TWI699638B

TWI699638B - 資料收集再現系統

Info

Publication number: TWI699638B
Application number: TW108112490A
Authority: TW
Inventors: 藤枝宏之; 小西克広; 渡辺賢二
Original assignee: 日商東芝三菱電機產業系統股份有限公司
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-07-21
Also published as: CN111367240A; JP2020102130A; JP7020392B2; TW202024828A

Abstract

本發明之目的為提供一種能夠無時間性誤差地確認異常發生前後的圖像與製程資料，而適於解析異常之原因的資料收集再現系統。本發明之資料收集再現系統係適用於具備作用於被搬運之片狀物之機器的工廠。攝像機6係將片狀物的一部分包含於攝像範圍內，且拍攝靜止圖像。製程資料收集部12係以周期性的取樣時間點收集機器的製程資料。攝像機控制部14係使攝像機6之周期性的攝影時間點配合周期性的取樣時間點。同步顯示部18係使表示由製程資料收集部12所收集之各時刻之製程資料的曲線圖、與連結由攝像機6所拍攝之各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像同步而進行顯示。

Description

資料收集再現系統

本發明係關於一種供工廠用的資料收集再現系統。

已知有一種生產工業活動所需之素材及資源的工廠(plant)(製紙廠、鋼鐵廠、發電廠、石油廠、化學廠等)。工廠的工廠監視控制系統係具備：連接有構成工廠之多數個場域(field)機器(包含致動器(actuator)、感測器)的輸出輸入裝置(I/O)、控制多數個場域機器的可程式邏輯控制器(programmable logic controller)(以下稱為PLC)彼此經由控制用網路連接而成的構成。

茲將PLC及輸出輸入裝置的輸出輸入信號稱為製程資料(process data)。在大型工廠中，輸出輸入點多達數千、數萬，而存在有各種各樣的製程資料。此等製程資料係由具有資料收集功能及資料再現功能的資料收集再現裝置所收集，且用於試驗時、調整時、操作時、故障時的資料解析。

以往之工廠監視控制系統的資料收集再現裝置(例如專利文獻1)，係連接於控制用網路，收集由PLC輸出輸入的製程資料。操作者係可參照顯示於畫面的製程資料，而掌握工廠的狀態。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本國際公開第2014/002176號

然而，為了發現製造物的異常，具體而言，為了找出產生在紙、薄膜、鋼板等片狀物之表面的異常(損傷或缺陷)且解析原因，會有要與製程資料一同確認拍攝片狀物而得之圖像的情形。此等片狀物的全長從數十公尺至數十公里，而無法一次將整體進行拍攝。

作為一個方法，可考慮將藉由區域掃描攝像機(area scan camera)拍攝被搬運之片狀物而得的影像予以再現。然而，要藉由影像的再現予以顯示者，係攝像機視野內之每一圖框(frame)的圖像。因此，操作者係將再現時刻往前倒回或往後推進而記憶異常發生前後的影像，以根據記憶之中的影像來推測原因。若論仰賴操作者之記憶的方法，難以掌握異常發生前後的行為，不容易達成精確度高的解析。

此外，在片狀物被高速搬運的製紙廠及鋼鐵廠中，會有要確認影像的操作者會漏看片狀物的表面異常之虞。此外，製程資料的取樣時間點(sampling timing)係比區域掃描攝像機的圖框率(frame rate)更高速，因此在影像上發現到異常時，無法充分地限縮與異常有關之製程資料的範圍，而難以進行原因的解析。此外，當以攝像機連續拍攝靜止圖像時，製程資料的取樣周期與攝像機的拍攝周期不一致，當同時再現此等資料時，會產生相應於攝像機之快門時間點(shutter timing)的誤差。

本發明係為了解決上述問題而研創者，其目的為提供一種能夠無時間性誤差地確認異常發生前後的圖像與製程資料，而適於解析異常之原因的資料收集再現系統。

為了達成上述目的，本發明之資料收集再現系統係構成如下。

本發明之資料收集再現系統係適用於具備作用於被搬運之片狀物之機器的工廠。

資料收集再現系統係具備：攝像機；製程資料收集部；攝像機控制部；製程資料記憶部；靜止圖像記憶部；及同步顯示部。

攝像機係將片狀物的一部分包含於攝像範圍內，連續地拍攝靜止圖像。較佳為攝像機係涵蓋整個寬度方向拍攝片狀物的線掃描攝像機(line scan camera)。線掃描攝像機係以一整條線之攝像元件排列的方向與片狀物之搬運方向正交之方式，設置於片狀物的上方。

製程資料收集部係以周期性的取樣時間點收集機器的製程資料。取樣周期係例如為1毫秒至數十毫秒。

攝像機控制部係使攝像機之周期性的攝影時間點配合製程資料收集部之周期性的取樣時間點。

製程資料記憶部係將所收集的製程資料與時間資訊建立關聯並予以記憶。

靜止圖像記憶部係將攝像機所拍攝的靜止圖像與時間資訊建立關聯並予以記憶。

同步顯示部係根據時間資訊，使表示由製程資料收集部所收集之各時刻之製程資料的曲線圖(graph)、與連結由攝像機所拍攝之各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像同步而進行顯示。曲線圖的橫軸係時間，縱軸係資料值。帶狀靜止圖像係為依拍攝時刻順序連結而成的靜止圖像，使帶狀靜止圖像之長度方向(搬運方向)與曲線圖之橫軸對應而進行顯示。

在一實施態樣中，工廠係具備控制用網路，該控制用網路係具備複數個具有公用記憶體(common memory)的節點(node)，藉由在複數個節點間之周期性的廣播傳輸而使公用記憶體上的製程資料同步。機器係連接於節點之一，用以接收及傳送製程資料。製程資料收集部係連接於節點之一，用以從公用記憶體依每一取樣時間點收集製程資料。

在其他實施態樣中，資料收集再現系統係具備標記(marker)處理部。標記處理部係將帶狀靜止圖像或曲線圖上所指定的位置記憶於表單(table)，當從該表單選擇了任意的位置時，以該選擇的位置被包含在畫面內之方式顯示帶狀靜止圖像及曲線圖。據此，可使帶狀靜止圖像及曲線圖的顯示範圍，跳躍至從表單所選擇的位置(時刻)。因此，可立刻地重新顯示所記憶的資訊。

依據本發明，由於使攝像機的攝影時間點配合製程資料的取樣時間點，因此可將各時刻的靜止圖像與各時刻的製程資料建立關聯。因此，當從靜止圖像發現異常時，易於限縮異常發生前後之製程資料的範圍，而可使異常原因的解析效率化。

此外，依據連結各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像，可一次顯示較區域掃描攝像機所進行之拍攝範圍更廣的範圍，而可易於發現片狀物的異常(損傷或缺陷)。再者，由各時刻之靜止圖像所構成的帶狀靜止圖像，其長度方向係指時間方向(搬運方向愈下游愈為過去的靜止圖像)，因此與曲線圖的時間軸同步。因此，可使用帶狀靜止圖像而發現異常，並且異常發生前後之時刻之製程資料的變化亦可從曲線圖來確認。因此，容易掌握在工廠上所生產之製品的損傷或污染等之發生原因的辨認、及異常發生的徵兆，而有助於製品的品質提升。此外，可在線上(online)期間提早發現異常，因此可降低之後之檢查步驟中的成本。

1:資料收集再現裝置

2:PLC

3:輸出輸入裝置

4:HMI

5:控制用網路

6:攝像機

7:圖像用網路

8‧‧‧片狀物

9‧‧‧黑點

11‧‧‧控制周期決定部

12‧‧‧製程資料收集部

13‧‧‧製程資料記憶部

14‧‧‧攝像機控制部

15‧‧‧靜止圖像記憶部

16‧‧‧資料結合部

17‧‧‧結合資料記憶部

18‧‧‧同步顯示部

19‧‧‧標記處理部

40‧‧‧顯示區域

41‧‧‧帶狀靜止圖像

42、42a、42b‧‧‧曲線圖

60‧‧‧游標

61‧‧‧表單顯示區域

70‧‧‧標記資訊儲存表單

71‧‧‧標記編號

72‧‧‧曲線圖名稱

73‧‧‧時刻

74‧‧‧註解

111‧‧‧CPU

112‧‧‧記憶體

113‧‧‧儲存器

113a‧‧‧程式記憶部

113b‧‧‧資料記憶部

114‧‧‧外部機器I/F部

115a‧‧‧控制用網路I/F部

115b‧‧‧圖像用網路I/F部

116‧‧‧內部匯流排

117‧‧‧監視器

118‧‧‧鍵盤

119‧‧‧滑鼠

第1圖係顯示實施形態1之工廠之工廠監視控制系統之構成的概略圖。

第2圖係屬於工廠監視控制系統之一部分之資料收集再現系統的概念圖。

第3圖係實施形態1之資料收集再現裝置的功能方塊圖。

第4圖係用以說明控制時間點、取樣時間點、及攝影時間點的時序圖(timing chart)。

第5圖係顯示資料收集再現裝置所具有之處理電路之硬體構成例的方塊圖。

第6圖係實施形態2之資料收集再現裝置的功能方塊圖。

第7圖係實施形態2之標記資訊儲存表單的一例。

以下參照圖式來詳細說明本發明的實施形態。惟，以下所示的實施形態中，當提及各要素的個數、數量、量、範圍等之數值時，除了特別明示之情形及原理上明顯具體指定為該數值的情形之外，本發明並不限定於所提及之數值。此外，以下所示之實施形態中所說明的構造等，係除了特別明示之情形及原理上明顯具體指定為該構造等的情形之外，未必為本發明所必須者。另外，對於各圖中共通的要素，係賦予相同的符號且省略重複的說明。

(實施形態1)

(系統構成)

資料收集再現裝置1係經由控制用網路5，而連接於輸出輸入裝置(I/O)3、可程式邏輯控制器(PLC)2、及人機介面(human machine interface)(HMI)4，該輸出輸入裝置(I/O)3係連接於構成工廠的機器群(包含致動器、感測器)，該可程式邏輯控制器(PLC)2係控制機器群，而該人機介面(HMI)4係由操作者使用於工廠之運轉及監視的監視控制裝置。

控制用網路5係具備複數個具有公用記憶體的節點，藉由在複數個節點間之周期性的廣播傳輸，而使公用記憶體上的製程資料同步。藉此，在連接於節點A5a的資料收集再現裝置1、連接於節點B5b的PLC2、連接於節點C5c的輸出輸入裝置3、及連接於節點D5d的HMI4之間，虛擬地共享同一個記憶體空間。公用記憶體中，被分配有各資料的記憶區域(位址(address))。連接於各節點的裝置，係可藉由對於公用記憶體的寫入與從公用記憶體的讀取而傳送接收製程資料。

攝像機6係經由圖像用網路7，將拍攝屬於攝影對象之片狀物而得的靜止圖像資料，傳送至資料收集再現裝置1。

攝像機6係將被搬運之片狀物8的一部分包含於攝影範圍內，連續地拍攝靜止圖像。較佳為攝像機6係為涵蓋整個寬度方向拍攝片狀物8的線掃描攝像機。線掃描攝像機係以一整條線之攝像元件排列之方向與片狀物8之搬運方向正交之方式，設置於片狀物8的上方。攝影時間點係藉由資料收集再現裝置1來控制。線掃描攝像機係每一掃描就將所拍攝之靜止圖像傳送至資料收集再現裝置1。此外，PLC2係依每一取樣時間點將製程資料傳送至資料收集再現裝置1。

資料收集再現裝置1係使攝像機的攝影時間點，配合製程資料的取樣時間點。此外，資料收集再現裝置1係產生連結各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像、及表示各時刻之製程資料的曲線圖。再者，資料收集再現裝置1係使帶狀靜止圖像及曲線圖同步地顯示於畫面。依據帶狀靜止圖像，只要一眼就可易於檢測出片狀物8的黑點9。此外，參照與帶狀靜止圖像同步之製程資料的曲線圖，可確認黑點9之發生前後之製程資料的變化，黑點9的原因解析變得容易。

(資料收集再現裝置)

參照第3圖及第4圖來詳細說明實施形態1之資料收集再現裝置1的詳細功能。第3圖係實施形態1之資料收集再現裝置1的功能方塊圖。第4圖係用以說明控制時間點、取樣時間點、及攝影時間點的時序圖。

資料收集再現裝置1係具備：控制周期決定部11、製程資料收集部12、製程資料記憶部13、攝像機控制部14、靜止圖像記憶部15、資料結合部16、結合資料記憶部17、及同步顯示部18。

控制周期決定部11係決定第4圖所示之周期性的控制時間點。控制時間點係根據資料收集再現裝置1的硬體時脈(clock)或系統時脈而管理。後述之製程資料收集部12及攝像機控制部14，係依據該控制時間點而動作。控制周期係例如為1毫秒至數十毫秒。

如第4圖所示，製程資料收集部12係以所決定的控制時間點作為取樣時間點，且以周期性的取樣時間點來收集機器的製程資料。

製程資料記憶部13係將計數值(時間資訊)與依每一取樣時間點收集的製程資料建立關聯並予以記憶。計數值係依每一控制時間點遞增(increment)。另外，製程資料記憶部13係預先記憶資料收集開始時刻，藉此可根據計數值而算出各時刻。

如第4圖所示，攝像機控制部14係以所決定的控制時間點作為攝影時間點來控制攝像機6。亦即，攝像機控制部14係使攝像機6之周期性的攝影時間點，配合周期性的取樣時間點。攝像機6係依每一攝影時間點拍攝靜止圖像，且傳送至資料收集再現裝置1。另外，攝影時間點較佳為與製程資料之取樣時間點同步，不需比取樣時間點更快。

靜止圖像記憶部15係從攝像機6接收靜止圖像且將計數值建立關聯並予以記憶。計數值係依每一控制時間點遞增。另外，靜止圖像記憶部15係預先記憶資料收集開始時刻，藉此可根據計數值而算出各時刻。

資料結合部16係針對被記憶於製程資料記憶部13的製程資料、與被記憶於靜止圖像記憶部15的靜止圖像，而產生將具有相同計數值的製程資料與靜止圖像建立關聯後的結合資料。此外，資料結合部16係產生連結由攝像機6所拍攝之各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像41。當所拍攝的靜止圖像於搬運方向具有預定的寬度，且相鄰之靜止圖像的一部分重複時，係根據搬運速度，考慮重複部分而結合靜止圖像。此外，資料結合部16係產生表示各時刻之製程資料的曲線圖42(42a、42b)。曲線圖42的橫軸係時間，縱軸係資料值。帶狀靜止圖像41係依攝影時刻順序連結而成的靜止圖像，使帶狀靜止圖像41的長度方向與曲線圖的橫軸(時間軸)對應而進行顯示。

結合資料記憶部17係記憶由資料結合部16所產生的結合資料、帶狀靜止圖像41、及曲線圖42。

同步顯示部18係輸出結合資料，該結合資料係將以相同計數值同步後之製程資料的曲線圖42與帶狀靜止圖像41予以結合而成者。同步顯示部18係使表示由製程資料收集部12所收集之各時刻之製程資料的曲線圖42、與連結由攝像機6所拍攝之各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像41同步而進行顯示。此等係顯示於監視器(monitor)117的顯示區域40。

綜上所述，依據實施形態1的資料收集再現裝置1，係使攝像機的攝影時間點配合製程資料的取樣時間點，因此可將各時刻的靜止圖像與各時刻的製程資料建立關聯。因此，當從靜止圖像發現異常時，可易於限縮異常發生前後之製程資料的範圍，可使異常原因的解析效率化。

此外，依據連結各時刻之靜止圖像而成的帶狀靜止圖像41，可一次顯示比重現區域掃描攝像機所拍攝之影像更廣的範圍，而易於發現片狀物8的異常(熔接、鍍覆開始、損傷、缺陷的部位)。再者，由各時刻之靜止圖像所構成的帶狀靜止圖像41，係其長度方向意指時間方向，因此與曲線圖42的時間軸同步。因此，可使用帶狀靜止圖像41而發現異常，並且異常發生前後之時刻之製程資料的變化亦可從曲線圖42來確認。因此，容易地掌握在工廠所生產之製品的損傷或污染等之發生原因的辨認、及異常發生的徵兆，而有助於製品的品質提升。此外，可在線上期間提早發現異常，因此可降低之後之檢查步驟中的成本。

(硬體構成例)

茲參照第5圖來說明資料收集再現裝置1的硬體構成。第5圖係為顯示資料收集再現裝置1所具有之處理電路之硬體構成例的方塊圖。第3圖所示之資料收集再現裝置1的各部，係顯示資料收集再現裝置1所具有之功能的一部分，各功能係藉由處理電路而實現。例如，處理電路係經由內部匯流排(bus)116連接CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)111、記憶體112、HDD(Hard Disk Driver，硬碟驅動器)或大容量記憶體等儲存器(storage)113、外部機器I/F(interface)部114、控制用網路I/F部115a、圖像用網路I/F部115b而構成。

CPU 111係執行被記憶於儲存器113之程式記憶部113a中的各種應用程式(application program)，藉此實現第4圖之各部的功能。

記憶體112係被作為由CPU111執行各種應用程式時暫時記憶或展開資料的演算區域來使用。

儲存器113係具有程式記憶部113a、及資料記憶部113b。程式記憶部113a係儲存有OS(Operating System，作業系統)、及各種應用程式。此外，資料記憶部113b係記憶所收集的程式資料、及靜止圖像資料。

另外，在第5圖所示之例中，雖於一個儲存器113之中，設有程式記憶部113a與資料記憶部113b，但亦可將程式記憶部113a與資料記憶部113b分開配置於複數個儲存器。

外部機器I/F部114係為用以連接監視器117、鍵盤(keyboard)118、滑鼠(mouse)119等外部機器與資料收集再現裝置1的介面。

控制用網路I/F部115a係用以連接控制用網路5與資料收集再現裝置1的介面。此外，圖像用網路I/F部115b係用以連接圖像用網路7與資料收集再現裝置1的介面。

在上述之實施形態1的資料收集再現裝置1中，雖未包含第5圖所示之監視器117、鍵盤118、滑鼠119，但亦可將此等包含於資料收集再現裝置1中。另外，此點在以下的實施形態中亦復相同。

實施形態2

接著，參照第6圖及第7圖來說明實施形態2。依據上述之實施形態1的資料收集再現系統，可使製程資料的曲線圖與帶狀靜止圖像同步而進行顯示。在實施形態2中，係將帶狀靜止圖像或曲線圖上所指定的位置記憶於表單，當從該表單選擇了任意的位置時，以該選擇的位置被包含在畫面內之方式顯示帶狀靜止圖像及曲線圖。據此，可使帶狀靜止圖像及曲線圖的顯示範圍跳躍至從表單所選擇的位置(時刻)。因此，可立刻地重新顯示所記憶的資訊。

第6圖係為實施形態2之資料收集再現裝置1的功能方塊圖。第6圖所示的資料收集再現裝置1係除了第3圖所示之構成外，還具備標記處理部19。

標記處理部19係針對顯示區域40上之由操作者所指定的位置(游標(cursor)60)賦予標記。第7圖係標記資訊儲存表單70的一例。第7圖的各列係顯示標記。標記係如第7圖所示被儲存於標記資訊儲存表單70，且對應於標記編號71，將曲線圖名稱72、時刻73、與註解(comment)74建立關聯並予以紀錄。時刻73中，係輸入有游標60所指示的時刻。

接著說明動作。標記處理部19係將關於顯示區域40內所顯示之游標60所表示之位置(時刻)的標記記錄於標記資訊儲存表單70。標記資訊儲存表單70的資訊係顯示於表單顯示區域61內。

當操作者操作鍵盤或滑鼠，選擇標記資訊儲存表單70內的一個標記時，根據所選擇之標記的曲線圖名稱72，將曲線圖42及帶狀靜止圖像41顯示於顯示區域40。此時，游標60會移動至被記錄於時刻73的時刻。藉此，可易於顯示標記所指定之時刻之曲線圖42與帶狀靜止圖像41。

依據實施形態2，可使帶狀靜止圖像及曲線圖的顯示範圍跳躍至從表單所選擇的位置(時刻)。因此，可立刻重新顯示所記憶的資訊。

以上雖已說明了本發明的實施形態，但本發明並不限定於上述實施形態，在不脫離本發明之旨趣的範圍內可實施各種變形。

1‧‧‧資料收集再現裝置