(57)【要約】  プロセスの動作に関係するプロセス変数データを保存するシステムが提供される。システムは、異常状況または事象の発生前、発生中、及び発生後に取得されたプロセス変数データを保存するのに適合する。保存されたプロセス変数データは、スマート・フィールド装置（１０６）またはプロセスの制御に関係するその他のインテリジェント機器（１０２）から、プロセスコントローラまたはその他の高次制御装置へ通信されてもよい。プロセスコントローラまたはその他の高次制御装置は、その後に、保存されたデータをオペレータまたはその他の保守要員へ表示させてもよい。保存されたデータは、異常状況が将来的に再発することを回避する方法、又はプロセス動作のさらなる劣化を最小限に抑え、もしくは回避するため、異常状況データに基づいて付加的な措置を講じる方法を開発するため、さらなる分析のためのその他のプロセス制御モジュール又は異常状況回避システムへさらに提供されてもよい。
2010538393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御されたプロセスにおいて異常プロセス事象に関連したデータを処理するシステムであって、
コントローラと、
通信チャネルと、
プロセッサ、メモリ、および、入力装置を有し、前記入力装置がプロセス変数データを受信するのに適合し、前記プロセッサが受信された前記プロセス変数データに関連した統計データを第１のサンプル・レートで前記メモリに一時的に記憶し、前記メモリに記憶された前記統計データを前記通信チャネルを介して前記コントローラへ第２のサンプル・レートで通信するように構成されている、インテリジェント装置と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記プロセッサが、異常プロセス事象の発生を検出し、前記異常プロセス事象の発生前に始まり、前記異常プロセス事象の発生後に終わる期間に亘って、前記受信されたプロセス変数データに関連した前記統計データの一部分を保存するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記メモリに記憶され前記コントローラへ通信される前記統計データが、前記異常プロセス事象の発生前に始まり、前記異常プロセス事象の発生後に終わる前記期間の範囲内の前記統計データの前記一部分を包含する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記プロセッサが、前記異常事象の発生前に始まり、前記異常事象の発生後に終わる前記期間の範囲内の前記統計データの前記一部分を前記異常事象の発生後の時点で送信するようにさらに構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサが、前記異常事象の発生前に始まり、前記異常事象の発生後に終わる前記期間の範囲内の前記統計データの前記一部分を複数のデータパケットで送信するのに適合している、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
ディスプレイ装置と、
前記コントローラへ通信された前記プロセス変数データに関連した前記統計データの少なくとも一部分を前記ディスプレイ装置に表示させるインターフェイス・アプリケーションと、
をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記プロセス変数データに関連した統計データが前記入力装置によって受信された前記プロセス変数データを包含する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセス変数データに関連した統計データが前記入力装置によって受信された前記プロセス変数データから計算された統計データを包含する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセス変数データに関連した前記統計データが前記メモリに記憶されるときの前記第１のサンプル・レートが、前記メモリに記憶された前記統計データが前記コントローラへ通信されるときの前記第２のサンプル・レートより高い、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記メモリに記憶された前記統計データが移動時間窓の規定された長さに対応する期間に亘って受信されたプロセス変数データに対応するように、前記プロセッサが前記規定された長さの前記移動時間窓に対応した前記統計データを前記メモリに記憶するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記移動時間窓の前記規定された長さが、前記プロセス変数データが関係する異常条件に基づいて動的に選択される、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
プロセスの少なくとも１つの局面を制御するスマート装置であって、
メモリと、
プロセス変数データを受信するのに適合している入力と、
前記受信されたプロセス変数データに関連付けられた統計データを第１のデータ・サンプル・レートで前記メモリに記憶し、前記受信されたプロセス変数データに関連付けられた前記統計データを第２のデータ・サンプル・レートで外部装置へ通信するように構成されているプロセッサと、
を備えるスマート装置。
【請求項１３】
前記第１のデータ・サンプル・レートが前記第２のデータ・サンプル・レートより高い、請求項１２に記載のスマート装置。
【請求項１４】
前記メモリが移動時間窓の所定の長さに対応する期間に亘って統計データを記憶するように、前記プロセッサが前記所定の長さの前記移動時間窓に応じた前記統計データを前記メモリに記憶するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のスマート装置。
【請求項１５】
前記移動時間窓の前縁に対応する時点で受信された新しいデータが前記メモリに記憶されるとき、前記移動時間窓の後縁に対応する時点で受信され前記メモリに記憶されたより古いデータが廃棄されるように、前記統計データが先入れ先出しに基づいて前記メモリに記憶される、請求項１４に記載のスマート装置。
【請求項１６】
前記プロセッサが異常事象の発生を検出するようにさらに構成されている、請求項１２に記載のスマート装置。
【請求項１７】
前記プロセッサが、前記異常事象の発生前の所定の期間と前記異常事象の発生後の所定の期間とに対応する前記統計データの一部分を前記メモリに保存するようにさらに構成されている、請求項１６に記載のスマート装置。
【請求項１８】
前記所定の期間が前記プロセスの現在の動作状態に基づいて動的に判定される、請求項１７に記載のスマート装置。
【請求項１９】
前記プロセッサが前記メモリに記憶された前記統計データの前記一部分を前記異常事象の発生後の時点で通信するようにさらに構成されている、請求項１７に記載のスマート装置。
【請求項２０】
前記プロセッサが前記メモリに記憶された前記統計データの前記一部分を複数のデータパケットを用いて通信するようにさらに構成されている、請求項１７に記載のスマート装置。
【請求項２１】
異常状況に関連付けられたプロセス制御データを保存する方法であって、
プロセスに関連付けられたプロセス変数データを受信するステップと、
前記受信されたプロセス変数データに関連付けられた統計データを第１のデータ・サンプル・レートでメモリに一時的に記憶するステップと、
前記プロセスに関連付けられた異常状況を検出するステップと、
前記異常状況に応答して、前記メモリに記憶された前記統計データの一部分を保存するステップと、
前記受信されたプロセス制御データに関連付けられた前記統計データの前記保存された部分を通信チャネルを介して第２のデータ・サンプル・レートで通信するステップと、
を備える方法。
【請求項２２】
前記通信チャネルを介して通信された前記統計データの前記保存された部分をインターフェイス装置に表示するステップをさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記異常状況の原因を判定するため、前記通信チャネルを介して通信された前記統計データの前記保存された部分を分析するステップをさらに備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記受信されたプロセス変数データに関連付けられた統計データを一時的に記憶するステップが所定の長さの移動時間窓を定義するステップを備え、
前記統計データが利用可能になるとき前記統計データがメモリに連続的に書き込まれ、
前記移動時間窓の前記長さに少なくとも等しい時間の長さに亘って前記統計データが前記メモリに記憶される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１のデータ・サンプル・レートが前記第２のデータ・サンプル・レートより高い、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記統計データの前記保存された部分を通信チャネルを介して通信するステップが、各データパケットが前記統計データの前記保存された部分より少ない量のデータを含む複数のデータパケットを通信するステップを備える、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記統計データの一部分を保存するステップが、前記異常状況が検出される前の所定の時間の長さに対応する前記統計データの第１の部分を保存するステップと、前記異常状況が検出された後の所定の時間の長さに対応する前記統計データの第２の部分を保存するステップとを備える、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にプロセスプラントの中での診断および保守の実行に係わり、特に、スマート・プロセス制御フィールド装置およびその他のプロセス関連フィールド機器によって記録されたプロセス変数データに関する統計データの保存および表示に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学プロセス、石油プロセス、または、その他のプロセスで使用されるようなプロセス制御システムは、典型的には、１台以上の集中型または分散型プロセスコントローラを含む。プロセスコントローラは、少なくとも１台のホストまたはオペレータワークステーションと、１台以上のプロセス制御および測定装置とに通信接続されてもよい。プロセス制御および測定装置は、例えば、フィールド装置を備える。１台以上の集中型または分散型コントローラは、１つ以上のアナログバス、デジタルバス、または、アナログ／デジタル組み合わせバスを介して、少なくとも１台のホストまたはワークステーション、および、１台以上のプロセス制御および測定装置に通信接続されてもよい。例えば、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（例えば、温度センサ、圧力センサ、流速センサ）でもよいフィールド装置は、典型的にはプロセスプラント環境の内部に位置している。フィールド装置は、プロセスの中で、バルブ開閉、プロセスパラメータ測定、流量増減などのような機能を実行する。周知のＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス（以下、「フィールドバス」という）プロトコルまたはＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルに準拠するスマート・フィールド装置は、制御計算、警報機能、および、一般的にプロセスコントローラの内部で実施されるその他の制御機能をさらに実行してもよい。
【０００３】
典型的にはプロセスプラント環境の内部に位置しているプロセスコントローラは、フィールド装置によって作られるか、または、フィールド装置に関連付けられたプロセス測定量またはプロセス変数、および／または、フィールド装置に関係があるその他の情報、を表す信号を受信し、コントローラ・アプリケーションを実行する。コントローラ・アプリケーションは、例えば、プロセス制御判定を行い、受信された情報に基づいて制御信号を生成し、ＨＡＲＴ（登録商標）フィールド装置およびフィールドバス・フィールド装置のような制御モジュールまたは制御ブロックと協調する異なる制御モジュールを実現する。プロセスコントローラの中の制御モジュールは、通信線または信号経路を介してフィールド装置へ制御信号を送信し、それによって、プロセスの動作を制御する。
【０００４】
フィールド装置およびプロセスコントローラからの情報は、典型的には、オペレータまたは保守要員が、例えば、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・フィールド装置の内部の制御モジュールの動作の変更、プロセスまたはプロセスプラント内部の特定の装置の現在状態の閲覧、フィールド装置およびプロセスコントローラによって生成された警報の閲覧、要員の訓練またはプロセス制御ソフトウェアのテストを目的とするプロセス動作のシミュレーション、プロセスプラント内部の問題またはハードウェア故障の診断などのような、プロセスに関して望ましい機能を実行できるように、例えば、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、ハンドヘルド装置、データヒストリアン、レポートジェネレータ、集中型データベースなどのような１台以上のその他のハードウェア装置で利用できるようにされる。
【０００５】
典型的なプロセスプラントは、１台以上のプロセスコントローラに接続されたバルブ、トランスミッタ、センサなどのような多数のプロセス制御および測定装置を有するが、プロセス動作のため必要であるか、または、プロセス動作に関連した多数のその他の支援装置がさらに存在する。これらの付加的な装置は、典型的なプラントの中の多くの場所に位置している、例えば、電源機器、発電および配電機器、タービン、モータなどのような回転機器などを含む。この付加的な装置は必ずしもプロセス変数を作成または使用せず、多くの場合、プロセス動作に影響を与える目的のためには制御されず、または、さらにプロセスコントローラに連結されない。この機器は、結局はプロセスの適切な動作のため必要であり、やはり重要ではある。
【０００６】
知られているように、プロセスプラント環境、特に、より多数のフィールド装置および支援装置を有するプロセスプラントの内部では、問題が頻繁に起こる。これらの問題は、装置破損または装置故障、不適切なモードにあるソフトウェアルーチンのような論理要素、不適切に調節されたプロセス制御ループ、プロセスプラント内部の装置間の通信の１回以上の失敗などの形となって現れる。これらの問題およびその他の問題は、本質的に様々であるが、一般的に、通常はプロセスプラントの準最適性能に関連付けられた異常状態で動作するプロセス（すなわち、異常条件にあるプロセスプラント）に帰結する。
【０００７】
一旦問題が起こり検出されると、プロセスプラントの内部の問題の原因を検出・判定し、そして、問題を診断・修正するオペレータまたは保守要員を支援するため、多数の診断ツールおよびアプリケーションが開発された。例えば、典型的には、直接バスまたは無線バス、イーサネット（登録商標）、モデム、電話回線などのような通信接続を介してプロセスコントローラに接続されたオペレータワークステーションは、エマーソン・プロセス・マネジメントによって販売されるＤｅｌｔａＶ（登録商標）およびＯｖａｔｉｏｎ制御システムのような、多数の制御モジュールおよび制御ループ診断ツールを含む、ソフトウェアまたはファームウェアを動かすのに適合したプロセッサおよびメモリを有する。同様に、コントローラ・アプリケーションと同じ通信接続を介して、または、プロセス制御接続用、ハンドヘルド接続用などのオブジェクトリンキングと埋め込み（ＯＬＥ）（ＯＰＣ）のような、異なる通信接続を介して、フィールド装置のようなプロセス制御装置に接続されてもよいメンテナンスワークステーションは、典型的には、プロセスプラント内部の装置をテストし、プロセスプラント内部のフィールド装置およびその他の装置に保守を実行するため、プロセスプラント内部でフィールド装置によって生成された保守警報および警告を閲覧すべく設計された１つ以上のアプリケーションを含む。同様の診断アプリケーションがプロセスプラント内部の支援機器内部の問題を診断するため開発されている。
【０００８】
よって、例えば、エマーソン・プロセス・マネジメントによって販売されているアセット・マネージメント・ソリューション（ＡＭＳ（登録商標））スィート：インテリジェント・デバイス・マネージャ・アプリケーション（名称が“Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｏｒ  ｕｓｅ  ｉｎ  ａ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｓｙｔｅｍ”である米国特許第５９６０２１４号に少なくとも部分的に開示されている）は、フィールド装置の動作状態を確認し追跡するため、フィールド装置と通信し、フィールド装置に関係があるデータを記憶する。いくつかの場合に、ＡＭＳ（登録商標）アプリケーションは、フィールド装置内部のパラメータを変更するため、例えば、自己キャリブレーションルーチンまたは自己診断ルーチンのようなフィールド装置に関するアプリケーションをフィールド装置に実行させるため、フィールド装置の状態またはヘルスに関する情報を取得するなどのために、フィールド装置との通信に使用されてもよい。この情報は、例えば、状態情報（例えば、警報またはその他の類似した事象が発生したかどうか）、装置コンフィギュレーション情報（例えば、フィールド装置が現在構成されている様式、または、構成されていてもよい様式、および、フィールド装置によって使用される測定ユニットのタイプ）、装置パラメータ（例えば、フィールド装置レンジ値およびその他のパラメータ）などを含んでいてもよい。当然ながら、保守要員は、フィールド装置を用いて問題を監視し、維持し、および／または、診断するためこの情報を使用してもよい。
【０００９】
同様に、多数のプロセスプラントは、例えば、エマーソン・プロセス・マネジメントによって提供されるＡＭＳ（登録商標）スイート：マシナリー・ヘルス・マネージャ、または、種々の回転機器の動作状態を監視、診断及び最適化するため使用されるその他の既知のアプリケーションのような機器監視および診断アプリケーションを含む。保守要員は、プラントの中の回転機器の性能を維持し監督するため、回転機器に関する問題を判定するため、および、回転機器が修理若しくは交換されるべき時と修理若しくは交換されるべきかどうかとを判定するため、通常はこれらのアプリケーションを使用する。同様に、多数のプロセスプラントは、発電および配電機器を制御し維持するため、例えば、Ｌｉｂｅｒｔ  ａｎｄ  ＡＳＣＯ社によって提供されるような電力制御および診断アプリケーションを含む。プロセスプラントの制御活動を最適化するためプロセスプラントの内部で、例えば、ＡＭＳ（登録商標）スイート：リアルタイム・オプティマイザのような制御最適化アプリケーションを動かすことも知られている。このような最適化アプリケーションは、プロセスプラントの動作を最適化するために、例えば、収益のようないくつかの望ましい最適化変数に関して、入力がどのように変更されるかを予測するため、典型的には、複雑なアルゴリズムおよび／またはプロセスプラントのモデルを使用する。
【００１０】
上記およびその他の診断及び最適化アプリケーションは、典型的には、１台以上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の中にシステムワイドベースで実施され、プロセスプラントまたはプロセスプラント内部の装置および機器の動作状態に関して予め構成されたディスプレイをオペレータまたは保守要員に提供してもよい。典型的なディスプレイは、プロセスプラント内部のプロセスコントローラまたはその他の装置によって生成された警報を受信する警報ディスプレイ、プロセスプラント内のプロセスコントローラおよびその他の装置の動作状態を知らせる制御ディスプレイ、プロセスプラント内部の装置の動作状態を知らせる保守ディスプレイなどを含む。同様に、上記およびその他の診断アプリケーションは、オペレータまたは保守要員が、制御ループを再調節するか、または、その他の制御パラメータをリセットすること、１台以上のフィールド装置の現在状態を判定するためこれらのフィールド装置でテストをすること、フィールド装置またはその他の機器を校正すること、または、プロセスプラント内部の装置および機器に関してその他の問題検出および修正活動を実行することを可能にしてもよい。
【００１１】
上述のように、フィールド装置およびプロセスコントローラからのデータは、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、ハンドヘルド装置、データヒストリアン、レポートジェネレータ、集中型データベースなどのようなハードウェア装置で利用できるようにされてもよい。この情報は、オペレータ又は保守要員がプロセスに関連した種々の機能を実行できるようにオペレータまたは保守要員に提供されてもよい。しかし、このような装置で表示されてもよいデータの量は、データが通信される際に通る通信チャネルによって制限されるかもしれない。例えば、スマート・フィールド装置は、典型的なプロセス制御システム通信バスを介して、プロセスコントローラまたはその他のプロセス制御装置へ通信できるデータ・サンプリング・レートより遙かに高いデータ・サンプリング・レートでプロセス制御データを頻繁に獲得することがある。
【００１２】
異常状況がプロセスプラントの中で起こるとき、異常状況をもたらす条件を分析するため、できるだけ多くのデータを手元に保有することが多くの場合に望ましい。殆どのフィールド装置は、プロセスコントローラへ通信できるサンプリングレートより遙かに高いサンプリングレートでプロセス制御データを収集できるので、フィールド装置によって獲得されたデータの大半は決してコントローラへ転送されない。その結果として、フィールド装置によって収集された大量のプロセス制御データは、異常状況が起こった後に分析のためオペレータまたはその他の保守要員が利用できない。多くの場合に、正常な動作の過程でフィールド装置によって取得されたデータは、異常状況をもたらす原因または状況に関して重大な手掛かりを与えるかもしれない。従って、異常状況が起こったとき、データがプロセスコントローラまたはその他のハードウェア装置へ通信され、異常状況が起こったときにプロセスの中で何が起きたかをオペレータまたは保守要員が理解するのを助けるためオペレータまたは保守要員へ提示できるように、このデータのうちのできるだけ多くを保存することが望ましい。殆どの場合に、異常事象の前、異常事象の期間中、および、異常事象の後に、プロセスに何が起こったかを知ることが役に立つ。従って、異常状況が検出されるよりかなり前に始まり、異常状況が検出されたかなり後に終わる長期間に亘ってデータを獲得することが望ましい。フィールド装置によって取得されたプロセス変数データを保存するのに加えて、プロセスが制御されている特定のプロセスプラントの中に組み込まれたプロセス制御システムに採用されている通信バスおよび通信プロトコルの制限的な制約の範囲内で、保存されたデータをその他の装置へ通信する技術を開発することも必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５９６０２１４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、プロセスプラントの中のプロセスの動作に関係するプロセス変数データを保存するシステムおよび方法に関する。本発明のシステムおよび方法は、異常状況または事象の発生前、発生中、および、発生後に取得されたプロセス変数データを保存するのに適合している。保存されたプロセス変数データは、スマート・フィールド装置またはその他のインテリジェントフィールド機器からプロセスコントローラまたはその他の高次制御装置へ通信されてもよい。プロセスコントローラまたはその他の高次制御装置は、その後に、保存されたデータをオペレータまたはその他の保守要員のため表示させてもよい。保存されたデータは、異常状況が将来的に再発することを回避する方法、または、プロセス動作のさらなる劣化を最小限に抑えるか、若しくは、回避するために異常状況データに基づいてさらなる措置を講じる方法を開発するためにさらなる分析のための他のプロセス制御モジュールまたは異常状況回避システムへ提供されてもよい。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従って、本発明の実施形態は、制御されたプロセスにおいて異常プロセス事象に関連したデータを処理するシステムを提供する。システムは、コントローラ、通信チャネル、及び、インテリジェント装置を含む。インテリジェント装置は、プロセスを制御するフィールド装置、または、プロセスの実行に関連付けられたその他の機器でもよい。インテリジェント装置は、プロセッサ、メモリ、および、入力装置を含む。入力装置はプロセス変数データを受信するのに適合している。プロセッサは、受信されたプロセス変数データに関連した統計データをメモリに一時的に記憶するように構成されている。受信されたプロセス変数データに関連した統計データは第１のサンプル・レートでメモリに記憶される。プロセッサは、メモリに記憶された統計データを通信チャネルを介してコントローラへ通信するようにさらに構成されている。統計データは第２のサンプル・レートで通信される。実施形態によれば、第１のサンプル・レートは第２のサンプル・レートより高い。プロセッサは、受信されたプロセス変数データに基づいて異常プロセス事象の発生を検出するため、異常状況回避ルーチンを実行するようにさらに構成されていてもよい。異常プロセス事象が検出されたとき、プロセッサは、異常プロセス事象が検出されるより前に始まり、異常プロセス事象が検出された後に終わる期間に亘って受信されたプロセス変数データに関連した統計データの一部分を保存するために措置を講じてもよい。プロセッサは、通信チャネルのどのような制限をも打開するため、保存された統計データの一部分を複数のデータパケットでプロセスコントローラへ送信してもよい。
【００１６】
別の実施形態では、プロセスの少なくとも１つの局面を制御するスマート装置が提供される。スマート装置は、メモリと、プロセス変数データを受信するのに適合した入力と、プロセッサとを含む。本実施形態では、プロセッサは、入力によって受信されたプロセス変数データに関連した統計データをメモリに記憶するように構成されている。統計データは第１のデータ・サンプル・レートでメモリに記憶される。プロセッサはメモリに記憶された統計データを外部装置へ通信するようにさらに構成されている。統計データは第２のデータ・サンプル・レートで外部装置へ通信される。第１のデータ・サンプル・レートは第２のデータ・サンプル・レートより高い。
【００１７】
プロセッサは、所定の長さの移動時間窓に従って統計データをメモリに記憶するようにさらに構成されてもよい。統計データは移動時間窓の長さに対応する期間に亘ってメモリに記憶される。さらに、統計データは、新しいデータが移動時間窓の前縁に対応する時点で受信されメモリに記憶されたときに、移動時間窓の後縁に対応する時点でメモリに記憶されたよりも古い統計データが廃棄されるように、先入れ先出しに基づいてメモリに記憶される。プロセッサは、保存されたデータが異常事象の発生前の所定の期間と異常事象の発生後の所定の期間とをカバーするように、メモリに記憶された統計データの一部分を保存するようにさらに構成されてもよい。
【００１８】
さらに別の実施形態では、異常状況に関連付けられたプロセス制御データを保存する方法が提供される。この方法は、プロセスに関連付けられたプロセス制御データを受信するステップと、受信されたプロセス制御データに関連付けられた統計データをメモリに一時的に記憶するステップとを呼び出す。統計データは第１のデータ・サンプル・レートでメモリに記憶される。この方法は、プロセスに関連付けられた異常状況を検出するステップをさらに呼び出す。メモリに記憶された統計データの一部分は、異常状況が検出されたときに保存される。この方法は、統計データの保存された部分を通信チャネルを介して第２のデータ・サンプル・レートで通信するステップを呼び出す。第１のデータ・サンプル・レートは第２のデータ・サンプル・レートより高い。通信チャネルを介して通信され、保存された統計データは、その後に、専用のインターフェイス装置に表示されてもよい。通信チャネルを介して通信され、保存された統計データは、異常状況の原因を判定するためさらに分析されてもよい。
【００１９】
本実施形態によれば、統計データを一時的に記憶するステップは、所定の長さの移動時間窓を定義するステップを含んでいてもよい。統計データは、利用できるようになるとメモリに連続的に書き込まれ、移動時間窓の長さに少なくとも等しい期間に亘ってメモリに一時的に記憶されてもよい。統計データは、新しいデータが記憶されたときにメモリに記憶された最も古い統計データが廃棄されるように、先入れ先出しに基づいてメモリに記憶されてもよい。異常状況が検出された後に保存されている統計データの一部分は、異常状況が検出される前の所定の期間に対応する統計データの第１の部分と、異常状況が検出された後の所定の期間に対応する統計データの第２の部分とを含んでいてもよい。最後に、統計データの保存された部分は、各データパケットが統計データの所定の部分より少ないデータの量を含む複数のデータパケットとして、通信チャネルを介して通信されてもよい。
【００２０】
さらなる態様および利点は、図面と併せて以下の詳細な説明を検討することによって当業者に明白であろう。構成および方法は様々な形式での実施形態を許すが、以下の説明は、開示が例示的であり、発明を実施形態の中で説明されている特定の実施形態に限定することが意図されていないという了解の下で特定の実施形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】異常状況回避システムが実施されてもよい１台以上のオペレータおよびメンテナンスワークステーションと、コントローラと、フィールド装置と、支援機器とを含む分散型制御および保守ネットワークを有するプロセスプラントの例示的なブロック図である。
【図２】プロセスプラントの異なる要素の内部に位置している異常状況回避システムの種々のコンポーネント間の通信相互接続を説明する図１のプロセスプラントの一部分の例示的なブロック図である。
【図３】フィールド装置またはその他のインテリジェント機器とプロセスコントローラとの間の通信相互接続を説明する図１のプロセスプラントの一部分の例示的なブロック図である。
【図４】フィールド装置またはその他のインテリジェント機器によって記録された例示的なプロセス変数データを示すグラフである。
【図５】第１の期間に対応するローリング時間窓の中で記録された図４の例示的なプロセス変数データの一部分を示すグラフである。
【図６】第２の期間に対応するローリング時間窓の中で記録された図４の例示的なプロセス変数データの一部分を示すグラフである。
【図７】第３の期間に対応するローリング時間窓の中で記録された図４の例示的なプロセス変数データの一部分を示すグラフである。
【図８】第４の期間に対応するローリング時間窓の中で記録された図４の例示的なプロセス変数データの一部分を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１を参照すると、異常状況回避システムが実施されてもよい例示的なプロセスプラント１０は、１つ以上の通信ネットワークを介して支援機器と一体として相互接続されたある程度の個数の制御および保守システムを含む。特に、図１のプロセスプラント１０は、１つ以上のプロセス制御システム１２および１４を含む。プロセス制御システム１２は、アナログおよびハイウェイ・アドレッサブル・リモート・トランスミッタ（ＨＡＲＴ（登録商標））フィールド装置１５のような種々のフィールド装置に連結されている入出力（Ｉ／Ｏ）カード１２Ｃとコントローラ１２Ｂとに連結されたオペレータインターフェイス１２Ａを含む、ＰＲＯＶＯＸ若しくはＲＳ３システム、または、その他の制御システムのような従来のプロセス制御システムでもよい。分散型プロセス制御システムでもよいプロセス制御システム１４は、イーサネット（登録商標）バスのようなバスを介して１台以上の分散型コントローラ１４Ｂに連結された１台以上のオペレータ・インターフェイス１４Ａを含む。コントローラ１４Ｂは、例えば、テキサス州オースティンのエマーソン・プロセス・マネジメントによって販売されているＤｅｌｔａＶ（登録商法）コントローラでもよく、または、その他の望ましいタイプのコントローラでもよい。コントローラ１４Ｂは、Ｉ／Ｏ装置を介して、例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）、または、フィールドバス・フィールド装置、または、例えば、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（登録商標）、ＷＯＲＬＤＦＩＰ（登録商標）、Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ（登録商標）、ＡＳ−インターフェイス、および、ＣＡＮプロトコルのうちのいずれかを使用するその他のスマート若しくは非スマート・フィールド装置のような１台以上のフィールド装置１６に接続されている。知られているように、フィールド装置１６は、アナログまたはデジタル情報をプロセス変数およびその他の装置情報に関連したコントローラ１４Ｂに提供してもよい。オペレータ・インターフェイス１４Ａは、プロセスの動作を制御するため、例えば、制御オプティマイザ、診断エキスパート、ニューラルネットワーク、チューナなどを含む、プロセス制御オペレータが利用できるツール１７、１９を記憶し、実行してもよい。
【００２３】
後述される監視、診断および通信アプリケーションを実行するコンピュータのようなさらなる保守システムが、保守活動、監視活動、および、診断活動を実行するため、プロセス制御システム１２および１４、または、プロセス制御システムの中の個々の装置に接続されてもよい。例えば、保守コンピュータ１８は、装置１５と通信するため、そして、いくつかの場合に、装置１５のその他の保守活動を再構成または実行するために、望ましい通信回線またはネットワーク（無線ネットワークまたはハンドヘルド装置ネットワークを含む）を介して、コントローラ１２Ｂおよび／または装置１５に接続されてもよい。同様に、ＡＭＳ（登録商標）アプリケーションのような保守アプリケーションが、装置１６の動作状態に関連したデータ収集を含む保守および監視機能を実行するため、分散型プロセス制御システム１４に関連付けられた１台以上のユーザ・インターフェイス１４Ａに組み込まれてもよく、または、１台以上のユーザ・インターフェイス１４Ａによって実行されてもよい。
【００２４】
プロセスプラント１０は、永久または一時的通信リンク（例えば、読み込みのため機器２０に接続され、その後、取り外されるバス、無線通信システム、または、ハンドヘルド装置）を介して、保守コンピュータ２２に接続された、タービン、モータなどのような種々の回転（およびその他の）機器２０をさらに含む。保守コンピュータ２２は、プラントの中の回転機器２０およびその他の機器の動作状態を診断し、監視し、最適化するため、エマーソン・プロセス・マネジメントによって供給されるような市販アプリケーション、ならびに、後述されるアプリケーション、モジュール、および、ツールを含む任意の数の監視および診断アプリケーション２３を記憶し実行してもよい。保守要員は、通常は、プラント１０の中の回転機器２０の性能を維持し監督するため、回転機器２０に関する問題を判定するため、回転機器２０が修理若しくは交換されるべき時および条件を判定するため、アプリケーション２３を使用する。いくつかの場合に、外部コンサルタントまたはサービス機関が、機器２０に関係するデータを一時的に獲得または測定し、機器２０に影響がある問題、性能不足、または、あるその他の課題を検出するため機器２０の分析を実行するのにこのデータを使用してもよい。これらの場合に、分析を行うコンピュータは、任意の通信回線を介してシステム１０の残りの部分に接続されなくてもよく、一時的に接続されてもよい。
【００２５】
同様に、プラント１０に関連付けられた発電および配電機器２５を有する発電および配電システム２４は、例えば、バスを介して、プラント１０の内部の発電および配電機器２５の動作を実行し監督する別のコンピュータ２６に接続されている。コンピュータ２６は、発電および配電機器２５を制御し維持するため、例えば、Ｌｉｂｅｒｔ  ａｎｄ  ＡＳＣＯまたはその他の会社によって提供されるような既知の電力制御および診断アプリケーション２７を実行してもよい。再び、多くの場合に、外部コンサルタントまたはサービス機関は、機器２５に関係するデータを一時的に獲得または測定し、機器２５に影響がある問題、性能不足、または、あるその他の課題を検出するため機器２５の分析を実行するのにこのデータを使用するサービスアプリケーションを使用してもよい。これらの場合に、分析を行う（コンピュータ２６のような）コンピュータは、任意の通信回線を介してシステム１０の残りの部分に接続されなくてもよく、または一時的に接続されてもよい。
【００２６】
図１に示されるように、コンピュータシステム３０は、異常状況回避システム３５の少なくとも一部を実施し、特に、コンピュータシステム３０は、コンフィギュレーション・アプリケーション３８を、場合によっては、異常動作検出システム４２をも記憶し実施する。付加的に、コンピュータシステム３０は警告／警報アプリケーション４３を実施してもよい。
【００２７】
一般的に言うと、異常状況回避システム３５は、場合によっては、フィールド装置１５、１６、コントローラ１２Ｂ、１４Ｂ、回転機器２０、支援コンピュータ２２、発電機器２５若しくは支援コンピュータ２６、または、プロセスプラント１０の内部のその他の望ましい装置および機器の中に位置している異常動作検出システム、モジュール、または、ツール（図１に示されていない）と通信してもよい（または、含んでいてもよい）。異常状況回避システムは、より重大な異常状況を最小限に抑えるか、または、より重大な異常状況が監視および制御中のプロセスの動作の内部で発展することを回避するため、異常事象に関連したプロセスデータを利用するのに適合していてもよいことが認められる。異常状況回避システム３５は、さらに、異常動作検出システムの１つずつを構成し、異常動作検出システムが監視している装置またはサブシステムの動作に関する情報を受信するために、コンピュータシステム３０の中の異常動作検出システム４２と相互作用してもよい。異常状況回避システム３５は、有線バス４５を介して、プラント１０の内部のコンピュータまたは装置の１台ずつまたは少なくとも一部と通信接続されてもよく、または、代替的に、例えば、無線接続、ＯＰＣ（または、プロセス制御用のＯＬＥ）を使用する専用接続、データを収集するためハンドヘルド装置に依存するような間欠接続などを含むその他の望ましい通信接続を介して接続されてもよい。同様に、異常状況回避システム３５は、（図１にインターネット接続４６として示されている）インターネット、電話接続などのようなＬＡＮまたは公衆接続を介して、プロセスプラント１０の内部のフィールド装置および機器に関係し、例えば、サード・パーティ・サービス・プロバイダによって収集されるようなデータを取得してもよい。さらに、異常状況回避システム３５は、例えば、イーサネット（登録商標）、Ｍｏｄｂｕｓ、ＨＴＭＬ、ＸＭＬ、独自の技術／プロトコルなどを含む様々な技術および／またはプロトコルを介して、プラント１０の中のコンピュータ／装置に通信接続されてもよい。よって、異常状況回避システム３５をプラント１０の中のコンピュータ／装置に通信接続するためＯＰＣを使用する特定の実施例が本文書に記載されているが、当業者は、異常状況回避システム３５をプラント１０の中のコンピュータ／装置に連結する様々なその他の方法が同様に使用できることを認識するであろう。
【００２８】
背景として、ＯＰＣは、プラントまたはプロセス制御システムからプロセスデータにアクセスするメカニズムを規定する規格である。典型的には、ＯＰＣサーバは、例えば、フィールド装置からのプロセス情報を公開または提供するためプロセス制御システムの中で実施される。ＯＰＣクライアントは、ＯＰＣサーバとの接続を行い、フィールド装置への、または、フィールド装置からの、プロセス情報の読み書きを行う。ＯＰＣサーバは、クライアントによって実施されるソフトウェア・アプリケーションがフィールド装置またはその他のプロセスプラント機器からのデータにアクセスできるように、このようなクライアントと通信するためＯＬＥテクノロジー（すなわち、コンポーネント・オブジェクト・モデルすなわちＣＯＭ）を使用する。
【００２９】
図２は、異常状況回避システム３５、および／または、警告／警報アプリケーション４３が例示的なプロセスプラント１０の一部分５０の中の種々の装置と通信してもよい図１の例示的なプロセスプラント１０の一部分５０を示している。図２は、異常状況回避システム３５と、ＨＡＲＴ（登録商標）およびフィールドバス・フィールド装置の内部の１つ以上の異常動作検出システムとの間の通信を示しているが、類似した通信が異常状況回避システム３５と、プロセスプラント１０の内部の、図１に示された装置および機器のうちのいずれかを含むその他の装置および機器との間で行われ得ることが理解されるであろう。
【００３０】
図２に示されたプロセスプラント１０の一部分５０は、望ましい通信またはコントローラプロトコルに準拠するどのような望ましいタイプのＩ／Ｏ装置でもよい入出力（Ｉ／Ｏ）カードまたは装置６８および７０を介して、１台以上のフィールド装置６４および６６に接続された１台以上のプロセスコントローラ６０を有する分散型プロセス制御システムを含む。フィールド装置６４はＨＡＲＴ（登録商標）フィールド装置として示され、フィールド装置６６はフィールドバス・フィールド装置として示されているが、これらのフィールド装置はその他の望ましい通信プロトコルを使用することがある。付加的に、フィールド装置６４および６６の各々は、例えば、センサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナなどのようなどのようなタイプの装置でもよく、Ｉ／Ｏ装置６８および７０においてフィールド装置６４および６６によって使用される望ましいプロトコルとの互換性が必要であることが理解されているならば、どのような望ましい公開の、独自の、または、その他の通信若しくはプログラミングプロトコルに準拠してもよい。
【００３１】
いずれにしても、コンフィギュレーションエンジニア、プロセス制御オペレータ、保守要員、プラント管理者、監督者などのようなプラント要員によってアクセス可能である（どのような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もよい）１台以上のユーザ・インターフェイスまたはコンピュータ７２および７４は、望ましい有線または無線通信構造体を使用して、かつ、例えば、イーサネット（登録商標）プロトコルのような望ましいまたは適当な通信プロトコルを使用して実施されてもよい通信回線またはバス７６を介して、プロセスコントローラ６０に連結される。その上、データベース７８が、コンフィギュレーション情報と共にオンライン・プロセス変数データ、パラメータデータ、状態データ、および、プロセスプラント１０の内部のプロセスコントローラ６０とフィールド装置６４および６６とに関連付けられたその他のデータを収集し記憶するデータヒストリアンとして動作するために通信バス７６に接続されてもよい。よって、データベース７８は、プロセス・コンフィギュレーション・モジュールを含む現在コンフィギュレーションと、プロセスコントローラ６０とフィールド装置６４および６６とにダウンロードされ記憶されるようなプロセス制御システム５４のための制御コンフィギュレーション情報とを記憶するためにコンフィギュレーションデータベースとして動作してもよい。同様に、データベース７８は、プロセスプラント１０の内部のフィールド装置６４および６６によって収集された統計データと、フィールド装置６４および６６によって収集されたプロセス変数から判定された統計データと、後述されるその他のタイプのデータとを含む履歴的な異常状況回避データを記憶してもよい。
【００３２】
プロセスコントローラ６０と、Ｉ／Ｏ装置６８および７０と、フィールド装置６４および６６とは、時として過酷であるプラント環境の内部で典型的には下流に位置し、プラント環境の全体に亘って分布しているが、ワークステーション７２および７４と、データベース７８とは、通常は、オペレータ、保守要員などが容易に出入りできる制御室、保守室、または、その他のあまり過酷でない環境の中に位置している。
【００３３】
一般的に言うと、プロセスコントローラ６０は、ある程度の数の異なった、独立に実行される制御モジュールまたはブロックを使用して、制御戦略を実施する１つ以上のコントローラ・アプリケーションを記憶し実行する。制御モジュールは、それぞれが、一般的に機能ブロックと呼ばれるもので作られてもよく、各機能ブロックは、制御ルーチン全体のうちのサブルーチンまたは一部であり、プロセスプラント１０の内部でプロセス制御ループを実施するため、（リンクと呼ばれる通信を介して）その他の制御ブロックと連動して動作する。機能ブロックは、典型的には、プロセスプラント１０の内部で、ある物理的な機能を実行するため、トランスミッタ、センサ、または、その他のプロセスパラメータ測定装置に関連付けられているような入力機能、ＰＩＤ制御、ファジィ論理制御などの制御を実行する制御ルーチンに関連付けられているような制御機能、または、バルブのような装置の動作を制御する出力機能のうちの１つを実行する。当然ながら、モデル予測コントローラ（ＭＰＣ）、オプティマイザなどのようなハイブリッド型およびその他のタイプの複雑な機能ブロックが存在する。フィールドバス・プロトコルおよびＤｅｌｔａＶ（登録商標）システムは、オブジェクト指向プログラミング言語で設計され実施された制御モジュールおよび機能ブロックを使用するが、制御モジュールは、例えば、シーケンシャル・機能ブロック、ラダー論理などを含む望ましい制御プログラミングスキームを使用して設計されてもよく、機能ブロックまたはその他の特定のプログラミング技術を使用して設計されることに限定されないと理解されるべきである。
【００３４】
図２に示されているように、保守ワークステーション７４は、プロセッサ７４Ａ、メモリ７４Ｂ、および、ディスプレイ装置７４Ｃを含む。メモリ７４Ｂは、ディスプレイ７４Ｃ（または、プリンタのようなその他のディスプレイ装置）を用いて情報をユーザに提供するためプロセッサ７４Ａで実施可能であるとして図１に関して説明された異常状況回避アプリケーション３５および警告／警報アプリケーション４３を記憶する。
【００３５】
１台以上のフィールド装置６４および６６のそれぞれは、後述されることであるが、センシング装置によって感知された１つ以上のプロセス変数に関係がある統計データ収集を実施するルーチン、および／または、異常動作検出のためのルーチンのようなルーチンを記憶するメモリ（図示せず）を含んでいてもよい。１台以上のフィールド装置６４および６６のそれぞれは、統計データ収集を実施するルーチン、および／または、異常動作検出のためのルーチンのようなルーチンを実行するプロセッサ（図示せず）をさらに含んでいてもよい。統計データ収集および／または異常動作検出は、ソフトウェアによって実施される必要はない。それどころか、当業者は、このようなシステムが１台以上のフィールド装置および／またはその他の装置の内部でソフトウェア、ファームウェア、および／または、ハードウェアの任意の組み合わせによって実施されてもよいことを認めるであろう。
【００３６】
図２に示されるように、フィールド装置６４および６６の一部（および、もしかすると全部）は、以下で詳述される異常動作検出（すなわち、異常状態回避または異常状態回避）ブロック８０および８２を含む。図２のブロック８０および８２は、装置６４のうちの１台および装置６６のうちの１台に位置しているように示されているが、これらのブロックまたは類似したブロックは、任意の数のフィールド装置６４および６６の中に位置していることがあり、コントローラ６０、Ｉ／Ｏ装置６８、７０、または、図１に示された装置のうちのいずれかのような他の装置の中に位置していることもある。付加的に、ブロック８０および８２は、装置６４および６６の一部ということがある。
【００３７】
一般的に言うと、ブロック８０および８２、または、これらのブロックの一部の要素は、データが位置している装置および／またはその他の装置からプロセス変数データのようなデータを収集する。付加的に、ブロック８０および８２、または、これらのブロックの一部の要素は、変数データを処理し、任意の数の理由のためこのデータに関する分析を実行してもよい。例えば、バルブに関連付けられているとして示されているブロック８０は、バルブが詰まり条件にあるかどうかを判定するためバルブ位置を分析するバルブ詰まり検出ルーチンを有していてもよい。さらに、ブロック８０は、フィールド装置の内部のプロセス変数またはその他のデータを収集し、例えば、収集されたデータの平均、中央値、標準偏差、２乗平均平方根（ＲＭＳ）、変化率、範囲、最小値、最大値などを判定するため、および／または、収集されたデータの中のドリフト、バイアス、ノイズ、スパイクなどの事象を検出するため、収集されたデータに関して１つ以上の統計計算を実行してもよいブロックＳＰＭ１−ＳＰＭ４のような１つ以上の統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックまたはユニットを含んでいてもよい。生成された特定の統計データも特定の統計データが生成される方法も重要でない。よって、異なるタイプの統計データが、上述の特定のタイプに加えて、または、代わって生成されることがある。付加的に、既知の技術を含む種々の技術がこのようなデータを生成するため使用されることがある。統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックという用語は、ここでは、少なくとも１つのプロセス変数またはその他のプロセス変数に関して統計的プロセス監視を実行し、装置の内部で、または、データが収集された目的の装置の外部であっても任意の望ましいソフトウェア、ファームウェア、または、ハードウェアによって実行されてもよい機能を記述するため使用される。ＳＰＭブロックは、一般に、装置データが収集された装置の中に位置しているので、ＳＰＭブロックは、量的により多く、かつ、質的により正確なプロセス変数データを獲得できることが理解されるであろう。その結果として、ＳＰＭブロックは、一般に、収集されたプロセス変数データに関して、プロセス変数データが収集された装置の外側に位置しているブロックより優れた統計計算を判定する能力がある。
【００３８】
ブロック８０および８２は図２においてＳＰＭブロックを包含するように表されているが、ＳＰＭブロックは、そうではなくて、ブロック８０および８２とは別個の独立したブロックでもよく、対応するブロック８０または８２と同じ装置の中に位置していてもよく、または、異なる装置の中に位置していてもよいことが理解されるべきである。本書で説明されているＳＰＭブロックは、既知のフィールドバスＳＰＭブロック、または、既知のフィールドバスＳＰＭブロックと比較して異なる能力または付加的な能力を保有するＳＰＭブロックを含んでいてもよい。統計的プロセス監視（ＳＰＭ）ブロックという用語は、ここでは、プロセス変数データのようなデータを収集し、平均、標準偏差などの統計的指標を判定するために、このデータに関するある統計処理を実行する任意のタイプのブロックまたは要素を指すために使用される。その結果として、この用語は、この機能を実行するソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、および／または、その他の要素を網羅することが意図され、これらの要素が機能ブロックの形をしているか、または、その他のタイプのブロック、プログラム、ルーチン、または、要素の形をしているかとは無関係であり、かつ、これらの要素がフィールドバスプロトコル、または、プロフィバス、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＣＡＮなどのプロトコルのようなその他のプロトコルに準拠するか否かとは無関係である。必要に応じて、ブロック８０、８２の基礎となる動作は、参照によって本明細書に組み込まれた米国特許第６０１７１４３号明細書に記載されているように、少なくとも部分的に実行または実施されてもよい。
【００３９】
ブロック８０および８２は、図２においてＳＰＭブロックを包含するように表されているが、ＳＰＭブロックはブロック８０および８２に不可欠ではないことが理解されるべきである。例えば、ブロック８０および８２の異常動作検出ルーチンは、ＳＰＭブロックによって処理されないプロセス変数データを使用して動作することがある。別の実施例として、ブロック８０および８２は、それぞれ、その他の装置の中に位置している１つ以上のＳＰＭブロックによって提供されたデータを受信し操作することがある。さらに別の実施例として、プロセス変数データは、多数の典型的なＳＰＭブロックによって提供されない方法で処理されることがある。ほんの一実施例として、プロセス変数データは、バンドパスフィルタまたはその他のタイプのフィルタのような有限インパルス応答（ＦＩＲ）または無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタによってフィルタ処理されることがある。別の実施例として、プロセス変数データは、特定の範囲の中に残るようにトリムされることがある。当然ながら、既知のＳＰＭブロックがこのような異なる処理能力または付加的な処理能力を提供するために変更されることがある。
【００４０】
トランスミッタに関連付けられて示されている図２のブロック８２は、プラントの内部のラインが塞がれているかどうかを判定するためにトランスミッタによって収集されたプロセス変数データを分析するライン詰まり検出ユニットを有していてもよい。その上、ブロック８２は、トランスミッタ内部のプロセス変数またはその他のデータを収集してもよく、例えば、収集されたデータの平均、中央値、標準偏差などを判定するため収集されたデータに関して１つ以上の統計計算を実行してもよいブロックＳＰＭ１−ＳＰＭ４のような１つ以上のＳＰＭブロックまたはユニットを含んでいてもよい。ブロック８０および８２は、それぞれに４つのＳＰＭブロックを包含するように示されているが、ブロック８０および８２は、統計データを収集し判定するため任意のその他の個数のＳＰＭブロックを内部に保有することがある。
【００４１】
異常状況回避システムおよびそれらのコンポーネントの実施およびコンフィギュレーションに関するさらなる詳細は、それぞれがあらゆる目的のため参照によって本明細書に組み込まれた、米国特許出願公開第２００５／０１９７８０３号、現在の米国特許第７０７９９８４号（“ａｂｎｏｒｍａｌ  ｓｉｔｕａｔｉｏｎ  ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｌａｎｔ”）、米国特許出願公開第２００５／０１９７８０６号（“Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ａｂｎｏｒｍａｌ  ｓｉｔｕａｔｉｏｎ  ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｌａｎｔ”）、および、米国特許出願公開第２００５／０１９７８０５号（“Ｄａｔａ  ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａｂｎｏｒｍａｌ  ｓｉｔｕａｔｉｏｎ  ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｐｌａｎｔ”）で入手することができる。
【００４２】
上述され、参考文献に記載された異常状況回避システムおよび技術において、ＳＰＭ（または異常状況回避）ブロック８０、８２は、１つ以上の異常状況回避モジュールに関連付けられ、異常状況回避モジュールのコンポーネントとして考えられる。異常状況回避ブロックは、コントローラ６０、または、コンピュータ若しくはワークステーション７２、７４のようなその他のホストシステムまたは装置に常駐してもよいが、異常状況回避モジュールは、１つ以上の異常状況回避ブロックからデータを受け取り、より大型のシステムに関する判定を行うためデータを使用してもよい。より一般的には、異常状況回避モジュールは、フィールド装置、計器、または、その他の機器（例えば、バルブ、ポンプなど）のタイプ毎に診断を支援するため、１つ以上の機能ブロック（例えば、異常状況回避ブロック）からデータを受信するように開発され構成されてもよい。それにもかかわらず、異常状況回避モジュールに関連付けられた機能ブロックは、機能ブロックが開発された目的の特定の機器以外の装置に常駐してもよく、特定の機器以外の装置によって実施されてもよい。このような場合に、異常状況回避モジュールは分散型の特性を有する。その他の異常状況回避モジュールが、特定のフィールド装置の診断を対象にしているにもかかわらず、プロセスコントローラ６０のような１台の装置の内部で完全に実施されてもよい。いずれにしても、診断ルーチンまたは技術は、機器（またはプロセス）の異常状況または異常動作を検出、予測、および、回避する機器タイプ毎に開発されてもよい。説明を簡単にする目的だけのため、用語「異常状況回避モジュール」は本書ではこのようなルーチンまたは技術を指すために用いられる。異常状況回避モジュールは、従って、診断を実行するために必要とされる測定量の組に敏感であり、（ｉ）モジュールによって検出されるべき異常条件の組、および、（ｉｉ）測定量の変化を対応する異常条件に結び付けるルールの組をさらに含む。さらに、以下に開示された技術の説明中での異常状況回避モジュールへの言及は、技術が同じように異常状況回避ブロックと併せて利用されてもよいという了解の下で示されている。
【００４３】
いくつかの場合に、異常状況回避システム３５のコンフィギュレーション・アプリケーション３８またはその他のコンポーネントは、異常状況回避モジュール毎のテンプレートの開発または生成を支援してもよい。例えば、ＤｅｌｔａＶ（登録商標）によって提供されるコンフィギュレーションおよび開発プラットフォームは、対応する複合テンプレートブロックからの異常状況回避モジュールの特定のインスタンスの生成、すなわち、インスタンス化のため使用されてもよい。
【００４４】
図２に関連して異常状況回避機能として明らかにされ説明されているが、上述のモジュールおよびブロックは、より一般的に、後述されるようにプロセス監視および診断と故障検出のため構成された多変量統計技術の実施を対象にしてもよい。いくつかの場合に、後述される技術は、異常状況回避モジュールまたはブロックを包含するか、異常状況回避モジュールまたはブロックと一体化されてもよい。いずれの場合も、システムおよび技術（および、任意のモジュール、機能ブロック、アプリケーション、ソフトウェア、若しくは、その他のコンポーネント、または、それらの態様）への以下の言及は、上述されたワークステーション・ツール１７、１９、オペレータ・インターフェイス１２Ａ、１４Ａ、アプリケーション２３、異常状況回避システム２５、および、インターフェイス７２、７４を利用してもよく、包含してもよく、一体化されてもよく、さもなければ、関連付けられてもよい。
【００４５】
上述され、図２に示されているように、異常状況回避システムの実施形態は、プロセッサ７４Ａ、メモリ７４Ｂ、および、ディスプレイ装置７４Ｃを含む異常状況回避コンピュータ７４を含んでいてもよい。異常状況回避コンピュータで実施されるソフトウェアは、ある程度の個数の個々のコンポーネントまたはアプリケーションに論理的に分割されてもよい。それらには、異常状況回避コンフィギュレーション・アプリケーション３８、インターフェイスアプリケーション４０、異常動作検出アプリケーション４２、および、警告／警報アプリケーション４３が含まれる。異常状況回避コンピュータ７４は、その他の機器の中に位置している異常状況回避モジュールと通信する。異常状況回避モジュールは、異常状況回避モジュールが常駐する種々の装置の中で見つけられるプロセッサによって実行されてもよい制御スキーム全体の特化された機能モジュールまたはサブルーチンである。異常状況回避モジュールは、例えば、プロセスコントローラと、Ｉ／Ｏカードまたはその他のＩ／Ｏ装置と、センサ、バルブ、ポジショナ、トランスミッタ、回転機器、発電機器のようなフィールド装置などの内部に位置していてもよい。
【００４６】
種々のフィールド装置１５、１６、回転機器２０、発電機器２５、または、その他の機器の中に位置している異常状況回避ブロックは、プロセスの種々の動作条件を評価し、異常状況の発生を検出するため、データを収集し、収集されたデータに関して統計的プロセス監視（ＳＰＭ）を実行し、収集されたデータ、および、ＳＰＭブロックによって計算された種々の統計的指標に関して統計分析を実行するように構成されてもよい。例えば、異常状況回避ブロックは、図２に異常状況回避ブロック８０、８２によって示されているように、バルブが不適切な位置で詰まっているかどうか、または、プロセスラインが塞がっているかどうかを検出するように構成されてもよい。異常状況回避ブロックは、異常状況回避ブロックが位置している装置から獲得されたデータを分析してもよく、または、１台以上のリモート装置からのデータを分析してもよく、または、異常状況回避ブロックが位置している装置からのデータと、１台以上のリモート装置から受信されたデータとの両方を分析してもよい。さらに、異常状況回避ブロックは、フィールド装置、回転機器、発電機器などのようなプロセス制御装置から直接的に受信された未加工データを分析してもよく、または、異常状況回避ブロックは、異常状況回避ブロックに関連付けられたＳＰＭブロックによって提供された処理済みのデータおよび導出された統計的測定量に依存してもよい。ＳＰＭブロックは、データをより意味のあるコンテキストで提示することを目的として、種々のプロセス制御装置から受信されたデータを収集し、処理し、さもなければ、操作するため任意の数の異なる機能を実行してもよい。
【００４７】
受信するデータの送信元であるプロセス制御機器の内部に位置している異常状況回避モジュールおよびＳＰＭブロックは、通信チャネルおよび通信プロトコルの制限に起因して、異常状況回避およびＳＰＭモジュールが実際にデータを感知する装置から離れているときより非常に速いレートでデータをサンプリングする能力がある。従って、異常状況回避ブロックおよび関連付けられたＳＰＭブロックをデータが生成される装置の内部に直接的に位置付けることの利点は、分析されるデータの量および質が著しく改善されることである。従って、計算の精度、分析の質、および、それらから取り出される結論に対する信頼度が同様に改善される。
【００４８】
異常状況回避ブロックは、１つ以上の測定されたプロセス変数または統計的指標が対応する異常条件を定義するルールに反するときに、異常状況を検出する。異常状況回避ブロックが異常状況または異常事象の発生を検出するとき、異常状況回避ブロックは、異常状況が存在すること、または、異常事象が発生したことをコントローラ６０またはその他の制御装置に警告する。異常状況回避ブロックは通信バス７６を介して警告を送信する。ホストコントローラ６０またはその他の制御装置が今度は、インターフェイス・アプリケーション４０がオペレータまたはその他の保守要員に異常状況を警告するため、警告またはその他の標識をディスプレイ装置３０Ｃに表示させるように、異常状況に関する情報を異常状況回避コンピュータ３０へ転送する。オペレータまたはその他の保守要員は、その後に、検出された異常状況を引き起こした問題を解決するために適切な措置を講じてもよい。
【００４９】
異常動作条件の存在の検出に加えて、異常状況回避モジュールによって獲得されたデータと、異常状況回避モジュールの関連付けられたＳＰＭブロックによって計算された統計的指標とが、異常状況回避モジュールが位置している特定のプロセス制御機器を局所的に監視し、機器によって実行されるプロセス制御機能を実施するため使用される。典型的には、異常状況回避モジュールおよびその関連付けられたＳＰＭブロックの動作の基礎をなすデータおよび統計計算は、高次の分散型プロセス制御システムへ通信される必要がない。このことは、特に、データが通信チャネルを介してコントローラまたはその他の高次制御装置へ通信されるレートを遙かに超えるレートで、装置においてデータが収集されるときに当てはまる。それにもかかわらず、異常状況が発生する前後に獲得されたデータは、異常状況がどのようにして発生したか、および、類似した異常状況が将来にどのようにして回避されるかに関して重要な手掛かりを与えるかもしれない。例えば、異常状況の発生前および発生直後に記録されたデータは、熟練したオペレータまたは保守技術者が異常条件の根本的原因を特定し、異常条件が将来に発生することを回避する措置を講じることを可能にさせる特徴的なパターンを含むかもしれない。受信されたデータの中のその他の特徴的なパターンは、予測された異常条件が実際に発生することを回避するために措置が講じられるように、これから来る異常状況をかなり前に予測するために十分であるかもしれない。例えば、故障寸前であるセンサは、一定しないが、それにもかかわらず、プロセスに関する限り許容可能な範囲に収まる読みを示し始めるかもしれない。一定しない挙動を認識し、センサが完全に故障する前にセンサを交換することは、将来のコストのかかる制御故障を回避するかもしれない。
【００５０】
異常事象の発生の前後に獲得されたプロセス制御データを保存するため、異常状況回避モジュールを実施するスマート・フィールド装置またはその他のインテリジェント装置若しくは機器は、未加工変数データ、および／または、異常状況回避モジュールに関連付けられたＳＰＭブロックによって計算された統計データの両方の形式でプロセス制御データを一時的に記憶するメモリを含んでいてもよい。メモリは、新しいデータが記録されるときに古いデータが廃棄されるように、先入れ先出しメモリとして編成されてもよい。メモリは、指定された期間に亘って異常状況回避モジュールによって獲得された未加工プロセス変数値および計算された統計的指標の全部を含むデータの全部を記憶できるように、サイズを決められてもよい。データが収集され、記憶される時間の長さは、検出されている特定の異常事象を分析するため必要なデータの量に基づいて判定されることがある。例えば、特定の異常事象に対し、異常事象の発生の直前の１分間、および、異常事象の発生の直後の最初の１分間に、異常状況回避ブロックによって獲得されたデータの全部を分析することが有利である。この場合に、メモリは、２分間の価値ある獲得されたデータを記憶するために十分な大きさであることが必要である。別の場合に、異常事象の前の１５秒間だけの価値のあるデータと、事象の後の４５秒間のデータを閲覧することだけが必要である。この場合に、メモリは、ちょうど１分間の獲得されたデータを記憶する能力が必要である。大幅に変化するデータの量が、様々な異常状況の原因を発見し、将来的に異常状況の発生を回避するため、将来のオフライン分析のためスマート装置に関連付けられたメモリに格納されるかもしれないというシナリオを想定してもよい。
【００５１】
上述されているように、バッファメモリは、新しいプロセス変数データが獲得され記憶されるときにメモリに記憶された最も古いデータが廃棄されるように、先入れ先出しメモリとして編成されてもよい。実際には、メモリの中に記憶されたデータは、ある期間に亘って異常状況回避モジュールによって獲得されたプロセス変数データの「ローリング窓」または「スナップショット」を提供する。ローリング窓またはスナップショットは、時間的に前方へ移動し、いつでも最新に獲得されたデータを含み、より古いデータを廃棄する。異常状況回避モジュールは、異常状況を検出したとき、メモリに記憶されたデータを凍結し、特定の瞬間に、すなわち、異常事象の直前の期間と、必要に応じて、直後の期間に異常状況回避モジュールによって獲得されたデータのスナップショットを保存する。
【００５２】
異常事象の発生前、発生中、および、発生後に獲得されたデータおよび統計測定量を保持するのに適合した異常状況回避モジュールを備えたスマート・フィールド装置またはその他のインテリジェント装置の動作が実施例を用いて最も良く説明される。図３は、分散型プロセス制御システム１００の一部分を示している。図３に示された分散型プロセス制御システム１００の一部分は、コントローラ１０２およびスマート・プロセス制御装置１０６を含む。スマート・プロセス制御装置１０６は、バルブ、センサ、トランスミッタ、ポジショナ、または、ポンプ、ミキサ、若しくは、その他の回転機器、発電機器などのその他のインテリジェント装置のようなスマート・フィールド装置でもよい。スマート・プロセス制御装置１０６は、プロセッサ１０８と、センサまたはその他の入力装置１１０と、メモリ１１２とを含む。プロセッサは、異常状況回避モジュールおよび関連付けられたＳＰＭブロックを実行するように構成されている。センサまたはその他の入力装置１１０は、プロセスの状態または装置自体の状態に関するプロセス制御データを収集する。メモリ１１２は、入力装置１１０から受信されたデータの他に、スマート装置１０６に常駐する異常状況回避モジュールに関連付けられたＳＰＭブロックによって実行される統計計算の結果を記憶する。メモリ１１２は、上述されているように先入れ先出しメモリとして編成されてもよい。
【００５３】
図４は、スマート・プロセス制御装置１０６に常駐する異常状態回避モジュールまたはＳＰＭモジュールによってある期間に亘って獲得および／または処理されたサンプルデータ１２２を表すグラフである。図４に表されたデータ１２２は、センサ１１０によって測定された温度、圧力、位置、または、その他の変数に対する未加工値である可能性がある。代替的に、データ１２２は、センサ１１０によって測定され、プロセス制御装置１０６に常駐する異常状況回避モジュールに関連付けられた種々のＳＰＭブロックに従って計算された、プロセス変数の計算された平均、中央値、標準偏差、または、その他の統計的指標である可能性がある。
【００５４】
図４は、プロセス変数１２２と共に表示されたスレッショルド値１２４を含む。スレッショルド値１２４はプロセス障害または異常条件を知らせる。データ１２２によって表現された変数の値がスレッショルド値１２４より上昇するならば、異常状況であると考えられる。このような状況下で、警報または注意がプロセス制御装置１０６から通信バス１０４を介してコントローラ１０２へ通信される。コントローラは、今度は、上述されているように警報を異常状況回避コンピュータへ通信してもよく、異常状況回避コンピュータは、オペレータまたはその他の保守要員のため警報を表示させてもよい。同様に、データ１２２によって表現された変数の値がスレッショルド値１２４を超えるならば、異常状況回避モジュールは、異常事象の発生を取り囲む期間に亘ってデータ１２２の「スナップショット」を捕捉する。本実施例の目的のため、異常状況回避モジュールは、異常事象の発生直前の１５秒間と異常事象の発生直後の４５秒間とを含む１分間の幅の窓のデータを捕捉すると仮定する。
【００５５】
メモリ１１２は先入れ先出しメモリとして構成されている。１分間より古いデータは、新しいデータが獲得され、メモリ１１２に記憶されるときに廃棄される。よって、メモリ１１２に記憶されたデータは、異常状況回避モジュールによって獲得されたデータのうちの連続的に移動する窓またはスナップショットを表現する。移動スナップショットの効果は図５ないし８で見ることができる。図５は、メモリ１１２に記憶され、動作の３０秒と９０秒との間の期間１２６に獲得されたデータを表現する。図６は、メモリ１１２に記憶され、動作の６０秒と１２０秒との間の期間１２８に３０秒遅れて獲得されたデータを表す。図からわかるように、図５のスナップショット窓１２６と図６のスナップショット窓１２８との間の重複期間、すなわち、動作の６０秒と９０秒との間の期間に対応するデータは、両方の図で繰り返されている。図５では、重複するデータ１３４は窓１２６の右側に位置している新しい方のデータであり、図６では、重複するデータ１４６は窓１２８の左側に位置している古い方のデータである。後述されるように、図７は異常事象検出までを含む期間に収集されたデータを表現し、図８は異常事象の発生の前後の両方の期間に収集されたデータを表現している。
【００５６】
図４に戻って、実施例によれば、プロセス制御変数の値１２２がスレッショルド値１２４を超えるならば、異常状況が存在することを想起する。図でわかるように、プロセス制御変数の値１２２は動作の１８０秒の時点でスレッショルド値１２４と交差する。この時点で、メモリ１１２は、期間１３０、すなわち、動作の１２０秒と１８０秒との間の前の１分間に捕捉されたプロセス変数データを記憶する。この期間中にメモリ１１２に記憶されたデータは図７に表されている。図７に表された時間窓１３０において、記録されたプロセス変数の最後の値は、スレッショルド値１２４を最初に交差した値であることに注意を要する。しかし、実施例によれば、スマート・プロセス制御装置１０６に常駐している異常状況回避モジュールは、異常状況を検出し、異常状況の発生直前の１５秒間と直後の４５秒間とに捕捉されたプロセス変数データを保存するように構成されている。よって、メモリは、異常状況が検出された後のさらなる４５秒間に新しいデータを記憶し続け、古いデータを廃棄し続けることが必要である。
【００５７】
異常事象の発生後の４５秒間に、メモリ１１２は、望ましい期間１３２、すなわち、図８に表されているように、異常状況の発生前に記録された１５秒間および異常状況の発生後の４５秒間からのすべての履歴的なプロセス変数データを保持する。
【００５８】
バッファメモリ１１２の中に捕捉されたデータは、捕捉されたデータが通信バス１０４を介してコントローラ１０２または他の高次制御装置へ通信され得るレートより速いレートで捕捉される。従って、データがリアルタイムで捕捉されているとき、コントローラへデータは通信されなくてもよい。しかし、異常事象の発生を取り囲むデータがメモリ１１２に保存されると、データは、後の時点で、通信バス１０４の制限と両立できるより遅いレートで、コントローラ１０２または別の制御装置へ通信されてもよい。さらに、データは、より小さい量またはデータパケットに分割され、通信バス１０２への要求をさらに緩和するためコントローラ１０２またはその他の制御装置へ断片的に送信されてもよい。
【００５９】
保存されたプロセス変数データは、最終的に、オペレータまたは保守要員のため異常状況保存インターフェイス・アプリケーション４０（図２）によって表示されてもよい。オペレータまたは保守要員は、その後に、異常状況が将来的に発生することを回避するため講じられるべき適切な措置、または、より重大な異常状況の進展を最小限に抑えるか、または、回避するために講じられるべき適切な措置を判定するため、データを分析してもよい。
【００６０】
本発明は特定の実施例に関して説明されている。これらの実施例は説明に役立つことのみが意図され、決して発明を限定するものとして解釈されるべきでない。変更、追加、または、削除が発明の精神および範囲から逸脱することなく開示された実施形態になされてもよいことが当業者に明白であろう。
【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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【国際調査報告】
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