(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御装置が接続されたプラント制御システムにおいて、
前記各制御装置は、
前記複数の制御装置にそれぞれ対応する個別の記憶領域を有する共有メモリ部と、
自制御装置の制御対象の機器から、複数種類のプロセス制御データを所定時間周期で取得するデータ取得部と、
前記プロセス制御データの種類ごとに予め設定された第１の更新周期情報に従って、前記データ取得部で取得された最新のプロセス制御データで前記共有メモリ部の自制御装置の領域の情報を更新する自領域更新制御部と、
前記自領域更新制御部により更新された情報による、他のすべての制御装置の共有メモリ部の該当する領域の情報の更新処理が、前記第１の更新周期情報で示される更新周期内で完了されるように、予め設定された第２の更新周期情報に従って、前記自領域更新制御部により更新された情報を前記共有メモリ部から取得して、予め設定された他の制御装置宛てに無線通信で転送することでスキャン伝送を行う転送制御部と、
他のいずれかの制御装置からスキャン伝送により転送された情報で、前記共有メモリ部の該当する制御装置の領域の情報を更新するスキャン更新制御部と、
を備えることを特徴とするプラント制御システム。
【請求項２】
他のプラント制御システムと、有線で接続され、
前記転送制御部は、前記予め設定された他の制御装置宛てにスキャン伝送により転送した情報を、前記他のプラント制御システムに有線で送信する
ことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御システム。
【請求項３】
複数の制御装置が接続されたプラント制御システムの各制御装置であり、前記複数の制御装置にそれぞれ対応する個別の記憶領域を有する共有メモリ部を備えた制御装置が、
自制御装置の制御対象の機器から、複数種類のプロセス制御データを所定時間周期で取得するデータ取得ステップと、
前記プロセス制御データの種類ごとに予め設定された第１の更新周期情報に従って、前記データ取得ステップで取得された最新のプロセス制御データで前記共有メモリ部の自制御装置の領域の情報を更新する自領域更新制御ステップと、
前記自領域更新制御ステップにより更新された情報による、他のすべての制御装置の共有メモリ部の該当する領域の情報の更新処理が、前記第１の更新周期情報で示される更新周期内で完了されるように、予め設定された第２の更新周期情報に従って、前記自領域更新制御ステップにより更新された情報を前記共有メモリ部から取得して、予め設定された他の制御装置宛てに無線通信で転送することでスキャン伝送を行う転送制御ステップと、
他のいずれかの制御装置からスキャン伝送により転送された情報で、前記共有メモリ部の該当する制御装置の領域の情報を更新するスキャン更新制御ステップと、
を有することを特徴とするプラント制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント内に設置された複数の制御装置のメモリ領域を、周期的に同期をとって更新するプラント制御システムおよびプラント制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄鋼プラントなどのプラント制御システムは機能ごとに分担された複数の制御装置により構成されており、これらの制御装置は、通信ケーブルおよび分配装置により構成されたネットワークで相互に接続されている。
【０００３】
これらの複数の制御装置はプラント内の制御対象の機器にそれぞれ接続されており、これらの機器から取得したプロセス制御データを記憶している。
【０００４】
このプロセス制御データは、プラント内の機器の状態をリアルタイムで監視するために用いるため、周期的に最新情報に更新する必要がある。
【０００５】
そこで、プラント制御システム内の各制御装置に、全制御装置に対応した記憶領域を有する共有メモリを搭載し、システム内の制御装置を周期的に巡回して共有メモリを更新するスキャン伝送を行うことにより、簡易な処理で制御装置間での情報交換を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１２４１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したようなプラント制御システムでは、１台の分配装置に接続可能な通信ケーブルの数に制約があり、プラントの規模が大きくなる程分配装置の数が増え、ネットワークの構築が複雑になる。
【０００８】
例えば図５に示すように、４本の通信ケーブルを接続可能な分配装置を用いて６台の制御装置１１０Ａ〜１１０Ｆを接続してプラント制御システム１００を構築する場合、分配装置を２台（分配装置１２０Ａおよび１２０Ｂ）接続して用いる必要があり、また、制御装置の数が数十、数百と増えればさらに複雑なシステム構成となってしまう。
【０００９】
そのため、システム立案、配線工事設計や施工が困難になるとともに管理が煩雑になり、ケーブル断線や分配装置の故障によるシステム全体の信頼性が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、スキャン伝送を行うシステムの、構築や管理を簡易に行うことが可能なプラント制御システムおよびプラント制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するための本発明のプラント制御システムは、複数の制御装置が接続されたプラント制御システムにおいて、前記各制御装置は、前記複数の制御装置にそれぞれ対応する個別の記憶領域を有する共有メモリ部と、自制御装置の制御対象の機器から、複数種類のプロセス制御データを所定時間周期で取得するデータ取得部と、前記プロセス制御データの種類ごとに予め設定された第１の更新周期情報に従って、前記データ取得部で取得された最新のプロセス制御データで前記共有メモリ部の自制御装置の領域の情報を更新する自領域更新制御部と、前記自領域更新制御部により更新された情報による、他のすべての制御装置の共有メモリ部の該当する領域の情報の更新処理が、前記第１の更新周期情報で示される更新周期内で完了されるように、予め設定された第２の更新周期情報に従って、前記自領域更新制御部により更新された情報を前記共有メモリ部から取得して、予め設定された他の制御装置宛てに無線通信で転送することでスキャン伝送を行う転送制御部と、他のいずれかの制御装置からスキャン伝送により転送された情報で、前記共有メモリ部の該当する制御装置の領域の情報を更新するスキャン更新制御部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のプラント制御方法は、複数の制御装置が接続されたプラント制御システムの各制御装置であり、前記複数の制御装置にそれぞれ対応する個別の記憶領域を有する共有メモリ部を備えた制御装置が、自制御装置の制御対象の機器から、複数種類のプロセス制御データを所定時間周期で取得するデータ取得ステップと、前記プロセス制御データの種類ごとに予め設定された第１の更新周期情報に従って、前記データ取得ステップで取得された最新のプロセス制御データで前記共有メモリ部の自制御装置の領域の情報を更新する自領域更新制御ステップと、前記自領域更新制御ステップにより更新された情報による、他のすべての制御装置の共有メモリ部の該当する領域の情報の更新処理が、前記第１の更新周期情報で示される更新周期内で完了されるように、予め設定された第２の更新周期情報に従って、前記自領域更新制御ステップにより更新された情報を前記共有メモリ部から取得して、予め設定された他の制御装置宛てに無線通信で転送することでスキャン伝送を行う転送制御ステップと、他のいずれかの制御装置からスキャン伝送により転送された情報で、前記共有メモリ部の該当する制御装置の領域の情報を更新するスキャン更新制御ステップとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプラント制御システムおよびプラント制御方法によれば、スキャン伝送を行うシステムの構築や管理を簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態によるプラント制御システムの構成を示す全体図である。
【図２】本発明の第１実施形態によるプラント制御システムの制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるプラント制御システムの動作を示すシーケンス図である。
【図４】本発明の第２実施形態によるプラント制御システムの構成を示す全体図である。
【図５】従来のプラント制御システムの構成を示す全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
《第１実施形態》
〈第１実施形態によるプラン制御システムの構成〉
本発明の第１実施形態によるプラント制御システムの構成について、図１を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態によるプラント制御システム１は、６台の制御装置１０Ａ〜１０Ｆが無線により通信可能な状態で接続されて構築されている。また、これらの制御装置１０Ａ〜１０Ｆには、それぞれ制御対象の機器３０Ａ〜３０Ｆが接続されている。また、これらの制御装置１０Ａ〜１０Ｆには、通信障害となる人や物を避けるための無線アンテナ２０Ａ〜２０Ｆが、それぞれアンテナ用ケーブル２１Ａ〜２１Ｆで接続されている。
【００１７】
各制御装置１０Ａ〜１０Ｆは、図２に示すように記憶部１１と、制御部１２と、無線通信部１３とを有する。
【００１８】
記憶部１１は、制御装置１０Ａ〜１０Ｆにそれぞれ対応する個別の記憶領域を有し、制御装置１０Ａ〜１０Ｆを周期的に巡回して情報を更新するスキャン伝送により全制御装置１０Ａ〜１０Ｆで共通の情報を記憶する共有メモリ部１１１と、この共有メモリ部１１１の情報を更新するための周期情報を記憶する自領域更新周期情報記憶部１１２およびスキャン伝送周期情報記憶部１１３とを有する。
【００１９】
この共有メモリ部１１１は、制御装置１０Ａで取得されたプロセス制御データを記憶するＡ領域、制御装置１０Ｂで取得されたプロセス制御データを記憶するＢ領域、制御装置１０Ｃで取得されたプロセス制御データを記憶するＣ領域、制御装置１０Ｄで取得されたプロセス制御データを記憶するＤ領域、制御装置１０Ｅで取得されたプロセス制御データを記憶するＥ領域、制御装置１０Ｆで取得されたプロセス制御データを記憶するＦ領域を有する。
【００２０】
自領域更新周期情報記憶部１１２は、自制御装置１０に接続されている機器３０から取得したプロセス制御データで、該当する共有メモリ部１１１の領域を更新するための更新周期情報を予め記憶している。
【００２１】
スキャン伝送周期情報記憶部１１３は、共有メモリ部１１１の更新された領域の情報を他の制御装置１０へ送信してスキャン伝送を行うための更新周期情報を予め記憶している。
【００２２】
制御部１２は、データ取得部１２１と、自領域更新制御部１２２と、転送制御部１２３と、スキャン更新制御部１２４とを有する。
【００２３】
データ取得部１２１は、接続された機器３０Ａ〜３０Ｆから所定時間周期で制御用データを取得する。
【００２４】
自領域更新制御部１２２は、記憶部１１の自領域更新周期情報記憶部１１２に記憶された更新周期情報に従って、データ取得部１２１で取得した最新のデータで記憶部１１の共有メモリ部１１１の情報を更新する。
【００２５】
このとき、制御装置１０ＡにおいてはＡ領域の情報を更新し、制御装置１０ＢにおいてはＢ領域の情報を更新し、制御装置１０ＣにおいてはＣ領域の情報を更新し、制御装置１０ＤにおいてはＤ領域の情報を更新し、制御装置１０ＥにおいてはＥ領域の情報を更新し、制御装置１０ＦにおいてはＦ領域の情報を更新する。
【００２６】
転送制御部１２３は、記憶部１１のスキャン伝送周期情報記憶部１１３に記憶された更新周期情報に従って、自領域更新制御部１２２により更新された共有メモリ部１１１の情報を取得し、無線通信部１３、アンテナ用ケーブル２１Ａ〜２１Ｆ、および無線アンテナ２０Ａ〜２０Ｆを介して他の制御装置宛てに転送することでスキャン伝送を行う。
【００２７】
この転送先の制御装置の情報は、スキャン伝送を行うためにそれぞれの制御装置の転送制御部１２３に予め設定されている。
【００２８】
スキャン更新制御部１２４は、他の制御装置から、無線アンテナ２０Ａ〜２０Ｆ、アンテナ用ケーブル２１Ａ〜２１Ｆ、および無線通信部１３を介してスキャン伝送により転送された情報を取得すると、取得した情報で記憶部１１の共有メモリ部１１１の情報を更新する。
【００２９】
無線通信部１３は、アンテナ用ケーブル２１Ａ〜２１Ｆおよびアンテナ２０Ａ〜２０Ｆを介して他の制御装置との無線通信を行う。
【００３０】
制御部１２と無線通信部１３とは、それぞれモジュール化されてデータバスにより接続されてもよい。
【００３１】
このプラント制御システム１では、無線により制御装置間の通信を行うため、システム構築に際し、制御装置間を接続するケーブルや分配装置を必要としない。
【００３２】
〈第１実施形態によるプラント制御システムの動作〉
次に、上述したように無線を用いて構成された本実施形態によるプラント制御システム１において、複数の制御装置１０Ａ〜１０Ｆの記憶部１１の共有メモリ部１１１の情報が、無線を用いたスキャン伝送により更新される処理について、図３のシーケンス図を参照して説明する。
【００３３】
本実施形態において、各制御装置１０Ａ〜１０Ｆの記憶部１１の自領域更新周期情報記憶部１１２には、更新周期情報として「10ms」が予め記憶されているものとする。
【００３４】
まず制御装置１０Ａでは、制御部１２の更新制御部１２２の制御により、記憶部１１の自領域更新周期情報記憶部１１２に記憶された更新周期情報に従って、データ取得部１２１で取得された機器３０Ａの最新のプロセス制御データで記憶部１１の共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新される（Ｓ１）。
【００３５】
また、制御装置１０Ａの制御部１２の転送制御部１２３の制御により、記憶部１１のスキャン伝送周期情報記憶部１１３に記憶された更新周期情報に従って、自領域更新制御部１２２により更新された共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が取得される。
【００３６】
そして、無線通信部１３、アンテナ用ケーブル２１Ａ、および無線アンテナ２０Ａを介して、予め転送先として設定された制御装置１０Ｂ宛てに転送される。
【００３７】
制御装置１０Ｂでは、制御装置１０Ａから転送された情報が無線アンテナ２０Ｂ、アンテナ用ケーブル２１Ｂ、および無線通信部１３を介して更新制御部１２２で取得され、この情報で記憶部１１の共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新される。
【００３８】
次に制御装置１０Ｂの制御部１２の転送制御部１２３において、更新制御部１２２により共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新されたことが検知されると、更新後の共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が共有メモリ部１１１から取得される。
【００３９】
そして、無線通信部１３、アンテナ用ケーブル２１Ｂ、および無線アンテナ２０Ｂを介して、予め転送先として設定された制御装置１０Ｃ宛てに転送される。
【００４０】
同様にして、制御装置１０Ｃにおいて、転送された情報で共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新されて更新後の情報が制御装置Ｄ宛てに転送され、制御装置１０Ｄにおいて、転送された情報で共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新されて更新後の情報が制御装置Ｅ宛てに転送され、制御装置１０Ｅにおいて、転送された情報で共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新されて更新後の情報が制御装置Ｆ宛てに転送され、制御装置１０Ｆにおいて、転送された情報で共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新される。このようにして、制御装置１０Ａ→制御装置１０Ｂ→制御装置１０Ｃ→制御装置１０Ｄ→制御装置１０Ｅ→制御装置１０Ｆの順に共有メモリ部１１１のＡ領域の情報が更新される（Ｓ２）。
【００４１】
このステップＳ２の処理が、自領域更新周期情報記憶部１１２に記憶された更新周期内で完了することにより、全ての制御装置１０Ａ〜１０Ｆの共有メモリ部１１１が同期をとって同一の情報に更新される。この更新処理が、設定された周期ごとに実行される。
【００４２】
また、制御装置１０Ｂ〜１０Ｆにおいても、同様の更新処理により周期的に自制御装置内の共有メモリ部１１１が更新され、更新後の共有メモリ部１１１の該当領域の情報が他の全ての制御装置にスキャン伝送され、それぞれの制御装置内の共有メモリ部１１１の情報が更新される（Ｓ３〜Ｓ１２）。
【００４３】
以上の本実施形態によれば、スキャン伝送により複数の制御装置に記憶された情報を順次更新するプラント制御システムにおいて、制御装置間を無線で接続するように構成したことにより、システムの構築の際に分配装置へのケーブルの接続数を意識する必要がなく簡易に構築することができ、またケーブル断線や分配装置の故障によるシステムの信頼性の低下を防止することができる。
【００４４】
《第２実施形態》
〈第２実施形態によるプラン制御システムの構成〉
本発明の第２実施形態によるプラント制御システムの構成について、図４を参照して説明する。
【００４５】
本実施形態によるプラント制御システム２は、第１実施形態のプラント制御システム１と同様に６台の制御装置１０Ａ〜１０Ｆが無線により接続されて構成されたプラントＸの制御システムと、６台の制御装置１０Ｇ〜１０Ｌが無線により接続されて構成されたプラントＹのシステムと、１台の制御装置１０Ｍを有するプラントＺの制御システムと、これらの制御システムの制御装置で取得されたプロセス制御データを収集するデータ収集装置５０と、データ収集装置５０で収集されたプロセス制御データを表示して中央の監視員に提供するＨＭＩ（Human Machine Interface）装置６０とが、有線ケーブルにより分配装置７０で接続されて構築されている。また、これらの制御装置１０Ａ〜１０Ｍには、それぞれ制御対象の機器３０Ａ〜３０Ｍが接続されている。
【００４６】
各制御装置１０Ａ〜１０Ｌは、記憶部１１の供給メモリ部１１１に、制御装置１０Ａで取得されたプロセス制御データを記憶するＡ領域〜制御装置１０Ｍで取得されたプロセス制御データを記憶するＭ領域を有する他は、第１実施形態において図２を用いて説明した構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４７】
制御装置１０Ｍは、記憶部１１に制御装置１０Ａで取得されたプロセス制御データを記憶するＡ領域〜制御装置１０Ｍで取得されたプロセス制御データを記憶するＭ領域を記憶するメモリ部１１１を有し、無線通信部１３に換えてデータ収集装置５０へ通信ケーブルを介してプロセス制御データを送信する有線通信部を有し、制御部１２の転送制御部１２３には転送先としてデータ収集装置５０が設定されている他は、図２の制御装置の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００４８】
プラントＸの制御システム内には無線／有線変換器４０Ｘが設置され、この無線／有線変換器４０Ｘは、１０Ａ〜１０Ｆから無線アンテナ２０Ａ〜２０Ｆを介して無線で送信された情報を受信し、有線送信用に変換してケーブルおよび分配装置７０を介してデータ収集装置５０に送信する。
【００４９】
また、プラントＹの制御システム内には無線／有線変換器４０Ｙが設置され、この無線／有線変換器４０Ｙは、１０Ｇ〜１０Ｌから無線アンテナ２０Ｇ〜２０Ｌを介して無線で送信された情報を受信し、有線送信用に変換してケーブルおよび分配装置７０を介してデータ収集装置５０に送信する。
【００５０】
〈第２実施形態によるプラント制御システムの動作〉
上述したように構成された無線および有線により構成された本実施形態によるプラント制御システム２では、第１実施形態で説明したスキャン伝送により、プラントＸ内の制御装置１０Ａ〜Ｆで同期をとって同一の情報に更新され、この更新処理が設定された周期ごとに実行される。
【００５１】
この際、制御装置１０Ａ〜１０Ｆのいずれかから無線アンテナ２０を介して無線で送信された情報は無線／有線変換器４０Ｘで受信され、有線ケーブルにより分配装置７０を介して無線／有線変換器４０Ｙに送信され、さらに無線により制御装置１０Ｇ〜１０Ｌのいずれかにおいて無線アンテナ２０から受信される。そしてプラントＹ内の制御装置１０Ｇ〜Ｌで、第１実施形態で説明したスキャン伝送により同期をとって更新処理を実行される。
【００５２】
また、制御装置１０Ｇ〜１０Ｌのいずれかから無線アンテナ２０を介して無線で送信された情報は無線／有線変換器４０Ｙで受信され、有線ケーブルにより分配装置７０を介して制御装置１０Ｍで受信される。
【００５３】
そして、周期的に同期をとって更新された情報は、データ収集装置５０で取得され、蓄積される。
【００５４】
ＨＭＩ装置６０では、監視員の操作によりデータ収集装置５０に蓄積された情報が表示され、監視員に提供される。
【００５５】
また、制御装置１０Ｂ〜１０Ｍにおいても、同様の更新処理により周期的に自制御装置内の共有メモリ部１１１が更新され、更新後の共有メモリ部１１１の情報が他の全ての制御装置にスキャン伝送され、それぞれの制御装置内の共有メモリ部１１１の情報が更新される。
【００５６】
以上の第２実施形態によれば、監視対象のプラント内で無線通信可能な区域では無線で制御装置を接続し、制御装置間に壁などの無線通信の障害となる物体がある区域では必要に応じて通信ケーブルおよび分配装置を用いることにより、従来よりも通信ケーブルや分配装置の数を減らした簡易な構成で、広域のプラントの制御システムを構築することができる。
【００５７】
《第３実施形態》
〈第３実施形態によるプラント制御システムの構成〉
本実施形態によるプラント制御システムは、第１実施形態によるプラント制御システム１または第２実施形態によるプラント制御システム２のいずれかと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
本実施形態における制御装置１０の制御部１２のデータ取得部１２１では複数の機器３０からプロセス制御データを取得し、記憶部１１の自領域更新周期情報記憶部１１２には、プロセス制御データの種類等により異なる複数の更新周期情報を予め記憶している。
【００５９】
〈第３実施形態によるプラント制御システムの動作〉
本実施形態によるプラント制御システムでは、自領域更新周期情報記憶部１１２に、更新周期情報としてプロセス制御データの種類により、高速モードの「1ms」、中速モードの「10ms」、低速モードの「100ms」の３つのモードが予め設定され記憶されているものとする。
【００６０】
そして、プロセス制御データの種類ごとに設定されたモードの更新周期で共有メモリ部１１１の該当する情報が更新され、これにより他の制御装置の共有メモリ部１１１がスキャン伝送により順次更新される。
【００６１】
以上の本実施形態によれば、更新周期の異なる複数のモードに対応し、スキャン伝送を行うことができる。
【符号の説明】
【００６２】
１、２…プラント制御システム
１０Ａ〜１０Ｍ…制御装置
１１…記憶部
１２…制御部
１３…無線通信部
２０Ａ〜２０Ｌ…無線アンテナ
２１Ａ〜２１Ｌ…アンテナ用ケーブル
３０Ａ〜３０Ｍ…機器
４０Ｘ、４０Ｙ…無線／有線変換器
５０…データ収集装置
６０…ＨＭＩ装置
７０…分配装置
１１１…共有メモリ部
１１２…自領域更新周期情報記憶部
１１３…スキャン伝送周期情報記憶部
１２１…データ取得部
１２２…自領域更新制御部
１２３…転送制御部
１２４…スキャン更新制御部
【図１】
0005893845.tif 000002
【図２】
0005893845.tif 000003
【図３】
0005893845.tif 000004
【図４】
0005893845.tif 000005
【図５】
0005893845.tif 000006