(57)【要約】      （修正有）【課題】ネットワークから制御装置へ受信される指令を起因とする機器の不安定化、誤動作、故障を防ぐことにより、機器の生産性を維持するための異常予測制御システムを提供する。【解決手段】ネットワーク５から指令を受信して制御信号２１を与える制御装置２と、制御装置からの制御信号により制御される機器１により構成される制御システムに適用される異常予測制御システムであって、ネットワークからの指令を受信して制御装置と機器により構成される制御システムの機能を摸擬する制御部モデルを有し、制御システムについての予測データを与える将来予測部３と、ネットワークからの指令を受信し、所定時間後に制御装置に指令を与える指令監視部４と、予め与えられた既定条件を用いて将来予測部が与える予測データを評価して、ネットワークからの指令が不適切なものであることを報知する報知部を備えることを特徴とする異常予測制御システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークから指令を受信して制御信号を与える制御装置と、制御装置からの制御信号により制御される機器により構成される制御システムに適用される異常予測制御システムであって、
前記ネットワークからの前記指令を受信して前記制御装置と前記機器により構成される前記制御システムの機能を摸擬する制御部モデルを有し、前記制御システムについての予測データを与える将来予測部と、前記ネットワークからの指令を受信し、所定時間後に前記制御装置に前記指令を与える指令監視部と、予め与えられた既定条件を用いて前記将来予測部が与える予測データを評価して、前記ネットワークからの前記指令が不適切なものであることを報知する報知部を備えることを特徴とする異常予測制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の異常予測制御システムであって、
前記将来予測部が与える予測データは、前記制御装置と前記機器により構成される制御システムにおける稼働状態を示す稼働状態データであることを特徴とする異常予測制御システム。
【請求項３】
請求項２に記載の異常予測制御システムであって、
前記稼働状態データは、前記制御信号、前記機器間の相互関係、前記機器の温度、圧力、流量、変位などの稼働状態であるであることを特徴とする異常予測制御システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の異常予測制御システムであって、
前記制御システムにはセンサが取り付けられており、前記将来予測部が与える予測データは前記センサからのセンサ信号であり、前記報知部は前記センサからのセンサ信号と前記将来予測部が与える予測データの差を、予め与えられた既定条件を用いて評価することを特徴とする異常予測制御システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の異常予測制御システムであって、
前記将来予測部が与える予測データは前記制御装置からの制御信号であり、前記報知部は前記制御装置からの制御信号と前記将来予測部が与える予測データの差を、予め与えられた既定条件を用いて評価することを特徴とする異常予測制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークから指令を受信して制御信号を与える制御装置と、制御装置からの制御信号により制御される機器により構成される制御システムに適用される異常予測制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場やプラント内の製造機器、ユーティリティ供給機器、自動車、家電などの様々な機器において、機器の稼動状態を遠隔監視および遠隔操作するため、機器の制御システムをネットワーク接続するケースが増加している。これに伴い、ネットワーク接続された機器の制御システムを狙ったサイバー攻撃が多発している。
【０００３】
サイバー攻撃などにより機器の管理者が発信した指令が改ざんされ、その指令が制御システムに受信された場合、制御システムにより稼動される機器が暴走するなど不安定化を生じ、または誤動作し、故障する場合がある。機器が故障した場合、修理などの複旧作業は時間と労力を要するため、機器の生産性、または機器を含む工場やプラントの生産性が低下する。
【０００４】
そこで、サイバー攻撃を回避するため、悪意のあるプログラムや悪意を持つ人物によるデータ改ざん、不正操作などによってなされるデータ処理装置の異常を検知するプラント計装システムとして例えば特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２１１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたプラント計装システムでは、現在時刻におけるプラントデータをデータベースのデータと比較することにより異常を検知する。このため、異常の信号が受信された場合、その信号によりプラント状態が変化し、その後にプラントデータにより異常が検知されるので、プラント状態が不安定化するなどのトラブルが発生し、その対応が遅れる可能性がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ネットワークから制御装置へ受信される指令を起因とする機器の不安定化、誤動作、故障を防ぐことにより、機器の生産性を維持するための異常予測制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上のことから本発明においては、「ネットワークから指令を受信して制御信号を与える制御装置と、制御装置からの制御信号により制御される機器により構成される制御システムに適用される異常予測制御システムであって、ネットワークからの指令を受信して制御装置と機器により構成される制御システムの機能を摸擬する制御部モデルを有し、制御システムについての予測データを与える将来予測部と、ネットワークからの指令を受信し、所定時間後に制御装置に指令を与える指令監視部と、予め与えられた既定条件を用いて将来予測部が与える予測データを評価して、ネットワークからの指令が不適切なものであることを報知する報知部を備えることを特徴とする異常予測制御システム」としたものである。
【発明の効果】
【０００９】
ネットワークから機器の安全性を害する指令が機器の制御システムに受信された場合、機器の不安定化、誤動作、故障のようなトラブルが発生する前に予測できる。このため、トラブル発生を防げ、機器の安全性・生産性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例１に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図。
【図２】指令監視部４の処理を示した処理フローを示す図。
【図３】図１の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示す図。
【図４】本発明の実施例２に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図。
【図５】センサ信号監視部６の処理を示した処理フローを示す図。
【図６】図４の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示す図。
【図７】本発明の実施例３に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図。
【図８】制御信号監視部７の処理を示した処理フローを示す図。
【図９】図７の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、本発明の実施例１に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図である。
【００１３】
図１に示した異常予測制御システムは、プラントなどの設備を構成する機器１、機器１の制御装置２、将来予測部３、指令監視部４、ネットワーク５により構成されている。また指令監視部４内部には、異常検知したときに外部報知する報知部４０を備えている。
【００１４】
図１の異常予測制御システムは、プラントなどの設備を新設する場合には、最初から図１の構成を採用することにより実現可能であるが、既設設備の場合にも実現可能である。既設設備の場合には、機器１、制御装置２、ネットワーク５により構成されている既設の制御システムに、将来予測部３、指令監視部４により構成される異常予測システムを追加して、全体として異常予測制御システムを構成することができる。
【００１５】
まず制御システムにおける機器１、制御装置２は以下のように構成され、機能する。
【００１６】
プラントなどの設備を構成する機器１は、制御装置２から出力された制御信号２１を入力とし、制御信号２１に基づいて稼働し、いわゆる操作端を操作する。また、機器の稼働状態を計測するセンサを備え、そのセンサから出力される信号をセンサ信号１１として制御装置２へ出力する。
【００１７】
制御装置２は、機器１から出力されるセンサ信号１１と、ネットワーク５からの（図１では指令監視部４経由で出力される）指令４１を入力とし、例えばセンサ信号１１を帰還信号とし指令４１を目標信号とする比例積分演算に基づいて制御信号２１を生成し、制御信号２１を機器１へ出力する。なお制御装置２における演算は、従来から知られた適宜の方式を採用することができる。
【００１８】
異常予測システムにおける、将来予測部３、指令監視部４は以下のように構成され、機能する。
【００１９】
まず将来予測部３は、その内部に制御システムにおける機器１、制御装置２の機能を摸擬する制御部モデルを内蔵しており、ネットワーク５から受信された指令５１を入力として制御部モデルによる予測演算を実行し、稼働状態データ３１を出力する。なお言うまでもないことであるが、将来予測部３により求められた稼働状態データ３１は予測により求められた将来時点における予測値である。
【００２０】
稼働状態データ３１は例えば、指令５１に基づいて制御装置２から生成される制御信号２１、制御信号２１により稼働される機器１における圧力、温度、流量、変位などの稼働状態、機器１が複数の機器から構成される場合は構成機器間の相互作用などを高速に計算し、稼働状態データ３１を指令監視部４へ出力する。
【００２１】
指令監視部４は、将来予測部１３から出力された稼働状態データ３１と、ネットワーク５から受信された指令５１を入力とし、稼働状態データ３１が機器１の安全性に関わる既定条件４５を満たすか否かを判断し、既定条件４５を満たす場合は指令５１を指令４１として制御装置２へ出力し、既定条件４５を満たさない場合は機器１の安全性を害する指令５１が受信されたことを管理者に通知する。なお機器１の安全性に関わる既定条件６１については、別途指令監視部４に設定されているものとする。
【００２２】
ここで、稼働状態データ３１とは、機器１の安全性に関わるデータであり、機器１の種類や規模に応じて異なるが、一般的なプラントの例でいえば、メタルの温度、タンクの水位、配管内の流体の圧力、流量、温度あるいはアクチュエータの変位、距離などがあげられる。これらはいずれも機器１に備えたセンサにより検出することが可能なデータであり、所謂センサ信号である。なお、稼働状態データ３１の一部には、直接検出ではなく、他の１つあるいは複数のセンサ信号からの推定により間接的に求められるデータもあるが、本発明においては推定により間接的に求めたデータもセンサ信号としている。
【００２３】
これらのセンサ信号は、制御装置２および機器１における制御の結果を反映した結果信号である。このため稼働状態データ３１としては、結果信号に影響を与える上流側の信号として、ネットワーク５からの指令５１に基づいて制御装置２から生成される制御信号２１も稼働状態データ３１として利用可能である。
【００２４】
また稼働状態データ３１としては、機器間の相互作用についての事象を含むものとすることができる。ここで機器間の相互作用とは、力のつり合い、質量保存、エネルギー保存、運動量保存などの物理的性質により、機器がお互いに影響を及ぼし合う現象である。機器間の相互作用の例として、機器が運動体を有する場合、運動体が他の機器と接触した場合、停止したり、動くためにより強い力を要したりするなど、機器の位置、作用する力が変化することがあげられる。また高温の機器と低温の機器が接続している場合、熱が移動し、機器間の温度差が縮小することがあげられる。さらに配管網に流体が流れている場合、流体の質量、エネルギー、運動量などが保存され、流体の流量、圧力、温度などの変化が伝播されることがあげられる。
【００２５】
なお、将来予測部３に内蔵され、制御システムにおける機器１、制御装置２の機能を摸擬する制御部モデルにおける機器１の稼働状態を計算する方法は、機器１のメカニズムを物理則に基づいた式で表現してその式を計算する手法、計測値に用いて計測値と指令の関係を統計的に求めてその関係を計算する手法、これらを合わせた手法など、従来知られた模擬手法が適宜採用可能である。
【００２６】
また将来予測部３は、予測精度を向上させる機能を持っても良い。例えば、センサ信号１１を入力とし、センサ信号１１と計算結果の差異を計算し、その差異が縮小するように計算に用いられているパラメータを修正する手段を備えても良い。
【００２７】
以上が異常予測制御システムの構成である。次に、指令監視部４の処理を図２に示した処理フロー図より説明する。
【００２８】
図２の最初の処理ステップＳ１０１は機器安全性判定過程を示すものであり、ここでは、稼働状態データ３１が既定条件４５を満たすか否かを判断する。既定条件４５を満たす場合は処理ステップＳ１０２（指令出力過程）に進み、満たさない場合は処理ステップＳ１０３（異常検知対策過程）に進む。
【００２９】
ここで、既定条件４５とは、稼働状態データ３１について機器１が正常に動作可能である範囲内を定めた条件であり、機器１の製造メーカにより定められている場合が多数である。既定条件４５の例として、下記が挙げられる。
【００３０】
例えばメタルの温度が使用上限値以下であることがあげられ、一般的には使用上限値は融点に安全率を設定して決められる値であり、メタルの形状や材質によって異なるものである。また例えば、タンクの水位が下限値以上、上限値以下であることがあげられる。さらに配管内の流体の圧力、または流量、または、温度が下限値以上、上限値以下であることがあげられる。あるいは、アクチュエータの変位、間隙が下限値以上、上限値以下であることがあげられる。
【００３１】
指令出力過程を示す処理ステップＳ１０２では、ネットワーク５から受信された指令５１を、指令５１が受信された時刻ＴＡから一定時間ＴＢが経過した時刻ＴＣに、指令４１として制御装置２へ出力する。
【００３２】
図３は、図１の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示している。この図３には上部から、（ａ）ネットワーク５から得られる指令５１、（ｂ）将来予測部３から得られる稼働状態データ３１、（ｃ）指令監視部４から得られる指令４１、（ｄ）機器１の稼働状態についての時間変化を示しており、要するに指令監視部４はネットワーク５から得られた指令５１について、一定時間ＴＢを遅延させて指令４１として与えている。
【００３３】
ここで、一定時間ＴＢは、指令４１が機器１の安全性へ影響を及ぼすまでの時間であり、指令４１に対する稼働状態データ３１の時間遅れを考慮して決定される。一定時間ＴＢは、指令５１の種類と機器１の種類や規模に応じて異なり、例として下記が挙げられる。
【００３４】
例えばケース１として、機器１がボイラ、指令５１がボイラに投入する燃料流量、稼働状態データ３１としてボイラのメタルの温度を取り上げた事例では、一定時間ＴＢとしては燃料流量が変化してからボイラのメタルの温度が変化するまでの時間とするのがよい。またケース２として、機器１が配管網によりユーティリティの供給機器と消費機器が連結しているユーティリティ供給システム、指令５１が空気圧縮機、ポンプ、ボイラなどのユーティリティ供給機器の出力、稼働状態データ３１がユーティリティ消費機器へ供給される圧力を取り上げた事例では、一定時間ＴＢとして供給機器の出力が変化してから消費機器へ供給される圧力が変化するまでの時間とするのがよい。
【００３５】
図２の異常検知対策過程を示す処理ステップＳ１０３では、指令５１が機器１の安全性を害する可能性があることを機器１の管理者に通知する。この際、指令５１が受信されたネットワーク５と異なる通信手段を使用するのがよい。なお図１において、指令監視部４内部に設けられた報知部４０が、図２の異常検知対策過程を示す処理ステップＳ１０３に対応しており、異常検知したときに外部の管理者に報知する。
【００３６】
なおこの場合の通知内容としては、他のネットワークを通して管理者のユーザーインタフェース画面に「機器１の制御システムに安全性を害する指令が受信されました」というメッセージを表示させるのがよい。また電話回線を通して管理者の携帯端末にメッセージを表示させる、または音声で知らせるのがよい。通知内容事例としては上記以外にも公知の方法、内容とすることができる。
【００３７】
以上が指令監視部４の処理である。次に、本発明の実施例１に係る異常予測制御システムの動作事例の詳細について、上記ケース２の事例における動作例を図３により追加説明する。
【００３８】
図３の（ａ）はネットワーク５から受信される指令５１であり、ケース２ではユーティリティ供給機器の出力（以降、機器出力）を示す。図３の（ｂ）は将来予測部３から出力される稼働状態データ３１であり、ケース２ではユーティリティ消費機器に供給される圧力（以降、供給圧）を示す。図３の（ｃ）は指令監視部４から制御装置２へ出力される指令４１であり、ケース２では機器出力を示す。図３の（ｄ）は機器１となるユーティリティ供給システムの稼働状態であり、ケース２では供給圧を示している。
【００３９】
この事例によれば、図３の（ａ）に示すネットワーク５からの指令５１（ユーティリティ供給機器の出力）は、時刻ＴＡにおいて矩形状に増加し、その後時刻ＴＥにおいて矩形状に大きく減少する。このとき図３の（ｂ）に示す将来予測部３で推定した稼働状態データ３１（ユーティリティ消費機器の供給圧）は、増加する指令５１を受けて供給圧は漸増するが、減少方向の指令５１に対して供給圧は急減する傾向を示すと予測された。かつこの場合に供給圧は、増加方向に対しては別途設定された既定条件４５である既定範囲の中にあると予測されたが、急減方向に対して時刻ＴＤにおいて既定範囲外になると予測された。
【００４０】
このように、指令５１として図３の（ａ）に示す機器出力がネットワークから受信された場合、将来予測部３にて、供給圧が図３の（ｂ）に示すように計算される。また計算された供給圧は、指令監視部４の処理ステップＳ１０１（機器安全性判断過程）により、既定範囲内であるか否かが判断される。
【００４１】
図３の事例によれば、指令５１の増加後は処理ステップＳ１０１（機器安全性判断過程）において供給圧が既定範囲内であると判断されるので、処理ステップＳ１０２（指令出力過程）により、図３の（ｃ）に示すように、指令５１（ユーティリティ供給機器の出力）がネットワークから受信された時刻ＴＡから一定時間ＴＢが経過した時刻ＴＣにおいて、指令５１（ユーティリティ供給機器の出力）は指令４１として制御装置２へ出力される。これに伴い、実際の供給圧は、図３の（ｄ）に示すように将来予測部３にて計算された供給圧より一定時間ＴＢ遅れて変化する。
【００４２】
さらに図３の事例によれば、その後の指令５１の減少により、図３の（ｂ）の時刻ＴＤに示すように、処理ステップＳ１０１（機器安全性判断過程）にて供給圧が既定範囲内でないと判断されるので、処理ステップＳ１０３（異常検知対策過程）により、ユーティリティ消費機器は正常に動作できない可能性があることがユーティリティ供給システムの管理者に通知される。
【００４３】
このように本発明によれば、実際の供給圧（図３の（ｄ））が既定範囲外になる前に、そのことを管理者に通知可能である。このため、実際の供給圧が既定範囲外になることを回避でき、ユーティリティ供給システム及びユーティリティ消費機器が不安定化、誤動作、故障することを防げる。この結果、ユーティリティ消費機器の生産性が維持できる。
【００４４】
上記に述べた一例のように、本発明の異常予測制御システムは、ネットワークから受信された指令５１に対して機器１の安全性を害する可能性があるか否かを評価することにより、機器１の不安定化、誤動作、故障を回避できる。この結果、機器１の生産性、機器１を含むシステム、工場の生産性が保持可能となる。
【００４５】
さらに、機器１が複数の機器から構成され、かつ、ネットワークから受信される指令５１が複数である場合でも本発明は有効である。受信された各指令が許容範囲であっても、構成機器間の相互作用により、機器の不安定化、誤作動、故障などのトラブルが発生する場合があり、その予測は難しい。本発明では、構成機器間の相互作用を含め、機器の稼働状態を予測及び評価するため、指令の組合せに対しても、機器の安全性が評価でき、指令の組合せを起因とするトラブル発生を回避できる。
【００４６】
また、図２において、指令監視部３の処理ステップＳ１０３（異常検知対策過程）は、機器１の管理者に通知する機能を持つと同時に、機器１を安全に稼働させる指令を出力する機能を持っても良い。例えば、指令の種類としては、機器１が安全に停止する指令、機器１の現在の稼働状態、またはアイドリング状態を維持する指令などが考えられる。これらの指令の出力方法は、事前にシーケンス信号をデータベースに保存しておき、その信号を出力しても良いし、将来予測部３などの機器１の稼働状態を計算する手段を用いて信号を生成して出力しても良いし、公知の手法を用いて信号を生成して出力しても良い。
【００４７】
このように機器１を安全に稼働させる指令を出力する機能を持つことにより、異常を検知されてから管理者が対策するまでの時間が一定時間ＴＢより長くなった場合でも、機器の安全性が確保できる。
【００４８】
上記説明の本発明では、要するに「ネットワーク５から指令を受信して制御信号２１を与える制御装置２と、制御装置２からの制御信号２１により制御される機器１により構成される制御システムに適用される異常予測制御システムであって、ネットワーク５からの指令５１を受信して制御装置２と機器１により構成される制御システムの機能を摸擬する制御部モデルを有し、制御システムについての予測データを与える将来予測部３と、ネットワーク５からの指令５１を受信し、所定時間後に制御装置２に指令４１を与える指令監視部４と、予め与えられた既定条件４５を用いて将来予測部３が与える予測データを評価して、ネットワーク５からの指令５１が不適切なものであることを報知する報知部４０を備えることを特徴とする異常予測制御システム」としたものである。
【００４９】
ここで、制御システムについての予測データとして実施例１では稼働状態データ３１を例示したものである。また、報知部４０の機能は指令監視部４内に構成したものである。
【実施例２】
【００５０】
図４は本発明の実施例２に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図である。実施例１と同様の部分については説明を省略する。実施例２と実施例１との主な相違点は、センサ信号監視部６を備える点である。また、制御システムについての予測データとして実施例２ではセンサ信号３２を例示したものである。またセンサ監視部４内部には、異常検知したときに外部報知する報知部６０を備えている。
【００５１】
実施例２において将来予測部３は、実施例１の機能を持つと同時に、内部に備えた（制御システムにおける機器１、制御装置２の機能を摸擬する）制御部モデルを用いて、指令５１に基づいて計算されたセンサ信号予測値３２をセンサ信号監視部６に出力する。
【００５２】
センサ信号監視部６は、機器１から出力されるセンサ信号１１と、将来予測部３から出力されるセンサ信号予測値３２を入力とし、センサ信号１１とセンサ信号予測値３２の差が既定範囲外である場合、機器１を構成する機器またはセンサが故障している可能性があることを機器１の管理者に報知部６０を介して通知する。なお実施例１において、既定条件４５が予め指令監視部４に設定されていたのと同様に、実施例２においては別途センサ信号監視部６に既定条件６５が予め設定されているものとする。
【００５３】
以上が実施例２に係る異常予測制御システムの構成である。次に、センサ信号監視部６の動作を図５に示した処理フロー図により説明する。
【００５４】
センサ信号正常性判定過程を示す処理ステップＳ６０１では、センサ信号１１とセンサ信号予測値３２の差を計算し、予めセンサ信号監視部６に設定されている既定条件６５で定まる既定範囲内であるか否かを判断する。
【００５５】
既定範囲内である場合は、処理終了になり、既定範囲外である場合は、異常検知対策過程を示す処理ステップＳ６０２に進む。ここで、既定範囲は、将来予測部３のセンサ信号１１に対する予測精度であり、予め設定された既定条件６５で定まる値である。
【００５６】
処理ステップＳ６０２（異常検知対策過程）では、機器１を構成する機器、またはセンサが故障している可能性があることを機器１の管理者に通知する。この際の通信手段は、実施例１に係る異常予測制御システムが有する通信手段を用いることができる。なお図４において、センサ信号監視部６内部に設けられた報知部６０が、図５の異常検知対策過程を示す処理ステップＳ６０２に対応しており、異常検知したときに外部の管理者に報知する。
【００５７】
以上がセンサ信号監視部６の処理である。次に、本発明の実施例２に係る異常予測制御システムの動作の一例を図６より説明する。
【００５８】
図６は、図４の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示している。この図６には上部から（ａ）ネットワーク５から得られる指令５１、（ｂ）将来予測部３から得られるセンサ信号予測値３２、（ｃ）指令監視部４から得られる指令４１、（ｄ）センサ信号１１とセンサ信号予測値３２、（ｅ）センサ信号１１とセンサ信号予測値３２の差についての時間変化を示している。
【００５９】
この事例によれば、図６の（ａ）に示すネットワーク５からの指令５１は、時刻ＴＡにおいて矩形状に増加し、その後時刻ＴＥにおいて矩形状に減少する。このとき図３の（ｂ）に示す将来予測部３から得られるセンサ信号予測値３２は、増加する指令５１を受けて漸増し、減少方向の指令５１に対して急減する傾向を示すと予測された。
【００６０】
図６の場合にも、（ｃ）に示すように制御装置２に対する指令４１は、監視制御部４により指令５１の受信から時間ＴＢの時刻遅れをもって制御装置２に与えられる。
【００６１】
この制御の結果として、（ｄ）に示すようにセンサ信号１１は漸増後に急減する。漸増後に急減する傾向を示すセンサ信号１１に対し、将来予測部３から得られるセンサ信号予測値３２も基本的には漸増後に急減する傾向を示すものと予測しているが、（ｅ）に示すように急減後の時刻ＴＤでは予めセンサ信号監視部６に与えられた既定条件６５で定まる既定範囲外となる。
【００６２】
図４に示した実施例２の異常予測制御システムによれば、図６の（ａ）に示すような指令５１が受信された場合、指令５１に基づいて、センサ信号予測値３２が図６の（ｂ）のように計算される。実施例１で述べたように、指令４１は指令５１より一定時間Ｂが遅れる（図６の（ｃ））ため、センサ信号１１はセンサ信号予測値３２に対して一定時間ＴＢが遅れる（図６の（ｄ））。図６の（ｄ）では、センサ信号予測値３２を指令４１の時刻に合わせて、センサ信号２１と一緒に示している。このように、センサ信号予測値３２は、センサ信号１１の一定時間ＴＢ先までの予測値となる。
【００６３】
その後図６の（ｅ）の時刻ＴＤのように、センサ信号予測値３２とセンサ信号１１の差が既定範囲外になる場合、センサ信号監視部６の処理により、機器１を構成する機器またはセンサが故障している可能性があることが管理者に通知される。
【００６４】
このように実施例２では実施例１で得られる効果に加えて、センサ信号監視部６を備えることにより、実際のセンサ信号１１と、機器１を構成する機器またはセンサが正常である前提で計算されたセンサ信号３２の差が拡大することが検知できる。これにより、機器１の不具合を早期に検知でき、機器１の不安定化、誤動作、故障を防げる。この結果、機器１の安全性及び生産性を維持できる。
【００６５】
上記した実施例２では、本発明の構成を基本としながら、「制御システムにはセンサが取り付けられており、将来予測部３が与える予測データはセンサからのセンサ信号であり、センサ信号監視部６はセンサからのセンサ信号と将来予測部３が与える予測データの差を、予め与えられた既定条件６５を用いて評価するとともに、センサからのセンサ信号が不適切なものであることを報知する報知部６０を備えことを特徴とする異常予測制御システム」としたものである。
【実施例３】
【００６６】
図７は本発明の実施例３に係る異常予測制御システムの概念構成例を示す図である。実施例１、２と同様の部分については説明を省略する。実施例３と実施例１、２との主な相違点は、制御信号監視部７を備える点である。また、制御システムについての予測データとして実施例３では制御信号３３を例示したものである。また制御信号監視部７内部には、異常検知したときに外部報知する報知部７０を備えている。
【００６７】
実施例３において将来予測部３は、実施例１、２の機能を持つと同時に、内部に備えた（制御システムにおける機器１、制御装置２の機能を摸擬する）制御部モデルを用いて、指令５１に基づいて計算された制御信号予測値３３を制御信号監視部７に出力する。
【００６８】
制御信号監視部７は、制御装置２からの制御信号２１と、将来予測部３からの制御信号予測値３３を入力とし、制御信号２１と制御信号予測値３３の差が既定範囲外である場合、制御装置２に異常が発生したことを機器１の管理者に報知部７０を介して通知する。なお実施例１において、既定条件４５が予め指令監視部４に設定されていた、あるいは実施例２において既定条件６５が予めセンサ信号監視部６に設定されていたのと同様に、実施例３では既定条件７５が予め制御信号監視部７に設定されているものとする。
【００６９】
以上が実施例３に係る異常予測制御システムの構成である。次に、制御信号監視部７の動作を図８に示した処理フロー図より説明する。
【００７０】
制御信号正常性判定過程を示す処理ステップＳ７０１では、制御信号２１と制御信号予測値３３の差を計算し、予め制御信号監視部７に設定されている既定条件７５で定まる既定範囲内であるか否かを判断する。
【００７１】
既定範囲内である場合は、処理終了となり、既定範囲外である場合は、処理ステップＳ７０３（異常検知対策過程）に進む。ここで、既定範囲は、将来予測部３の制御信号２１に対する予測精度であり、予め設定される既定条件７５で定まる値である。
【００７２】
処理ステップＳ７０２（異常検知対策過程）では、制御信号２１に異常が発生したことを機器１の管理者に通知する。なお図７において、制御信号監視部７内部に設けられた報知部７０が、図８の異常検知対策過程を示す処理ステップＳ７０２に対応しており、異常検知したときに外部の管理者に報知する。この際の通信手段は、実施例１に係る異常予測制御システムが有する通信手段であれば良い。
【００７３】
以上が制御信号監視部７の処理である。次に、本発明の実施例３に係る異常予測制御システムの動作の一例を図９より説明する。
【００７４】
図９は、図７の異常予測制御システムの各部における処理の時間関係を示している。この図９には上部から（ａ）ネットワーク５から得られる指令５１、（ｂ）将来予測部３から得られる制御信号予測値３３、（ｃ）指令監視部４から得られる指令４１、（ｄ）制御信号２１と制御信号予測値３３、（ｅ）制御信号２１と制御信号予測値３３の差についての時間変化を示している。
【００７５】
この事例によれば、図７の（ａ）に示すネットワーク５からの指令５１は、時刻ＴＡにおいて矩形状に増加し、その後時刻ＴＥにおいて矩形状に減少する。このとき図９の（ｂ）に示す将来予測部３から得られる制御信号予測値３３は、増加する指令５１を受けて漸増してオーバーシュートし、減少方向の指令５１に対して急減したのち増加する傾向を示すと予測された。
【００７６】
図９の場合にも、（ｃ）に示すように制御装置２に対する指令４１は、監視制御部４により指令５１の受信から時間ＴＢの時刻遅れをもって制御装置２に与えられる。
【００７７】
この制御の結果として、（ｄ）に示すように制御信号２１は漸増後に急減する。漸増後に急減する傾向を示す制御信号２１に対し、将来予測部３から得られる制御信号予測値３３も基本的には漸増後に急減する傾向を示すものと予測しているが、（ｅ）に示すように急減後の時刻ＴＤでは予め制御信号監視部７に与えられた既定条件７５で定まる既定範囲外となる。
【００７８】
図７に示した実施例３の異常予測制御システムによれば、図９の（ａ）に示すような指令５１が受信された場合、指令５１に基づいて、制御信号予測値３３が計算される（図９の（ｂ））。実施例１、２で述べたように、指令４１は指令５１より一定時間ＴＢが遅れる（図９の（ｃ））ため、制御信号２１は制御信号予測値３３に対して一定時間ＴＢが遅れる（図９の（ｄ））。図９の（ｄ）では制御信号予測値３３を指令４１の時刻に合わせて制御信号２１と一緒に示している。このように制御信号予測値３３は、制御信号２１の一定時間ＴＢ先までの予測値となる。
【００７９】
その後、図９の（ｅ）の時刻ＴＤのように、制御信号予測値３３と制御信号２１の差が既定範囲外になる場合、制御信号監視部７の処理により、制御信号２１に異常が発生したことが管理者に通知される。
【００８０】
このように実施例３では、実施例１、２で得られる効果に加えて、制御信号監視部７を備えることにより、実際の制御信号２１と、制御装置２が正常である前提で計算された制御信号予測値の差が拡大することが検知できる。これにより、制御装置２の不具合を早期に検知でき、機器１の不安定化、誤動作、故障を防げる。この結果、機器１の安全性及び生産性を維持できる。
【００８１】
上記した実施例３では、本発明の構成を基本としながら、「将来予測部３が与える予測データは前記制御装置２からの制御信号２１であり、報知部は制御装置２からの制御信号と将来予測部３が与える予測データの差を、予め与えられた既定条件７５を用いて評価することを特徴とする異常予測制御システム」としたものである。この場合に報知部は、制御信号監視部７がこれに相当している。
【符号の説明】
【００８２】
１：機器
２：制御装置
３：将来予測部
４：指令監視部
５：ネットワーク
６：センサ信号監視部
７：制御信号監視部
１１：センサ信号
２１：制御信号
３１：稼働状態データ
３２：センサ信号予測値
３３：制御信号予測値
４１、５１：指令
４０、６０、７０：報知部
４５，６５，７５：既定条件
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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