(57)【要約】  プロセスプラント内の制御ループを監視するための方法では、制御ループに関連するプロセス利得データが収集されうる。収集されたプロセス利得データは、予測プロセス利得の挙動を判定するために用いられうる。たとえば、負荷変数の与えられた値に対するプロセス変数の予測値が求められうる。他の例として、負荷変数の与えられた変化量に対するプロセス変数の予測変化量が求められうる。そのあと、制御ループの動作中、プロセス利得を監視しうる。監視されたプロセス利得が予測の挙動から著しくズレている場合、このことは、制御ループに関連する異常状況を意味しうる。【選択図】【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスプラント内の制御ループの動作を監視するための方法であって、
プロセスプラント内のユニットの動作に関連する該プロセスプラント内の制御ループの第一の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することと、
収集された前記プロセス利得データに基づいて、前記第一の動作領域におけるプロセス利得予測挙動を求めることと、
前記制御ループの動作中、前記第一の動作領域において前記プロセス利得を監視することと、
監視されている前記プロセス利得が、前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することと、
前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動からの実質的なズレに少なくとも基づいて、前記制御ループおよび前記ユニットの動作のうちの少なくとも一つに関連する異常状況を判定することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記制御ループの第一の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することが、
プロセス変数対負荷変数に関するデータを収集することと、
前記負荷変数対前記プロセス変数に関するデータを収集することと、
プロセス利得対前記負荷変数に関するデータを収集することと、
前記負荷変数対プロセス利得に関するデータを収集することと、
前記プロセス変数対一または複数の他のプロセス変数に関するデータを収集することと、のうちの少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記負荷変数が、制御出力および他のプロセス変数のうちの少なくとも一つを含む、請求項２記載の方法
【請求項４】
前記第一の動作領域におけるプロセス利得予測挙動を求めることが、
変数の予測値を求めることと、
前記変数の予測変化率を求めることとのうちの少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法
【請求項５】
前記異常状況を判定することが、前記制御ループの前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動からの実質的なズレおよび前記ユニットの動作に関連する異なる制御ループのプロセス利得予測挙動からの実質的なズレに少なくとも基づいて、前記ユニットの動作に関連する異常状況を判定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスプラント内の前記制御ループの少なくとも第二の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することと、
収集された前記プロセス利得データに基づいて、前記少なくとも第二の動作領域におけるプロセス利得予測挙動を求めることと、
前記制御ループの動作中、前記少なくとも第二の動作領域における前記プロセス利得を監視することと、
監視されている前記プロセス利得が、前記少なくとも第二の動作領域において、前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することとをさらに含んでおり、
前記異常状況を判定することが、前記第一動作領域における前記プロセス利得予測挙動からの実質的なズレまたは前記第二の動作領域における前記プロセス利得予測挙動からの実質的なズレに少なくとも基づいて、前記異常状況を判定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記制御ループが、まだプロセス利得データの収集されていない第二の動作領域において動作しているときを判定することと、
前記制御ループの前記第二の動作領域において前記制御ループが動作していることを判定したあと、前記プロセスプラント内の前記制御ループの前記第二の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することと、
前記制御ループが動作中、前記少なくとも第二の動作領域において前記プロセス利得を監視することと、
監視されている前記プロセス利得が前記第二の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することと
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記制御ループの前記第二の動作領域において前記制御ループが動作していると判定したあと、前記プロセスプラント内の前記制御ループの前記第二の動作領域に関連するプロセス利得データを収集するか否かをオペレータに促すことをさらに含んでおり、
前記制御ループの前記第二の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することが、前記制御ループの前記第二の動作領域に関連するプロセス利得データを収集すべきであると前記オペレータが指示した場合に、前記第二の動作領域に関連するプロセス利得データを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記プロセスプラントのユニットが前記制御ループを含んでおり、
前記制御ループが前記第二の動作領域において動作しているときを判定することが、前記プロセスプラントのユニットが該ユニットに関連するプロセス利得をまだ収集していない動作領域で動作しているときを判定することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記制御ループの前記第一の動作領域に関連するプロセス利得データを収集することが、前記制御ループに関連する少なくとも第一のプロセス利得および第二のプロセス利得を含む複数のプロセス利得に関連するプロセス利得データを収集することを含んでおり、
前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動を求めることが、少なくとも前記第二のプロセス利得に対する前記第一のプロセス利得の予測挙動を求めることを含んでおり、
前記第一の動作領域における前記制御ループの動作中に前記プロセス利得を監視することが、前記第一のプロセス利得を監視することと、前記第二のプロセス利得を監視することとを含んでおり、
監視されている前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することが、監視されている前記第一のプロセス利得が、少なくとも前記第二のプロセス利得に対する前記第一のプロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
監視されている前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することが、
監視されている前記プロセス利得が所定期間にわたって予測プロセス利得を下回るときを判定することと、
監視されている前記プロセス利得が所定期間にわたって予測プロセス利得を上回るときを判定することとのうちの少なくとも一つを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動を求めることが、前記第一の動作領域の信頼区間を求めることを含んでおり、
監視されている前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することが、監視されている前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記信頼区間の外側に存在するときを少なくとも判定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
監視されている前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記プロセス利得予測挙動から実質的にズレているときを判定することが、監視されている前記プロセス利得が所定期間にわたって前記第一の動作領域における前記信頼区間の外側に存在するときを判定することを含む、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
異常状況が確定されると、
アラートを生成することと、
前記制御ループに関連する制御パラメータの調整をすることと、
診断手続きを開始することと、
前記制御ループに関連する装置を停止することと
のうちの少なくとも一つをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
一または複数のマシンに以下の事柄を行わせることができるマシン実行可能インストラクションを内部に格納している有形の媒体であって、
プロセスプラント内の制御ループの第一の動作領域に関連するプロセス利得のデータを収集させ、
収集した前記プロセス利得のデータに基づいて、前記第一の動作領域における前記プロセス利得の予測挙動を求めさせ、
前記制御ループの動作中、前記第一の動作領域における前記プロセス利得を監視させ、
監視されている前記プロセス利得が、前記第一の動作領域の前記プロセス利得の予測挙動から実質的にズレているときを判定させ、
前記第一の動作領域における前記プロセス利得の予測挙動からの実質的なズレに少なくとも基づいて、前記制御ループまたはユニットの動作のうちの少なくとも一つに関連する異常状況を判定させるように構成されている、有形の媒体。
【請求項１６】
プロセスプラント内の制御ループの動作を監視するための方法であって、
プロセスプラント内の制御ループの第一の動作領域に関連するプロセス利得のデータを収集することと、
収集された前記プロセス利得のデータに基づいて、前記第一の動作領域の前記プロセス利得の予測挙動を求めることと、
エキスパートエンジンに対して、前記第一の動作領域の前記プロセス利得の予測挙動を示しているデータの提供することと、
前記制御ループの動作中に、前記エキスパートエンジンに対して前記制御ループに関連するプロセス利得のデータを提供することと、
前記プロセス利得の予測挙動を示しているデータおよび前記制御ループの動作中の前記制御ループに関連する前記プロセス利得のデータに基づいて、前記制御ループに関連する異常状況を検出するために前記エキスパートエンジンを用いることと
を含む、方法。
【請求項１７】
前記制御ループに関連する異常状況を検出するために前記エキスパートエンジンを用いることが、前記第一の動作領域における前記プロセス利得が前記第一の動作領域における前記プロセス利得の予測挙動から実質的にズレているか否かを判定することを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記制御ループの動作中、前記制御ループに関連するプロセス変数統計データを前記エキスパートエンジンへ提供することをさらに含んでおり、
前記制御ループに関連する異常状況を検出するために前記エキスパートエンジンを用いることが、前記制御ループに関連する前記プロセス変数統計データにさらに基づいて前記制御ループに関連する異常状況を検出するために前記エキスパートエンジンを用いることを含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記制御ループに関連する前記プロセス変数統計データが、前記制御ループに関連するフィールドデバイスにより生成される統計データを含む、請求項１８記載の方法
【請求項２０】
プロセスプラント内の制御ループの動作を監視するためのシステムであって、
プロセスプラント内の制御ループに関連するプロセス利得の予測挙動の特性曲線を生成するように構成されているプロセス利得特性曲線生成器と、
前記プロセス利得の予測挙動の特性曲線に基づいて、実際のプロセス利得が、予測プロセス利得から実質的にズレているか否かを判定するように構成されているプロセス利得評価器と、
前記実際のプロセス利得が予測プロセス利得から実質的にズレているか否かに少なくとも部分的に基づいて、前記制御ループに関連するプロセスユニットに関連する異常状況を検出するように構成されている異常状況検出器とを備えてなる、システム。
【請求項２１】
前記プロセス利得の予測挙動の特性曲線に関連する区間を生成するように構成されている区間生成器をさらに備えており、
前記プロセス利得評価器が、前記プロセス利得の予測挙動の特性曲線および前記プロセス利得の予測挙動の特性曲線に関連する区間に基づいて、前記実際のプロセス利得が予測プロセス利得から実質的にズレているか否かを判定するように構成されてなる、請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
エキスパートシステムをさらに備えており、該エキスパートシステムが、前記プロセス利得評価器および前記異常状況検出器のうちの少なくとも一つを備えてなる、請求項２０記載のシステム。
【請求項２３】
前記エキスパートシステムが、前記実際のプロセス利得が予測プロセス利得から実質的にズレているか否か少なくとも部分的に基づいて、前記制御ループに関連するプロセスユニットに関連する異常状況を検出するように構成されてなる、請求項２２記載のシステム
【請求項２４】
前記制御ループに関連するプロセス利得の予測挙動の特性曲線を生成するために、前記プロセス利得特性曲線生成器により用いられるデータを収集するように構成されているプロセス利得データ収集器をさらに備えてなる、請求項２０記載のシステム、
【請求項２５】
プロセスプラントのうちの少なくとも一部の動作を監視することを容易にするための方法であって、
プロセスプラント内のユニットの動作にそれぞれ関連するプロセス利得を示すプロセス利得データを収集することと、
それぞれ収集された前記プロセス利得データに基づいて、前記ユニットの動作にそれぞれ関連する予測プロセス利得を求めることと、
少なくともユニットの動作に関連するプロセス利得が該ユニットの動作に関連する予測プロセス利得から実質的にズレているか否かに少なくとも部分的に基づいて、前記ユニットの動作に関連する異常状況が存在するか否かを前記ユニットの動作について判断するための共通の判断基準の集合を提供することとを含む、方法。
【請求項２６】
前記共通の判断基準の集合がエキスパートエンジンにより適用されるエキスパートルールを含む、請求項２５記載の方法
【請求項２７】
変更された共通の判断基準の集合を作成するために、個々のユニットの動作に対して前記共通の判断基準の集合を変更することをユーザに許可することと、
前記個々のユニットの動作に対して、該個々のユニットの動作に関連する異常状況が存在するか否かを判定するために、前記変更された共通の判断基準を用いることと、
少なくとも一つの他のユニットの動作に対して、該他のユニットの動作に関連する異常状況が存在するか否かを判定するために、前記共通の判断基準の集合を用いることと
を含む、請求項２５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、２００４年６月１２日に申請された米国仮特許出願第６０／５７８，９５７号の利益を要求する。米国仮特許出願第６０／５７８，９５７号は、すべての目的において、その全内容を、本明細書において参照することによってここで援用されるものとする。
【０００２】
化学 プロセス、石油プロセスまたは他のプロセスにおいて利用されるプロセス制御システムは、アナログバス、デジタルバス、または、アナログバス/デジタルバスを組み合わせたバスを介して、少なくとも一つのホストワークステーションもしくはオペレータワークステーションと、フィールドデバイスの如き一または複数のプロセス制御・計測デバイスとに通信可能に結合された一または複数の集中型プロセスコントローラもしくは非集中型プロセスコントローラを備えているのが一般的である。フィールドデバイスとは、たとえば、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、トランスミッタ、およびセンサ(たとえば、温度センサ、圧力センサ、および流量センサ)などであり、プロセスプラント環境内に設けられており、バルブの開閉、プロセスパラメータの測定、流体流量の増減などの如きプロセス内の機能を実行する。周知のＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ(商標)Ｆｉｅｌｄｂｕｓ(以下、「Ｆｉｅｌｄｂｕｓ」と呼ぶ)プロトコルまたはＨＡＲＴ(登録商標)プロトコルに従うフィールドデバイスの如きスマートフィールドデバイスもまた、プロセスコントローラ内で一般的に実行される制御演算、アラーム機能および他の制御機能を実行する。
【０００３】
プロセス コントローラは、通常プロセスプラント環境内に設けられ、フィールドデバイスにより作成されるまたはフィールドデバイスに関連するプロセス測定値またはプロセス変数および/またはこれらのフィールドデバイスに関連する他の情報を表す信号を受信し、コントローラのアプリケーションを実行する。コントローラのアプリケーションは、たとえば、プロセス制御決定を行うさまざまな制御モジュールを実行し、受信した情報に基づいて制御信号を生成し、ＨＡＲＴフィールドデバイスおよびＦｉｅｌｄｂｕｓフィールドデバイスの如きフィールドデバイスにおいて実行される制御モジュールまたは制御ブロックと調整を行う。プロセスコントローラ内の制御モジュールは、通信回線または信号経路を通じて、制御信号をフィールドデバイスへ送信して、プロセスの運転を制御する。
【０００４】
通常 フィールドデバイスおよびプロセスコントローラからの情報は、オペレータワークステーション、メンテナンスワークステーション、パーソナルコンピュータ、携帯デバイス、データヒストリアン、レポート作成装置、中央データベースなどの如き一または複数のハードウェアデバイスが利用できるようになっており、これにより、オペレータまたはメンテナンス作業員は、プロセス制御ルーチンの設定の変更、プロセスコントローラまたはスマートフィールドデバイス内の制御モジュールの動作の修正、プロセス制御プラント内のプロセスもしくは特定のデバイスの現在の状況の閲覧、フィールドデバイスおよびプロセスコントローラにより生成されたアラームの閲覧、作業員の訓練またはプロセス制御ソフトウェアの試験の目的でのプロセスの動作のシミュレーション、プロセスプラント内の問題もしくはハードウェア不良の診断などの如きプロセスに対する所望の機能を実行することができる。
【０００５】
一般的な プロセス制御システムは、一または複数のプロセスコントローラに接続された弁、トランスミッタ、センサなどの如き多くのプロセス制御・計測デバイスを備えているが、プロセスの運転に必要なまたはプロセスの運転に関連する支援デバイスは他にも多くある。これらの追加のデバイスには、たとえば電源装置、電力発生・分配装置、タービンやモータなどの如き回転装置などが含まれ、これらは、普通のプラント内の複数の場所に設置されている。この追加の装置は、プロセス変数を必ずしも作成もしくは使用するわけでなく、ほとんどの場合には、プロセス動作に影響を与える目的で、制御されることもなければプロセスコントローラに結合されることもないが、この装置は、プロセスの適切な動作にとって重要であり、終局的には必要なものである。
【０００６】
公知のように、問題は、プロセスプラント環境、特に多くのフィールドデバイスおよび支援装置を備えているプロセスプラント内において発生することが多い。これらの問題は、故障したまたは機能不全のデバイス、不適切なモードに置かれているソフトウェアルーチンの如き論理エレメント、不適切にチューニングされているプロセス制御ループ、プロセスプラント内のデバイス同士の一または複数の通信不良などの形態をとりうる。これらのおよび他の問題は、種類はさまざまであるものの、一般的にプロセスを異常状態で動作さえる結果となる(すなわち、プロセスプラントが異常状態に置かれる)。通常、異常状態はプロセスプラントの最適化されていない性能と関連づけされることが多い。問題が発生および検出されたときに、プロセスプラント内の問題の検出およびその原因の割り出しに加えて、オペレータまたはメンテナンス作業員によるその問題の診断および解決を補助するための多くの診断ツールおよび診断アプリケーションが開発されている。たとえば、有線または無線バス、イーサネット（登録商標）、モデム、電話回線などの如き通信コネクタを通じてプロセスコントローラに通常接続されているオペレータワークステーションが、プロセッサおよびメモリを備えており、これらのプロセッサおよびメモリは、エマソンプロセスマネージメント(Ｅｍｅｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ)社により販売されている、多くの制御モジュールおよび制御ループ診断ツールを備えたＤｅｌｔａＶ(商標)制御システムおよびＯｖａｔｉｏｎ制御システムの如きソフトウェアまたはファームウェアを実行するように構成されている。同様に、コントローラのアプリケーションと同一の通信コネクタまたはＯＰＣコネクタ、携帯コネクタなどの如き異なる通信コネクタを通じてフィールドデバイスの如きプロセス制御デバイスに接続されうるメンテナンスワークステーションは、通常、プロセスプラント内のフィールドデバイスにより生成されるメンテナンスのためのアラームおよびアラートを閲覧し、プロセスプラント内のフィールドデバイスおよび他のデバイスに対してメンテナンス処理を実行するように構成されている一または複数のアプリケーションを備えている。同様の診断アプリケーションが、プロセスプラント内の支援装置内の問題を診断するために開発されている。
【０００７】
したがって たとえば、エマソンプロセスマネージメント社により販売される(「フィールドデバイス管理システムにおいて利用される統合型通信ネットワーク」という表題の米国特許第５，９６０，２１４号に少なくとも部分的に開示されている)資産管理ソルーション(ＡＭＳ)アプリケーションを使用することにより、フィールドデバイスの動作状態を確認・追跡するためにフィールドデバイスと通信し、このフィールドデバイスに関連するデータを格納することが可能となる。場合によっては、ＡＭＳアプリケーションが、フィールドデバイスと通信して、そのフィールドデバイス内のパラメータを変更するため、そのフィールドデバイスにそれ自体に対してたとえば自己校正ルーチンまたは自己診断ルーチンの如きアプリケーションを実行させるため、および、フィールドデバイスの状況または調子についての情報を取得するために利用されることもある。この情報には、たとえば、ステータス情報(たとえば、アラームイベントまたは他の同様なイベントが発生したか否か)、デバイス構成情報(たとえば、フィールドデバイスを現在構成しているまたは構成しうる方法およびフィールドデバイスにより用いられている測定ユニットのタイプ)、デバイスパラメータ(たとえば、フィールドデバイスの範囲値および他のパラメータ)などが含まれる。もちろん、この情報が、フィールドデバイスの問題の監視、メンテナンスおよび/または診断を行うためにメンテナンス作業員により用いられても良い。
【０００８】
同様に、多くのプロセスプラントは、ＣＳＩシステムズ(ＣＳＩ  Ｓｙｓｔｅｍｓ)により提供されるＲＢＭウェア(ＲＢＭｗａｒｅ)、または、さまざまな回転装置の動作状態を監視、診断および最適化するために用いられるその他の公知のアプリケーションを備えている。通常、メンテナンス作業員は、プラント内の回転装置の性能をメンテナンスおよび監視するために、回転装置の問題を究明するために、回転装置を修理または交換するか否かおよびその時期を決定するために、これらのアプリケーションを用いることが多い。同様に、多くのプロセスプラントは、電力発生・分配装置を制御およびメンテナンスするために、たとえばＬｉｅｂｅｒｔ社およびＡＳＣＯ社により提供されるような電力制御・診断アプリケーションを備えている。また、プロセスプラントの制御活動を最適化するために、プロセスプラント内において、たとえばリアルタイムオプチマイザ(ＲＴＯ＋)の如き制御最適化アプリケーションを実行することが知られている。一般的には、このような最適化アプリケーションは、たとえば収益の如きなんらかの所望の最適化変数に対してプロセスプラントの動作を最適化するためにどのように入力を変更しうるかを予測するために、プロセスプラントの複雑なアルゴリズムおよび/モデルを用いている。
【０００９】
一般的には、これらのおよび他の診断および最適化のためのアプリケーションは、一または複数のオペレータワークステーションまたはメンテナンスワークステーションにおいて、システム全体に向けて実行され、プロセスプラントまたはプロセスプラント内のデバイスおよび装置の動作状態に関する前もって構成された表示画面を、オペレータまたはメンテナンス作業員に対して呈示しうる。一般的な表示画面には、プロセスプラント内のプロセスコントローラまたは他のデバイスにより生成されるアラームを受信するアラーム表示画面、プロセスプラント内のプロセスコントローラまたは他のデバイスの動作状態を示す制御表示画面、プロセスプラント内のデバイスの動作状態を示すメンテナンス表示画面などが含まれる。同様に、これらのおよび他の診断アプリケーションにより、オペレータまたはメンテナンス作業員は、制御ループの再チューニングまたは他の制御パラメータの初期化を行うことができ、一または複数のフィールドデバイスに対して試験を実施することによりこれらのフィールドデバイスの現在の状態を判断することができ、フィールドデバイスまたは他の装置の校正をすることができ、または、プロセスプラント内のデバイスまたは装置に対して他の問題検出・訂正活動を実行することができる。
【００１０】
これらのさまざまなアプリケーションおよびツールはプロセスプラント内の問題の特定および解決に非常に有効であるが、これらの診断アプリケーションは、プロセスプラント内においてある問題がすでに発生してしまってから、したがってプラント内に異常な状況がすでに存在してしまってからのみ用いられるように構成されているのが一般的である。残念なことには、これらのツールを用いて検出され、特定され、解決されるまえに、異常な状況がある期間存在しうることになるため、その問題を検出、特定および解決している期間、プロセスプラントの性能が最適ではない状態に置かれることになる。ほとんどの場合、まず制御オペレータが、プロセスプラントのアラーム、アラートまたは性能の劣化に基づいてなんらかの問題が存在することを検出する。次いで、オペレータは、メンテナンス作業員に発生しうる問題を通知する。メンテナンス作業員は、実際に問題を検出する場合もあればしない場合もあり、試験または他の診断のためのアプリケーションを実行するまえに、または実際の問題の特定に必要な他の活動を実行するまえに、さらなる促しが必要な場合がある。いったん問題が特定されると、メンテナンス作業員は、部品を注文し、メンテナンス作業の予定を組むことが必要となりうる。これらのすべてをおこなうと、問題の発生からその問題の解決までの間の期間が非常に長くなり、この時間の間、プロセスプラントは、プラントが最適ではない状態で運転されていると一般的に考えられる異常な状況で運転されることになる。
【００１１】
加えて、多くのプロセスプラントが、比較的に短期間の間にプラント内のコストまたは損害が大きくなる異常な状況に悩まされている。たとえば、ある異常な状況の場合、その異常な状況にほんの短期間置かれただけで、プロセスプラント内では、装置の損傷が増大し、原材料が害され、または、不稼働時間が長くなる。その結果、プラント内の問題をその問題が発生したあとで検出するだけでは、その問題がどれだけ迅速に解決されようと、プロセスプラント内における損失または損傷は大きなものとなる。したがって、異常な状況が発生してしまってからとにかくプロセスプラント内の問題に対処、解決しようとするのではなく、そもそも、異常な状況が発生しないようにすることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
プロセスプラント内において深刻な損失が発生するまえに異常な状況を予測して阻止するために対策を講ずることを目的として、ユーザに、プロセスプラント内における異常な状況の発生をその異常な状況が実際に発止するまえに予測することを可能とするデータの収集に用いうる一つの手法が存在している。この手法は、（現在米国特許第６，０１７，１４３号となっている米国特許出願第０８／６２３，５６９号に部分的に基づいている）表題が「根本的原因の診断」である米国特許出願番号第０９／９７２，０７８号に開示されている。これらの両方の出願は、本明細書において参照することにより、その全内容をここで援用するものとする。一般的にいえば、この手法は、統計データ収集・処理ブロックまたは統計的処理・監視(ＳＰＭ)ブロックを、プロセスプラント内のフィールドデバイスの如き複数のデバイス毎に備えている。統計データ収集・処理ブロックは、たとえばプロセス変数データを収集し、平均値、メジアン、標準偏差などの如き収集されたデータに関連するなんらかの統計的尺度を求める。次いで、これらの統計的尺度は、ユーザに送信され、公知の異常な状況が将来発生することを示唆するパターンを認識するために解析される。いったんある疑わしい将来の異常な状態が検出されると、潜在的な問題を解決するためのステップがとられ、これにより、最初の段階において異常な状況が回避されている。
【００１３】
プロセスプラントの問題を監視および検出するために、他の技術が開発されている。そのような１つの技術として統計的プロセス制御（ＳＰＣ）と呼ばれるものがある。ＳＰＣは、プロセスに関連する品質変数の如き変数を監視し、品質変数がその「統計的」ノルムからズレていることが検出されたとき、オペレータに対してフラグを立てるために用いられている。ＳＰＣの場合、主要品質変数の如き変数の小標本がその小標本の統計データを生成するために用いられる。次いで、この小標本の統計データが、その変数のさらに大きな標本に対応する統計データと比較される。変数値は、実験室または分析器によって生成されても良いしまたデータ履歴から検索されても良い。小標本の平均値または標準偏差が大きな標本の平均値または標準偏差よりある所定量分だけズレたとき、ＳＰＣアラームが生成される。ＳＰＣの意図は、小標本の正常な統計的変動に基づいてプロセス調整を行うことを回避することにある。小標本の平均値または標準偏差のチャートを、オペレータに対し、制御コンソールとは別個のコンソールに表示しうる。
【００１４】
他の技術は、複数の変数を分析し、多変数統計的プロセス制御（ＭＳＰＣ）と呼ばれている。この技術は、プロセスの統計モデルを作成するために履歴データを分析する主成分分析（ＰＣＡ）および潜在構造に対する射影（ＰＬＳ）の如きアルゴリズムを用いる。具体的にいえば、アラームを生成するときを決めるモデルを作成するために、正常動作に対応する変数値の標本と異常動作に対応する変数値の標本とが分析される。いったんモデルが定義されると、現在のプロセスに対応する変数値がモデルに入力され、これらの変数値が異常動作を示す場合には、アラームを生成しうる。
【００１５】
モデルに基づく動作監視システム技術の場合、モデルとして、相関性に基づくモデルまたは、基本原則モデルの如きモデルが用いられ、プロセス入力がプロセス出力に関連づけされる。内部チューニング定数またはバイアス項目の調節により、モデルを実際のプラント運転に対して校正しうる。プロセスが異常な領域へと移動するときを予測し、オペレータに対応策を取るように警告するために、モデルを用いることができる。実際の動作と予測動作との間に著しいズレがある場合、または、計算された効率パラメータに大きな変化が見られる場合に、アラームを生成しうる。一般的には、モデルに基づく動作監視システムは、単一ユニットの動作など（たとえば、ポンプ、コンプレッサ、加熱器、カラムなど）の小さなもの、または、処理ユニットを構成する複数の動作の組み合わせたもの（たとえば、常圧蒸留ユニット、流動接触分解ユニット（ＦＣＣＵ）、リフォーマなど）を対象としている。
【００１６】
比例・積分・微分（ＰＩＤ）式ループ監視システム（たとえば、エマソンプロセスマネージメント（Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）社からのＤｅｌｔａＶ  Ｉｎｓｐｅｃｔ、マトリコン（Ｍａｔｒｉｋｏｎ）社からのＬｏｏｐ  Ｄｏｃｔｏｒ、ハニーウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）社からのＬｏｏｐ  Ｓｃｏｕｎｔ）は、制御ループに関連する統計データを生成するようになっている。ＰＩＤループ監視システムの場合、生成された統計データは、高変動性、制御動作の制限、間違ったコントローラモードおよび不良入力の如き制御ループに関連する問題を検出するために用いられる。さらに、ＰＩＤ式ループチューニングシステムは、プロセス利得、コントローラ利得、時定数およびチューニング因子を計算し、制御ループに関する問題を検出および修正するために用いられうる。
【００１７】
さらに、さまざまなフィールドデバイスの動作を分析してそれに関する問題を検出するための技術が開発されている。ある技術では、たとえば、弁が最初に試験運転されるときに、弁の「特性」を収集する。たとえば、システムが弁を０〜１００％までストローク運動させ、そのフルサイクルまで弁を移動させるために必要な空気圧力の量を記録しうる。次いで、この「特性」が、特性空気圧力に対して実際の気圧を監視し、ズレが大きすぎる場合に、メンテナンス作業員を警告するために用いられる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
プロセスプラント内の制御ループを監視するためのシステムおよび方法が示されている。制御ループに関連するプロセス利得データが収集されうる。収集されたプロセス利得データは、予測するプロセス利得動作を決定するために用いられうる。たとえば、負荷変数の与えられた値に対するプロセス変数の予測値が決定されうる。他の実施形態では、負荷変数の与えられた変化量に対するプロセス変数の予測変化量が決定されうる。そのあと、制御ループの動作中に、プロセス利得が監視されうる。監視されているプロセス利得が予測の挙動から著しくズレ場合、このことは、制御ループに関連する異常状況を示しうる。監視されているプロセス利得が予測の挙動から著しくズレているか否かは、プロセス変数の値がたとえば信頼区間の外側にあるか否かを判定することにより決定されうる。他の実施形態では、監視されているプロセス利得が予測動作から著しくズレているか否かは、計算されたプロセス利得が信頼区間の外側にあるか否かを判定することにより決定されうる。
【００１９】
実施形態によっては、プロセスプラント内の複数の同様なユニット（たとえば、複数の加熱器、複数の蒸留塔、複数のコンプレッサなど）の動作に対して共通の判断基準セットを提示することが有用な場合もある。この判断基準とは、プロセス利得の挙動に基づいて異常状況が存在するか否を判断するための基準のことである。しかしながら、個々のユニットの動作について、予測プロセス利得の挙動は、個別に判定されうる。そのあと、ユニットの動作に対するプロセス利得が予測プロセス利得の挙動に基づいて監視されうるし、また、異常状況が共通の判断基準セットに基づいて検出されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１を参照すると、異常状態防止装置を備えうるプロセス制御プラント１０は、一または複数の通信ネットワークを通じて、支持装置により相互に接続されている複数の制御システムおよびメンテナンスシステムを備えている。具体的にいえば、プロセス制御プラント１０は、一または複数のプロセス制御システム１２、１４を備えている。プロセス制御システム１２は、ＰＲＯＶＯＸシステムまたはＲＳ３システムの如き従来のプロセス制御システムまたはその他の制御システムであっても良い。ここでいうその他の制御システムは、オペレータインターフェイス１２Ａを備え、このオペレータインターフェイス１２Ａはコントローラ１２Ｂに結合され、次いで、コントローラ１２Ｂは入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード１２Ｃに結合され、次いで、この入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード１２Ｃはアナログ型フィールドデバイスおよび高速アドレス可能遠隔トランスミッタ（ＨＡＲＴ）フィールドデバイス１５の如きさまざまなフィールドデバイスに結合される。プロセス制御システム１４は、分散型プロセス制御システムであっても良いが、イーサネット（登録商標）バスの如きバスを介して一または複数の分散したコントローラ１４Ｂに結合する一または複数のオペレータインターフェイス１４Ａを備えている。コントローラ１４Ｂは、たとえばテキサス州オースティンにあるエマソンプロセスマネージメント社により販売されているＤｅｌｔａＶ（商標）コントローラまたはその他のタイプのコントローラであってもかまわない。コントローラ１４Ｂは、たとえばＨＡＲＴフィールドデバイス、Ｆｉｅｌｄｂｕｓフィルールドデバイスの如きまたはＰＲＯＦＩＢＵＳ（登録商標）プロトコル、ＷＯＲＬＤＦＩＰ（登録商標）プロトコル、Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ（登録商標）プロトコル，ＡＳ−ＩｎｔｅｒｆａｃｅプロトコルおよびＣＡＮプロトコルのうちのいずれかを用いるフィールドデバイスを含むその他のスマートフィールドデバイスもしくは非スマートフィールドデバイスの如き一または複数のフィールドデバイス１６に、Ｉ／Ｏデバイスを介して接続される。公知のように、フィールドデバイス１６は、プロセス変数および他のデバイス情報に関連するアナログ情報またはデジタル情報をコントローラ１４Ｂに提供しうる。オペレータインターフェイス１４Ａは、たとえば制御オプチマイザ、診断エキスパート、ニューラルネットワーク、調整器などを含む、プロセスの動作を制御するためのプロセス制御オペレータに利用することができるツールを格納し、実行しうる。
【００２１】
さらに、ＡＭＳ（商標）アプリケーションまたはその他のデバイス監視・通信アプリケーションを実行するコンピュータの如きメンテナンスシステムは、メンテナンス活動および監視活動を実行すべく、プロセス制御システム１２、１４またはプロセス制御システム内の個々のデバイスに接続されうる。たとえば、メンテナンスコンピュータ１８は、デバイス１５と通信すべく、場合によっては、デバイス１５を再設定すべく、またはデバイス１５に他のメンテナンス活動を実行すべく、任意の所望の通信回線またはネットワーク（無線ネットワークまたは携帯デバイスネットワークを含む）を介してコントローラ１２Ｂおよび／またはデバイス１５に接続されうる。同様に、ＡＭＳ（商標）アプリケーションの如きメンテナンスアプリケーションは、デバイス１６の動作状況に関連するデータ収集を含むメンテナンス・監視機能を実行すべく、分散型プロセス制御システム１４に関連するユーザインターフェイス１４Ａの一または複数に実装され、これらにより実行されうる。
【００２２】
また、プロセス制御プラント１０は、特定の恒久的通信リンクまたは一時的通信リンク（たとえば、バス、無線通信システム、または回転装置２０に接続され、読み取りを行い、そして取り外される携帯デバイス）を介して、メンテナンスコンピュータ２２に接続されるタービン、モータなどの如きさまざまな回転装置２０も備えている。メンテナンスコンピュータ２２は、たとえばＣＳＩ（エマソンプロセスマネージメント社）により提供される公知の監視・診断アプリケーション２３または回転装置２０の動作状態を診断、監視、および最適化するために用いられるその他の公知のアプリケーションを格納し、実行しうる。メンテナンス作業員は、プラント１０内の回転装置２０の性能を維持・監視すべく、回転装置２０の問題を判断すべく、および回転装置２０の修理または交換する必要がある時期または必要性を判断すべく、アプリケーション２３を利用することが多い。場合によっては、外部コンサルタントまたはサービス組織は、装置２５に関係するデータを一時的に取得または測定し、そしてこのデータを用いて装置２５を分析し、装置２５の問題、劣悪な動作または他の問題を検出しうる。これらの場合、分析を実行するコンピュータは、通信回線を介してシステム１０のその他の部分に接続されていなくても良いし、または、単に一時的に接続されていても良い。
【００２３】
同様に、プラント１０に関連する電力発生・分配装置２５を有する電力発生・分配システム２４は、たとえばバスを介して、プラント１０内の電力発生・分配装置２５を動作させてその動作を監視する他のコンピュータに接続されている。コンピュータ２６は、電力発生・分配装置２５を制御・維持すべく、たとえばＬｉｅｂｅｒｔおよびＡＳＣＯまたは他の会社により提供されるような公知の電力制御・診断アプリケーション２７を実行しうる。先の例の場合と同様、ほとんどの場合には、外部コンサルタントまたはサービス組織は、装置２５に関係するデータを一時的に取得または測定し、そしてこのデータを用いて装置２５を分析し、装置２５の問題、劣悪な動作または他の問題を検出するサービスアプリケーションを用いうる。これらの場合、分析を実行するコンピュータ（コンピュータ２６など）は、通信回線を介してシステム１０のその他の部分に接続されていなくても良いし、または、単に一時的に接続されていても良い。
【００２４】
図１に示されているように、コンピュータシステム３０は、異常状況予防システム３５のうちの少なくとも一部を実装している。具体的にいえば、コンピュータシステム３０は、設定およびデータ収集アプリケーション３８、統計収集および処理ブロックを備えうる閲覧またはインターフェースアプリケーション４０、および、ルールエンジン作成および実行アプリケーション４２を格納および実行するようになっており、また、プロセス内のある装置内に生成される統計データを格納する統計的プロセス監視データベース４３をさらに格納するようになっている。一般的にいえば、設定およびデータ収集アプリケーション３８は、プロセスプラント１０内のフィールドデバイス１５、１６、コントローラ１２Ｂ、１４Ｂ、回転装置２０またはそれを支援するコンピュータ２２、発電装置２５またはそれを支援するコンピュータ２６およびその他の所望のデバイスおよび装置に設けられている複数の統計データ収集および分析ブロック（図１には示されていない）の各々の設定および通信を行うことによって、これらのブロックの各々から、異常状況の予防を行うための統計データ（または、場合によっては、プロセス変数データ）収集するようになっている。設定およびデータ収集アプリケーション３８は、ハードワイヤードのバス４５によってプラント１０内のコンピュータまたはデバイスの各々に通信可能に接続されても良いし、またはこれに代えて、たとえば無線接続、ＯＰＣを用いる専用接続、データなどを収集するために携帯デバイスに依存するような接続の如き断続的接続を含むその他の所望の通信接続を用いて接続されても良い。同様に、アプリケーション３８は、インターネット、電話接続などの如き公共の接続（インターネット接続４６として図１で示されている）またはＬＡＮを通じて、プロセスプラント１０内のフィールドデバイスおよび装置に関連するデータを取得しうる。このようなデータは、たとえば第三者であるサービスプロバイダーにより収集されている。一般に、アプリケーション３８は収集したデータをデータベース４３に格納しうる。
【００２５】
いったん統計データ（または、プロセス変数データ）が収集されると、閲覧アプリケーション４０を用いて、このデータが処理され、および／または、メンテナンス作業員の如きユーザが異常状況の存在を判定しまたは将来存在するであろうことを予測して、予防的是正処置をとることができるように、収集されたまたは処理された統計データ（たとえば、データベース４３に格納された統計データ）がさまざまな方法で表示される。したがって、用語「異常な状況の予防」には、より深刻なおよび／もしくは高価な処置が必要となるまえに、ならびに／または、異常な状況がより深刻なおよび／もしくは高価な状況へと発達するまえに、是正処置または緩和処置をとることを可能とするために、異常状況をその初期段階において検出することが含まれうる。簡単な例としては、弁の問題を早期に発見することにより、全バッチが駄目になるまえに、または、安全上の理由でプロセスユニットを停止しなければならなくなるまえに、安価な是正処置を取ることが可能となる。ルールエンジン作成および実行アプリケーション４２は、プロセスプラント１０内に異常状況が存在することを判定するためにまたは将来存在するであろうこと予測すべく収集されたデータを分析するために、内部に格納されている一または複数のルールを用いうる。さらに、ルールエンジン作成および実行アプリケーション４２を用いることにより、異常状況を検出または予測するためにルールエンジンにより用いられるルールをオペレータまたは他のユーザがさらに作成することが可能となる。
【００２６】
図２には、統計データの収集が異常状況予防システム３５により行なわれうる１つの方法について記載する目的で図１の例示のプロセスプラント１０のうちの一部５０が示されている。図２には、異常状況予防システムアプリケーション３８、４０、４２およびデータベース４３とＨＡＲＴフィールドデバイスおよびＦｉｅｌｄｂｕｓフィールドデバイスの内部の一または複数のデータ収集ブロックとの間の通信が示されているが、いうまでもなく、同様の通信が、異常状況予防システムアプリケーション３８、４０、４２と、図１で示されているデバイスおよび装置を含むプロセスプラント１０内の他のデバイスおよび装置との間で行われても良い。
【００２７】
図２で示されているプロセスプラント１０の部分５０は分散型プロセス制御システム５４を含んでいる。この分散型プロセス制御システムは、入出力（Ｉ／Ｏ）カードまたはデバイス６８、７０を通じて一または複数のフィールドデバイス６４、６６に接続されている一または複数のプロセスコントローラ６０を有している。この入出力（Ｉ／Ｏ）カードまたはデバイスは、いかなる所望のコミュニケーションプロトコルまたはコントローラプロトコルに準拠するいかなる所望のタイプのＩ／Ｏデバイスであっても良い。フィールドデバイス６４がＨＡＲＴフィールドデバイスであるものとして示され、フィールドデバイス６６がＦｉｅｌｄｂｕｓフィールドデバイスであるものとして示されているが、これらのフィールドデバイスは、その他の所望の通信プロトコルを用いても良い。さらに、フィールドデバイス６４、６６は、たとえばセンサ、弁、トランスミッタ、ポジショナなどの如きいかなるタイプのデバイスであっても良いし、いかなる所望の公開されている、所有権が存在する、または、他の通信プロトコルまたはプログラミングプロトコルに準拠しても良い。いうまでもなく、Ｉ／Ｏデバイス６８、７０は、これらのフィールドデバイス６４、６６により用いられる上記の所望のプロトコルと互換性を有していなければならない。
【００２８】
いずれの場合であっても、構成エンジニア、プロセス制御オペレータ、メンテナンス作業員、プラントマネージャ、スーパーバイザなどの如きプラント人員によりアクセス可能な一または複数のユーザインターフェイスまたはコンピュータ７２、７４（任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーションなどであって良い）は、通信回線または通信バス７６を介して、プロセスコントローラ６０に接続されている。この通信回線は、いかなる所望のハードワイヤード通信構造または無線通信構造を用いて、また、たとえばイーサネット（登録商標）プロトコルの如きいかなる所望のまたは適切な通信プロトコルを用いて実現されても良い。さらに、データベース７８は、通信バス７６と接続され、データヒストリアンとして動作しうる。このデータヒストリアンは、オンライン状態のプロセス変数データ、パラメータデータ、ステータスデータ、プロセスプラント１０内のプロセスコントローラ６０およびフィールドデバイス６４、６６に関連する他のデータならびに設定情報を収集・格納するようになっている。したがって、データベース７８は、設定データベースとして動作し、プロセス設定モジュールを含む現在の設定ならびにプロセスコントローラ６０およびフィールドデバイス６４、６６にダウンロードされこれらに格納されるプロセス制御システム５４の制御設定情報を格納している。同様に、データベース７８は、プロセスプラント１０内のフィールドデバイス６４、６６により収集される統計データまたはフィールドデバイス６４、６６により収集されるプロセス変数値から求められる統計データを含む異常状況予防履歴データを格納しうる。
【００２９】
プロセスコントローラ６０、Ｉ／Ｏデバイス６８、７０およびフィールドデバイス６４、６６は、通常、劣悪となりうるプラント環境内において分散されて配置されているのが一般的であるが、ワークステーション７２、７４およびデータベース７８は、オペレータ、メンテナンス作業員などにより容易にアクセス可能な制御室、メンテナンス室または他のそれほど劣悪ではない環境に配置されることが多い。
【００３０】
一般的にいえば、プロセスコントローラ６０は、複数のさまざまな独立して実行される制御モジュールまたは制御ブロック用いて制御方法を実行する一または複数のコントローラアプリケーションを格納および実行する。各制御モジュールは、一般的に機能ブロックと呼ばれるものからなっており、各機能ブロックは、全体の制御ルーチンのうちの一部またはサブルーチンであり、プロセスプラント１０内のプロセス制御ループを実行するに当たって他の機能ブロックと共に（リンクと呼ばれる通信を介して）動作するようになっている。公知になっているように、オブジェクト指向プログラミングプロトコルにおけるオブジェクトでありうる機能ブロックは、通常、プロセスプラント１０内のある物理的な機能を実行するために、トランスミッタ、センサまたは他のプロセスパラメータ測定デバイスに関連する入力機能、ＰＩＤ制御、ファジー論理制御などを実行する制御ルーチンに関連する制御機能、および、弁の如きあるデバイスの動作を制御するする出力機能のうちの１つを実行する。もちろん、モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）、オプチマイザなどの如きハイブリッドおよび他のタイプの複合機能ブロックも存在する、いうまでもなく、ＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルおよびＤｅｌｔａＶ（商標）システムプロトコルが、オブジェクト指向プログラミングプロトコルに従って設計および構築された制御モジュールおよび機能ブロックを用いているが、これらの制御モジュールは、たとえばシーケンス機能ブロック、ラダー論理などを含むいかなる所望な制御プログラミングスキームを用いて設計されても良く、機能ブロックまたは他の特別なプログラミング技術を用いて設計されることに制限されているわけではない。
【００３１】
図２に示されているように、メンテナンスワークステーション７４は、プロセッサ７４Ａと、メモリ７４Ｂと、表示デバイス７４Ｃとを備えている。メモリ７４Ｂは、異常状況予防アプリケーション３８、４０、４２が表示デバイス７４Ｃ（または、プリンタの如きその他の表示デバイス）を通じてユーザに情報を提供するためにプロセッサ７４Ａにより実行されるように、図１に関連して説明したこれらのアプリケーションを格納するようになっている。
【００３２】
さらに、図２に示されているように、フィールドデバイス６４、６６のうちの一部（および、場合によってはすべて）は、データ収集および処理ブロック８０、８２を備えている。説明の便宜上、ブロック８０、８２が、Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイス内で統計データを収集および処理するためにＦｉｅｌｄｂｕｓデバイスに追加されうるＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＦｉｅｌｄｂｕｓ機能ブロックとして公知になっているアドバンスト診断ブロック（ＡＤＢ）であるものとして、図２に関連して記載されているが、ブロック８０、８２は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイス内に設けられていることまたはＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルに従っていることとは関係なく、デバイスデータを収集し、そのデータに対する一または複数の統計的尺度または統計的パラメータを計算もしくは決定するためのプロセスデバイス内のいかなる他のタイプのブロックまたはモジュールであっても良いしまたはそれを備えていても良い。図２のブロック８０、８２が、デバイス６４のうちの１つに設けられ、そしてデバイス６６のうちの１つに設けられているものとして示されているが、これらまたは同様のブロックがフィールドデバイス６４、６６のうちのいかなる数のデバイス内に設けられても良いし、コントローラ６０、Ｉ／Ｏデバイス６８、７０または、図１に示されているデバイスのうちのいずれかの如き他のデバイスに設けられても良い。さらに、ブロック８０、８２は、デバイス６４、６６のいかなる部分集合であっても良い。
【００３３】
一般的にいえば、ブロック８０、８２またはこれらのブロックの部分要素は、それらが設けられているデバイス内のプロセス変数データの如きデータを収集し、あらゆる理由のために、そのデータに対して統計処理または統計分析を実行するようになっている。たとえば、弁に関連づけされているものとして示されているブロック８０は、弁がスタック状態にあるか否かを判断するために弁のプロセス変数データ分析するスタック弁検出ルーチンを備えうる。さらに、ブロック８０は、４つ１セットの統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックまたは統計的プロセス監視ユニットＳＰＭｌ−ＳＰＭ４を備えており、これらは、弁内のプロセス変数または他のデータを収集し、収集されたデータに基づいて一または複数の統計計算を実行し、たとえば収集されたデータの平均値、メジアン、標準偏差などを求めうる。本明細書では、用語、統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックは、少なくとも１つのプロセス変数または他のプロセスパラメータに対して統計的プロセス監視を実行する機能であって、該当するデバイス内またはデータ収集の対照となっているデバイスの外にある任意の所望のソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアにより実行されうる機能について記載するために用いられている。いうまでもなく、ＳＰＭは、デバイスデータが収集されるデバイス内に通常設けられているので、ＳＰＭは、量的により多くのまた質的により正確なプロセス変数データを取得することができる。その結果、ＳＰＭブロックは、プロセス変数データが収集されるデバイスの外に設けられたブロックよりもプロセス変数データに関してより優れた統計計算値を通常求めることができる。
【００３４】
他の実施形態としては、図２のブロック８２がトランスミッタに関連しているものとして示されているが、ブロック８２は、プラント内の配管が閉塞されているか否かを判定するために、トランスミッタにより収集されるプロセス変数データを分析する閉塞配管検出ユニットを備えうる。さらに、ブロック８２は、４つ１セットの統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックまたは統計的プロセス監視ユニットＳＰＭｌ−ＳＰＭ４を備えており、これらは、トランスミッタ内のプロセス変数または他のデータを収集し、収集されたデータに基づいて一または複数の統計計算を実行し、たとえば収集されたデータの平均値、メジアン、標準偏差などを求めうる。所望ならば、ブロック８０、８２の基本的動作が先に参照した米国特許第６，０１７，１４３号に記載されているように実行されても良いしまたは実現されても良い。ブロック８０、８２がそれぞれ４つのＳＰＭブロックを備えているものとして示されているが、ブロック８０、８２は、統計データを収集および判定するための、いかなる数のＳＰＭブロックを備えても良い。同様に、ブロック８０、８２がプラント１０内の特別な状態を検出するための検出ソフトウェアを備えているものとして示されているが、ブロック８０、８２がそのような検出ソフトウェアを備えていなくとも良い。さらに、本明細書記載のＳＰＭブロックがＡＤＢの部分要素であるものとして示されているが、それに代えて、これらのＳＰＭブロックはデバイス内に設けられる独立型のブロックであっても良い。さらに、本明細書記載のＳＰＭブロックが,公知のＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄｂｕｓ  ＳＰＭブロッでありうるが、用語、統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックは、本明細書において用いられる場合、プロセス変数データの如きデータを収集し、このデータに基づいてなんらかの統計的処理を実行し、平均値、標準偏差などの如き統計的尺度を求めるための任意のタイプのブロックまたはエレメントのことを意味する。  したがって、この用語は、この機能を行なうソフトウェア、ファームウェアまたは他のエレメントを含むことを意図しており、これらのエレメントが、機能ブロックの形態をしてあるかまたは他のタイプのブロック、プログラム、ルーチンもしくは要素の形態をしているかとは関係がなく、また、これらのエレメントがＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ  ＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルまたはＰｒｏｆｉｂｕｓプロトコル、ＨＡＲＴプロトコル、ＣＡＮプロトコルなどの如き他のなんらかのプロトコルに準拠しているかとは関係がない。
【００３５】
用語「プロセス利得」は、プロセス変数（ＰＶ）に関連する負荷変数（ＬＶ）のある変化量に起因するＰＶの変化量を意味して用いられうる。たとえば、プロセス利得は、ＬＶの１％変化量、０．１％変化量、５％変化量、１０％変化量などに起因するＰＶの最終的な定常状変化量でありうる。また、用語「プロセス利得」は、与えられたＬＶの値におけるＰＶの定常値の比率を意味して用いられうる。ＰＶは、たとえば、コントローラ（たとえば、ＰＩＤコントローラ）への入力であっても良いしまたはそこからの出力であっても良い。ＬＶは、たとえば、ＰＶに関連する他のあるプロセス変数であっても良いしまたは制御出力（ＯＰ）であっても良い。ほとんどの制御ループおよびコントローラの場合、実際のプロセス利得は、ＬＶの範囲にわたって変化することが予想されうる。たとえば、ＰＩＤアルゴリズム（線形コントローラ）が弁の全範囲にわたって適切に働くように、閉弁から全開に至るまで線形の利得を近似するために、弁線形化技術が適用されることが多い。コントローラによっては、ＯＰを生成するために、比例・積分・微分（ＰＩＤ）式制御アルゴリズムを用いている場合もある。たとえば、さまざまな産業における典型的な連続式プロセスまたはバッチ式プロセスは、ある種類のプロセス流体を制御する弁を操作するために、ＰＩＤ制御アルゴリズムを用いて制御されるようになっている。一般的なＰＩＤアルゴリズムは、当該アルゴリズムへの入力値の設定値（ＳＰ）または目標値からのズレに応答して、チューニングされるようになっている。
【００３６】
図３には、ＰＩＤアルゴリズム１５４を用いる例示の熱交換器制御ループ１５０が示されている。制御ループ１５０は、図１のプロセスプラント１０の如きプロセスプラントに実現されても良いし、および／または、図２の部分５０の如きプロセスプラントの一部分によって実現されても良い。制御ループ１５０は、複数の入力および出力を有する熱交換器１５８を備えている。また、制御ループ１５０は、熱交換器１５８への流入流体の流量を変える弁であるフィールドデバイス１６２と、熱交換器１５８の流出流体の温度を監視する温度センサであるフィールドデバイス１６６を備えている。
【００３７】
例示の制御ループ１５０では、ＰＩＤアルゴリズム１５４は、ＰＶ入力（温度センサ１６６の出力値）のＳＰ入力値からのズレに応答して（弁１６２の制御に用いられる）ＯＰを調節するようになっている。図２を参照すると、ＰＩＤアルゴリズムは、たとえばコントローラ６０、フィールドデバイス６４およびフィールドデバイス６６のうちの一または複数により実行されても良い。さらに図３を参照すると、ＰＩＤアルゴリズム１５４は、コントローラ（図３に図示されていない）、弁であるフィールドデバイス１６２、温度センサであるフィールドデバイス１６６または図３に示されていない他のあるフィールドデバイスのうちの一または複数により実行されても良い。
【００３８】
図３の制御ループ１５０では、プロセス利得は、ＰＩＤアルゴリズム１５４の制御ＯＰのある変化量に起因する、ＰＩＤアルゴリズム１５４へのＰＶ入力の最終の定常状態の変化量として求められうる。
【００３９】
制御ループのプロセス利得は、ＰＩＤアルゴリズムへのＰＶ入力に基づく必要はない。もっと正確に言えば、プロセス利得は、制御ループの他のあるＰＶに基づいていても良い。図４には、ＰＩＤアルゴリズム２０４を用いる例示の液面制御ループ２００が示されている。制御ループ２００は、図１のプロセスプラント１０の如きプロセスプラントに実現されても良いし、および／または、図２の部分５０の如きプロセスプラントの一部分によって実現されても良い。制御ループ２００は、複数の入力部および出力部を有している容器２０８を備えている。また、制御ループ２００は、容器２０８の流出流体の流量を変える弁であるフィールドデバイス２１２と、容器２０８へ流量を検出する流量センサであるフィールドデバイス２１６を備えている。流量センサであるフィールドデバイス２１６は、容器２０８への流量を示すプロセス変数（ＰＶ２）を生成しうる。また、制御ループ２００は、容器２０８中の材料の液面を検出する液面検出器であるフィールドデバイス２２０を備えうる。
【００４０】
例示の制御ループ２００では、ＰＩＤアルゴリズム２０４は、プロセス変数入力値（ＰＶ１）（液面センサ２２０の出力値）のＳＰ入力値からのズレに応答して（弁２１２の制御に用いられる）ＯＰ値を調節するようになっている。図２を参照すると、ＰＩＤアルゴリズムは、たとえばコントローラ６０、フィールドデバイス６４およびフィールドデバイス６６のうちの一または複数により実行されても良い。さらに図４を参照すると、ＰＩＤアルゴリズム２０４は、コントローラ（図４に示されていない）、弁であるフィールドデバイス２１２、流量センサであるフィールドデバイス２１６、液面検出器であるフィールドデバイス２２０または図４の中で示されない他のあるフィールドデバイスのうちの一または複数により実行されても良い。
【００４１】
図４の制御ループ２００では、プロセス利得は、ＰＶ２のある変化量に起因するＯＰの最終の定常的な変化量として求められうる。また、プロセス変数ＰＶ２はＬＶと呼ばれても良い。この実施形態では、ＯＰは、ＬＶの関数である独立プロセス変数（ＰＶ）である。
【００４２】
図３および図４に示されている制御ループは、以下でさらに詳細に説明する方法、システムおよび技術を用いることができる制御ループの単なる一例に過ぎない。当業者にとって明らかなように、同様に用いることができる制御ループのタイプは他にも多くある。
【００４３】
ＳＰＭブロックが、制御ループのプロセス利得に関連する統計データを生成するために用いられても良い。この統計データは、制御ループに関連する異常状況の検出、予測、予防および軽減などに役立ちうる。ＳＰＭブロックにより生成されたデータに基づいて生成されうる制御ループに関連する統計データは、たとえば、与えられたＯＰ値またはＬＶ値に対する予測ＰＶ値、与えられたＰＶ値またはＬＶ値に対する予測ＯＰ値、ＯＰまたはＬＶの与えられた変化量に対するＰＶの予測変化量、ＰＶまたはＬＶの与えられた変化量に対するＯＰの予測変化量などと比較されうる。また、制御ループに関連する他の多くのタイプの統計データがＳＰＭブロックを用いて生成されても良いし、また、さまざまなタイプのデータと比較されても良い。ＳＰＭブロックを用いて生成される統計データは、異常状況の検出、予測、予防、軽減などに用いられうる。たとえば、実際のＰＶ値またはＰＶ値の実際の変化量がある程度またはある量だけＰＶの予測値またはＰＶの予測変化量からズレている場合、たとえば、アラームまたはアラートが生成されても良いし、さらなる分析が行われても良いし、制御パラメータが調節されても良い。
【００４４】
制御ループのプロセス利得に関連するデータを求めるために用いられうる１つの技術には、動作領域全体にわたり制御ループを動作させ、プロセス利得に関連するデータ値を収集することを含みうる。制御ループがたとえば弁を含んでいる場合、弁を完全に閉弁した位置から完全に開弁した位置（またはその逆）まで移動させることで、ＰＶデータ信号を収集することが可能である。そのあと、収集されたデータを、さまざまなＯＰ値に対するＰＶの予測値を生成するために用いることが可能である。単なる例示に過ぎないが、さまざまなＯＰ値に対して収集された実際のＰＶ値のデータを曲線に適合（ｆｉｔ）させるために、さまざまな適切なアルゴリズム（たとえば、最小二乗アルゴリズム）のうちのいずれを用いても良い。制御ループにとって、与えられたＯＰ値に対するＰＶの予測値の関係（または、その逆の関係）は、その制御ループの特性曲線（ｓｉｇｎｉｔｕｒｅ）と呼ばれうる。
【００４５】
図５は、制御ループのプロセス利得データを生成するために用いられうる例示の方法３００を示すフローダイアグラム図である。図６を参照して、例示の方法３００を記載する。ブロック３０４で、制御ループは、ＰＶ対ＬＶデータが、制御ループの動作の異なるセグメントにわたっておよびある期間にわたって収集されうるモードに置かれうる。この運転モードは、「学習モード」と呼ばれても良いし、そして、たとえば起動時点において実行されても他のある適切な時点において実行されても良い。ブロック３０８で、ＰＶ対ＬＶデータが学習モード中に収集されうる。図６は、図３の制御ループの如き制御ループの学習モード中に収集されたＰＶ対ＬＶデータが示されている例示のグラフ３１８である、各ドット３２０、収集されたＰＶ−ＬＶのデータ対を表わしうる。
【００４６】
さらに図５を参照すると、ブロック３１２で、ループの特性がブロック３０８で収集されたデータに基づいて生成されうる。単なる例示に過ぎないが、曲線は、上記のループの動作領域において収集されたデータに対して、さまざまな適切なアルゴリズムのうちのいずれを用いて適合されても良い。適合された曲線は、その動作領域において上記のループの特性を含みうる。例示のグラフ３１８では、曲線３２２が、最小二乗アルゴリズムを用いて、収集されたデータに適合されている。当業者にとって明なように、他の曲線の適合技術が同様に用いられても良い。
【００４７】
ブロック３１６で、上記の特性に対する信頼区間が生成されうる。たとえば、生成された信頼区間は９５％の信頼水準を示しうる。９０％、９９％、９９．９％などの如き他の信頼水準が同様に用いられても良い。ブロック３０８で収集されたデータを用いて信頼区間を生成するために、さまざまな適切なアルゴリズムのうちのいずれが用いられても良い。例示のグラフ３１８では、線３２４ａ、３２４ｂが特性曲線３２２に対応する信頼区間を示している。線３２４ａ、３２４ｂは、たとえば９５％の信頼水準を示しうる。
【００４８】
線３２６は、点３２８における特性曲線３２２の傾きを示している。この傾斜は、点３２８におけるＰＶとＬＶとに対応する制御ループのプロセス利得を示しうる。実施形態によっては、線３２２が、制御ループのプロセス利得を示している場合もある。すなわち、線３２２は、ＬＶの各値に対するＰＶの予測値を示している。
【００４９】
他の実施形態では、信頼区間と異なる区間が用いられうる。単なる例示に過ぎないが、オペレータは、たとえば制御ループの動作に関する自分の知識に基づいて、使用する区間を選択することが可能である。
【００５０】
図７は、図３の制御ループの如き制御ループの特性曲線および信頼区間を生成するために用いられうる例示のサブシステム３５０を示すブロック図である。サブシステム３５０は、たとえば図２のブロック８０、８２と同等の一または複数のデータ収集および処理ブロックにより、全体的にまたは部分的に実現されうる。さらに、サブシステム３５０は、制御ループに関連しているフィールドデバイス、制御ループに関連しているコントローラ、制御ループに関連していないフィールドデバイスおよび／またはコントローラ、ワークステーションなののうちの一または複数により実現されうる。
【００５１】
サブシステム３５０は、学習モード中にＯＰ値を変えるために、ＯＰ値生成器３５４を備えうる。ＯＰ値生成器３５４は、たとえばＰＩＤ１５４（図３）を用いて実現されうる。単なる例示に過ぎないが、ＯＰ値を変えるために、ＰＩＤ１５４へ入力されるＳＰの入力値を変えうる。したがって、ＯＰ値生成器３５４は、たとえばＳＰ値生成器とＰＩＤとを備えうる。
【００５２】
また、サブシステム３５０は、学習モード中にＰＶデータおよびＯＰデータを収集するためにデータ収集器３５８をさらに備えうる。データ格納器３６２は、データ収集器３５８によって収集されたデータを格納しうる。任意選択的に、データは、データ格納器３６２に格納するまえに、データ収集器３５８により処理されうる。たとえば、データに対して、フィルタリング、平均の計算などを行っても良い。
【００５３】
特性曲線生成器３６６は、制御ループのための特性曲線を生成するために、データ格納器からのデータを用いうる。同様に、区間生成器３７０は、信頼区間の如き特性曲線に対する区間を生成するために、データ格納器からのデータを用いうる。特性曲線生成器３６６および区間生成器３７０は、任意選択的に、他のデータを同様に用いても良い。特性曲線生成器３６６および区間生成器３７０は、たとえば、個別のコンポーネントとしてまたは単一のコンポーネントとして構築されても良い。
【００５４】
図８は、図４の制御ループの如き制御ループの特性曲線および信頼区間を生成するために用いられうる例示のサブシステム３８０を示すブロック図である。サブシステム３８０は、図７のサブシステム３５０と同様であり、いくつかの同一のエレメントを備えうる。
【００５５】
サブシステム３８０は、学習モード中にＰＶおよび／またはＬＶを変化させる制御信号生成器３５４を備えうる。制御信号生成器３５４は、たとえばＳＰ生成器とＰＩＤと備えうる。また、サブシステム３８０は、学習モード中にＰＶデータおよびＬＶデータを収集するために、さらにデータ収集器３８８を備えうる。
【００５６】
生成された制御ループの特性曲線に基づいて、プロセス利得の予測値対ＰＶまたはＬＶの異なる値の予測値が生成されうる。さらに、プロセス利得に対して、信頼区間または他のあるタイプの区間が生成されうる。制御ループのプロセス利得に対する予測値および区間を生成するに当たって、さまざまな適切な技術のうちのいずれを用いても良い。図９は、制御ループのプロセス利得の予測値対制御ループのＬＶ値を示すグラフ３９０である。具体的にいえば、線３９２はプロセス利得の予測値を示し、線３９４ａ、３９４ｂは信頼区間の如き区間を示しうる。
【００５７】
さらに図７および図８を参照すると、ある実施形態では、ＰＶデータ、ＬＶデータ、プロセス利得データなどを制御ループの正常動作中に収集することが好ましい場合もある（すなわち、正常な制御ループの動作なのでそれを越えてＯＰ、ＳＰ、ＰＶ、ＬＶなどのデータを直接に変化させることがない。）したがって、実施形態によっては、ＯＰ値生成器３５４および制御信号生成器３８４を省略することが好ましい場合もある。あるいは、ＯＰ値生成器３５４および制御信号生成器３８４が、それぞれ、コントローラにより実行される通常操作ＰＩＤアルゴリズムを単に備えているに過ぎない場合もある。
【００５８】
図１０は、異常状況の検出、予測し、軽減および／または予防を行うことを容易にするために制御ループの動作中に実行されうる例示の方法４００を示すフロー図である。ブロック４０４で、ＰＶおよびＬＶ統計データが制御ループの動作中に生成されうる。たとえば、ＳＰＭブロックを用いて、ＰＶとＬＶの平均、標準偏差などのデータが生成されうる。８−１２の標本数からなる標本の如きある少数のＰＶまたはＬＶの標本に対して、統計データ（たとえば、平均、標準偏差）が生成されても良い。より小さいまたはより大きな標本サイズ（十分大きな標本サイズを含む）を用いることができるかもしれない。また、プロセス利得は、ＰＶおよびＬＶの測定データ、ＰＶおよびＬＶの統計データ（たとえば、平均）などに基づいて生成されても良い。ＳＰＭブロックは、たとえばフィールドデバイス、コントローラまたはワークステーションのうちの一または複数により実装されても良い。
【００５９】
ブロック４０８で、統計的に有意なプロセス利得のズレが生じているか否かの判定に、ブロック４０４で生成された統計データのうちの一部または全部に対して、ルールが適用されうる。たとえば、ブロック４０４で生成された統計データは、制御ループの特性曲線および／または信頼区間と比較されうる。ＳＰＣルールに類似しているルールの如きルールが適用されうる。たとえば、ＰＶの平均値が信頼区間の外に存在するか否か判定されうる。また、ある数のＰＶの平均値が特性曲線の下側に存在するか否か、または、ある数のＰＶの平均値が特性曲線の上側に存在するか否かが判定されうる。他の例として、プロセス利得が信頼区間の外に存在するか否か、ある数のプロセス利得値が特性曲線の下側に存在するか否か、または、ある数のプロセス利得値が特性曲線の上側に存在するか否かが判定されうる。
【００６０】
ブロック４１２では、統計的に有意なプロセス利得のズレが生じたとブロック４０８で判定された場合に、アラートが生成されうる。これに加えてまたはこれに代えて、プロセスプラント調整、制御信号値の調整、装置の停止、追加の診断手続の初期化などの如きある活動（処置）が取られても良い。
【００６１】
図１１は、制御ループの動作期間中のさまざまな値を示す例示のグラフ４２０であり、図１０の方法４００の動作を示すのを補助しうる。グラフ４２０には、制御ループの動作期間中のＰＶのメジアン４２２が示されている。また、ＬＶのメジアンの４２３が示されている。これらのメジアンは、たとえば図１０のブロック４０４で計算されうる。さらに、上述のグラフには、動作期間中のＰＶの予測値４２４および信頼区間４２６ａ、４２６ｂが示されている。グラフ４２０から分かるように、ＬＶのメジアンの４２３が変わるに従って、ＰＶの予測値４２４が変わっている。円４２９により概略的に示されている領域では、ＰＶのメジアン４２２は、信頼区間の下限４２６ｂの下側に存在し、ある期間にわたって予測値４２４の下側に連続して存在している。したがって、アラートが生成されても良いし（図１０のブロック４０８、４１２）、または、他のある動作が取られても良い。
【００６２】
図１２は、他の制御ループの動作期間中のさまざまな値を示す他の例示のグラフ４３０である。グラフ４３０では、制御ループの動作期間中の実際のプロセス利得４３２が示されている。実際のプロセス利得４３２は、たとえば収集されたＰＶおよびＬＶの値に基づいて計算されうる。また、ＬＶのメジアン４３３が示されている。プロセス利得およびメジアンは、たとえば図１０のブロック４０４で計算されうる。さらに、上述のグラフには、時間の経過に対するプロセス利得の予測値４３４および信頼区間４３５ａ、４３５が示されている。グラフ４３０から分かるように、ＬＶのメジアン４３３が変わるに従って、プロセス利得４３４の予測値が変わりうる。楕円４３７は、実際のプロセス利得４３３がある期間にわたってプロセス利得４３４の予測値の下側に連続して存在しているとともに、信頼区間の下限４３５ｂの下側にも存在している領域を概略的に示している。したがって、アラートが生成されても良いし、または、他のある動作が取られても良い。
【００６３】
図１３は、制御ループに関連するスティックスリップ状態（ｓｔｉｃｋ−ｓｌｉｐ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）を示している他の例示のグラフ４４０である。この例では、プロセス利得は、ＯＰの与えられた変化量の結果としてのＰＶの変化量に基づいて求められうる。グラフ４４０には、ＰＶ  ４４２、ＳＰ４４３、ＯＰ４４４および実際のプロセス利得４４６が含まれる。グラフ４４０から分かるように、固着すべり状態は、実際のプロセス利得４４６に先鋭部４４８を生じる。ルールが適用されると、先鋭部によって、アラートが生成されうるし、または、他のある活動が取られうる。
【００６４】
上述のようなプロセス利得に関連する統計的に有意なズレの検出により、プロセス問題をその初期段階において示すことが可能となると信じられている。プロセス利得の変動をその初期段階で知ることにより、それが致命的になるまえに、オペレータに問題を解析するための時間を与えることが可能となる。さらに、プロセス利得に関連する統計的に有意なズレの検出により、根本原因の解析が容易となり、および／または、推奨するオペレータの応答の基礎となる推定ツールが提供されうる。たとえば、ユニットフィード弁が予測された以上に開弁されている場合、このことは、弁の上流側または下流側にあるたとえば障害物により引き起こされる余分な圧力低下がシステム内に存在することを示している。ユニットフィードフロー弁が過剰に開弁していることを示すアラートをオペレータに対して生成しうる：「ＦＩＣ−ｘｘｘ弁が過剰に開弁しているようです。ポンプｘｘｘの濾過器を調べてください。」このアラートに関連するヘルプ画面は、実際に示されるＰＶ対ＯＰの過去の傾向、予測されるループ特性曲線および信頼区間が、統計的アラーム点が（たとえば、異なる色で）示されている状態でオペレータに案内されている。
【００６５】
さらに図１０を参照すると、方法４００がルールに基づいたたとえばエキスパートエンジンなどにより実行されうる。図１４は、方法４００を実行するために用いられうる例示のルールシステム４５０を示すブロック図である。
【００６６】
ルールシステム４５０は、任意のタイプのルールに基づくエキスパートエンジンでありうるルールエンジン４５４と、ルールエンジン４５４によりアクセス可能な（たとえば、一または複数のフィールドデバイス、コントローラ、ワークステーション１４などに関連づけされている一または複数のメモリ内の）データベースに格納されうる一組のルール４５８とを備えている。ルールエンジン４５４は、たとえば一または複数のＳＰＭブロックにより生成されうるプロセス変数（たとえば、ＰＶ、ＬＶなど）に関連する統計パラメータを分析するようになっている。
【００６７】
また、ルールエンジン４５４は、測定プロセス変数または生成プロセス変数（たとえば、ＰＶ、ＬＶなど）の如き他のデータを分析しうる。また、ルールエンジン４５４は、図５のブロック３１２、３１６で生成される特性曲線および信頼区間のデータの如き特性曲線および信頼区間のデータを解析しうる。
【００６８】
ルールエンジン４５４は、ルール４５８のうちの少なくとも一つに従って、たとえばアラートまたはアラームをユーザのもとへ送信すべきであることを示すような異常な状況が存在しているか否かを判定するために、統計パラメータ、特性曲線データ、信頼区間データおよび任意選択的な他のデータに対して、ルール４５８を適用しうる。もちろん、所望ならば、ルールエンジン４５４は、ルールが問題の存在を示す場合に、アラームをならすまたは設定に加えてまたはそれに代えて、他の動作を行っても良い。このような動作には、たとえば、プロセスの一または複数のコンポーネントを停止すること、プロセスの制御を変更するために制御パラメータを切り換えまたは調節すること、さらなる診断手続きを初期化することなどが含まれうる。
【００６９】
任意選択的に、ルール作成用のアプリケーションまたはルーチン４６２は、ユーザが、統計的データパターンおよびそれらの相関関係に基づいて、一または複数のエキスパートシステムのルール（たとえば、ルール４５８のうちの１つとして用いられる）を作成し、それにより、制御ループに関連する異常な状況を検出することを可能としうる。したがって、ルールエンジン４５４によって用いられるルール４５８のうちの少なくとも一部が前もって設定されても良いしまたは前もって構成されても良いが、ルール作成アプリケーション４６２を用いることにより、ユーザは、監視下のプロセスプラント内における経験に基づいて他のルールを作成することが可能となる。たとえば、プロセス利得の状態またはイベントのある組み合わせが制御ループに関するある問題を示すことをユーザが知っている場合、このユーザは、この状態を検出するための適切なルールを作成するために、および／または、所望ならば、この状態の存在の検出に基づいてアラームもしくはアラートを生成するためにもしくは他のある動作を行うために、ルール作成アプリケーション４６２を用いることができる。２００４年３月３日に出願され、「プロセスプラントにおける異常状況予防（ＡＢＮＯＲＭＡＬ  ＳＩＴＵＡＴＩＯＮ  ＰＲＥＶＥＮＴＩＯＮ  ＩＮ、ＰＲＯＣＥＳＳ  ＰＬＡＮＴ）」と題する米国特許仮出願第６０／５４９，７９６号および２００４年１０月２２日に出願され、「プロセスプラントにおける異常状況予防（ＡＢＮＯＲＭＡＬ  ＳＩＴＵＡＴＩＯＮ  ＰＲＥＶＥＮＴＩＯＮ  ＩＮ、ＰＲＯＣＥＳＳ  ＰＬＡＮＴ）」と題する米国特許出願第１０／９７１，３６１号には、異常状況を検出するため、および／または、所望ならば、異常状態の存在の検出に基づいてアラームもしくはアラートを生成するためもしくは他のある動作を行うための適切なルールを作成するために用いられうる例示のルール作成アプリケーションおよび構成スクリーンが開示されている。ルール４５８を作成するために、同様なまたは異なるルール作成アプリケーションが用いられても良い。ここで、上記の特許出願を本明細書において参照することによって、すべての目的において、その全内容を援用するものとする。
【００７０】
もちろん、たとえばＳＰＭデータ（または、その他の必要とされるデータ）を受信するように構成されうるルールエンジン４５４は、プロセスプラントの運転中において、ルール４５８を適用して、ルールのうちのいずれかがマッチするか否かを判断する。ルール４５８のうちの一または複数に基づいて制御ループのプロセス利得に関連する異常状況が検出された場合には、アラートを、プラントオペレータに対して表示しても良いしもしくは他の適任者の元へ送信しても良いし、または、他のなんらかの動作を行っても良い。
【００７１】
ルールエンジン４５４は、制御ループに関連する一または複数のフィールドデバイスにより、少なくとも部分的に、実現されても良い。これに加えてまたはこれに代えて、ルールエンジン４５４は、他のコントローラ、ワークステーションなどのうちの一または複数の如き他のある装置によって少なくとも部分的に実現されても良い。
【００７２】
さらに、ルールエンジン４５４によって用いられうるデータのうちのいくつかはフィールドデバイス中のＳＰＭブロックによって生成されても良い。この場合、ルールエンジン４５４は、たとえば通信リンク、コントローラなどのうちの一または複数を通じてフィールドデバイスからＳＰＭパラメータおよび状態を読み込むクライアントシステムであっても良いし、または、クライアントシステムの一部であっても良い。
【００７３】
さらに図１０を参照すると、ルールに基づいたエキスパートエンジンを通じて、方法４００を実現する必要はない。図１５は、方法４００を実現するために用いられうる他の例示のシステム４８０を示すブロック図である。プロセス利得評価器４８４は、測定または処理されたＰＶおよび／またはLＶ、測定または処理されたプロセス利得などの如きプロセス利得データを受信しうる。たとえば、プロセス利得評価器は、ＰＶ測定値、ＰＶ平均値および／またはＰＶメジアン値を受信しうる。さらに、プロセス利得評価器４８４は、プロセス利得特性曲線データと、任意選択的に、区間データとを受信しうる。プロセス利得評価器４８４は、ＰＶ、ＬＶまたは、演算されたプロセス利得が予測の挙動から実質的にズレているとき、指摘情報（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）を生成するように構成されうる。たとえば、プロセス利得評価器４８４は、プロセス利得に対応するＬＶに基づいて、また、プロセス利得特性曲線の受信データに基づいて、ＰＶの予測値を決定するように構成されうる。さらに、プロセス利得評価器４８４は、ＰＶの実際値またはＰＶの処理値（たとえば、ＰＶの平均値、メジアンなど）が、予測値の上側に連続的に留まったままでいるまたは連続的に予測値の下側に留まったままでいる期間を把握するように構成されうる。また、プロセス利得評価器４８４は、ＰＶの実際値またはＰＶの処理値が受信された区間データにより示されている区間の外側に存在しているか否かを判定するように構成されうる。さらに、プロセス利得評価器４８０は、ＰＶの実際値またはＰＶの処理値が、受信された区間データにより示されている区間の外側にある期間を把握するように構成されうる。さらに、プロセス利得評価器４８４は、受信されたＰＶおよび／またはＬＶの測定値または処理値に基づいて、プロセス利得を生成するように構成されうる。次いで、プロセス利得評価器４８４は、プロセス利得がプロセス利得特性曲線から実質的にズレているか否かを判定しうる。また、システム４８０は異常状況検出器４８８をさらに備えうる。異常状況検出器４８８は、ＰＶ、ＬＶまたは演算されたプロセス利得が予測の挙動から実質的にズレているとき、一または複数の指摘情報を受信しうる。異常状況検出器４８８は、適宜に、プロセス変数の実際値、プロセス変数の統計値、アラート、履歴データなどの如き他のタイプのデータを受信しうる。さらに、異常状況検出器４８８は、さまざまな制御ループに関連するプロセス利得評価器の如き他のプロセス利得評価器から出力を受け取りうる。異常状況検出器４８８は、ＰＶ、ＬＶまたは演算されたプロセス利得が予測の挙動から実質的にズレているときの指摘情報に少なくとも基づいて、制御ループおよび／または当該制御ループに関連づけされているプロセスプラントエンティティ（たとえば、加熱器、コンプレッサ、カラム、ドラムなどのユニットの動作）に関連する一または複数の異常状況を検出するように構成されうる。異常状況検出器４８８は、たとえばエキスパートシステムを備えても良いし、または、プロセスプラントの異常状況を検出するいかなる他の適切なシステムを備えても良い。
【００７４】
一般にいえば、実質的なズレ（偏差）は、統計的に有意なズレを示しうる。たとえば、実質的なズレは、ＰＶ、ＯＰおよび利得が、特定の時間（たとえば、特定の期間、特定のサンプリング数など）にわたって、予測値の下側にある場合に発生しうる。他の例としては、ＰＶまたはＯＰが特定の時間にわたって予測値の上側に留まったままでいる場合に、実質的なズレが発生しうる。さらなる他の例では、ＰＶまたはＯＰが予測値の周辺の区間（たとえば、信頼区間）の外側にある場合に、実質的なズレが生じうる。
【００７５】
実施形態によっては、ユーザにプロセスプラント内またはプロセスプラントのうちの一部内の複数の制御ループに対して上記の技術を容易に適用することを可能とするシステムが提供されうる。たとえば、かかるシステムは、ＰＩＤブロック自体からの構成情報を用いて、ＰＩＤに基づいた制御ループに関連するＳＰＭブロックの自動的または半自動的な構成を可能としうる。他の例としては、かかるシステムは、装置またはプロセスユニットの品目に関連する一群のプロセス利得解析サブシステムをユーザが一緒に動作させることを可能としうる。図１６は、加熱器に関連する例示のスクリーン表示画面５００を示す図である。表示画面５００には、プロセスプラント内の加熱器を示す図式表示５０４が示されている。この例では、加熱器の定常状態動作が検出されている。これに応答して、オペレータは、ウィンドウ５０６を通じて、プロセス利得解析を起動させるか否か促されうる。オペレータが、ボタン５０８を通じて、プロセス利得解析を起動させることを選択した場合、加熱器ユニットに関連する一または複数の制御ループのためのプロセス利得解析が開始されうる。他の例では、オペレータは、特定の装置またはプロセスユニット（たとえば、加熱器ユニット）に関連する全部のまたは特定のプロセス利得解析サブシステムに対する学習モードをＯＮまたはＯＦＦにするように促されうるし、および／または、それを容易に行うことができうる。
【００７６】
実施形態によっては、システムは、同様のプロセス制御システムに関連する複数の制御ループに対する同様の問題を特定するために用いられうる標準的判断基準（たとえば、エキスパートシステムルール）を提供することもある。たとえば、プロセスプラントが複数の加熱器ユニットを備えている場合、監視プロセス利得に関連する共通の判断基準の集合が、加熱器ユニット内の個々の同様の制御ループに対して提供されうる。しかしながら、加熱器ユニット内の各制御ループの特性曲線および／または信頼区間は個々に求めうる。ユーザは、適宜、加熱器ユニットのある部分集合に適用するにあたって、上記の共通の判断基準の集合を修正またはカスタム化しうる。
【００７７】
また、かかるシステムは、認定ユーザに、ループのプロセス利得アラートの背景にある特定のメッセージ、ガイダンス、ルールに基づく「ｉｆ−ｔｈｅｎ−ｅｌｓｅ」論理を定義することを可能とする。
【００７８】
さらに図５を参照すると、制御ループの動作の一または複数の領域にわたって、制御ループ特性曲線が決定されうる。制御ループの動作中、特性曲線がまだ求められていない領域で制御ループが動作していると判断される場合もある。この状況下では、かかるシステムは、他の動作領域に対して以前に生成された特性曲線に基づいて、この新しい動作領域に対する予測値を生成しうる。これに加えてまたはこれに代えて、オペレータは、新しい動作領域に対するデータを含むデータを取得すべく、新規の学習モードを開始するか否かに関して促されうる。さらに、オペレータは、ある特定の動作領域に対して十分なデータが収集されたとき、学習モードを「停止」すべきであるか否かに関して促されうる。図１７は、加熱器の新しい動作領域が検出されている場合の、図１６の例示のスクリーン表示画面５００である。新しい動作の領域が検出されたとき、オペレータは、ウィンドウ５１２を通じて、学習モードを起動させるか否かに関して促されうる。オペレータが、ボタン５１４を通じて学習モードを起動させることを選択した場合、加熱器ユニットに関連する一または複数の制御ループのプロセス利得関連の特性曲線および、任意選択的に、区間を求めることが開始されうる。たとえば、プロセス利得に関連するデータの収集が開始されても良い。任意選択的に、ユーザは、促されることなく学習モードを起動させうる。たとえば、ある後の時期に、ユーザは、以前に得られた学習モードデータを追加するためおよび／または以前に得られた学習モードデータのうちの一部または全部を交換するために、学習モードを起動させうる。事実、このことにより、プロセス利得特性曲線が修正されうる。他の例として、ユーザは、新しい動作領域を認識し、その領域のプロセス利得データを取得するために、学習モードを起動させうる。ユーザは、特定の制御ループおよび／またはプロセスプラントユニットに関連するすべての制御ループ（たとえば、蒸留塔に関連するすべての制御ループ）に対する学習モードを起動させうる。
【００７９】
図１８は、学習モードが、選択された期間（たとえば、６０分）にわたって作動したあとの、図１６の例示のスクリーン表示画面５００を示す図である。そのとき、オペレータは、ウィンドウ５２０を通じて、学習モードを停止させるべきであるか否かに関して促されてうる。オペレータが、ボタン５２２を通じて、学習モードを停止させることを選択すると、特性曲線および／または区間を求めるためのプロセス利得関連のデータの収集が停止されうる。さらに、たとえば、ある地点まで収集されたデータに基づいて、特性曲線および／または区間を求めうる。
【００８０】
上記の方法およびシステムは、さまざまな産業に関連するプロセスプラント内のさまざまな制御ループ、装置、ユニットなどに対して用いられうる。単なる例示に過ぎないが、上記の方法および技術は、炉燃料の調節のための制御ループを備えた給液加熱器に用いられうる。この例では、温度設定値および温度プロセス変数用の正常動作領域は、比較的に一定であり、供給量に依存しない。温度コントローラ出力（たとえば、燃料流量）の定常状態値は、温度プロセス変数よりも単位供給量により関係がありうる。この場合、プロセス利得は、温度コントローラ出力（ＯＰ）に関連する加熱器容量（ＬＶ）として求められうる。単なる例示に過ぎないが、プロセス利得の短期的なズレは、興味のあるものかもしれないし、プロセス利得アラートを生成しうる。
【００８１】
図１９には、加熱器用のプロセス利得解析システム中の例示のスクリーン表示画面５００が示されている。加熱器に関連するプロセス利得のズレが検出されると、アラートを生成しうる。たとえば、プロセス利得のズレが検出されたことをオペレータに通知するウィンドウ５３０を表示しうる。さらに、プロセス利得のズレに対応する制御ループ、装置などが、表示画面５００のうちの部分５０４内で強調表示されうる。たとえば、部分５０４内の装置のまわりに箱５３２を表示しうる。他の例として、装置の色を変更しうるし、表示画面のうちの一部を強調表示しうる。
【００８２】
これに加えてまたはこれに代えて、さらに詳細な情報をアラート内でまたはアラートと共に表示しても良い。たとえば、加熱器に関連する制御ループの監視プロセス利得が信頼区間の下側に留まったままでいる場合、そのループのプロセス利得が低すぎることを示すアラートが生成されうる。プロセス利得が低すぎることを示すウィンドウ５３４が表示されうる。さらに、アラートは、リンク、ヘルプスクリーン、ヘルプウィンドウなどを備えうる。これらは、推奨される動作を提案しうる。たとえば、ウィンドウ５３６は、「加熱器の通路を調べて、コークスの有無をチェック」の提案を表示しうるし、および／または、ウィンドウ５３８は、「供給ポンプを調べて、低圧をチェック」の提案を表示しうる。ウィンドウ５３０、５３４、５３６、５３８は個別のウィンドウとして示されるが、これらのウィンドウの２つ以上が結合されても良い。
【００８３】
たとえば加熱器に関連するプロセス利得が信頼区間の上側にあるときや、選択された期間にわたって予測値の下側に連続してあるとき、選択された期間にわたって予測値の上側に連続してあるときは、同様のアラートを生成しうるし、および／または、同様のウィンドウを表示しうる。プロセス利得解析は、通過流量、温度、燃料、全加熱器容量、空気流量、酸素などを含むような加熱器に関連するさまざまな制御ループに用いられうる。
【００８４】
他の例としては、プロセス利得解析がコンプレッサに用いられても良い。図２０には、コンプレッサ用のプロセス利得解析システムに用いられうる例示のスクリーン表示画面６００が示されている。表示画面６００は、図式によりコンプレッサを示す部分６０４を含んでいる。コンプレッサに関連するプロセス利得のズレが検出される場合、アラートが生成されうる。たとえば、プロセス利得のズレが検出されたことをオペレータに通知するウィンドウ６０８が表示されうる。さらに、プロセス利得のズレに対応する制御ループ、装置などが、表示画面６００の部分６０４内で強調表示されうる。たとえば、部分５０４内の装置のまわりに箱６１０が表示されうる。他の例としては、装置の色を変更しうるし、表示画面のうちの一部分を強調表示しうる。
【００８５】
これに加えてまたはこれに代えて、アラートの内でまたはアラートと共に、さらに詳細な情報が掲示されうる。たとえば、コンプレッサに関連する制御ループの監視プロセス利得が信頼区間の上側にいった場合、そのループのプロセス利得が高すぎることを示すアラートが生成されうる。プロセス利得が高すぎることを示すウィンドウ６１２が表示されうる。さらに、アラートは、リンク、ヘルプスクリーン、ヘルプウィンドウなどを含みうる。これらは、推奨される動作を提案しうる。たとえば、ウィンドウ６１４は、「コンプレッサの排出圧のチェック」の提案を表示しうるし、および／または、ウィンドウ６１６は、「リサイクル弁の動作をチェック」の提案を表示しうる。ウィンドウ６０８、６１２、６１４、６１６は個別のウィンドウとして示されるが、これらのウィンドウの２つ以上が結合されても良い。
【００８６】
たとえばコンプレッサに関連するプロセス利得が信頼区間の上側にあるときや、選択された期間にわたって予測値の下側に連続してあるとき、選択された期間にわたって予測値の上側に連続してあるときは、同様のアラートを生成しうるし、および／または、同様のウィンドウを表示しうる。たとえば、コンプレッサに関連するプロセス利得が信頼水準の下側にあると判断される場合、「排出圧センサをチェック」、「リサイクル弁をチェック」などの提案の如きアラートによりまたはそのようなアラートと共にさらなる情報が提供されうる。プロセス利得解析は、流入口圧力、流出口圧力、ＲＰＭ、温度などが含まれるようなコンプレッサに関連するさまざまな制御ループに用いられうる。
【００８７】
他の例としては、プロセス利得解析がドラムに対して提供されても良い。図２１にドラム用のプロセス利得解析システムに用いられうる例示のスクリーン表示画面６５０が示されている。表示画面６５０は、図式にドラムを示す部分６５４を含んでいる。たとえば、プロセス利得のズレが検出されたことをオペレータに通知するウィンドウ６５８を表示しうる。さらに、プロセス利得のズレに対応する制御ループ、装置などが、表示画面６００のうちの部分６５４内で強調表示されうる。たとえば、部分６５４内の装置のまわりに箱６６０を表示しうる。他の例として、装置の色を変更しうるし、表示画面のうちの一部を強調表示しうる。
【００８８】
これに加えてまたはこれに代えて、アラートの内でまたはアラートと共に、さらに詳細な情報を掲示しうる。たとえば、ドラムに関連する制御ループの監視プロセス利得が信頼区間の下側にある場合、そのループのプロセス利得が低すぎることを示すアラートが生成されうる。観測された利得が低すぎることを示すウィンドウ６６２が表示されうる。さらに、アラートは、リンク、ヘルプスクリーン、ヘルプウィンドウなどを備えうる。これらは、推奨される動作を提案しうる。たとえば、ウィンドウ６６４は、「液面測定が停止状態かチェック」の提案を表示しうるし、および／または、ウィンドウ６６７は、「下流側の配管が閉塞しているかを調べる」提案を表示しうる。ウィンドウ６５８、６６２、６６４、６６７が個別のウィンドウとして示されているが、これらのウィンドウの２つ以上が結合されても良い。
【００８９】
他の例としては、プロセス利得解析は蒸留塔に用いられても良い。図２２には、カラム用のプロセス利得解析システムに用いられうる例示のスクリーン表示画面６８０が示されている。表示画面６８０は、図式にカラムを示す部分６８４を含んでいる。たとえば、カラムに関連するアラートのことをオペレータに通知するウィンドウ６８８が表示されうる。さらに、アラートに対応する制御ループ、装置、測定値または推定値などが、表示画面６８０のうちの部分６８４内で強調表示されうる。たとえば、部分６８４内の一群の測定値または推定値のまわりに楕円６９０が表示されうる。他の例としては、たとえば、値の色を変更しうるし、値への背景色を変更しうるし、表示画面のうちの一部分を強調表示しうる。
【００９０】
これに加えてまたはこれに代えて、アラート内にまたはアラートと共に、さらに詳細な情報を掲示しうる。たとえば、カラムに関連する温度が信頼区間の外側にある場合、温度が正常範囲外にあることを示すアラートが生成されうる。温度プロフィールが正常範囲外にあることを示すウィンドウ６９２が表示されうる。さらに、アラートは、リンク、ヘルプスクリーン、ヘルプウィンドウなどを備えうる。これらは、推奨される活動を提案しうる。たとえば、ウィンドウ６９４は、「温度センサＴＩ−２００１をチェック」の提案を表示しうるし、ウィンドウ６９６は、「側面の流れを調べて、障壁の有無をチェック」の提案を表示しうるし、および／または、ウィンドウ６９８は、「ポンプの周辺の流れを調べて、障壁の有無をチェック」の提案を表示しうる。ウィンドウ６８８、６９２、６９４、６９６、６９８は、個別のウィンドウとして示されているが、これらのウィンドウの２つ以上が結合さられても良い。
【００９１】
ここで、図１９〜図２２を参照すると、ユーザに対して追加情報を提供することが有益でありうる。たとえば、ユーザに対して状況に応じたトレンド表が表示されうる。トレンド表は、プロセス利得に関係するプロセス変数、プロセス変数の予測値、プロセス変数に関連する統計値、信頼区間、プロセス利得の統計的に有意なズレの兆候のうちの一または複数の如きデータを含みうる。
【００９２】
ユーザに表示される例示のメッセージが図１６〜図２２に関連して記載されている。当業者にとって明らかなように、これらのメッセージは、単に例示を意味するものであり、異なるメッセージが異なる実施形態において用いられうる。一般的に、ユーザに対して表示されるメッセージは、プロセス利得特性曲線データの取得を開始するか否かをユーザに促すように、プロセス利得特性曲線データの取得を停止するか否かをユーザに促すように、プロセス利得データの監視を開始するか否かを促すように、潜在的な問題が存在することをユーザに通知するように、および／または、どのような潜在的な問題が存在するかユーザに通知するように設計されうる。
【００９３】
プロセス利得解析は、圧力、温度などを含むカラムの如きカラムに関連するさまざまな制御ループに用いられうる。
【００９４】
他の例としては、上記のシステムおよび方法は、リアクタおよびポンプに用いられうる。プロセス利得解析は、流量、圧力、温度などを含むようなリアクタおよびポンプに関連するさまざまな制御ループに用いられうる。
【００９５】
また、「学習特性曲線」は、ポンプ、加熱器、コンプレッサ、蒸留塔、リアクタなどの如き特定のプロセスユニット動作の周辺の測定に適用されうる。たとえば、蒸留塔の温度点は、相互に関係して一緒に上下に移動することが普通である。換言すれば、それらの観察されたプロセス利得は、時間が経過すると、一致すべきである。ある点が他点との同期状態から移動する場合、予測値を比較することにより、高温アラームの発生のかなりまえに温度ズレ問題が示されうる。ある実施形態では、あるプロセス変数と一または複数の他のプロセス変数との関係に対応した特性曲線および区間（たとえば、信頼区間）が求められうる。たとえば、蒸留塔の第一の温度点と少なくとも第二の温度点との間の関係に対応する特性曲線および信頼区間を求めうる。そのとき、第一の温度点が特性曲線から実質的にズレていると判断された場合、アラートが生成されうる。
【００９６】
図２３は、加熱器用の複数の流路流出口温度に対する特性曲線および信頼区間を示す例示のグラフ７００である。グラフ７００には、第一の予測温度７０４および関連する信頼区間７０６、第二の予測温度７１０および関連する信頼区間７１２、ならびに、第三の予測温度７１６および関連する信頼区間７１８が含まれている。各温度に対する特性曲線は、他の温度のうちの一または複数の温度の関係に基づくものでありうる。同様に、図２４は、コンプレッサに関連する複数のプロセス変数に対する特性曲線および信頼区間を示す例示のグラフ７５０である。グラフ７５０には、予測排出圧７５４および関連する信頼区間７５６、予測流入口流量７６０および関連する信頼区間７６２、ならびに、予測流入口圧力７６６および関連する信頼区間７６８が含まれている。排出圧力、流入口流量および流入口圧力の各々に対する特性曲線は、そのコンプレッサの他の排出圧、流入口流量および流入口圧力並びに分毎の回転数（ＲＰＭ）のうちの一または複数のものとの関係にも基づくものでありうる。
【００９７】
図２５は、加熱器に関連する複数の流路流出口温度の例示のグラフ８００である。楕円８０４により概略的に示されている期間では、流路流出口温度８０８のうちの１つが予測値８１０から実質的にズレている。この実質的なズレにより、アラートが生成されうるし、他のある動作を行いうるもしくは開始しうる。予測値８１０は、他の流路流出口温度、加熱器に関連するＯＰなどのうちの一または複数と流路流出口温度８０８との関係に基づくものでありうる。
【００９８】
図２６は、加熱器に関連する複数のプロセス変数を示す例示のグラフ８５０である。具体的にいえば、グラフ８５０には、空気流量８５４、燃料流量８５８および供給流量８６２が含まれている。楕円８６６により概略的に示されている期間では、燃料流量８５８は予測値８７０から実質的にズレている。この実質的なズレにより、アラートが生成されうるし、他のある動作を行いうるもしくは開始しうる。予測値８７０は、空気流量８５４、供給流量８６２、加熱器に関連するＯＰのうちの一または複数と燃料流量との間の関係に基づくものでありうる。たとえば、燃料流量が、対応する供給流量の増加なしで増加する場合、これにより、加熱器の異常状況が示されうる。
【００９９】
図７，図８、図１４および図１５のブロックの一部または全部が、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアを用いて、全体的にまたは部分的に、実現されうる。同様に、図５および図１０に関して記載されている例示の方法が、ソフトウェア、ファームウェアまたはハードウェアを用いて、全体的にまたは部分的に実現されうる。ソフトウェアプログラムを用いて少なくとも部分的に実現された場合、該当プログラムは、プロセッサにより実行されるように構成されても良いし、プロセッサに関連するＣＤ−ＲＯＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはメモリの如き有体の媒体に格納されるソフトウェアインストラクションとして具象化されても良い。しかしながら、当業者にとって明らかであるように、全プログラムまたはその一部が、プロセッサ以外のデバイスにより実行されても良いし、ならびに／または、公知の方法でファームウェアおよび／もしくは専用ハードウェアにより具象化されても良い。同様に、ソフトウェアプログラムは、いかなる公知のまたは所望の伝達手段を用いて、ユーザ、プロセスプラントまたはオペレータワークステーションに搬送されても良い、伝達手段には、たとえば、コンピュータ読取り可能なディスクにより、他の伝達可能なコンピュータ記憶メカニズム上で、または、電話線回線、衛星中継、無線周波数リンク、インターネット、ワールド・ワイド・ウェブ、その他のローカルエリアネットワークもしくはワイドエリアネットワークなどが含まれる（ここで、伝達とは、伝達可能な格納機構を通じてソフトウェアを提供することと同一または交換可なこととして理解される）。さらに、このソフトウェアは、変調または暗号化されないで直接に提供されても良いし、または、通信チャンネルを通じた送信のまえにいかなる適切な変調搬送波および／もしくは暗号化技術を用いて変調および／もしくは暗号化されても良い。
【０１００】
図１および図２を参照すると、図７、図８、図１４および図１５のブロックのうちの一つまたは全部が、コントローラ１２Ｂ、コントローラ１４Ｂおよびコントローラ６０の如きコントローラ、Ｉ／Ｏカード１２Ｃ、Ｉ／Ｏデバイス６８、Ｉ／Ｏデバイス７０の如きＩ／Ｏデバイス、フィールドデバイス１５、フィールドデバイス１６、フィールドデバイス６４、フィールドデバイス６６の如きフィールドデバイス、オペレータインターフェイス１２Ａ、オペレータインターフェイス１４Ａ、ユーザインターフェイス７２、ユーザインターフェイス７４の如きオペレータインターフェイスデバイス、メンテナンスコンピュータ２２、コンピュータ２６、コンピュータシステム３０、ブロック８２の如きデータ収集および／または処理ブロックの如きプロセスプラント中の他のコンピュータのうちの一または複数により実現されても良い。
【０１０１】
本発明に対して、さまざまな変形を加えることおよび他の構成にすることが可能であるものの、ある例示の実施形態が、図面で示されているとともに、本明細書に記載されている。しかしながら、いうまでもなく、本発明を開示されている特定の形態に限定する意図はなく、これに反して、本発明の精神および範疇に含まれるすべての変形、他の構成および均等物を網羅することを意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】一または複数のオペレータ・メンテナンスワークステーション、コントローラ、フィールドデバイスおよび支援装置を含む分散制御およびメンテナンスネットワークを有する例示のプロセスプラントを示すブロック図である。
【図２】プロセスプラントのさまざまなエレメント内に設けられた異常状況予防システムのさまざまなコンポーネント間の通信相互接続を例示した、図１のプロセスプラントのうちの一部を示すブロック図である。
【図３】熱交換器のための例示の制御ループを示すブロック図である。
【図４】液面コントローラのための例示の制御ループを示すブロック図である。
【図５】制御ループ用のプロセス利得データを生成するための例示の方法を示すフロー図である。
【図６】制御ループのプロセス利得データを示すグラフである。
【図７】制御ループのプロセス利得データを生成するために用いられうる例示のサブシステムを示すブロック図である。
【図８】制御ループのプロセス利得データを生成するために用いられうる他の例示のサブシステムを示すブロック図である。
【図９】制御ループの予測プロセス利得を示すグラフである。
【図１０】プロセス利得データに基づいて異常状況を検出するまたは予測するための例示の方法を示すフロー図である。
【図１１】制御ループの動作期間中のさまざまなプロセス利得を示すグラフである。
【図１２】制御ループの動作期間中のプロセス利得を示すグラフである。
【図１３】制御ループの動作期間中のプロセス変数値およびプロセス利得を示すグラフである。
【図１４】プロセス利得データに基づいて異常状況を検出および／または予測するために用いられうる例示のサブシステムを示すブロック図である。
【図１５】プロセス利得の著しいズレを検出するために用いられうる例示のサブシステムを示すブロック図である。
【図１６】加熱器のプロセス利得解析に関連する例示のスクリーン表示画面である。
【図１７】加熱器のプロセス利得解析に関連する他の例示のスクリーン表示画面である。
【図１８】加熱器のプロセス利得解析に関連するさらに他の例示のスクリーン表示画面である。
【図１９】加熱器のプロセス利得解析に関連するさらに他の例示のスクリーン表示画面を示している。
【図２０】コンプレッサのプロセス利得解析に関連する例示のスクリーン表示画面を示している。
【図２１】ドラムのプロセス利得解析に関連する例示のスクリーン表示画面を示している。
【図２２】蒸留塔のプロセス利得解析に関連する例示のスクリーン表示画面を示している。
【図２３】加熱器の複数の流路出口温度の特性および信頼区間を示している。
【図２４】コンプレッサに関連する複数のプロセス変数の特性および信頼区間を示している。
【図２５】加熱器の動作期間中のさまざまなプロセス変数のグラフを示している。
【図２６】加熱器の動作期間中のさまざまなプロセス変数のグラフを示している。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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