(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
関連するセンサ出力信号をそれぞれ出力するセンサのセットを有するプロセス制御システム内の欠陥センサを検出する方法であって、
複数のセンサ出力信号の組み合わせからセンサ評価信号のセットを生成し、各センサ評価信号は異なるセンサの一つの出力の評価を含み、
センサのセットの一つに対する有効性指標をセンサ評価信号とセンサ出力信号との間の差の測定値を表す残差の関数として決定し、及び
センサの一つに欠陥が生じたかどうかを突きとめるために、センサの一つに関連する有効性指標を使用する
ステップを備えている方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、前記センサ評価信号と前記センサ出力信号との間の差の他の測定値を表す更なる残差の関数として前記有効性指標を決定するステップを更に備えている方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、前記残差と前記更なる残差との比の関数として前記有効性指標を決定するステップを備えている方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、該有効性指標を決定するために、その値がセンサ評価信号とセンサ出力信号との間の差の２乗の総和の測定値である残差を使用するステップを備えている方法。
【請求項５】
請求項３記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、該有効性指標を決定するために、その値が前記有効性指標が測定されつつあるセンサに依存する更なる残差を使用するステップを備えている方法。
【請求項６】
請求項３記載の方法であって、前記センサ評価信号のセットを生成するステップが、該センサ評価信号を生成するために、前記プロセス制御システムのために得られた重み係数のセットを使用するステップを包含し、前記有効性指標を決定するステップが、該有効性指標を決定するために、その値が前記重み係数のセットに関連する相互関係数マトリックスの要素に依存する更なる残差を使用するステップを包含している方法。
【請求項７】
請求項３記載の方法であって、前記センサ評価信号のセットを生成するステップが、該センサ評価信号を計算するために、前記プロセス制御システムのために得られた重み係数のセットを使用するステップを包含し、前記有効性指標を決定するステップが、ｉ番目のセンサＳiに対する有効性指標ηiを、以下のように計算するステップとを包含する方法、
0003698444.tif 000053
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、前記センサ評価信号を生成するステップが、該センサ評価信号のセットを生成するために、主成分分析によって得られる重み係数のセットを使用するステップを備えた方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記センサ評価信号を生成するステップが、前記センサのセットの一つに対するセンサ評価信号の漸近値を計算するステップを備えている方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法であって、前記センサ評価信号のセットを生成するステップが、各繰り返しルーチンの間に主成分分析を使用して前記センサ評価信号
0003698444.tif 000054
の値を再計算する繰り返しルーチンによって得られるであろう、センサＳiに対するセンサ評価信号の
0003698444.tif 000055
の漸近値を計算するステップを備え、各繰り返しに於いて、前記繰り返しルーチンの入力値が前回の繰り返しで得られたセンサ評価信号
0003698444.tif 000056
で置き換えられる方法。
【請求項１１】
請求項８記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、有効性指標を決定するために、その値が前記重み係数のセットに関連する相互相関係数マトリックスの要素の関数である残差を使用するステップを備えている方法。
【請求項１２】
請求項８記載の方法であって、前記センサ評価信号セットを生成するステップが、前記センサ評価信号セットを生成するために、非線型主成分分析によって得られる重み係数のセットを使用するステップを備えた方法。
【請求項１３】
請求項１記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、前記有効性指標を決定するために、その値が、センサ評価信号とセンサ出力信号の一つがセンサ評価信号の一つによって置き換えられたセンサ出力信号との間の差の関数である残差を使用するステップを備えた方法。
【請求項１４】
請求項１記載の方法であって、前記有効性指標のフィルタリングを行うステップを更に備えた方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法であって、前記有効性指標のフィルタリングを行うステップが、繰り返しルーチンを使用して前記有効性指標のフィルタリングを行うステップを備えている方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法であって、前記有効性指標のフィルタリングを行うステップが、適応の方法で前記有効性指標のフィルタリングを行うステップを備えている方法。
【請求項１７】
請求項１記載の方法であって、センサの一つに欠陥が生じたことが突きとめられたときに、センサの一つに欠陥が生じていることをオペレータに告知するステップを更に備えている方法。
【請求項１８】
請求項１記載の方法であって、前記プロセス制御システムは、センサ出力信号に従ってプロセスを制御し、前記プロセスの制御に於いて欠陥が生じたとして突きとめられたセンサのセンサ出力信号を前記プロセス制御システムが使用する前に、欠陥が生じたとして突きとめられたセンサのセンサ出力信号を、欠陥が生じたとして突きとめられたセンサに関連するセンサ評価信号で置き換えるステップを更に備えている方法。
【請求項１９】
関連するセンサ出力信号をそれぞれが生成する多重センサを有するプロセスに於ける欠陥センサを特定するための方法であって、
複数の前記センサ出力信号の組み合わせからセンサ評価信号のセットを決定するために相関分析を使用し、
センサ出力信号とセンサ評価信号のセットとの間の差を表す残差を計算し、
前記残差からセンサの一つに欠陥が生じたかどうかを決定し、
前記センサの一つに欠陥が生じたと決定されたときにセンサのそれぞれに対して有効性指標を前記残差の関数として計算し、及び
前記計算された有効性指標から欠陥を生じた特定のセンサを特定する
ステップを備えた方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法であって、前記有効性指標を計算するステップが、前記センサ評価信号と前記センサ出力信号の間の他の差を表す更なる残差の関数として前記有効性指標を決定するステップを備えている方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、前記残差と前記更なる残差の比の関数として前記有効性指標を決定するステップを備えている方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法であって、前記有効性指標を決定するステップが、前記有効性指標を決定するために、その値が前記有効性指標が決定されつつあるセンサの関数である更なる残差を使用するステップを備えている方法。
【請求項２３】
請求項１９記載の方法であって、前記センサ評価信号のセットを生成するステップが、各繰り返しルーチンの間に主成分分析を使用して前記センサ評価信号
0003698444.tif 000057
の値を再計算する繰り返しルーチンによって得られるであろう、センサＳiに対するセンサ評価信号の
0003698444.tif 000058
の漸近値を計算するステップを備え、各繰り返しに於いて、前記繰り返しルーチンの入力値が前回の繰り返しで得られたセンサ評価信号
0003698444.tif 000059
で置き換えられる方法。
【請求項２４】
関連するセンサ出力信号をそれぞれ出力するセンサのセットを有するプロセス制御システム内の欠陥センサを検出する装置であって、
複数のセンサ出力信号の組み合わせからセンサ評価信号のセットを生成する手段であって、各センサ評価信号は異なるセンサの一つの出力の評価を含んでいる手段と、
センサのセットの一つに対する有効性指標を、センサ評価信号とセンサ出力信号との間の差を表す残差の関数として決定する手段と、
決定された有効性指標から、センサの一つに欠陥が生じたかどうかを突きとめる手段と
を備えている装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、前記決定する手段は、前記センサ評価信号と前記センサ出力信号との間の他の差を表す更なる残差の関数として前記有効性指標を計算するステップを更に備えている装置。
【請求項２６】
請求項２５記載の装置であって、前記計算する手段は、前記残差と前記更なる残差の比の関数として前記有効性指標を計算する装置。
【請求項２７】
請求項２５記載の装置であって、前記計算する手段は、前記更なる残差の関数として前記有効性指標を計算し、前記更なる残差は、前記有効性指標が決定されつつあるセンサに依存する値を有している装置。
【請求項２８】
請求項２５記載の装置であって、前記生成する手段は、前記センサ評価信号を計算するために、前記プロセス制御システムのために得られた重み係数のセットを使用する手段を備え、前記計算するステップは、前記更なる残差の関数として前記有効性指標を計算し、前記更なる残差は、前記重み係数のセットに関連する相互相関係数に依存する値を有している装置。
【請求項２９】
請求項２４記載の装置であって、前記生成する手段は、主成分分析によって得られた重み係数のセットを使用してセンサ評価信号のセットを生成するとともに、各繰り返しルーチンの間に主成分分析を使用して前記センサ評価信号
0003698444.tif 000060
の値を再計算する繰り返しルーチンによって得られるであろう、ｉ番目のセンサＳiに対するセンサ評価信号の
0003698444.tif 000061
の漸近値を計算する手段を備え、各繰り返しに於いて、前記繰り返しルーチンの入力値が前回の繰り返しで得られたセンサ評価信号
0003698444.tif 000062
で置き換えられている装置。
【請求項３０】
請求項２４記載の装置であって、前記生成する手段は、前記センサ評価信号を生成するために、前記プロセス制御システムのために得られた重み係数のセットを使用し、前記決定する手段は、ｉ番目のセンサＳiに対する有効性指標ηiを、以下のように計算する手段を備えている装置、
0003698444.tif 000063
【請求項３１】
請求項２４記載の装置であって、前記有効性指標のフィルタリングを行うための手段を更に備えている装置。
【請求項３２】
請求項３１記載の装置であって、前記フィルタリングを行う手段は、前記有効性指標のフィルタリングを繰り返し行う手段を備えている装置。
【請求項３３】
請求項３１記載の装置であって、前記フィルタリングを行う手段は、適応的にフィルタリングを行う手段を備えている装置。
【請求項３４】
請求項２４記載の装置であって、前記突きとめる手段がセンサの一つに欠陥が生じたことを突きとめたときに、どのセンサに欠陥が生じたかの特定をオペレータに告知する手段を更に備えている装置。
【請求項３５】
請求項２４記載の装置であって、前記プロセス制御システムは、センサ出力信号に従ってプロセスを制御し、前記プロセスの制御に於いて欠陥が生じたとして突きとめられたセンサのセンサ出力信号を前記プロセス制御システムが使用する前に、欠陥が生じたとして突きとめられたセンサのセンサ出力信号を、欠陥が生じたとして突きとめられたセンサに関連するセンサ評価信号で置き換える手段を更に備えている装置。
【請求項３６】
関連するセンサ出力信号をそれぞれが生成する多重センサを有するプロセスに於ける欠陥センサを特定するための装置であって、
複数の前記センサ出力信号の組み合わせからセンサ評価信号のセットを決定するために相関分析を実行する手段と、
前記センサ出力信号と前記センサ評価信号のセットとの間の差を表す残差を計算する手段と、
前記残差から前記センサの一つに欠陥が生じたかどうかを決定する手段と、
前記センサの一つに欠陥が生じたと決定されたときに、センサのそれぞれに対して有効性指標を前記残差の関数として得る手段と、
前記計算された有効性指標から欠陥を生じた特定のセンサを特定する手段と
を備えた装置。
【請求項３７】
請求項３６記載の装置であって、前記得る手段は、前記残差と、前記センサ評価信号及び前記センサ出力信号の間の他の差を表す更なる残差との関数として、センサに対する前記有効性指標を得る装置。
【請求項３８】
請求項３７記載の装置であって、前記得る手段は、前記残差と前記更なる残差の比の関数として、センサに対する前記有効性指標を得る装置。
【請求項３９】
請求項３６記載の装置であって、前記プロセス制御システムは、センサ出力信号に従ってプロセスを制御し、前記プロセスの制御に於いて欠陥が生じたとして特定された特定のセンサのセンサ出力信号を前記プロセス制御システムが使用する前に、前記特定手段によって欠陥が生じたとして特定された特定のセンサのセンサ出力信号を、欠陥が生じたとして特定された特定のセンサに関連するセンサ評価信号で置き換える手段を更に備えている装置。
【請求項４０】
請求項３９記載の装置であって、前記特定する手段によって欠陥が生じたとして特定された特定のセンサを特定したことをオペレータに告知する手段更に備えている装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、プロセス内のプロセスパラメータを測定するためのセンサのセットを含むプロセスコントローラに関し、更に詳細には、それに関連するそれらのセンサの一又はそれ以上の欠陥を検出し及び特定するプロセスコントローラに関するものである。
技術背景
典型的には、プロセス制御システムは、プロセスの運転中の種々のプロセスパラメータ測定するセンサのセットと、検出されたパラメータに基づいてプロセスを制御するプロセスコントローラとを含んでいる。このようなセンサのセットの測定値に応答してプロセスを制御する多くの方法が知られているが、一又はそれ以上のセンサが、偽りの又は不正確な測定を生じるような欠陥を生じると、プロセスの制御の特有の問題を生じる。もし欠陥を生じたセンサが著しく不正確な値を反映し、及び／又はセンサの欠陥が短時間内に検出されなければ、プロセスコントローラは、プロセスを望ましくない又は有害な方向へ制御を行うことになる。
センサの欠陥は種々の方法で発生し得るが、センサの欠陥は、センサバイアスの欠陥、センサのドリフトの欠陥、センサの精度の低下の欠陥、及び完全なセンサの欠陥の４つのカテゴリーの一つに要約される。
センサ内に現れる欠陥の種々のタイプが図１ａ〜１ｄに示されており、白丸の点は真の値と計測されているプロセスパラメータの実際の値とを示し、黒丸は欠陥のあるセンサの出力を表している。図１ａはセンサのバイアスの欠陥を示し、センサは実際のプロセスパラメータに定数のバイアス値を加えている。図１ｂは、センサの完全な欠陥を表し、センサの出力は一定であるか、又はプロセスパラメータの実際の値に無関係な方法で失墜している。図１ｃはセンサのドリフト欠陥を示しており、センサの出力は、定数の駆動関数を有する自己相関項がプロセスパラメータの実測値に加えられている。図１ｄは、センサの精度が低下する欠陥を示しており、センサの出力は、プロセスパラメータの実測値にランダムなノイズ項に加えられている。
プロセス制御システム内のセンサが上記で特定した形式の一つの欠陥を生じたときに決定を行い、このような欠陥が生じたことをオペレータに知らせるコントローラは公知である。プロットセンサに欠陥が生じたときを決定する一つの従来技術の方法は、プロセス制御システムに関連するセンサのセットのそれぞれに対するセンサ評価信号を、センサによって出される実際のセンサ出力信号から計算する公知の数学的ルーチンを使用する。次に、この方法は、もしセンサ評価信号とセンサ出力信号との間の誤差が予め決められたしきい値よりも大きければ、その方法はプロセス制御システムのセンサの一つに欠陥が生じたことを検出する。
センサ評価信号のセットを得るのに使用される従来技術による数学的ルーチンは、主成分分析（ＰＣＡ）である。ＰＣＡは、相関関係のあるセンサの測定値のような相関変数のセットを、相関関係のない変数のより小さいセットに変換する変換技術である。この変換技術の効果は、例えばセンサ測定値のセットの座標系を、オリジナルの座標システムに於けるより数の少ない座標軸上のセンサ測定値によって表現される情報の配列を生ずるように、回転させることである。この変換は、互いに高度に相関するこれらの変数を単一の変数として取り扱われることを許容することにより、変数の圧縮をもたらす。プロセスに対してＰＣＡが行われた後、ｍ個のセットの相関関係のない変数又は主成分、一般的にはｔ1、ｔ2，．．．ｔmとして言及されるが、これは変数のオリジナルのセットにある情報の殆どを表す。ＰＣＡはGeladi,Kowalski,"Partial Least-Squares Regression:A Tutorial,"185 Analytica Chimica Acta 1(1986)に一般的に記載されており、その開示は参照によってここに取り入れられる。
重要なのは、ｎ個のセンサを有する特定のプロセスに対する主成分ｔ1、ｔ2，．．．ｔmの決定に於いて、主成分の重み係数Ｐij（ここで、ｉは１から主成分の数ｍまで変化し、ｊは１からセンサの数ｎまで変化する）は、主成分の適当な主成分重み係数との積が、それぞれセンサｓ1，ｓ2．．．ｓmによって計測されるセンサ出力信号ｘ1，ｘ2．．．ｘmに近似的に等しいセンサ評価信号
0003698444.tif 000002
のセットを提供するように、決定される。一般的には：
0003698444.tif 000003
式（１）は以下のようにベクトル形式で表される：
0003698444.tif 000004
Tは、関連するマトリックスの転置を表す。
ひとたび全てのｉ＝１からｍ及びｊ＝１からｎに対する主成分の重み係数Ｐijが特定のプロセスについて決定されると、これらの主成分重み係数は、公知のＰＣＡ技術のどのような期間に於いてもセンサ評価信号
0003698444.tif 000005
を得るのに使用することができる。より詳細には、センサ評価信号は式（１）及び（２）によって決定することができ、ここでは、主成分ｔ1〜ｔmが、主成分の重み係数Ｐijとセンサ出力信号ｘ1〜ｘnからその期間について計算される。
多くのセンサを有するどのような特定のシステムについても使用される主成分重み係数を定義する方法は、従来技術に於いて知られ、Geladi，Kowalski,"Partial Least-Squares Regression:A Tutorial,"185 Analytica Chimica Acta 1(1986)と、Wise，Ricken,"Recent Advances in Multivariate Statistical Process Control:Improving Robustness and Sensitivity,"IFAC International Symposium，ADCHEM’91，Toulouse France，pp.125-130(1991)とその引用文献に、一般的に記載されている。一般的に、主成分の分析を使用して材料成分と物質のポリマー的性質とを測定する方法は、Smith,米国特許第5,420,508号と、Dechene et al.米国特許第5,408,181号とに記載されている。主成分の抽出と主成分の変換を使用する信号データ処理は、Russo,米国特許第5,377,305号及びSirat et al．米国特許第5,379,352号に記載されている。Haramaty他の米国特許第5,406,502号は、主成分分析を使用して装置の正常な運転を示す多次元仮想センサ空間を規定する装置の操作性を測定するためのシステムが開示している。
図２は、５つのセンサＳ1〜Ｓ5を有するプロセスで使用するための主成分分析変換ルーチンを図示している。このルーチンは、２つの主成分ｔ1及びｔ2と、センサＳ1〜Ｓ5によって生成されるセンサ出力信号ｘ1，ｘ2．．．ｘ5の、センサ評価信号
0003698444.tif 000006
への変換とを使用している。図２に示すように、センサ出力信号ｘ1，ｘ2．．．ｘ5は、主成分重み係数Ｐijの予め決められたセットと乗算されて、２つの主成分ｔ1及びｔ2を得る。主成分ｔ1及びｔ2は、次に、主成分重み係数Ｐij（ここで、ｉは１から２まで変化し、ｊは１から５まで変化する）のセットと乗算されて、センサ評価信号
0003698444.tif 000007
を得る。通常の条件、即ち、センサＳ1〜ｓ５が全て適切に作動しているときは、センサ評価信号
0003698444.tif 000008
は、センサ出力信号ｘ1，ｘ2．．．ｘ5にほぼ等しい。
上述のように、従来技術のシステムは、プロセス制御システムのセンサＳ1〜Ｓnの一つが欠陥を生じたことを、センサ評価信号
0003698444.tif 000009
とセンサ出力信号ｘ1〜ｘnとの間の誤差の２乗の総和として定義される誤差信号ｅを計算することにより、典型的に検出する。より詳細には、誤差信号は、通常、以下のように定義される：
0003698444.tif 000010
これらの従来技術のシステムに於いて、誤差信号ｅが予め決められた値に近づいたとき、システムはセンサＳ1〜Ｓnの一つが欠陥を生じていることを示す。典型的には、これらの従来技術のシステムは、単に各センサの出力信号とセンサ評価信号とのペア
0003698444.tif 000011
の間の差を求めることにより、そして関連する差の最も大きいペアに関係するセンサを欠陥を生じたセンサとして特定することにより、どのセンサに欠陥が生じたかを評価する。しかしながら、通常の（欠陥のない）センサは、どのようなときに於いてもこのような直線的な比較を使用すれば欠陥センサの誤った特定に導くような大きな誤差を有しているという事実により、欠陥を生じているセンサを特定するこの方法は、そんなには正確ではなく、又は信頼性のあるものではない。
発明の概要
本発明は、一又はそれ以上のセンサの欠陥を素早く正確に検出し、信頼性のある方法でどのセンサに欠陥が生じているを特定することができるプロセス制御を提供する。特に、本発明は、センサ評価信号のセットを決定するために、センサ出力信号のセットに対する主成分分析のような相関分析を行い、そして、センサ評価信号とセンサ出力信号との差の関数として決定される一又はそれ以上の残差に基づいて、各センサについてのセンサ有効性指標を決定する方法及び装置を提供する。センサ有効性指標は、センサのうちのどの一つに欠陥を生じているかを決定するのに用いられる。
本発明の一つの見地によれば、それぞれが関連するセンサ出力信号を生成するセンサのセットを有するプロセス制御システム内の欠陥センサの検出に用いられる方法及び装置が提供される。この方法及び装置は、例えば主成分分析を使用してセンサ出力信号からセンサ評価信号のセットを生成し、センサ評価信号から複数のセンサのそれぞれに対するセンサ有効性指標を決定する。この方法及び装置は、次に、センサの一つに欠陥を生じているかを確かめるためにセンサの一つに関連するセンサ有効性指標を使用する。もし必要なら、対話的及び／又は適応的にフィルターをかけることもできる。
好ましくは、センサの何れか一つに関連するセンサ有効性指標は、それぞれがセンサ評価信号とセンサ出力信号との差を示す２つの残差の関数として決定される。残差の一つは、有効性指標が決定されつつある特定のセンサとは独立した方法、例えば、センサ評価信号とセンサ出力信号との間の差の２乗の総和により計算され得る。しかし、他方の残差は、有効性指標が決定されつつある特定のセンサの関数として決定され、一実施態様では、センサ評価信号を求めるために主成分分析によって使用される重み係数に関係する相互相関マトリックスの関数である。最も好ましくは、特定のセンサに対する有効性指標は、この２つの残差の比として決定される。
本発明の他の見地では、それぞれが関連するセンサ出力信号を生成する多重センサを有するプロセスに於ける欠陥センサを特定するための方法及び装置は、センサ出力信号からセンサ評価信号のセットを決定するために相関分析を使用し、センサ出力信号とセンサ評価信号との間の誤差を表す一又はそれ以上の残差を計算する。この方法及び装置は、センサの一つに欠陥を生じているかどうかを、一又はそれ以上の残差から決定し、センサの一つに欠陥を生じていると決定されたときに、それぞれのセンサに対して有効性指標を残差の関数として計算する。欠陥を生じている特定のセンサは、計算された有効性指標から特定される。オペレータは、どれが欠陥センサかを告知される。
このプロセス制御システムは、欠陥センサが検出され特定されたときは、欠陥センサによる出力信号の代わりに、欠陥センサに関連するセンサ評価信号に従ってプロセスを制御するように運転される。
２つの残差の比の関数として有効性指標のセットを計算する本発明の方法は、本発明の有効性指標が、欠陥センサを特定する従来技術に使用される標準より、センサ出力信号及びセンサ評価信号に存在するどのようなノイズからも影響をあまり受けないため、欠陥を生じている特定のセンサを特定する点に於いて、従来技術よりも信頼性が高い。また、本発明によって遂行されるように、２つの残差の比として有効性指標のセットを計算することは、異なる有効性指標の間の差を増大させ、換言すれば、有効性指標のセットの一つが下がれば、他方は上がる。結果として、本発明の有効性指標を使用してどの特定のセンサに欠陥を生じたかを検出することは、互いに関連性のない欠陥センサ特定指標を使用する従来技術の方法よりも、より容易である。
【図面の簡単な説明】
図１ａ〜１ｄは、センサに典型的に見られるセンサ欠陥のタイプを表すグラフを含んでいる；
図２は、主成分分析ルーチンに従ってセンサ出力信号からセンサ評価信号が得られる方法のグラフ説明図を含んでいる；
図３は、本発明による欠陥センサの検出と特定のための装置を有するプロセスコントローラを示すブロックダイヤグラムを含んでいる；
図４は、図３の欠陥センサ特定装置及び再構築ブロックを図示するブロックダイヤグラムを含んでいる；
図５は、本発明により欠陥センサを検出し特定する方法を図示するフローチャートを含んでいる；
図６は、プロセス制御システムの６個のセンサのセットのそれぞれに対するセンサ有効性指標のグラフを含んでいる；
図７は、図６に関連するプロセス制御システムのために計算された残差を図示するグラフを含んでいる；及び
図８は、本発明に従って、欠陥センサを検出し特定するための更なる方法を図示するフローチャートを含んでいる。
詳細な説明
図３を参照すれば、プロセス制御システム１０がプロセス１２の制御に採用されている。プロセス制御システムに於いては典型的であるが、コントローラ１４は、センサ１６のセットと欠陥センサ特定装置及び再構築ブロック１８と、和回路網２０とを有するフィードバックループによって生成される信号に従って、プロセス１２を制御する。センサ１６のセットは、独立したセンサＳ1、Ｓ2．．．Ｓn（ここでｎはセンサの全数である）を任意の数だけ有しており、それぞれは、温度及び／又は圧力のような一又はそれ以上のプロセスパラメータを計測する。センサＳ1、Ｓ2．．．Ｓnはそれぞれ、計測されたプロセスパラメータを示すセンサ出力信号ｘ1，ｘ2...ｘnを出力し、ブロック１８にこれらの出力信号を供給する。もし必要なら、センサ１６のセットは余分なセンサ、即ち、プロセス１２の同じか又は異なる位置で同様の又は関連あるプロセスパラメータを測定する２つ又はそれ以上のセンサを含んでいてもよい。
欠陥センサ及び再構築ブロック１８は、センサ出力信号ｘ1〜ｘnを解析し、そして、センサＳ１，Ｓ2．．．Ｓnにそれぞれ関連するセンサ評価信号
0003698444.tif 000012
のセットを計算する。次に、ブロック１８はセンサの一つに欠陥を生じているかを検出し、もしそうなら、センサＳ１，Ｓ2．．．Ｓnのどれに欠陥が生じたかを、センサ評価信号
0003698444.tif 000013
を使用して特定する。もしブロック１８がセンサＳ１，Ｓ2．．．Ｓnの何れにも欠陥が生じていないと決定したときは、ブロック１８はセンサ出力信号ｘ1〜ｘnを表す信号をバス２２を介して和回路網２０に供給する。和回路網２０は、センサ出力信号ｘ1〜ｘnを表す信号を一又はそれ以上のセットポイント値と比較して誤差信号のセットを決定し、これは、続いて、プロセス１２の制御に使用するためにプロセスコントローラ１４に供給される。
もしブロック１８がセンサＳ1，Ｓ2．．．Ｓnの一つに欠陥を検出したら、ブロック１８はどのセンサに欠陥が生じたか、以後欠陥センサＳfとして言及するが、を検出し、センサ出力信号を和回路網２０に送る前に、欠陥センサＳfによって生成されるセンサ出力信号ｘfを、欠陥センサＳfのために計算されたセンサ評価信号
0003698444.tif 000014
で置き換える。同時に、ブロック１８は、欠陥センサＳfについて、適当なアラーム若しくはメッセージをコンピュータ端末若しくはコントロールボードに送ることにより、又は欠陥センサの存在をオペレータに示す他の望ましい方法を使用することにより、ユーザ又はオペレータに警告し、これによって、オペレータが欠陥センサＳfを修理し又は交換し得るようにする。このような方法で、ブロック２０はオペレータに欠陥センサの存在を警告する一方、同時にコントローラ１４が欠陥センサの測定に基づいてプロセス１２を制御するのを防止する。
この置き換え技術の結果として、プロセスコントローラ１４は、欠陥センサの存在下、測定されているプロセスパラメータの実際の値と殆ど又は全く関係のない欠陥センサの出力信号ｘfに代えて、欠陥センサＳfによって測定されているパラメータの値の評価に従い、プロセス１２を制御する。この制御方法は、センサの一つに欠陥が生じたときにプロセス１２のより正確な制御を可能に、このことは核プロセス制御システムのようなプロセス制御システムでは重要である。
プロセス１２はどのようなタイプのプロセスであってもよいし、プロセスコントローラ１４は、比例積分（ＰＩ）コントローラ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、ファジー論理コントローラ、又は一又はそれ以上の制御信号をプロセス１２のために生成する望ましいタイプのようなどのようなものであってもよい。プロセス制御システム１０は、センサＳ１，Ｓ2．．．Ｓnによって測定されるようなプロセス１２の一又はそれ以上の出力に応答して、プロセス１２の運転の間にコントローラ１４を再調節するチューナ（図示せず）を含んでいてもよい。使用し得るコントローラ及び／又はチューナは、その開示がここに参照によって取り入れられる米国特許第５，２８３，７２９号、「自動チューニングを行うファジー論理制御のための方法及び装置」と題された1993年８月１１日の米国特許出願第０８／１０５，９９９号、「プロセスコントローラを自動的にチューニングするシステム及び方法」と題された1993年５月２８日の米国特許出願第０８／７０７，０９０号、及び／又は「非線型プロセスコントローラに於ける制御パラメータの適用及び応用方法」と題された1995年２月２１日の米国特許出願第０８／３９１，７１７号に記載され、これらの全てが、本発明の譲受人に譲渡され、それぞれの開示はここに参照によって取り入れられる。
図４を参照すれば、センサ欠陥特定装置及び再構築ブロック１８がより詳細に示されている。マイクロプロセッサ又はコンピュータの他の望ましいタイプを使用して装備され得るブロック１８は、センサアナライザ２６及び制御ライン３０を通じてセンサアナライザ２６に結合したマルチプレクサ２８を包含している。適切にプログラムされたデジタル若しくはアナログのコンピュータ、マイクロプロセッサ又は他の望ましい処理機を有し得るセンサアナライザ２６は、センサ出力信号ｘ1〜ｘnに応答し、そして、センサＳ1〜Ｓnのそれぞれに関連するセンサ評価信号
0003698444.tif 000015
のセットを生成する。センサ出力信号ｘ1〜ｘn及びセンサ評価信号
0003698444.tif 000016
は、図４に示されたマルチプレクサ２８に供給される。
センサアナライザ２６がセンサＳ1〜Ｓnの何れもが欠陥を生じていないことを決定したとき、マルチプレクサ２８はセンサ出力信号ｘ1〜ｘnを直接図３の和回路網２０にバス２２を通じて供給する。しかし、センサアナライザ２６がセンサＳ1〜Ｓnの一又はそれ以上に欠陥を生じたことを決定したとき、センサアナライザ２６はアラーム信号又はエラーが発生したことを示す他の信号をオペレータに信号ライン３２を介して送る。また、センサアナライザ２６は、特定のセンサに欠陥が生じたことを決定し、そうするに際して、欠陥センサＳfに関連するセンサ評価信号
0003698444.tif 000017
を、欠陥センサＳfから得られるセンサ出力信号ｘfに代えて、（図３の）和回路網２０に送るように、制御ライン３０を介してマルチプレクサ２８を制御する。センサアナライザ２６はまた、一又は複数の欠陥センサを示す信号を信号ライン３２を介してオペレータに送る。このように、センサアナライザ２６は、マルチプレクサ２８と組み合わせて、センサＳ1〜Ｓnが適正に動作しているときは、センサ出力信号ｘ1〜ｘnをプロセス１２の制御に使用するために和回路網２０に送り、センサＳfに欠陥を生じているときには、欠陥センサＳfに関連するセンサ評価信号
0003698444.tif 000018
に加えて欠陥を生じていないセンサに関連するセンサ出力信号を送る。
一般的に、図４のセンサアナライザ２６は、(1)センサＳ1〜Ｓnの一又はそれ以上に欠陥が生じたかを検出するために、(2)センサＳ1〜Ｓnのうちのどのセンサに欠陥を生じたのかを特定するために、及び(3)プロセス１２の制御に於ける欠陥センサのセンサ出力信号を置き換えるのに使用されるように各欠陥センサに対応するセンサ評価信号
0003698444.tif 000019
を生成するために、センサ出力信号ｘ1〜ｘn上で主成分分析（ＰＣＡ）のような相関分析を行う。本発明はＰＣＡに関連して記載されるけれども、多重線型回帰分析、主成分回帰分析、部分最小二乗回帰分析の他、全ての公知のもの、Geladi，Kowalski，「部分最小二乗回帰：論文」，185 Analytica Chimica Acta １(1986)により詳細に記載されているものを含む他の好ましい相関分析が代わりに使用され得る。
一般的には、本発明に従って欠陥センサを検出し特定する方法は、それぞれセンサＳ1〜Ｓnのためのセンサ評価信号
0003698444.tif 000020
を計算する繰り返しルーチンを実行又はシュミレートする。この繰り返しルーチンでは、センサＳ1に対するセンサ評価信号
0003698444.tif 000021
は、式(1)及び(2)により定義されるＰＣＡ技術を使用する多くの繰り返しのそれぞれの間に再計算され、そこでは、各繰り返しに於いて、センサ出力信号ｘiが前の繰り返しで計算されたセンサ評価信号
0003698444.tif 000022
で置き換えられる。ルーチンの繰り返しは、論理的には、センサ評価信号
0003698444.tif 000023
が漸近値に近づくまで繰り返される。
全てのセンサ評価信号
0003698444.tif 000024
が計算されたとき、欠陥センサを検出し特定するこの方法は、センサ出力信号ｘ1〜ｘnとセンサ評価信号
0003698444.tif 000025
との間の誤差を測定する一又はそれ以上の残差を計算し、次に、各センサに対するセンサ有効性指標を一又はそれ以上の残差の関数として計算する。この方法は、センサに欠陥が生じているかを残差又はセンサ有効性指標から決定し、そしてどのセンサが欠陥を生じているかをセンサ有効性指標から特定する。欠陥センサの検出と特定に際し、この方法は欠陥センサのセンサ出力信号を欠陥センサについて計算されたセンサ有効性指標で置き換える。
図５のフローチャートは、図４のセンサアナライザ２６によって装備された本発明による欠陥センサの検出と特定の方法を図示している。図５の方法によれば、ブロック１００は、最初に、センサＳ1，Ｓ2，...Ｓnによって測定されるパラメータを有するプロセス１２に対する主成分の重み係数Ｐij（ここで、ｉは１から主成分の数ｍまで変化し、ｊは１からセンサの数ｎまで変化する）を決定する。
ブロック１０２は、次に、以下の主成分相互相関係数Ｃrs（ここで、ｒ及びｓは、１からｎまで変化する）のセットを計算する：
0003698444.tif 000026
ここで、Ｃrs＝主成分重み係数から求められるｎ2の相互相関係数の一つ
Ｐir＝ｊ番目の主成分とｒ番目のセンサに関連する主成分重み係数
Ｐis＝ｉ番目の主成分とｓ番目のセンサに関連する主成分重み係数
式(4)は、以下のようにマトリックスの形式で表される。
Ｃ=ＰＰT                            (5)
ここで、Ｃ＝全てのｒ＝１からｎ及びｓ＝１からｎに対する相互相関係数を含むｎ行ｎ列のマトリックス
Ｐ＝ｍの主成分重み係数のｎのセットを含む長さｎの行マトリックス
式(5)の相互相関係数マトリックスＣは、以下の列マトリックスのセットとして表現され得る：
Ｃ＝［Ｃ1Ｃ2．．．Ｃn］         (6)
ここで、列マトリックスＣiは、以下の相互相関係数Ｃrsを含んでいる。
0003698444.tif 000027
ブロック１００及び１０２によって行われる計算は、プロセス１２の運転の前又は最中の何れの時点に於いても行われ得て、もし望むなら、ｒ及びｓの全ての値、即ちＣマトリックスに対する相互相関係数Ｃrsが、センサ評価信号
0003698444.tif 000028
を得るのに使用するために、センサアナライザ２６に関連するメモリ（図示せず）に格納され得る。
上記で示したように、プロセス１２の運転の間、図３に示すセンサ１６のセットのそれぞれは、測定されたプロセスパラメータを表すセンサ出力をセンサアナライザ２６に、周期的又は連続的な方法で供給する。ブロック１０４は、これらのセンサの測定値を、センサ出力信号ｘ1〜ｘnを得るためにサンプリング又はラッチする。
ブロック１０６〜１１２は、次に、各センサＳ1〜Ｓnに対するセンサ評価信号
0003698444.tif 000029
を計算する。ブロック１０６は、変数ｉを１（最初のセンサＳ1に対するセンサ評価信号
0003698444.tif 000030
が計算されることを示す）にセットし、ブロック１０８はセンサＳiに対するセンサ評価信号
0003698444.tif 000031
を以下のように計算する：
0003698444.tif 000032
式(8)はまた、以下のように表される：
0003698444.tif 000033
ここで、Ｘi-＝最初のｉ−１個のセンサ出力信号を有する長さｉ−１の行マトリックス；
０＝ゼロマトリックスエレメント；
Ｘi+＝最後のｎ−１個のセンサ出力信号を有する長さｎ−１の列マトリックス；
Ｃi＝式(6)のマトリックスＣのｉ番目の列マトリックス
式(8)及び(9)は、上述の繰り返しルーチンによって得られた
0003698444.tif 000034
の漸近値をどのような繰り返しをも実際に行うことなく決定する。しかし、繰り返しの計算は、以下の式を用いて行われる：
0003698444.tif 000035
次に、ブロック１１０はセンサ評価信号が全てのセンサに対して決定されたか否か、即ち、変数ｉがセンサの数ｎに等しいか否かを見るためにテストを行う。もしそうでなかったら、ブロック１１２は変数ｉを１だけ増加させ、制御をブロック１０８に戻す。そうでないときは、センサＳ1〜Ｓnのそれぞれに対してセンサ評価信号が計算され、制御はブロック１１４に向かう。
ブロック１１４は、センサ評価信号
0003698444.tif 000036
の計算されたセットとセンサ出力信号ｘ1〜ｘ5のセットとに関連する一又はそれ以上の残差を計算する。残差は、センサ評価信号のセットと実際のセンサ出力信号のセットとの差の測定であり、公知の又は所望の方法によって計算され得る。一又はそれ以上の残差は、欠陥が何れかのセンサに生じたかを決定するためにブロック１１４によって使用され、及び／又は特定のセンサに欠陥を生じているか否かを決定するのに使用され得る。好ましくは、ブロック１１４は、センサ出力信号と計算されたセンサ評価信号との間の差の２乗の総和として、残差Ａを計算する。より詳細には、ブロック１１４は残差Ａを以下のように決定する：
0003698444.tif 000037
これに代えて、又はこれに加えて、ブロック１１４は他の何れかの特定のセンサに対する他の残差Ｂi，Ｃi，Ｄi及びＥiを計算することができ、ここで、：
0003698444.tif 000038
一般的に、残差Ｂiは、センサ出力信号と、センサ出力信号ｘiをセンサ評価信号
0003698444.tif 000039
で置換することにより得られたセンサ評価信号との間の差を示すものを含んでいる。残差Ｃiは、センサ評価信号
0003698444.tif 000040
で置換されたセンサ出力信号ｘiを有するセンサ出力信号と、センサ評価信号との間の差を示すものを含んでいる。残差Ｄiは、センサ出力信号と、センサ評価信号
0003698444.tif 000041
で置換されたセンサ出力信号ｘiを有するセンサ出力信号との間の差を示すものを含んでいる。残差Ｅiは、センサ評価信号
0003698444.tif 000042
で置換されたセンサ出力信号ｘiと、センサ出力信号ｘiをセンサ評価信号
0003698444.tif 000043
で置換することにより得られたセンサ評価信号との間の差を示すものを含んでいる。ブロック１１４は、センサ出力信号とセンサ評価信号との間の差を示す他の所望の残差を矛盾のない定量可能な方法で計算することができる。
ひとたび所望の一つの残差又は複数の残差が計算されると、ブロック１１４は、一つのセンサに欠陥が生じているか否かを決定するために、残差を予め決められた値と比較する。もし、残差が予め決められた値より大きいか、又は残差がいくつかの所望の予め決められた判定基準、例えば、長期間に亘る残差の平均が予め決められた値より大きい等の判定基準に一致したら、ブロック１１４はセンサの一つに欠陥を生じたことを検出する。
ブロック１１４の計算に代えて又は加えて、ブロック１１６〜１２２は、センサＳ1〜Ｓnのそれぞれについてのセンサ有効性指標ηを計算する。実際上、センサＳiに対するセンサ有効性指標ηiは、センサＳiの有効性を示している。一般的には、各センサの有効性指標は、残差の何れか２つ又はそれ以上の関数として計算され、より詳細には、残差の何れか２つ又はそれ以上の比の関数として計算される。最も詳細には、各センサ有効性指標は、ブロック１１８に於いて、式(11)の残差Ａに対する式(15)の残差Ｅiの比の関数として、又は式(11)の残差Ａに対する式(14)の残差Ｄiの比の関数として計算される：
0003698444.tif 000044
より詳細には、センサＳiに対するセンサ有効性指標ηiは、以下のように計算される：
0003698444.tif 000045
実際に欠陥を生じているセンサのセンサ有効性指標は、長期間に亘ってゼロに向かって減少するからであろうが、欠陥を生じていないセンサのセンサ有効性指標は、１近くを維持するであろう。一般的には、図５の方法は、もし、特定のセンサに関連するセンサ有効性指標が、他の所望の予め決められた値をしようし得るが例えば０．５のような予め決められた値より小さくなると、そのセンサを欠陥センサとして認識する。
もし必要なら、ブロック１２０は、センサ有効性指標のノイズを減少させるために、各センサに対するセンサ有効性指標ηにフィルターをかける。一般的には、何れのセンサに対するセンサ有効性指標も、繰り返し技術を使用してフィルターをかけることができ、以下のように計算される：
0003698444.tif 000046
初期のフィルター係数は、以下のように設定するのが好ましく：
0003698444.tif 000047
ここで、ｎw＝フィルターウインドウ内の期間の数であり；
そして、フィルターをかけた有効性指標
0003698444.tif 000048
の初期値はＩａ〜のように競っているのが好ましい：
0003698444.tif 000049
これらの初期条件で、フィルターをかけたセンサ有効性指標
0003698444.tif 000050
から初期条件の影響を除くために、ｎwの期間をとる。
もし必要なら、適応フィルタリングが、何れかの又は全てのセンサＳ1〜Ｓnに対するセンサ有効性指標に適用され得る。適用フィルタリングの技術は、フィルタリング係数λを、以下のように変更することにより達成される：
λnew＝λold−αΔＩfa      (21)
ここで、λnew＝新たなフィルタリング係数(filtering index)又はフォゲッティングファクター(forgetting factor)
λold＝古いフィルタリング係数(filtering index)又はフォゲッティングファクター(forgetting factor)
α＝誤警報率Ｉfaを使用したときの適用フィルタリングに関連する学習係数(learning coefficient)
ΔＩfa＝誤警報率の変化の速度
又は
λnew＝λold＋βΔＩma      (21)
ここで、λnew＝新たなフィルタリング係数(filtering index)又はフォゲッティングファクター(forgetting factor)
λold＝古いフィルタリング係数(filtering index)又はフォゲッティングファクター(forgetting factor)
β＝欠落警報率Ｉmaを使用したときの適応フィルタリングに関連する学習係数(learning coefficient)
ΔＩma＝欠落警報率の変化の速度
式(21)及び(22)に於いて、学習係数α及びβは、オペレータによって手動で決定されることを含めて、どのような所望の方法によっても決定され又は設定され得る。誤警報率に於ける変化ΔＩfa及び欠落警報率の変化ΔＩmaは、コンピュータ又はその方法により生成する多くの誤警報Ｉfa及び／又は欠落警報Ｉmaを記憶する他の装置を使用して、これらの誤警報及び／又は欠落警報が出現する期間と、予め決められた長さの時間に亘ってこれらの値の変化の速度とに沿って、オペレータによって決定され得る。
ブロック１１６〜１２２がセンサＳ1〜Ｓnにそれぞれ関連する特定の期間に対するセンサ有効性指標η1〜ηnを計算した後、ブロック１２４はセンサに欠陥が生じているかどうか、及びどの一つに欠陥が生じたかを、センサ有効性指標η1〜ηnを用いて検出する。ブロック１２４はセンサ有効性指標からどのセンサに欠陥を生じているかを、センサ有効性指標の何れかが予め決められた値より小さくなったかどうかから決定し、もしそうなら、関連するセンサを欠陥センサとして特定することにより、決定する。センサの一つに、例えばブロック１１４により欠陥が生じていることが既に決定されたとき、センサＳ1〜Ｓnのどれに欠陥が生じているのかを決定するために、センサ有効性指標はまた或いはこれに代わって互いに比較される。
欠陥が生じたことが決定され、センサ有効性指標の何れもが予め決められた値より小さくない若しくは他のセンサ有効性指標より著しく大きくないとき、又はもし他の所望される欠陥検出若しくは特定の判定基準に何れのセンサ有効性指標も合致しているなら、欠陥センサは不確定であり、センサ欠陥状態はより後の期間まで決定されない。このような不確定な状態は、通常、残差を使用してブロック１１４によって欠陥センサの存在が検出された後の多くの期間に対して起こる。一般的には、センサ有効性指標に適用されるより高度なフィルタリングは、残差を使用して欠陥センサの存在が検出された後では、どのセンサに欠陥が生じているかをもはや検出できない。もし必要なら、センサ有効性指標は欠陥センサの存在の検出とどのセンサに欠陥が生じているかの両方に使用され得る。このような場合には、ブロック１１４は図５の方法から除かれ得る。
もしブロック１１４及び／又は１２４がセンサの一つに欠陥が生じたことを検出しないとき、制御はブロック１０４に戻る。しかし、もしブロック１１４又は１２４の一つがセンサの一つに欠陥を生じたことを検出したら、ブロック１２６はオペレータに欠陥を告知し、そしてもし可能なら、オペレータに特定のセンサに欠陥を生じたことを告知する。この告知は、オペレータが欠陥センサを修理し又は交換することを可能とする。
次に、ブロック１２８は、ブロック１０８によって欠陥センサＳfのセンサ出力信号ｘfをそのセンサのために計算されたセンサ評価信号
0003698444.tif 000051
で置き換えるように、図４のマルチプレクサ２８を制御する。もし必要なら、ひちたび欠陥センサが検出されたら、ブロック１２８は、計算されたセンサ評価信号
0003698444.tif 000052
を欠陥センサＳfのセンサ出力信号ｘfのために、欠陥センサＳfが修理され又は交換されるまで、自動的に置き換えることができる。ブロック１２８は、次に、次に期間のセンサの測定値をサンプリングするブロック１０４に制御を戻す。ブロック１０４〜１２８を有するこのループは、プロセス１２の運転中、連続的に繰り返される。
ブロック１２８によって行われる信号置換プロセスは、これらの制御信号がセンサに欠陥を生じたときの欠陥センサの測定値に代わるセンサ評価信号に基づいているため、プロセス１２の制御の間、コントローラ１４（図３）によって生成される制御信号の完全性を維持するのを助ける。この置換技術は、ブロック１０４〜１２８を有するループによる連続した計算に関連して、もし検出され及び特定された欠陥センサが修理され又は取り替えられる前にこのような欠陥が生じたら、他のセンサの更なる欠陥の検出を可能とする。
図６は、期間５１０及び６３０の間に本発明の方法を使用したシステムによって計算された６個のプロセスセンサのグループに対するセンサ有効性指標のグラフを含んでいる。図７は、同じ６個のセンサ及び期間に対する残差Ａのグラフを含んでいる。図６及び図７の垂直の鎖線は、センサの一つに欠陥が生じた（図６で点線で示されている）期間を示している。図７の点２００は、本発明の方法によるシステムが、ある設定点を有する残差Ａの比較に基づいてセンサの一つに欠陥が生じたことを検出した期間を示している。図６の点２０２は、同じシステムが、ある設定点を有する計算されたセンサ有効性指標の比較に基づいて、欠陥を生じた特定のセンサを特定した期間を示している。
センサの欠陥をモニタするために、残差Ａ，Ｂi，Ｃi，Ｄi及び／又はＥiの一又はそれ以上の残差を使用することが好ましく、欠陥センサがこの残差に基づいて欠陥センサが検出されたとき、どのセンサに欠陥が生じたかを特定するために、センサのそれぞれに対する計算された有効性指標を使用することが好ましい。このような欠陥センサ検出及び特定の方法論は、残差がセンサ有効性指標よりノイズ及び散発的な変動によって受ける影響がより小さく、従って、残差はセンサの欠陥の検出のベースとなるより安定なセンサ出力信号を示すので、よりよい欠陥検出を提供する。センサ有効性指標は、実際には正常な運転の間にかなりの範囲を変動し、即ち、それらは残差より正常値からのズレのより大きな基準値を有している。結果として、最初からセンサの一つに欠陥が生じたかどうかを決定するためにセンサ有効性指標を使用することは、センサの一つに欠陥が生じたかどうかを単に残差を使用するよりも、誤警報の生成にとってより好ましい。また、二重の検出及び特定の仕組みは、この仕組みが各期間でセンサのそれぞれに対するセンサ有効性指標を計算するのを不要とするのでより少ない計算しか必要とされないため、処理を節約し得る。事実、この方法は、計算されるべきセンサ有効性指標を、どのセンサに欠陥が生じたかを特定するのにセンサ有効性指標が必要とされる、センサの一つに欠陥が生じたときにのみ計算することを可能とする。
図８のフローチャートは、本発明による欠陥センサの検出及び特定方法の更なる実施例を示しており、図４のセンサアナライザ２６を備えている。図５のブロックと本質的に同様の機能を果たす図８のブロックは、同様に符号が付されている。図８の方法は、センサの欠陥が生じたかどうかを検出するためにブロック１３０によってブロック１１４で計算された一又はそれ以上の残差が使用される点、及びもし何れのセンサにも欠陥が生じていなければ制御は次の期間のためにすぐにブロック１０４に戻される点を除いて、図５の方法と同様である。しかし、もし、ブロック１３０がブロック１１４によって計算された残差に基づいてセンサの欠陥を検出したら、制御は、各センサに対するセンサ有効性指標を計算するブロック１１６〜１２２にスイッチされる。上述のように、ブロック１２０は、ブロック１１８によって計算されたセンサ有効性指標に対してフィルタリングを適用することができる。しかし、もしフィルタリングが適用されるなら、ブロック１３０が図のセンサにも欠陥を生じていないと決定したときでも、ブロック１１６〜１２２のステップを実行するのが好ましい。
次に、ブロック１２４はどのセンサに欠陥が生じたかをセンサ有効性指標η1〜ηnに基づいて決定する。ブロック１２４によって欠陥センサが特定されたとき、ブロック１２６はアラームを鳴らすか、又はどのセンサに欠陥が生じたかの表示をオペレータに与える。次に、ブロック１２８は、欠陥センサの出力を、ブロック１０８によって計算されたその欠陥センサに関連するセンサ評価信号で置き換える。ブロック１２８がこの置き換え手法を実行した後、又はまだ欠陥センサを検出することができないことを決定した後、制御は更なる処理のためにブロック１０４に戻される。
上記の方法は、特に線型プロセスでの使用に適しているが、同様に、非線型プロセスにも使用され、又は公知の技術によって改変して使用され得る。
ここで図５及び／若しくは図８又は他に記載された方法の何れも、ハードウエアに於いて実現され、又は適切にプログラムされたデジタルコンピュータ又は独立したプログラムとして若しくは共通のプログラムのモジュールとしてのソフトウエアでプログラムされたプロセッサに於いて実現され得る。更に、本発明は、図示により意図される特定の実施例に言及して記載されているけれども、この技術分野の通常の技術者には、開示された実施例に対して、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、変更、付加及び／又は削除がなされ得ることは明らかであろう。
【図１ａ】
0003698444.tif 000064
【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
0003698444.tif 000069
【図４】
0003698444.tif 000070
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003698444.tif 000073
【図８】
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