JP6262088B2 - 異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、異常判定装置に関する。

工場等におけるプロセスを管理するシステムでは、プラント内に配置した機器から定期的にプロセスデータ等を収集してプロセスを管理している。このようなシステムでは、サーバのダウンやディスクのクラッシュ等の予期せぬ障害に備え、サーバを二重化する等の冗長化構成を採用し、システムの信頼性を高めている。代表的な冗長方式として、例えば、並列冗長方式と待機冗長方式とがあり、下記特許文献１には、待機冗長方式を採用したプロセスデータ収集装置が開示されている。

特開２０１１−２５８１２５号公報

例えば、プラント設備では機器の交換や追加等が発生するが、冗長化されたシステムでは、機器の交換や追加等の前後で、主系列および従系列における機器構成や接続関係が一致している必要がある。また、主系列で故障が発生する等して、従系列に切り替えた場合に、切り替え前後で正常に運用が引き継がれる必要がある。上記特許文献１には、主系列と従系列とが正常に動作するかどうかを確認する方法については開示されていない。

本発明は、主系列と従系列とが正常に動作するかどうかを確認することができる異常判定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る異常判定装置は、管理対象機器から管理対象データを収集する、冗長化された第１収集ノードおよび第２収集ノードのそれぞれから受信した前記管理対象データを含む収集ノードデータをそれぞれ記憶する第１記憶部および第２記憶部と、前記第１収集ノードまたは前記第２収集ノードのいずれかで収集された前記管理対象データを蓄積して記憶する第３記憶部と、前記第１記憶部により記憶された前記収集ノードデータと前記第２記憶部により記憶された前記収集ノードデータとを比較する第１比較部と、前記第１比較部により比較された前記収集ノードデータ間の差異が、予め設定した第１許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する第１判定部と、前記第１判定部により異常がないと判定された場合に、前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードにそれぞれ設定されている冗長化の主系列と従系列とを入れ替える入れ替え部と、前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードのうち、前記入れ替え部により入れ替えられた後の主系列の収集ノードから受信した前記管理対象データと前記第３記憶部により記憶された前記管理対象データとを比較する第２比較部と、前記第２比較部により比較された前記管理対象データ間の差異が、予め設定した第２許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する第２判定部と、備える。

上記冗長化の冗長方式が待機冗長方式である場合には、前記従系列の収集ノードに対して前記管理対象データの収集を開始するように指示する稼働指示を送信する送信部をさらに備え、上記第１比較部は、前記稼働指示により前記従系列の収集ノードが稼働した後に、前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードから受信する前記収集ノードデータを用いて比較する、こととしてもよい。

本発明によれば、主系列と従系列とが正常に動作するかどうかを確認することができる異常判定装置を提供することができる。

実施形態における異常判定装置となるデータ記録サーバを含む冗長化システムの構成を例示する図である。 図１に示すデータ記録サーバが異常判定処理を実行する際の動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示すデータ記録サーバが異常判定処理を実行する際の動作を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

図１は、本発明の実施形態における異常判定装置となるデータ記録サーバを含む冗長化システムの概略構成を例示する図である。図１に示すように、冗長化システムは、データ記録サーバ（異常判定装置）１と、冗長化されたデータ収集サーバ（第１収集ノードおよび第２収集ノード）２Ａ、２Ｂと、を備える。なお、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂを、特に区別して記載する必要がない場合には、以下において、データ収集サーバ２と記載する。

データ収集サーバ２は、プラント内に配置される管理対象となる機器（以下、「管理対象機器」という。）から、プロセスデータ等の管理対象となるデータ（以下、「管理対象データ」という。）を収集し、データ記録サーバ１に送信する。

管理対象機器としては、例えば、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載する機器や、ファウンデーションフィールドバス（Foundation（登録商標） Fieldbus; ＦＦ）技術に対応する機器が該当する。具体的には、流量や圧力、温度等を検出する各種センサ機器、流量制御弁や圧力制御弁等の各種バルブを制御するバルブポジショナ、ポンプやファン等を動作させる各種アクチュエータ等を、管理対象機器として用いることができる。管理対象データとしては、例えば、流量や圧力、温度等の測定データ、バルブの開度等の制御データ等が該当する。

データ収集サーバ２Ａ、２Ｂは、冗長方式として、並列冗長方式を採用してもよいし、待機冗長方式を採用してもよい。並列冗長方式を採用する場合、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂは、一方が並列冗長方式のマスタ系列（主系列）の収集サーバとして設定され、他方がスレーブ系列（従系列）の収集サーバとして設定される。

待機冗長方式を採用する場合、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂは、一方が待機冗長方式の稼動系列（主系列）の収集サーバとして設定され、他方が待機系列（従系列）の収集サーバとして設定される。

図１に示すように、データ収集サーバ２は、機能的に、例えば、データ収集部２１Ａ、２１Ｂと、データ送信部２２Ａ、２２Ｂと、を有する。なお、データ収集部２１Ａ、２１Ｂまたはデータ送信部２２Ａ、２２Ｂを、特に区別して記載する必要がない場合には、以下においては、データ収集部２１またはデータ送信部２２と記載する。

データ収集部２１は、データ収集スケジュールに従って、管理対象機器から管理対象データを収集する。

データ送信部２２は、データ記録サーバ１に対する収集データの送信処理を開始する周期ごとに、自データ収集サーバ２における稼動状態情報、およびデータ収集部２１により収集された管理対象データを送信する。

データ送信部２２は、冗長方式が待機冗長方式である場合には、データ記録サーバ１および他方のデータ収集サーバ２に、稼動状態情報および管理対象データを送信する。一方、冗長方式が並列冗長方式である場合には、データ記録サーバ１にのみ、稼動状態情報および管理対象データを送信する。

図１に示すデータ記録サーバ１は、冗長化されたデータ収集サーバ２から管理対象データを受信し、主系列のデータ収集サーバから受信した管理対象データを蓄積して記憶する装置である。データ記録サーバ１は、管理者の操作指示によって異常判定指示が投入された場合に、主系列と従系列とが正常に動作するかどうかを判定する異常判定処理を実行する機能を有する。この異常判定処理を実行する機能について、以下に詳細に説明する。

データ記録サーバ１は、機能的に、例えば、第１比較部１１と、送信部１２と、第１判定部１３と、入れ替え部１４と、第２比較部１５と、第２判定部１６とを有する。また、データ記録サーバ１は、各種データを記憶するメモリとして、第１記憶部１７、第２記憶部１８および第３記憶部１９を備える。

第１記憶部１７は、データ収集サーバ２Ａから受信した管理対象データを含む収集サーバデータ（収集ノードデータ）を記憶する。第２記憶部１８は、データ収集サーバ２Ｂから受信した管理対象データを含む収集サーバデータを記憶する。

ここで、管理対象データには、例えば、管理対象機器を特定する識別情報、管理対象機器が計測した計測値、計測値の計測日時（タイムスタンプ）、および計測値の品質（例えば、良い、悪い等）を示す品質情報が含まれる。

また、収集サーバデータには、上記管理対象データの他に、例えば、収集先、収集対象、収集周期、収集方法（収集スケジュールとの同期／非同期）等を定義する収集定義情報、およびデータ収集処理を実行するかどうかを示す稼働状態情報等が含まれる。

第３記憶部１９は、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂのいずれかで収集された管理対象データを蓄積して記憶する。具体的には、冗長方式として並列冗長方式を採用する場合には、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂのうち、マスタ系列（主系列）に設定されているデータ収集サーバ２で収集された管理対象データを蓄積して記憶する。一方、待機冗長方式を採用する場合には、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂのうち、稼動系（主系列）に設定されているデータ収集サーバ２で収集された管理対象データを蓄積して記憶する。これにより、第３記憶部１９に記憶される管理対象データを履歴データとして管理することができる。

第１比較部１１は、第１記憶部１７に記憶された収集サーバデータと第２記憶部１８に記憶された収集サーバデータとを比較する。

ここで、冗長方式として待機冗長方式を採用する場合には、運用時には待機系列（従系列）のデータ収集サーバが停止している。したがって、異常判定を実行する前（第１比較部１１で比較をする前）に、送信部１２は、管理者の操作指示に従って、待機系列のデータ収集サーバに対し、管理対象データの収集を開始するように指示する稼働指示を送信する。これにより、待機系列のデータ収集サーバが稼働し、管理対象データの収集を開始する。この場合、第１比較部１１は、待機系列のデータ収集サーバが稼働を開始した後に、双方のデータ収集サーバ２Ａ、２Ｂから受信する収集サーバデータ同士を比較することになる。

第１比較部１１による比較処理の内容について、以下に、具体的に説明する。

（１−１）管理対象データに含まれる計測日時を比較対象とする場合：第１記憶部１７に記憶された計測日時と、第２記憶部１８に記憶された計測日時との間の差異率を算出することで、比較対象を比較する。

（１−２）管理対象データに含まれる計測値を比較対象とする場合：第１記憶部１７に記憶された計測値と、第２記憶部１８に記憶された計測値との間の差異率を算出することで、比較対象を比較する。

（１−３）管理対象データに含まれる品質情報を比較対象とする場合：第１記憶部１７に記憶された品質情報と、第２記憶部１８に記憶された品質情報とを比較することで、比較対象を比較する。

（１−４）収集サーバデータに含まれる収集定義情報を比較対象とする場合：第１記憶部１７に記憶された収集定義情報と、第２記憶部１８に記憶された収集定義情報とを比較することで、比較対象を比較する。

（１−５）収集サーバデータに含まれる稼働状態情報を比較対象とする場合：第１記憶部１７に記憶された稼働状態情報と、第２記憶部１８に記憶された稼働状態情報とを比較することで、比較対象を比較する。

第１判定部１３は、第１比較部１１による比較結果に応じて、異常があるかどうかを判定する。以下に、具体的に説明する。

上記（１−１）、（１−２）の場合、第１判定部１３は、第１比較部１１により算出された比較対象間の差異率が、予め設定した許容範囲（第１許容範囲）から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する。言い換えると、第１判定部１３は、差異率が許容範囲から逸脱する場合には、異常があると判定し、差異率が許容範囲内である場合には、異常がないと判定する。

上記（１−３）〜（１−５）の場合、第１判定部１３は、第１比較部１１により比較された比較対象間に差異があるか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する。言い換えると、第１判定部１３は、比較対象間に差異がある場合には、異常があると判定し、比較対象間に差異がない場合には、異常がないと判定する。

入れ替え部１４は、第１判定部１３により異常がないと判定された場合に、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂに対して設定されている冗長化の主系列と従系列とを入れ替える。例示的に、冗長方式として並列冗長方式を採用し、データ収集サーバ２Ａがマスタ系列（主系列）に設定され、データ収集サーバ２Ｂがスレーブ系列（従系列）に設定されているときに、異常がないと判定された場合、入れ替え部１４は、データ収集サーバ２Ａをスレーブ系列に設定し、データ収集サーバ２Ｂをマスタ系列に設定する。

一方、冗長方式として待機冗長方式を採用し、データ収集サーバ２Ａが稼動系列（主系列）に設定され、データ収集サーバ２Ｂが待機系列（従系列）に設定されているときに、異常がないと判定された場合、入れ替え部１４は、データ収集サーバ２Ａを待機系列に設定し、データ収集サーバ２Ｂを稼働系列に設定する。

第２比較部１５は、入れ替えた後の主系列のデータ収集サーバから受信した管理対象データと、第３記憶部１９に記憶されている管理対象データとを比較する。

ここで、第２比較部１５は、第３記憶部１９に記憶されている管理対象データのうち、主従系列を入れ替える前の主系列側のデータ収集サーバから受信した管理対象データを比較対象とする。これは、第２比較部１５による比較処理が、入れ替え後の主系列（すなわち入れ替え前の従系列）から受信した管理対象データと、入れ替え前の主系列から受信した管理対象データとの整合性を確認することを目的とするためである。

第２比較部１５による比較処理の内容について、以下に、具体的に説明する。

（２−１）管理対象データに含まれる計測日時を比較対象とする場合：入れ替え後の主系列のデータ収集サーバから受信した、時間的に前後する計測日時に基づく計測日時の間隔と、第３記憶部１９に記憶された、時間的に前後する計測日時に基づく計測日時の間隔との間の差異率を算出することで、比較対象を比較する。

（２−２）管理対象データに含まれる計測値を比較対象とする場合：入れ替え後の主系列のデータ収集サーバから受信した計測値と、第３記憶部１９に記憶された計測値との間の差異率を算出することで、比較対象を比較する。

（２−３）管理対象データに含まれる品質情報を比較対象とする場合：入れ替え後の主系列のデータ収集サーバから受信した品質情報と、第３記憶部１９に記憶された品質情報とを比較することで、比較対象を比較する。

第２判定部１６は、第２比較部１５による比較結果に応じて、異常があるかどうかを判定する。以下に、具体的に説明する。

上記（２−１）、（２−２）の場合、第２判定部１６は、第２比較部１５により算出された比較対象間の差異率が、予め設定した許容範囲（第２許容範囲）から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する。言い換えると、第２判定部１６は、差異率が許容範囲から逸脱する場合には、異常があると判定し、差異率が許容範囲内である場合には、異常がないと判定する。

上記（２−３）の場合、第２判定部１６は、第２比較部１５により比較された比較対象間に差異があるか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する。言い換えると、第２判定部１６は、比較対象間に差異がある場合には、異常があると判定し、比較対象間に差異がない場合には、異常がないと判定する。

次に、図２を参照して、冗長方式として並列冗長方式が採用されている場合におけるデータ記録サーバ１の異常判定処理実行時の動作について説明する。この動作は、管理者の操作指示によって異常判定指示が投入された場合に開始する。

最初に、データ記録サーバ１の第１比較部１１は、第１記憶部１７に記憶された収集サーバデータと、第２記憶部１８に記憶された収集サーバデータと、を比較する（ステップＳ１０１）。

続いて、第１判定部１３は、上記ステップＳ１０１において比較された結果に応じて、異常があるかどうかを判定する（ステップＳ１０２）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）には、異常がある旨を管理者に報知して（ステップＳ１０６）、本動作を終了する。

なお、管理者への報知は、例えば、モニタへのメッセージ表示であってもよいし、スピーカへの音声メッセージの出力であってもよいし、管理者が所持する携帯端末等へのメッセージ送信であってもよい。

一方、上記ステップＳ１０２において異常がないと判定された場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）に、入れ替え部１４は、データ収集サーバ２Ａ、２Ｂにそれぞれ設定されているマスタ系列またはスレーブ系列を入れ替える（ステップＳ１０３）。

続いて、第２比較部１５は、上記ステップＳ１０３において系列が入れ替えられた後のマスタ系列のデータ収集サーバから受信した管理対象データと、第３記憶部１９に記憶されている管理対象データとを比較する（ステップＳ１０４）。

続いて、第２判定部１６は、上記ステップＳ１０４において比較された結果に応じて、異常があるかどうかを判定する（ステップＳ１０５）。この判定がＹＥＳである場合（ステップＳ１０５；ＹＥＳ）には、異常がある旨を管理者に報知して（ステップＳ１０６）、本動作を終了する。

一方、上記ステップＳ１０５において異常がないと判定された場合（ステップＳ１０５；ＮＯ）には、本動作を終了する。

次に、図３を参照して、冗長方式として待機冗長方式が採用されている場合におけるデータ記録サーバの異常判定処理実行時の動作について説明する。この動作は、管理者の操作指示によって異常判定指示が投入された場合に開始する。

ここで、図３に示すステップＳ２０２〜Ｓ２０７の処理内容は、図２に示すステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理内容と同様である。ただし、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６におけるマスタ系列、スレーブ系列は、ステップＳ２０２〜Ｓ２０７ではそれぞれ稼働系列、待機系列と言い換える。以下では、図３のステップＳ２０２〜Ｓ２０７については説明を省略し、ステップＳ２０１についてのみ説明する。

最初に、データ記録サーバ１の送信部１２は、待機系列のデータ収集サーバに対して、管理対象データの収集を開始するように指示する稼働指示を送信する（ステップＳ２０１）。これにより、待機系列のデータ収集サーバが管理対象データの収集を開始し、収集した管理対象データがデータ記録サーバに送信され、第１記憶部１７または第２記憶部１８のいずれかに記憶されることになる。

上述してきたように、実施形態におけるデータ記録サーバ１によれば、第１比較部１１を有することで、主系列のデータ収集サーバから受信した収集サーバデータと従系列のデータ収集サーバから受信した収集サーバデータとを比較することができ、第１判定部１３を有することで、第１比較部１１で比較された収集サーバデータ間の差異が所定の許容範囲から逸脱するか否かに応じて異常があるかどうかを判定することができ、入れ替え部１４を有することで、第１判定部１３で異常がないと判定された場合に、主系列と従系列とを入れ替えることができ、第２比較部１５を有することで、入れ替え後の主系列のデータ収集サーバから受信した管理対象データと、入れ替え前の主系列のデータ収集サーバから受信した管理対象データとを比較することができ、第２判定部１６を有することで、第２比較部１５で比較された管理対象データ間の差異が所定の許容範囲から逸脱するか否かに応じて異常があるかどうかを判定することが可能となる。

つまり、管理者が異常判定指示を投入することで実行される異常判定処理において、第１段階の判定として、主系列と従系列とからそれぞれ受信した収集サーバデータ同士を比較して異常の有無を判定することができ、この判定で異常がない場合に、第２段階の判定として、主系列と従系列とを入れ替え、入れ替え後の主系列から受信した管理対象データと、入れ替え前の主系列から受信した管理対象データとを比較して異常の有無を判定することができる。

それゆえ、実施形態におけるデータ記録サーバ１によれば、主系列と従系列とが正常に動作するかどうかを確認することが可能となり、冗長システムの安全性を向上させることが可能となる。

１…データ記録サーバ
２Ａ、２Ｂ…データ収集サーバ
１１…第１比較部
１２…送信部
１３…第１判定部
１４…入れ替え部
１５…第２比較部
１６…第２判定部
１７…第１記憶部
１８…第２記憶部
１９…第３記憶部
２１Ａ、２１Ｂ…データ収集部
２２Ａ、２２Ｂ…データ送信部

Claims (9)

1. 管理対象機器から管理対象データを収集する、冗長化された第１収集ノードおよび第２収集ノードのそれぞれから受信した前記管理対象データを含む収集ノードデータをそれぞれ記憶する第１記憶部および第２記憶部と、
   前記第１収集ノードまたは前記第２収集ノードのいずれかで収集された前記管理対象データを蓄積して記憶する第３記憶部と、
   前記第１記憶部により記憶された前記収集ノードデータと前記第２記憶部により記憶された前記収集ノードデータとを比較する第１比較部と、
   前記第１比較部により比較された前記収集ノードデータ間の差異が、予め設定した第１許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する第１判定部と、
   前記第１判定部により異常がないと判定された場合に、前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードにそれぞれ設定されている冗長化の主系列と従系列とを入れ替える入れ替え部と、
   前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードのうち、前記入れ替え部により入れ替えられた後の主系列の収集ノードから受信した前記管理対象データと前記第３記憶部により記憶された前記管理対象データとを比較する第２比較部と、
   前記第２比較部により比較された前記管理対象データ間の差異が、予め設定した第２許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する第２判定部と、
   を備える異常判定装置。
2. 前記冗長化の冗長方式が待機冗長方式である場合には、前記従系列の収集ノードに対して前記管理対象データの収集を開始するように指示する稼働指示を送信する送信部をさらに備え、
   前記第１比較部は、前記稼働指示により前記従系列の収集ノードが稼働した後に、前記第１収集ノードおよび前記第２収集ノードから受信する前記収集ノードデータを用いて比較する、
   請求項１記載の異常判定装置。
3. 前記管理対象データは、前記管理対象機器が計測した計測日時を含み、
   前記第１比較部は、前記第１記憶部により記憶された前記計測日時と、前記第２記憶部により記憶された前記計測日時との間の差異率を算出し、
   前記第１判定部は、前記第１比較部により算出された前記差異率が、予め設定した第１許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項１または２記載の異常判定装置。
4. 前記第２比較部は、前記主系列の収集ノードから受信した、時間的に前後する前記計測日時の間隔と、前記第３記憶部により記憶された、時間的に前後する前記計測日時の間隔との間の差異率を算出し、
   前記第２判定部は、前記第２比較部により算出された前記差異率が、予め設定した第２許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項３記載の異常判定装置。
5. 前記管理対象データは、前記管理対象機器が計測した計測値を含み、
   前記第１比較部は、前記第１記憶部により記憶された前記計測値と、前記第２記憶部により記憶された前記計測値との間の差異率を算出し、
   前記第１判定部は、前記第１比較部により算出された前記差異率が、予め設定した第１許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項１または２記載の異常判定装置。
6. 前記第２比較部は、前記主系列の収集ノードから受信した前記計測値と、前記第３記憶部により記憶された前記計測値との間の差異率を算出し、
   前記第２判定部は、前記第２比較部により算出された前記差異率が、予め設定した第２許容範囲から逸脱するか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項５記載の異常判定装置。
7. 前記管理対象データは、前記管理対象データの品質に関する品質情報を含み、
   前記第１比較部は、前記第１記憶部により記憶された前記品質情報と、前記第２記憶部により記憶された前記品質情報とを比較し、
   前記第１判定部は、前記第１比較部により比較された前記品質情報間に差異があるか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項１または２記載の異常判定装置。
8. 前記第２比較部は、前記主系列の収集ノードから受信した前記品質情報と、前記第３記憶部により記憶された前記品質情報とを比較し、
   前記第２判定部は、前記第２比較部により比較された前記品質情報間に差異があるか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項７記載の異常判定装置。
9. 前記収集ノードデータは、前記管理対象データの収集に関する定義情報を含み、
   前記第１比較部は、前記第１記憶部により記憶された前記定義情報と、前記第２記憶部により記憶された前記定義情報とを比較し、
   前記第１判定部は、前記第１比較部により比較された前記定義情報間に差異があるか否かに応じて、異常があるかどうかを判定する、
   請求項１または２記載の異常判定装置。

Images