(57)【要約】【課題】通信回線の回線数の冗長化を可能にし、複数台の運転監視操作卓間でデータが同時に一致しているというデータの同時性を保つことができるプロセス監視制御システムを提供する。【解決手段】表示装置とキー入力装置とを有する運転監視操作卓を備える情報処理装置と、プログラマブルコントローラと、プロセス制御の実行を司る専用モジュールと、プロセス入出力インタフェースとを備えるプロセス制御装置と、情報処理装置とプロセス制御装置とを接続する通信回線とを備える。専用モジュールは、通信回線を冗長化する複数の通信チャネルを有する。また、プロセス制御装置は、専用モジュールで実行されるプロセス制御用プログラムとプログラマブルコントローラで実行されるラダープログラムとを保持し、専用モジュールとプログラマブルコントローラとの間でデータ交信をしながらプロセス制御用プログラムとラダープログラムとを実行する。【選択図】図４
2011039813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置とキー入力装置とを有する運転監視操作卓を備える情報処理装置と、
プログラマブルコントローラと、プロセス制御の実行を司る専用モジュールと、プロセス入出力インタフェースとを備えるプロセス制御装置と、
前記情報処理装置と前記プロセス制御装置とを接続する通信回線と、を備え、
前記専用モジュールは、前記通信回線を冗長化する複数の通信チャネルを有する、ことを特徴とするプロセス監視制御システム。
【請求項２】
請求項１記載のプロセス監視制御システムにおいて、
前記専用モジュールは、さらに、前記プログラマブルコントローラとのデータ交信を可能とするインタフェースを有し、
前記プログラマブルコントローラは、前記プロセス入出力インタフェースを介してプラントから入力データを取込み、前記入力データのデータ表現を前記専用モジュールが処理するプロセス制御データのデータ表現に変更するラダープログラムを実装するプロセス監視制御システム。
【請求項３】
請求項１記載のプロセス監視制御システムにおいて、
前記専用モジュールは、さらに、前記プログラマブルコントローラとのデータ交信を可能とするインタフェースを有し、
前記プログラマブルコントローラは、前記専用モジュールからプロセス制御データを取込み、前記プロセス制御データのデータ表現を前記プログラマブルコントローラが扱うデータ表現に変更して前記プロセス入出力インタフェースを介してプラントに信号を出力するラダープログラムを実装するプロセス監視制御システム。
【請求項４】
請求項１記載のプロセス監視制御システムにおいて、
前記専用モジュールは、さらに、前記プログラマブルコントローラとのデータ交信を可能とするインタフェースを有し、
前記プロセス制御装置は、前記専用モジュールで実行されるプロセス制御用プログラムと前記プログラマブルコントローラで実行されるラダープログラムとを保持し、前記専用モジュールと前記プログラマブルコントローラとの間でデータ交信をしながら前記プロセス制御用プログラムと前記ラダープログラムとを実行する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、フィードバック制御、シーケンス制御、プロセス状態監視等を行うプロセス制御機器と運転監視操作卓とからなるプロセス制御システムに関する。より詳細には、ＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）やＰ／Ｃ（パーソナルコンピュータ）、サーバ、基幹系情報処理システムを接続することにより、製造工場全体の生産性向上や問題解決を目指す製造実行システム（ＭＥＳ：Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）におけるプロセス監視制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来のプロセス監視制御システムが開示されている。プロセス監視制御システムは、図５に示すように、運転監視操作卓１１、プロセス制御装置１３、及び通信回線１２からなり、プラントのプロセスを監視制御する。図５に示した例では、プラントの反応缶１５には、流体が流れる配管が接続されている。プロセス制御装置１３は、プログラマブルコントローラにより構成されており、配管に設けられた調節弁１４や流量計１６と接続され、データや信号を送受信する。
【０００３】
従来、プロセス監視制御システムでは、図５に示すように、プロセス制御装置１３は、通信回線１２により運転監視操作卓１１と接続されている。この時、通信回線１２の回線数は、プロセス制御装置１３（プログラマブルコントローラ）のＬＡＮチャネルの数により決定されるので、冗長化は不可能である。このため、複数台の運転監視操作卓１１を通信回線１２に接続してプラントを監視制御する際には、プラントのデータを各運転監視操作卓１１で同時に一致させて表示すること（データの同時性）が困難であった。
【０００４】
また、図５に示すように、運転監視操作卓１１は、仮想的にプロセス制御を司る仮想プロセス制御装置を内部に有している。この仮想プロセス制御装置により、運転監視操作卓１１は、通信回線１２を介し、プラントに対する入出力装置としてプロセス制御装置１３（プログラマブルコントローラ）を用いて、流量計１６の指示するデータを取得したり、調節弁１４の開閉信号を送信したりする。
【０００５】
プログラマブルコントローラの内部で動作するプログラムは、運転監視操作卓１１からのデータ入出力指令とは非同期に動作している。このため、プログラマブルコントローラは、運転監視操作卓１１の動作には影響されない機構となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−０６４０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、複数の運転監視操作卓１１を通信回線１２に接続してプラントを監視制御する際には、複数の運転監視操作卓１１間でプラントのデータを同時に一致させて表示するのが困難であった。従って、例えば、プラントの調節弁１４が開いている状態のときに、ある運転監視操作卓１１では調節弁１４が開いている状態のデータを表示しているのに、他の運転監視操作卓１１では調節弁１４が閉じている状態のデータを表示しているということが起こりうる。この例のように、各運転監視操作卓１１で異なるデータが表示され、実際のプラント状態と違うデータが表示されている場合には、運転監視操作卓１１では実際の状態とは異なるデータに基づいてプラントに信号を送信するなどの操作ミスが起こり、プラントの運転に支障をきたすこともある。
【０００８】
本発明の目的は、通信回線の回線数の冗長化を可能にし、複数台の運転監視操作卓間でデータが同時に一致しているというデータの同時性を保つことができるプロセス監視制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によるプロセス監視制御システムは、次のような構成を取る。
【００１０】
表示装置とキー入力装置とを有する運転監視操作卓を備える情報処理装置と、プログラマブルコントローラと、プロセス制御の実行を司る専用モジュールと、プロセス入出力インタフェースとを備えるプロセス制御装置と、前記情報処理装置と前記プロセス制御装置とを接続する通信回線とを備え、前記専用モジュールは、前記通信回線を冗長化する複数の通信チャネルを有することを特徴とする。
【００１１】
前記専用モジュールは、さらに、前記プログラマブルコントローラとのデータ交信を可能とするインタフェースを有する。前記プログラマブルコントローラは、前記プロセス入出力インタフェースを介してプラントから入力データを取込み、前記入力データのデータ表現を前記専用モジュールが処理するプロセス制御データのデータ表現に変更し、また、前記専用モジュールからプロセス制御データを取込み、前記プロセス制御データのデータ表現を前記プログラマブルコントローラが扱うデータ表現に変更して前記プロセス入出力インタフェースを介してプラントに信号を出力するラダープログラムを実装する。
【００１２】
前記プロセス制御装置は、前記専用モジュールで実行されるプロセス制御用プログラムと前記プログラマブルコントローラで実行されるラダープログラムとを保持し、前記専用モジュールと前記プログラマブルコントローラとの間でデータ交信をしながら前記プロセス制御用プログラムと前記ラダープログラムとを実行する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のプロセス監視制御システムでは、プロセス制御装置のプログラマブルコントローラに専用モジュールを実装し、ラダープログラムとプロセス制御プログラムとを１つのプログラマブルコントローラ内で実行させる。これにより、１つのプロセス制御装置により、複数の運転監視操作卓とプラントのプロセスとが制御可能になり、同一内容のプラントのデータを複数の運転監視操作卓で表示することができる。また、専用モジュールは、複数の通信チャネルを備えるので通信回線の回線数の冗長化が可能になり、タイムラグを生じさせることなく複数の運転監視操作卓にプラントのデータを表示することができる。従って、プロセス監視制御システムにおいて、複数台の運転監視操作卓間でデータが同時に一致しているというデータの同時性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるプロセス監視制御システムの構成例。
【図２】従来のプロセス制御装置（プログラマブルコントローラ）の構成図。
【図３】本発明によるプロセス制御装置の構成図。
【図４】本発明によるプロセス制御装置の処理フロー。
【図５】従来のプロセス監視制御システムの構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明によるプロセス監視制御システムでは、プロセス制御装置のプログラマブルコントローラに通信チャネルを複数個実装可能な専用モジュールを設けることにより、プログラマブルコントローラと運転監視操作卓との通信回線の冗長化を可能とする。
【００１６】
さらに、専用モジュール内にプログラマブルコントローラとのデータ交信を可能とするソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）を実装し、従来は仮想的に運転監視操作卓内で動作していたプロセス制御実行部を、専用モジュールによりプロセス制御装置内で動作させる。専用モジュールは、プログラマブルコントローラの入力装置に接続されている流量計から直接信号を取得することで、データを入力する。そして、制御演算を実行し、プログラマブルコントローラの出力装置に接続されている開閉バルブへ信号を送ってデータを出力する。このような構成により、プロセス制御用プログラムをプロセス制御装置内で動作させることが可能になる。
【００１７】
プロセス制御装置は、専用モジュールで実行されるプロセス制御用プログラムとプログラマブルコントローラで実行されるラダープログラムという、２つのプログラムを保持し実行する。そして、冗長化された通信回線を介して接続されている複数台の運転監視操作卓を司る。本発明によるプロセス監視制御システムでは、このようなプロセス制御装置の構成により、同一内容のデータを複数の運転監視操作卓で表示することができ、かつ、複数の運転監視操作卓にタイムラグを生じさせることなくプラントのデータを表示することができる。従って、複数台の運転監視操作卓間でデータが同時に一致しているというデータの同時性を保つことができる。
【００１８】
プログラマブルコントローラは、例えば、電圧や電流などのアナログデータを−１００〜１００の整数を用いて表現し、処理を実行する。一方、専用モジュールは、０〜６０００の整数で表されるプロセス制御データを用いて処理を実行する。このように、プログラマブルコントローラは、プログラマブルコントローラ自体の動作に適するデータを扱い、専用モジュールは、プロセス制御に適するデータを扱うが、これらのデータは表現形式が異なっている。従って、プログラマブルコントローラと専用モジュール間でデータ交信をするためには、データの表現を交信先の表現に変更する必要がある。
【００１９】
専用モジュールが処理するデータとプログラマブルコントローラが処理するデータの表現を変更するためのプログラムを、各種入出力装置毎にプログラマブルコントローラに格納して実装する。プログラマブルコントローラは、このプログラムにより、実際に入出力を実施する時とプロセス制御を実施する時にデータ表現を変更する。
【００２０】
専用モジュールからのデータ入出力は、予め決められたプログラマブルコントローラ内のデータテーブルに対してのデータの入力・出力であり、そのデータテーブルから実際の入力装置・出力装置への割付及び処理に関しては、プログラマブルコントローラのプログラムが実行する。
【００２１】
運転監視操作卓は、プロセス制御装置の専用モジュールに対してデータ収集・設定要求をする。専用モジュールの制御可変データ格納領域には、専用モジュール内で毎周期実行している演算結果が格納され、運転監視操作卓は、制御可変データ格納領域のデータの操作（データのリード、ライトなど）を実施する。
【００２２】
以下、本発明の実施例を、図１、図２、図３、及び図４を用いて説明する。
【００２３】
図１は、本発明によるプロセス監視制御システムの構成を示したものである。本発明によるプロセス監視制御システムは、運転監視操作卓１１、通信回線１２、及びプロセス制御装置１３から構成され、運転監視操作卓１１とプロセス制御装置１３とは、通信回線１２で接続されている。プロセス制御装置１３は、プログラマブルコントローラ２１と、プロセス制御の実行を司る専用モジュール２２と、プロセス入出力インタフェース２３（入力装置と出力装置）とを備える。
【００２４】
運転監視操作卓１１は、表示装置とキー入力装置とを有し、プロセス制御装置１３を介してプラントのプロセスに関するデータや信号を入出力する情報処理装置の役割を果たす。
【００２５】
プロセス制御装置１３は、例えば、プラントの反応缶１５の配管に取付けられた流量計１６から流量の信号を取込み、ＰＩＤ演算を行い、演算結果を反応缶１５の配管に取付けられた調節弁１４に出力する、という具合にしてプロセス制御を行う。プロセス制御では、温度が目標値を超えたら蒸気の流入バルブを閉める等のシーケンス制御も多用される。
【００２６】
従来、プロセス規模の小さな分野においては、プロセス制御装置にプログラマブルコントローラが使用されており、この場合、運転監視操作卓１１でプロセス制御を仮想的に実行し、通信回線１２を介して、プログラマブルコントローラを入出力装置と扱い、プロセス制御を実施している。
【００２７】
図２に、従来のプロセス制御装置（プログラマブルコントローラ）の構成を示す。従来のプロセス制御装置（プログラマブルコントローラ）１３は、ラダープログラムを複数個格納できるラダープログラム格納領域と、ラダープログラムを実行するラダープログラム処理装置とを備える。
【００２８】
ラダープログラム処理装置は、ラダープログラム格納領域からラダープログラムをロードし、入力装置に接続されている流量計１６等からデータを取得し、演算を実行し、演算結果を出力装置に接続されている調節弁１４等に信号として出力し、調節弁１４の開閉操作等を実行する。この時、入力データ及び出力データは、それぞれ入力データメモリテーブル及び出力データメモリテーブルに格納される。
【００２９】
運転監視操作卓１１からの要求に従い、プロセス制御装置（プログラマブルコントローラ）１３は、通信回線１２を介して、データ表示に関しては入力データメモリテーブルから入力データを収集して表示させ、データ設定操作においては設定すべきデータを出力データメモリテーブルに設定する。この時、運転監視操作卓１１のデータ入出力と、プロセス制御装置（プログラマブルコントローラ）１３内のラダープログラムの実行とは、無関係に動作している。
【００３０】
図３に、本発明によるプロセス制御装置の構成図を示す。
【００３１】
プロセス制御装置１３の専用モジュール２２は、プロセス制御用プログラム実行部と、ソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）と、制御可変データ格納領域とを有し、これらはプロセス制御用プログラム実行装置が司る。専用モジュール２２は、さらに、通信用プログラム実行部と、複数の通信チャネルとを有する。プロセス制御用プログラム実行部は、プロセス制御用プログラムを実行する。ソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）は、プログラマブルコントローラ２１とのデータ交信を司る。制御可変データ格納領域には、制御可変データが格納される。通信用プログラム実行部は、通信用プログラムを実行し、運転監視操作卓１１との通信を司る。複数の通信チャネルは、複数のＬＡＮチャネルが専用モジュール２２に実装されているものであり、運転監視操作卓１１との通信に用いられる。この複数のＬＡＮチャネルにより、プログラマブルコントローラ２１と運転監視操作卓１１との通信回線の冗長化が可能となる。
【００３２】
プロセス制御装置１３のプログラマブルコントローラ２１は、ラダープログラム格納領域と、入力データワークテーブルと、入力データメモリテーブルと、出力データワークテーブルと、出力データメモリテーブルとから構成され、これらはラダープログラム処理装置が司る。ラダープログラム格納領域には、ラダープログラムが格納される。入力データワークテーブルと出力データワークテーブルは、専用モジュール２２に実装されるソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）との入出力テーブルとなる。入力データメモリテーブルと出力データメモリテーブルは、プロセス入出力インタフェース２３である入力装置と出力装置にそれぞれに接続される。プログラマブルコントローラ２１は、ラダープログラムに従い、各装置に対して信号を送受信して入出力を実施する。
【００３３】
図４に、本発明によるプロセス制御装置の処理フローを示す。
【００３４】
まず、専用モジュールのプロセス制御用プログラム実行部の処理フローについて説明する。
【００３５】
Ｓ１で、ソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）を介して、プログラマブルコントローラからデータの入力処理を実施する。入力処理にて取得した入力データは、制御可変データ格納領域に格納される。
【００３６】
Ｓ２〜Ｓ４で、入力データを基にＰＩＤ演算処理を実施し、シーケンス制御と制御簡易演算処理を実行し、プラントを制御する。
【００３７】
Ｓ５で、ソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）を介して、プログラマブルコントローラに対してデータを出力し、データ設定を行う。
【００３８】
次に、専用モジュールの、運転監視操作卓との通信を司る通信用プログラム実行部の処理フローについて説明する。
【００３９】
Ｓ１１で、運転監視操作卓からの要求を受信し、構文解析をする。
【００４０】
Ｓ１２で、制御可変データ格納領域のデータを基に、運転監視操作卓の要求に対する応答を作成し、作成した応答を制御可変データ格納領域に格納する。
【００４１】
Ｓ１３で、運転監視操作卓に作成した応答を返す。
【００４２】
次に、プログラマブルコントローラのラダープログラム処理装置の処理フローについて説明する。
【００４３】
Ｓ２１で、入力処理に関して実行が必要なプログラムが有るかチェックする。必要なプログラムが有る場合には、ラダープログラム格納領域からそのプログラムを読み出して実行し、Ｓ２２に進む。
【００４４】
Ｓ２２では、入力装置（プロセス入出力インタフェース）に接続されているプラントの流量計等のデータを、入力データメモリテーブルから取得する。
【００４５】
Ｓ２３では、取得したデータを専用モジュールで使用するために、データ表現変更処理を実行する。このデータ表現変更処理は、データの表現形式を、プログラマブルコントローラに適したデータ表現から、専用モジュールに適したデータ表現に変換する処理である。データ表現変更処理を行ったデータは、入力データワークテーブルとソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）とを介して、専用モジュールに入力される。
【００４６】
Ｓ２４で、今度は、出力処理に関して実行が必要なプログラムの有無をチェックする。必要なプログラムが有る場合には、ラダープログラム格納領域からそのプログラムを読み出して実行し、Ｓ２５に進む。
【００４７】
Ｓ２５では、専用モジュールからソフトウェアインタフェース（入出力インタフェース）と出力データワークテーブルとを介して出力されてきたデータに対し、データ表現変更処理を実行する。ここでのデータ表現変更処理は、データの表現形式を、専用モジュールに適したデータ表現から、プログラマブルコントローラに適したデータ表現に変換する処理である。すなわち、Ｓ２３のデータ表現変更処理で行ったデータ変換の逆変換の処理を行う。
【００４８】
Ｓ２６で、データ表現変更処理を行ったデータを出力データメモリテーブルに出力し、出力装置（プロセス入出力インタフェース）に接続されているプラントのバルブ等に対して操作信号を出力する。
【符号の説明】
【００４９】
１１…運転監視操作卓、１２…通信回線、１３…プロセス制御装置、１４…調節弁、１５…反応缶、１６…流量計、２１…プログラマブルコントローラ、２２…専用モジュール、２３…プロセス入出力インタフェース。
【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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