JPWO2006114871A1 - データ収集装置及びゲートウェイ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1によれば、信号の異常を診断する際に、診断対象となる信号の正常運転状態における一定時間幅(サンプリング周期)に対し、信号変化の最大幅又は信号変化率の最大値を記憶し、これを正常運転状態における信号変化の最大幅又は最大変化率と考え、余裕を加えて信号異常診断の閾値に設定し、その閾値に基づいて信号の異常診断を行う技術が記載されている。
また、閾値を設定するための試運転時には、異常状態検出ができず、実運転に供せないため、閾値を算出して設定する手間もあり、装置の立ち上げに時間がかかるという問題があった。また試運転時の異常を見過ごし、間違った閾値を設定する場合や、閾値の設定範囲が広く、装置の異常の初期段階を検出できないという問題もあった。
図1のデータ収集装置1は、被監視装置である、例えばプログラマブルロジックコントローラ(以下、PLCと称す)が持つデバイス値のデータを収集し、またそのデバイス値に監視を行う。具体的には、デバイス値を読み出して記録すると共に、そのデバイス値の変化を監視して異常を検出したら上位コンピュータ等の管理装置に伝達することを行う。
データ収集装置1は、LANなどの制御ネットワークに接続され、それに接続されたPLCが有するデバイス値を、データ収集装置1内のデバイス値収集手段2が行う。
デバイス値収集手段2は、監視の設定がされたPLCの異常状態と判断される閾値または条件を記憶する異常状態記憶手段3と、デバイス値収集手段2により収集された監視されたPLCのデバイス値が異常状態記憶手段3に記憶された閾値を超えた又はその条件に合致するか否かを確認する異常状態確認手段4に通信可能に接続されている。また異常状態記憶手段3は異常状態確認手段4と、監視するPLCの値の異常状態を判断するための閾値またはその条件を設定する異常状態設定手段5と、異常を判断するために監視するPLCを特定する監視デバイス設定手段6とに通信可能に接続されている。
異常と判断し、生産管理サーバ等の上位のコンピュータにLANなどを経由して異常の状態であるPLCから収集されたデータのデバイス値や特徴情報を出力する。
まず、S101に示すように、監視デバイス設定手段6により、選択した監視されるPLC等を監視デバイスとして設定する。次にS102に示すように、異常状態設定手段にて、監視デバイスのデバイス値が異常状態と判断される閾値またはその条件を設定する。最後に、S103に示すように、異常状態の設定は異常状態記憶手段3に記憶されることでデータ収集装置1の動作前の異常状態の設定が終了する。
まず、S201において、デバイス値収集手段2が監視しているPLCやその他のプラントの監視デバイスのデバイス値を取得する。次に、S202において、異常状態確認手段4は、異常状態記憶手段3に記憶された異常状態の条件と、デバイス値収集手段2が取得した監視デバイスのデバイス値とを取得して比較する。S203において異常状態の条件と合致していれば、異常状態確認手段4は、異常状態であることと、デバイス値や特徴情報を生産管理サーバ等の上位のコンピュータにLANなどを経由して出力する。異常状態とならない場合は動作としてはなにも行わないか若しくはデバイス値のみを出力する。
まず、S301において、デバイス特徴情報検出手段7は、デバイス値収集手段2が収集した監視デバイスのデバイス値を記録する。例えば図3におけるデバイス名D1について説明する。図6は、本発明の実施例1のデータ収集装置におけるデバイス値収集手段2が収集したデバイス名D1の値を示す図である。
図6において、左欄は時間を示し、右欄は左欄の時間に対応したデバイス名D1のデバイス値を示している。左欄の時間において0:10:20は0時10分20秒であることが示されている。
よってこれにより、図5のS303においてデバイス特徴情報検出手段7は、極大の出現周期は25秒であるという特徴を有すると判断する。
従来の技術の場合、製品毎の個体差や、試運転時のデバイス値を参考にするため、計算して余裕代を余分に取る必要があるところ、実施例1によれば、製品個別に、実際の運転中の値に合わせた余裕代に設定できるため、余裕代を決定する計算工程を省くことができ、かつその余裕代を小さくすることができるため、異常検出をより早い段階で行うことができる。
製品個別に特徴情報として周期を検出しているため、図9における極小から極大が検出されるまでに通常の3倍程度時間がかかっている部分にて、異常であると検出することが可能である。
図10は、デバイス特徴情報検出手段7が記憶するデバイス値の推移を図7に対して簡易化した図である。図10に示すように、デバイス特徴情報検出手段7において、デバイス値の推移からデバイス特徴情報だけを記憶する。
これにより、時間ごとのデバイス値をすべて記憶せず、また特徴情報がすぐ取り出せるので、記憶メモリが小さくてもよく、また特徴情報の検出にかかる負荷を軽減できる利点がある。
監視されるPLC等である監視デバイスのデバイス値は、例えば一定時間最大値を超えなければ、その最大値を超えないのが正常であろうと予測される。経過時間が長いほど、正常であればその最大値を大きく超えることはないと推測される。言い換えれば、時間経過に応じて、異常と診断する閾値、上限値を徐々に最大値に近づけることで、異常状態をより早く検出することができる。
尚、本実施例については上限値についてのみ式に記載しているが、同様に下限値についても同様に、新下限値=下限値×(1/e^t(eのt乗と便宜上表現する))+最小値+(1−1/e^t)と設定することで下限値についても適用することができる。
また、周期についてもそのばらつきから、最大値、最小値を記憶し、その最大値、最小値から例えば10%等の一定の余裕代をもった上限値、下限値を設けておけば、(1)式や、上記下限値として適用することも出来る。
実施例2の(1)式は、指数計算を要するため、指数計算など計算機の計算処理時間が長くなる。さらに、PLC等を監視するデータ収集装置1は計算処理能力が必要最低限で設計されているだけでなく、デバイス値の収集を優先して行うため、計算処理時間はより長くなる。そのため、異常状態に対する編集作業に要する時間が長くなり、次の異常状態監視のタイミングが遅れる可能性がある。
図13は、本発明の実施例3のデータ収集装置の動作における(3)式により算出される新上限値を示した図である。横軸は経過時間、縦軸は、ある監視されたPLCのデバイス値である。
尚、本実施例については上限値についてのみ式に記載しているが、同様に下限値についても同様に、(2)式、(3)式について、新上限値を新下限値に置き換え、上限値を下限値に置き換え、最大値を最小値に置き換えることで下限値についても適用することができる。
また、周期についてもそのばらつきから、最大値、最小値を記憶し、その最大値、最小値から例えば10%等の一定の余裕代をもった上限値、下限値を設けておけば、(2)式または(3)式や、上記下限値として適用することも出来る。
実施例4において、データ収集装置1に監視されるPLC等として、デバイス名が監視デバイスA、監視デバイスBが設定されている場合において、本運転の通常の使用状態では監視デバイスAのデバイス値よりも監視デバイスBのデバイス値の方が小さい場合、監視デバイスBの異常状態の条件として、上限値の代わりとして監視デバイスAよりも監視デバイス値の方が大きいことを設定することができる。
したがって、二つのデバイス値の動きにかかわらず、一方のデバイスが他方のデバイスより必ず大という特徴を識別することで、実施例1において得られる効果のみならず、デバイス値の大小が逆転した場合に異常と判断することができる。これにより、異常状態の見過ごしを削減できる利点がある。
監視されるPLC等である監視デバイスのデバイス名がX0、X1というものがあり、それぞれがONとOFFの2値のみを出力する場合があり、本運転の際に各デバイスの値自体は異常と判断される余地はないものの、例えば、本運転の通常時にはデバイスX0とX1の論理和が0になることがなく、0となった場合は異常であると判断出来る場合がある。さらに論理和と論理積の組み合わせで異常と判断される場合がある。
一番上が、X0のデバイス値、次がX1のデバイス値、下から2番目がX0のデバイス値とX1のデバイス値との論理和、一番したが、X0のデバイス値とX1のデバイス値との論理積である。デバイス特徴情報検出手段7が、例えば本運転の通常時にはデバイスX0とX1の論理和が0になることがなく、0となった場合は異常であるという特徴を検出して、異常状態編集手段8の異常状態の条件を二つのデバイスX0、X1の論理和、論理積、またはその組み合わせに設定することが可能である。
監視されたPLC等のデバイスの一種であるタンクA及びタンクBは、異なる意味をもったデバイス値を示すが、タンクAとタンクBに分割して蓄えておく液体の量を管理する必要がある場合、タンクAの容量のデバイス値とタンクBの容量のデバイス値の合計値が最小値を下回ることがないということを、下限値を検出するデバイス特徴情報検出手段7が特徴情報として検出して、異常状態編集手段8の異常状態の条件として設定することができる。
横軸は時間、縦軸はデバイス値である。粗い破線はタンクAのデバイス値、細かい破線はタンクBのデバイス値、太い実線はタンクAのデバイス値とタンクBのデバイス値との和、細い実線は下限値の閾値である。図16によれば、タンクAのデバイス値とタンクBのデバイス値との和が下限値を下回ったことで、異常であることを検出することができる。
これにより、異常状態の見過ごしを削減できる利点がある。
そこで、実施例1〜6のデータ収集装置1と、データ収集装置にて上位の生産管理サーバに適合したアプリケーションや言語や通信仕様に変換するコンバータとを備えた、上位の接続される生産管理サーバからの情報を下位のPLC等のデバイスに適合したアプリケーションや言語または通信仕様に変換するゲートウェイ装置を構成させることで、実施例1〜6によって得られる効果を備えたゲートウェイ装置を構成させることができる。
尚、本実施例については上限値についてのみ式に記載しているが、同様に下限値についても同様に、新下限値=下限値×(1/e^t(eのt乗と便宜上表現する))+最小値×(1−1/e^t)と設定することで下限値についても適用することができる。
また、周期についてもそのばらつきから、最大値、最小値を記憶し、その最大値、最小値から例えば10%等の一定の余裕代をもった上限値、下限値を設けておけば、(1)式や、上記下限値として適用することも出来る。
Claims (6)
- 複数のデバイスからデバイス値を収集するデバイス値収集手段と、監視される監視デバイス及び前記監視デバイスが異常と判断される閾値または条件を記憶する異常状態記憶手段と、複数のデバイスのデバイス値について、前記監視デバイスが異常と判断される閾値または条件と比較し、異常か否かを判断し、異常の場合に異常であることを情報として上位の管理装置に出力する異常状態確認手段と、前記デバイス値収集手段が収集したデバイス値から特徴情報を検出するデバイス特徴情報検出手段と、検出された前記特徴情報を用いて前記異常状態記憶手段に記憶された前記監視デバイスが異常と判断される閾値または条件を編集する異常状態編集手段とを備えたことを特徴とするデータ収集装置。
- 前記特徴情報は、前記監視デバイスのデバイス値の時間に対する推移の周期を含むことを特徴とする請求項1に記載のデータ収集装置。
- 前記閾値または条件は、時間経過に応じて前記デバイス値の許容範囲が狭くなる時間関数に基づいていることを特徴とする請求項1に記載のデータ収集装置。
- 前記閾値または条件は、他の監視デバイスのデバイス値に基づいて設定されていることを特徴とする請求項1に記載のデータ収集装置。
- 前記特徴情報は、複数の前記監視デバイスのデバイス値を用いた演算結果を含み、前記閾値または条件は、前記演算結果に基づいて設定されていることを特徴とする請求項1に記載のデータ収集装置。
- 請求項1に記載のデータ収集装置と、前記データ収集装置から出力する情報に対し、上位の管理装置に適合したアプリケーション又は言語又は通信仕様に変換するコンバータとを備え、上位に接続される前記管理装置からの情報を入力し、下位に接続されるデバイスに適合したアプリケーションまたは言語または通信仕様に変換して出力するゲートウェイ装置。
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