調節弁の異常診断方法および装置
【課題】プロセス運転中、簡易にかつ正確に、調節弁の異常診断を行う。
【解決手段】調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘをサンプリングし、今回のＰｏ（ｋ）と前回のＰｏ（ｋ−１）とからＰｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回のＸ（ｋ）と前回のＸ（ｋ−１）とからＸ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める。そして、ｖＰｏ（ｋ），ｖＸ（ｋ）のどちらも小さい場合にのみ重みｗ１（ｋ）を１とし（他の場合は０）、ｗ１（ｋ）が１の時のｖＰｏ（ｋ）とｖＸ（ｋ）と調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ１とから、異常診断判断期間中の開度カテゴリｉ毎の異常診断指標Ｆｑ〔ｉ〕を求める。
【解決手段】調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘをサンプリングし、今回のＰｏ（ｋ）と前回のＰｏ（ｋ−１）とからＰｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回のＸ（ｋ）と前回のＸ（ｋ−１）とからＸ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める。そして、ｖＰｏ（ｋ），ｖＸ（ｋ）のどちらも小さい場合にのみ重みｗ１（ｋ）を１とし（他の場合は０）、ｗ１（ｋ）が１の時のｖＰｏ（ｋ）とｖＸ（ｋ）と調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ１とから、異常診断判断期間中の開度カテゴリｉ毎の異常診断指標Ｆｑ〔ｉ〕を求める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学プラント等においては、その流量プロセスに用いられる調節弁に対してポジショナを設け、このポジショナによって調節弁の開度を制御するようにしている。このポジショナは、上位装置から送られてくる開度設定値と調節弁からフィードバックされてくる実開度値との偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御出力として生成する演算部と、この演算部が生成した制御出力を空気圧信号に変換する電空変換器と、この電空変換器が変換した空気圧信号を増幅し増幅空気圧信号として調節弁の操作器へ出力するパイロットリレーとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３にポジショナと調節弁とを組み合わせたシステムにおける入出力信号の流れを示す。同図において、１００はポジショナ、２００は調節弁であり、ポジショナ１００はエレキモジュール１と、ＥＰＭ（電空変換モジュール）２と、パイロットリレー（空気圧増幅モジュール）３とを備えている。
【０００４】
エレキモジュール１は、開度設定信号Ｉｉｎおよび調節弁２００からフィードバックされてくる弁の開度Ｘを入力とし、制御出力としてＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙを生成する。ＥＰＭ２は、エレキモジュール１からのＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙを入力とし、このＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙをノズル背圧Ｐｎに変換する。パイロットリレー３は、ＥＰＭ２からのノズル背圧Ｐｎを入力とし、このノズル背圧Ｐｎから操作器圧力Ｐｏを生成する。調節弁２００は、ポジショナ１００からの操作器圧力Ｐｏを入力とし、この操作器圧力Ｐｏに応じてその弁の開度Ｘを調節する。
【０００５】
図２４にポジショナ１００内の各モジュールおよび調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を線形近似した図を示す。図２４（ａ）はエレキモジュール１の入出力関係（開度信号ＩｉｎとＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとの関係）を示し、図２４（ｂ）はＥＰＭ２の入出力関係（ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎとの関係）を示し、図２４（ｃ）はパイロットリレー３の入出力関係（ノズル背圧Ｐｎと操作器圧力Ｐｏとの関係）を示し、図２４（ｄ）は調節弁２００の入出力関係（操作器圧力Ｐｏと開度Ｘとの関係）を示す。なお、この例において、調節弁２００は空気を入れるに従って開度が大きくなる正動作型（Air To Open）であるものとする。
【０００６】
〔調節弁の異常診断〕
調節弁２００では、操作器圧力Ｐｏと開度Ｘとの関係から、弁軸にかかる流体反力（プロセス流体による力）を検知することができる。図２５に流体反力発生時の調節弁２００の入出力関係の変化を示す。同図において、Ｉは正常時の静的な入出力関係を示す特性（無負荷時の特性）であり、流体反力発生によってその入出力関係が特性Ｉ’で示すように変化する。
【０００７】
無負荷時は、操作器圧Ｐｏと開度Ｘの関係は、スプリング力、空気圧による力のバランスを表している。流体反力が発生することでそのバランスに差異が生じる。したがって、流体反力の発生していない状態（無負荷時）と比較することで、操作器圧Ｐｏの差異を検知することができる。この差異をモニタリングすることにより、使用範囲外の流体圧力の検知が可能となる。
【０００８】
また、操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係から、弁軸にかかる摩擦力の異常を検知することができる（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。図２６（ａ）に正常時の操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの入出力関係のヒステリシス特性を示す。操作器圧Ｐｏを上昇方向へ変化させた場合と下降方向へ変化させた場合とで入出力関係が異なり、上昇方向の特性と下降方向の特性との間にヒステリシスの幅Ｗが生じる。このヒステリシスの幅Ｗが、図２６（ｂ）に示すように、摩擦力によって変化する。したがって、このヒステリシスの幅Ｗを正常時と比較することによって、異常と判断できる。なお、ヒステリシスの幅Ｗの１／２に操作器ダイアフラム面積を乗じれば静摩擦力となり、この静摩擦力を指標値としてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭６２−２８１１８号公報
【特許文献２】特表２００６−５２００３８号公報
【特許文献３】特表２００５−５３８４６２号公報
【特許文献４】特開平０７−７７４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したような調節弁の異常診断方法では、プロセス運転中、そのプロセス運転中のデータを利用して調節弁の異常診断を行おうとした場合、調節弁の異常をうまく診断することができない場合がある。
【００１１】
例えば、図２５に示した調節弁の異常（流体反力大）の場合を考える。この場合、プロセス運転中、調節弁を速く動かすと、遅れのせいで、その入出力関係が正常時の静的な入出力関係を示す特性Ｉ（静的モデル）から大きく外れてしまう（図２７参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。
【００１２】
また、図２６の調節弁の異常（摩擦力大）を考える。この場合、特許文献２や特許文献３で示された技術では、開度Ｘと操作器圧Ｐｏのどちらか、あるいは両方が速く動いているときのデータも利用する。そのようなデータが増えると、実際には摩擦力は変化していなくても、算出されるヒステリシスの幅Ｗが大きくなってしまう（図２８参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。
【００１３】
なお、調節弁の遅れを含んだ動的なモデルを作成し、この作成した動的なモデルに基づいて異常診断を行うことが考えられる。しかし、この方法では、運動方程式を作成するなど（例えば、特許文献４参照）、精度の高い動的なモデルの作成に過大な労力を要し、運用時の計算量も多くなって、簡易に異常診断を行うことができない。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プロセス運転中、簡易にかつ正確に、調節弁の異常診断を行うことが可能なポジショナの異常診断方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような目的を達成するために本発明は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断方法において、調節弁への入力信号および調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングするステップと、サンプリングされた入力信号の変化速度を求めるステップと、サンプリングされた弁開度の変化速度を求めるステップと、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるステップと、サンプリングされた入力信号と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断を行うステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
例えば、本発明において、調節弁への入力信号を操作器圧とした場合、調節弁への入力信号として操作器圧力が定期的にサンプリングされ、調節弁からの出力として弁開度が定期的にサンプリングされ、サンプリングされた操作器圧の変化速度と、サンプリングされた弁開度の変化速度とが求められる。そして、予め定められている重み関数に基づいて、操作器圧の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みが求められ、サンプリングされた操作器圧と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断が行われる。
【００１７】
例えば、本発明において、操作器圧の変化速度と弁開度の変化速度のどちらも小さい場合にのみ重みを１とし、他は重みを０とすると、変化速度の小さい操作器圧と弁開度とを用いて調節弁の異常診断が行われるものとなる。このようにすると、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性から大きく外れるデータを除去したり、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去したりして、調節弁の異常診断を行うようにすることが可能となる。
【００１８】
本発明では、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるが、この重みは入力信号の変化速度に応じた重み成分と弁開度の変化速度に応じた重み成分とに分けた重み関数としてもよいし、入力信号の変化速度に応じた重み成分と弁開度の変化速度に応じた重み成分とを合成した重み関数としてもよい。また、その重みは必ずしも０，１の２値でなくてもよく、変化速度が小さくなるほど大きくなるような重みであっても構わない。
【００１９】
また、本発明において、調節弁の概念にはポジショナを組み合わせたシステムも含まれる。すなわち、ポジショナと調節弁とを組み合わせたシステム全体を１つの調節弁とみなすこともできる。この場合、ポジショナへの入力信号である開度設定信号が調節弁への入力信号に相当するものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、調節弁への入力信号および調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングし、サンプリングされた入力信号の変化速度と、サンプリングされた弁開度の変化速度とを求め、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求め、サンプリングされた入力信号と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断を行うようにしたので、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性から大きく外れるデータを除去したり、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去したりして、簡易にかつ正確に、調節弁の異常診断を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る調節弁の異常診断方法を適用した異常診断装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部の構成を示す図である。
【図２】調節弁の設計仕様がない場合などに調節弁の正常時の静的な入出力関係を求める方法を説明する図である。
【図３】実施の形態１の異常診断装置で用いる重み関数の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１の異常診断装置においてＣＰＵが行う異常診断処理のフローチャートである。
【図５】図４に示したフローチャートにおいて重みｗ１（ｋ）を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図６】図４に示したフローチャートにおいて開度Ｘ（ｋ）の属するカテゴリを定める処理のサブルーチンを示す図である。
【図７】図４に示したフローチャートにおいてカテゴリｉの操作器圧の最大値，最小値を更新する処理のサブルーチンを示す図である。
【図８】図４に示したフローチャートにおいてカテゴリｉ毎の流体反力を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図９】図４に示したフローチャートにおいて全てのカテゴリｉの操作器圧の最大値，最小値を初期値にリセットする処理のサブルーチンを示す図である。
【図１０】重みｗ１（ｋ）によって除外されるデータおよび有効なデータとして抽出されるデータを示す図である。
【図１１】カテゴリｉにおける正常時のデータと収集された入出力関係を示すデータ（代表値）との間のＰｏ軸での差異が求められる様子を示す図である。
【図１２】カテゴリｉ毎に算出された流体反力を示す図である。
【図１３】実施の形態１の異常診断装置で用いる重み関数の他の例を示す図である。
【図１４】本発明に係る調節弁の異常診断方法を適用した異常診断装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部の構成を示す図である。
【図１５】調節弁の設計仕様がない場合などに調節弁の正常時の入出力特性のヒステリシスの幅を求める方法を説明する図である。
【図１６】実施の形態２の異常診断装置で用いる重み関数の一例を示す図である。
【図１７】実施の形態２の異常診断装置においてＣＰＵが行う異常診断処理のフローチャートである。
【図１８】図１７に示したフローチャートにおいてカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図１９】カテゴリｉのヒステリシス幅が算出される様子を示す図である。
【図２０】カテゴリｉ毎に算出されたヒステリシスの幅を示す図である。
【図２１】カテゴリｉ毎に算出された摩擦力を示す図である。
【図２２】流体反力によってヒステリシスの幅が大きく変わらない様子を示す図である。
【図２３】ポジショナと調節弁とを組み合わせたシステムにおける入出力信号の流れを示す図である。
【図２４】ポジショナ内の各モジュール（エレキモジュール、ＥＰＭ、パイロットリレー）および調節弁の正常時の静的な入出力関係を線形近似した図である。
【図２５】流体反力発生時の調節弁の入出力関係の変化を示す図である。
【図２６】摩擦力によって変化する調節弁の入出力特性のヒステリシス幅を説明する図である。
【図２７】プロセス運転中、調節弁が速く動いた場合に、遅れのせいで、その入出力関係が正常時の静的な入出力関係から大きく外れてしまう様子を示す図である。
【図２８】プロセス運転中、調節弁が速く動いた場合に、遅れのせいで、算出される入出力特性のヒステリシスの幅が大きくなってしまう様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、先ず、実施の形態１として、調節弁の入出力信号（操作器圧力Ｐｏ，開度Ｘ）から流体反力を異常診断指標値として求めて異常診断を行う例を説明し、次に、実施の形態２として、調節弁の入出力信号（操作器圧力Ｐｏ，開度Ｘ）からヒステリシスの幅を異常診断指標値として求めて異常診断を行う例を説明する。
【００２３】
〔実施の形態１〕
図１に流体反力を異常診断指標値として調節弁２００の異常診断を行う異常診断装置３００の要部の構成を示す。この異常診断装置３００は、ＣＰＵ４と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部５と、インタフェース６および７とを備えている。なお、この異常診断装置３００は、ポジショナ１００や調節弁２００の内部に設けてもよいし、ポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けるようにしてもよい。図１はポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けた例を示している。
【００２４】
ＣＰＵ４には、インタフェース６を介して調節弁２００への入力信号である操作器圧Ｐｏが分岐して入力され、インタフェース７を介して調節弁２００からの出力である開度Ｘが分岐して入力される。また、ＣＰＵ４は、記憶部５に格納されているプログラムＰＧに従って動作する。
【００２５】
記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、調節弁２００の正常時の静的な入出力関係（操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係（無負荷時））を示す線形近似式Ｆ１、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2が格納されている。
【００２６】
〔線形近似式Ｆ１〕
この実施の形態１において、調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ１は、調節弁２００の設計仕様により求められている。この例では、スプリングレンジ８０〜２４０ｋＰａで開度０〜１００％とした場合の線形近似式Ｆ１をＸ＝ａ１×Ｐｏ＋ｂ１として定め（ａ１＝０．６２５，ｂ１＝−５０）、記憶部５に格納している。
【００２７】
なお、調節弁２００の設計仕様がない場合等には、メンテナンス直後等の正常状態において、例えば開度設定信号Ｉｉｎを２５％、５０％、７５％の状態で一定時間静止させて、操作器圧Ｐｏと開度Ｘの平均値をとり（図２参照）、３点から最小二乗法で求めるなどすればよい。この場合、静止させるのは３点でなくともよい。また、線形近似ではなく、非線形近似（多項式近似やサポートベクターマシンなどの非線形回帰式）であってもよい。
【００２８】
〔重み関数Ｇ１1，Ｇ１2〕
この実施の形態１において、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2は、操作器圧Ｐｏの変化速度から第１の重み成分ｗＰｏを得るための重み関数としてＧ１1が、開度Ｘの変化速度から第２の重み成分ｗＸを得るための重み関数としてＧ１2が定められている。この重み関数Ｇ１1，Ｇ１2より得られる重み成分ｗＰｏ，ｗＸから、後述するように、ｗ１＝ｗＰｏ×ｗＸとして、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ１を求める。
【００２９】
図３（ａ）に重み関数Ｇ１1の一例を示す。この実施の形態１では、図３（ａ）に示されるように、操作器圧Ｐｏ〔ｋＰａ〕の変化速度をｖＰｏ〔ｋＰａ／sec〕とし、この変化速度ｖＰｏの絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下の範囲のｗＰｏを１とし、それ以外は０とする。
【００３０】
図３（ｂ）に重み関数Ｇ１2の一例を示す。この実施の形態１では、図３（ｂ）に示されるように、開度Ｘ〔％〕の変化速度をｖＸ〔％／sec〕とし、この変化速度ｖＸの絶対値が閾値Ｘｔｈ以下の範囲のｗＸを１とし、それ以外は０とする。
【００３１】
ここで、閾値Ｐｏｔｈ，Ｘｔｈは、操作器圧Ｐｏの変化速度ｖＰｏの許容値をＰｏｔｈとし、操作器圧ＰｏをＰｏｔｈまで上昇させた時の遅れて生じる開度Ｘの変化速度ｖＸをＸｔｈとして定めている。なお、操作器圧Ｐｏの変化速度ｖＰｏの許容値Ｐｏｔｈは、遅れによって調節弁の異常と誤判断されてしまう虞のない変化速度ｖＰｏの許容値を示している。この許容値Ｐｏｔｈは実験を繰り返すことによって求められている。
【００３２】
〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、定期的に、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図４にＣＰＵ４が行う異常診断処理のメインのフローチャートを示す。
【００３３】
ＣＰＵ４は、操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）を取り込むと、その取り込んだ操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度とを求め、その求めた操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める（ステップＳ１０１）。図５にステップＳ１０１で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００３４】
ＣＰＵ４は、今回のサンプリング周期（ｋ番目のサンプリング周期）で、操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）を取り込むと（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度をｖＰｏ（ｋ）として求める（ステップＳ２０３）。また、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度をｖＸ（ｋ）として求める（ステップＳ２０４）。
【００３５】
この場合、サンプリング周期をＴ〔sec〕とすると、ｖＰｏ（ｋ）〔ｋＰａ／sec 〕は下記（１）式によって計算でき、ｖＸ（ｋ）〔％／sec〕は下記（２）式によって計算できる。
ｖＰｏ（ｋ）＝（Ｐｏ（ｋ）−Ｐｏ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(１)
ｖＸ（ｋ）＝（Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(２)
【００３６】
次に、ＣＰＵ４は、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）から、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１1（図３（ａ））に従って、その変化速度ｖＰｏ（ｋ）に応じた重み成分ｗＰｏ（ｋ）を求める（ステップＳ２０５）。この場合、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下であれば、ｗＰｏ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｏｔｈを超えていれば、ｗＰｏ（ｋ）＝０とする。
【００３７】
また、開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）から、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１2（図３（ｂ））に従って、その変化速度ｖＸ（ｋ）に応じた重み成分ｗＸ（ｋ）を求める（ステップＳ２０６）。この場合、変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値が閾値Ｘｔｈ以下であれば、ｗＸ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値が閾値Ｘｔｈを超えていれば、ｗＸ（ｋ）＝０とする。
【００３８】
そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ２０５で求めた重み成分ｗＰｏ（ｋ）とステップＳ２０６で求めた重み成分ｗＸ（ｋ）とから、ｗ１（ｋ）＝ｗＰｏ（ｋ）×ｗＸ（ｋ）として、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める（ステップＳ２０７）。
【００３９】
この場合、ｗ１（ｋ）をｗ１（ｋ）＝ｗＰｏ（ｋ）×ｗＸ（ｋ）として求めることから、下記の条件式(３)を満たす場合にのみ、重みｗ１（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ１（ｋ）が０となる。
If（｜ｖＰｏ（ｋ）｜≦Ｐｏｔｈ）ＡＮＤ（｜ｖＸ（ｋ）｜≦Ｘｔｈ） ・・・・（３）
【００４０】
すなわち、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈ以下で、かつ開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値がＸｔｈ以下である場合にのみ、重みｗ１（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ１（ｋ）が０となる。
【００４１】
〔ｗ１（ｋ）＝０の場合〕
次に、ＣＰＵ４は、重みｗ１（ｋ）が１であるか否かをチェックし（ステップＳ１０２（図４））、重みｗ１（ｋ）が１でなければ（ステップＳ１０２のＮＯ）、ｋをインクリメントして（ステップＳ１０５）、予め定められている算出単位期間（異常診断判断期間）にまだ到達していないことを確認のうえ（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。なお、この例では、ステップＳ１０６での異常診断判断期間を１日としている。
【００４２】
〔ｗ１（ｋ）＝１の場合〕
重みｗ１（ｋ）が１であれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、ＣＰＵ４は、開度Ｘ（ｋ）が属するカテゴリｉを定める（ステップＳ１０３）。図６にステップＳ１０３で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００４３】
ＣＰＵ４は、先ず、開度Ｘ（ｋ）がＸ（ｋ）≧１００％であるか否かをチェックする（ステップＳ３０１）。ここで、開度Ｘ（ｋ）が１００％以上であれば（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、カテゴリｉをｉ＝２０とする（ステップＳ３０２）。開度Ｘ（ｋ）が１００％以上でなければ（ステップＳ３０１のＮＯ）、カテゴリｉをｉ＝Ｘ（ｋ）／５＋１とする（ステップＳ３０３）。但し、ｉ＝Ｘ（ｋ）／５＋１の算出値において、小数点以下は切り捨てる。これにより、開度Ｘ（ｋ）が０〜１００％の値を取ると仮定すると、０〜１００％が５％の開度幅で２０のカテゴリに分けられる。
【００４４】
次に、ＣＰＵ４は、開度Ｘ（ｋ）が属するカテゴリｉにおいて、操作器圧Ｐｏの最大値と最小値を更新する（ステップＳ１０４（図４））。図７にステップＳ１０４で行われる処理のサブルーチンを示す。なお、このサブルーチンにおいて、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕はカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最大値、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕はカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最小値を示す。Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の初期値については後述する。
【００４５】
ＣＰＵ４は、先ず、操作器圧Ｐｏ（ｋ）がＰｏ（ｋ）＞Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕か否かをチェックする（ステップＳ４０１）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕よりも大きければ（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭａｘ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ４０３）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下であれば（ステップＳ４０１のＮＯ）、Ｐｏ（ｋ）＜Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕か否かをチェックする（ステップＳ４０２）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕よりも小さければ（ステップＳ４０２のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ４０４）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下でかつＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕以上であれば（ステップＳ４０２のＮＯ）、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新は行わない。
【００４６】
そして、ＣＰＵ４は、このＭａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新処理後、ｋをインクリメントして（ステップＳ１０５（図４））、異常診断判断期間にまだ到達していないことを確認のうえ（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。
【００４７】
このステップＳ１０１〜Ｓ１０６の繰り返しによって、重みｗ１（ｋ）が０の時の操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）が除外され、重みｗ１（ｋ）が１の時の操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）のみが抽出され（図１０参照）、この抽出されたデータを有効なデータ（抽出対象データ）として、カテゴリｉ毎に、そのカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が求められるものとなる。
【００４８】
〔異常診断判断期間に達した場合〕
ＣＰＵ４は、異常診断判断期間に達すると（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、すなわちステップＳ１０５でのｋのインクリメント値が異常診断判断期間に到達したことを示すと、カテゴリｉ毎に流体反力を異常診断指標値として求める（ステップＳ１０７）。図８にステップＳ１０７で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００４９】
ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ５０１）。そして、Ｆｑ〔ｉ〕をｉ＝１番目のカテゴリの流体反力とし、そのカテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を下記の（４）式に代入して、ｉ＝１番目のカテゴリの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出する（ステップＳ５０２）。但し、Ｘｉ＝２．５＋（ｉ−１）×５。
Ｆｑ〔ｉ〕＝（Ｘｉ−ｂ１）／ａ１−（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＋Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２ ・・・・（４）
【００５０】
上記（４）式は、記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ１で示される調節弁２００の正常時の静的な入出力関係と、カテゴリｉにおける収集された入出力関係を示すデータ（代表値）との間のＰｏ軸での差異を示している。すなわち、カテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕との間の中央値（（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＋Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２）をカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの代表値とし、カテゴリｉの開度範囲の中央値（Ｘｉ）をカテゴリｉ内の開度Ｘの代表値とし、この代表値と正常時のデータとの間のＰｏ軸での差異を示している（図１１参照）。この差異をカテゴリｉの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕として算出する。なお、Ｆｑ〔ｉ〕は圧力〔ｋＰａ〕であるが、操作器ダイアフラム面積〔ｍ2〕×１０-3を乗ずることで、単位を圧力〔ｋＰａ〕から力〔Ｎ〕に変換できる。
【００５１】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出した後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ５０４）、ステップＳ５０１〜Ｓ５０４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕が算出される（図１２参照）。
【００５２】
そして、ＣＰＵ４は、このカテゴリｉ毎の流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出した後、この求めたカテゴリｉ毎の流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を異常診断指標値とし、その流体反力Ｆｑ〔ｉ〕と予め定められている閾値とを比較し（ステップＳ１０８（図４））、１つでもその流体反力Ｆｑ〔ｉ〕が閾値を超えていれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ１０９）。
【００５３】
ＣＰＵ４は、ステップＳ１０９での異常報知後、あるいはステップＳ１０８でのＮＯに応じて、全てのカテゴリｉの操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値にリセットし（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。
【００５４】
図９にステップＳ１１０で行われる処理のサブルーチンを示す。ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ６０１）。そして、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＝−ＩＮＦ、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕＝ＩＮＦとする。なお、ＩＮＦは操作器圧Ｐｏが通常取り得る範囲を超える非常に大きな値（正の値）とする。これにより、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕は操作器圧Ｐｏが通常取り得る範囲を超える正の値（初期値）とされ、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕はＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕とは逆の負の値（初期値）とされる。
【００５５】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値とした後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ６０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ６０４）、ステップＳ６０１〜Ｓ６０４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が初期値とされる。
【００５６】
ステップＳ１０９において、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕を−ＩＮＦ（負の値）とし、最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕をＩＮＦ（正の値）とすることによって、ステップＳ１０１への処理へと戻り、ステップＳ１０４においてＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新処理が行われる場合に、操作器圧Ｐｏ（ｋ）にどのような値が来たとしてもＭａｘ_ｐ〔ｉ〕，Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕がＰｏ（ｋ）に更新されるものとなる。
【００５７】
なお、異常診断判断期間に達した時点で、ｉ番目のカテゴリのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕，Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が一度も更新されていなかった場合、すなわち初期化時の値が残っていた場合には、ステップＳ１０７での流体反力の計算は行わず、ｉ番目のカテゴリの流体反力は算出不能とみなして閾値判定を行わないようにする。
【００５８】
このようにして、この実施の形態１では、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性Ｉから大きく外れるデータを除外するようにして、簡易な静的モデルを用いて、正確に、調節弁２００の異常診断が行われるものとなる。
【００５９】
なお、この実施の形態１では、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2として、図３（ａ），（ｂ）に示すような矩形状の重み関数を用いたが、図１３（ａ），（ｂ）に示すような三角形状の重み関数を用いるようにしてもよい。
【００６０】
図１３（ａ）に示した重み関数Ｇ１1’では、ｖＰｏが０の場合のｗＰｏを１とし、ｖＰｏの絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下の範囲のｗＰｏをｖＰｏ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＰｏを０としている。図１３（ｂ）に示した重み関数Ｇ１2’では、ｖＸが０の場合のｗＸを１とし、ｖＸの絶対値が閾値Ｘｔｈ以下の範囲のｗＸをｖＸ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＸを０としている。
【００６１】
また、例えば、図１３（ａ）に示した重み関数Ｇ１1’において、ｖＰｏの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＰｏ＝０に向かってｗＰｏを大きくしたり、図１３（ｂ）に示した重み関数Ｇ１2’において、ｖＸの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＸ＝０に向かってｗＸを大きくしたりするようにしてもよい。
【００６２】
また、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数は、必ずしも重み関数Ｇ１1とＧ１2とに分けなくてもよく、Ｇ１1とＧ１2とを合成した１つの重み関数（３次元の関数）としてもよい。三角形状の重み関数Ｇ１1’とＧ１2’についても同様であり、Ｇ１1’とＧ１2’とを合成した１つの重み関数（３次元の関数）としてもよい。
【００６３】
この実施の形態１の異常診断装置３００において、調節弁２００の異常診断はプログラムＰＧに従うＣＰＵ４の処理動作として行われるが、このＣＰＵ４での処理動作を行う機能をブロック化して表した場合、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏを定期的にサンプリングする操作器圧サンプリング部４１1と、調節弁２００からの開度Ｘを定期的にサンプリングする開度サンプリング部４２1と、操作器圧サンプリング部４１1によってサンプリングされた今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求める操作器圧変化速度算出部４３1と、開度サンプリング部４２1によってサンプリングされた今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める開度変化速度算出部４４1と、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１1，Ｇ１2に基づいて操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める重み算出部４５1と、操作器圧サンプリング部４１1によってサンプリングされた操作器圧Ｐｏ（ｋ）と開度サンプリング部４２1によってサンプリングされた開度Ｘ（ｋ）と重み算出部４５1で求められた重みｗ１（ｋ）と記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ１とから異常診断判断期間中の調節弁２００のカテゴリｉ毎の異常診断指標値Ｆｑ〔ｉ〕を求める異常診断指標値算出部４６1とで表される。
【００６４】
なお、この実施の形態１では、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求めるようにしたが、過去の一定時間の信号を用いて最小二乗法で線形近似計算を行い、近似式の傾きを変化速度とすることも可能である。
【００６５】
〔実施の形態２〕
図１４にヒステリシスの幅を異常診断指標値として調節弁２００の異常診断を行う異常診断装置４００の要部の構成を示す。この異常診断装置４００も、実施の形態１と同様、ＣＰＵ４と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部５と、インタフェース６および７とを備えている。なお、この異常診断装置４００についても、ポジショナ１００や調節弁２００の内部に設けてもよいし、ポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けるようにしてもよい。図１４はポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けた例を示している。
【００６６】
ＣＰＵ４には、インタフェース６を介して調節弁２００への入力信号である操作器圧Ｐｏが分岐して入力され、インタフェース７を介して調節弁２００からの出力である開度Ｘが分岐して入力される。また、ＣＰＵ４は、記憶部５に格納されているプログラムＰＧに従って動作する。
【００６７】
記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、調節弁２００の正常時の入出力関係を示す特性（操作器圧Ｐｏと開度Ｘとのヒステリシス特性）におけるヒステリシスの幅Ｗ１、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ２1，Ｇ２2が格納されている。
【００６８】
〔ヒステリシスの幅Ｗ１〕
この実施の形態２において、調節弁２００の正常時のヒステリシスの幅Ｗ１は、調節弁２００の設計仕様により求められ、記憶部５に格納されている。なお、調節弁２００の設計仕様がない場合には、メンテナンス直後等の正常状態において、図１５（ａ）に示すように、ポジショナ１００に全開度領域で低速ランプ入力を往復で与え、図１５（ｂ）に示すように、操作器圧Ｐｏと開度Ｘのデータを取得し、その結果から正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を求めるようにしてもよい。
【００６９】
〔重み関数Ｇ２1，Ｇ２2〕
この実施の形態において、重み関数Ｇ２1，Ｇ２2は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、実施の形態１で示した重み関数Ｇ１1，Ｇ１2（図３（ａ），（ｂ））と同じものを使用するので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、定期的に、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図１７にＣＰＵ４が行う異常診断処理のメインのフローチャートを示す。
【００７１】
このフローチャートにおいて、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１０１〜Ｓ１０６（図４）の処理と同じなので、省略する。
【００７２】
〔異常診断判断期間に達した場合〕
ＣＰＵ４は、異常診断判断期間に達すると（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、カテゴリｉ毎にヒステリシスの幅を異常診断指標値として求める（ステップＳ１１７）。図１８にステップＳ１１７で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００７３】
ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ５１１）。そして、Ｆｔ〔ｉ〕をｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅とし、そのカテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を下記の（５）式に代入して、ｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出する（ステップＳ５１２、図１９参照）。
Ｆｔ〔ｉ〕＝Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕 ・・・・（５）
【００７４】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出した後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ５１３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ５１４）、ステップＳ５１１〜Ｓ５１４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕が算出される（図２０参照）。
【００７５】
そして、ＣＰＵ４は、このカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出した後、記憶部５に格納されている正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を読み出し、このヒステリシスの幅Ｗ１に所定値αを加算した値を閾値とし、この閾値とカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕とを比較し（ステップＳ１１８（図１７））、１つでもそのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕が閾値を超えていれば（ステップＳ１１８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ１１９）。
【００７６】
ＣＰＵ４は、ステップＳ１１９での異常報知後、あるいはステップＳ１１８でのＮＯに応じて、全てのカテゴリｉの操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値にリセットし（ステップＳ１２０）、ステップＳ１０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。ステップＳ１２０での初期値へのリセットは、実施の形態１におけるステップＳ１１０（図４）での処理動作と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００７７】
このようにして、この実施の形態２では、プロセス運転中、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去するようにして、ヒステリシスの幅を用いて、正確に、調節弁２００の異常診断が行われるものとなる。
【００７８】
なお、実施の形態１に示した通り、運転中に、弁軸が流体反力を受けることで、操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係は変化する。しかし、ヒステリシスの幅Ｗは摩擦力に依存しており、図２２に示すように、流体反力によって大きく変わることはない。そのため、流体圧力の影響下でも、実施の形態２の有効性は失われない。
【００７９】
この実施の形態２の異常診断装置４００において、調節弁２００の異常診断はプログラムＰＧに従うＣＰＵ４の処理動作として行われるが、このＣＰＵ４での処理動作を行う機能をブロック化して表した場合、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏを定期的にサンプリングする操作器圧サンプリング部４１2と、調節弁２００からの開度Ｘを定期的にサンプリングする開度サンプリング部４２2と、操作器圧サンプリング部４１2によってサンプリングされた今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求める操作器圧変化速度算出部４３2と、開度サンプリング部４２2によってサンプリングされた今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める開度変化速度算出部４４2と、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ２1，Ｇ２2に基づいて操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ２（ｋ）を求める重み算出部４５2と、操作器圧サンプリング部４１2によってサンプリングされた操作器圧Ｐｏ（ｋ）と開度サンプリング部４２2によってサンプリングされた開度Ｘ（ｋ）と重み算出部４５2で求められた重みｗ２（ｋ）とから異常診断判断期間中の調節弁２００のカテゴリｉ毎の異常診断指標値Ｆｔ〔ｉ〕を求める異常診断部４６2とで表される。
【００８０】
なお、この実施の形態２では、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求めるようにしたが、過去の一定時間の信号を用いて最小二乗法で線形近似計算を行い、近似式の傾きを変化速度とすることも可能である。
【００８１】
また、この実施の形態２では、ステップＳ１１７において、Ｆｔ〔ｉ〕＝Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕としてカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅を求めるようにしたが、Ｆｔ〔ｉ〕＝（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２としてカテゴリｉ毎の摩擦力を求めるようにしてもよい（図２１参照）。
【００８２】
Ｆｔ〔ｉ〕を摩擦力とする場合、ステップＳ１１８では、記憶部５に格納されている正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を読み出し、このヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）を求め、このヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）に所定値βを加算した値を閾値とし、その閾値と摩擦力Ｆｔ〔ｉ〕と比較するようにすればよい。或いは、記憶部５に正常時のヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）を格納しておき、この正常時のヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）に所定値βを加算した値を閾値とし、この閾値と摩擦力Ｆｔ〔ｉ〕と比較するようにすればよい。この場合のＦｔ〔ｉ〕は圧力〔ｋＰａ〕であるが、操作器ダイアフラム面積〔ｍ2〕×１０-3を乗ずることで、単位を圧力〔ｋＰａ〕から力〔Ｎ〕に変換できる。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、調節弁２００の異常診断を行う場合について説明したが、ポジショナ１００と調節弁２００とを組み合わせたシステム全体を１つの調節弁とみなし、上述と同様にして異常診断を行うようにしてもよい。この場合、ポジショナ１００への入力信号である開度設定信号Ｉｉｎが調節弁への入力信号に相当するものとなり、この開度設定信号Ｉｉｎと弁開度Ｘとを用いてシステム全体（調節弁）の異常診断を行うようにする。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の調節弁の異常診断方法および装置は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断方法として、化学プラント等においてその流量プロセスに用いられる調節弁の異常診断に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…エレキモジュール、２…ＥＰＭ（電空変換器）、３…パイロットリレー、４…ＣＰＵ、５…記憶部、６，７…インタフェース、４１1…操作器圧サンプリング部、４２1…開度サンプリング部、４３1…操作器圧変化速度算出部、４４1…開度変化速度算出部、４５1…重み算出部、４６1…異常診断指標値算出部、４１2…操作器圧サンプリング部、４２2…開度サンプリング部、４３2…操作器圧変化速度算出部、４４2…開度変化速度算出部、４５2…重み算出部、４６2…異常診断指標値算出部、１００…ポジショナ、２００…調節弁、３００，４００…異常診断装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、化学プラント等においては、その流量プロセスに用いられる調節弁に対してポジショナを設け、このポジショナによって調節弁の開度を制御するようにしている。このポジショナは、上位装置から送られてくる開度設定値と調節弁からフィードバックされてくる実開度値との偏差を求め、この偏差に応じた電気信号を制御出力として生成する演算部と、この演算部が生成した制御出力を空気圧信号に変換する電空変換器と、この電空変換器が変換した空気圧信号を増幅し増幅空気圧信号として調節弁の操作器へ出力するパイロットリレーとを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２３にポジショナと調節弁とを組み合わせたシステムにおける入出力信号の流れを示す。同図において、１００はポジショナ、２００は調節弁であり、ポジショナ１００はエレキモジュール１と、ＥＰＭ（電空変換モジュール）２と、パイロットリレー（空気圧増幅モジュール）３とを備えている。
【０００４】
エレキモジュール１は、開度設定信号Ｉｉｎおよび調節弁２００からフィードバックされてくる弁の開度Ｘを入力とし、制御出力としてＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙを生成する。ＥＰＭ２は、エレキモジュール１からのＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙを入力とし、このＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙをノズル背圧Ｐｎに変換する。パイロットリレー３は、ＥＰＭ２からのノズル背圧Ｐｎを入力とし、このノズル背圧Ｐｎから操作器圧力Ｐｏを生成する。調節弁２００は、ポジショナ１００からの操作器圧力Ｐｏを入力とし、この操作器圧力Ｐｏに応じてその弁の開度Ｘを調節する。
【０００５】
図２４にポジショナ１００内の各モジュールおよび調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を線形近似した図を示す。図２４（ａ）はエレキモジュール１の入出力関係（開度信号ＩｉｎとＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとの関係）を示し、図２４（ｂ）はＥＰＭ２の入出力関係（ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎとの関係）を示し、図２４（ｃ）はパイロットリレー３の入出力関係（ノズル背圧Ｐｎと操作器圧力Ｐｏとの関係）を示し、図２４（ｄ）は調節弁２００の入出力関係（操作器圧力Ｐｏと開度Ｘとの関係）を示す。なお、この例において、調節弁２００は空気を入れるに従って開度が大きくなる正動作型（Air To Open）であるものとする。
【０００６】
〔調節弁の異常診断〕
調節弁２００では、操作器圧力Ｐｏと開度Ｘとの関係から、弁軸にかかる流体反力（プロセス流体による力）を検知することができる。図２５に流体反力発生時の調節弁２００の入出力関係の変化を示す。同図において、Ｉは正常時の静的な入出力関係を示す特性（無負荷時の特性）であり、流体反力発生によってその入出力関係が特性Ｉ’で示すように変化する。
【０００７】
無負荷時は、操作器圧Ｐｏと開度Ｘの関係は、スプリング力、空気圧による力のバランスを表している。流体反力が発生することでそのバランスに差異が生じる。したがって、流体反力の発生していない状態（無負荷時）と比較することで、操作器圧Ｐｏの差異を検知することができる。この差異をモニタリングすることにより、使用範囲外の流体圧力の検知が可能となる。
【０００８】
また、操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係から、弁軸にかかる摩擦力の異常を検知することができる（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。図２６（ａ）に正常時の操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの入出力関係のヒステリシス特性を示す。操作器圧Ｐｏを上昇方向へ変化させた場合と下降方向へ変化させた場合とで入出力関係が異なり、上昇方向の特性と下降方向の特性との間にヒステリシスの幅Ｗが生じる。このヒステリシスの幅Ｗが、図２６（ｂ）に示すように、摩擦力によって変化する。したがって、このヒステリシスの幅Ｗを正常時と比較することによって、異常と判断できる。なお、ヒステリシスの幅Ｗの１／２に操作器ダイアフラム面積を乗じれば静摩擦力となり、この静摩擦力を指標値としてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】実開昭６２−２８１１８号公報
【特許文献２】特表２００６−５２００３８号公報
【特許文献３】特表２００５−５３８４６２号公報
【特許文献４】特開平０７−７７４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したような調節弁の異常診断方法では、プロセス運転中、そのプロセス運転中のデータを利用して調節弁の異常診断を行おうとした場合、調節弁の異常をうまく診断することができない場合がある。
【００１１】
例えば、図２５に示した調節弁の異常（流体反力大）の場合を考える。この場合、プロセス運転中、調節弁を速く動かすと、遅れのせいで、その入出力関係が正常時の静的な入出力関係を示す特性Ｉ（静的モデル）から大きく外れてしまう（図２７参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。
【００１２】
また、図２６の調節弁の異常（摩擦力大）を考える。この場合、特許文献２や特許文献３で示された技術では、開度Ｘと操作器圧Ｐｏのどちらか、あるいは両方が速く動いているときのデータも利用する。そのようなデータが増えると、実際には摩擦力は変化していなくても、算出されるヒステリシスの幅Ｗが大きくなってしまう（図２８参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。
【００１３】
なお、調節弁の遅れを含んだ動的なモデルを作成し、この作成した動的なモデルに基づいて異常診断を行うことが考えられる。しかし、この方法では、運動方程式を作成するなど（例えば、特許文献４参照）、精度の高い動的なモデルの作成に過大な労力を要し、運用時の計算量も多くなって、簡易に異常診断を行うことができない。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、プロセス運転中、簡易にかつ正確に、調節弁の異常診断を行うことが可能なポジショナの異常診断方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
このような目的を達成するために本発明は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断方法において、調節弁への入力信号および調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングするステップと、サンプリングされた入力信号の変化速度を求めるステップと、サンプリングされた弁開度の変化速度を求めるステップと、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるステップと、サンプリングされた入力信号と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断を行うステップとを備えることを特徴とする。
【００１６】
例えば、本発明において、調節弁への入力信号を操作器圧とした場合、調節弁への入力信号として操作器圧力が定期的にサンプリングされ、調節弁からの出力として弁開度が定期的にサンプリングされ、サンプリングされた操作器圧の変化速度と、サンプリングされた弁開度の変化速度とが求められる。そして、予め定められている重み関数に基づいて、操作器圧の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みが求められ、サンプリングされた操作器圧と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断が行われる。
【００１７】
例えば、本発明において、操作器圧の変化速度と弁開度の変化速度のどちらも小さい場合にのみ重みを１とし、他は重みを０とすると、変化速度の小さい操作器圧と弁開度とを用いて調節弁の異常診断が行われるものとなる。このようにすると、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性から大きく外れるデータを除去したり、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去したりして、調節弁の異常診断を行うようにすることが可能となる。
【００１８】
本発明では、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるが、この重みは入力信号の変化速度に応じた重み成分と弁開度の変化速度に応じた重み成分とに分けた重み関数としてもよいし、入力信号の変化速度に応じた重み成分と弁開度の変化速度に応じた重み成分とを合成した重み関数としてもよい。また、その重みは必ずしも０，１の２値でなくてもよく、変化速度が小さくなるほど大きくなるような重みであっても構わない。
【００１９】
また、本発明において、調節弁の概念にはポジショナを組み合わせたシステムも含まれる。すなわち、ポジショナと調節弁とを組み合わせたシステム全体を１つの調節弁とみなすこともできる。この場合、ポジショナへの入力信号である開度設定信号が調節弁への入力信号に相当するものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、調節弁への入力信号および調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングし、サンプリングされた入力信号の変化速度と、サンプリングされた弁開度の変化速度とを求め、予め定められている重み関数に基づいて入力信号の変化速度と弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求め、サンプリングされた入力信号と弁開度と求められた重みとに基づいて調節弁の異常診断を行うようにしたので、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性から大きく外れるデータを除去したり、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去したりして、簡易にかつ正確に、調節弁の異常診断を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る調節弁の異常診断方法を適用した異常診断装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部の構成を示す図である。
【図２】調節弁の設計仕様がない場合などに調節弁の正常時の静的な入出力関係を求める方法を説明する図である。
【図３】実施の形態１の異常診断装置で用いる重み関数の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１の異常診断装置においてＣＰＵが行う異常診断処理のフローチャートである。
【図５】図４に示したフローチャートにおいて重みｗ１（ｋ）を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図６】図４に示したフローチャートにおいて開度Ｘ（ｋ）の属するカテゴリを定める処理のサブルーチンを示す図である。
【図７】図４に示したフローチャートにおいてカテゴリｉの操作器圧の最大値，最小値を更新する処理のサブルーチンを示す図である。
【図８】図４に示したフローチャートにおいてカテゴリｉ毎の流体反力を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図９】図４に示したフローチャートにおいて全てのカテゴリｉの操作器圧の最大値，最小値を初期値にリセットする処理のサブルーチンを示す図である。
【図１０】重みｗ１（ｋ）によって除外されるデータおよび有効なデータとして抽出されるデータを示す図である。
【図１１】カテゴリｉにおける正常時のデータと収集された入出力関係を示すデータ（代表値）との間のＰｏ軸での差異が求められる様子を示す図である。
【図１２】カテゴリｉ毎に算出された流体反力を示す図である。
【図１３】実施の形態１の異常診断装置で用いる重み関数の他の例を示す図である。
【図１４】本発明に係る調節弁の異常診断方法を適用した異常診断装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部の構成を示す図である。
【図１５】調節弁の設計仕様がない場合などに調節弁の正常時の入出力特性のヒステリシスの幅を求める方法を説明する図である。
【図１６】実施の形態２の異常診断装置で用いる重み関数の一例を示す図である。
【図１７】実施の形態２の異常診断装置においてＣＰＵが行う異常診断処理のフローチャートである。
【図１８】図１７に示したフローチャートにおいてカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅を求める処理のサブルーチンを示す図である。
【図１９】カテゴリｉのヒステリシス幅が算出される様子を示す図である。
【図２０】カテゴリｉ毎に算出されたヒステリシスの幅を示す図である。
【図２１】カテゴリｉ毎に算出された摩擦力を示す図である。
【図２２】流体反力によってヒステリシスの幅が大きく変わらない様子を示す図である。
【図２３】ポジショナと調節弁とを組み合わせたシステムにおける入出力信号の流れを示す図である。
【図２４】ポジショナ内の各モジュール（エレキモジュール、ＥＰＭ、パイロットリレー）および調節弁の正常時の静的な入出力関係を線形近似した図である。
【図２５】流体反力発生時の調節弁の入出力関係の変化を示す図である。
【図２６】摩擦力によって変化する調節弁の入出力特性のヒステリシス幅を説明する図である。
【図２７】プロセス運転中、調節弁が速く動いた場合に、遅れのせいで、その入出力関係が正常時の静的な入出力関係から大きく外れてしまう様子を示す図である。
【図２８】プロセス運転中、調節弁が速く動いた場合に、遅れのせいで、算出される入出力特性のヒステリシスの幅が大きくなってしまう様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、先ず、実施の形態１として、調節弁の入出力信号（操作器圧力Ｐｏ，開度Ｘ）から流体反力を異常診断指標値として求めて異常診断を行う例を説明し、次に、実施の形態２として、調節弁の入出力信号（操作器圧力Ｐｏ，開度Ｘ）からヒステリシスの幅を異常診断指標値として求めて異常診断を行う例を説明する。
【００２３】
〔実施の形態１〕
図１に流体反力を異常診断指標値として調節弁２００の異常診断を行う異常診断装置３００の要部の構成を示す。この異常診断装置３００は、ＣＰＵ４と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部５と、インタフェース６および７とを備えている。なお、この異常診断装置３００は、ポジショナ１００や調節弁２００の内部に設けてもよいし、ポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けるようにしてもよい。図１はポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けた例を示している。
【００２４】
ＣＰＵ４には、インタフェース６を介して調節弁２００への入力信号である操作器圧Ｐｏが分岐して入力され、インタフェース７を介して調節弁２００からの出力である開度Ｘが分岐して入力される。また、ＣＰＵ４は、記憶部５に格納されているプログラムＰＧに従って動作する。
【００２５】
記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、調節弁２００の正常時の静的な入出力関係（操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係（無負荷時））を示す線形近似式Ｆ１、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2が格納されている。
【００２６】
〔線形近似式Ｆ１〕
この実施の形態１において、調節弁２００の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ１は、調節弁２００の設計仕様により求められている。この例では、スプリングレンジ８０〜２４０ｋＰａで開度０〜１００％とした場合の線形近似式Ｆ１をＸ＝ａ１×Ｐｏ＋ｂ１として定め（ａ１＝０．６２５，ｂ１＝−５０）、記憶部５に格納している。
【００２７】
なお、調節弁２００の設計仕様がない場合等には、メンテナンス直後等の正常状態において、例えば開度設定信号Ｉｉｎを２５％、５０％、７５％の状態で一定時間静止させて、操作器圧Ｐｏと開度Ｘの平均値をとり（図２参照）、３点から最小二乗法で求めるなどすればよい。この場合、静止させるのは３点でなくともよい。また、線形近似ではなく、非線形近似（多項式近似やサポートベクターマシンなどの非線形回帰式）であってもよい。
【００２８】
〔重み関数Ｇ１1，Ｇ１2〕
この実施の形態１において、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2は、操作器圧Ｐｏの変化速度から第１の重み成分ｗＰｏを得るための重み関数としてＧ１1が、開度Ｘの変化速度から第２の重み成分ｗＸを得るための重み関数としてＧ１2が定められている。この重み関数Ｇ１1，Ｇ１2より得られる重み成分ｗＰｏ，ｗＸから、後述するように、ｗ１＝ｗＰｏ×ｗＸとして、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ１を求める。
【００２９】
図３（ａ）に重み関数Ｇ１1の一例を示す。この実施の形態１では、図３（ａ）に示されるように、操作器圧Ｐｏ〔ｋＰａ〕の変化速度をｖＰｏ〔ｋＰａ／sec〕とし、この変化速度ｖＰｏの絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下の範囲のｗＰｏを１とし、それ以外は０とする。
【００３０】
図３（ｂ）に重み関数Ｇ１2の一例を示す。この実施の形態１では、図３（ｂ）に示されるように、開度Ｘ〔％〕の変化速度をｖＸ〔％／sec〕とし、この変化速度ｖＸの絶対値が閾値Ｘｔｈ以下の範囲のｗＸを１とし、それ以外は０とする。
【００３１】
ここで、閾値Ｐｏｔｈ，Ｘｔｈは、操作器圧Ｐｏの変化速度ｖＰｏの許容値をＰｏｔｈとし、操作器圧ＰｏをＰｏｔｈまで上昇させた時の遅れて生じる開度Ｘの変化速度ｖＸをＸｔｈとして定めている。なお、操作器圧Ｐｏの変化速度ｖＰｏの許容値Ｐｏｔｈは、遅れによって調節弁の異常と誤判断されてしまう虞のない変化速度ｖＰｏの許容値を示している。この許容値Ｐｏｔｈは実験を繰り返すことによって求められている。
【００３２】
〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、定期的に、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図４にＣＰＵ４が行う異常診断処理のメインのフローチャートを示す。
【００３３】
ＣＰＵ４は、操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）を取り込むと、その取り込んだ操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度とを求め、その求めた操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める（ステップＳ１０１）。図５にステップＳ１０１で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００３４】
ＣＰＵ４は、今回のサンプリング周期（ｋ番目のサンプリング周期）で、操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）を取り込むと（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度をｖＰｏ（ｋ）として求める（ステップＳ２０３）。また、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度をｖＸ（ｋ）として求める（ステップＳ２０４）。
【００３５】
この場合、サンプリング周期をＴ〔sec〕とすると、ｖＰｏ（ｋ）〔ｋＰａ／sec 〕は下記（１）式によって計算でき、ｖＸ（ｋ）〔％／sec〕は下記（２）式によって計算できる。
ｖＰｏ（ｋ）＝（Ｐｏ（ｋ）−Ｐｏ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(１)
ｖＸ（ｋ）＝（Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(２)
【００３６】
次に、ＣＰＵ４は、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）から、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１1（図３（ａ））に従って、その変化速度ｖＰｏ（ｋ）に応じた重み成分ｗＰｏ（ｋ）を求める（ステップＳ２０５）。この場合、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下であれば、ｗＰｏ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｏｔｈを超えていれば、ｗＰｏ（ｋ）＝０とする。
【００３７】
また、開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）から、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１2（図３（ｂ））に従って、その変化速度ｖＸ（ｋ）に応じた重み成分ｗＸ（ｋ）を求める（ステップＳ２０６）。この場合、変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値が閾値Ｘｔｈ以下であれば、ｗＸ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値が閾値Ｘｔｈを超えていれば、ｗＸ（ｋ）＝０とする。
【００３８】
そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ２０５で求めた重み成分ｗＰｏ（ｋ）とステップＳ２０６で求めた重み成分ｗＸ（ｋ）とから、ｗ１（ｋ）＝ｗＰｏ（ｋ）×ｗＸ（ｋ）として、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める（ステップＳ２０７）。
【００３９】
この場合、ｗ１（ｋ）をｗ１（ｋ）＝ｗＰｏ（ｋ）×ｗＸ（ｋ）として求めることから、下記の条件式(３)を満たす場合にのみ、重みｗ１（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ１（ｋ）が０となる。
If（｜ｖＰｏ（ｋ）｜≦Ｐｏｔｈ）ＡＮＤ（｜ｖＸ（ｋ）｜≦Ｘｔｈ） ・・・・（３）
【００４０】
すなわち、操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈ以下で、かつ開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）の絶対値がＸｔｈ以下である場合にのみ、重みｗ１（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ１（ｋ）が０となる。
【００４１】
〔ｗ１（ｋ）＝０の場合〕
次に、ＣＰＵ４は、重みｗ１（ｋ）が１であるか否かをチェックし（ステップＳ１０２（図４））、重みｗ１（ｋ）が１でなければ（ステップＳ１０２のＮＯ）、ｋをインクリメントして（ステップＳ１０５）、予め定められている算出単位期間（異常診断判断期間）にまだ到達していないことを確認のうえ（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。なお、この例では、ステップＳ１０６での異常診断判断期間を１日としている。
【００４２】
〔ｗ１（ｋ）＝１の場合〕
重みｗ１（ｋ）が１であれば（ステップＳ１０２のＹＥＳ）、ＣＰＵ４は、開度Ｘ（ｋ）が属するカテゴリｉを定める（ステップＳ１０３）。図６にステップＳ１０３で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００４３】
ＣＰＵ４は、先ず、開度Ｘ（ｋ）がＸ（ｋ）≧１００％であるか否かをチェックする（ステップＳ３０１）。ここで、開度Ｘ（ｋ）が１００％以上であれば（ステップＳ３０１のＹＥＳ）、カテゴリｉをｉ＝２０とする（ステップＳ３０２）。開度Ｘ（ｋ）が１００％以上でなければ（ステップＳ３０１のＮＯ）、カテゴリｉをｉ＝Ｘ（ｋ）／５＋１とする（ステップＳ３０３）。但し、ｉ＝Ｘ（ｋ）／５＋１の算出値において、小数点以下は切り捨てる。これにより、開度Ｘ（ｋ）が０〜１００％の値を取ると仮定すると、０〜１００％が５％の開度幅で２０のカテゴリに分けられる。
【００４４】
次に、ＣＰＵ４は、開度Ｘ（ｋ）が属するカテゴリｉにおいて、操作器圧Ｐｏの最大値と最小値を更新する（ステップＳ１０４（図４））。図７にステップＳ１０４で行われる処理のサブルーチンを示す。なお、このサブルーチンにおいて、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕はカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最大値、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕はカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最小値を示す。Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の初期値については後述する。
【００４５】
ＣＰＵ４は、先ず、操作器圧Ｐｏ（ｋ）がＰｏ（ｋ）＞Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕か否かをチェックする（ステップＳ４０１）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕よりも大きければ（ステップＳ４０１のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭａｘ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ４０３）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下であれば（ステップＳ４０１のＮＯ）、Ｐｏ（ｋ）＜Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕か否かをチェックする（ステップＳ４０２）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕よりも小さければ（ステップＳ４０２のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ４０４）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下でかつＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕以上であれば（ステップＳ４０２のＮＯ）、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新は行わない。
【００４６】
そして、ＣＰＵ４は、このＭａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新処理後、ｋをインクリメントして（ステップＳ１０５（図４））、異常診断判断期間にまだ到達していないことを確認のうえ（ステップＳ１０６のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。
【００４７】
このステップＳ１０１〜Ｓ１０６の繰り返しによって、重みｗ１（ｋ）が０の時の操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）が除外され、重みｗ１（ｋ）が１の時の操作器圧Ｐｏ（ｋ）および開度Ｘ（ｋ）のみが抽出され（図１０参照）、この抽出されたデータを有効なデータ（抽出対象データ）として、カテゴリｉ毎に、そのカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が求められるものとなる。
【００４８】
〔異常診断判断期間に達した場合〕
ＣＰＵ４は、異常診断判断期間に達すると（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、すなわちステップＳ１０５でのｋのインクリメント値が異常診断判断期間に到達したことを示すと、カテゴリｉ毎に流体反力を異常診断指標値として求める（ステップＳ１０７）。図８にステップＳ１０７で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００４９】
ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ５０１）。そして、Ｆｑ〔ｉ〕をｉ＝１番目のカテゴリの流体反力とし、そのカテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を下記の（４）式に代入して、ｉ＝１番目のカテゴリの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出する（ステップＳ５０２）。但し、Ｘｉ＝２．５＋（ｉ−１）×５。
Ｆｑ〔ｉ〕＝（Ｘｉ−ｂ１）／ａ１−（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＋Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２ ・・・・（４）
【００５０】
上記（４）式は、記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ１で示される調節弁２００の正常時の静的な入出力関係と、カテゴリｉにおける収集された入出力関係を示すデータ（代表値）との間のＰｏ軸での差異を示している。すなわち、カテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕との間の中央値（（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＋Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２）をカテゴリｉ内の操作器圧Ｐｏの代表値とし、カテゴリｉの開度範囲の中央値（Ｘｉ）をカテゴリｉ内の開度Ｘの代表値とし、この代表値と正常時のデータとの間のＰｏ軸での差異を示している（図１１参照）。この差異をカテゴリｉの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕として算出する。なお、Ｆｑ〔ｉ〕は圧力〔ｋＰａ〕であるが、操作器ダイアフラム面積〔ｍ2〕×１０-3を乗ずることで、単位を圧力〔ｋＰａ〕から力〔Ｎ〕に変換できる。
【００５１】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出した後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ５０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ５０４）、ステップＳ５０１〜Ｓ５０４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉの流体反力Ｆｑ〔ｉ〕が算出される（図１２参照）。
【００５２】
そして、ＣＰＵ４は、このカテゴリｉ毎の流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を算出した後、この求めたカテゴリｉ毎の流体反力Ｆｑ〔ｉ〕を異常診断指標値とし、その流体反力Ｆｑ〔ｉ〕と予め定められている閾値とを比較し（ステップＳ１０８（図４））、１つでもその流体反力Ｆｑ〔ｉ〕が閾値を超えていれば（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ１０９）。
【００５３】
ＣＰＵ４は、ステップＳ１０９での異常報知後、あるいはステップＳ１０８でのＮＯに応じて、全てのカテゴリｉの操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値にリセットし（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。
【００５４】
図９にステップＳ１１０で行われる処理のサブルーチンを示す。ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ６０１）。そして、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＝−ＩＮＦ、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕＝ＩＮＦとする。なお、ＩＮＦは操作器圧Ｐｏが通常取り得る範囲を超える非常に大きな値（正の値）とする。これにより、Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕は操作器圧Ｐｏが通常取り得る範囲を超える正の値（初期値）とされ、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕はＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕とは逆の負の値（初期値）とされる。
【００５５】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値とした後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ６０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ６０４）、ステップＳ６０１〜Ｓ６０４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が初期値とされる。
【００５６】
ステップＳ１０９において、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕を−ＩＮＦ（負の値）とし、最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕をＩＮＦ（正の値）とすることによって、ステップＳ１０１への処理へと戻り、ステップＳ１０４においてＭａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新処理が行われる場合に、操作器圧Ｐｏ（ｋ）にどのような値が来たとしてもＭａｘ_ｐ〔ｉ〕，Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕がＰｏ（ｋ）に更新されるものとなる。
【００５７】
なお、異常診断判断期間に達した時点で、ｉ番目のカテゴリのＭａｘ_ｐ〔ｉ〕，Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕が一度も更新されていなかった場合、すなわち初期化時の値が残っていた場合には、ステップＳ１０７での流体反力の計算は行わず、ｉ番目のカテゴリの流体反力は算出不能とみなして閾値判定を行わないようにする。
【００５８】
このようにして、この実施の形態１では、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性Ｉから大きく外れるデータを除外するようにして、簡易な静的モデルを用いて、正確に、調節弁２００の異常診断が行われるものとなる。
【００５９】
なお、この実施の形態１では、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ１1，Ｇ１2として、図３（ａ），（ｂ）に示すような矩形状の重み関数を用いたが、図１３（ａ），（ｂ）に示すような三角形状の重み関数を用いるようにしてもよい。
【００６０】
図１３（ａ）に示した重み関数Ｇ１1’では、ｖＰｏが０の場合のｗＰｏを１とし、ｖＰｏの絶対値が閾値Ｐｏｔｈ以下の範囲のｗＰｏをｖＰｏ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＰｏを０としている。図１３（ｂ）に示した重み関数Ｇ１2’では、ｖＸが０の場合のｗＸを１とし、ｖＸの絶対値が閾値Ｘｔｈ以下の範囲のｗＸをｖＸ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＸを０としている。
【００６１】
また、例えば、図１３（ａ）に示した重み関数Ｇ１1’において、ｖＰｏの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＰｏ＝０に向かってｗＰｏを大きくしたり、図１３（ｂ）に示した重み関数Ｇ１2’において、ｖＸの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＸ＝０に向かってｗＸを大きくしたりするようにしてもよい。
【００６２】
また、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数は、必ずしも重み関数Ｇ１1とＧ１2とに分けなくてもよく、Ｇ１1とＧ１2とを合成した１つの重み関数（３次元の関数）としてもよい。三角形状の重み関数Ｇ１1’とＧ１2’についても同様であり、Ｇ１1’とＧ１2’とを合成した１つの重み関数（３次元の関数）としてもよい。
【００６３】
この実施の形態１の異常診断装置３００において、調節弁２００の異常診断はプログラムＰＧに従うＣＰＵ４の処理動作として行われるが、このＣＰＵ４での処理動作を行う機能をブロック化して表した場合、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏを定期的にサンプリングする操作器圧サンプリング部４１1と、調節弁２００からの開度Ｘを定期的にサンプリングする開度サンプリング部４２1と、操作器圧サンプリング部４１1によってサンプリングされた今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求める操作器圧変化速度算出部４３1と、開度サンプリング部４２1によってサンプリングされた今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める開度変化速度算出部４４1と、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ１1，Ｇ１2に基づいて操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める重み算出部４５1と、操作器圧サンプリング部４１1によってサンプリングされた操作器圧Ｐｏ（ｋ）と開度サンプリング部４２1によってサンプリングされた開度Ｘ（ｋ）と重み算出部４５1で求められた重みｗ１（ｋ）と記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ１とから異常診断判断期間中の調節弁２００のカテゴリｉ毎の異常診断指標値Ｆｑ〔ｉ〕を求める異常診断指標値算出部４６1とで表される。
【００６４】
なお、この実施の形態１では、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求めるようにしたが、過去の一定時間の信号を用いて最小二乗法で線形近似計算を行い、近似式の傾きを変化速度とすることも可能である。
【００６５】
〔実施の形態２〕
図１４にヒステリシスの幅を異常診断指標値として調節弁２００の異常診断を行う異常診断装置４００の要部の構成を示す。この異常診断装置４００も、実施の形態１と同様、ＣＰＵ４と、ＲＯＭやＲＡＭなどの記憶部５と、インタフェース６および７とを備えている。なお、この異常診断装置４００についても、ポジショナ１００や調節弁２００の内部に設けてもよいし、ポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けるようにしてもよい。図１４はポジショナ１００や調節弁２００の外部に設けた例を示している。
【００６６】
ＣＰＵ４には、インタフェース６を介して調節弁２００への入力信号である操作器圧Ｐｏが分岐して入力され、インタフェース７を介して調節弁２００からの出力である開度Ｘが分岐して入力される。また、ＣＰＵ４は、記憶部５に格納されているプログラムＰＧに従って動作する。
【００６７】
記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、調節弁２００の正常時の入出力関係を示す特性（操作器圧Ｐｏと開度Ｘとのヒステリシス特性）におけるヒステリシスの幅Ｗ１、操作器圧Ｐｏの変化速度と開度Ｘの変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるための重み関数Ｇ２1，Ｇ２2が格納されている。
【００６８】
〔ヒステリシスの幅Ｗ１〕
この実施の形態２において、調節弁２００の正常時のヒステリシスの幅Ｗ１は、調節弁２００の設計仕様により求められ、記憶部５に格納されている。なお、調節弁２００の設計仕様がない場合には、メンテナンス直後等の正常状態において、図１５（ａ）に示すように、ポジショナ１００に全開度領域で低速ランプ入力を往復で与え、図１５（ｂ）に示すように、操作器圧Ｐｏと開度Ｘのデータを取得し、その結果から正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を求めるようにしてもよい。
【００６９】
〔重み関数Ｇ２1，Ｇ２2〕
この実施の形態において、重み関数Ｇ２1，Ｇ２2は、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、実施の形態１で示した重み関数Ｇ１1，Ｇ１2（図３（ａ），（ｂ））と同じものを使用するので、ここでの説明は省略する。
【００７０】
〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、定期的に、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図１７にＣＰＵ４が行う異常診断処理のメインのフローチャートを示す。
【００７１】
このフローチャートにおいて、ステップＳ１１１〜Ｓ１１６の処理は、実施の形態１で説明したステップＳ１０１〜Ｓ１０６（図４）の処理と同じなので、省略する。
【００７２】
〔異常診断判断期間に達した場合〕
ＣＰＵ４は、異常診断判断期間に達すると（ステップＳ１１６のＹＥＳ）、カテゴリｉ毎にヒステリシスの幅を異常診断指標値として求める（ステップＳ１１７）。図１８にステップＳ１１７で行われる処理のサブルーチンを示す。
【００７３】
ＣＰＵ４は、先ず、ｉ＝１とする（ステップＳ５１１）。そして、Ｆｔ〔ｉ〕をｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅とし、そのカテゴリｉにおける操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕および最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を下記の（５）式に代入して、ｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出する（ステップＳ５１２、図１９参照）。
Ｆｔ〔ｉ〕＝Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕 ・・・・（５）
【００７４】
ＣＰＵ４は、ｉ＝１番目のカテゴリのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出した後、ｉ＝２０となるまで（ステップＳ５１３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ５１４）、ステップＳ５１１〜Ｓ５１４の処理動作を繰り返す。これにより、全てのカテゴリｉについて、そのカテゴリｉのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕が算出される（図２０参照）。
【００７５】
そして、ＣＰＵ４は、このカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕を算出した後、記憶部５に格納されている正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を読み出し、このヒステリシスの幅Ｗ１に所定値αを加算した値を閾値とし、この閾値とカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕とを比較し（ステップＳ１１８（図１７））、１つでもそのヒステリシスの幅Ｆｔ〔ｉ〕が閾値を超えていれば（ステップＳ１１８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ１１９）。
【００７６】
ＣＰＵ４は、ステップＳ１１９での異常報知後、あるいはステップＳ１１８でのＮＯに応じて、全てのカテゴリｉの操作器圧Ｐｏの最大値Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕と最小値Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕を初期値にリセットし（ステップＳ１２０）、ステップＳ１０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。ステップＳ１２０での初期値へのリセットは、実施の形態１におけるステップＳ１１０（図４）での処理動作と同じであるので、ここでの説明は省略する。
【００７７】
このようにして、この実施の形態２では、プロセス運転中、正常時のヒステリシスの幅から大きく外れるデータを除去するようにして、ヒステリシスの幅を用いて、正確に、調節弁２００の異常診断が行われるものとなる。
【００７８】
なお、実施の形態１に示した通り、運転中に、弁軸が流体反力を受けることで、操作器圧Ｐｏと開度Ｘとの関係は変化する。しかし、ヒステリシスの幅Ｗは摩擦力に依存しており、図２２に示すように、流体反力によって大きく変わることはない。そのため、流体圧力の影響下でも、実施の形態２の有効性は失われない。
【００７９】
この実施の形態２の異常診断装置４００において、調節弁２００の異常診断はプログラムＰＧに従うＣＰＵ４の処理動作として行われるが、このＣＰＵ４での処理動作を行う機能をブロック化して表した場合、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏを定期的にサンプリングする操作器圧サンプリング部４１2と、調節弁２００からの開度Ｘを定期的にサンプリングする開度サンプリング部４２2と、操作器圧サンプリング部４１2によってサンプリングされた今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求める操作器圧変化速度算出部４３2と、開度サンプリング部４２2によってサンプリングされた今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求める開度変化速度算出部４４2と、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ２1，Ｇ２2に基づいて操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）と開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ２（ｋ）を求める重み算出部４５2と、操作器圧サンプリング部４１2によってサンプリングされた操作器圧Ｐｏ（ｋ）と開度サンプリング部４２2によってサンプリングされた開度Ｘ（ｋ）と重み算出部４５2で求められた重みｗ２（ｋ）とから異常診断判断期間中の調節弁２００のカテゴリｉ毎の異常診断指標値Ｆｔ〔ｉ〕を求める異常診断部４６2とで表される。
【００８０】
なお、この実施の形態２では、今回の操作器圧Ｐｏ（ｋ）と前回の操作器圧Ｐｏ（ｋ−１）とから操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）を求め、今回の開度Ｘ（ｋ）と前回の開度Ｘ（ｋ−１）とから開度Ｘ（ｋ）の変化速度ｖＸ（ｋ）を求めるようにしたが、過去の一定時間の信号を用いて最小二乗法で線形近似計算を行い、近似式の傾きを変化速度とすることも可能である。
【００８１】
また、この実施の形態２では、ステップＳ１１７において、Ｆｔ〔ｉ〕＝Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕としてカテゴリｉ毎のヒステリシスの幅を求めるようにしたが、Ｆｔ〔ｉ〕＝（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２としてカテゴリｉ毎の摩擦力を求めるようにしてもよい（図２１参照）。
【００８２】
Ｆｔ〔ｉ〕を摩擦力とする場合、ステップＳ１１８では、記憶部５に格納されている正常時のヒステリシスの幅Ｗ１を読み出し、このヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）を求め、このヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）に所定値βを加算した値を閾値とし、その閾値と摩擦力Ｆｔ〔ｉ〕と比較するようにすればよい。或いは、記憶部５に正常時のヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）を格納しておき、この正常時のヒステリシスの幅Ｗ１の半値（Ｗ１／２）に所定値βを加算した値を閾値とし、この閾値と摩擦力Ｆｔ〔ｉ〕と比較するようにすればよい。この場合のＦｔ〔ｉ〕は圧力〔ｋＰａ〕であるが、操作器ダイアフラム面積〔ｍ2〕×１０-3を乗ずることで、単位を圧力〔ｋＰａ〕から力〔Ｎ〕に変換できる。
【００８３】
また、上述した実施の形態では、調節弁２００の異常診断を行う場合について説明したが、ポジショナ１００と調節弁２００とを組み合わせたシステム全体を１つの調節弁とみなし、上述と同様にして異常診断を行うようにしてもよい。この場合、ポジショナ１００への入力信号である開度設定信号Ｉｉｎが調節弁への入力信号に相当するものとなり、この開度設定信号Ｉｉｎと弁開度Ｘとを用いてシステム全体（調節弁）の異常診断を行うようにする。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の調節弁の異常診断方法および装置は、流体の流れを調節する調節弁の異常診断方法として、化学プラント等においてその流量プロセスに用いられる調節弁の異常診断に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１…エレキモジュール、２…ＥＰＭ（電空変換器）、３…パイロットリレー、４…ＣＰＵ、５…記憶部、６，７…インタフェース、４１1…操作器圧サンプリング部、４２1…開度サンプリング部、４３1…操作器圧変化速度算出部、４４1…開度変化速度算出部、４５1…重み算出部、４６1…異常診断指標値算出部、４１2…操作器圧サンプリング部、４２2…開度サンプリング部、４３2…操作器圧変化速度算出部、４４2…開度変化速度算出部、４５2…重み算出部、４６2…異常診断指標値算出部、１００…ポジショナ、２００…調節弁、３００，４００…異常診断装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断方法において、
前記調節弁への入力信号および前記調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングするステップと、
前記サンプリングされた入力信号の変化速度を求めるステップと、
前記サンプリングされた弁開度の変化速度を求めるステップと、
予め定められている重み関数に基づいて前記入力信号の変化速度と前記弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるステップと、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みとに基づいて前記調節弁の異常診断を行うステップと
を備えることを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行うステップは、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みと前記調節弁の正常時の静的な入出力関係とから前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法
【請求項３】
請求項１又は２に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度の絶対値が閾値以下の範囲の重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行うステップは、
予め定められた所定の期間を異常診断判断期間とし、前記重みが所定値以上として求められた前記入力信号および前記弁開度を有効なデータとし、前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた入力信号および弁開度に基づいて、前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行うステップは、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との間の中央値を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の中央値と前記調節弁の正常時の静的な入出力関係との差異を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項７】
請求項５に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行うステップは、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との差を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の最大値と最小値との差を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項８】
流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断装置において、
前記調節弁への入力信号および前記調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングする手段と、
前記サンプリングされた入力信号の変化速度を求める手段と、
前記サンプリングされた弁開度の変化速度を求める手段と、
予め定められている重み関数に基づいて前記入力信号の変化速度と前記弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求める手段と、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みとに基づいて前記調節弁の異常診断を行う手段と
を備えることを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行う手段は、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みと前記調節弁の正常時の静的な入出力関係とから前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度の絶対値が閾値以下の範囲の重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１の何れか１項に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記異常診断を行う手段は、
予め定められた所定の期間を異常診断判断期間とし、前記重みが所定値以上として求められた前記入力信号および前記弁開度を有効なデータとし、前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた入力信号および弁開度に基づいて、前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行う手段は、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との間の中央値を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の中央値と前記調節弁の正常時の静的な入出力関係との差異を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行う手段は、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との差を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の最大値と最小値との差を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１】
流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断方法において、
前記調節弁への入力信号および前記調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングするステップと、
前記サンプリングされた入力信号の変化速度を求めるステップと、
前記サンプリングされた弁開度の変化速度を求めるステップと、
予め定められている重み関数に基づいて前記入力信号の変化速度と前記弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求めるステップと、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みとに基づいて前記調節弁の異常診断を行うステップと
を備えることを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行うステップは、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みと前記調節弁の正常時の静的な入出力関係とから前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法
【請求項３】
請求項１又は２に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度の絶対値が閾値以下の範囲の重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行うステップは、
予め定められた所定の期間を異常診断判断期間とし、前記重みが所定値以上として求められた前記入力信号および前記弁開度を有効なデータとし、前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた入力信号および弁開度に基づいて、前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行うステップは、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との間の中央値を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の中央値と前記調節弁の正常時の静的な入出力関係との差異を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項７】
請求項５に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行うステップは、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との差を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の最大値と最小値との差を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断方法。
【請求項８】
流体の流れを調節する調節弁の異常診断を行う調節弁の異常診断装置において、
前記調節弁への入力信号および前記調節弁からの出力として弁開度を定期的にサンプリングする手段と、
前記サンプリングされた入力信号の変化速度を求める手段と、
前記サンプリングされた弁開度の変化速度を求める手段と、
予め定められている重み関数に基づいて前記入力信号の変化速度と前記弁開度の変化速度との組み合わせに応じた重みを求める手段と、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みとに基づいて前記調節弁の異常診断を行う手段と
を備えることを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載された調節弁の異常診断方法において、
前記異常診断を行う手段は、
前記サンプリングされた入力信号と弁開度と前記求められた重みと前記調節弁の正常時の静的な入出力関係とから前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記重み関数は、前記入力信号の変化速度および前記弁開度の変化速度の絶対値が閾値以下の範囲の重みを大とする関数である
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１の何れか１項に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記異常診断を行う手段は、
予め定められた所定の期間を異常診断判断期間とし、前記重みが所定値以上として求められた前記入力信号および前記弁開度を有効なデータとし、前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた入力信号および弁開度に基づいて、前記調節弁の異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行う手段は、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との間の中央値を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の中央値と前記調節弁の正常時の静的な入出力関係との差異を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載された調節弁の異常診断装置において、
前記入力信号は、前記調節弁への操作器圧力であり、
前記異常診断を行う手段は、
前記異常診断判断期間内の前記有効なデータとされた操作器圧力と弁開度から、予め定められた開度カテゴリ毎に操作器圧力の最大値と最小値との差を求め、この開度カテゴリ毎の操作器圧力の最大値と最小値との差を示す値を前記異常診断指標値として求める
ことを特徴とする調節弁の異常診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１３−５４４８３（Ｐ２０１３−５４４８３Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９１３１３（Ｐ２０１１−１９１３１３）
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２日（２０１１．９．２）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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