JP2008226006A - Facility equipment diagnostic device and program - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、プログラマブルコントローラにより制御される設備機器についての診断を行なうための設備機器診断装置およびプログラムに関するものである。 The present invention relates to an equipment diagnosis apparatus and program for making a diagnosis on equipment controlled by a programmable controller.
従来、PLCの入出力信号を用いて、そのPLCにより動作が制御される設備機器について異常の有無の診断を行なう設備故障診断装置がある。この設備故障診断装置の一例として、特許文献1に開示された発明がある。この発明は、各種の生産工程では、各設備機器がそれぞれ独立したタイミングで動作を開始し、一連の動作を繰り返す生産システムを前提としている。このような生産システムにおいて、係る設備故障診断装置は、センサや接点の状態変化を時系列的に記録しておき、これを基に異常診断(故障診断)を行なうものである。つまり、予め、従来の故障診断は、正常時における時系列の状態変化の基準パターンを作成しておき、これとの比較によって設備機器の正常・異常を判別している。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an equipment failure diagnosis device that uses a PLC input / output signal to diagnose whether there is an abnormality in an equipment whose operation is controlled by the PLC. As an example of this equipment failure diagnosis apparatus, there is an invention disclosed in
特許文献1などに開示された従来の故障判断は、生産システムが正常に動作しているときに特徴抽出処理をして時系列の状態変化の基準パターンを作成し、実際の異常診断時には、基準パターン作成時と同様の特徴抽出処理をし、基準パターンに対して予め設定したしきい値を越えた場合に故障(異常)ありと判定するようにしている。このように、正常と異常を明確に定義・分別し、異常が発生したときに通知し、生産システムを停止するようにしているため、以下に示す各種の問題を生じる。
The conventional failure determination disclosed in
すなわち、状態変化が規則正しく一定時間ごとに発生するものと、正常動作時でも状態変化のタイミングにばらつきのあるものがある。従って、正常/異常の判定を行なうに際し、一律にしきい値処理をすると誤判定を生じるおそれがある。また、状態変化のタイミングのばらつきが小さいものに基づいて正常/異常の判定をするようにした場合、ばらつきの大きいものにのみ関連する設備機器についての異常診断が行なえない。さらに、ばらつきの程度に応じて個々にしきい値を設定したとしても、基準パターンから大きくずれた場合にそれが正常範囲のばらつきに基づくものか、故障等に基づいて大きくずれたのかの判定が行なえない。よって、特に正常であってもばらつきを生じるようなものについて正確な故障(異常)診断を行なうことができない。 In other words, there are cases where state changes occur regularly at regular intervals, and cases where state change timing varies even during normal operation. Therefore, when the normal / abnormal determination is performed, if the threshold value processing is uniformly performed, there is a risk of erroneous determination. In addition, when the normal / abnormal determination is made based on the one having the small variation in the timing of the state change, the abnormality diagnosis cannot be performed on the equipment related only to the one having the large variation. In addition, even if threshold values are individually set according to the degree of variation, it is possible to determine whether a deviation from the reference pattern is due to variations in the normal range or due to a failure or the like. Absent. Therefore, accurate failure (abnormality) diagnosis cannot be performed for items that cause variations even if they are normal.
この発明は、正常状態で抽出した特徴量にばらつきがある場合でも設備機器の故障(異常)あるはそのおそれの有無等の診断を行なうための情報を提供することができる設備機器診断装置およびプログラムを提供することを目的とする。 The present invention relates to a facility equipment diagnosis apparatus and program capable of providing information for diagnosing whether there is a failure (abnormality) of equipment equipment or the possibility of the presence or absence of the equipment equipment even when there are variations in the feature values extracted in the normal state The purpose is to provide.
この発明による設備機器診断装置は、(1)プログラマブルコントローラにより制御される設備機器の診断装置であって、プログラマブルコントローラの入力信号及びまたは出力信号の状態変化に基づく特徴量を抽出する特徴抽出手段と、その特徴抽出手段で抽出された特徴量についての一定期間の統計量を求める統計量算出手段と、その統計量算出手段で算出された過去の統計量と、現在の統計量とを比較する比較手段と、その比較手段により比較し、得られた診断結果情報を出力する手段と、を備えるようにした。 A facility equipment diagnosis apparatus according to the present invention is (1) a facility equipment diagnosis apparatus controlled by a programmable controller, and a feature extraction means for extracting a feature quantity based on a state change of an input signal and / or an output signal of the programmable controller; , A statistic calculating means for obtaining a statistic for a certain period of the feature amount extracted by the feature extracting means, and a comparison comparing the past statistic calculated by the statistic calculating means with the current statistic Means and means for outputting the obtained diagnosis result information by comparing with the comparing means.
入力信号や出力信号は、プログラマブルコントローラに入力/出力される信号を監視し取得しても良いし、プログラマブルコントローラのIOメモリをアクセスして取得してもよく、その取得方法は任意である。要は、信号の状態変化を検出することができるものであればよい。また、診断結果は、具体的な異常の有無を判定するものに限ることはなく、判定するための情報を提供するものも含む。 Input signals and output signals may be acquired by monitoring signals input / output to the programmable controller, or may be acquired by accessing the IO memory of the programmable controller, and the acquisition method is arbitrary. In short, any device that can detect a change in the state of a signal may be used. In addition, the diagnosis result is not limited to that for determining the presence or absence of a specific abnormality, but also includes information that provides information for determination.
また、出力する手段は、実施形態では、比較部で求めたはずれ度合いと設備機器とを関連づけて得られた診断結果情報を作成し、表示部8に出力したり情報蓄積部9に格納したりする「変数情報照合部6」に対応する。そして、「出力」は、「表示」したり、「記憶」したり、「プリントアウト」したりするなど、各種の対応がとれる。
In the embodiment, the output means creates diagnostic result information obtained by associating the degree of detachment obtained by the comparison unit with the equipment and outputs it to the
本発明では、従来のように抽出した特徴量に対してしきい値処理をして明確に正常/異常を判定するのではなく、特徴量の統計量(平均、分散など)を用い、それがある計測時期とどれだけずれているか(変化が大きいか)を求め、それに基づく情報を提示するようにしたので、正常状態で得られる特徴量に一定の範囲内でばらつきがあるものであっても、統計量同士を比較することで精度良く判定することができる。 In the present invention, instead of performing the threshold processing on the extracted feature value as in the prior art and clearly determining normal / abnormal, the feature value statistics (average, variance, etc.) are used. Since the amount of deviation from a certain measurement time (the change is large) was obtained and information based on it was presented, even if the feature value obtained in the normal state varies within a certain range It can be determined with high accuracy by comparing the statistics.
(2)特徴量は、1つの信号の状態変化から別の信号の状態変化までの時間と、個々の信号の状態変化に基づいて算出する時間と、の少なくとも一方を含むことができる。前者は、実施形態における特徴Aに対応し、後者は、実施形態における特徴Bに対応する。 (2) The feature amount can include at least one of a time from a state change of one signal to a state change of another signal and a time calculated based on a state change of each signal. The former corresponds to the feature A in the embodiment, and the latter corresponds to the feature B in the embodiment.
(3)診断結果情報は、過去の統計量からの変化(ずれ)が大きい統計量に関連する設備診断機器を特定する情報(機器名)とすることができる。 (3) The diagnosis result information can be information (device name) that identifies a facility diagnosis device related to a statistic having a large change (deviation) from a past statistic.
(4)前記過去の統計量を算出する際に用いた過去の特徴量の分布と、前記現在の統計量を算出する際に用いた現在の特徴量の分布と、を求め、それぞれの分布を対比して出力する手段を備えるとよい。 (4) Obtaining the distribution of past feature values used in calculating the past statistics and the distribution of current feature values used in calculating the current statistics, and calculating each distribution It is preferable to provide means for outputting in contrast.
また、本発明に係るプログラムは、コンピュータを、プログラマブルコントローラの入力信号及びまたは出力信号の状態変化に基づく特徴量を抽出する特徴抽出手段、その特徴抽出手段で抽出された特徴量についての一定期間の統計量を求める統計量算出手段、その統計量算出手段で算出された過去の統計量と、現在の統計量とを比較する比較手段、その比較手段により比較し、得られた診断結果情報を出力する手段、として機能させるものとした。 In addition, the program according to the present invention includes a feature extraction unit that extracts a feature amount based on a change in state of an input signal and / or an output signal of a programmable controller, and a fixed period of time for the feature amount extracted by the feature extraction unit. Statistics calculation means for obtaining statistics, past statistics calculated by the statistics calculation means, comparison means for comparing the current statistics, and comparison by the comparison means, and output of diagnostic result information obtained To function as a means to
本発明は、特徴量の統計量同士を対比するようにしたため、正常状態で抽出した特徴量にばらつきがある場合でも設備機器の故障(異常)あるいはそのおそれの有無等の診断を行なうための情報を提供することができる。 In the present invention, since the statistical quantities of the feature quantities are compared with each other, information for diagnosing whether there is a failure (abnormality) of the equipment or whether there is a possibility of the malfunction or the like even when the feature quantities extracted in the normal state vary. Can be provided.
図1は、設備機器診断装置の好適な一実施形態を示している。FA(Factory Automation)におけるネットワークシステムは、生産設備の制御を司るPLC(プログラマブルコントローラ)と、そのPLCにより動作が制御される機器とが、制御系のネットワークに接続される。それらPLCと機器は、その制御系のネットワークを介してサイクリックに通信を行なうことで、IOデータの送受を行ない、生産設備を制御する。 FIG. 1 shows a preferred embodiment of a facility equipment diagnostic apparatus. In a network system in FA (Factory Automation), a PLC (programmable controller) that controls production facilities and a device whose operation is controlled by the PLC are connected to a network of a control system. These PLCs and devices communicate with each other cyclically via the network of the control system, thereby transmitting / receiving IO data and controlling production facilities.
PLCは、制御プログラムに基づいて演算実行するCPUユニット、センサやスイッチなどの入力機器を接続してそれらのオン・オフ信号を入力信号として取り込む入力ユニット、アクチュエータやリレーなどの出力機器を接続してそれらに対して出力信号を送り出す出力ユニット、ネットワークに接続された他の装置とデータの送受を行なう通信ユニット、各ユニットに電源を供給する電源ユニット、などの複数のユニットを組み合わせることにより構成されている。それら入力機器や出力機器についてのIOデータは、CPUユニットのIOメモリに格納される。このIOメモリに格納されるIOデータは、1サイクルごとに更新される。 The PLC connects a CPU unit that executes calculations based on a control program, an input device such as a sensor or a switch and inputs an on / off signal as an input signal, and an output device such as an actuator or a relay. It is composed by combining multiple units such as an output unit that sends output signals to them, a communication unit that sends and receives data to and from other devices connected to the network, and a power supply unit that supplies power to each unit. Yes. The IO data for these input devices and output devices is stored in the IO memory of the CPU unit. The IO data stored in the IO memory is updated every cycle.
本実施形態の設備診断装置は、PLCのCPUユニットに格納されるIOデータに基づいて、ネットワークシステムを構成する機器(設備)の診断を行なう。この設備診断装置は、計測部1と、特徴抽出部2と、統計量算出部3と、過去値記憶部4と、比較部5と、変数情報照合部6と、設備機器設定情報データベース7と、表示部8と、情報蓄積部9と、を備えている。
The equipment diagnosis apparatus of the present embodiment diagnoses equipment (equipment) constituting the network system based on IO data stored in the CPU unit of the PLC. This equipment diagnostic apparatus includes a
計測部1は、PLCを構成するデータ収集ユニットにより実現する。データ収集ユニットは、PLCを構成する1つのユニットで、他のユニットとともにPLCバスに接続され、そのPLCバスを介して伝送されるIOデータを収集し、格納する。収集周期は、サイクリックに動作するCPUユニットの1サイクルに合わせている。これにより、1サイクルごとのIOデータの履歴が、データ収集にユニットに保存される。
The
図2,図3は、計測部1におけるデータ収集処理の概念を示している。本実施形態のPLC10は、CPU11と、データ収集ユニット(計測部1)と、その他各種のユニットと、を連結して構成される。CPUユニット11がユーザプログラムを演算実行した結果に基づく制御命令(OUTデータ)が、出力機器であるアクチュエータ12に与えられる。そのアクチュエータ12の動作は、センサ・スイッチ等の入力機器にて検出され、制御結果(INデータ)としてCPUユニット11に取り込まれる。上記のOUTデータやINデータからなるIOデータが、CPUユニット11のIOメモリに格納されているため、そのIOデータはデータ収集ユニット1にて取り込まれ、図3に示すように、各アドレスごとに履歴データとして記録される。なお、本実施形態では、データ収集ユニット1を用いてIOデータの履歴情報を記録したが、他の方法としては、例えば、多くのIOデータがフィールドネットワークを伝送されることから、そのフィールドネットワーク上を伝送されるデータを監視し、必要な情報を取得するデータ収集装置を用いたりするなど、計測器で計測し、データロガーで記録するという形式であれば、何でもよい。
2 and 3 show the concept of data collection processing in the
特徴抽出部2は、計測部1で記録した各IOデータの履歴情報を読み出し、それぞれ時系列のパルス信号(各IOデータのON/OFFのパルス信号)とし、複数のパルス信号から特徴抽出を行なう。本実施形態で抽出する特徴は、複数の信号の関係性を用いて、信号群の状態を見るために用いる特徴Aと、個々の信号の状態を見るために用いる特徴Bの2種類を用意した。
The
前提として、PLCの制御対象の設備機器が同じ動きを繰り返し行なうものであるため、特徴抽出の対象となる信号は、ONとOFFの切り替えタイミングがほぼ一定で繰り返し行なわれる。 As a premise, since the equipment to be controlled by the PLC repeatedly performs the same movement, the signal to be subjected to feature extraction is repeatedly performed with the ON and OFF switching timings being substantially constant.
つまり、1つの信号に着目すると、基準点(例えば動作開始)からm番目のONになっている時間をTON(m)とし、基準点(例えば動作開始)からm番目のOFFになっている時間をTOFF (m)とすると、TON(m)は、m=1〜Mまでの各値がほぼ一定の値を示し、TON(m)は、m=1〜Mまでの各値がほぼ一定の値を示す。もちろん、TON(m)とTOFF (m)とは、同一の値(デューティ比:1/2)を示す場合もあれば、異なる値を示す場合もある。更に、ON/OFFの1サイクルの時間も、ほぼ一定の値となる。そして、各信号によって、上記の“ほぼ一定の値”をとる“ばらつきの範囲”が異なる。 That is, focusing on one signal, the time when the m-th ON from the reference point (for example, operation start) is TON (m), and the time when the m-th OFF is from the reference point (for example, operation start). Is TOFF (m), TON (m) is substantially constant for each value from m = 1 to M, and TON (m) is substantially constant for each value from m = 1 to M. Indicates the value. Of course, TON (m) and TOFF (m) may indicate the same value (duty ratio: 1/2) or different values. Furthermore, the time of one cycle of ON / OFF also becomes a substantially constant value. The “variation range” that takes the “substantially constant value” varies depending on each signal.
また、各信号は、機器の制御信号や、機器の動作の検出信号等であるため、各信号相互間での発生タイミングも固定となる。よって、各信号がONになる(立ち上がる)順番或いは各信号がOFFになる(立ち下がる)順番は、各サイクルで同じとなる。換言すると、所定のタイミングでON/OFFを繰り返し動作しない信号や、出現順番が異なるような場合には、本実施形態の特徴抽出の対象とならない。 Since each signal is a device control signal, a device operation detection signal, or the like, the generation timing between the signals is also fixed. Therefore, the order in which each signal is turned on (rises) or the order in which each signal is turned off (falls) is the same in each cycle. In other words, if the signal does not repeat ON / OFF at a predetermined timing or the appearance order is different, it is not a target for feature extraction of this embodiment.
特徴Aの一例としては、各信号の立ち上がりの発生順番が同一で繰り返される信号群において、発生順番が連続する2つの信号間の時間差がある。すなわち、図4に示すように、ロジック信号Sj,j=1,2,…,Jにおいて、各信号の立ち上がりが連続する2つのロジック信号間の時間差(状態変化時刻間の差)をDn(m),m=1,2,…,M,n=1,2,…,Nとする。ここで、mは、特徴抽出処理を開始してからのm番目のサイクルであることを意味する。1サイクルは、基準信号(ここでは、S1)が1回ON/OFFする期間である。また、各信号の1サイクルの期間と、基準信号の1サイクルは必ずしも等しくなくても良い。つまり、例えば、基準信号が1回ON/OFFする間にON/OFFを複数回繰り返す信号があっても良い。基準信号の1サイクル中に全てのロジック信号Sjが1回ON/OFFする場合、N=Jとなる。 As an example of the feature A, there is a time difference between two signals in which the generation order is continuous in a signal group in which the generation order of each signal is the same and repeated. That is, as shown in FIG. 4, in the logic signals Sj, j = 1, 2,..., J, the time difference (difference between the state change times) between two logic signals in which the rise of each signal continues is represented by Dn (m , M = 1, 2,..., M, n = 1, 2,. Here, m means the m-th cycle after starting the feature extraction process. One cycle is a period in which the reference signal (here, S1) is turned ON / OFF once. Further, one cycle period of each signal and one cycle of the reference signal are not necessarily equal. That is, for example, there may be a signal that repeats ON / OFF a plurality of times while the reference signal is turned ON / OFF once. When all the logic signals Sj are turned ON / OFF once during one cycle of the reference signal, N = J.
特徴Aの別の例としては、基準信号がONしてから各信号がONするまでのそれぞれ時間としても良い。すなわち、図5に示すように、基準信号S1の立ち上がりと、各信号の立ち上がりまでのそれぞれの時間差を(状態変化時刻間の差)をDn(m),m=1,2,…,M,n=1,2,…,Nとする。ここで、Mは、特徴抽出処理を開始してからのM番目のサイクルであることを意味する。1サイクルは、基準信号(ここでは、S1)が1回ON/OFFする期間である。上記の例では、いずれも2つの信号の立ち上がり同士の時間差を特徴としたが、各信号の立ち下がり同士の時間差を特徴としても良い。 As another example of the feature A, each time from when the reference signal is turned on to when each signal is turned on may be used. That is, as shown in FIG. 5, the time difference between the rising edge of the reference signal S1 and the rising edge of each signal (difference between state change times) is expressed as Dn (m), m = 1, 2,. n = 1, 2,... Here, M means the Mth cycle after the feature extraction process is started. One cycle is a period in which the reference signal (here, S1) is turned ON / OFF once. In each of the above examples, the time difference between the rising edges of the two signals is characterized. However, the time difference between the falling edges of each signal may be characterized.
特徴Bの一例としては、図6に示すように、各信号が立ち上がっている時間や、図7に示すように各信号が立ち上がっていない時間や、図8に示すように、各信号の周期など、がある。これらの場合、基準信号の1サイクル中に全てのロジック信号Sjが1回ON/OFFする場合、N=Jとなる。 As an example of the feature B, as shown in FIG. 6, the time when each signal rises, the time when each signal does not rise as shown in FIG. 7, the period of each signal as shown in FIG. There is. In these cases, if all the logic signals Sj are turned ON / OFF once during one cycle of the reference signal, N = J.
特徴抽出部2における実際の特徴抽出処理は、図19,図20に示すフローチャートのS1からS11までの処理ステップを実行するものである。具体的には、特徴抽出部2は、複数の信号の関係性を見る特徴と(特徴A)を抽出する処理か否かを判断し(S1)、その分岐判断がYesの場合、信号の設定情報決定のためのロジック信号のサンプリングを行なう(S2)。次いで、特徴抽出部2は、サンプリングした各信号について、ON状態の時間抽出をする(S3)。このON状態の抽出は、例えば信号の立ち上がりに着目し、任意の周期分についてのONの発生間隔(1サイクルの時間)を算出する。もちろん信号の立ち下がりを基準としても良い。
The actual feature extraction processing in the
特徴抽出部2は、求めた各信号の複数周期分のON状態の時間に基づき、各信号におけるばらつき(分散)を算出する(S4)。上記の処理ステップS3における任意の周期分は、この分散を算出するのに十分な値とする。
The
処理ステップS4でも求めたばらつきが最も小さい信号を基準信号とし、その信号の立ち上がりをトリガとする。そして、トリガとなった信号の立ち上がりを基準として、早く立ち上がる順に信号にラベルを付ける。 A signal having the smallest variation obtained in the processing step S4 is used as a reference signal, and the rise of the signal is used as a trigger. Then, with reference to the rising edge of the trigger signal, the signals are labeled in the order of their rising speed.
そして、各信号に対してラベル付けをしたならば、特徴抽出部2は、トリガとなった信号の情報、及び各信号とラベルを関係づけた情報を設定情報として記憶手段に格納する(S6)。トリガ並びにラベルと信号との関係づけは、各信号の値が格納されるアドレスとラベルとを関連付けたテーブル構造とする(図9参照)。また記憶手段は、揮発性メモリ或いは不揮発性メモリのいずれでもよい。この記憶手段に格納された設定情報は、その後処理ステップS8の実行によりサンプリングされた信号からの特徴A抽出処理(S11)に利用される。つまり、複数の信号の関係性として、予め設定された2つのラベルの信号間(一方の信号の立ち上がりから他方の信号立ち上がりまで等)の時間を求めるなどの処理を行なう。関係性を見る信号の組み合わせは、予め設定しておく。
If each signal is labeled, the
また、特徴Bのように個々の信号単独の特徴量を抽出する場合には、分岐判断の処理ステップがNoとなるので、処理ステップS7に飛び、信号がサンプリングされる(S7)。 Further, when extracting the feature amount of each individual signal like the feature B, since the branch determination processing step is No, the processing jumps to the processing step S7 and the signal is sampled (S7).
そして、特徴抽出部2は、サンプリングしたデータに基づいて、動作時間を算出する。つまり特徴抽出部2は、特徴A,Bを抽出する(S10,S11)もので、具体的には、図4から図8に例示したように、複数の信号の関係(時間差)並びに個々の信号の動作時間(ON時間等)を抽出する。各信号(単独,相互)の動作時間(特徴抽出後)のデータは、図10に示すように、周期(m)ごとに時系列に蓄積される。この時系列での蓄積は、図1にて図示省略した各種の記憶手段を用いて行なってもよいし、特徴量算出部3内に設けたバッファメモリ等に一時的に格納するようにしても良い。もちろん、他の記憶方式を採ることもできる。
Then, the
特徴抽出部2で抽出された各特徴は、次段の統計量算出部3に与えられる。統計量算出部3は、各特徴についての時間的なデータの変化である過去値を統計量として算出する(図20のS12,S13,S14)。この算出された各統計量は、過去値記憶部4に格納される(図20のS15)。ここで算出する統計量は、各特徴ごとの平均,分散,分布としている。
Each feature extracted by the
比較部5は、特徴量算出部3で算出された今回の統計量と、過去記憶部4に格納された過去の統計量とを取得し(図20のS16,S20)、変数ごとにはずれ度合いを計算し(図20のS17)、過去値からのはずれ度合いを変数間で比較する(図20のS18)。
The
具体的には、
μ:新しく計測したデータから得られた平均
μ′:過去に計測したデータから得られた平均
σ2:新しく計測したデータから得られた分散
σ′2:過去に計測したデータから得られた分散
とした場合、
μ/μ′
σ2/σ′2
より、過去値からのはずれ度合いを求めることができる。この場合、新しく計測したデータが過去に計測したデータの統計量とほぼ同じ(はずれ度合いが小さい)であれば、これらの値はおよそ1になる。
In particular,
μ: Average obtained from newly measured data μ ′: Average obtained from previously measured data σ2: Variance obtained from newly measured data σ′2: Variance obtained from previously measured data if you did this,
μ / μ ′
σ2 / σ'2
Thus, the degree of deviation from the past value can be obtained. In this case, if the newly measured data is almost the same as the statistical amount of the data measured in the past (the degree of deviation is small), these values are approximately 1.
また、
(μ−μ′)/μ′
(σ−σ′)2/σ′2
によっても過去値からのはずれ度合いを求めることができる。この場合、新しく計測したデータが過去に計測したデータの統計量とほぼ同じ(はずれ度合いが小さい)であれば、これらの値はおよそ0になる。
Also,
(Μ−μ ′) / μ ′
(Σ−σ ′) 2 / σ′2
The degree of deviation from the past value can also be obtained. In this case, if the newly measured data is almost the same as the statistical amount of the data measured in the past (the degree of deviation is small), these values are approximately zero.
統計量算出布部3は、例えば、一定期間として5分ごとに計測、記録し、統計量(平均、分散、分布など)を算出してデータベース(過去値記憶部4)に蓄積しておく。比較部5は、過去値記憶部4から任意の過去のデータを抜き出して、はずれ度合いを比較することができる。これらを例えば、1時間ごとや、1日後,1週間,1ヶ月ごとなどの各種の期間ごとに求め、記憶する(図11,図12等参照)。
The statistic
変数情報照合部6は、比較部5が求めた平均、分散、その他の統計量に関して、過去値からのはずれ度合いが大きい設備機器を順番に並べ、その結果を表示部8に表示したり、情報蓄積部9に格納したりする。どの変数がどの設備機器と関連しているかは、設備機器設定情報データベース7に予め登録されたものを読みだし、利用する。
The variable information matching unit 6 sequentially arranges the equipment devices having a large degree of deviation from the past values with respect to the average, variance, and other statistics obtained by the comparing
一例としては、比較部5による過去値からのはずれ度合いを算出すると、例えば図13(a)に示すように、横軸が変数で縦軸がはずれ度合いとしたグラフを描画した場合、標準レベルである1付近で上下するグラフになる。変数情報照合部6が、このグラフを、はずれ度合いの大きさの順に並べ替えると、図13(b)のように置き換えられる。すると、標準レベルである“1”からはずれる両端(1より小さい/1より大きい)付近に位置する変数が、はずれ度合いが大きく、その変数に関連する機器がメンテナンス候補機器となる。変数情報照合部6は、係るグラフを表示部8に出力したり、情報蓄積部9に格納したりする。このグラフは、μ/μ′の演算式によりはずれ度合いを求めたものであるが、他の演算式を用いたものも同様となる。
As an example, when the degree of deviation from the past value is calculated by the
各変数の値(時間の長さ)は、基準信号のようにばらつきが小さいものと、元々ばらつきが大きいものがある。従って、ある一瞬における変数の値のみに着目すると、その変数の標準となる値から大きくはずれているような場合も、元々ばらつきが大きい変数の場合には正常の範囲内のことがある。逆に、ある一瞬における変数の値がその変数の標準となる値からさほど大きくずれていない場合であっても、元々ばらつきが小さい変数の場合には異常な場合がある。 The value (length of time) of each variable has a small variation such as a reference signal and a large variation originally. Therefore, if attention is paid only to the value of a variable at a certain moment, even if the value is largely deviated from the standard value of the variable, the variable may be within the normal range when the variable is originally large. Conversely, even when the value of a variable at a certain moment does not deviate so much from the standard value of that variable, it may be abnormal if the variable is originally small in variation.
そこで本実施形態では、上述したように基準となる過去値と判定対象となる値のいずれも統計量を求め、統計量同士のはずれ度合いを求めることで、良否の有無等について正しい判定を行なうようにした。 Therefore, in the present embodiment, as described above, the statistic is obtained for both the reference past value and the value to be judged, and the degree of deviation between the statistics is obtained, so that it is possible to correctly determine whether or not the product is acceptable. I made it.
つまり、例えば統計量として平均値を用いた場合、ある一瞬における変数の値が標準となる値(過去値の平均値)と大きく異なっていても、それが通常の(正常の)ばらつきの範囲内の場合には一定期間の平均をとることで標準となる値と近くなる。よって、はずれ量は標準レベル(1あるいは0)に近い値となり、正常であると判定できる。 In other words, for example, when an average value is used as a statistic, even if the value of a variable at a certain moment is significantly different from a standard value (average value of past values), it is within the range of normal (normal) variation. In the case of, it becomes close to the standard value by taking an average over a certain period. Therefore, the deviation amount becomes a value close to the standard level (1 or 0) and can be determined to be normal.
逆に、ある一瞬における変数の値が標準となる値(過去値の平均値)との差があまりなくても、それが通常の(正常の)ばらつきの範囲外の場合には一定期間の平均をとることで標準となる値に近くならない。よって、はずれ量は、標準レベル(1あるいは0)から離れた値となり、異常あるいは異常に近づいている判定できる。 Conversely, even if there is not much difference between the value of the variable at a moment and the standard value (average value of past values), if it is outside the range of normal (normal) variation, the average over a certain period By taking, it will not be close to the standard value. Therefore, the deviation amount becomes a value far from the standard level (1 or 0), and it can be determined that the abnormality is approaching or is abnormal.
このことは、1次の統計量である平均に限ることはなく、2次の統計量である分散、さらには、3次,4次などの他の統計量についても同様である。また、良否判定を行なうに適した一定の期間は、各変数や使用する統計量によっても異なる。よって、ユーザが予めそれぞれに適した期間を設定し、その設定された期間について統計量を求めるようにしたり、各種の期間についての統計量を求め、必要な期間についてはずれ量を求めて判定するようにしたりすることができる。 This is not limited to the average that is the first-order statistic, and the same applies to the variance that is the second-order statistic, and also to other statistics such as the third-order and fourth-order statistics. In addition, the certain period suitable for the pass / fail judgment varies depending on each variable and the statistic to be used. Therefore, the user sets a suitable period in advance, and obtains statistics for the set period, obtains statistics for various periods, and obtains and determines deviations for necessary periods. Can be.
そして、図14に示すように、時系列で過去の統計量と比較することで、はずれ量が大きくなってくる変数を抽出することができ、完全なる異常が発生する前に、つまり、正常の範囲内であるがそのまま放置すると近い将来異常になる変数を検出することができる。また、この図14では、1週間単位で比較するようにしているが、この比較する期間(周期)は任意に設定できる。なお、良否判定のために求めた統計量は、それ以降に算出する統計量と比較するための過去値にも利用される。 Then, as shown in FIG. 14, by comparing with the past statistics in a time series, it is possible to extract a variable whose amount of deviation is large, and before a complete abnormality occurs, that is, normal It is possible to detect a variable that is within the range but becomes abnormal in the near future if left as it is. Further, in FIG. 14, the comparison is made in units of one week, but this comparison period (cycle) can be arbitrarily set. Note that the statistic obtained for the pass / fail judgment is also used as a past value for comparison with a statistic calculated thereafter.
また、図15に示すように、監視対象の中で特に気になるものは、統計量を算出した期間における分布を表示し、どれくらい基準とする時期の分布からはずれているかを確認することもできる。係る処理も、ユーザからの分布を表示する変数(設備機器)の指定に基づき、変数情報照合部6が行なう(図20のS21)。 Also, as shown in FIG. 15, those that are particularly worrisome among the monitoring targets can be displayed by displaying the distribution in the period for which the statistics are calculated, and confirming how far the distribution is from the reference time distribution. . Such processing is also performed by the variable information matching unit 6 based on the designation of the variable (facility equipment) for displaying the distribution from the user (S21 in FIG. 20).
また、変数情報照合部6は、各変数について算出したはずれ量が大きいもの(変化率が設定値以上のもの)に関係する設備機器名を設備機器設定情報データベース7から取得し(図20のS19)、変数のアドレスと関連づけて表示部8に表示したり(図20のS22)、情報蓄積部9に格納したりする(図20のS23)。この表示及び又は格納する情報(メンテナンス候補機器リスト)は、例えば図16に示すようになり、特に表示する場合には、図示するように変化率の大きいものから昇順で表示するようにすると、ユーザは緊急にメンテナンスすべき設備機器を容易に認識することができる。
Further, the variable information collating unit 6 acquires the equipment name related to the equipment with the large amount of deviation calculated for each variable (the rate of change is greater than or equal to the set value) from the equipment information setting information database 7 (S19 in FIG. 20). ), It is displayed on the
図17,図18は、表示部8に対する実際の表示レイアウトの一例を示している。この例では、統計量として平均と分散を用いて評価する例を示しており、それぞれについて別のウインドウで同一画面に表示している。図17に示すように分散についてのウインドウが前に表示している状態において、後側のウインドウを選択することで図18に示すように平均についてのウインドウが前方に表示されるように切り替わることを示している。
17 and 18 show an example of an actual display layout for the
各表示ウインドウWの表示レイアウトは、以下のようになっている。まず、表示ウインドウWの左上に使用する統計量の種類をプルダウンメニューから選択して指定するためのエリアW1を設けている。また、表示ウインドウWの右下には、抽出する特徴量を指定するためのエリアW2と、比較対象の過去値を特定する比較時期指定エリアW3を設けている。これらの両エリアW2,W3における指定方法も、プルダウンメニュー方式としている。 The display layout of each display window W is as follows. First, an area W1 for selecting and specifying the type of statistic used from the pull-down menu is provided at the upper left of the display window W. In addition, an area W2 for designating the feature quantity to be extracted and a comparison time designation area W3 for specifying the past value to be compared are provided at the lower right of the display window W. The designation method in both these areas W2 and W3 is also a pull-down menu method.
これらの入力された条件に従い、特徴抽出部2が抽出した特徴に基づき統計量算出部3が統計量を求め、比較部5にて過去値記憶部4に格納された過去の統計量からのはずれ度合いを求め、変数情報照合部6にて各変数のはずれ度合いをソートし、はずれ度合い結果表示エリアW4にソートしたグラフを出力する。
In accordance with these input conditions, the
また、変数情報照合部6は、変化率の大きい上位X個の設備機器名についての情報を、メンテナンス候補機器リスト表示エリアW6に出力する。このXは、変化率上位表示数指定エリアW5で指定された数(プルダウンメニュー方式)である。 Further, the variable information matching unit 6 outputs information about the top X equipment names having a large change rate to the maintenance candidate equipment list display area W6. This X is the number (pull-down menu method) designated in the change rate upper display number designation area W5.
さらに、変数情報照合部6は、分布表示数指定エリアW7並びに分布表示数指定エリアW8により特定された設備機器についての現在並びに過去値の分布のグラフを分婦表示エリアW9に出力する。 Further, the variable information collating unit 6 outputs a distribution graph of current and past values for the equipment specified by the distribution display number designation area W7 and the distribution display number designation area W8 to the departure display area W9.
1 計測部
2 特徴抽出部
3 統計量算出部
4 過去値記憶部
5 比較部
6 変数情報照合部
7 設備機器設定情報データベース
8 表示部
9 情報蓄積部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
プログラマブルコントローラの入力信号及びまたは出力信号の状態変化に基づく特徴量を抽出する特徴抽出手段と、
その特徴抽出手段で抽出された特徴量についての一定期間の統計量を求める統計量算出手段と、
その統計量算出手段で算出された過去の統計量と、現在の統計量とを比較する比較手段と、
その比較手段により比較し、得られた診断結果情報を出力する手段と、
を備えたことを特徴とする設備機器診断装置。 A diagnostic device for equipment controlled by a programmable controller,
Feature extraction means for extracting a feature quantity based on a change in state of an input signal and / or an output signal of the programmable controller;
Statistic calculation means for obtaining a statistic for a certain period of the feature quantity extracted by the feature extraction means;
A comparison means for comparing a past statistic calculated by the statistic calculation means with a current statistic;
Means for comparing by the comparison means and outputting the obtained diagnosis result information;
A facility equipment diagnostic apparatus comprising:
それぞれの分布を対比して出力する手段を備えたことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の設備機器診断装置。 Obtaining a distribution of past feature values used in calculating the past statistics and a distribution of current feature values used in calculating the current statistics;
The equipment diagnosis apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for comparing and outputting the respective distributions.
プログラマブルコントローラの入力信号及びまたは出力信号の状態変化に基づく特徴量を抽出する特徴抽出手段、
その特徴抽出手段で抽出された特徴量についての一定期間の統計量を求める統計量算出手段、
その統計量算出手段で算出された過去の統計量と、現在の統計量とを比較する比較手段、
その比較手段により比較し、得られた診断結果情報を出力する手段、
として機能させるためのプログラム。 Computer
Feature extraction means for extracting a feature quantity based on a change in state of an input signal and / or an output signal of a programmable controller;
Statistic calculation means for obtaining a statistic for a certain period of the feature quantity extracted by the feature extraction means;
A comparison means for comparing a past statistic calculated by the statistic calculation means with a current statistic;
Means for comparing with the comparison means and outputting the obtained diagnosis result information;
Program to function as.
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