JPH0797283B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、プロセス制御装置であって、特に複数のプ
ロセス信号の時系列データ相互の関係の特徴を分析する
機能を備えたプロセス制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、プロセスを自動的に運転管理する制御装置は、対
象となるプロセスの運動性を予め解析し、それを数理モ
デルとして表現し、この数理モデルを組み込んでプロセ
スに加えられる種々の外乱要因に対して、プロセスを目
標の状態に維持するもので、広く応用されている。

しかしながら、上記の数理モデルによるプロセス制御装
置は、対象となるプロセスの動特性を数理モデルとして
完全に表現できた場合にのみ有効であって、そのプロセ
スの動特性が数理モデルとして表現できない場合には、
実際のプロセスに利用することが出来なかった。

また、対象のプロセスが改良を加えられたりしてその動
特性が変化した場合には、数理モデルを変更しなければ
ならず、その変更には多大の時間と労力とを要し、困難
を伴うものであった。

そこで、このような数理モデルによらず、対象のプロセ
スを運転管理する専門家（エキスパート）の運転管理上
の知識をプロセス制御装置に知識ベースとして格納し、
この知識ベースを用いて推論して運転管理方法を決定す
るというより汎用性のあるプロセス制御装置も提案され
ている。

この知識ベースを利用したプロセス制御装置は、知識ベ
ースの変更という数式モデルの作成の作業より極めて容
易な作業でプロセスの変更に対応できるという特徴があ
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の知識ベースを利用した
プロセス制御装置にあっては、知識ベースに基づく推論
によって運転管理方法を決定するより汎用性のあるプロ
セス制御技術を実現するために、すなわちより多くのプ
ロセスに対して時々刻々と変化するプロセスへの外乱や
プロセスの状態に対してオンラインでプロセス状態を目
標の状態に維持するためには、外乱やプロセス状態など
のプロセス信号を有効に知識ベースに伝達しなければな
らない。

このようなプロセス信号を知識ベースに伝達する方法に
は種々のものがあり、それぞれの方法に基づいたプロセ
ス制御装置が考えられる。

例えば、プロセス信号の現在値を用いるもので、統計処
理などの加工をせずに直接知識ベースに取り込むプロセ
ス制御装置が考えられる。

このプロセス制御装置は、知識ベースが大きくなり、推
論に必要とするプロセス信号の数が増え、従ってプロセ
スに設置する計測器の種類や数が多くなる傾向がある。
そのため、計測装置の費用がかさむ上に、メンテナンス
にも多大の労力と費用がかかる問題点がある。

また、プロセス信号を統計処理や解析などの手法によっ
て加工した後、知識ベースに取り込むプロセス制御装置
が考えられる。この解析手法としては、自己回帰解析や
調和解析等が考えられ、これらの手法では、時系列であ
るプロセス信号が有するプロセス変化の特性を抽出し、
その特性を知識ベースに取り込む。

しかしながら、このような手法によるプロセス変化の特
性抽出は、１つ１つのプロセス信号毎に個々に行われ、
個々のプロセス信号間に潜在するプロセス情報を相互に
利用することはできないものである。

一般に、プロセスにおける入力信号と出力信号との間に
潜在する関係は、手動による運転管理においても、前記
従来の技術である数理モデルを用いるプロセス制御装置
による運転管理においても重要な情報源である。すなわ
ち、手動運転による運転管理では、運転員であるプロセ
スの専門家（エキスパート）は、入力信号の変動とその
変動によって影響を受ける出力信号の応答について、相
互に関係付ける規範を経験によって蓄積しており、その
規範に準拠して日常の運転管理を行っている。

しかしながら、上記のプロセスの専門家（エキスパー
ト）が準拠する規範は、しばしば個々人によって異な
り、かつ判断や理由を表現する用語が共通でない場合が
多い。そのため、手動による運転管理はしばしば質の悪
いものとなる可能性がある。

さらにまた、数理モデルによるプロセス制御装置では、
対象となるプロセスの数理モデルを作成する場合、担当
の制御設計者（エキスパート）は、入力信号の変動およ
び対応するプロセス応答である出力信号との関係につい
て高度な解析技術を駆使してプロセスの動特性を定量的
に把握し、これによって数理モデルを作成しなければな
らず、多大の労力が求められる問題点がある。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、従来利用できなかった複数の時系列データであ
るプロセス信号間に潜在する情報を利用可能にするもの
で、対象となるプロセスの専門家（エキスパート）の知
識から作成した知識ベースにその情報をも取り込み、そ
のようにして蓄積した知識ベースに基づいて推論し、最
適な運転管理方法を決定するプロセス制御装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） この発明のプロセス制御装置は、プロセスに少なくとも
入力信号と出力信号とを含む複数のプロセス信号の時系
列データを保持するデータ記憶部と、前記入力信号と出
力信号との相互関係の特性と、これらの入出力信号の１
階時間差分値間の相互関係の特性と、または／およびこ
れらの入出力信号の２階時間差分値間の相互関係の特性
を解析することにより前記複数の信号の相互関係を分析
する分析部と、前記複数の信号特性とそれに対応するプ
ロセス運転管理方法とのルールを定めた知識ベースを記
憶してある知識記憶手段と、前記分析部の分析結果と前
記知識記憶手段の知識ベースとに基づいてプロセスの運
転管理方法を決定する推論部とから構成されるものであ
る。

（作用） この発明のプロセス制御装置では、プロセスの少なくと
も２種の入力信号と出力信号との時系列データＸ
（ｔ）,Y（ｔ）に対して、その相互関係を、両データか
ら時間要素ｔを消去することにより求める。

つまり、（x,y）座標上に点（X,Y）＝（Ｘ（ｔ）,Y
（ｔ））をプロットすることにより時間要素ｔを消去し
た入出力信号の相互関係の特性を図示することができ
る。

この（x,y）座標上の図形の性質は、プロセスの状態を
反映しており、同時に運転操作の方法とも直接関連して
いる。

そこで、この入出力信号の相互関係の図形の特徴を知識
ベースとして知識記憶手段に蓄積していくことにより、
逆に各時点でのプロセスの運転状態を知識記憶手段にそ
れまでに蓄積されている知識ベースとの比較により把握
し、必要な運転操作を指示することができるのである。

また、この発明では、入出力信号の相互関係だけでな
く、入出力信号の１階時間差分値（ｔ），（ｔ）間
の時間要素ｔを消去した相互関係を、同様に（x,y）座
標上に（，）＝（（ｔ），（ｔ））としてプロ
ットすることにより求め、（x,y）座標上に描かれる図
形の特徴をその時のプロセスの状態と共に知識ベースと
して知識記憶手段に蓄積していき、逆に各時点でのプロ
セスの状態を知識記憶手段にそれまでに蓄積されている
知識ベースとの比較により把握し、必要な運転操作を指
示することができる。

さらに、この発明では、入出力信号の相互関係と共に、
入出力信号の２階時間差分値（ｔ），（ｔ）間の時
間要素を消去した相互関係を、同様に（x,y）座標上に
（，）＝（（ｔ），（ｔ））としてプロットす
ることにより求め、（x,y）座標上に描かれる図形の特
徴をそのときのプロセスの状態と共に知識ベースとして
知識記憶手段に蓄積していき、逆に各時点でのプロセス
の状態を知識記憶手段にそれまでに蓄積されている知識
ベースとの比較により把握し、必要な運転操作を指示す
ることができる。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例のブロック図であり、プロ
セス制御装置１は、データ記憶部２、分析部３、知識記
憶部４、推論部５から構成されている。

そして、プロセス６からのデータの入力端７がデータを
データ記憶部２に与えるようになっている。また推論部
５の出力はインタフェース部８を介して表示器９に接続
され、同時にプロセス６の操作出力端10に接続されてい
る。

上記の構成のプロセス制御装置の動作について、次に説
明する。

プロセス制御装置１は、プロセス６から入力端７を介し
てプロセス６の入力信号と出力信号とを取り込み、デー
タ部２にプロセス６の時系列データとして記憶する。

次に分析部３において、上記入力信号と出力信号との関
係の特性を表わす特性リストが後述する手順で生成され
る。

この特性リストは、知識記憶部４に送られ、知識記憶部
４に格納されている知識ベースを修正する。

この修正された知識ベースは、以後、推論部５によって
参照されて記号処理され、プロセスを制御するための運
転管理方法を決定する。

そして、この推論部５による運転管理方法の決定内容
が、プロセス制御装置１の出力としてインタフェース部
８を介して表示器９と操作出力端10とに与えられる。

このような推論動作によりプロセス制御装置１内に取り
込まれるプロセスデータを基にして最適な運転管理方法
の自動決定がなされるのであるが、前記分析３における
特性リスト生成の演算動作について、さらに詳しく説明
すると、第２図に示すようになる。

第２図の分析部３において、第１図に示したデータ記憶
部２に記憶されている少なくとも２種のプロセス信号の
時系列データ（Ｘ（ｔ）,Y（ｔ））を読み込み、まず差
分化回路11に伝送し、次式（１）〜（４）により１階時
間差分値（，）および２階時間差分値（，）を
演算し、それぞれ時系列データとして、プロセス信号の
時系列データと共に、統計演算回路12と線図化回路13に
伝送する。

１階時間差分演算式 （ｔ）＝Ｘ（ｔ）−Ｘ（ｔ−１） …（１） （ｔ）＝Ｙ（ｔ）−Ｙ（ｔ−１） …（２） ２階時間差分演算式 （ｔ）＝（ｔ）−（ｔ−１） …（３） （ｔ）＝（ｔ）−（ｔ−１） …（４） ここで、t,t−1,t−2,…はサンプリング時刻を示してい
る。

統計演算回路12においては、プロセス信号（X,Y）、そ
の１階時間差分信号（，）、および２階時間差分信
号（，）それぞれについて、期待値、標準偏差、最
大振幅周波数などの統計値が演算され、特性リスト生成
回路15に伝送される。

線図化回路13において、プロセス信号（X,Y）、その１
階時間差分信号（，）、２階時間差分信号（，
）のすべてについて、次式（５）〜（10）に示す規準
化を行なう。

プロセス信号の規準化演算式 １階時間差分値の規準化演算式 ２階時間差分値の規準化演算式 ここで、，； はそれぞれX,Y;，；，の平均値，σx,σy;σ
，σ；σ，σはそれぞれ標準偏差を示すもので
ある。

さらに、規準化されたプロセス信号（x,y）と、その１
階時間差分信号（，）と、２階時間差分信号（，
）とは、それぞれ第３図に示すように時間要素を消去
した相互関係を示す線図として表わし、それぞれの線図
が特性値演算回路14に伝送される。

ついで、特性値演算回路14において、種々の特性値、例
えば最大径長のクラス、最大径長と最小径長との比、形
（例えば円形、楕円形、三角形等）、重心の位置のクラ
スなどが演算され、特性リスト生成回路15に伝送され
る。

特性リスト生成回路15においては、前記の統計演算回路
12から送られてきた統計値と上記特性値演算回路14から
送られてきた統計値と上記特性値演算回路14から送られ
てきた特性値とを編集し、第４図に示すような特性リス
トが作成される。

このようにして生成された特性リストは、第１図に示し
た知識記憶部４にそれまでに記憶されている知識ベース
と共に推論部５の推論動作に参照され、プロセスの運転
管理方法の決定に利用される。

前記知識記憶部４の知識ベースは、第４図の特性リスト
における特性値とプロセスの運転管理方法との関係を予
め定めた知識データであり、新たに生成される特性リス
トを取り込み、それまでに蓄積されている知識データを
修正し、あるいは新たに追加することにより漸次充実さ
せていくものである。

推論部５の推論によって決定されたプロセスの運転管理
方法は、プロセス制御装置１から出力され、推論部５で
の決定の内容および推論に用いられた知識ベース内の知
識データおよび、推論の筋道が表示部９に表示されて運
転員に知らせると共に、決定された運転管理方法がプロ
セス６の操作出力端10に伝送される。

ここで、特性リストの特性値と知識ベースとの参照によ
り運転管理方法を決定する例を示してみると、次のよう
になる。

IF［期待値が50で、標準偏差が100以上］ THEN［30分点検という運転管理方法を採れ。］ IF［プロセス信号線図が楕円形で、１階時間差分信号線
図が正三角形］ THEN［原料の投入量を30％削減という運転管理方法を採
れ。］ IF［２階差分信号の流量2/流量３の重心の位置が左隅］ THEN［触媒量を増加させるという運転管理方法を採
れ。］ このようにして、プロセス６の入力信号と出力信号とを
含む少なくとも２種類のプロセス信号に対して、時間要
素を消去して相互関係を求め、また１階時間差分値や２
階時間差分値についてもその時間要素を消去することに
より相互の関係を求め、これらからプロセスの特性を推
論し、必要なプロセス運転管理方法を決定し、エキスパ
ートの判断に近い適確な運転管理を自動的に行なうこと
ができるのである。

尚、上記の実施例では、プロセス信号、その１階時間差
分信号、２階時間差分信号のすべてについて考察し、相
互の関係を求めてプロセスの特性リストを作成して運転
管理方法を決定するようにしているが、この発明は上記
の実施例に限定されることはない。

例えば、プロセス信号の相互関係のみからプロセスの運
転管理方法を決定する簡易な制御装置であっても良く、
さらにプロセス信号とその１階時間差分信号とのそれぞ
れの相互関係から特性リストを作成して運転管理方法を
決定するようにしても良いものである。

さらに、上記の実施例では入出力信号の２種類について
相互関係を求めるようにしているが、３種類以上のプロ
セス信号についてそれらの時間要素を消去して相互関係
を求め、特性リストを作成して運転管理方法を決定する
ようにすることも無論出来るものである。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、プロセス信号の時系列
データから時間要素を消去して入出力信号相互の関係を
求め、その相互間の特性を知識ベースと比較して推論
し、必要な運転管理方法を決定するものであるため、専
門家（エキスパート）の経験に基づく判断に近い判断が
自動的に実行でき、極めて適確な運転管理を行なうこと
ができる。

また、プロセス信号の１階時間差分信号についてもその
時間要素を消去して入出力信号の相互関係を求め、知識
ベースと比較して推論し、運転管理方法を決定するた
め、プロセスの変化に対しても追従性の良い運転管理が
出来る。

さらにプロセス信号の２階時間差分信号についてもその
時間要素を消去して入出力信号間の相互間系を求め、知
識ベースと比較して推論し、運転管理方法を決定するた
め、プロセスの変化やその変化の大きさまで把握して運
転借り方法を決定することができ、プロセスの変化に対
してより追従性の良い運転管理が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は上
記実施例における分析部の詳しい構成を示すブロック
図、第３図は上記実施例により得られた特性線図、第４
図は上記実施例で得られる特性リストの構造図である。 １……プロセス制御装置 ２……データ記憶部、３……分析部 ４……知識記憶部、５……推論部 ６……プロセス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−143103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−50901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−49085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−286723（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】プロセスに対する人力信号と出力信号とを
   含む複数のプロセス信号の時系列データを保存するデー
   タ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記プロセ
   スの入力信号と出力信号とから時間要素を消去して相互
   関係を算出し、この入出力信号の相互関係を分析してプ
   ロセスの特性を解析する分析部と、プロセスの特性とそ
   れに対応するプロセスの運転管理方法とのルールを定め
   た知識ベースを記憶する知識記憶部と、前記分析部によ
   り得られたプロセスの特性を前記知識記憶部の知識ベー
   スに照らして最適なプロセス運転方法を決定する推論部
   とを備えて成るプロセス制御装置。
2. 【請求項２】プロセスに対する入力信号と出力信号とを
   含む複数のプロセス信号の時系列データを保存するデー
   タ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記プロセ
   スの入力信号と出力信号とのそれぞれの１階時間差分値
   を求め、この入出力信号の１階時間差分値から時間要素
   を消去して相互関係を算出し、この入出力信号の１階時
   間差分値の相互関係を分析してプロセスの特性を解析す
   る分析部と、プロセスの特性とそれに対応するプロセス
   の運転管理方法とのルールを定めた知識ベースを記憶す
   る知識記憶部と、前記分析部により得られたプロセスの
   特性を前記知識記憶部の知識ベースに照らして最適なプ
   ロセス運転方法を決定する推論部とを備えて成るプロセ
   ス制御装置。
3. 【請求項３】プロセスに対する入力信号と出力信号とを
   含む複数のプロセス信号の時系列データを保存するデー
   タ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記プロセ
   スの入力信号と出力信号とのそれぞれの２階時間差分値
   を求め、この入出力信号の２階時間差分値から時間要素
   を消去して相互関係を算出し、この入出力信号の２階時
   間差分値の相互関係を分析してプロセスの特性を解析す
   る分析部と、プロセスの特性とそれに対応するプロセス
   の運転管理方法とのルールを定めた知識ベースを記憶す
   る知識記憶部と、前記分析部により得られたプロセスの
   特性を前記知識記憶部の知識ベースに照らして最適なプ
   ロセス運転方法を決定する推論部とを備えて成るプロセ
   ス制御装置。
4. 【請求項４】プロセスに対する入力信号と出力信号とを
   含む複数のプロセス信号の時系列データを保存するデー
   タ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記プロセ
   スの入力信号と出力信号とから時間要素を消去して相互
   関係を算出し、また前記入力信号と出力信号とのそれぞ
   れの１階時間差分値を求め、この入出力信号の１階時間
   差分値から時間要素を消去して相互関係を算出し、これ
   らの入出力信号の間および入出力信号の１階時間差分値
   の間の相互関係を分析してプロセスの特性を解析する分
   析部と、プロセスの特性とそれに対応するプロセスの運
   転管理方法とのルールを定めた知識ベースを記憶する知
   識記憶部と、前記分析部により得られたプロセスの特性
   を前記知識記憶部の知識ベースに照らして最適なプロセ
   ス運転方法を決定する推論部とを備えて成るプロセス制
   御装置。
5. 【請求項５】プロセスに対する入力信号と出力信号とを
   含む複数のプロセス信号の時系列データを保存するデー
   タ記憶部と、前記データ記憶部に記憶された前記プロセ
   スの入力信号と出力信号とから時間要素を消去して相互
   関係を算出し、また前記入力信号と出力信号とのそれぞ
   れの１階時間差分値を求め、この入出力信号の１階時間
   差分値から時間要素を消去して相互関係を算出し、さら
   に前記入力信号と出力信号とのそれぞれの２階時間差分
   値を求め、この入出力信号の２階時間差分値から時間要
   素を消去して相互関係を算出し、これらの入出力信号の
   間、入出力信号の１階時間差分値の間および入出力信号
   の２階時間差分値の間の相互関係を分析してプロセスの
   特性を解析する分析部と、プロセスの特性とそれに対応
   するプロセスの運転管理方法とのルールを定めた知識ベ
   ースを記憶する知識記憶部と、前記分析部により得られ
   たプロセスの特性を前記知識記憶部の知識ベースに照ら
   して最適なプロセス運転方法を決定する推論部とを備え
   て成るプロセス制御装置。