(57)【要約】【課題】２重化されたプロセス監視制御システムにおいて、既存のハードウェア構成をそのまま用いて、イコライズデータを転送する処理に係るＣＰＵ負荷を低減する。【解決手段】本発明に係るプロセス監視制御システムにおいて、待機系コントローラは、実行系コントローラから受信した同期化データを用いて同期化した上で、操作端末に対して監視情報を送信する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラント設備の制御対象の動作を監視制御するシステムであって、
前記制御対象に対する制御演算を実行する実行系コントローラと、
前記実行系コントローラが前記制御演算を正常実行できないとき前記制御演算を前記実行系コントローラから引き継いで実行する待機系コントローラと、
を備え、
前記実行系コントローラは、
前記制御演算を実行した後、前記待機系コントローラを同期させるために必要な同期化データを前記待機系コントローラに対して送信し、
前記待機系コントローラは、
前記実行系コントローラから受信した前記同期化データを用いて前記実行系コントローラと同期化した上で、前記同期化後の状態に基づき前記制御対象の監視情報を操作端末に対して送信する
ことを特徴とするプロセス監視制御システム。
【請求項２】
前記実行系コントローラは、
前記待機系コントローラにおいて異常が検出されると、前記同期化データを前記待機系コントローラに対して送信することを中止し、前記監視情報を前記操作端末に対して送信する処理を前記待機系コントローラから引き継ぐ
ことを特徴とする請求項１記載のプロセス監視制御システム。
【請求項３】
前記待機系コントローラは、
所定時間以上正常に前記同期化データを受信しなかったときは、前記実行系コントローラに対して、前記待機系コントローラにおいて異常が検出された旨を通知する
ことを特徴とする請求項２記載のプロセス監視制御システム。
【請求項４】
前記待機系コントローラは、
自己診断によって前記制御演算を正常実行することができない旨を検出したときは、前記実行系コントローラに対して、前記待機系コントローラにおいて異常が検出された旨を通知する
ことを特徴とする請求項２または３記載のプロセス監視制御システム。
【請求項５】
前記待機系コントローラは、
前記実行系コントローラにおいて異常が検出されると、前記制御演算を前記実行系コントローラから引き継ぎ、前記実行系コントローラを同期化させる処理は実行しない
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のプロセス監視制御システム。
【請求項６】
前記実行系コントローラは、
前記待機系コントローラに対して停止命令が発行されると、前記同期化データを前記待機系コントローラに対して送信することを中止し、前記監視情報を前記操作端末に対して送信する処理を前記待機系コントローラから引き継ぐ
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のプロセス監視制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、設備プラントの生産工程を監視制御するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石油精製プラント、石油化学プラント、発電プラント、環境処理プラントといったプラント設備において、工程を監視制御するプロセス監視制御システムは、安定かつ高稼働率であることが求められる。
【０００３】
プロセス監視制御システムが備える制御コントローラの信頼性を高める手法として、実行系コントローラに加えて待機系コントローラを備えた２重化システムが広く使用されている。下記特許文献１に記載されているシステムにおいては、実行系コントローラの主記憶にあるプラントの制御情報など、待機系コントローラを実行系コントローラと同期化させるためのデータ（以下、イコライズデータと称す）を、実行系コントローラから待機系コントローラへ定期的または内部状態が変化したときに転送し、待機系コントローラをホットスタンバイさせている。
【０００４】
下記特許文献２に記載されているシステムにおいては、制御コントローラが備えるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）の異常や電源遮断による停電などの異常発生を検出したとき、制御演算の実行権限を切り替える旨のリクエストを待機系コントローラに対して送信することにより、制御演算の実行主体を切り替えている。
【０００５】
２重化システムは、プロセス監視制御システムの信頼性を高める有力な手法であるが、イコライズデータを転送する処理と２重化切り替え処理の分、実行系コントローラにおけるＣＰＵ負荷が高くなり、プラントの定周期制御に遅延が発生してしまう可能性が危惧される。下記特許文献３は、２重化システムにおけるＣＰＵ負荷を低減する手法として、イコライズデータを転送する通信処理を工夫する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４６２３９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２７８０５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９３４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術のような２重化システムにおいて、実行系コントローラと待機系コントローラを同期化するための処理によって増大するＣＰＵ負荷を軽減するためには、例えば通信負荷を軽減するための回路を別途設けるなどしてＣＰＵ負荷を分散させる必要がある。したがって、待機系コントローラとは別にそのためのハードウェアを追加する必要があるので、コスト高になる傾向がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、２重化されたプロセス監視制御システムにおいて、既存のハードウェア構成をそのまま用いて、イコライズデータを転送する処理に係るＣＰＵ負荷を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るプロセス監視制御システムにおいて、待機系コントローラは、実行系コントローラから受信した同期化データを用いて同期化した上で、操作端末に対して監視情報を送信する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るプロセス監視制御システムによれば、２重化されたプロセス監視制御システムにおいて、実行系コントローラのＣＰＵ負荷を低減することができる。また、待機系コントローラを利用して実行系コントローラのＣＰＵ負荷を下げるので、ＣＰＵ負荷軽減のため新たなハードウェアを追加する必要がなく、負荷軽減効果を安価に実現することができる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ごみ焼却プラントの構成図である。
【図２】図１に示すごみ焼却プラントを監視制御するプロセス監視制御システムの構成図である。
【図３】制御コントローラ２０４の詳細構成を示す図である。
【図４】制御コントローラ２０４が制御対象機器の監視情報を送信する様子を示す図である。
【図５】実行系コントローラ３０２の動作フローチャートである。
【図６】待機系コントローラ３０３の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜実施の形態１＞
以下では本発明に係るプロセス監視制御システムが監視制御するプラント設備の例として、環境処理プラントの１つであるごみ焼却プラントを用いて説明する。ただし本発明の構成は、石油精製プラント、石油化学プラント、発電プラント、環境処理プラントなどその他のプラント設備においても適用することができる。
【００１４】
図１は、ごみ焼却プラントの構成図である。ごみピット１０１から焼却炉１０２にごみが投入される。サーマルフローメータ１０３は、炉内の燃焼空気を計測する。流量計１０４は、焼却炉１０２内のごみ汚水噴霧再利用水の液体を計測する。これら機能によってごみを焼却処理するとともに、有価物や熱を回収している。
【００１５】
図２は、図１に示すごみ焼却プラントを監視制御するプロセス監視制御システムの構成図である。プロセス監視制御システム２０３は、ごみ焼却プラントの生産工程で使用される超音波レベル計２０５、サーマルフローメータ１０３、流量計１０４などの計測機器を制御するための制御コントローラ２０４を備えている。制御コントローラ２０４は、通信回線２０２を介して操作卓２０１と接続され、操作卓２０１からの指示にしたがってごみ焼却プラントの工程を監視制御している。操作卓２０１は、後述する制御対象機器の監視情報を管理し、必要に応じてオペレータの操作にしたがって制御命令を発行する。
【００１６】
図３は、制御コントローラ２０４の詳細構成を示す図である。制御コントローラ２０４は、２重化されたシステムであり、実行系コントローラ３０２と待機系コントローラ３０３を備える。各コントローラは、ＣＰＵ３０６、ＣＰＵ３０６に接続される通信コントローラ３０４、イコライズコントローラ３０５、主記憶部３０７、２重化制御回路３０８、外部バス３０９、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）バス３１０を備える。
【００１７】
ＣＰＵ３０６は、Ｉ／Ｏバス３１０に接続された各制御対象機器（超音波レベル計２０５、サーマルフローメータ１０３、流量計１０４、他制御コントローラ３１２など）を制御する。通信コントローラ３０４は、通信回線２０２を介して操作卓２０１や他制御コントローラ３１２と通信する。イコライズコントローラ３０５は、実行系コントローラ３０２と待機系コントローラ３０３を同期化させるためのイコライズデータを送受信する。主記憶部３０７は、イコライズデータを記憶する装置である。２重化制御回路３０８は、制御演算の実行主体を切り替える際に用いる２重化制御信号を送受信する。外部バス３０９とＩ／Ｏバス３１０は、制御対象機器を各コントローラに接続する。
【００１８】
実行系コントローラ３０２は、各制御対象機器についての制御演算を実行してこれら機器に対して制御命令を発行する。ここでいう制御演算は、制御対象機器に対して制御命令を発行する処理、そのために必要な演算処理、制御対象機器から監視情報を取得する処理などの処理である。制御対象機器の監視情報とは、制御対象機器の動作状態、計測結果などのような、制御対象機器の動作を監視するために必要な情報である。実行系コントローラ３０２のイコライズコントローラ３０５は、主記憶部３０７が格納しているイコライズデータを、待機系コントローラ３０３に対して転送する。
【００１９】
待機系コントローラ３０３は、実行系コントローラ３０２から転送されたイコライズデータを受信して主記憶部３０７に格納する。これにより、待機系コントローラ３０３をホットスタンバイ状態とすることができる。待機系コントローラ３０３はその他、後述の図４で説明するように、各制御対象機器の監視情報を操作卓２０１や他制御コントローラ３１２へ送信する。
【００２０】
図４は、制御コントローラ２０４が制御対象機器の監視情報を送信する様子を示す図である。従来のプロセス監視制御システムにおいては、実行系コントローラ３０２から操作卓２０１や他制御コントローラ３１２に対して、制御対象機器の監視情報を送信していたため（図４の点線部分）、その分のＣＰＵ負荷が生じていた。具体的には、通信パケットを生成する処理、通信プロトコルの処理するなどによる演算負荷が生じていた。
【００２１】
本実施形態１に係るプロセス監視制御システムにおいては、上記動作に代えて、待機系コントローラ３０３から制御対象機器の監視情報を送信する。すなわち、実行系コントローラ３０２が実施していた通信処理の一部を待機系コントローラ３０３に担わせることにより、実行系コントローラ３０２のＣＰＵ負荷を低減する。待機系コントローラ３０３自体は従来から設けられていたハードウェアであるため、ＣＰＵ負荷軽減のために新たにハードウェアを追加する必要はない。
【００２２】
ただし、待機系コントローラ３０３は制御演算を実施していないので、制御対象機器から監視情報を直接取得することはできない。そこで、実行系コントローラ３０２から受信したイコライズデータを用いて同期化を実施した後、同期化後の状態に基づいて監視情報を送信する。これにより、操作卓２０１や他制御コントローラ３１２へ送信される制御対象機器の監視情報は、従来のプロセス監視制御システムにおいて実行系コントローラ３０２から送信されていたものと同一となる。
【００２３】
図５は、実行系コントローラ３０２の動作フローチャートである。以下、図５の各ステップについて説明する。
（図５：ステップＳ５０１〜Ｓ５０２）
実行系コントローラ３０２は、自コントローラの健全性を確認するため自己診断を実施する（Ｓ５０１）。自己診断結果が正常である場合はステップＳ５０２へ進み、各制御対象機器に対する制御演算を実施してその結果を監視情報として主記憶部３０７に保存する（Ｓ５０２）。自己診断結果が異常である場合はステップＳ５０８へ進む。
（図５：ステップＳ５０１：補足）
実行系コントローラ３０２が実施する自己診断の内容としては、（ａ）所定のレジスタを読み出すことができるか否か、（ｂ）バッテリ電圧が正常か否か、などのように、制御演算を正常に実行できるか否かに影響を与える診断項目が考えられる。後述する待機系コントローラ３０３が実施する自己診断についても同様である。
【００２４】
（図５：ステップＳ５０３）
実行系コントローラ３０２は、２重化制御回路３０８を介して待機系コントローラ３０３が正常に動作しているか否かを判断する。具体的には、待機系コントローラ３０３の異常を検出した旨の通知を待機系コントローラ３０３側の２重化制御回路３０８から受信したか否かを確認する。待機系コントローラ３０３が正常であればステップＳ５０６へスキップし、異常であればステップＳ５０４へ進む。
（図５：ステップＳ５０４〜Ｓ５０５）
待機系コントローラ３０３が異常である場合、実行系コントローラ３０２は、制御対象機器の監視情報を送信する処理を待機系コントローラ３０３から引き継ぐ必要がある。そこで実行系コントローラ３０２は、ステップＳ５０３において待機系コントローラ３０３に異常が発生した旨を検出すると、操作卓２０１と他制御コントローラ３１２へ送信する監視情報を作成し（Ｓ５０４）、これを操作卓２０１と他制御コントローラ３１２へ送信する（Ｓ５０５）。ステップＳ５０５の後は、ステップＳ５０１へ戻って同様の処理を実行する。
（図５：ステップＳ５０４〜Ｓ５０５：補足）
待機系コントローラ３０３が異常である場合、ステップＳ５０６〜Ｓ５０７を実行しないので、イコライズデータを生成および送信する処理は必要ない。これにより、実行系コントローラ３０３のＣＰＵ負荷が低減されるので、従来と同様に操作卓２０１と他制御コントローラ３１２に対して監視情報を送信しても、制御処理（Ｓ５０２）に遅延が生じる可能性は低くなると考えられる。
【００２５】
（図５：ステップＳ５０６〜Ｓ５０７）
ステップＳ５０３において待機系コントローラ３０３が正常であると判断した場合、実行系コントローラ３０２は、主記憶部３０７が格納している制御対象機器の監視情報を用いてイコライズデータを作成し（Ｓ５０６）、待機系コントローラ３０３へ送信する（Ｓ５０７）。
（図５：ステップＳ５０８〜Ｓ５０９）
実行系コントローラ３０２は、ステップＳ５０１の自己診断によって異常を検出した場合、待機系コントローラ３０３に対して実行権切替要求を出力する（Ｓ５０８）。以後実行系コントローラ３０２は、自コントローラを待機系として取り扱う（Ｓ５０９）。
（図５：ステップＳ５１０）
待機系コントローラ３０３となった従前の実行系コントローラ３０２は、現実行系コントローラ３０２から実行権切替要求を受信した場合（例えば現実行系コントローラ３０２において異常が検出された場合）であっても、実行権切替を拒否し、実行系コントローラ３０２として動作しない。ステップＳ５０１において自己診断結果が異常であったため、もはや実行系コントローラ３０２として動作するのに適していないからである。
【００２６】
図６は、待機系コントローラ３０３の動作フローチャートである。以下、図６の各ステップについて説明する。
（図６：ステップＳ６０１）
待機系コントローラ３０３は、自コントローラの健全性を確認するため自己診断を実施する。自己診断結果が正常である場合はステップＳ６０２へ進み、異常である場合はステップＳ６０８へスキップする。
（図６：ステップＳ６０２）
待機系コントローラ３０３は、実行系コントローラ３０２から実行権切替要求を受信したか否かを確認する。実行権切替要求があった場合はステップＳ６０９へ進み、なかった場合はステップＳ６０３へ進む。
【００２７】
（図６：ステップＳ６０３）
待機系コントローラ３０３は、実行系コントローラ３０２からイコライズデータを受信したか否かを確認する。受信していればステップＳ６０４へ進み、受信していなければステップＳ６０６へスキップする。
（図６：ステップＳ６０４〜Ｓ６０５）
待機系コントローラ３０３は、イコライズデータを用いて、操作卓２０１と他制御コントローラ３１２へ送信する監視情報を作成し（Ｓ６０４）、これを操作卓２０１と他制御コントローラ３１２へ送信する（Ｓ６０５）。
（図６：ステップＳ６０６）
ステップＳ６０３においてイコライズデータ受信していないと判定した場合、待機系コントローラ３０３はイコライズ監視タイマを作動させる。待機系コントローラ３０３は、定期的にイコライズデータを受信して実行系コントローラ３０２と同期化することを想定しているので、これを正常に受信できなかった場合は待機系コントローラ３０３において異常が発生したとみなすことができる。そこで、所定時間内にイコライズデータを正常に受信できているか否かを確認するため、イコライズ監視タイマを用いることとした。
【００２８】
（図６：ステップＳ６０７）
待機系コントローラ３０３は、イコライズ監視タイマがタイムアップするまで、イコライズデータを受信するか否かを確認する。イコライズ監視タイマがタイムアップした場合はステップＳ６０８へ進み、タイムアップする前にイコライズデータを受信した場合はステップＳ６０２へ戻る。
（図６：ステップＳ６０８）
待機系コントローラ３０３は、２重化制御回路３０８を介して、自コントローラにおいて異常が検出された旨を実行系コントローラ３０２に通知する。以後は、実行系コントローラ３０２から実行権切替要求を受信した場合であっても、実行権切替を拒否し、実行系コントローラ３０２として動作しない。また、ステップＳ６０４〜Ｓ６０５をスキップしているので、操作卓２０１と他制御コントローラ３１２に対して監視情報を送信する処理は中止される。
（図６：ステップＳ６０９〜Ｓ６１０）
待機系コントローラ３０３は、実行系コントローラ３０２からの実行権切替要求を受け付け（Ｓ６０９）、以降は実行系コントローラ３０２として動作する（Ｓ６１０）。
【００２９】
＜実施の形態１：まとめ＞
以上のように、本実施形態１に係るプロセス監視制御システムは、実行系コントローラ３０２が制御演算と制御命令の発行を受け持ち、待機系コントローラ３０３が監視情報の送信を受け持つ。すなわち、従来は実行系コントローラ３０２が受け持っていた通信処理の一部を待機系コントローラ３０３に分担させることにより、新たなハードウェアを追加することなく、実行系コントローラ３０２のＣＰＵ負荷を軽減することができる。
【００３０】
また、本実施形態１に係るプロセス監視制御システムは、待機系コントローラ３０３において異常が検出された場合は、イコライズデータによる同期化を中止し、実行系コントローラ３０２から操作卓２０１等に対して監視情報を送信する。これにより、本発明のように実行系コントローラ３０２と待機系コントローラ３０３を双方稼動させている場合においても、監視制御を中断させずに継続させることができる。
【００３１】
また、本実施形態１に係るプロセス監視制御システムは、実行系コントローラ３０２において異常が検出された場合は、待機系コントローラ３０３が制御演算を引き継ぎ、イコライズデータによる同期化は実施しない。これにより、ＣＰＵ負荷を軽減しつつ監視制御を継続することができる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
従来のプロセス監視制御システムにおいては、稼動しているのは実行系コントローラ３０２のみであるため、待機系コントローラ３０３のソフトウェアを更新する際には、待機系コントローラ３０３を停止させればよい。しかし本発明においては、待機系コントローラ３０３が実行系コントローラ３０２の通信処理を一部受け持っているため、単純に待機系コントローラ３０３を停止させることはできない。
【００３３】
そこで、例えば操作卓２０１から待機系コントローラ３０３に対して、ソフトウェア更新作業（その他、待機系コントローラ３０３を停止させる必要がある作業を含む）を実施するため動作を停止するよう指令があった場合、ステップＳ６０１において自己診断結果が異常であったときと同様の処理を実施すればよい。これにより、ステップＳ６０８において、２重化制御回路３０８を介して、待機系コントローラ３０３が異常検出した旨を実行系コントローラ３０２に通知することができる。以後、実行系コントローラ３０２はステップＳ５０３において待機系コントローラ３０３の通信処理を引き継ぐので、監視情報を送信する処理を継続することができる。
【００３４】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることもできる。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることもできる。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
【００３５】
上記各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部や全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１：ごみピット、１０２：焼却炉、１０３：サーマルフローメータ、１０４：流量計、２０１：操作卓、２０２：通信回線、２０３：プロセス監視制御システム、２０４：制御コントローラ、２０５：超音波レベル計、３０２：実行系コントローラ、３０３：待機系コントローラ、３０４：通信コントローラ、３０５：イコライズコントローラ、３０６：ＣＰＵ、３０７：主記憶部、３０８：２重化制御回路、３０９：外部バス、３１０：Ｉ／Ｏバス、３１２：他制御コントローラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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