JPH0784634A - プロセス制御用データ表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御対象データと関連データをそのデータ間
の依存関係とともにオペレータに表示するプロセス制御
用データ表示装置を提供する。 【構成】 制御対象物８の所定の状態を示す制御対象デ
ータと、制御対象データに影響する関連データを時系列
的に入力する観測データバッファ装置２と、観測データ
バッファ装置２に蓄えられたデータ間の相関の強さを計
算する相関度計算装置３と、データを前記データ間の相
関の強さとともに記憶するデータ記憶装置４と、所定の
制御対象データの表示要求に対して、データ記憶装置４
から所定の関連データを選択して出力する表示データ選
択・管理装置５と、表示データ選択・管理装置５が出力
したデータを相関の強さを基準に視覚的に順序づけて表
示するデータ表示装置６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプロセス制御における制
御対象物のデータとそれに何等かの影響を与える関連デ
ータを表示するデータ表示装置に係り、特に制御対象デ
ータの表示要求に対して関連データを関連の強さを基準
に視覚的に順序づけて表示するプロセス制御用データ表
示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にプロセス制御において、所定の制
御対象物のデータに対して、シーケンシャル制御等によ
って予め関連づけられたデータを同時に画面に表示する
プロセス制御用のデータ表示装置が知られている。この
場合、表示するデータの組は予め設定されたものに限ら
れているので、自由に関連するデータを呼び出して表示
することはできなかった。

【０００３】これに対して、相関度計算装置を有し、こ
の相関度計算装置によってデータ間の相関の強さ（以下
相関度という）を計算し、データそのものを一次デー
タ、データ間の相関度を二次データとして所定のデータ
記憶装置に記憶し、必要に応じて関連するデータを呼び
出して表示するプロセス制御用のデータ表示装置も提案
されていた。

【０００４】図５は上記相関度計算装置を備えた従来の
プロセス制御用データ表示装置の構成を示している。従
来のプロセス制御用データ表示装置２１は、観測したデ
ータを一次的に記憶する観測データバッファ装置２２
と、データ間の相関度を算出する相関度計算装置２３
と、データとデータ間の相関度を記憶するデータ記憶装
置２４と、データ表示を行うデータ表示装置２５とから
なる。

【０００５】このプロセス制御用データ表示装置２１を
有するプロセス制御システムでは、制御対象物２６があ
り、この制御対象物２６に対して、たとえばプロセス全
体の運転モードのような上位制御指令に基づいて制御装
置２７が制御を行う。制御装置２７の制御結果は再び制
御装置２７にフィードバックされ、この制御とフィード
バックのサイクルは制御ループを形成している。

【０００６】従来のプロセス制御用データ表示装置２１
では、観測データバッファ装置２２が制御対象物の状態
を示す制御対象データとこれに影響を与える関連データ
を入力し、これを一時的に記憶して、相関度計算装置２
３とデータ記憶装置２４とデータ表示装置２５に出力す
る。

【０００７】相関度計算装置２３は、観測データバッフ
ァ装置２２からデータを入力し、そのデータ間の相関度
を計算し、データとともに相関度をデータ記憶装置２４
に出力する。

【０００８】データ記憶装置２４は、データとデータ間
の相関度を記憶し、データ表示装置２５を介して入力さ
れるオペレータ２７のデータ表示要求に応じて所定のデ
ータをデータ表示装置２５に出力する。

【０００９】データ表示装置２５はデータ記憶装置２４
と観測データバッファ装置２２から直接入力されるデー
タをオペレータ２７に表示する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記相関
度計算装置を備えた従来のプロセス制御用のデータ表示
装置では、単に制御対象データに関連するデータを読み
だし、それを表示するのにとどまっていた。つまり、相
関度はデータ記憶装置に格納されているのみであって、
制御対象データにもっとも影響を与える関連データはな
にか、制御対象データに間接的に影響するデータはなに
か、または、所定の関連データを操作した場合にどの程
度の遅れをもって制御対象データに影響が表れるかにつ
いてはオペレータに何等情報を与えることはなかった。

【００１１】すなわち、従来のデータ表示装置では、デ
ータの表示と相関度などのデータ間の依存関係を示す統
計量が全くリンクされずに独立にデータを表示していた
ため、オペレータが表示されたデータから制御上の意思
決定を行う場合にデータ間の依存関係を把握するのが困
難であった。

【００１２】その上、通常のプロセス制御では、制御対
象データとなるプロセス変数が膨大にあり、実質的にオ
ペレータが全てのデータとその間の依存関係を把握する
のはほとんど不可能であった。その結果、オペレータが
プロセス操業時に、種々のデータを監視しながら制御対
象物に対して適切な制御ループの制御パラメータを調整
することは極めて困難であった。

【００１３】そこで、本発明の目的は上記従来のプロセ
ス制御用のデータ表示装置の課題を解決し、制御対象デ
ータと関連データをそのデータ間の依存関係とともにオ
ペレータに表示するプロセス制御用データ表示装置を提
供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のプロセス制御用データ表示装置は、制御対象
物の所定の状態を示す制御対象データと、前記制御対象
データに影響する関連データを時系列的に入力する観測
データバッファ装置と、前記観測データバッファ装置に
蓄えられたデータ間の相関の強さを計算する相関度計算
装置と、データを前記データ間の相関の強さとともに記
憶するデータ記憶装置と、所定の制御対象データの表示
要求に対して、前記データ記憶装置から所定の関連デー
タを選択して出力する表示データ選択・管理装置と、前
記表示データ選択・管理装置が出力したデータを相関の
強さを基準に視覚的に順序づけて表示するデータ表示装
置とを有することを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明のプロセス制御用データ表示装置は、デ
ータ間の相関度を計算する相関度計算装置を有し、この
相関度計算装置によって制御対象データとそれに影響を
与える制御ループ等の関連データの相関度を計算し、デ
ータとともに相関度をデータ記憶装置に記憶する。一
方、表示データ選択・管理装置は、データ表示の要求に
対して、前記データ記憶装置から所定のデータと相関度
をデータ表示装置に出力する。

【００１６】データ表示装置は相関度を基準にデータを
画面上で位置的に配列し、あるいは色や強調された表示
方法によって関連データを視覚的に順序づけて表示す
る。あるいは、必要に応じて量的に相関度の大きさや、
相関度がもっとも大きくなる時間のずれを表示したりす
ることができる。

【００１７】これにより、オペレータは制御対象データ
に対して影響を与える一連の関連データを、関連度の大
きさの順に一瞬で把握でき、容易に制御対象物に対して
適切な制御ループの制御パラメータを調整することがで
きる。

【００１８】さらに、相関度がもっとも大きくなる時間
のずれが表示されている場合には、制御ループの操作に
よって制御対象物に影響がでる時間を推定でき、あるい
は現在のプロセスの状態がどのように変化してゆくかを
把握でき、プロセス全体の状態を把握・予想することが
できる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の一実施例によるプロセ
ス制御用データ表示装置の構成をプロセス制御との関係
で示している。

【００２０】本実施例のプロセス制御用データ表示装置
１は、観測したデータを一次的に記憶する観測データバ
ッファ装置２と、データ間の相関度を算出する相関度計
算装置３と、データとデータ間の相関度を記憶するデー
タ記憶装置４と、データ表示要求に応じて所定のデータ
と相関度を出力する表示データ選択・管理装置５と、デ
ータを表示するデータ表示装置６と、入力手段７とから
なる。

【００２１】このプロセス制御用データ表示装置１を有
するプロセス制御システムでは、制御対象物８があり、
この制御対象物８に対して、たとえばプロセス全体の運
転モードのような上位制御指令に基づいて制御装置９が
制御を行う。制御装置９が制御対象物８を制御した結果
は再び制御装置９にフィードバックされ、この制御とフ
ィードバックのサイクルは制御ループを形成し、制御に
関係する数値は制御パラメータと呼ばれている。

【００２２】制御対象物８の状態を表す種々のデータが
あり、制御対象となっているデータを制御対象データと
いう。この制御対象データに影響を与える制御パラメー
タを示すデータを関連データという。

【００２３】観測データバッファ装置２は、上記制御対
象データと関連データを入力し、後続の相関度計算装置
３の処理速度との調整のために一時的に記憶し、一部の
データをデータ記憶装置４と表示データ選択・管理装置
５に直接出力し、残りのデータを相関度計算装置３に出
力する。

【００２４】相関度計算装置３は、観測データバッファ
装置２から制御対象データと関連データを入力し、その
データ間の相関度を計算し、元のデータとその相関度を
データ記憶装置４に出力する。また相関度計算装置３
は、表示データ選択・管理装置５の命令によってデータ
間の相関度を新たに計算し、これを表示データ選択・管
理装置５に出力することもある。

【００２５】データ記憶装置４は、上記データとそのデ
ータ間の関連度を関連づけて記憶し、命令に応じてデー
タと相関度を表示データ選択・管理装置５に出力する。

【００２６】表示データ選択・管理装置５は、プロセス
制御用データ表示装置１の中心的な管理機能を果たし、
オペレータ１０とプロセス制御のつなぐ役割を果たして
いる。具体的には表示データ選択・管理装置５は、入力
手段７を介してオペレータ１０のデータ表示要求を入力
し、要求されたデータとそれに関連する関連データとデ
ータ間の関連度とを記憶装置４から読みだし、これをデ
ータ表示装置６に出力する。この場合、必要に応じてデ
ータ間の相関度を新たに相関度計算装置３に計算させた
り、観測データバッファ装置２からデータを直接入力す
る。

【００２７】データ表示装置６は、表示データ選択・管
理装置５からデータと相関度を入力し、これを相関度を
基準に順序づけてオペレータ１０に表示する。ここで
「相関度を基準に順序づけて表示する」とは、画面上で
相関度の大きさに応じて昇順あるいは降順に配列して表
示したり、所定の重要度順の色によって表示したり、画
面上の大きさで順序づけたり、あるいは相関度の数値を
表示して順序づけるなど、当業者が容易に考え得る方法
を含む。

【００２８】次に本発明で上記表示の基準となる相関度
について、図２を用いて説明する。図２において、制御
対象データをｘ、相関関係を評価する関連データをｙと
すると、ｘとｙの時間軸ｔに関するデータｘ（ｔ），ｙ
（ｔ）をそれぞれ読み出す。このｘ（ｔ），ｙ（ｔ）は
図２(a) に示すように、ある時間のずれｍ（ｍ0 は相関
の強さが最大となるｍ）で互いに関連性（この場合は時
系列データの相似性）を有しているとして、下記の式
(1) で相関関数Ｒxy（ｍ）を算出する（図２(b)）。

【００２９】

【数１】 ここで、Ｔは相関関数を計算する時間の範囲を示してい
る。

【００３０】式(1) から、相関関数Ｒは時間のずれｍの
関数であって、ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の相乗平均であるこ
とがわかる。このＲxy（ｍ）は、横軸にｍ、縦軸にＲxy
（ｍ）をとると、図２(c) に示すようにほぼ二項分布を
なし、ｍ0 で最大値Ｒxy（ｍ0 ）をとることがわかる。

【００３１】次に、上記相関関数はｘ（ｔ），ｙ（ｔ）
の大きさによって数値が様々に変動するので、比較する
時に不便であることから、下記の式(2) で相関度ｒxy
（ｍ）に変換する。

【００３２】

【数２】 ここで、Ｒxx（０），Ｒyy（０）はそれぞれｘ（ｔ），
ｙ（ｔ）のパワー（時間のずれ０の自分自身の相乗平
均）を示し、Ｒxy（ｍ）をＲxx（０）とＲyy（０）の積
で割ることによって、Ｒxy（ｍ）は０と１の間の値にス
ケーリングされて相関度ｒxy（ｍ）になる。この相関度
を比較することにより、データ間の相互関係の強さを比
較することができる。

【００３３】次に、プロセス制御用データ表示装置１の
表示方法を具体例を用いて説明する。

【００３４】図３は、制御対象データとして加熱炉の炉
内温度を表示要求した場合の例を示している。炉内温度
のデータに対して、表示データ選択・管理装置５は、相
関度の大きさに基づいてデータ記憶装置４から第三ダク
トの空気流量と第二ダクトの空気流量とヒータ温度とを
読み出してデータ表示装置６に出力する。

【００３５】データ表示装置６は、図３に示すように、
相関度の降順に従って上記データを上下に配列し、左側
に基準時点を揃えた時間軸で各データの推移を表示して
いる。このデータの時間的な推移のグラフの右側には、
各データのデータ名と、相関の強さと、時刻シフト量
（時間のずれ）をそれぞれ表示している。

【００３６】この表示画面からオペレータ１０は、炉内
温度に関連する制御装置は第三と第二ダクトのブロアー
であり、続いてヒータ温度が関係することを一瞬にして
理解する。

【００３７】さらに、それぞれの時刻シフト量のデータ
から、上記の各制御装置を操作した場合に炉内温度に影
響が表れる時間を容易に推定することができる。

【００３８】次に別の表示例について説明する。図４
は、制御対象データとしてセンサＡの炉内温度を表示要
求し、センサＢとセンサＣによる炉内温度を参照する場
合の表示例を示している。

【００３９】これは、たとえばセンサＡによる炉内温度
の信頼性に問題がある場合や、炉内温度が平均的でない
場合に表示させるものである。

【００４０】この場合センサＡによる炉内温度の参照デ
ータ要求に対して、表示データ選択・管理装置５は、デ
ータ記憶装置４からセンサＢとＣの炉内温度を読みだ
し、これを相関度計算装置３に入力して相関度等を計算
させ、結果をデータ表示装置６に出力する。

【００４１】データ表示装置６は、図４に示すように、
各センサによる炉内温度を横方向に配列し、必要に応じ
て縦軸の温度をスケーリングし、表示上同一の大きさと
して時刻に対する推移をグラフを画面上段に表示する。
各炉内温度の推移グラフの下にデータ名と、相関の強さ
と、時刻シフト量をそれぞれ表示する。

【００４２】図４の表示から、オペレータ１０はセンサ
Ａの炉内温度が、他のセンサによる炉内温度と比較して
観測値が妥当か否かを容易に判断することができる。

【００４３】上記具体例の表示項目と表示仕様を含ん
で、本発明のプロセス制御用データ表示装置１は、下記
の各表示項目あるいは表示仕様を用意している。 (a) 第一表示データ（制御対象データ） (b) 相関評価を行う関連データのクラス（制御量デー
タ、操作量データ、参照データ、マニュアル設定） (c) 相関評価のための最大時間範囲（Ｔ） (d) 第一表示データ以外のデータの表示数（０の場合を
含む） (e) 表示データの相関度の配列方向（昇順／降順） (f) 表示配列の方向の選択（画面上時間軸を上下方向に
整列／出力軸のスケーリングを合わせて横方向に配列
等） (g) 制御対象データと関連データの出力の時間差（時間
のずれｍ0 ） 上記制御量データとは、目標値に対する現在の制御対象
データの差異を示す目標制御量、操作量データとは、各
制御装置（制御パラメータ）の操作量を示すデータ、参
照データとは、オペレータによって指定された判断に供
するデータ、マニュアル設定とは、制御対象データや関
連データをそれぞれマニュアルで設定させる表示仕様で
ある。

【００４４】上記(b) と(e) の表示仕様を指定すること
により、たとえば図３のように、制御対象データに対し
て関連度順にそれを制御するアクチュエータを知ること
ができる。

【００４５】また、図４に示すように炉内温度センサの
妥当性を診断するには、炉内の異なった位置でセンシン
グしているセンサＡ、センサＢ、センサＣのデータを比
較するため、表示仕様(b) によってセンサＢとＣのデー
タをマニュアルで設定し、表示仕様(f) で出力軸を合わ
せて横方向に配列するように指定することができる。こ
れによって、図４の例では、センサＣのゲインと相関性
がセンサＡから大きく乖離することがわかり、センサＣ
の故障などを容易に検出できる。

【００４６】上記表示仕様(g) は、注目するプロセス量
に影響を及ぼすアクチュエータ操作量のむだ時間を見積
るために利用することができる。ただし、計算負荷をあ
まり大きくしないために、その探索レンジ（ーＴないし
Ｔ）を適当に設定する必要がある。

【００４７】入力手段７は、独立の入力装置としてもよ
いが、好ましくはデータ表示装置６の画面上のＧＵＩ
（グラフィック ユーザ インターフェイス）によって
入力するようにする。たとえば、上記表示仕様(a) の第
一表示データや、表示仕様(b)の関連データの表示クラ
スを予めシステムに登録し、ポップアップメニュー形式
で選択できるようにすることができる。

【００４８】なお、上記実施例では入力手段７を備え
て、オペレータ１０の入力によって表示を行うようにし
ていたが、本発明のプロセス制御用データ表示装置は、
特別な入力手段を備えておらず、他の上位の制御装置の
命令によって自動的にデータ表示を行うようにしてもよ
い。

【００４９】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本発明の
プロセス制御用データ表示装置は、データ間の相関度を
基準に制御対象データに影響を与える関連データを視覚
的に順序づけて表示するので、オペレータは制御対象物
に対する制御ループのパラメータを迅速に把握でき、容
易に適当な制御装置を操作することができる。

【００５０】また、制御対象データと関連データの出力
の時間差が表示されている場合には、操作の影響が顕在
化する時間を把握できるので、オペレータは適切な操作
タイミングや現在のプロセス状態の推移を把握すること
ができる。

【００５１】さらに、本発明のプロセス制御用データ表
示装置によれば、注目しているデータに対する参照デー
タを容易に比較可能に設定表示できるので、注目してい
るデータの信頼性等の判断を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプロセス制御用データ表示装置の
構成を示す図。

【図２】相関度算出の手順の一部を示した図。

【図３】炉内温度を制御対象データとし、関連データを
関連度順に表示させた場合の表示例を示す図。

【図４】第一表示データをセンサＡの炉内温度とし、セ
ンサＢ，Ｃを参照データとして表示した場合の表示例を
示す図。

【図５】従来のプロセス制御用データ表示装置の構成を
示す図。

【符号の説明】

１ プロセス制御用データ表示装置 ２ 観測データバッファ装置 ３ 相関度計算装置 ４ データ記憶装置 ５ 表示データ選択・管理装置 ６ データ表示装置 ７ 入力手段 ８ 制御対象物 ９ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象物の所定の状態を示す制御対象デ
   ータと、前記制御対象データに影響する関連データを時
   系列的に入力する観測データバッファ装置と、 前記観測データバッファ装置に蓄えられたデータ間の相
   関の強さを計算する相関度計算装置と、 データを前記データ間の相関の強さとともに記憶するデ
   ータ記憶装置と、 所定の制御対象データの表示要求に対して、前記データ
   記憶装置から所定の関連データを選択して出力する表示
   データ選択・管理装置と、 前記表示データ選択・管理装置が出力したデータを相関
   の強さを基準に視覚的に順序づけて表示するデータ表示
   装置とを有することを特徴とするプロセス制御用データ
   表示装置。