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特許7646093制御信号監視装置、制御信号監視方法及び制御信号監視プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-03-06
(45)【発行日】2025-03-14
(54)【発明の名称】制御信号監視装置、制御信号監視方法及び制御信号監視プログラム
(51)【国際特許分類】
G05B 23/02 20060101AFI20250307BHJP
【ＦＩ】
G05B23/02 302N
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2024542919
(86)(22)【出願日】2024-03-07
(86)【国際出願番号】 JP2024008804
【審査請求日】2024-07-18
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006013
【氏名又は名称】三菱電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002491
【氏名又は名称】弁理士法人クロスボーダー特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】内海 力郎
【審査官】大古 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２２６００６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１２８７２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０６－３１４１１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４８９６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０６３７７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－２０９４１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１５８２２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２３／０２４４１９５（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０５Ｂ ２３／００ －２３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＰＬＣから出力される開始信号であって、装置の動作開始時に状態が変化する開始信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報と、装置の動作完了時に状態が変化する完了信号であって、前記ＰＬＣに入力される完了信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報とを含む複数の信号セット情報それぞれを対象として、対象の信号セット情報における開始信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻と、対象の信号セット情報における完了信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻との間隔である変化間隔を表し、発生順序をもつ時系列データである変化間隔データを、過去に前記ＰＬＣから出力された開始信号と、過去に前記ＰＬＣに入力された完了信号とからなる制御信号から生成する変化間隔演算部と、
前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、前記変化間隔演算部によって対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔データを入力として、変化間隔の変動を考慮して、過去の変化間隔を基に未来の変化間隔の期待値を算出する変化間隔モデルを生成するモデル生成部と、
前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、前記装置から得られた対象の信号セット情報の前記開始信号と前記完了信号との間隔である実測値と、前記モデル生成部によって前記対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔モデルを用いて過去に得られた実測値を基に算出された期待値である予測値とを比較することにより、前記装置の動作の異常度を算出する異常度算出部と
を備える制御信号監視装置。
【請求項2】
前記制御信号監視装置は、さらに、前記開始信号を取得して前記開始信号のログデータとしてログデータ記憶部に記憶するとともに、前記完了信号を取得して前記完了信号のログデータとして前記ログデータ記憶部に記憶する取得部
を備え、
前記モデル生成部は、前記取得部によって前記ログデータ記憶部に記憶された前記ログデータに基づき、前記変化間隔モデルを生成する
請求項１に記載の制御信号監視装置。
【請求項3】
前記開始信号と前記完了信号とはそれぞれ２値の信号であり、前記取得部は、前記開始信号を、前記開始信号の値が変化した時刻に置き換えて、前記開始信号のログデータとして記憶し、前記完了信号を、前記完了信号の値が変化した時刻に置き換えて、前記完了信号のログデータとして記憶する
請求項２に記載の制御信号監視装置。
【請求項4】
前記変化間隔演算部は、前記ログデータから信号セット情報で指定された前記開始信号及び前記完了信号を特定して、前記変化間隔データを生成する請求項２に記載の制御信号監視装置。
【請求項5】
前記ログデータ記憶部には、１つ以上の前記開始信号と１つ以上の前記完了信号とのそれぞれについてログデータが記憶され、前記信号セット情報は、前記開始信号を識別可能な信号名と、前記完了信号を識別可能な信号名とを含む
請求項４に記載の制御信号監視装置。
【請求項6】
前記異常度算出部は、前記変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値と、前記装置の動作に異常があるか否かを判定する際に使用する閾値とを用いて、異常が発生するタイミングを予測する請求項１に記載の制御信号監視装置。
【請求項7】
コンピュータが、ＰＬＣから出力される開始信号であって、装置の動作開始時に状態が変化する開始信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報と、装置の動作完了時に状態が変化する完了信号であって、前記ＰＬＣに入力される完了信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報とを含む複数の信号セット情報それぞれを対象として、対象の信号セット情報における開始信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻と、対象の信号セット情報における完了信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻との間隔である変化間隔を表し、発生順序をもつ時系列データである変化間隔データを、過去に前記ＰＬＣから出力された開始信号と、過去に前記ＰＬＣに入力された完了信号とからなる制御信号から生成し、
コンピュータが、前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔データを入力として、変化間隔の変動を考慮して、過去の変化間隔を基に未来の変化間隔の期待値を算出する変化間隔モデルを生成し、
コンピュータが、前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、前記装置から得られた対象の信号セット情報の前記開始信号と前記完了信号との間隔である実測値と、前記対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔モデルを用いて過去に得られた実測値を基に算出された期待値である予測値とを比較することにより、前記装置の動作の異常度を算出する制御信号監視方法。
【請求項8】
ＰＬＣから出力される開始信号であって、装置の動作開始時に状態が変化する開始信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報と、装置の動作完了時に状態が変化する完了信号であって、前記ＰＬＣに入力される完了信号の信号名と変化トリガと１回の動作サイクルの中の何回目の変化であるかを示す補足情報とを含む複数の信号セット情報それぞれを対象として、対象の信号セット情報における開始信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻と、対象の信号セット情報における完了信号の信号名と変化トリガと補足情報が示す回数とに対応する時刻との間隔である変化間隔を表し、発生順序をもつ時系列データである変化間隔データを、過去に前記ＰＬＣから出力された開始信号と、過去に前記ＰＬＣに入力された完了信号とからなる制御信号から生成する変化間隔演算処理と、
前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、前記変化間隔演算処理によって対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔データを入力として、変化間隔の変動を考慮して、過去の変化間隔を基に未来の変化間隔の期待値を算出する変化間隔モデルを生成するモデル生成処理と、
前記複数の信号セット情報それぞれを対象として、前記装置から得られた対象の信号セット情報の前記開始信号と前記完了信号との間隔である実測値と、前記モデル生成処理によって前記対象の信号セット情報について生成された前記変化間隔モデルを用いて過去に得られた実測値を基に算出された期待値である予測値とを比較することにより、前記装置の動作の異常度を算出する異常度算出処理と
を行う制御信号監視装置としてコンピュータを機能させる制御信号監視プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、装置の動作を制御する制御信号を監視する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ＰＬＣは製造設備に含まれる様々な装置と制御信号のやり取りを行っている。ＰＬＣは、Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒの略である。装置は、具体例としては、ロボット、コンベア又はシリンダである。
制御信号は、主にＯＮ及びＯＦＦの状態を持つ２値のディジタル信号で構成されることが特徴としてある。ＰＬＣに入出力される制御信号には各装置の動作開始時に状態が変化する信号（以降、開始信号と表記）と、装置の動作完了時に状態が変化する信号（以降、完了信号と表記）とが含まれている。開始信号及び完了信号を適切に監視することで装置の動作監視が可能である。
制御信号は、主にＯＮ及びＯＦＦの状態を持つ２値のディジタル信号で構成されることが特徴としてある。ＰＬＣに入出力される制御信号には各装置の動作開始時に状態が変化する信号（以降、開始信号と表記）と、装置の動作完了時に状態が変化する信号（以降、完了信号と表記）とが含まれている。開始信号及び完了信号を適切に監視することで装置の動作監視が可能である。
【0003】
特許文献１には、ＰＬＣのある信号の立ち上がりと別の信号の立下りのタイミングとの時間差を監視することで装置の異常動作を検出する方法が記載されている。特許文献１では、基準動作パターンには許容時間幅が設けられており、正常範囲内のタイミングのズレを異常動作として検出しない工夫がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平０９－２２３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載された技術では、信号同士の変化の時間差と許容値とを比較して装置動作の異常判定を行う。そのため、気温等の温度変化で長期的に発生する正常な動作変動を異常として検出してしまう場合がある。また、異なる２つの動作パターンを持つ装置において、片方の動作の異常を見逃してしまう許容値を設定せざるを得ない場合がある。
本開示は、開始信号と完了信号とを用いて適切に装置の異常を判定可能にすることを目的とする。
本開示は、開始信号と完了信号とを用いて適切に装置の異常を判定可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る制御信号監視装置は、
装置の動作を引き起こす開始信号と、装置の動作の結果として現れる完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部によって生成された前記変化間隔モデルを用いて、前記装置の動作の異常度を算出する異常度算出部と
を備える。
装置の動作を引き起こす開始信号と、装置の動作の結果として現れる完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成するモデル生成部と、
前記モデル生成部によって生成された前記変化間隔モデルを用いて、前記装置の動作の異常度を算出する異常度算出部と
を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示では、開始信号と完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを用いて、装置の異常を監視する。変化間隔モデルを用いることにより、開始信号と完了信号とから装置の異常を適切に判定可能にできる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施の形態１に係る制御信号監視システム１００の構成図。
【図2】実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の機能構成図。
【図3】実施の形態１に係る制御信号監視装置１０のハードウェア構成図。
【図4】実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の処理の流れを示すフローチャート。
【図5】実施の形態１に係る記憶されるデータサイズの削減の説明図。
【図6】実施の形態１に係る変化間隔データの生成方法の説明図。
【図7】実施の形態１に係る変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する際の学習方法の説明図。
【図8】実施の形態１に係る異常度の表示例を示す図。
【図9】実施の形態１に係る２つの動作パターンを持つ装置の異常の説明図。
【図10】実施の形態２に係る制御信号監視装置１０の処理の流れを示すフローチャート。
【図11】実施の形態２に係る異常が発生するタイミングの予測方法の説明図。
【図12】実施の形態２に係る異常が発生するタイミングの表示例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
＊＊＊構成の説明＊＊＊
【0010】
図１を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視システム１００の構成を説明する。
制御信号監視システム１００は、制御信号監視装置１０と、ＰＬＣ２０と、製造設備３０とを備える。製造設備３０は、１つ以上の装置３１を備える。制御信号監視装置１０とＰＬＣ２０とは、伝送路４１を介して接続されている。また、ＰＬＣ２０と製造設備３０が備える１つ以上の装置３１それぞれとは、伝送路４２を介して接続されている。
ＰＬＣ２０は、各装置３１と、伝送路４２を介して制御信号をやり取りしている。制御信号監視装置１０は、ＰＬＣ２０から、伝送路４１を介して制御信号又は制御信号のログを取得する。
制御信号監視システム１００は、制御信号監視装置１０と、ＰＬＣ２０と、製造設備３０とを備える。製造設備３０は、１つ以上の装置３１を備える。制御信号監視装置１０とＰＬＣ２０とは、伝送路４１を介して接続されている。また、ＰＬＣ２０と製造設備３０が備える１つ以上の装置３１それぞれとは、伝送路４２を介して接続されている。
ＰＬＣ２０は、各装置３１と、伝送路４２を介して制御信号をやり取りしている。制御信号監視装置１０は、ＰＬＣ２０から、伝送路４１を介して制御信号又は制御信号のログを取得する。
【0011】
図２を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の機能構成を説明する。
制御信号監視装置１０は、機能構成要素として、取得部１１と、ログデータ記憶部１２と、入力部１３と、信号セット記憶部１４と、変化間隔演算部１５と、変化間隔記憶部１６と、モデル生成部１７と、異常度算出部１８と、表示制御部１９とを備える。
制御信号監視装置１０は、機能構成要素として、取得部１１と、ログデータ記憶部１２と、入力部１３と、信号セット記憶部１４と、変化間隔演算部１５と、変化間隔記憶部１６と、モデル生成部１７と、異常度算出部１８と、表示制御部１９とを備える。
【0012】
図３を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０のハードウェア構成を説明する。
制御信号監視装置１０は、コンピュータである。
制御信号監視装置１０は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、ストレージ１０３と、通信インタフェース１０４とのハードウェアを備える。プロセッサ１０１は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
制御信号監視装置１０は、コンピュータである。
制御信号監視装置１０は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、ストレージ１０３と、通信インタフェース１０４とのハードウェアを備える。プロセッサ１０１は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
【0013】
プロセッサ１０１は、プロセッシングを行うＩＣである。ＩＣはＩｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略である。プロセッサ１０１は、具体例としては、ＣＰＵ、ＤＳＰ、ＧＰＵである。ＣＰＵは、Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略である。ＤＳＰは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒの略である。ＧＰＵは、Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔの略である。
【0014】
メモリ１０２は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ１０２は、具体例としては、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭである。ＳＲＡＭは、Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略である。ＤＲＡＭは、Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙの略である。
【0015】
ストレージ１０３は、データを保管する記憶装置である。ストレージ１０３は、具体例としては、ＳＳＤである。ＳＳＤは、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅの略である。また、ストレージ１０３は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬記録媒体であってもよい。ＳＤは、Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌの略である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋの略である。
【0016】
通信インタフェース１０４は、外部の装置と通信するためのインタフェースである。通信インタフェース１０４は、具体例としては、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）のポートである。ＵＳＢは、Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓの略である。ＨＤＭＩは、Ｈｉｇｈ－Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅの略である。
【0017】
制御信号監視装置１０の取得部１１と入力部１３と変化間隔演算部１５とモデル生成部１７と異常度算出部１８と表示制御部１９との機能はソフトウェアにより実現される。ストレージ１０３には、これらの機能を実現するプログラムが格納されている。このプログラムは、プロセッサ１０１によりメモリ１０２に読み込まれ、プロセッサ１０１によって実行される。これにより、制御信号監視装置１０の各機能構成要素の機能が実現される。
【0018】
制御信号監視装置１０のログデータ記憶部１２と信号セット記憶部１４と変化間隔記憶部１６との機能は、メモリ１０２又はストレージ１０３等の記憶装置によって実現される。なお、これらの機能は、制御信号監視装置１０の外部の記憶装置によって実現されてもよい。
【0019】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図４から図８を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作を説明する。
実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作手順は、実施の形態１に係る制御信号監視方法に相当する。また、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作を実現するプログラムは、実施の形態１に係る制御信号監視プログラムに相当する。
図４から図８を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作を説明する。
実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作手順は、実施の形態１に係る制御信号監視方法に相当する。また、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の動作を実現するプログラムは、実施の形態１に係る制御信号監視プログラムに相当する。
【0020】
図４を参照して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０の処理の流れを説明する。
（ステップＳ１０１：制御信号収集処理）
ＰＬＣ２０は、製造設備３０が備える各装置３１と複数の制御信号の通信を行っている。取得部１１は、ＰＬＣ２０から各装置３１と通信している複数の制御信号を取得する。ここでは、取得部１１は、複数の制御信号そのものを取得するものとして説明するが、複数の制御信号のログを取得してもよい。この際、取得部１１は、少なくとも各装置の一連動作が２回以上発生する時間分の複数の制御信号を取得する。
複数の制御信号には、開始信号と完了信号とが含まれる。開始信号は、装置の動作を引き起こす信号であり、装置の動作開始時に状態が変化する信号である。完了信号は、装置の動作の結果として現れる信号であり、装置の動作完了時に状態が変化する信号である。複数の制御信号は、いずれもＯＮとＯＦＦとを表す２値のディジタル信号である。
（ステップＳ１０１：制御信号収集処理）
ＰＬＣ２０は、製造設備３０が備える各装置３１と複数の制御信号の通信を行っている。取得部１１は、ＰＬＣ２０から各装置３１と通信している複数の制御信号を取得する。ここでは、取得部１１は、複数の制御信号そのものを取得するものとして説明するが、複数の制御信号のログを取得してもよい。この際、取得部１１は、少なくとも各装置の一連動作が２回以上発生する時間分の複数の制御信号を取得する。
複数の制御信号には、開始信号と完了信号とが含まれる。開始信号は、装置の動作を引き起こす信号であり、装置の動作開始時に状態が変化する信号である。完了信号は、装置の動作の結果として現れる信号であり、装置の動作完了時に状態が変化する信号である。複数の制御信号は、いずれもＯＮとＯＦＦとを表す２値のディジタル信号である。
【0021】
取得部１１は、取得された制御信号をログデータとしてログデータ記憶部１２に記憶する。この際、取得部１１は、制御信号を２値の信号値のままログデータとして記憶するのではなく、ＯＮとＯＦＦとの値が変化した時刻を示す変化時刻データに置き換えてログデータとして記憶する。これにより、記憶されるデータサイズの削減が見込まれる。
【0022】
図５を参照して、記憶されるデータサイズの削減について説明する。
制御信号は２値のディジタル信号であり、時刻とともに状態が変化する。信号列ｄ１００は、ある信号１つについて定周期で観測した信号の状態を示す。信号列ｄ１００をそのままのログデータとして記憶した場合、時刻毎の２値の値（ｄ１０１～ｄ１０ｎ）を記憶することになる。
しかし、個々の制御信号は数秒に一回程度しか変化しない。そのため、信号の立ち上がり時刻ｄ２０１と、立下り時刻ｄ２０２とのように時刻情報としてログデータを記憶する方が結果的に使用する記録容量が少なくなることが多い。また、信号同士の変化の時間差を計算する上で、時刻情報として保存されていることで計算時間が短くなる効果も見込める。
制御信号は２値のディジタル信号であり、時刻とともに状態が変化する。信号列ｄ１００は、ある信号１つについて定周期で観測した信号の状態を示す。信号列ｄ１００をそのままのログデータとして記憶した場合、時刻毎の２値の値（ｄ１０１～ｄ１０ｎ）を記憶することになる。
しかし、個々の制御信号は数秒に一回程度しか変化しない。そのため、信号の立ち上がり時刻ｄ２０１と、立下り時刻ｄ２０２とのように時刻情報としてログデータを記憶する方が結果的に使用する記録容量が少なくなることが多い。また、信号同士の変化の時間差を計算する上で、時刻情報として保存されていることで計算時間が短くなる効果も見込める。
【0023】
（ステップＳ１０２：信号セット情報入力処理）
入力部１３は、監視対象となる装置についての信号セット情報を入力する。監視対象となる装置が複数存在する場合には、入力部１３は、監視対象となる複数の装置それぞれについての信号セット情報を入力する。なお、入力部１３は、１つの装置について複数の信号セット情報を入力してもよい。入力部１３は、入力された信号セット情報を信号セット記憶部１４に記憶する。
信号セット情報は、監視対象毎に少なくとも開始信号の信号名と、開始信号の変化トリガと、完了信号の信号名と、完了信号の変化トリガとを含む。信号名は、制御信号を識別可能な名称である。変化トリガは、信号の立ち上がりと立下りとのどちらを見るかを示す情報である。信号セット情報は、信号が１回の動作サイクルの中で複数回変化する場合等には、厳密に信号の対応関係を定義するための補足情報も含む。補足情報は、サイクル内での何回目の変化を見るか等を示す。
信号セット情報の作成方法は、人が手動で設定する、装置の設計情報から抽出する、データから自動で抽出するといった様々な手法が考えられる。ここでは、どの手法が使用されてもよい。
入力部１３は、監視対象となる装置についての信号セット情報を入力する。監視対象となる装置が複数存在する場合には、入力部１３は、監視対象となる複数の装置それぞれについての信号セット情報を入力する。なお、入力部１３は、１つの装置について複数の信号セット情報を入力してもよい。入力部１３は、入力された信号セット情報を信号セット記憶部１４に記憶する。
信号セット情報は、監視対象毎に少なくとも開始信号の信号名と、開始信号の変化トリガと、完了信号の信号名と、完了信号の変化トリガとを含む。信号名は、制御信号を識別可能な名称である。変化トリガは、信号の立ち上がりと立下りとのどちらを見るかを示す情報である。信号セット情報は、信号が１回の動作サイクルの中で複数回変化する場合等には、厳密に信号の対応関係を定義するための補足情報も含む。補足情報は、サイクル内での何回目の変化を見るか等を示す。
信号セット情報の作成方法は、人が手動で設定する、装置の設計情報から抽出する、データから自動で抽出するといった様々な手法が考えられる。ここでは、どの手法が使用されてもよい。
【0024】
（ステップＳ１０３：変化間隔演算処理）
変化間隔演算部１５は、ステップＳ１０１で記憶された信号ログデータとステップＳ１０２で記憶された信号セット情報とから変化間隔データを生成する。変化間隔演算部１５は、変化間隔データを変化間隔記憶部１６に記憶する。
変化間隔演算部１５は、ステップＳ１０１で記憶された信号ログデータとステップＳ１０２で記憶された信号セット情報とから変化間隔データを生成する。変化間隔演算部１５は、変化間隔データを変化間隔記憶部１６に記憶する。
【0025】
図６を参照して、変化間隔データの生成方法を説明する。変化間隔演算部１５は、信号ログデータｄ３００に含まれる信号のうち、信号セット情報ｄ４００で指定された開始信号ｄ３１１及び完了信号ｄ３２１を特定する。変化間隔演算部１５は、特定された開始信号における変化トリガで指定された変化ｄ３１２の時刻を特定する。また、変化間隔演算部１５は、変化ｄ３１２の直後に発生した、特定された完了信号における変化トリガで指定された変化ｄ３２２の時刻を特定する。そして、変化間隔演算部１５は、変化ｄ３１２の時刻と変化ｄ３２２の時刻との差を変化間隔データｄ３０１，ｄ３０２として生成する。
このとき、変化間隔演算部１５は、信号セット情報における補足情報により、回数指定ｄ４２３等がある場合には、回数指定ｄ４２３等に従って計算対象を調整する。ここでは、完了信号の回数指定が２になっているため、サイクル内での２回目の変化を見るように調整されている（ｄ３２３参照）。
このとき、変化間隔演算部１５は、信号セット情報における補足情報により、回数指定ｄ４２３等がある場合には、回数指定ｄ４２３等に従って計算対象を調整する。ここでは、完了信号の回数指定が２になっているため、サイクル内での２回目の変化を見るように調整されている（ｄ３２３参照）。
【0026】
（ステップＳ１０４：モデル生成処理）
モデル生成部１７は、回帰モデルを使用して、ステップＳ１０３で記憶された変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する。使用する回帰モデルとしては、自己回帰モデル、又は、ニューラルネットワークモデル等が考えられる。
モデル生成部１７は、回帰モデルを使用して、ステップＳ１０３で記憶された変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する。使用する回帰モデルとしては、自己回帰モデル、又は、ニューラルネットワークモデル等が考えられる。
【0027】
図７を参照して、変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する際の学習方法を説明する。
変化間隔データｄ５００は、発生順序をもつ時系列データである。変化間隔モデルは、過去のデータを入力データｄ５１１として入力データｄ５１１の先のデータ５１２を予測する。この時、１つのデータではなく、複数のデータｄ５０１を入力としてもよい。
モデル生成部１７は、変化間隔モデルによって予測された先のデータｄ５１２と実際のデータとの差ｄ５１３を最小化するように学習を行う。これにより、変化間隔モデルは、過去の変化間隔を基に未来の変化間隔の期待値を算出することができるようになる。
変化間隔データｄ５００は、発生順序をもつ時系列データである。変化間隔モデルは、過去のデータを入力データｄ５１１として入力データｄ５１１の先のデータ５１２を予測する。この時、１つのデータではなく、複数のデータｄ５０１を入力としてもよい。
モデル生成部１７は、変化間隔モデルによって予測された先のデータｄ５１２と実際のデータとの差ｄ５１３を最小化するように学習を行う。これにより、変化間隔モデルは、過去の変化間隔を基に未来の変化間隔の期待値を算出することができるようになる。
【0028】
（ステップＳ１０５：異常度算出処理）
異常度算出部１８は、ステップＳ１０４で生成された変化間隔モデルを用いて、監視対象となる装置の動作の異常度を算出する。
具体的には、異常度算出部１８は、装置から得られた開始信号と完了信号との間隔である実測値と、変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値とを比較して、装置の異常度を算出する。異常度の算出方法としては、実測値Ｌｎと期待値Ｐｎとを用いて、異常度＝（｜Ｐｎ－Ｌｎ｜）／Ｐｎとする方法等がある。
ここでの実測値は、ステップＳ１０２で入力された信号セット情報で指定された開始信号と完了信号との最新の間隔である。
異常度算出部１８は、ステップＳ１０４で生成された変化間隔モデルを用いて、監視対象となる装置の動作の異常度を算出する。
具体的には、異常度算出部１８は、装置から得られた開始信号と完了信号との間隔である実測値と、変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値とを比較して、装置の異常度を算出する。異常度の算出方法としては、実測値Ｌｎと期待値Ｐｎとを用いて、異常度＝（｜Ｐｎ－Ｌｎ｜）／Ｐｎとする方法等がある。
ここでの実測値は、ステップＳ１０２で入力された信号セット情報で指定された開始信号と完了信号との最新の間隔である。
【0029】
（ステップＳ１０６：表示制御処理）
表示制御部１９は、ステップＳ１０５で計算された異常度等を、通信インタフェース１０４を介して接続された表示装置に表示する。具体的には、表示制御部１９は、監視結果として、監視対象の装置について、異常度と、期待値と、実測値とを表示することが考えられる。
表示制御部１９は、ステップＳ１０５で計算された異常度等を、通信インタフェース１０４を介して接続された表示装置に表示する。具体的には、表示制御部１９は、監視結果として、監視対象の装置について、異常度と、期待値と、実測値とを表示することが考えられる。
【0030】
図８を参照して、異常度の表示例を説明する。
表示制御部１９は、各装置についての異常度を示す異常度表示画面ｄ６１０を表示する。これにより、各装置の異常度を利用者が監視可能になる。この際、表示制御部１９は、異常度が閾値を超えている装置については色を変える等して強調して表示してもよい。
特定の装置について異常度を詳しく確認したい場合には、利用者によって確認したい装置が選択される。すると、表示制御部１９は、変化間隔の推移グラフｄ６００を表示する。変化間隔の推移グラフｄ６００には、変化間隔モデルにより計算された変化間隔の期待値ｄ６０１と、変化間隔の実測値ｄ６０２と、これらの比較により算出された異常度ｄ６０３との推移が示されている。変化間隔の推移グラフｄ６００を参照することにより、選択された装置の動作が本来の予定よりも遅れている、不規則に変動しているといった異常の内容を視覚的に確認できる。
表示制御部１９は、各装置についての異常度を示す異常度表示画面ｄ６１０を表示する。これにより、各装置の異常度を利用者が監視可能になる。この際、表示制御部１９は、異常度が閾値を超えている装置については色を変える等して強調して表示してもよい。
特定の装置について異常度を詳しく確認したい場合には、利用者によって確認したい装置が選択される。すると、表示制御部１９は、変化間隔の推移グラフｄ６００を表示する。変化間隔の推移グラフｄ６００には、変化間隔モデルにより計算された変化間隔の期待値ｄ６０１と、変化間隔の実測値ｄ６０２と、これらの比較により算出された異常度ｄ６０３との推移が示されている。変化間隔の推移グラフｄ６００を参照することにより、選択された装置の動作が本来の予定よりも遅れている、不規則に変動しているといった異常の内容を視覚的に確認できる。
【0031】
図４の処理は、周期的に実行される。
２度目以降に図４の処理が実行される場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理はスキップされてもよい。ステップＳ１０２の処理は、監視対象とする制御信号が変更される場合にだけ実行されればよい。また、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理は、変化間隔モデルを再生成する場合にだけ実行されればよい。
２度目以降に図４の処理が実行される場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０４の処理はスキップされてもよい。ステップＳ１０２の処理は、監視対象とする制御信号が変更される場合にだけ実行されればよい。また、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４の処理は、変化間隔モデルを再生成する場合にだけ実行されればよい。
【0032】
＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０は、開始信号と完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを用いて、装置の異常を監視する。変化間隔モデルを用いることにより、装置の異常を適切に判定可能にできる。
以上のように、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０は、開始信号と完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを用いて、装置の異常を監視する。変化間隔モデルを用いることにより、装置の異常を適切に判定可能にできる。
【0033】
変化間隔モデルを用いることにより、特許文献１に記載された技術のように、気温等の温度変化で長期的に発生する正常な動作変動を異常として検出してしまうということを防止可能である。また、変化間隔モデルを用いることにより、特許文献１に記載された技術のように、異なる２つの動作パターンを持つ装置において、片方の動作の異常を見逃してしまう許容値を設定せざるを得ないということもない。
【0034】
図９を参照して、２つの動作パターンを持つ装置の異常に関して具体的に説明する。
ロボット５０は、地点Ａから地点Ｃに物を移動する動作パターンと、地点Ｂから地点Ｃに物を移動するという動作パターンとの２つの動作パターンを持つとする。Ａ地点からの動作時の動作時間がＢ地点からの動作時の動作時間よりも長くなる時、特許文献１の手法を使用すると、許容時間幅はＡ地点からの動作時間幅より長く設定する必要がある。その結果、Ｂ地点からの移動時に異常が発生して動作が遅くなってしまった場合でも許容時間幅に収まってしまい、異常を見逃してしまう可能性がある。
しかし、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０では、変化間隔モデルを用いて指定された信号の変化間隔の異常度を算出する。そのため、Ａ地点からの動作時とＢ地点からの動作時とのそれぞれについて別の変化間隔モデルにより異常度を算出可能である。これにより、２つの動作パターンを持つ装置の異常についても適切に判定可能である。
ロボット５０は、地点Ａから地点Ｃに物を移動する動作パターンと、地点Ｂから地点Ｃに物を移動するという動作パターンとの２つの動作パターンを持つとする。Ａ地点からの動作時の動作時間がＢ地点からの動作時の動作時間よりも長くなる時、特許文献１の手法を使用すると、許容時間幅はＡ地点からの動作時間幅より長く設定する必要がある。その結果、Ｂ地点からの移動時に異常が発生して動作が遅くなってしまった場合でも許容時間幅に収まってしまい、異常を見逃してしまう可能性がある。
しかし、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０では、変化間隔モデルを用いて指定された信号の変化間隔の異常度を算出する。そのため、Ａ地点からの動作時とＢ地点からの動作時とのそれぞれについて別の変化間隔モデルにより異常度を算出可能である。これにより、２つの動作パターンを持つ装置の異常についても適切に判定可能である。
【0035】
また、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０は、信号セット情報で指定された開始信号と完了信号との間隔を用いて異常度を計算する。そのため、不要な信号間の間隔を用いた演算等を行う必要がない。
特許文献１に記載された技術では、ＰＬＣに接続されている信号のうちの監視対象とするものを絞り込む方法がない。そのため、監視対象となるデータが非常に多くなる場合がある。ＰＬＣに接続されている信号数をｎとした場合、各信号のＯＮ及びＯＦＦそれぞれの順番付き組み合わせとして最大Ｐ２ｎ，２＝２ｎ×（２ｎ－１）個の監視対象が考えられる。これに対して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０では、必要な分だけ監視対象となるため、処理負荷を抑えることができる。
特許文献１に記載された技術では、ＰＬＣに接続されている信号のうちの監視対象とするものを絞り込む方法がない。そのため、監視対象となるデータが非常に多くなる場合がある。ＰＬＣに接続されている信号数をｎとした場合、各信号のＯＮ及びＯＦＦそれぞれの順番付き組み合わせとして最大Ｐ２ｎ，２＝２ｎ×（２ｎ－１）個の監視対象が考えられる。これに対して、実施の形態１に係る制御信号監視装置１０では、必要な分だけ監視対象となるため、処理負荷を抑えることができる。
【0036】
＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１では、各機能構成要素がソフトウェアで実現された。しかし、変形例１として、各機能構成要素はハードウェアで実現されてもよい。この変形例１について、実施の形態１と異なる点を説明する。
＜変形例１＞
実施の形態１では、各機能構成要素がソフトウェアで実現された。しかし、変形例１として、各機能構成要素はハードウェアで実現されてもよい。この変形例１について、実施の形態１と異なる点を説明する。
【0037】
各機能構成要素がハードウェアで実現される場合には、制御信号監視装置１０は、プロセッサ１０１とメモリ１０２とストレージ１０３とに代えて、電子回路を備える。電子回路は、各機能構成要素と、メモリ１０２と、ストレージ１０３との機能とを実現する専用の回路である。
【0038】
電子回路としては、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡが想定される。ＧＡは、Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略である。
各機能構成要素を１つの電子回路で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路に分散させて実現してもよい。
各機能構成要素を１つの電子回路で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の電子回路に分散させて実現してもよい。
【0039】
＜変形例２＞
変形例２として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。
変形例２として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。
【0040】
プロセッサ１０１とメモリ１０２とストレージ１０３と電子回路とを処理回路という。つまり、各機能構成要素の機能は、処理回路により実現される。
【0041】
また、以上の説明における「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「処理回路」に読み替えてもよい。
【0042】
実施の形態２．
実施の形態２は、異常が発生するタイミングを予測する点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
実施の形態２は、異常が発生するタイミングを予測する点が実施の形態１と異なる。実施の形態２では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
【0043】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１０を参照して、実施の形態２に係る制御信号監視装置１０の処理の流れを説明する。
ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理は、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理と同じである。
図１０を参照して、実施の形態２に係る制御信号監視装置１０の処理の流れを説明する。
ステップＳ２０１からステップＳ２０３の処理は、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理と同じである。
【0044】
（ステップＳ２０４：モデル生成処理）
モデル生成部１７は、回帰モデルを使用して、ステップＳ２０３で記憶された変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する。実施の形態２で使用する回帰モデルは、自己回帰モデルのように傾向分析を行えるものである。回帰モデルは、変化間隔データの傾向変動と、季節変動と、不規則変動と等の変動要素を分解し、データの再現及び予測が可能なパラメータとして記憶する。
モデル生成部１７は、回帰モデルを使用して、ステップＳ２０３で記憶された変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する。実施の形態２で使用する回帰モデルは、自己回帰モデルのように傾向分析を行えるものである。回帰モデルは、変化間隔データの傾向変動と、季節変動と、不規則変動と等の変動要素を分解し、データの再現及び予測が可能なパラメータとして記憶する。
【0045】
（ステップＳ２０５：異常度予測処理）
異常度算出部１８は、ステップＳ２０４で生成された変化間隔モデルを用いて、異常が発生するタイミングを予測する。
具体的には、異常度算出部１８は、変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値が、装置の動作に異常があるか否かを判定する際に使用する閾値に達するタイミングを、異常が発生するタイミングとして予測する。閾値の設定は、手動で設定してもよいし、過去の一定期間の平均値に係数をかけたものが設定されるようにしてもよい。
異常度算出部１８は、ステップＳ２０４で生成された変化間隔モデルを用いて、異常が発生するタイミングを予測する。
具体的には、異常度算出部１８は、変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値が、装置の動作に異常があるか否かを判定する際に使用する閾値に達するタイミングを、異常が発生するタイミングとして予測する。閾値の設定は、手動で設定してもよいし、過去の一定期間の平均値に係数をかけたものが設定されるようにしてもよい。
【0046】
図１１を参照して、異常が発生するタイミングの予測方法について説明する。
装置の変化間隔ｄ７０１から得られた変化間隔モデルを用いて時刻毎の予測値ｄ７０２が得られる。予測値ｄ７０２と、超えたときに異常であると判定される閾値ｄ７０３との交点を特定する。特定された交点の時刻が、異常が発生する予測時刻ｄ７０４になる。また、交点が存在しない場合、又は、閾値が存在しない場合には、異常が発生する予測なしとなる。
装置の変化間隔ｄ７０１から得られた変化間隔モデルを用いて時刻毎の予測値ｄ７０２が得られる。予測値ｄ７０２と、超えたときに異常であると判定される閾値ｄ７０３との交点を特定する。特定された交点の時刻が、異常が発生する予測時刻ｄ７０４になる。また、交点が存在しない場合、又は、閾値が存在しない場合には、異常が発生する予測なしとなる。
【0047】
（ステップＳ２０６：表示制御処理）
表示制御部１９は、ステップＳ２０５で予測された異常が発生するタイミング等を、通信インタフェース１０４を介して接続された表示装置に表示する。具体的には、図１２に示すように、表示制御部１９は、各装置についての異常が発生すると予測された時刻を表示する。
表示制御部１９は、ステップＳ２０５で予測された異常が発生するタイミング等を、通信インタフェース１０４を介して接続された表示装置に表示する。具体的には、図１２に示すように、表示制御部１９は、各装置についての異常が発生すると予測された時刻を表示する。
【0048】
＊＊＊実施の形態２の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態２に係る制御信号監視装置１０は、変化間隔モデルを用いて予測された予測値が閾値に達するタイミングを、異常が発生するタイミングとして特定する。これにより、利用者は、装置の修理部品又は保全計画を前もって行うことができ、設備の稼働率向上を図ることができる。
以上のように、実施の形態２に係る制御信号監視装置１０は、変化間隔モデルを用いて予測された予測値が閾値に達するタイミングを、異常が発生するタイミングとして特定する。これにより、利用者は、装置の修理部品又は保全計画を前もって行うことができ、設備の稼働率向上を図ることができる。
【0049】
以上、本開示の実施の形態及び変形例について説明した。これらの実施の形態及び変形例のうち、いくつかを組み合わせて実施してもよい。また、いずれか１つ又はいくつかを部分的に実施してもよい。なお、本開示は、以上の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0050】
１００ 制御信号監視システム、１０ 制御信号監視装置、２０ ＰＬＣ、３０ 製造設備、３１ 装置、４１ 伝送路、４２ 伝送路、１１ 取得部、１２ ログデータ記憶部、１３ 入力部、１４ 信号セット記憶部、１５ 変化間隔演算部、１６ 変化間隔記憶部、１７ モデル生成部、１８ 異常度算出部、１９ 表示制御部、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１０３ ストレージ、１０４ 通信インタフェース。
【要約】
モデル生成部（１７）は、ログデータ記憶部（１２）に記憶されたログデータから得られた変化間隔データに基づき、装置の動作を引き起こす開始信号と、装置の動作の結果として現れる完了信号との間隔を表す変化間隔データをモデル化した変化間隔モデルを生成する。異常度算出部（１８）は、装置から得られた開始信号と完了信号との間隔である実測値と、モデル生成部（１７）によって生成された変化間隔モデルを用いて予測された間隔である予測値とから、装置の動作の異常度を算出する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】