JP5696006B2 - ポジショナの異常診断方法および装置 - Google Patents

Description

この発明は、調節弁の開度を制御するポジショナの異常診断方法および装置に関するものである。

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）。

図４１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。

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。

図４２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４２（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４２（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４２（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４２（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。

〔ポジショナの異常診断〕
〔ＥＰＭの異常診断〕
ポジショナ１００では、ＥＰＭ２のノズル・フラッパ間が詰まったり、固定絞りが詰まったりすることがある。この場合、ノズル・フラッパ間が詰まる異常モードと、固定絞りが詰まる異常モードは、ＥＰＭ２の入出力信号であるＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎとの関係を用いて図４３のように表される（例えば、特許文献２参照）。

すなわち、ノズル・フラッパ間が詰まると、正常時の静的な入出力関係を示す特性Ｉに対し、ノズル背圧Ｐｎがアップする方向に変化し（特性Ｉ’）、固定絞りが詰まると、ノズル背圧Ｐｎがダウンする方向に変化する（特性Ｉ”）。この場合、同じノズル背圧Ｐｎを得るのに必要なＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙが異なるものとなる。

このような特性の変化から、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎとの関係を正常時と比較することによって、ＥＰＭ２の異常をその異常モードを区別して診断することが可能である。

〔パイロットリレーの異常診断〕
ポジショナ１００では、パイロットリレー３の出力エアが外部に漏れたり、内部から出力エアが抜けなかったりすることがある。この場合、出力エアが外部に漏れる異常モードと、出力エアが抜けない異常モードは、パイロットリレー３の入出力信号であるノズル背圧Ｐｎと操作器圧力Ｐｏとの関係を用いて図４４のように表される（例えば、特許文献２参照）。

すなわち、出力エアが外部に漏れると、正常時の静的な入出力関係を示す特性IIに対し、操作器圧力Ｐｏがダウンする方向に変化し（特性II’）、出力エアが抜けなくなると、操作器圧力Ｐｏがアップする方向に変化する（特性II”）。この場合、同じ操作器圧力Ｐｏを得るのに必要なノズル背圧Ｐｎが異なるものとなる。

このような特性の変化から、ノズル背圧Ｐｎと操作器圧力Ｐｏとの関係を正常時と比較することによって、パイロットリレー３の異常をその異常モードを区別して診断することが可能である。

実開昭６２−２８１１８号公報 特開平０７−１１０００３号公報 特開平０７−７７４８８号公報 特表２００６−５２００３８号公報 特表２００５−５３８４６２号公報

しかしながら、上述したようなポジショナ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ポジショナ内のＥＰＭやパイロットリレーなどのモジュールの異常診断を行おうとした場合、そのモジュールの異常をうまく診断することができない場合がある。

例えば、図４３に示したＥＰＭの異常の場合を考える。この場合、プロセス運転中、ＥＰＭ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（静的モデル）Ｉから大きく外れてしまう（図４５参照）。このため、ＥＰＭの異常と誤診断してしまうことがある。

また、図４４に示したパイロットリレーの異常の場合を考える。この場合、プロセス運転中、パイロットリレーを速く動かすと、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（静的モデル）IIから大きく外れてしまう（図４６参照）。このため、パイロットリレーの異常と誤診断してしまうことがある。

なお、ＥＰＭやパイロットリレー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３参照）、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。

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、ポジショナ内のＥＰＭやパイロットリレーなどのモジュール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。

このような目的を達成するために本発明は、調節弁の開度を制御するポジショナ内の所定のモジュールを対象モジュールとし、この対象モジュールの異常診断を行うポジショナの異常診断方法において、対象モジュールへの入力信号および対象モジュールからの出力信号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出力信号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出力信号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出力信号と求められた重みとに基づいて対象モジュール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。

例えば、本発明において、対象モジュールを電空変換器（ＥＰＭ）とした場合、電空変換器への入力信号としてデューティ信号（ＥＰＭ駆動信号）が定期的にサンプリングされ、電空変換器からの出力信号としてノズル背圧が定期的にサンプリングされ、サンプリングされたＥＰＭ駆動信号の変化速度と、サンプリングされたノズル背圧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、ＥＰＭ駆動信号の変化速度とノズル背圧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ＥＰＭ駆動信号とノズル背圧と求められた重みとに基づいて電空変換器の異常診断が行われる。

例えば、本発明において、ＥＰＭ駆動信号の変化速度とノズル背圧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ＥＰＭ駆動信号とノズル背圧とを用いて電空変換器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て、電空変換器の異常診断を行うようにすることが可能となる。

本発明において、対象モジュールをパイロットリレーとした場合には、パイロットリレーへの入力信号としてノズル背圧が定期的にサンプリングされ、パイロットリレーからの出力信号として操作器圧力が定期的にサンプリングされる。この場合にも、上述した電空変換器の場合と同様にして、例えば、ノズル背圧の変化速度と操作器圧力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、変化速度の小さいノズル背圧と操作器圧力とを用いてパイロットリレーの異常診断が行われるものとなり、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て、パイロットリレーの異常診断を行うようにすることが可能となる。

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出力信号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出力信号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出力信号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。このようにすると、変化速度が小さい（ゆっくり動いているときの）入出力信号を優先的に利用して、ＥＰＭやパイロットリレーなどのモジュールの異常診断が行われるものとなる。

本発明によれば、対象モジュールへの入力信号および対象モジュールからの出力信号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出力信号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出力信号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出力信号と求められた重みとに基づいて対象モジュール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入出力信号を除去するようにして、簡易にかつ正確に、ポジショナ内のＥＰＭやパイロットリレーなどのモジュールの異常診断を行うことが可能となる。

本発明に係るポジショナの異常診断方法を適用してＥＰＭ（電空変換器）の異常診断を行う異常診断装置の要部の構成（実施の形態１）を示す図である。 ＥＰＭの設計仕様がない場合などにＥＰＭ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。 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。 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。 ＥＰＭの正常時の静的な入出力関係と今回取得された入出力関係を示すデータとの間のＤｕｔｙ軸での差異を示す図である。 実施の形態１の異常診断装置で求められる異常診断指標値ｅ１に対する第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1と第２の異常診断閾値−ｅ１_th2との関係および判断される異常モードの種別を示す図である。 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。 本発明に係るポジショナの異常診断方法を適用してパイロットリレーの異常診断を行う異常診断装置の要部の構成（実施の形態２）を示す図である。 パイロットリレーの設計仕様がない場合などにパイロットリレー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。 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。 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。 パイロットリレーの正常時の静的な入出力関係と今回取得された入出力関係を示すデータとの間のＰｎ軸での差異を示す図である。 実施の形態２の異常診断装置で求められる異常診断指標値ｅ２に対する第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1と第２の異常診断閾値−ｅ２_th2との関係および判断される異常モードの種別を示す図である。 実施の形態２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。 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。 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。 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。 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。 流体反力を異常診断指標値として調節弁の異常診断を行う異常診断装置の要部の構成（参考例１）を示す図である。 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。 参考例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。 参考例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２２に示したフローチャートにおいて重みｗ３（ｋ）を求める処理のサブルーチンを示す図である。 図２２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２２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２２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２２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。 重みｗ３（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分けて示す図である。 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。 カテゴリｉ毎に算出された流体反力を示す図である。 参考例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。 ヒステリシスの幅を異常診断指標値として調節弁の異常診断を行う異常診断装置の要部の構成（参考例２）を示す図である。 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。 参考例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。 参考例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３５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。 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。 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。 カテゴリｉ毎に算出された摩擦力を示す図である。 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。 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。 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。 ＥＰＭの正常時の静的な入出力関係に対するノズル・フラッパ間が詰まる異常モード時の入出力関係および固定絞りが詰まる異常モード時の入出力関係の変化を示す図である。 パイロットリレーの正常時の静的な入出力関係に対する出力エアが外部に漏れる異常モード時の入出力関係および出力エアが抜けない異常モード時の入出力関係の変化を示す図である。 プロセス運転中、ＥＰＭ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。 プロセス運転中、パイロットリレー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。

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、対象モジュールをポジショナ内のＥＰＭとし、このＥＰＭの異常診断を行う例を説明し、次に、実施の形態２として、対象モジュールをポジショナ内のパイロットリレーとし、このパイロットリレーの異常診断を行う例を説明する。そして、最後に、調節弁の異常診断を行う例を参考例として説明する。

〔実施の形態１：ＥＭＰ（対象モジュール）〕
図１にＥＰＭ２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内に設けてもよいし、ポジショナ１００の外部に設けるようにしてもよい。図１はポジショナ１００の外部に設けた例を示している。

ＣＰＵ４には、インタフェース６を介してＥＰＭ２への入力信号であるＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙが分岐して入力され、インタフェース７を介してＥＰＭ２からの出力信号であるノズル背圧Ｐｎ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。

記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、ＥＰＭ２の正常時の静的な入出力関係（ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎとの関係）を示す線形近似式Ｆ１、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度とノズル背圧Ｐｎ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などが格納されている。

〔線形近似式Ｆ１〕
この実施の形態１において、ＥＰＭ２の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ１は、ＥＰＭ２の設計仕様により求められている。この例では、線形近似式Ｆ１がＰｎ＝ａ１×Ｄｕｔｙ＋ｂ１として定められ（ａ１，ｂ１は定数）、記憶部５に格納されている。

なお、ＥＰＭ２の設計仕様がない場合等には、詰まりのない状態で、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、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙとノズル背圧Ｐｎ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。

〔重み関数Ｇ１₁，Ｇ１₂〕
この実施の形態１において、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度とノズル背圧Ｐｎ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、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度から第１の重み成分ｗＤｕｔｙを得るための重み関数としてＧ１₁が、ノズル背圧Ｐｎの変化速度から第２の重み成分ｗＰｎ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ｗＤｕｔｙ，ｗＰｎから、後述するように、ｗ１＝ｗＤｕｔｙ×ｗＰｎとして、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度とノズル背圧Ｐｎの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ１を求める。

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、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ〔％〕の変化速度をｖＤｕｔｙ〔％／sec〕とし、この変化速度ｖＤｕｔｙの絶対値が閾値Ｄｔｈ以下の範囲のｗＤｕｔｙを１とし、それ以外は０とする。

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、ノズル背圧Ｐｎ〔ｋＰａ〕の変化速度をｖＰｎ〔ｋＰａ／sec〕とし、この変化速度ｖＰｎの絶対値が閾値Ｐｎｔｈ以下の範囲のｗＰｎを１とし、それ以外は０とする。

ここで、閾値Ｄｔｈ，Ｐｎｔｈは、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度ｖＤｕｔｙの許容値をＤｔｈとし、ＥＰＭ駆動信号ＤｕｔｙをＤｔｈまで上昇させた時の遅れて生じるノズル背圧Ｐｎの変化速度ｖＰｎをＰｎｔｈとして定めている。なお、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度ｖＤｕｔｙの許容値Ｄｔｈは、遅れによってＥＰＭの異常と誤判断されてしまう虞のない変化速度ｖＤｕｔｙの許容値を示している。この許容値Ｄｔｈは実験を繰り返すことによって求められている。

〔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、ＥＰＭ２へのＥＰＭ駆動信号ＤｕｔｙおよびＥＰＭ２からのノズル背圧Ｐｎを取り込んで、ＥＰＭ２の異常診断を行う。図４にＣＰＵ４が行う異常診断処理のフローチャートを示す。

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、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）およびノズル背圧Ｐｎ（ｋ）を取り込むと（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）、今回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）と前回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ−１）とからＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度をｖＤｕｔｙ（ｋ）として求める（ステップＳ１０３）。また、今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度をｖＰｎ（ｋ）として求める（ステップＳ１０４）。

この場合、サンプリング周期をＴ〔sec〕とすると、ｖＤｕｔｙ（ｋ）〔％／sec 〕は下記（１）式によって計算でき、ｖＰｎ（ｋ）〔ｋＰａ／sec〕は下記（２）式によって計算できる。
ｖＤｕｔｙ（ｋ）＝（Ｄｕｔｙ（ｋ）−Ｄｕｔｙ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(１)
ｖＰｎ（ｋ）＝（Ｐｎ（ｋ）−Ｐｎ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(２)

次に、ＣＰＵ４は、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（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ｖＤｕｔｙ（ｋ）に応じた重み成分ｗＤｕｔｙ（ｋ）を求める（ステップＳ１０５）。この場合、変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）の絶対値が閾値Ｄｔｈ以下であれば、ｗＤｕｔｙ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）の絶対値が閾値Ｄｔｈを超えていれば、ｗＤｕｔｙ（ｋ）＝０とする。

また、ＣＰＵ４は、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（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ｖＰｎ（ｋ）に応じた重み成分ｗＰｎ（ｋ）を求める（ステップＳ１０６）。この場合、変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈ以下であれば、ｗＰｎ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈを超えていれば、ｗＰｎ（ｋ）＝０とする。

そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ１０５で求めた重み成分ｗＤｕｔｙ（ｋ）とステップＳ１０６で求めた重み成分ｗＰｎ（ｋ）とから、ｗ１（ｋ）＝ｗＤｕｔｙ（ｋ）×ｗＰｎ（ｋ）として、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）とノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ１（ｋ）を求める（ステップＳ１０７）。

この場合、ｗ１（ｋ）をｗ１（ｋ）＝ｗＤｕｔｙ（ｋ）×ｗＰｎ（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（｜ｖＤｕｔｙ（ｋ）｜≦Ｄｔｈ）ＡＮＤ（｜ｖＰｎ（ｋ）｜≦Ｐｎｔｈ） ・・・・（３）

すなわち、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）の絶対値がＤｔｈ以下で、かつノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈ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。

そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ１０１で取得したＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）とステップＳ１０２で取得したノズル背圧Ｐｎ（ｋ）とステップＳ１０７で求めた重みｗ１（ｋ）とを下記（４）式に代入して、今回のサンプリング周期でのＥＰＭ２の異常診断指標値ｅ１（ｋ）を求める（ステップＳ１０８）。
ｅ１（ｋ）＝｛Ｄｕｔｙ（ｋ）−（Ｐｎ（ｋ）−ｂ１）／ａ１｝×ｗ１（ｋ） ・・・・（４）

上記（４）式において、「Ｄｕｔｙ（ｋ）−（Ｐｎ（ｋ）−ｂ１）／ａ１」は、記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ１で示されるＥＰＭ２の正常時の静的な入出力関係と、今回取得された入出力関係を示すデータとの間のＤｕｔｙ軸での差異を示している。すなわち、図５において、線形近似式Ｆ１で示されるＥＰＭ２の正常時の静的な入出力関係を特性Ｉ、今回取得された入出力関係を示すデータをＤ（Ｄｕｔｙ（ｋ），Ｐｎ（ｋ））とした場合、特性Ｉにおけるノズル背圧がＰｎ（ｋ）である場合のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ＝（Ｐｎ（ｋ）−ｂ１）／ａ１と今回取得されたＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）との差異ΔＤｕｔｙ（ｋ）を示している。

そして、上記（４）式において、「Ｄｕｔｙ（ｋ）−（Ｐｎ（ｋ）−ｂ１）／ａ１」にｗ１（ｋ）を乗じることによって、すなわちＤｕｔｙ軸での差異ΔＤｕｔｙ（ｋ）にｗ１（ｋ）を乗じることによって、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）の絶対値がＤｔｈ以下で、かつノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈ以下である場合にのみ、ΔＤｕｔｙ（ｋ）にｗ１（ｋ）＝１が乗じられる。それ以外の場合には、ΔＤｕｔｙ（ｋ）にｗ１（ｋ）＝０が乗じられるので、異常診断指標値ｅ１（ｋ）は０となる。

これにより、例えば、図５に示した濃い丸印でプロットされたデータについては、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙあるいはノズル背圧Ｐｎの変化速度が速いので、異常診断指標値ｅ１（ｋ）が０となり、異常診断の対象から除外されることになる。

ＣＰＵ４は、このようにして異常診断指標値ｅ１（ｋ）を求めた後、この求めた異常診断指標値ｅ１（ｋ）と予め定められている第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1と比較する（ステップＳ１０９）。ここで、異常診断指標値ｅ１（ｋ）が第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1以下であれば（ステップＳ１０９のＮＯ）、第２の異常診断閾値−ｅ１_th2と比較する（ステップＳ１１０）。

図６に第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1と第２の異常診断閾値−ｅ１_th2との関係を示す。第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1は正方向への閾値として定められ、第２の異常診断閾値−ｅ１_th2は負方向への閾値として定められている。

ＣＰＵ４は、異常診断指標値ｅ１（ｋ）が第１の異常診断閾値＋ｅ１_th1を上回っていれば（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、固定絞りに詰まりが発生したと判断し（ステップＳ１１１）、その旨の異常報知を行う（ステップＳ１１３）。異常診断指標値ｅ１（ｋ）が第２の異常診断閾値−ｅ１_th2を下回っていれば（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、ノズル・フラッパ間に詰まりが発生したと判断し（ステップＳ１１２）、その旨の異常報知を行う（ステップＳ１１３）。

以下同様にして、ＣＰＵ４は、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙおよびノズル背圧Ｐｎをサンプリングする毎に、異常診断指標値ｅ１（ｋ）を求め、異常診断指標値ｅ１（ｋ）が異常診断閾値＋ｅ１_th1あるいは−ｅ１_th2から外れていれば異常報知を行ってステップＳ１０１へ戻り、異常診断指標値ｅ１（ｋ）が異常診断閾値＋ｅ１_th1，−ｅ１_th2の範囲内にあれば直ちにステップＳ１０１へ戻るという処理動作を繰り返す。

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、ＥＰＭ２の異常診断が行われるものとなる。

なお、この実施の形態１では、異常診断指標値ｅ１が１回でも異常診断閾値＋ｅ１_th1や異常診断閾値−ｅ１_th2から外れると異常と判断するようにしたが、例えば連続して所定回数外れた場合に異常と判断するようにしたり、異常診断指標値ｅ１が異常診断閾値＋ｅ１_th1や異常診断閾値−ｅ１_th2の範囲内に戻ったら異常報知を中断するようにしてもよい。また、必ずしも異常診断閾値＋ｅ１_th1や異常診断閾値−ｅ１_th2を用いなくてもよく、異常診断指標値ｅ１の変化スピードなどからＥＰＭ２の異常を判断するようにしてもよい。

また、この実施の形態１では、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度とノズル背圧Ｐｎ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７（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。

図７（ａ）に示した重み関数Ｇ１₁’では、ｖＤｕｔｙが０の場合のｗＤｕｔｙを１とし、ｖＤｕｔｙの絶対値が閾値Ｄｔｈ以下の範囲のｗＤｕｔｙをｖＤｕｔｙ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＤｕｔｙを０としている。図７（ｂ）に示した重み関数Ｇ１₂’では、ｖＰｎが０の場合のｗＰｎを１とし、ｖＰｎの絶対値が閾値Ｐｎｔｈ以下の範囲のｗＰｎをｖＰｎ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＰｎを０としている。

また、例えば、図７（ａ）に示した重み関数Ｇ１₁’において、ｖＤｕｔｙの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＤｕｔｙ＝０に向かってｗＤｕｔｙを大きくしたり、図７（ｂ）に示した重み関数Ｇ１₂’において、ｖＰｎの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＰｎ＝０に向かってｗＰｎを大きくしたりするようにしてもよい。このような重み関数Ｇ１₁’，Ｇ１₂’を用いることにより、変化速度が小さい（ゆっくり動いているときの）ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙおよびノズル背圧Ｐｎを優先的に利用して、ＥＰＭ２の異常診断が行われるものとなる。

また、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙの変化速度とノズル背圧Ｐｎ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。

また、この実施の形態１では、ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙおよびノズル背圧Ｐｎをサンプリングする毎に異常診断指標値ｅ１を求め、その求めた異常診断指標値ｅ１に基づいて毎回異常の判断を行うようにしたが、所定期間内の異常診断指標値ｅ１を集め、その集めた異常診断指標値ｅ１から総合的に異常の判断を行うようにしてもよい。

この実施の形態１の異常診断装置３００において、ＥＰＭ２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、ＥＰＭ２へのＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙを定期的にサンプリングするＥＰＭ駆動信号サンプリング部４１₁と、ＥＰＭ２からのノズル背圧Ｐｎを定期的にサンプリングするノズル背圧サンプリング部４２₁と、ＥＰＭ駆動信号サンプリング部４１₁によってサンプリングされた今回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）と前回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ−１）とからＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）を求めるＥＰＭ駆動信号変化速度算出部４３₁と、ノズル背圧サンプリング部４２₁によってサンプリングされた今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）を求めるノズル背圧変化速度算出部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ＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）とノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（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、ＥＰＭ駆動信号サンプリング部４１₁によってサンプリングされたＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）とノズル背圧サンプリング部４２₁によってサンプリングされたノズル背圧Ｐｎ（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ＥＰＭ２の異常診断指標ｅ１（ｋ）を求める異常診断指標値算出部４６₁とで表される。

なお、この実施の形態１では、今回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）と前回のＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ−１）とからＥＰＭ駆動信号Ｄｕｔｙ（ｋ）の変化速度ｖＤｕｔｙ（ｋ）を求めるようにし、今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（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。

〔実施の形態２：パイロットリレー（対象モジュール）〕
図８にパイロットリレー３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内に設けてもよいし、ポジショナ１００の外部に設けるようにしてもよい。図８はポジショナ１００の外部に設けた例を示している。

ＣＰＵ４には、インタフェース６を介してパイロットリレー３への入力信号であるノズル背圧Ｐｎが分岐して入力され、インタフェース７を介してパイロットリレー３からの出力信号である操作器圧Ｐｏ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。

記憶部５には、上述したプログラムＰＧの他、パイロットリレー３の正常時の静的な入出力関係（ノズル背圧Ｐｎと操作器圧Ｐｏとの関係）を示す線形近似式Ｆ２、ノズル背圧Ｐｎの変化速度と操作器圧Ｐｏ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などが格納されている。

〔線形近似式Ｆ２〕
この実施の形態２において、パイロットリレー３の正常時の静的な入出力関係を示す線形近似式Ｆ２は、パイロットリレー３の設計仕様により求められている。この例では、線形近似式Ｆ２がＰｏ＝ａ２×Ｐｎ＋ｂ２として定められ（ａ２，ｂ２は定数）、記憶部５に格納されている。

なお、パイロットリレー３の設計仕様がない場合等には、漏れのない状態で、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、ノズル背圧Ｐｎと操作器圧Ｐｏの平均値をとり（図９参照）、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。

〔重み関数Ｇ２₁，Ｇ２₂〕
この実施の形態２において、ノズル背圧Ｐｎの変化速度と操作器圧Ｐｏ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は、ノズル背圧Ｐｎの変化速度から第１の重み成分ｗＰｎを得るための重み関数としてＧ２₁が、操作器圧Ｐｏの変化速度から第２の重み成分ｗＰｏを得るための重み関数としてＧ２₂が定められている。この重み関数Ｇ２₁，Ｇ２₂より得られる重み成分ｗＰｎ，ｗＰｏから、後述するように、ｗ２＝ｗＰｎ×ｗＰｏとして、ノズル背圧Ｐｎの変化速度と操作器圧Ｐｏの変化速度との組み合わせに応じた重みｗ２を求める。

図１０（ａ）に重み関数Ｇ２₁の一例を示す。この実施の形態２では、図１０（ａ）に示されるように、ノズル背圧Ｐｎ〔ｋＰａ〕の変化速度をｖＰｎ〔ｋＰａ／sec〕とし、この変化速度ｖＰｎの絶対値が閾値Ｐｎｔｈ以下の範囲のｗＰｎを１とし、それ以外は０とする。

図１０（ｂ）に重み関数Ｇ２₂の一例を示す。この実施の形態２では、図１０（ｂ）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。

ここで、閾値Ｐｎｔｈ，Ｐｏｔｈは、ノズル背圧Ｐｎの変化速度ｖＰｎの許容値をＰｎｔｈとし、ノズル背圧ＰｎをＰｎｔｈまで上昇させた時の遅れて生じる操作器圧Ｐｏの変化速度ｖＰｏをＰｏｔｈとして定めている。なお、ノズル背圧Ｐｎの変化速度ｖＰｎの許容値Ｐｎｔｈは、遅れによってパイロットリレーの異常と誤判断されてしまう虞のない変化速度ｖＰｎの許容値を示している。この許容値Ｐｎｔｈは実験を繰り返すことによって求められている。

〔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、パイロットリレー３へのノズル背圧Ｐｎおよびパイロットリレー３からの操作器圧Ｐｏを取り込んで、パイロットリレー３の異常診断を行う。図１１にＣＰＵ４が行う異常診断処理のフローチャートを示す。

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、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）および操作器圧Ｐｏ（ｋ）を取り込むと（ステップＳ２０１，Ｓ２０２）、今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度をｖＰｎ（ｋ）として求める（ステップＳ２０３）。また、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）の変化速度をｖＰｏ（ｋ）として求める（ステップＳ２０４）。

この場合、サンプリング周期をＴ〔sec〕とすると、ｖＰｎ（ｋ）〔ｋＰａ／sec 〕は下記（５）式によって計算でき、ｖＰｏ（ｋ）〔ｋＰａ／sec〕は下記（６）式によって計算できる。
ｖＰｎ（ｋ）＝（Ｐｎ（ｋ）−Ｐｎ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(５)
ｖＰｏ（ｋ）＝（Ｐｏ（ｋ）−Ｐｏ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(６)

次に、ＣＰＵ４は、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）から、記憶部５に格納されている重み関数Ｇ２₁（図１０（ａ））に従って、その変化速度ｖＰｎ（ｋ）に応じた重み成分ｗＰｎ（ｋ）を求める（ステップＳ２０５）。この場合、変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｎｔｈ以下であれば、ｗＰｎ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値が閾値Ｐｎｔｈを超えていれば、ｗＰｎ（ｋ）＝０とする。

また、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Ｇ２₂（図１０（ｂ））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Ｓ２０６）。この場合、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈ以下であれば、ｗＰｏ（ｋ）＝１とし、変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈを超えていれば、ｗＰｏ（ｋ）＝０とする。

そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ２０５で求めた重み成分ｗＰｎ（ｋ）とステップＳ２０６で求めた重み成分ｗＰｏ（ｋ）とから、ｗ２（ｋ）＝ｗＰｎ（ｋ）×ｗＰｏ（ｋ）として、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）と操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）との組み合わせに応じた重みｗ２（ｋ）を求める（ステップＳ２０７）。

この場合、ｗ２（ｋ）をｗ２（ｋ）＝ｗＰｎ（ｋ）×ｗＰｏ（ｋ）として求めることから、下記の条件式(７)を満たす場合にのみ、重みｗ２（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ２（ｋ）が０となる。
If（｜ｖＰｎ（ｋ）｜≦Ｐｎｔｈ）ＡＮＤ（｜ｖＰｏ（ｋ）｜≦Ｐｏｔｈ） ・・・・（７）

すなわち、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈ以下で、かつ操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈ以下である場合にのみ、重みｗ２（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ２（ｋ）が０となる。

そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ２０１で取得したノズル背圧Ｐｎ（ｋ）とステップＳ２０２で取得した操作器圧Ｐｏ（ｋ）とステップＳ２０７で求めた重みｗ２（ｋ）とを下記（８）式に代入して、今回のサンプリング周期でのパイロットリレー３の異常診断指標値ｅ２（ｋ）を求める（ステップＳ２０８）。
ｅ２（ｋ）＝｛Ｐｎ（ｋ）−（Ｐｏ（ｋ）−ｂ２）／ａ２｝×ｗ２（ｋ） ・・・・（８）

上記（８）式において、「Ｐｎ（ｋ）−（Ｐｏ（ｋ）−ｂ２）／ａ２」は、記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ２で示されるパイロットリレー３の正常時の静的な入出力関係と、今回取得された入出力関係を示すデータとの間のＰｎ軸での差異を示している。すなわち、図１２において、線形近似式Ｆ２で示されるパイロットリレー３の正常時の静的な入出力関係を特性II、今回取得された入出力関係を示すデータをＤ（Ｐｎ（ｋ），Ｐｏ（ｋ））とした場合、特性IIにおけるノズル背圧がＰｏ（ｋ）である場合のノズル背圧Ｐｎ＝（Ｐｏ（ｋ）−ｂ２）／ａ２と今回取得されたノズル背圧Ｐｎ（ｋ）との差異ΔＰｎ（ｋ）を示している。

そして、上記（８）式において、「Ｐｎ（ｋ）−（Ｐｏ（ｋ）−ｂ２）／ａ２」にｗ２（ｋ）を乗じることによって、すなわちＰｎ軸での差異ΔＰｎ（ｋ）にｗ２（ｋ）を乗じることによって、ノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）の絶対値がＰｎｔｈ以下で、かつ操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（ｋ）の絶対値がＰｏｔｈ以下である場合にのみ、ΔＰｎ（ｋ）にｗ２（ｋ）＝１が乗じられる。それ以外の場合には、ΔＰｎ（ｋ）にｗ２（ｋ）＝０が乗じられるので、異常診断指標値ｅ２（ｋ）は０となる。

これにより、例えば、図１２に示した濃い丸印でプロットされたデータについては、ノズル背圧Ｐｎあるいは操作器圧Ｐｏの変化速度が速いので、異常診断指標値ｅ２（ｋ）が０となり、異常診断の対象から除外されることになる。

ＣＰＵ４は、このようにして異常診断指標値ｅ２（ｋ）を求めた後、この求めた異常診断指標値ｅ２（ｋ）と予め定められている第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1と比較する（ステップＳ２０９）。ここで、異常診断指標値ｅ２（ｋ）が第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1以下であれば（ステップＳ２０９のＮＯ）、第２の異常診断閾値−ｅ２_th2と比較する（ステップＳ２１０）。

図１３に第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1と第２の異常診断閾値−ｅ２_th2との関係を示す。第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1は正方向への閾値として定められ、第２の異常診断閾値−ｅ２_th2は負方向への閾値として定められている。

ＣＰＵ４は、異常診断指標値ｅ２（ｋ）が第１の異常診断閾値＋ｅ２_th1を上回っていれば（ステップＳ２０９のＹＥＳ）、出力エア漏れが発生したと判断し（ステップＳ２１１）、その旨の異常報知を行う（ステップＳ２１３）。異常診断指標値ｅ２（ｋ）が第２の異常診断閾値−ｅ２_th2を下回っていれば（ステップＳ２１０のＹＥＳ）、出力エア排気異常（出力エアが抜けない）が発生したと判断し（ステップＳ２１２）、その旨の異常報知を行う（ステップＳ２１３）。

以下同様にして、ＣＰＵ４は、ノズル背圧Ｐｎおよび操作器圧Ｐｏをサンプリングする毎に、異常診断指標値ｅ２（ｋ）を求め、異常診断指標値ｅ２（ｋ）が異常診断閾値＋ｅ２_th1あるいは−ｅ２_th2から外れていれば異常報知を行ってステップＳ２０１へ戻り、異常診断指標値ｅ２（ｋ）が異常診断閾値＋ｅ２_th1，−ｅ２_th2の範囲内にあれば直ちにステップＳ２０１へ戻るという処理動作を繰り返す。

このようにして、この実施の形態２では、プロセス運転中、正常時の静的な入出力関係を示す特性II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、パイロットリレー３の異常診断が行われるものとなる。

なお、この実施の形態２では、異常診断指標値ｅ２が１回でも異常診断閾値＋ｅ２_th1や異常診断閾値−ｅ２_th2から外れると異常と判断するようにしたが、例えば連続して所定回数外れた場合に異常と判断するようにしたり、異常診断指標値ｅ２が異常診断閾値＋ｅ２_th1や異常診断閾値−ｅ２_th2の範囲内に戻ったら異常報知を中断するようにしてもよい。また、必ずしも異常診断閾値＋ｅ２_th1や異常診断閾値−ｅ２_th2を用いなくてもよく、異常診断指標値ｅ２の変化スピードなどからパイロットリレー３の異常を判断するようにしてもよい。

また、この実施の形態２では、ノズル背圧Ｐｎの変化速度と操作器圧Ｐｏ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として、図１０（ａ），（ｂ）に示すような矩形状の重み関数を用いたが、図１４（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。

図１４（ａ）に示した重み関数Ｇ２₁’では、ｖＰｎが０の場合のｗＰｎを１とし、ｖＰｎの絶対値が閾値Ｐｎｔｈ以下の範囲のｗＰｎをｖＰｎ＝０に向かって徐々に大きくし、それ以外のｗＰｎを０としている。図１４（ｂ）に示した重み関数Ｇ２₂’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。

また、例えば、図１４（ａ）に示した重み関数Ｇ２₁’において、ｖＰｎの正方向および負方向のさらに離れた位置から徐々にｖＰｎ＝０に向かってｗＰｎを大きくしたり、図１４（ｂ）に示した重み関数Ｇ２₂’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を大きくしたりするようにしてもよい。このような重み関数Ｇ２₁’，Ｇ２₂’を用いることにより、変化速度が小さい（ゆっくり動いているときの）ノズル背圧Ｐｎおよび操作器圧Ｐｏを優先的に利用して、パイロットリレー３の異常診断が行われるものとなる。

また、ノズル背圧Ｐｎの変化速度と操作器圧Ｐｏ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Ｇ２₁とＧ２₂とに分けなくてもよく、Ｇ２₁とＧ２₂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Ｇ２₁’とＧ２₂’についても同様であり、Ｇ２₁’とＧ２₂’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。

また、この実施の形態２では、ノズル背圧Ｐｎおよび操作器圧Ｐｏをサンプリングする毎に異常診断指標値ｅ２を求め、その求めた異常診断指標値ｅ２に基づいて毎回異常の判断を行うようにしたが、所定期間内の異常診断指標値ｅ２を集め、その集めた異常診断指標値ｅ２から総合的に異常の判断を行うようにしてもよい。

この実施の形態２の異常診断装置４００において、パイロットリレー３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、パイロットリレー３へのノズル背圧Ｐｎを定期的にサンプリングするノズル背圧サンプリング部４１₂と、パイロットリレー３からの操作器圧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４２₂と、ノズル背圧サンプリング部４１₂によってサンプリングされた今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）を求めるノズル背圧変化速度算出部４３₂と、操作器圧サンプリング部４２₂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に基づいてノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）と操作器圧Ｐｏ（ｋ）の変化速度ｖＰｏ（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、ノズル背圧サンプリング部４１₂によってサンプリングされたノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と操作器圧サンプリング部４２₂によってサンプリングされた操作器圧Ｐｏ（ｋ）と重み算出部４５₂で求められた重みｗ２（ｋ）と記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ２とからパイロットリレー３の異常診断指標ｅ２（ｋ）を求める異常診断指標値算出部４６₂とで表される。

なお、この実施の形態２では、今回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ）と前回のノズル背圧Ｐｎ（ｋ−１）とからノズル背圧Ｐｎ（ｋ）の変化速度ｖＰｎ（ｋ）を求め、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。

〔参考例〕
次に、参考例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、参考例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。

〔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１５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、III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III’で示すように変化する。

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。

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４、特許文献５参照）。図１６（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１６（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、この静摩擦力を異常判断の指標値としてもよい。

しかしながら、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。

例えば、図１５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III（静的モデル）から大きく外れてしまう（図１７参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。

また、図１６の調節弁の異常（摩擦力大）を考える。この場合、特許文献４や特許文献５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１８参照）。このため、調節弁の異常と誤診断してしまうことがある。

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３参照）、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。以下に説明する参考例１，２では、上述した調節弁での異常診断に際しての問題を解決している。

〔参考例１〕
図１９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５００の要部の構成を示す。この異常診断装置５００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。

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。

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Ｆ３、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Ｇ３₁，Ｇ３₂が格納されている。

〔線形近似式Ｆ３〕
この参考例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Ｆ３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Ｆ３をＸ＝ａ３×Ｐｏ＋ｂ３として定め（ａ３＝０．６２５，ｂ３＝−５０）、記憶部５に格納している。

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２０参照）、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。

〔重み関数Ｇ３₁，Ｇ３₂〕
この参考例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Ｇ３₁，Ｇ３₂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Ｇ３₁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Ｇ３₂が定められている。この重み関数Ｇ３₁，Ｇ３₂より得られる重み成分ｗＰｏ，ｗＸから、後述するように、ｗ３＝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ｗ３を求める。

図２１（ａ）に重み関数Ｇ３₁の一例を示す。この参考例１では、図２１（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。

図２１（ｂ）に重み関数Ｇ３₂の一例を示す。この参考例１では、図２１（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。

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。

〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを定期的に取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図２２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。

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ｗ３（ｋ）を求める（ステップＳ３０１）。図２３にステップＳ３０１で行われる処理のサブルーチンを示す。

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Ｓ４０１，Ｓ４０２）、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Ｓ４０３）。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Ｓ４０４）。

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（９）式によって計算でき、ｖＸ（ｋ）〔％／sec〕は下記（１０）式によって計算できる。
ｖＰｏ（ｋ）＝（Ｐｏ（ｋ）−Ｐｏ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(９)
ｖＸ（ｋ）＝（Ｘ（ｋ）−Ｘ（ｋ−１））／Ｔ ・・・・(１０)

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Ｇ３₁（図２１（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Ｓ４０５）。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。

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Ｇ３₂（図２１（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Ｓ４０６）。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。

そして、ＣＰＵ４は、ステップＳ４０５で求めた重み成分ｗＰｏ（ｋ）とステップＳ４０６で求めた重み成分ｗＸ（ｋ）とから、ｗ３（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ｗ３（ｋ）を求める（ステップＳ４０７）。

この場合、ｗ３（ｋ）をｗ３（ｋ）＝ｗＰｏ（ｋ）×ｗＸ（ｋ）として求めることから、下記の条件式(１１)を満たす場合にのみ、重みｗ３（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ３（ｋ）が０となる。
If（｜ｖＰｏ（ｋ）｜≦Ｐｏｔｈ）ＡＮＤ（｜ｖＸ（ｋ）｜≦Ｘｔｈ） ・・・・（１１）

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ｗ３（ｋ）が１となり、それ以外では重みｗ３（ｋ）が０となる。

〔ｗ３（ｋ）＝０の場合〕
次に、ＣＰＵ４は、重みｗ３（ｋ）が１であるか否かをチェックし（ステップＳ３０２（図２２））、重みｗ３（ｋ）が１でなければ（ステップＳ３０２のＮＯ）、ｋをインクリメントして（ステップＳ３０５）、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Ｓ３０６のＮＯ）、ステップＳ３０１に戻る。なお、この例では、ステップＳ３０６での異常診断判断期間を１日としている。

〔ｗ３（ｋ）＝１の場合〕
重みｗ３（ｋ）が１であれば（ステップＳ３０２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Ｓ３０３）。図２４にステップＳ３０３で行われる処理のサブルーチンを示す。

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Ｓ５０１）。ここで、開度Ｘ（ｋ）が１００％以上であれば（ステップＳ５０１のＹＥＳ）、カテゴリｉをｉ＝２０とする（ステップＳ５０２）。開度Ｘ（ｋ）が１００％以上でなければ（ステップＳ５０１のＮＯ）、カテゴリｉをｉ＝Ｘ（ｋ）／５＋１とする（ステップＳ５０３）。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。

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Ｓ３０４（図２２））。図２５にステップＳ３０４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。

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Ｓ６０１）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕よりも大きければ（ステップＳ６０１のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭａｘ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ６０３）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下であれば（ステップＳ６０１のＮＯ）、Ｐｏ（ｋ）＜Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕か否かをチェックする（ステップＳ６０２）。ここで、Ｐｏ（ｋ）がＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕よりも小さければ（ステップＳ６０２のＹＥＳ）、Ｐｏ（ｋ）を新たなＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕とする（ステップＳ６０４）。Ｐｏ（ｋ）がＭａｘ_ｐ〔ｉ〕以下でかつＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕以上であれば（ステップＳ６０２のＮＯ）、Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕およびＭｉｎ_ｐ〔ｉ〕の更新は行わない。

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Ｓ３０５（図２２））、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Ｓ３０６のＮＯ）、ステップＳ３０１に戻る。

このステップＳ３０１〜Ｓ３０６の繰り返しによって、重みｗ３（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ｗ３（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２８参照）、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。

〔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Ｓ３０６のＹＥＳ）、すなわちステップＳ３０５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Ｓ３０７）。図２６にステップＳ３０７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Ｓ７０１）。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（１２）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Ｓ７０２）。但し、Ｘｉ＝２．５＋（ｉ−１）×５。
Ｆｑ〔ｉ〕＝（Ｘｉ−ｂ３）／ａ３−（Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕＋Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕）／２ ・・・・（１２）

上記（１２）式は、記憶部５に格納されている線形近似式Ｆ３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２９参照）。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。

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Ｓ７０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ７０４）、ステップＳ７０１〜Ｓ７０４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３０参照）。

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Ｓ３０８（図２２））、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Ｓ３０８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ３０９）。

ＣＰＵ４は、ステップＳ３０９での異常報知後、あるいはステップＳ３０８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Ｓ３１０）、ステップＳ３０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。

図２７にステップＳ３１０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Ｓ８０１）。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。

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Ｓ８０３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ８０４）、ステップＳ８０１〜Ｓ８０４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。

ステップＳ３０９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、次のステップＳ３０４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。

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Ｓ３０７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。

このようにして、この参考例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III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。

なお、この参考例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Ｇ３₁，Ｇ３₂として、図２１（ａ），（ｂ）に示すような矩形状の重み関数を用いたが、図３１（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。

図３１（ａ）に示した重み関数Ｇ３₁’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３１（ｂ）に示した重み関数Ｇ３₂’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。

また、例えば、図３１（ａ）に示した重み関数Ｇ３₁’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３１（ｂ）に示した重み関数Ｇ３₂’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。

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Ｇ３₁とＧ３₂とに分けなくてもよく、Ｇ３₁とＧ３₂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Ｇ３₁’とＧ３₂’についても同様であり、Ｇ３₁’とＧ３₂’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。

〔参考例２〕
図３２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６００の要部の構成を示す。この異常診断装置６００も、参考例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。

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。

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Ｇ４₁，Ｇ４₂が格納されている。

〔ヒステリシスの幅Ｗ１〕
この参考例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３３（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３３（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。

〔重み関数Ｇ４₁，Ｇ４₂〕
この実施の形態において、重み関数Ｇ４₁，Ｇ４₂は、図３４（ａ），（ｂ）に示すように、参考例１で示した重み関数Ｇ３₁，Ｇ３₂（図２１（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。

〔プロセス運転中の異常診断〕
プロセス運転中、ＣＰＵ４は、調節弁２００への操作器圧Ｐｏおよび調節弁２００からの開度Ｘを定期的に取り込んで、調節弁２００の異常診断を行う。図３５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。

このフローチャートにおいて、ステップＳ３１１〜Ｓ３１６の処理は、参考例１で説明したステップＳ３０１〜Ｓ３０６（図２２）の処理と同じなので、省略する。

〔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Ｓ３１６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Ｓ３１７）。図３６にステップＳ３１７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Ｓ７１１）。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（１３）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Ｓ７１２、図３７参照）。
Ｆｔ〔ｉ〕＝Ｍａｘ_ｐ〔ｉ〕−Ｍｉｎ_ｐ〔ｉ〕 ・・・・（１３）

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Ｓ７１３のＹＥＳ）、ｉをインクリメントしながら（ステップＳ７１４）、ステップＳ７１１〜Ｓ７１４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３８参照）。

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Ｓ３１８（図３５））、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Ｓ３１８のＹＥＳ）、異常報知を行う（ステップＳ３１９）。

ＣＰＵ４は、ステップＳ３１９での異常報知後、あるいはステップＳ３１８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Ｓ３２０）、ステップＳ３０１の処理へと戻り、同様の処理動作を繰り返す。ステップＳ３２０での初期値へのリセットは、参考例１におけるステップＳ３１０（図２２（図２７））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。

このようにして、この参考例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。

なお、参考例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４０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、参考例２の有効性は失われない。

また、この参考例２では、ステップＳ３１７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３９参照）。

Ｆｔ〔ｉ〕を摩擦力とする場合、ステップＳ３１８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。

また、上述した参考例では、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。

また、上述した実施の形態１，２においても、参考例２と同様にして、ヒステリシスの幅Ｗを求め、このヒステリシスの幅Ｗを異常診断指標値としてＥＰＭ２やパイロットリレー３の異常診断を行うようにしてもよい。

本発明のポジショナの異常診断方法および装置は、調節弁の開度を制御するポジショナの異常診断方法として、そのポジショナ内のＥＰＭやパイロットリレーなどのモジュールの異常診断に利用することが可能である。

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…ＥＰＭ駆動信号サンプリング部、４２₁…ノズル背圧サンプリング部、４３₁…ＥＰＭ駆動信号変化速度算出部、４４₁…ノズル背圧変化速度算出部、４５₁…重み算出部、４６₁…異常診断指標値算出部、４１₂…ノズル背圧サンプリング部、４２₂…操作器圧サンプリング部、４３₂…ノズル背圧変化速度算出部、４４₂…操作器圧変化速度算出部、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、３００，４００，５００，６００…異常診断装置。

Claims (12)

1. 調節弁の開度を制御するポジショナ内の所定のモジュールを対象モジュールとし、この対象モジュールの異常診断を行うポジショナの異常診断方法において、
   前記対象モジュールへの入力信号および前記対象モジュールからの出力信号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出力信号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出力信号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出力信号と前記求められた重みとに基づいて前記対象モジュール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ポジショナの異常診断方法。
2. 請求項１に記載されたポジショナ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出力信号と前記求められた重みと前記対象モジュールの正常時の静的な入出力関係とから前記対象モジュールの異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
   ことを特徴とするポジショナの異常診断方法
3. 請求項１又は２に記載されたポジショナ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出力信号の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
   ことを特徴とするポジショナの異常診断方法。
4. 請求項１又は２に記載されたポジショナ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出力信号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
   ことを特徴とするポジショナの異常診断方法。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載されたポジショナの異常診断方法において、
   前記対象モジュールは、電空変換器であり、
   前記入力信号は、デューティ信号であり、
   前記出力信号は、ノズル背圧である
   ことを特徴とするポジショナの異常診断方法。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載されたポジショナの異常診断方法において、
   前記対象モジュールは、パイロットリレーであり、
   前記入力信号は、ノズル背圧であり、
   前記出力信号は、操作器圧力である
   ことを特徴とするポジショナの異常診断方法。
7. 調節弁の開度を制御するポジショナ内の所定のモジュールを対象モジュールとし、この対象モジュールの異常診断を行うポジショナの異常診断装置において、
   前記対象モジュールへの入力信号および前記対象モジュールからの出力信号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出力信号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出力信号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出力信号と前記求められた重みとに基づいて前記対象モジュールの異常診断を行う手段と
   を備えることを特徴とするポジショナの異常診断装置。
8. 請求項７に記載されたポジショナの異常診断装置において、
   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出力信号と前記求められた重みと前記対象モジュールの正常時の静的な入出力関係とから前記対象モジュールの異常診断に際して使用する異常診断指標値を求める
   ことを特徴とするポジショナの異常診断装置
9. 請求項７又は８に記載されたポジショナ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出力信号の変化速度が小さい場合に重みを大とする関数である
   ことを特徴とするポジショナの異常診断装置。
10. 請求項７又は８に記載されたポジショナ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出力信号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
    ことを特徴とするポジショナの異常診断装置。
11. 請求項７〜１０の何れか１項に記載されたポジショナの異常診断装置において、
    前記対象モジュールは、電空変換器であり、
    前記入力信号は、デューティ信号であり、
    前記出力信号は、ノズル背圧である
    ことを特徴とするポジショナの異常診断装置。
12. 請求項７〜１０の何れか１項に記載されたポジショナの異常診断装置において、
    前記対象モジュールは、パイロットリレーであり、
    前記入力信号は、ノズル背圧であり、
    前記出力信号は、操作器圧力である
    ことを特徴とするポジショナの異常診断装置。

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