JPH09505420A - 発振器の凍結又は故障の検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 被制御装置およびプロセス内の検出プロセスおよび機構の凍結または故障を検出する。検出器出力信号を発生する検出器と，検出器が被制御およびプロセス中のプロセスノイズによる連続的な過渡変動を受けている状態において検出器出力信号を検出器出力信号から誘導されたプロセス信号に変換する関係構成要素とを有しており，実時間処理モードにおいて，プロセス信号の標準偏差の推定値を決定する段階と，プロセス信号の標準偏差の推定値を少なくとも１つの所定の基準値と比較する段階と，比較値間の偏差が許容不能であると比較決定されたときに，許容不能信号を発生する段階とを有する方法。さらに被制御装置およびプロセス内の検出プロセスおよび機構の凍結および故障を検出する装置を記載。

Description

【発明の詳細な説明】 発振器の凍結又は故障の検出方法およびその装置 発明の背景 本発明は、一般に被制御装置および被制御プロセス中の検出プロセスおよび検 出機構の凍結と故障を検出するための方法と装置に関する。検出プロセスおよび 検出機構は，検出器出力信号を発生し，さらにこれを検出プロセスと検出機構に よってプロセス信号に変換する検出器を有しており，また検出器は検出プロセス 内で被制御装置と被制御プロセス中のプロセスノイズによる（連続的な）遷移変 動を受ける。 プロセス制御の場合には，ノイズ信号は（測定が行なわれる）被制御装置もし くは被制御プロセス中にプロセスノイズとして，または測定方法（集中検出プロ セスおよび検出機構を用いて実行される）中で測定ノイズとして発生することが あり，これとの関連において，「ノイズ」という用語は全ての種類の妨害を表わ すために用いる。通常時間的に離散した信号自体について従来の解析技術を使用 して信号中のノイズ源を識別することは不可能である。一連の離散信号を時間の 関数として解析するときには，通常ノイズは発振特性，即ち振動特性を示す。通 常の場合，その総合的な発振パターンは特性周波数を持つ１組みの正弦波に分解 することができる。 プロセスノイズは，測定用検出器の位置に近接した被制御装置およびプロセス 自体中での過渡的変動によって生じる。制御される装置とプロセス自体中での斯 かる変動の原因となる要因には，例えば液体中の同伴気泡の存在，油／水混合物 の攪拌時に於けるような液体密度の局部的な変動，液体温度の局部的な変化，乱 流等の多数の要因がある。 測定ノイズは，このような検出プロセスおよび機構の各段階で発生する。測定 ノイズは通常検出プロセスおよび機構の品質の関数である。 温度，圧力，流量等のプロセス変数を測定するために使用される現行の方法で は，その本性上，振幅中にプロセスノイズと測定ノイズの両方を含む信号を生じ る。従って，ノイズによって変形されたプロセス信号を使用することはプロセス 制御エンジニアにとって長年の問題点である。測定ノイズは，正常な場合にはプ ロセスノイズ成分と較べると，所定の信号中に存在するノイズの全体中ではそれ ほど重要な成分ではなく，また測定ノイズは電気回路の接地等の対応対策によっ て更に減少させることができる。従って以下の検討はプロセスノイズ成分に焦点 を合わせたものであって，また測定ノイズ成分の影響が本発明の利用において本 質的に無視できる程度であることを前提としている。 原子力発電所，自動車，タービン，化学等の製造プロセスの複雑な機械の運転 中に１基または１組みの制御装置が支援している被制御装置とプロセスにおいて は，プロセスの状態を決定するために，制御されているプロセスの各種のパラメ ータが監視される。この目的のために，検出器と変換器を使用して各種の属性（ 例えば温度，圧力，流量，回転数または容器内の液面等）の価を代表する検出器 出力信号を発生させる。 検出器は一定の事象，事件，または状態に応答するように構成され，従ってま た前記の状態，現象または事象を表わすアナログ信号またはディジタル信号を（ 即ち，更に実質的な意味では，数値またはブール代数量として）発生するように 構成された装置である。「検出器」という語はまた，さらにその構成部品として ，被制御装置またはプロセスと物理的に接触している相互作用型の測定装置（ト ランスジューサ）を含むこともでき，以下においてはこの一般的な装置が検出器 中に組み込まれているものと見做す。 プロセス制御との関連においては，検出器によって発生した出力信号は次いで ， 被制御装置（製造プラント，航空機，船舶その他のリアルタイム・プロセス制御 コンピュータによって制御される装置）によりプロセス制御決定プログラムを使 用して実行されるプロセス制御決定プログラムで有用な価として，検出器出力信 号を代表するプロセス信号に変換される。それぞれ特定の信号に適した多くの公 知技術が検出器出力信号のプロセス信号への変換の過程で利用されているが，こ れらの技術の若干の一般例には，アナログ・ディジタル変換，線形化，ホイート ストン・ブリッジによる測定（例えば計量セルや抵抗測温体の場合），多重化， または検出器がその検出器出力信号としてシリアルデータメッセージを出力した 場合の検出器からのシリアルデータメッセージの受信および解釈が含まれている 。これらの技術は，プロセスコンピュータおよび実施例においてプロセス制御決 定プログラムを実行しているコンピュータ処理装置で実行中の集約的検出器出力 条件化ソフトウエア手段との組み合わせによって実行することができる。 本発明の背景の別の要点は，検出プロセスと検出機構に関係する検出形式，そ れに関係する制御装置，およびプロセス信号のすべてが，さらに実時間処理とし て一般に公知の操作モードとの関連において本発明の或る一定の側面を満たし且 つこれを実施するプロセス制御コンピュータと関係していることである。実時間 処理は一般に，或る事象が実際の時間の限界内で一定の反応を生じ，且つコンピ ュータの動作が外部条件および実際の時間とに関連し且つこれらの条件と時間と によって限定制御される処理方法として定義される。プロセス制御の領域に於け る関連説明としては，実時間処理は，被制御装置およびプロセスの一部として機 能するプロセス制御決定プログラムに必須の関連プロセス制御論理，決定，およ び定量的操作の実行に関係しており，プロセス制御決定プログラムを通常２０ミ リ秒と２秒との間の期間を有する比較的高い頻度で定期的に実行されるが，その 他の期間を用いてもよく，また同調，感度または資源の有効利用のいずれかに関 する目的をもってプロセス制御決定プログラムの主実行期間の整数倍の期間で実 行してもよい。 連続制御プロセスにおいては，温度，流量，電圧，電流，回転数，高さ等のパ ラメーターを監視してプロセスが許容範囲外にある場合を決定するようにしても よい。 ノイズ等の自然現象は通常均一に分布しているものではない。むしろその多く はガウス分布として知られている公知のベル形の分布特性を持つ正規分布に従う 傾向にある。この分布によって生成する無作為数は，その群全体の平均，すなわ ち平均値の周りに集まる傾向にある。数値が平均から離れるにつれてその出現頻 度は減少する。 このことは，統計学的な意味においては，検出プロセスおよび機構から誘導・ 発生されるプロセス信号がそれらの価に無作為変動を示すことを意味している。 これらのプロセス信号が所定の限界内で常に正規分布を示すときは，被制御装置 とプロセスは安定且つ制御器による制御下にあると考えられる。 被制御装置とプロセスの運転中に，ケーブルの破断，短絡，凍結その他の種類 の故障等の破壊的な事象または状況によって，検出器または検出器からの検出器 出力信号に異常を生じたり，終了したり，あるいはまたひずみを生じることがあ り，従って検出器出力信号と，さらにその関連プロセス信号は，制御されている プロセスの状態を表わしておらず，プロセス制御操作中に有害な作用を生じるこ とがある。凍結（ｆｒｅｅｚｕｐまたはｆｒｅｅｚｉｎｇ）という語は，何等か の機械的，電気的または流体工学的な破壊要素の検出機構または検出信号発信機 構中への好ましからざる導入を言うのであって，これにより被制御装置とプロセ スとに関連した事象，事件または状態を示すプロセス信号を発生するように検出 プロセスと機構を設計した所定の方法での，検出器出力信号またはそれに関連し たプロセス信号の動的応答が低下するかまたは動的応答が行なわれないようにな る。 凍結と関連した現象の例には，短絡，無線周波数妨害，流体相の変化（例えば 被制御装置およびプロセスへ検出器を接続しているチューブまたはパイプ中での 液状タールの固形タールへの固化，被制御装置およびプロセスへ検出器を接続し ているチューブまたはパイプ中でのモノマーの重合により粘稠な液体への変化， または被制御装置およびプロセスへ検出器を接続しているチューブまたはパイプ 中での固体粒子の塊状化等がある。 従って，本発明の目的は，検出器出力信号を発生している検出器の操作中また はそれに関連する広範囲な検出プロセスと機構中の凍結または欠陥の存在を，被 制御装置またはプロセス中の検出器出力信号から誘導されたプロセス信号を検査 することによって，判定するための経済的で直接的な方法と装置を提供すること にある。 発明の要約 本発明に従えば，制御装置とプロセスでの検出器出力信号または検出器出力信 号から誘導されるプロセス信号を発生している検出器の操作中に発生する可能性 のある凍結現象または故障現象を検出するための方法は，プロセス信号の標準偏 差を実時間処理モードで決定する諸段階を有しており，これら諸段階は，少なく とも１つの所定の基準値によりプロセス信号の標準偏差を推定することと，比較 によってその比較した価の間の偏差が許容不可能であると決定されたときに，許 容不能信号を発生することとを含んでいる。 実施例においては，この方法は（１）検出器（検出器出力信号を発生している ）の作動中での，または（２）被制御装置（例えば製造プラント，航空機，船舶 その他の実時間制御コンピュータによって制御される装置）をプロセスコントロ ール決定プログラムの使用によって操作するときにそのプロセス制御決定プログ ラムが使用するプロセス信号を記憶する同一の実時間コンピュータ処理装置内で この方法が実行されるときに，検出器出力信号をプロセス信号に変換する（検出 機 構全体中の）関係構成部品中での，凍結（または故障）現象の直接的な検出を行 なう。 本発明に従う方法の更に別の実施態様が請求項に記載されている。 その本発明に従って検出するための装置は，実時間処理モードでプロセス信号 の標準偏差の推定値を決定するための手段と，プロセス信号の標準偏差の推定値 を少なくとも１つの所定の規準値と比較するための手段と，その比較値の間の偏 差が許容不能であると決定されたときに許容不能信号を発生するための手段とを 特徴とする。 本発明に従う装置の更に別の実施態様が請求項に記載されている。 本発明が非常に広い利用分野を持っていること，および検出プロセスおよび機 構の凍結または故障を検出するための方法と装置，検出器によって発生した検出 器出力信号またはさらに被制御装置およびプロセス中で発生した誘起プロセス信 号が実時間データまたは頻繁に更新されるデータを使用するその他の分野におい ても適用可能であって従来の種類の検出器またはトランスジューサが使用されて いる分野のみに制限されるものではないことは，明らかでである。 本発明が非常に多数の種類の検出器またはトランスジューサに適用できること もまた理解される。 上記その他の本発明の目的と利点は，以下に簡単に説明する添付図面を参照し て以下の詳細な説明によって更によく理解することができよう。 図面の簡単な説明 図１は，プロセス制御コンピュータ中で実行されるプロセス制御決定プログラ ムを組み込んだ制御ループの動作を可能にするハードウエアとソフトウエアの構 成部分を，相互に関係付けて示す簡単なブロック図である。 図２は，本発明に従う検出プロセスおよび機構の凍結または故障を検出するた めのプロセスダイナミックスおよび制御ブロック図制御ループを示す簡単なブロ ック図である。 また図３は本発明に従う検出方法の段階を示す流れ図である。 実施例の詳細な説明 図１は，被制御装置およびプロセスであって関連する且つ一体接続された検出 器２を有し，前記検出器がさらにトランスジューサ３および検出器出力信号発信 装置を有している被制御装置およびプロセスの簡単なブロック図である。トラン スジューサ３および検出器出力信号発信装置４は，相互作用により当業者に公知 の方法で検出器出力信号５２を発生する。検出器出力信号５は当業者に公知の電 気的手段，光学的手段または無線周波数手段の何れかに基づく通信方法によって 検出器出力信号受信ハードウエア６に送信される。検出器出力信号受信ハードウ エア６はプロセス制御コンピュータ７に付属しており，プロセス制御コンピュー タ７中で実行される検出器信号条件化ソフトウエア８との相互作用によってプロ セス信号９を発生する。 プロセス信号Ｘ_k９はこのときプロセス制御コンピュータ７中で実行されるプ ロセス制御決定プロセスの実行中に規準化することもできる。次いでプロセス制 御決定プログラム１０がプロセス制御コンピュータ７中に制御信号１１を発生す る。さらに制御器信号１１は，プロセス制御コンピュータ７中で実行する制御器 信号条件化ソフトウエアおよびプロセス制御コンピュータ７に付属し密接に関係 した制御器信号送信ハードウエア１２との相互作用によって制御器出力信号を発 生し，この制御器出力信号は通信法（電気的手段，光学的手段または無線周波数 手段の何れかに基づく）によって，制御器信号受信装置１６および被制御装置お よびプロセス１に影響する密接合された現場制御装置１７とに送信される。 図１に略記した発生順は，本発明の実施例では，通常２０ミリ秒と２秒との間 の周期をもつかなり高い頻度で生じるが，その他の時間間隔を利用することもで きる。プロセス制御コンピュータ７は関連する図１の要素に固有のプロセス制御 論理，決定および定量的操作を動的に実行する物理的な操作装置である。 図２に，単純化したブロック形式で，共通に規準化されたプロセスダイナミッ クス，および制御器２１と，被制御装置およびプロセス２２（被制御装置および プロセス１に対応する）と，検出プロセスおよび機構２３とを含む図１の制御部 品と実質的に関連させることのできる制御ブロック図制御ループの場合を示す。 図２の検出プロセスおよび機構２３は，プロセス制御およびプロセスダイナミ ックスに関係して評価されるときには，図１のトランスジューサ３と，検出器出 力信号発信装置４と，検出器出力信号５と，検出器出力信号受信ハードウエア６ と，検出器信号条件化ソフトウエア８とを有している。制御器２１は論理的に図 １のプロセス制御決定プログラム１０内に論理的に内在しており，さらに制御器 信号１１，制御器信号条件化ハードウエア１３，制御器出力信号１４，制御器信 号受信装置１６および現場制御装置１７として指定されている図１の要素を有し ている。 図１のプロセス制御コンピュータ７は，図１，２および３の要素に固有のプロ セス制御論理と，決定と定量的操作とを動的に実行する，関連物理的操作装置と しての制御器２１，検出プロセスおよび機構，および図２に示した結合演算子２ ４とに関係している。 基準入力信号ｒが結合演算子に供給されるが，演算子は基準入力信号ｒまたは 検出プロセスおよび機構２３からのプロセス信号Ｘ_kのいずれかの否定演算を行 ない，結合演算子２４に供給する加算器であることもできる。結合演算子２４か らの出力は，被操作入力ｍを発生する制御器２１に誤差信号ｅとして供給され， 制御器２１はその出力として被制御装置およびプロセス２２への操作入力を発生 する。被制御装置および機構２２への操作入力ｍ（図２）が，制御器出力信号１ ４（図１）ではなく，現場制御装置１７によって生じる被制御装置およびプロセ ス１の環境の中間変更（例えば，アナログ制御弁の部分的閉止によって生じる パイプ中の内部有効断面開口の変化）であることに注意しなければならない。被 制御装置およびプロセス２２は，反応器，充填される容器，サイリスタ，電動機 等の機械的または化学的プロセスまたは装置であることができる。用語「被制御 装置およびプロセス」，「被制御環境」または「被制御システム」は，人間が制 御ループの１部であり得るような状況を含まなければならない。この点に関して は，図１に好ましい全自動計画を示下が，部分的に自動化した方法を除外するも のではない。 検出プロセスおよび機構２３によって測定および指示されるべきプロセス属性 Ｘは，温度，流量，電圧，電流，回転数，高さ等の，被制御装置およびプロセス ２２に関連した固有の現象であることができる。 本発明は，プロセス属性Ｘは，ある期間にわたってその絶対値が無作為に変動 するはずであると言う考え方，従って検出プロセスおよび機構２３は，適正に作 動しているときにプロセス信号Ｘ_kの対応する振幅変動を出力すべきてあると言 う考え方から出発している。プロセス制御の当業者が理解できるように，プロセ ス属性Ｘとプロセス信号Ｘ_kとの間の振幅または動的信頼性に於ける対応が不正 確であると，制御器２１がプロセス属性Ｘとプロセス信号Ｘ_kの間の不正確な対 応性を有効に検出して補正するための手段または機構を有しない限り，被制御装 置およびプロセス２２を有効に制御するための制御器２１の的確性が減少するこ とがある。本発明は，斯かる不正確な対応性を検出するための手段と機構であっ て，状況の補正は，一般にプロセス属性Ｘとプロセス信号Ｘ_kの間に不正確な対 応の確認された場合には，一般に理解されることである。 検知プロセスおよび機構２３は，負の最大目盛り（ＮＦＳ）値と正の最大目盛 り（ＰＦＳ）値によって測定範囲が所定の範囲内に制限付け，または拘束されて いるという状況内でのアナログ値を示す信号を生成するためのプロセス信号Ｘ_k を出力する。 プロセス信号Ｘ_kの時間の関数としての変化量を検出するために使用すること のできる１つの可能な方法は，図１のプロセス制御コンピュータ７によって，実 時間処理モードでプロセス信号Ｘ_kの標準偏差δ_kの推定値を決定し，また設定に よって第１の所定値ＬＬをプロセス信号の標準偏差の下限値として，また第２の 所定値Ｈｉをプロセス信号の標準偏差の上限値として決定することである。これ らの各種の決定は，上に示したように，プロセス制御コンピュータ７によって実 行されているプロセス制御決定プログラム１０に論理的に常駐する制御器２１内 で実行される。この標準偏差の推定値は下限値ｉｉ未満であるかまたは上限値を 超えるときは，検出器凍結または故障が発生する。標準偏差δ_kの推定値の決定 については更に以下に説明する。 ここで，任意の時点に於ける特定の信号の標準偏差の推定値と状態とを決定す ることのできる詳細な操作を，図３を参照して説明するが，同図では，本発明の 重要な側面である制御器２１という検出スキーマの下位部分を用いて凍結または 故障に関するプロセス信号Ｘ_kの状態に関しての評価を機能図（フローチャート ）で示した。 実施例においては，サンプル間隔（または周期）Ｔｓでプロセス制御コンピュ ータ７中で更新されるプロセス信号Ｘ_kを評価するためには，検出スキーマを使 用するが，Ｔｓはプロセス，測定装置その他の環境の定常性に応じて第２の時間 またはその他の周期であることもできる。このサンプリングされたプロセス信号 Ｘ_k（ｋはプロセス制御コンピュータ７での離散的時間の周期指標である）は， プロセス制御決定プログラム１０による使用および参照用の被制御装置および機 構の特定属性を表わす一連の時間離散値としてプロセス制御コンピュータ７に最 後に供給される１組みのプロセス信号の１つである。プロセス制御決定プログラ ム１０の実行開始時に，プロセス制御コンピュータ７のスタートアップに次いで ，周期指標ｋがゼロに等しく設定される。実際には，ｋは当業者に公知の方を用 い てプロセス制御コンピュータ７中の利用可能なレジスタの制限条件を含むように 定期的に調節またはロールオーバされる。 制御器２１の検出スキーマの従属部分の操作は，プロセス制御コンピュータ７ 中で実行され，「スタート」段階３１で開始される。周期指標ｋは段階３２にお ける整数０に等しく設定され，また現在の期間間隔Ｔｓでのプロセス信号Ｘ_kが ，制御器２１の検出スキーマの従属部分によって「Ｘ_k読み取り」段階３３に読 み込まれる。 プロセス制御コンピュータ７は，つぎに段階３４で，振幅ゼロと関係した価に ついてのプロセス信号Ｘ_kの価を被制御装置およびプロセス１の属性に対して検 討する。決定がＹＥＳであるときは，開回路または全般的な不連続性があること が示されている（故障または「充電部ゼロ試験」に関するＮＯを示している）か をどうかを確定するために，ケーブル破損監視の状態が「充電部ゼロか（Ｌｉｖ ｅ Ｚｅｒｏ？）」段階３５で評価される。「充電部ゼロか（Ｌｉｖｅ Ｚｅｒ ｏ？）」段階３５の結果がＮＯであると，段階３６の第１のメッセージが出力さ れて検出プロセスおよび機構２３の物理的構成要素の完全性に問題のあることを 示している。この点に関して，または用語のそれ以後の使用に関しては，「出力 中のメッセージ」は，なんらかのメッセージ，プロセス制御コンピュータ７中で 実行する任意の制御器２１のデータベースへの状態表示値出力，警報，プリンタ の出力，赤ランプ，またはその他の，検出スキーマからプロセス制御コンピュー タ７中で実行する何等かの制御器２１によって参照されるデータベースに出力さ れるものであってもよい。更に，人間が適当な相互作用型の装置によってメッセ ージの表示を受け取るようにしてもよい。段階３６における出力メッセージの生 成に続いて，検出スキーマはスキーマ反復終了段階３７へ進む。 開回路または一般的な不連続が示されていないとき（許容可能または「充電部 ゼロか」段階３５に関するＹＥＳを表示しているとき）は，さらに妥当性の評価 が，「妥当性があるか？」段階３８に示されているように行なわれる。この種の 評価の例には，その他の装置からデータへの相互参照，または振幅ゼロ表示の運 動量，熱または質量の伝達平衡に対する相関関係等が含まれる。 他の装置への相互参照を説明する特定の計画は，被制御装置およびプロセス１ の同一の属性を測定することを対象とする２基の同種の検出器２からのプロセス 信号Ｘ_kの価の比較であると考えられる，ゼロ振幅表示と運動量，熱または質量 の伝達平衡との相関関係を説明する特定の計画としては，ポンプによって移送さ れている流れに接続された流量計が挙げられる。流量計が或る流れについて流量 ゼロ値をしめしているが，ポンプを作動させている電動機からの電流値が，ポン プが負荷の増加した状態で作動していることを示しているときは，流量検出器が 流量ゼロを示しているときでも流れが存在していることが電流量の読みから示さ れた運動量の伝達によって示されることがあるので，「妥当性があるか？」段階 ３８は「充電部ゼロか？」段階３５がＹＥＳの価を持つときでも，ＮＯの価を示 さなければならない。「妥当性があるか？」段階３８の評価の結果がＮＯであれ ば，段階３９の第２のメッセージが出力されて検知プロセスおよび機構２３の妥 当性に問題のあることを示す。検出スキーマは次いでスキーマ反復終了段階３７ へ進む。 プロセス信号Ｘ_kの価がゼロでないか，または「妥当性があるか？」段階試験 ３８の結果がＹＥＳのときには，プロセス制御コンピュータ７内で実行される検 出スキーマは次いで段階４０で，プロセス信号Ｘ_kに対する価の正の最大目盛り ＰＦＳの振幅に達するか，またはこれをプロセス信号が超えるかどうかを検査す る。これは短絡が発生していることを意味する。段階４１では，検出スキーマに よりプロセス信号Ｘ_kに対する価の振幅が負の最大目盛りＮＦＳに達しているか またはこれよりも低いかどうかを検査する。これはケーブルの破断，開回路また は一般的な不連続性が発生していることを意味している。いずれかの場合に決定 がＹＥＳであると，適当なＰＦＳメッセージが段階４２で，またはＮＦＳメッセ ージが段階４２で出力される。いずれの場合においても，検出スキーマは更にス キーマ反復終了段階３７に進む。 ＰＦＳおよびＮＦＳ試験が両方ともにＮＯの結果を発生すると，周期指標ｋは 「ｋ＝ｋ＋１」段階４４で１の整数値だけ増加される。周期指標ｋが，段階４４ の作動後に１に等しいときには（段階４５），その前のサンプリング期間からの その前のサンプリング期間プロセス信号Ｘ_k-1がプロセス信号Ｘ_kに等しく設定さ れ（段階４６），また段階４７では，プロセス信号Ｘ_kのその前のサンプリング 期間プロセス信号Ｘ_k-1からの偏差ｄ_kはゼロに設定される。また段階４８では， 標準偏差δ_kの推定値はゼロに設定される（整数１であるｋの価は検出スキーマ がその第１の反復を経過しつつあることを意味するので）。新旧度加重変数Ｎも また段階４９においてゼロに設定される。この新旧度加重変数Ｎは更にこの図３ の以後の説明中で説明する。検出スキーマは次いでスキーマ反復終了段階３７に 進む。 周期指標ｋが段階４４の操作後１に等しくないときには，プロセス信号Ｘ_kの ，前のサンプリング周期のプロセス信号Ｘ_k-1からの偏差ｄ_kが，検出スキーマの 段階５０で実行される下記の式に従って計算される。 ｄ_k＝Ｘ_k−Ｘ_k-1 （１） ここで検出スキーマの次の部分について引き続いて論じるために，新旧度加重 変数Ｎについて説明する。 図３に示した実施例において，本発明の重要な特徴は標準偏差δ_kの推定値の 継続的な実時間更新である。統計学的技術おいて公知であるように，標準偏差の 推定値は通常形式上１組みのデータ値に基づいているが，この場合その１組みの データ値の数は，統計学的標準偏差の推定値の計算の一部として使用される離散 的整数である。本発明において，実時間処理モードにおける標準偏差δ_kの推定 値の更新は，本発明の方法の感度をプロセス信号Ｘ_kの最近値に合わせるように 行なわれる。しかし標準偏差δ_kの推定値の新旧度属性は，本発明の操作時にお ける感度の使用可能性の一部に過ぎない。感度の特徴の第２の要素は，標準偏差 δ_kの推定値に対する変化に影響し，またプロセス信号Ｘ_kの最も最近のデータ値 を強力に支持しているプロセス信号Ｘ_kの価のより古いセットの衝撃を絶対的に 制限付けることによって，可能とされる。本方法のこの属性を必要とする理由は ，古典的な制御モデルにおけるＰ（比例），ＰＩ（比例−積分）およびＰＩＤ（ 比例−積分−微分）制御器の設計において比例構成要素を使用することにより補 償される現象であるプロセスダイナミックス積分中に取り入れられたデータ集合 のサイズが絶えず増大し続け，これに伴う対応力に対する基本的な負の慣性作用 から導き出されたものであり，またこの作用に関係している。 本発明との関係に於いて，標準偏差δ_kの推定値は，プロセス信号Ｘ_kのすべて の先行する離散値を検出スキーマによって読み出されているプロセス信号Ｘ_kの 全ての価の集合の標準偏差の推定値に対して均等重み付けする古典的な重み付け に代わって，プロセス信号Ｘ_kの離散値のより最近の集合を標準偏差δ_kの推定値 の変化率に対して強く「重み付けする」標準偏差の推定値である。プロセス信号 Ｘ_kの収集された最近値の暗黙集合の残りの許容可能な新旧度に更に制限が暗黙 に組み込まれているが，上記の点から，標準偏差の推定値はプロセス信号Ｘ_kの 最も最近の価を取り入れているので実質的に敏感である。検出スキーマ中の新旧 度加重変数Ｎは，この効果を本方法中で得られるように使用される。 図３において５１の番号を付した１群の段階中で，Ｎの価が最初に「Ｎ＜Ｌ？ 」段階５２でＬの一定値に関してチェックされる。（Ｌの大きさは評価中の特定 のプロセス信号Ｘ_kに特定的であって，各独自のプロセス信号Ｘ_kに関係するプロ セスダイナミックスの時定数に対して適当であるように選ばれる。）「Ｎ＜Ｌ？ 」段階５２の結果がＹＥＳであれば，Ｎの離散値は段階５３で，実行中の検出ス キ ーマの特定反復のために整数１の価だけ増加することが許される。しかし，結果 がＮＯであるときには，検出スキーマの以後のすべての反復においてＮの価はＬ に制限される。Ｎの価の決定後，（プロセス信号Ｘ_kの，その前のサンプリング 期間プロセス信号Ｘ_k-1からの）偏差ｄ_kの絶対値偏差が段階５４で確立される。 検出スキーマの次の実行段階はプロセス信号Ｘ_kの標準偏差δ_kの推定値の計算 であって，本発明に関して段階５５で次式により決定される。 ここで，周期指標ｋについての標準偏差δ_kの推定値は，前に述べたように，検 出スキーマに基づいて，新旧度加重変数Ｎと，前の周期指標ｋ−１の反復からの 標準偏差δ_k-1の推定値と，それ以前に偏差ｄ_kから誘導されていた（プロセス信 号Ｘ_kのその前のサンプリング周期プロセス信号Ｘ_k-1からの）絶対値偏差ｙ_kと を用いて計算される。この式は公知の統計学的関係：推定標準偏差の平均範囲を ｄ２で除すこと，から誘導される。ここでｄ２は部分群の大きさが２である場合 には１．１２８に等しい。平均範囲は無限指標加重平均級数によって得られる。 重みの選択は，推定値の感度と安定性との均衡化に対するユーザの要求に依存す る。 その後，段階５６において前のサンプリング期間からのプロセス信号Ｘ_k-1は Ｘ_kに等しく設定され，また段階５７において前のサンプリング期間からの標準 偏差δ_k-1の推定値が，次の周期指標ｋ＋１についての次回の反復を予想して， 標準偏差δ_kの推定値に等しく設定される。 検出プロセスおよび機構２３で凍結または故障を検出するために，プロセス信 号Ｘ_kの標準偏差δ_kの現在の推定値が段階５８で下限値ＬＬよりも小さいかにつ いて評価され，また下限値評価により段階５８からＮＯの決定を生じたときに は，プロセス信号Ｘ_kの標準偏差δ_kの現在の推定値は上限値よりも大きいかにつ いて段階５９で評価される。 標準偏差δ_kの推定値が下限値ＬＬよりも小さく，また段階５８からＹＥＳを 生じると，第２の検出器またはバックアップ検出器へ切り換える能力の評価が段 階６０で行なわれる。段階５９でＹＥＳの結果が決定されると，制御器２１は下 限凍結によって検出プロセスおよび機構２３の物理的構成要素の完全性に問題の あることを示す段階６１の第５のメッセージの出力によって代替用の検出器に（ 説明されていないが当業者に自明な方法で）基準化される。検出スキーマは次い でスキーマ反復終了段階３７に進む。 代替検出器が利用できず，また段階６０からの結果がＮＯであるときは，制御 器２１は，検出プロセスおよび機構２３の下限凍結または故障の存在することが 与えられると修正動作をとる必要性に応じて段階６２の第６のメッセージの出力 により（説明されていないが当業者に自明な方法で）基準化される。検出スキー マはスキーマ反復終了段階３７に進む。 標準偏差δ_kの推定値が上限値ＨＬよりも大きく，また段階５９からＹＥＳを 生じると，第２の検出器またはバックアップ検出器に切り換える能力の評価が段 階６３で行なわれる。ＹＥＳの結果が段階６３から決定されると，制御器２１は 高水準偏差故障によって検出プロセスおよび機構２３の物理的構成要素の完全性 に問題のあることを示す段階６４の第７のメッセージの出力によって代替用の検 出器に（説明されていないが当業者に自明な方法で）基準化される。検出スキー マは次いでスキーマ反復終了段階３７に進む。 代替検出器が利用できず，また段階６３からの結果がＮＯであるときは，制御 器２１は，検出プロセスおよび機構２３の高水準偏差故障の存在することが与え られると修正動作をとる必要性に関して段階６５の第８のメッセージの出力によ り（説明されていないが当業者に自明な方法で）基準信号と対比される。検出ス キーマはスキーマ反復終了段階３７に進む。 標準偏差δ_kの推定値が上限値ＨＬよりも小さく，また段階５９からＮＯを生 じると，検出スキーマはスキーマ反復終了段階３７に進む。 スキーマ反復終了段階３７において，検出スキーマは暗黙にまたは明示的にス テートメントの実行を，プロセス制御決定プログラム１０または制御器２１のい ずれかの別の従属区分に転送するが（上記のいずれかが他のプロセス信号Ｚ_kを 直接処理するか，またはプロセス制御決定プログラム１０の別のステートメント の実行を継続することもできる），同時にまた周期指標ｋに適当であるとして前 に説明した反復が周期指標ｋ−１に適当になるような次のプロセス信号Ｘ_kにつ いて検出器プロセスおよび機構２３の凍結または故障状態を検出するための検出 スキーマの次の反復のために「Ｘ_kを読み出す」段階３３を開始する事象表示器 または時間表示器のいずれかを対象として，待ちおよび保持段階６６に実質的に また有効に転送する。 別の実施例に於いては，段階５２および５３で遂行される操作を時間遅延に置 き換えることもできるが，この場合プロセス制御決定プログラム１０中の決定ス キーマからのメッセージ３６，３９，４２，４３，６１，または６５のいずれか を使用する前に，「開始」段階３１に従って新旧度加重変数Ｎに等しい１組みの 期間ｋの経過が許され，またＮの価は段階４９において凍結現象に対する本方法 の目標感度を反映するゼロ以外の価（スキーマの使用中には変更しない）に設定 される。この場合に，段階５０は段階５４に出る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｈ Ｕ，ＪＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＮ ，ＭＷ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ， ＳＤ，ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 被制御装置およびプロセスにおいて，検出器出力信号を発生する検出器 と，検出器が被制御およびプロセス中のプロセスノイズによる連続的な過渡変動 を受けている状態において検出器出力信号を検出器出力信号から誘導されたプロ セス信号に変換する関係構成要素とを有する，検出プロセスおよび機構の凍結ま たは故障を検出するための方法であって， 実時間処理モードにおいて，プロセス信号の標準偏差の推定値を決定する段階 と， プロセス信号の標準偏差の推定値を少なくとも１つの所定の基準値と比較する 段階と， 比較した結果、比較した値の間の偏差が許容不能であるときに，許容不能信号 を発生する段階とを有することを特徴とする前記方法。 ２． 請求項１記載の方法において，第１の所定の基準値がプロセス信号の標 準偏差の推定値の下限（ＬＬ）値として設定されており，またプロセス信号の標 準偏差の前記推定値が前記ＬＬ値未満のときに前記許容不能信号を発生すること を特徴とする方法。 ３． 請求項１記載の方法において，第２の所定の基準値がプロセス信号の標 準偏差の推定値の上限（ＨＬ）値として設定されており，またプロセス信号の標 準偏差の前記推定値が前記ＨＬ値よりも高いときに前記許容不能信号を発生する ことを特徴とする方法。 ４． 請求項２または３に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の前 記推定値が前記第１の所定値（ＬＬ値）未満であるとき，また前記第２の所定値 （ＨＬ値）よりも高いときに前記許容不能信号を発生することを特徴とする方法 。 ５． 請求項１乃至４に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推定 値が自乗関数または平方根関数なくして計算されることを特徴とする方法。 ６． 請求項１乃至５に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推定 値をプロセス信号のより新しい価に重み付けを行なう新旧度加重変数（Ｎ）を使 用して決定することを特徴とする方法。 ７． 請求項６に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推定値を下 記の式に従って計算することを特徴とする方法。 ここで，ｋは周期指標，δ_kはプロセス信号の標準偏差の現在の推定値，δ_k-1は １サンプリング期間前のプロセス信号の標準偏差の推定値，Ｎは新旧度加重変数 ，Ｘ_kはプロセス信号の現在の測定値，またＸ_k-1は１サンプリング期間前のプロ セス信号の測定値である。 ８． 請求項１乃至７に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推定 値を実時間処理モードで決定する前に，プロセス信号がゼロであり，またケーブ ル破断，開回路または一般的な不連続性が発生しているか否かを検査することを 特徴とする方法。 ９． 請求項１乃至７に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推定 値を実時間処理モードで決定する前に，プロセス信号が所定の正の最大目盛り（ ＰＦＳ）に達しているかまたは超えているか検査することを特徴とする方法。 １０． 請求項１乃至７に記載の方法において，プロセス信号の標準偏差の推 定値を実時間処理モードで決定する前に，プロセス信号が負の最大目盛り（ＮＦ Ｓ）に達しているかまたはそれよりも低下しているか検査することを特徴とする 方法。 １１． 請求項１乃至１０に記載の方法において，制御装置の制御ループが、 制御器と，被制御装置およびプロセスと，検出プロセスおよび機構と、基準入力 信号の供給を受け，出力端子が制御器に接続される結合演算子とを含んでおり， 前記方法が，制御器と関係しているプロセス制御コンピュータ中のプロセス制御 決定プログラムと，検出処理機構と，結合演算子とによって実行されることを特 徴とする方法。 １２． 請求項１１記載の方法において，プログラムがかなり高い頻度で実行 されることを特徴とする方法。 １３． 請求項１２記載の方法において，プログラムが２０ミリ秒と２秒との 間の期間で実行されることを特徴とする方法。 １４． 請求項１２記載の方法において，プログラムが１秒の期間で実行され ることを特徴とする方法。 １５． 被制御装置およびプロセスにおいて，検出器出力信号を発生する検出 器と，検出器が被制御およびプロセス中のプロセスノイズによる連続的な過渡変 動を受けている状態において検出器出力信号を検出器出力信号から誘導されたプ ロセス信号に変換する関係構成要素とを有する，検出プロセスおよび機構の凍結 または故障を検出するための装置であって， プロセス信号の標準偏差の推定値を実時間処理モードで決定する手段と， プロセス信号の標準偏差の推定値を少なくとも１つの所定の基準値と比較する 手段と， 比較した結果、比較した値の間の偏差が許容不能であるときに，許容不能信号 を発生する手段とを有することを特徴とする前記装置。 １６． 制御器と，制御装置およびプロセスと，検出プロセスおよび機構と， 結合演算子とを有する制御ループ内での請求項１５に記載の装置の使用であって ，プロセス信号が検出プロセスおよび機構と結合演算子とを経て制御器にフィー ドバックされることを特徴とする使用。