(57)【要約】【課題】複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定する、ことを目的とする。【解決手段】模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、プラント内機器を制御するＩ／Ｏモジュールと共にプラントの制御装置に設置され、プラント内機器に対する制御処理を行うと共にＩ／Ｏモジュールの故障予測を行う。そして、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、故障予測用電子機器１４Ｍが設置されている周辺環境に基づいて、Ｉ／Ｏモジュールの故障予測を行う故障予測部６２、及び故障予測部６２による予測結果を表示する残寿命表示部６４を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器であって、
本故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、
前記故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、
を備える故障予測用電子機器。
【請求項２】
前記電子機器が行う前記制御対象に対する制御処理を模擬するものの、前記制御対象の制御は行わない模擬負荷を備える請求項１記載の故障予測用電子機器。
【請求項３】
前記制御装置において、故障予測が行われる前記電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置される請求項１又は請求項２記載の故障予測用電子機器。
【請求項４】
前記故障予測手段は、
前記電子機器の周辺環境を示す状態量を検知する状態量検知手段と、
前記状態量検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する残寿命予測手段と、
を備え、
前記表示手段は、前記残寿命予測手段による予測結果を表示する請求項１から請求項３の何れか１項記載の故障予測用電子機器。
【請求項５】
本故障予測用電子機器に生じる突発電流を検知する突発電流検知手段を備え、
前記残寿命予測手段は、前記状態量検知手段による検知結果及び前記突発電流検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する請求項４記載の故障予測用電子機器。
【請求項６】
制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器による故障予測方法であって、
前記故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う第１工程と、
前記第１工程による予測結果を前記故障予測用電子機器が備える表示手段に表示する第２工程と、
を含む故障予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障予測用電子機器及び故障予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プラント等に備えられる制御装置を構成する電子機器は、電子部品自体やハンダ接続部分等の初期故障を除くと、電子部品の使用環境により、寿命等によって故障する場合がある。しかし、交換部品が準備されていない場合には、電子機器の一部又は全部を再度製作することになり、その交換や修理に例えば１年から２年のように長い時間を要する場合がある。このため、各プラント等では、例えば制御装置を構成する電子機器に故障が生じる前に、例えば１０年経過後に電子機器の定期的な交換が行われている。
特に、電子機器において、電子部品の寿命の考慮が特に必要なものは、例えば、発熱を伴うＩ／Ｏ（Input/Output）モジュールやアダプタ等の機器である。これらの機器の発熱は、制御装置全体を強制ファンにより常時冷却を行うことで放出され、作業を安定させると共に長寿命を確保している。
【０００３】
そこで、電子機器の使用環境による寿命を予測するために特許文献１には、コイルを利用した特定器具の稼働時間を検出し、特定器具の周囲温度や特定器具のコイルに対する印加電圧で稼働時間を補正し、補正した稼働時間と予め設定された寿命特性との比較結果に基づいて、特定器具の残り寿命を推測することが開示されている。
また、特許文献２には、プラント制御装置の内部の温度及び累積通電時間に基づいて通電時平均温度を演算し、累積通電時間、累積停電時間、及び通電時平均温度に基づいて有寿命交換対象部品を交換するべき交換時期を推定することが開示されている。
さらに、特許文献３には、電子機器の温度の測定値と基準温度とに基づいた温度上昇分と温度下降分の２種類の温度偏差の積算値と予め設定される所定の閾値とに基づいて、状況判定し必要に応じて報知することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１３０６７４号公報
【特許文献２】特開２００６−３１２３１号公報
【特許文献３】特許第５３５９００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、制御装置を構成するＩ／Ｏモジュールのような電子機器は、全体として使用環境を所定の管理環境内にして運用される同様のものが制御装置に複数設置される。また、電子機器は、制御装置毎に内部の設置位置が異なることから、内部の設置位置により他のものよりも使用環境が厳しい状況になる電子機器が存在する場合がある。このような電子機器の定期交換を行うタイミングは、安全を考慮して早めに設定されると共に、定期的な交換作業においても、例えば同時期に全てを交換する必要があり、コストや労力を要していた。
このため、電子機器に対して、精度の高い故障予測が可能となれば、故障前に安全を考慮した必要以上に早い段階における、定期的な交換を必要としないで済むことになる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる、故障予測用電子機器及び故障予測方法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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の故障予測用電子機器及び故障予測方法は以下の手段を採用する。
【０００８】
本発明の第一態様に係る故障予測用電子機器は、制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器であって、本故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、前記故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、を備える。
【０００９】
本構成に係る故障予測用電子機器は、電子機器の故障予測を行うと共に、他の電子機器と同様に制御対象に対する制御処理を行う。
【００１０】
電子機器は、制御信号等を入出力することで制御対象を制御するものであり、例えば、プラントの配管に設けられる各種制御弁やスイッチ等を制御するためのＩ／Ｏ（Input/Output）モジュール等である。すなわち、本構成に係る故障予測用電子機器は、複数の電子機器と共に制御装置に設置される。また、故障予測用電子機器は、例えば、複数の電子機器が設置されている場所において、平均的な環境条件よりも周辺環境が厳しい位置に設置される。
【００１１】
そして、本構成は、故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、電子機器の故障予測を行う故障予測手段と、故障予測手段による予測結果を表示する表示手段と、を備える。すなわち、電子機器と同様の信号の入出力を行う故障予測用電子機器が、故障予測を行うと共にその予測結果を表示する。
これにより、表示手段に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、故障予測用電子機器と共に設置されている電子機器に故障が生じる可能性を判断可能となる。
【００１２】
従って、本構成は、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる。
【００１３】
上記第一態様では、前記電子機器が行う前記制御対象に対する制御処理を模擬するものの、前記制御対象の制御は行わない模擬負荷を備えてもよい。
【００１４】
本構成は、プラントの制御装置を構成する電子機器を模擬し、電子機器と共に制御装置に設置されて電子機器の故障予測を行う。
本構成に係る模擬負荷は、例えば、電子機器への入力信号を模擬した模擬入力信号が入力され、電子機器からの出力信号を模擬した模擬出力信号を出力する。このように、故障予測用電子機器は、制御対象を制御しないものの、模擬負荷により、他の電子機器と同様の実運用を模擬した動作を行う。
従って、本構成に係る故障予測用電子機器を、例えば周辺環境の厳しい位置に設置することで他の電子機器に比べて早く故障したとしても、プラントの制御に影響を与えることはない。
【００１５】
上記第一態様では、前記制御装置において、故障予測が行われる前記電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置されてもよい。
【００１６】
電子機器の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境とは、例えば、周辺環境を示す状態量（例えば温度等）の平均値からのずれ量がより大きい環境条件をいう。
そして、本構成は、例えば、平均温度が高い位置や湿度が高い位置等、故障が生じやすい環境条件に設置されることで、より確実な故障予測を行うことができる。
【００１７】
上記第一態様では、前記故障予測手段が、前記電子機器の周辺環境を示す状態量を検知する状態量検知手段と、前記状態量検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測する残寿命予測手段と、を備え、前記表示手段が、前記残寿命予測手段による予測結果を表示してもよい。
【００１８】
本構成によれば、状態量検知手段によって、電子機器の周辺環境を示す状態量が検知される。この状態量とは、例えば、温度や湿度等である。
そして、状態量検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が残寿命予測手段によって予測され、残寿命の予測結果が表示手段に表示される。
このように、本構成は、電子機器の周辺環境に基づいて電子機器の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
【００１９】
上記第一態様では、本故障予測用電子機器に生じる突発電流を検知する突発電流検知手段を備え、前記残寿命予測手段が、前記状態量検知手段による検知結果及び前記突発電流検知手段による検知結果に基づいて、前記電子機器の残寿命を予測してもよい。
【００２０】
本構成は、故障予測用電子機器に生じる突発電流が突発電流検知手段によって検知される。
そして、本構成は、状態量検知手段による検知結果及び突発電流検知手段による検知結果に基づいて電子機器の残寿命が予測されるので、より精度の高い故障予測を行うことができる。
【００２１】
本発明の第二態様に係る故障予測方法は、制御対象を制御する所定の電子機器と共にプラントの制御装置に設置され、前記制御対象に対する制御処理を行うと共に前記電子機器の故障予測を行う故障予測用電子機器による故障予測方法であって、前記故障予測用電子機器が設置されている周辺環境に基づいて、前記電子機器の故障予測を行う第１工程と、前記第１工程による予測結果を前記故障予測用電子機器が備える表示手段に表示する第２工程と、を含む。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、複数の電子機器が備えられている装置において、電子機器の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御盤の外観図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るＩ／Ｏモジュール及び模擬Ｉ／Ｏモジュールに対する信号の入出力を示す模式図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュールの故障予測に関する電気的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る故障予測処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る故障予測機能付きＩ／Ｏモジュールの電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る故障予測用電子機器及び故障予測方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
【００２６】
図１は、本第１実施形態に係る制御装置１０の概略構成図である。
制御装置１０は、プラントを制御するものであり、制御対象であるプラント内機器１２を制御するための電子機器が複数設置されている。
この電子機器は、制御信号等を入出力することでプラント内機器１２を制御するものであり、例えば、プラントの配管に設けられる各種制御弁やスイッチ等を制御するためのＩ／Ｏ（Input/Output）モジュール１４等である。なお、Ｉ／Ｏモジュール１４の入力はデジタル入力又はアナログ入力であり、出力はデジタル出力又はアナログ出力であり、これらが接続される機器に応じて適宜組み合わされる。
【００２７】
プラント内機器１２には、例えば、水位等を検知するレベル検知器１６、リミットスイッチ１８、弁の開度が制御可能な制御弁２０、弁の開度が全閉又は全開の何れかであるオン／オフ弁２２等である。
なお、一例として、Ｉ／Ｏモジュール１４は、レベル検知器１６から水位等の情報をアナログ信号として得る。また、Ｉ／Ｏモジュール１４は、リミットスイッチ１８に対してデジタル信号を出力してリミットスイッチ１８のオン、オフを制御する。また、Ｉ／Ｏモジュール１４は、制御弁２０に対して開度に応じた動作電流又は動作電圧の大きさを示すアナログ信号を出力し、制御弁２０から現在の開度を示すアナログ信号が入力される。また、Ｉ／Ｏモジュール１４は、オン／オフ弁２２に対してデジタル信号を出力してオン、オフを制御する。
【００２８】
制御装置１０は、Ｉ／Ｏモジュール１４に電力を供給するアダプタ２４を備え、一つのアダプタ２４とアダプタ２４の容量に応じた複数のＩ／Ｏモジュール１４（Ｉ／Ｏモジュール群２６）とが組となっている。なお、図１に示されるＩ／Ｏモジュール１４の数は一例であり、これに限定されるものではない。
【００２９】
そして、Ｉ／Ｏモジュール１４は、コントロールネットワーク２８を介してプラント制御部３０に接続され、プラント制御部３０からの制御信号（デジタル信号）に基づいてプラント内機器１２を制御する。
プラント制御部３０は、プラント全体の動作を司る制御用ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を搭載したＣＰＵカード３２、制御用ＣＰＵの異常診断機能等を有するシステムＤＩ／Ｏカード３４、及びコントロールネットワーク２８を介した通信を行うためのインタフェースカード３６を備える。
【００３０】
また、プラント制御部３０は、ユーザインタフェースとしてモニタ及びキーボードやマウス等を備えたコンピュータに接続され、このコンピュータを介してプラントの管理者がプラントを制御することとなる。
なお、制御装置１０は、プラント制御部３０が複数備えられ、複数のプラント制御部３０が並列処理を行うことにより共同して一つのプラントを制御してもよい。
【００３１】
図２は、制御装置１０が格納される制御盤４０の外観図である。
【００３２】
制御盤４０は、一例として、Ｉ／Ｏモジュール１４の電源となるＩ／Ｏモジュール電源４２が上部に備えられる。Ｉ／Ｏモジュール電源４２の下部には制御用ＣＰＵ等の電源となるＣＰＵ電源４４とＣＰＵカード３２等が搭載されるＣＰＵシャーシ４６が備えられる。
さらに、その下には、アダプタ２４が上部に設置されたＩ／Ｏモジュール群２６、プラント内機器１２との接続端子が設けられる端子台４８、及び複数の接地端子が設けられる接地端子パネル５０が備えられる。
【００３３】
また、制御盤４０内は各種機器の発熱を放熱するための冷却ファン５２が、上部パネルに備えられている。冷却ファン５２は、図２における矢印Ａで示されるように、外部から空気を吸い込んで制御盤４０内部を通過させ、外部に排出するように回転する。
なお、空気の吸込み口の位置は、限定されないが、例えば、制御盤４０の端子台４８の下側に吸込み口が設けられる。また、制御盤４０の前面に開閉可能な扉が設けられる場合には、この扉に吸込み口が設けられてもよい。
さらに、冷却ファン５２の設置位置は上部パネルに限定されず、例えば、背面パネルや底面パネルとされてもよい。また、冷却ファン５２は、制御盤４０内の空気を吸い込んで、外部に排出するように回転してもよい。
【００３４】
また、図２に示される冷却ファン５２を含む各種機器の設置位置は一例であり、これに限定されるものではない。
【００３５】
そして、本第１実施形態に係る制御装置１０は、電子機器であるＩ／Ｏモジュール１４が行う処理を模擬すると共に、Ｉ／Ｏモジュール１４の故障予測を行うＩ／Ｏモジュール（以下「模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍ」という。）を備える。
模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、複数のＩ／Ｏモジュール１４と共にＩ／Ｏモジュール群２６に含まれて制御装置１０に設置される。なお、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの外形は、Ｉ／Ｏモジュール１４とほぼ同形である。このため、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの制御装置１０内における設置位置は比較的自由に選択可能である。
そして、本第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、制御装置１０において、故障予測が行われるＩ／Ｏモジュール１４の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境に設置される。Ｉ／Ｏモジュール１４の設置位置の周辺環境よりも厳しい周辺環境とは、例えば、周辺環境を示す状態量（例えば温度等）の平均値からのずれ量がより大きい環境条件をいう。
例えば、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、アダプタ２４に最も近い位置等、平均温度が高い位置に設置される。なお、これに限らず、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、例えば、湿度が高い位置、放射線量が高い位置等に設置されてもよい。このように、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの設置位置は、制御装置１０内の周辺環境が厳しい位置の中でも、平均的な環境条件よりも厳しい環境条件となる位置であることが好ましく、最も厳しい環境条件となる位置であることがより好ましい。
【００３６】
模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、Ｉ／Ｏモジュール１４に設けられる負荷（電子回路を含んで構成されるＡＤＣ（analog  to  digital  converter）や信号の入出力機能）を模擬した模擬負荷６０を備える（図４も参照）。模擬負荷６０は、予め設定されたＩ／Ｏモジュール１４への入力信号を模擬した模擬入力信号が入力され、Ｉ／Ｏモジュール１４からの出力信号を模擬した模擬出力信号を出力する。
【００３７】
図３を参照して、第１実施形態に係るＩ／Ｏモジュール１４及び模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍに対する信号の入出力を説明する。なお、図３の例では、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍがプラント内機器１２である制御弁２０を制御するＩ／Ｏモジュール１４を模擬している場合について説明する。
【００３８】
図３に示されるように、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、制御用ＣＰＵ５２に接続されると共に制御弁２０とも接続模擬されるものの、制御弁２０へ信号は送信せずに、制御弁２０からの信号は模擬入力される。なお、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍに信号を出力する制御弁２０は、他のＩ／Ｏモジュール１４に接続され、このＩ／Ｏモジュール１４によって制御される。
【００３９】
制御用ＣＰＵ５２は、Ｉ／Ｏモジュール１４に対して制御弁２０の開度を示す制御信号をデジタル信号で送信すると共に、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍに対しても同様の制御信号（以下「模擬制御信号」という。）を模擬送信する。
【００４０】
Ｉ／Ｏモジュール１４は、制御弁２０に対してアナログ信号に変換した制御信号（電流）を出力する。一方、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、Ｉ／Ｏモジュール１４と同様に模擬入力された制御信号をアナログ信号に変換するが、制御弁２０へは出力しない。
【００４１】
そして、Ｉ／Ｏモジュール１４は、制御弁２０から弁の開度に応じたアナログ信号（以下「状態信号」という。）が入力され、入力された状態信号をデジタル信号に変換して制御用ＣＰＵ５２に出力する。また、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍにも制御弁２０から状態信号が模擬入力され、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍも、状態信号をデジタル信号に変換して模擬状態信号として制御用ＣＰＵ５２に模擬出力する。
【００４２】
なお、制御用ＣＰＵ５２は、状態信号に基づいてプラントそのもの、又はプラント内機器１２やＩ／Ｏモジュール１４等の状態を検知することとなる。
例えば、状態信号が、制御弁２０の開度が通常に比べて大きい状態又は小さい状態で長時間維持されていることを示している場合や、制御弁２０の開閉が通常に比べて短時間で連続して行われていることを示している場合、制御用ＣＰＵ５２は、プラントのプロセスに異常が生じている可能性を示すプロセス警報として検知する。
また、Ｉ／Ｏモジュール１４から状態信号の入力が無い場合、ＣＰＵ５２は、プラント内機器１２とＩ／Ｏモジュール１４、又はＩ／Ｏモジュール１４と制御用ＣＰＵ５２との間の信号線の断線の可能性を示すシステム警報として検知する。
さらに、状態信号が制御弁２０の開度としてあり得ない値である場合（例えば全閉から全開を状態信号が５％から１００％で示すように設定しているにもかかわらず、状態信号が５％未満又は１００％超を示す場合）、ＣＰＵ５２は、信号異常として検知する。
【００４３】
このように、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、模擬信号と模擬負荷６０によって、他のＩ／Ｏモジュール１４と同様の実運用を模擬した処理を行うことにより、Ｉ／Ｏモジュール１４が行うプラント内機器１２に対する制御処理を模擬するものの、プラント内機器１２の実際の制御は行わない。
【００４４】
そして、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、周辺環境が厳しい位置に設置されるので、他のＩ／Ｏモジュール１４と同様に動作させると、複数のＩ／Ｏモジュール１４の中で最も寿命が短くなると想定される。すなわち、他のＩ／Ｏモジュール１４に比べて模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの方が先に故障すると考えられるため、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍにおいて故障検知を行うことで、Ｉ／Ｏモジュール１４の適切な交換時期が判断可能となる。
【００４５】
このため、本実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、故障検知機能を有する。
図４は、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの故障検知機能に関する電気的構成を示すブロック図である。
【００４６】
模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、上述した模擬負荷６０と共に、故障予測部６２及び残寿命表示部６４を備える。
【００４７】
故障予測部６２は、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍが設置されている周辺環境に基づいて、Ｉ／Ｏモジュール１４の故障予測を行う。
残寿命表示部６４は、故障予測部６２による予測結果（以下「故障予測結果」という。）を表示する表示手段であり、一例として、故障予測結果を残寿命として表示する。
【００４８】
すなわち、Ｉ／Ｏモジュール１４と同様の信号の入出力を行う模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍが、故障予測を行うと共に、その予測結果を表示することとなる。
これにより、残寿命表示部６４に表示されている故障予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍと共に設置されているＩ／Ｏモジュール１４に故障が生じる可能性を判断可能となる。
【００４９】
次に、故障予測部６２の構成について説明する。
故障予測部６２は、温度センサ６６、突発電流検知部６８、及び故障予測用ＣＰＵ７０を備える。なお、故障予測に関するプログラム等は、メモリ７２に予め記憶されている。
【００５０】
温度センサ６６は、Ｉ／Ｏモジュール１４の周辺環境の状態を示す状態量の一例として、温度を検知する。
【００５１】
突発電流検知部６８は、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの模擬負荷６０に生じる突発電流を検知する。突発電流の発生は、電子機器に劣化を生じさせるものであり、電子機器の寿命に影響を与える。
【００５２】
故障予測用ＣＰＵ７０は、温度センサ６６による検知結果及び突発電流検知部６８による検知結果に基づいて、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの残寿命を予測する残寿命予測手段として機能する。
【００５３】
そして、残寿命表示部６４は、例えば複数のＬＥＤ６４Ｌで構成され、故障予測用ＣＰＵ７０による残寿命の予測結果に応じて点灯するＬＥＤ６４Ｌの数が変わる。本第１実施形態に係る残寿命予測部６４は、一例として、残寿命が短くなると共に点灯するＬＥＤ６４Ｌの数が増加する。このように、残寿命の予測結果に応じてＬＥＤ６４Ｌの点灯数が変化することで、Ｉ／Ｏモジュール１４に故障が生じる可能性が目視で判断可能となる。
【００５４】
次に残寿命予測の一例について説明する。
本第１実施形態において、残寿命τは、寿命の最大値とされる値τmax（一例として、１００）から、熱による劣化を示す熱劣化値と突発電流による劣化を示す突発電流劣化値を減算することで求められる。
下記（１）式は、残寿命τの算出式の一例である。
【数１】
2016146033.tif 000003
上記ｆ（ｔ）は、温度ｔに応じた係数を示し、この係数ｆ（ｔ）に模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの動作時間Ｔを乗算した積分値が熱劣化値である。また、Ｎは突発電流が発生した回数を示す。この発生回数Ｎに係数Ａを乗算した値が突発電流劣化値である。
【００５５】
なお、熱劣化値は、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの動作時間Ｔを温度によって補正した値であり、上記の他に温度をパラメータとして化学反応の速度（温度による反応の依存性）を予測する式であるアレニウスモデルを用いて算出してもよい。
また、周辺環境を示す状態量として、温度の他に、湿度等を用いて動作時間Ｔが補正されてもよいし、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍが出力する電圧や電流を用いて動作時間Ｔが補正されてもよい。
なお、湿度や電圧等を用いて動作時間Ｔを補正する場合には、温度以外の状態量の依存性も含み反応の依存性を一般化したアイリングモデルが用いられてもよい。
また、残寿命予測については上述の方法の他に、ＭＴ法を用いて周辺環境を示す状態量（温度、湿度や動作時間等）で影響因子の重み付けを行い、残寿命予測およびＩ／Ｏモジュール１４の交換時期を判断してもよい。
【００５６】
図５は、故障予測用ＣＰＵ７０によって実行される故障予測処理の流れを示すフローチャートであり、故障予測処理に関するプログラムはメモリ７２の所定領域に予め記憶されている。
【００５７】
まず、ステップ１００では、温度センサ６６によって模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍが設置されている周辺環境の温度が検知される。
【００５８】
次のステップ１０２では、一例として、上記（１）式を用いた残寿命τが算出される。
【００５９】
次のステップ１０４では、残寿命表示部６４の表示を更新する必要があるか否かを判定する。例えば、残寿命τが短くなり、残寿命τが短くなったことを示すＬＥＤ６４Ｌを新たに点灯させる必要がある場合には、肯定判定とされステップ１０６へ移行する。一方、否定判定の場合は、ステップ１００へ戻り残寿命τの算出を再び行う。
【００６０】
ステップ１０６は、残寿命τに応じて点灯させるＬＥＤ６４Ｌを増やし、ステップ１００へ戻る。なお、ＬＥＤ６４Ｌが全て点灯した場合には、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの劣化が促進し、同様に設置されているＩ／Ｏモジュール１４に故障が生じる可能性が非常に高いことを示すこととなる。これにより、プラントの管理者は、Ｉ／Ｏモジュール１４の残寿命が短くなっていると目視により認識でき、Ｉ／Ｏモジュール１４の交換が必要であると判断できる。
【００６１】
このように、本第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、Ｉ／Ｏモジュール１４の周辺環境に基づいてＩ／Ｏモジュール１４の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
【００６２】
以上説明したように、本第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、プラント内機器１２を制御するＩ／Ｏモジュール１４と共にプラントの制御装置１０に設置され、プラント内機器１２に対する制御処理を行うと共に、Ｉ／Ｏモジュール１４の故障予測を行う。この模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍには、Ｉ／Ｏモジュール１４が行うプラント内機器１２に対する制御処理を模擬するものの、プラント内機器１２の制御は行わない模擬負荷６０が備えられる。そして、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍが設置されている周辺環境に基づいて、Ｉ／Ｏモジュール１４の故障予測を行う故障予測部６２、及び故障予測部６２による予測結果を表示する残寿命表示部６４を備える。すなわち、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、実動作での消耗及び環境影響によってＩ／Ｏモジュール１４の残寿命を予測することができる。
これにより、残寿命表示部６４に表示されている予測結果をプラントの管理者等が確認することで、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍと共に設置されているＩ／Ｏモジュール１４に故障が生じる可能性を判断可能となる。
【００６３】
従って、本第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、複数のＩ／Ｏモジュール１４が備えられている制御装置１０において、Ｉ／Ｏモジュール１４の適正な交換時期を簡易かつ精度よく判定できる。
さらには、制御装置１０において想定外の使用環境（周辺環境）となった場合でも、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍの残寿命表示部６４に表示されている予測結果から、使用環境の変化をいち早く察知することが可能となり、想定外の使用環境を改善するとともに、必要に応じてＩ／Ｏモジュール１４の適正な交換時期を、想定外に故障する前に精度よく判定できる。
【００６４】
また、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、一例として、Ｉ／Ｏモジュール１４が設置されている場所において周辺環境が最も厳しい位置に設置されることで、より確実な故障予測を行うことができる。
【００６５】
また、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍは、プラント内機器１２の制御は行わず、Ｉ／Ｏモジュール１４が行うプラント内機器１２に対する制御処理を模擬する模擬負荷６０を備える。従って、本第１実施形態に係る模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍを周辺環境の厳しい位置に設置することで、他のＩ／Ｏモジュール１４に比べて早く故障したとしても、プラントの制御に影響を与えることはない。
【００６６】
なお、本第１実施形態では、制御装置１０が一つの模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍを備える場合について説明したが、これに限らず、制御装置１０が複数の模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍを備え、各々が故障予測を行ってもよい。具体的には、Ｉ／Ｏモジュール群２６毎に模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍを備え、模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍによる故障予測に応じてＩ／Ｏモジュール群２６毎にＩ／Ｏモジュール１４の交換を行ってもよい。
【００６７】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
【００６８】
図６は、本第２実施形態に係る故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール１４Ｎの構成を示す。なお、図６における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。なお、故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール１４Ｎは、一例として、Ｉ／Ｏモジュール１４が設置されている場所において周辺環境（例えば温度）が厳しい位置に設置される。さらに、Ｉ／Ｏモジュール１４Ｎの設置位置は、制御装置１０内の周辺環境が厳しい位置の中でも、平均的な環境条件よりも厳しい環境条件となる位置であることが好ましく、最も厳しい環境条件となる位置であることがより好ましい。
【００６９】
故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール１４Ｎは、模擬制御のみであり実際のプラント内機器１２の制御を行なわない模擬Ｉ／Ｏモジュール１４Ｍとは異なり、他のＩ／Ｏモジュール１４と同様の負荷８０を備え、プラント内機器１２に対する制御処理を行ってプラント内機器１２を実際に制御すると共に、Ｉ／Ｏモジュール１４の故障予測を行う。
すなわち、故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール１４Ｎは、Ｉ／Ｏモジュール１４に故障予測用ＣＰＵ７０、メモリ７２、温度センサ６６、突発電流検知部６８、及び残寿命表示部６４を備えたものである。
【００７０】
従って、故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール１４Ｎは、Ｉ／Ｏモジュール１４の周辺環境に基づいてＩ／Ｏモジュール１４の残寿命を予測すると共に、その結果を目視可能なように表示するので、精度の高い故障予測を行うと共にその結果を簡易に報知できる。
【００７１】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【００７２】
例えば、上記各実施形態では、故障予測用電子機器（１４Ｍ，１４Ｎ）をＩ／Ｏモジュール１４とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、故障予測用電子機器を例えばＡＤＣや増幅器等、他の電子機器とする形態としてもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１０    制御装置
１２    プラント内機器（制御対象）
１４    Ｉ／Ｏモジュール（電子機器）
１４Ｍ  模擬Ｉ／Ｏモジュール（故障予測用電子機器）
１４Ｎ  故障予測機能付きＩ／Ｏモジュール
６０    模擬負荷
６２    故障予測部（故障予測手段）
６４    残寿命表示部（表示手段）
６６    温度センサ（状態量検知手段）
６８    突発電流検知部（突発電流検知手段）
７０    故障予測用ＣＰＵ（残寿命予測手段）
【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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