JPH071222B2 - プロセス状態解析方式 - Google Patents

プロセス状態解析方式

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JPH071222B2
JPH071222B2 JP3036113A JP3611391A JPH071222B2 JP H071222 B2 JPH071222 B2 JP H071222B2 JP 3036113 A JP3036113 A JP 3036113A JP 3611391 A JP3611391 A JP 3611391A JP H071222 B2 JPH071222 B2 JP H071222B2
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聡 大石
幸一 川口
和夫 小山
賢二 中村
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Tokyo Gas Co Ltd
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Hitachi Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大量の時系列データを
利用して、プロセス状態解析を行なう解析手法に係り、
特に波形状態の一種であるハンチングの有無とその発散
・収束の情報を得るに好適なプロセス状態解析方式に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来のプロセス状態解析方式において
は、図17に示すように、プロセスデータを入出力する
プロセスデータ入出力装置1と、プロセスデータを記憶
しプラントを制御及び監視する情報を演算する電子計算
機20と、この情報とプロセスデータとを表示する表示
手段(CRT)21と、表示手段21を経由して演算に
用いる情報を入力する入力手段(マンマシン機構)3と
よりなり、数値解析手法であるFFT(Fast Fouri−
er Transform)を用ることにより、時系列データをグ
ラフに表現した時の波形の主成分周波数と、その周波数
における振幅とを解析結果として得ていた。
【0003】知識処理システムやインテリジェントアラ
ームシステムを実現しようとする場合、次のような問題
があげられる。
【0004】従来から人間(オペレータ)の直感や経験
によって判断していた状態把握、例えば、オペレータが
記録計のトレンドチャート紙の印字状況や、計算機シス
テムのCRT等に表示されるトレンドグラフの波形を参
照して、現在や過去の状況がどのような状態であるかを
判断する。例えば「このトレンドは上昇している」、
「このトレンドは急降下している」、「波形がハンチン
グしている」、「波形が発散状態でハンチングしてい
る」等と言うように技術用語や専門用語で表現される状
態変数に置き換えて判断結果を出すのである。
【0005】このように、知識処理システムやインテリ
ジェントアラームシステムを実現しようとする場合、計
算機システム内に蓄えられている時系列データ(数値デ
ータ)を上記のような状態変数に置換する処理、特にハ
ンチングを理解する必要については、最適な処理方法が
なかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来のプロセス状態解
析方式にあっては、知識処理システムやインテリジェン
トアラームシステムを実現しようとする場合、オペレー
タがトレンドグラフを経験的によって判断し、状態把握
を行なっており、プロセス状態のハンチングを理解する
最適な処理方法がないという問題点があった。
【0007】本発明の目的は、特に「ハンチング」と呼
ばれる周期的に変動または不規則に動揺する現象にある
時系列な数値データを、数値解析処理によってその特徴
を抽出することのできるプロセス状態解析方式を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係るプロセス状態解析方式は、プラントの
プロセスデータを入出するプロセスデータ入出力装置
と、プロセスデータを記憶しかつ演算してプラントを制
御及び監視する電子計算機と、この演算結果とプロセス
データとを表示する表示手段と、演算に用いる情報を入
力する入力手段とよりなるプロセス状態解析方式におい
て、電子計算機は、プロセスデータの時系列データを重
複時間帯を持たせて複数分割し、分割したそれぞれの時
系列データをFFT解析し、その解析結果によりハンチ
ングの状態を判断する解析手段を備えている構成とす
る。
【0009】そして解析手段は、分割数Nに1を加算し
たN+1回のFFT解析を行ない、第1回のFFT解析
をすべての時系列データに行なってハンチングの有無を
判断する構成でもよい。
【0010】また、解析手段は、それぞれのFFT解析
結果を一次回帰処理し、ハンチングの状態を発散傾向、
収束傾向又は安定状態の状態変数に置き換える構成であ
る。
【0011】さらに表示手段は、それぞれの状態変数
を、表示又は印字で出力する手段であるものとする。
【0012】そして、解析手段は、FFT解析を周期的
に実行し、それぞれのFFT解析結果を一次回帰処理
し、将来のハンチングの状態を予測する構成でもよい。
【0013】また表示手段は、マンマシン機構とCRT
よりなり、マンマシン機構を経由して状態変数がCRT
に表示される構成でもよい。
【0014】
【作用】本発明のプロセス状態解析方式によれば、電子
計算機に設けたヒストリカルデータベースは、プロセス
データをはじめとする様々なデータを時系列的に時々刻
々と収集しデータベースに蓄えておき、データベースア
クセス機構は、そのデータベースへのアクセス管理を行
なう。
【0015】マンマシン機構(入力手段)や他プログラ
ムから、プロセス解析機構を起動する情報(データ名
称、解析データ収集開始時刻、解析データ個数、ハンチ
ング条件各種規定値等)を与えることによって、指定さ
れた条件のもとで解析が行なわれる。
【0016】また、解析結果は状態変数としてハンチン
グ「有/無」有りの場合は、「発散/収束/安定」とい
う文字が日本語表示され、状態変数を管理コードでも出
力される。
【0017】プロセス状態解析機構(解析手段)は、
ヒストリカルデータ収集処理、FTT実行処理、時
系列データ分割処理、一次回帰処理、状態変数変換
処理を行なう。
【0018】ヒストリカルデータ収集処理 起動情報として与えられた解析データ収集開始時刻と、
データ数よりターゲットになるヒストリカルデータとを
データベースアクセス機構を通して収集する。解析デー
タ収集開始時刻は、絶対時刻と相対時刻のどちらでも指
定可能である。
【0019】FTT実行処理 本処理は、によって収集した時系列データを周波数系
列データに変換する。
【0020】時系列データ分割処理 本処理は、ハンチングの詳細情報を得るための前処理と
して、によって収集した時系列データを分割する。
【0021】分割方法はランニングスペクトルとなるよ
うに行ない、FTT実行後の最大振幅値に時間的要素が
付加される。
【0022】一次回帰処理 分割した時系列データを用い、それぞれFFTを実施
し、それぞれの結果を求める。この時分割数分の最大振
幅値を時系列的に並べ、一次回帰処理を行なう。
【0023】状態変数変換処理 で得られる近似直線の傾きにより、オペレータが用い
ていた状態変数に置き換える処理を行なう。
【0024】
【実施例】本発明を用いたそれぞれの実施例を図面を参
照しながら説明する。
【0025】実施例1;インテリジェントアラーム 本実施例は、プロセス制御システムにおいてプロセスア
ラームを従来の計器レベルのHigh Error,Low Erro
r,偏差Err−or及び変化率Errorに加え、プロセス監
視処理によるプロセス傾向アラーム及びプロセス予測ア
ラームが該当する。
【0026】プロセス傾向アラームは、本発明であるハ
ンチング状態解析処理やトレンド状態解析処理、相関状
態解析処理、ステップ状態解析処理及びパルス状態解析
処理等を用い、プロセス監視処理のパトロールによっ
て、予め指定されていたプロセス変数(Tag)に対し
て、「ハンチングが発生しています」、「トレンド状態
が急上昇で推移しています」、「トレンド状態が緩やか
な下降で推移しています」等、瞬時値レベルのアラーム
警報から過去データを加味したアラーム警報の出力が可
能になる。
【0027】本実施例は、図1に示すようにプロセスデ
ータ入出力装置1と、データ収集機構2と、マンマシン
機構3と、プロセス制御処理機構4と、プラントデータ
ベース5と、ヒストリカルデータベース6と、データベ
ースアクセス機構7と、パトロール監視機構8と、プロ
セス状態解析機構9とより構成される。
【0028】対象プラントにおける各種センサは、プロ
セス入出力装置1を介してデータ収集機構2によってデ
ータ収集され、プラントデータベース5に書き込まれ
る。プラントデータベース5のデータは、周期的にヒス
トリカルデータベース6に移され、ヒストリカルデータ
として長期間保存される。プラントデータベース5の内
容やヒストリカルデータベース6の内容は、マンマシン
機構3を経由して、容易に参照することができる。プロ
セス制御処理機構4は、収集されたプロセスデータに演
算処理を行ないデータ加工を行なう。また、データによ
ってはプロセス入出力装置1を経由して、対象プラント
に出力されるものもある。プロセス制御処理機構4で
は、収集したプロセスデータの合理性チェック等も実施
しており、この時、プロセスデータが測定レンジ範囲内
にあるか、プロセスデータがアラーム警報出力設定値を
越えているかをチェックするため、プロセスデータと前
回収集したプロセスデータとの偏差や変化率を算出し、
それぞれがアラーム警報出力設定値を越えているか等、
様々なチェックの実施結果によってアラーム警報をマン
マシン機構3に出力しCRT21に表示する。
【0029】プロセス状態解析機構(解析手段)には前
述の各種解析処理が格納されている。 パトロール監視
機構8は、予め登録されているプロセス変数(Tag)を
管理し、周期的にプロセス状態解析機構9に実行要求を
出すスケジューリングを行ない、各種状態解析処理を実
行させ、解析結果を得て、その結果をアラーム警報とし
てマンマシン機構3の1つであるグラフィックCRT2
1に表示出力する。
【0030】これらの機構が動作することにより、従来
のアラームにはない情報をオペレータに対して、警報と
いう形で情報提供できる。
【0031】次にプロセス状態解析機構(解析手段)に
格納されているそれぞれの解析処理について図2〜図8
を参照しながら説明する。
【0032】プロセスの「ハンチング」の状態を判断す
るには、与えられた時系列データが周期的要素を持って
変動しているか、さらにはその変動の状態が発散傾向、
収束傾向又は安定傾向を持っているかについて解析する
必要がある。
【0033】周期的要素の変動については、与えられた
時系列データをFFT処理し数値解析処理により判断す
ることが可能である。
【0034】図2にf(t)で示されるN個の時系列デ
ータf(0),f(1),f(2)……f(N−1)に
対するフーリエ変換は、(1)式で表わされる。
【0035】
【数1】
【0036】この値をcooley−Tukeyのアル
ゴリズムによって求めることによって、時系列データf
(t)は周波数系列データA(f)に変換される。この
処理結果に基づいてA(0)を直流成分、A(f)の最
大値(max(A(f)))を最大振幅値、max(A
(f))である最大振幅値となるfを卓越周波数とす
る。直流成分と最大振幅値との比率max(A(f))/
0が規定値より大きい場合を「ハンチング有」状態と
する。
【0037】
【数2】
【0038】C=規定値 云い換えると、与えられた時系列データは様々な周波数
形の合成波と考えることができ、この合成波のベースと
なる直流成分値と合成波のうち、最も振幅の大きい波形
を比較し、この比較結果により「ハンチング有」の状態
か否かを決定する。
【0039】次に「ハンチング」の変動状態の解析は、
与えられた時系列データをN分割し、この分割後のN個
の時系列データをそれぞれFFT処理し、分割FFTを
行なう。 ここでは、分割数Nは2以上と規定し、分割
される時系列データは、図3〜図5に示すように分割す
るものとする。分割手段は同図の例に限らないが、基本
的には時系列データが他の時系列データと、重複する部
分(重複時間帯)を有することが重要である。分割数N
の決定は任意であるが、分割数Nが増大すると解析結果
の精度が向上する。しかし、精度の向上は、解析結果の
出力までの計算処理時間に比例するため、計算処理時間
を確保しかつある程度の精度を得るようにする必要があ
り、本実施例では分割数N=3で実施した。
【0040】時系列データをN分割した後、それぞれの
時系列データに対してFFT処理を実行する。得られた
計算結果を{A1011、max(A1(f1))、f1}、
{A202)、max(A2(f2))、f2}、
{A303)、max(A3(f3))、f3}…とする。
【0041】A(0x)はX番目の時系列データのFF
T処理結果の直流成分であり、max(A(fx))は、
X番目の時系列データのFFT処理結果の最大振幅値、
fxは、X番目の時系列データのFFT処理結果のma
x(A(f0))、f0を得る卓越周波数(最大周波数)で
ある。
【0042】このN個の解析結果は、これらの並びもま
た時系列に変化するデータと考えることができる。
【0043】ただし、この{A(0x)、max(A(f
x))、fx}の決定方法は、分割前に行った処理結果
を{A(00)、max(A(f0))、f0}としたとき、
分割後の個々の処理結果は、{A100)、max(A
1(f0))、f0}、{A2(00)、max(A2(f0))、
0}、{A3(00)、max(A3(f0))、f0}となる
ようなデータを求めるものである。
【0044】第2図において、の結果は次のように
なる。
【0045】分割前に行なった結果を{A0,Am,
fm}としたとき、分割後の個々の処理結果は、
{(A1(f0))、a1,fm}、{(A2(f0))、a2,f
m}、{(A3(f0))、a3,fm}となる。
【0046】このことは、で求めた最大振幅値を有す
る卓越周波数に注目し、分割後のN個の時系列データに
おける卓越周波数に対する最大振幅値の推移を見ていく
ものである。
【0047】この最大振幅値を時系列的に並べ一次回帰
処理を行なうことにより、横軸tに対する最大振幅値の
変化を直線Lで近似し、「変動している場合、その状態
についての詳細情報」を求めることが可能となる。
【0048】一般的に、近似した直線Lの傾きαが、0
近傍、0近傍を除く正の値、又は0近傍を除く負の値に
区分することができ、 0近傍……安定状態 0近傍を除く正の値……発散傾向 0近傍を除く負の値……収束傾向 にそれぞれ対応することができる。
【0049】0近傍などの具体的かつ正確な数値につい
ては、対象プロセス及びデータ種別などに応じて、設計
知識などを加味して決定する必要がある。
【0050】本処理は、時系列データの分割数Nにさら
に1回を加えたN+1回のFFT処理と、1回の1次回
帰処理とから成り立っている。すなわち、第1回目の分
割前のすべての時系列データに対するFFT処理で「ハ
ンチングの有無」を判断し、残りのN回のFFT処理
と、1回の1次回帰処理によって「ハンチングの詳細情
報(発散、収束、安定)」を判断する。
【0051】発散傾向とは図6に示すように、時間的経
過に伴って波形の振幅が大きくなっていく状態をさす。
【0052】収束傾向とは図7に示すように、時間的経
過に伴って波形の振幅が小さくなっていく状態をさす。
【0053】安定状態とは図8に示すように、時間的経
過に伴って波形の振幅が変動せず、安定した波形が出力
される状態をさす。(プロセスにおいて、この状態を安
定であるとは云わないが、ここでは、安定という用語を
用いた。)このように、波形の形状を状態変数である
「発散」、「収束」、「安定」という用語に置き換える
ことにより、オペレータが通常使用している用語とし
て、メッセージ、オペレーションガイド又は電報等で出
力する計算機システムが実現可能となる。
【0054】図9は、前記の解析処理のフローを示すフ
ローチャートである。
【0055】実施例2;知識処理システム 本実施例は、プロセス制御システムに知識処理機構を付
加したシステムにおいて、知識処理機構内で実行される
推論内で、本発明であるプロセス状態解析機構9によっ
て得られる結果を推論データとして使用できるようにし
たものである、推論にてオペレータが使用している言語
(状態変数)をそのまま利用することが可能になる。
【0056】実際のルール記述においては、 と言う表現が可能になるため、オペレータが通常考えて
いる表現をそのまま用いることができ、知識整理、ルー
ル入力及び保守が、従来の表現に比べて効率的になる。
【0057】本実施例は、図10に示すように、プロセ
スデータ入出力装置1と、データ収集機構2と、マンマ
シン機構3と、プロセス制御処理機構4と、プラントデ
ータベース5と、ヒストリカルデータベース6と、デー
タベース機構7と、推論機構10と、知識データベース
11と、プロセス状態解析機構9とより構成される。
【0058】対象プラントにおける各種センサは、プロ
セス入出力装置1を経由してデータ収集機構2によって
データ収集され、プラントデータベース5に書き込まれ
る。また、これ以外には、他計算機システムから図示し
ないデータ通信装置を経由して収集したデータを、プラ
ントデータベース5に書き込む場合も同様である。プラ
ントデータベース5のデータは周期的にヒストリカルデ
ータベース6に移され、ヒストリカルデータとして長期
保存される。プラントデータベース5の内容やヒストリ
カルデータベース6の内容は、マンマシン機構3を経由
して、容易に参照することができる。プロセス制御処理
機構4は、収集されたプロセスデータに演算処理を行な
いデータ加工を行なう。またデータによってはプロセス
入出力装置1を経由して、対象プラントに出力されるも
のもある。知識データベース11にはIF……THEN
……形式で記述されたプロダクションルールが登録され
ており、推論機構10によって知識データベース11に
登録されたプロダクションルールが実行される。ルール
が実行された場合、ルール中のTHEN部にプロセス状
態解析機構9への実行要求マクロ名称が記述されている
時、ルールが実行されることによってプロセス状態解析
機構9へ実行要求がかかる。この要求によって、プロセ
ス状態解析機構9が各種状態解析結果を行なう。解析処
理結果は、知識データベース11の事実形知識を取扱う
フレームに反映される。反映した状態において、前述の
状態変数で表現したルールが実行されることになる。
【0059】マンマシン機構3では、推論で実行された
状態解析処理結果を参照することができる。
【0060】実施例3;プロセス予測 図1に示す構成を有するシステムにおいて、図9に示す
処理を拡張することにより、予測処理が可能となり、オ
ペレータに将来のプロセスデータの推移(予測結果)を
知らせることができる。
【0061】すなわち、図9における処理結果であるα
を図1に示すヒストリカルデータベース6に逐次蓄える
ことにより、ハンチング傾向状態の時系列データが生成
される。この時系列データをさらに一次回帰処理し、図
11に示す近似直線Mを求めることにより、長期的なハ
ンチング傾向遷移をとらえることができる。すなわち、
図11に示すt1を現在時刻とすると、一次回帰処理結
果の近似直線Mを延長することにより、将来の時刻にお
けるαを予測することが可能となる。
【0062】実施例4;CRT表示画面 前記処理結果のCRT表示画面の画面例を、図12〜図
16を参照しながら説明する。
【0063】図12の画面例1は、プロセス状態解析結
果をオペレータに知らせるアラームメッセージ出力を示
し、一般画面出力エリアの上端にアラームメッセージ出
力エリアが設けられている。
【0064】図13の画面例3は、プロセス状態解析実
行画面を示す。プロセス状態解析実行をCRTから要求
する画面であって、解析する時間と種別とを入力し、実
行後は画面例3に展開する。画面例3は、プロセス状態
解析結果表示画面を示す。プロセス状態解析の実行結果
として発散、収束、安定を表示し、さらに用いた時系列
データをグラフとして表示する。画面例4はマルチウイ
ンドによる画面2,3を組合せた表示を示し、プロセス
状態解析で使用される内部データを詳細情報として表示
する。
【0065】図14の画面例5は、プロセス状態解析機
構を用いたプロセス予測アラーム(インテリジェントア
ラーム)画面を示す。プロセス状態解析を常時起動し、
プロセス状態が上昇中であることを表示するが、ハンチ
ングがある場合、発散、収束、安定を表示する。
【0066】図15の画面例6は、プロセス状態解析機
構を用いたn分後警報(インテリジェントアラーム)出
力Tag一覧画面を示す。プロセス状態解析結果より、
n分経過後の状態を表示するが、トレンド状態が上昇傾
向にあって、例えば5分後に上限警報値を越えてしまう
プロセスデータ名を表示している。
【0067】図16の画面例7は、プロセス状態解析機
構を用いた相関チェック結果(インテリジェントアラー
ム)出力画面を示す。画面例6と同様であるが、プロセ
ス状態解析に相関処理を適用した場合、プロセスデータ
名を表示している。
【0068】
【発明の効果】本発明のプロセス状態解析方式によれ
ば、プロセス状態把握を計算機による自動処理化が図
れ、オペレータが記憶している表現と同じ表現で表示が
可能であるため理解されやすい。
【0069】そして、プロセスアラームが検出できるた
め、プロセス状態把握する時、将来の挙動変化の予測が
できる。
【0070】また知識処理に状態把握機能を持たせるこ
とができるため、長期的な挙動状況が把握可能となり、
ハンチングのゆっくりとした挙動もとらえることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を示す構成図である。
【図2】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図3】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図4】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図5】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図6】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図7】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図8】本発明のハンチング状態解析処理を説明する図
である。
【図9】第2図〜第9図の解析処理を示すフローチャー
トである。
【図10】本発明の実施例2を示す構成図である。
【図11】本発明の実施例3を示す構成図である。
【図12】本発明の実施例4を示す画面例の図である。
【図13】本発明の実施例4を示す画面例の図である。
【図14】本発明の実施例4を示す画面例の図である。
【図15】本発明の実施例4を示す画面例の図である。
【図16】本発明の実施例4を示す画面例の図である。
【図17】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
1 プロセス入出力装置 3 マンマシン機構(入力手段) 9 プロセス状態解析機構(解析手段) 20 電子計算機 21 CRT(表示手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小山 和夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町1−7−7 東京瓦斯株式会社 生産技術センター内 (72)発明者 中村 賢二 神奈川県横浜市鶴見区末広町1−7−7 東京瓦斯株式会社 生産技術センター内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プラントのプロセスデータを入出するプ
    ロセスデータ入出力装置と、前記プロセスデータを記憶
    しかつ演算して前記プラントを制御及び監視する電子計
    算機と、この演算結果と前記プロセスデータとを表示す
    る表示手段と、前記演算に用いる情報を入力する入力手
    段とよりなるプロセス状態解析方式において、前記電子
    計算機は、前記プロセスデータの時系列データを重複時
    間帯を持たせて複数分割し、分割したそれぞれの時系列
    データをFFT解析し、その解析結果によりハンチング
    の状態を判断する解析手段を備えていることを特徴とす
    るプロセス状態解析方式。
  2. 【請求項2】 解析手段は、分割数Nに1を加算したN
    +1回のFFT解析を行ない、第1回のFFT解析をす
    べての時系列データに行なってハンチングの有無を判断
    することを特徴とする請求項1記載のプロセス状態解析
    方式。
  3. 【請求項3】 解析手段は、それぞれのFFT解析結果
    を一次回帰処理し、ハンチングの状態を発散傾向、収束
    傾向又は安定状態の状態変数に置き換えることを特徴と
    する請求項1又は2記載のプロセス状態解析方式。
  4. 【請求項4】 表示手段は、それぞれの状態変数を、表
    示又は印字で出力する手段であることを特徴とする請求
    項1記載のプロセス状態解析方式。
  5. 【請求項5】 解析手段は、FFT解析を周期的に実行
    し、それぞれのFFT解析結果を一次回帰処理し、将来
    のハンチングの状態を予測することを特徴とする請求項
    1,2又は3記載のプロセス状態解析方式。
  6. 【請求項6】 表示手段は、マンマシン機構とCRTよ
    りなり、該マンマシン機構を経由して状態変数がCRT
    に表示されることを特徴とする請求項1又は4記載のプ
    ロセス状態解析方式。
JP3036113A 1991-03-01 1991-03-01 プロセス状態解析方式 Expired - Lifetime JPH071222B2 (ja)

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JP3036113A JPH071222B2 (ja) 1991-03-01 1991-03-01 プロセス状態解析方式

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JP3036113A JPH071222B2 (ja) 1991-03-01 1991-03-01 プロセス状態解析方式

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Publication Number Publication Date
JPH04274725A JPH04274725A (ja) 1992-09-30
JPH071222B2 true JPH071222B2 (ja) 1995-01-11

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ID=12460726

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JP3036113A Expired - Lifetime JPH071222B2 (ja) 1991-03-01 1991-03-01 プロセス状態解析方式

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