
ントの温度制御装置に適用した状態の構成図である。

【符号の説明】

１ 制御対象 ２ 温度センサー ３ 増幅器 ４ 温度制御部 ５ 異常診断部 ６ 異常時出力端 ７ 警告表示器 ９ 増幅器 １０ ヒーター １１ 制御出力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 制御系において基準となるプロセス制御
   の制御開始時点から制御終了までの所要時間およびその
   プロセスの応答傾向を記憶するとともに、上記制御系の
   以後のプロセス制御における所要時間とプロセス応答傾
   向を上記基準となるプロセス制御の所要時間とプロセス
   応答傾向とを比較し、その値が所定の許容範囲を越えて
   いるばあいに、上記制御系に異常があるものと判断する
   ことを特徴とする制御系の故障診断方法。