(57)【要約】【課題】  表示機能と制御機能との関係を「粗結合」とすることにより、機器の監視・操作において更に広範囲に視野を広げることを可能としたプラント監視制御装置を提供する。【解決手段】  プロセス監視画面１８に、すべての監視対象物の個々の現在状態が分かる表示１９−１、１９−２を行う。また個々の監視対象物についての状態表示に対して所定の操作を行った場合に、その監視対象物の操作のための表示を行う。例えばポンプの「運転中」の表示をクリックすることにより、その近傍に、ポンプを操作するための表示が行われる。これにより、従来の「タグ」において両機能が一体化されていたことにより、阻害されていたフレキシビリティやスケーラビリティを有効にするとともに、従来の利点である「機器特化性」を損なうことなく、機器の監視・操作を更に広範囲に視野を広げることが可能となる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを構成する監視対象物を監視し制御するプラント監視制御装置において、複数の監視対象物をその相互の関係が分かるように表示する手段と、この手段により表示される前記監視対象物の近傍に、それぞれの監視対象物の状態を表示する手段と、この手段により表示される監視対象物の状態の表示に対して所定の操作を行った場合に、その監視対象物の状態の表示の近傍に、その監視対象物を制御するための表示を行う手段とを備えたことを特徴とするプラント監視制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば上下水道向けプラント等の計装制御プラントにおけるプラント監視制御装置に関し、特に、制御機能、監視機能、データ収集機能、及び表示機能を備え、定常運転で傾向監視を行うことが可能なプラント監視制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラント監視制御装置を利用する計装分野においては、操作員による各機器の監視・操作のオペレーティング手法として「タグ」という概念が用いられてきた。例えば、特許文献１においては、制御対象のデータをプロセスタグとして扱うとともに、コントローラ装置の動作状態等をシステムタグとして処理することが記載されている。
【０００３】
「タグ」とは、監視においては、プラントを構成する各機器（ポンプ、バルブ等）の正常／異常状態信号をリアルタイムかつ視覚的に監視できること、機器操作においては、例えばポンプでは運転／停止操作、バルブでは開／閉操作等を的確に行えることを目的として提供されるＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）である。
【０００４】
同様にＧＵＩとして提供される一般的な機能として、プロセスフロー画面（プラントフロー画面、または単にグラフィック画面とも呼ばれる）  があるが、「プロセスフロー画面」は、プラント制御が影響を与える範囲の監視のみ（全体または特定範囲の動作状況の把握）を行うことが目的であるのに対し、「タグ」は、プラントを構成する特定の機器（ポンプやバルブ等）の監視、並びに操作を行うことを目的としている点に両者の相違点がある。
【０００５】
このように「タグ」では、プラントを構成する機器の監視と操作を行うため、例えばポンプを対象として考えた場合には、ポンプの機器特性、操作方法等は１台のポンプに特化した属性として必要となり、必然的に１台のポンプに対して１つのタグが存在しなければならないことになる。
【０００６】
この実現方法をソフトウェア製造の観点から考えると、ポンプ用の雛型のタグを用意しておき、それに対して機器属性、入出力用Ｉ／Ｏ信号等の必要な情報を割り付けて、対象ポンプを示すユニークな名称でタグを保存すれば、特定のポンプに対応したタグを生成することができる。
【０００７】
さらに拡張情報の設定と取込む仕組みを、あらかじめ考慮しておくことにより、はじめの雛型だけではおさまらない特性を持ったポンプがあった場合でも対応ができ、汎用性もより高くなる。これは、プラントの構成機器を監視／制御するタグ全体に言える事であるため、あらかじめポンプ、バルブ、センサー等に大別して考慮された各雛型に対してプラント上の各機器固有の属性（情報）を与えることで、雛型タグから固有タグを生成する手法が計装制御においては一般的に行われている。また、タグを単位とした伝送を行うことにより、特定の機器情報が一括で送受信できるため、計装制御分野におけるプラント監視の単位、手法としてタグの位置付けは、極めて重要なものとなっている。
【特許文献１】特開平１０−２０７５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、計装制御分野でのプラント監視制御装置における「タグ」の位置付けは重要なものである。仮に「タグ」という概念や仕組みが無い計装制御プラントの監視制御を考えた場合、監視制御は極めて煩雑なものになる恐れがあり、誤りも多くなるためプラント監視制御システムとして不安定要素となる。
【０００９】
このように、「タグ」は、計装制御プラントにおいて重要な意味を持つため、制御内容によって固定化され、機器との関連性の面では極めて密結合であるといえる。これは、操作員が実際に各機器を操作する時に、誤操作／誤設定等を極力抑え、「タグ」によるフェイルセーフ処理を行う上で必要なことではある。
【００１０】
このことから、「タグ」はプラント監視制御装置や各機器を納入する電機メーカ、機械メーカ等が提供する機能であることになるが、操作員は「提供されるもの」のみで満足しているのであるのか、という疑問が生じる。
【００１１】
実際に運用されるプラントでは、天候や予期せぬ事象により運用方法を変更する必要が生じるものも少なくないが、そのような場合にも「機器に特化して固定された（極めて機械的な）タグ」で問題も不満も無く運用しているのであろうか、また時々刻々と変化している周辺環境下において、プラントの初期導入時点では、予測のできなかった運用方法の変更が生じた場合に、本来であれば「タグ」として存在していて欲しい機能が無いため、既存の「タグ」を画面上に複数表示し、それらを駆使して運用しているのが実情ではないか、といった視点に立った時、従来の「タグ」が内包している問題点が見えてくる。
【００１２】
つまり、現状の「タグ」はプラントの運用／操作を行う立場と、提供する機械メーカや電機メーカのノウハウ（ＫｎｏｗＨｏｗ）を抱合した「プラント運用上の既定の概念の最大公約数」であると言える。例えば、あるプラントを構成する機器のひとつである「ポンプ」に、どれだけのどのような特性情報があり、運転や停止等の操作や操作出力を行うにはどのような仕組みが必要であるかといった機器特性面と、プラントの運用者、操作員、並びにプラント監視制御装置の提供メーカにおける、プラント監視制御の経験則の面からのアプローチにより、「ポンプ」に対するオペレータ・インタフェースを実現するためのＧＵＩとして「タグ」が生成されるが、これは広義の意味でのポンプを表す「タグ」であり、一般的な意味でのポンプという機器を表している雛形であるにすぎず、「○○ポンプ」というユニークな特殊性を持たせるためには、機器を限定するための機器特性情報（○○ポンプのパラメータ、プロパティ等）を与える必要がある。逆に言えば、一般的なポンプ用「タグ」に、機器としての特性情報を与えることにより特化させることで、「タグ」としての単位で「○○ポンプ」が生成されることになる。
【００１３】
このように「タグ」の単位で機器に特化された場合、例えばポンプが１００台あった場合には、一般的な「タグ」は１つであるが、各ポンプ毎に特化させる必要があるため機器に特化した「タグ」も１００個必要となる。既に述べたように「タグ」は監視のみではなく、制御（操作）を行うための機能を持っているため、他の機器属性のパラメータ値は同じであっても、ある機器属性としての１つのパラメータ値が、「１号ポンプ」では「１０」であるのに対し、「２号ポンプ」では「１５」であるだけで、「１号ポンプ」用の「タグ」とは別に、新たに「２号ポンプ」用の「タグ」を別途定義して生成する必要が生じる。これは、「タグ」の入出力信号が異なる場合であっても当然に同様に別の「タグ」として定義と生成が必要である。
【００１４】
ここで、従来の「タグ」が持っている問題が更に表面化することになる。つまり、「タグ」はＧＵＩとして機器に特化したものであると共に、表示機能と制御機能を持っているため、どちらか一方（表示機能か制御機能）が一部でも異なる場合には、監視制御システム上に既に存在する「タグ」とほとんど同一の機能を持った別の「タグ」として定義する必要がある。前述のように、１００個のポンプがシステム上に存在すると仮定した場合、「タグ」を構成する複数の機器属性のパラメータの内にある１つのパラメータ値がポンプ数分（この例の場合は１００台）異なるとすると、同一の制御機能と表示機能を持ったポンプ用の「タグ」が、１００個必要となる。これは、機器を特定する単位が「タグ」であることにも要因があるが、それ以外に、表示機能と制御機能が明確に分割されていないために発生する問題点でもある。
【００１５】
また、従来は「タグ」によるプラント構成機器の単品表示により、操作員が、その相関関係を明確に把握しておく必要があるとともに、プラント傾向監視においては、プラント監視画面やトレンドグラフ画面により確認する場合に、各構成機器の詳細な状態を確認しようとした時に、監視・操作のために複数タグの表示を行う必要があることにより、傾向監視を行う画面の一部が隠れてしまうという弊害があった。図５及び図６を用いて、これを説明する。
【００１６】
図５は、一般的な上下水道プラントの監視制御設備における、バルブ、池、ポンプの関係を示す図であるが、このプラントにおいては、ポンプ２が運転され、バルブ３が開くことにより配管１に水が流れだし、池４に水が貯水される。池４の水位が上限に到達する前に、ポンプの２運転が停止され、バルブ３が閉じられて配管１から池４への配水が停止される。なお、５は池の水位を監視するためのセンサである。
【００１７】
このようなプラントを監視制御する場合において、まず配管１に水を流すためにバルブ３が開けられるが、この時、バルブ３は「全閉」から「全開」へ一瞬にして状態が移行することはなく、バルブ特性により、時間の差異はあるものの、状態推移としては、「全閉」「寸開」「半開」「寸閉」「全開」といった段階を踏む。同様に、ポンプ２もいきなり期待する回転速度にはならず、Ｑ−Ｈ特性に従ったカーブを描きながら、速度が上昇していき、期待回転速度に到達する。
【００１８】
つまり、各機器の動作は「池に水を流して貯水する」という要求が出たからといって、直に期待値で動作するわけではなく、期待動作までには、各機器の特性によるタイムラグが発生することになる。
【００１９】
これは、必然的に「池に水が貯水される」ことにも影響し、徐々に池に水が流れ込み始めてから、一定の送水流量に到達するまでには、そこに至るまでの各構成機器の特性要因と配管の太さ、バルブやポンプと池の位置高低差が影響した曲線を描くことになる。
【００２０】
従来から、このような傾向監視は、プラント監視画面（グラフィック画面とも呼ばれる）やトレンドグラフ画面により確認されていたが、各構成機器の監視・操作画面を表示した場合に、傾向監視を行う画面の一部が隠れてしまうといった弊害が生じる。
【００２１】
すなわち、このようなプラントを監視制御する場合において、従来のタグを使用する時には、ポンプの運転／停止の表示・操作のタグ、バルブの開閉の表示・操作のタグ、池の水位を示すタグ、及び各構成機器の異常を示すタグ（ポンプの故障、池の水位の上限超過等）が必要であるが、このような各構成機器の監視・操作のためのタグを表示した場合に、傾向監視を行う画面の一部が隠れてしまうといった弊害が生じる。
【００２２】
例えば、図６は、このようなプラントを監視制御する場合のプロセス監視画面６を示すもので、このプロセス監視画面６においては、上下に、それぞれ１号機系統と２号機系統の２つの系統が表示されている。この画面で、例えば、２号機系統について、図示のように、バルブの開閉の表示・操作のタグ７ａ、ポンプの運転／停止の表示・操作のタグ７ｂ、池の水位を示すタグ７ｃを表示すると、画面の一部が隠れてしまうといった弊害が生じる。（なお、池の水位を示すタグ７ｃについては、水位の上限位置と、現在水位の状態を表示している。バルブの開閉の表示・操作のタグ７ａ及びポンプの運転／停止の表示・操作のタグ７ｂについては、上部の２つの表示が現在の動作状態の表示（バルブについては「開」または「閉」状態の表示、ポンプについては「運転」または「停止」の状態の表示）となっており、下部の２つの表示が制御を行うための操作用釦の表示（バルブについては「開」または「閉」の操作のための操作用釦の表示、ポンプについては「運転」または「停止」の操作のための操作用釦の表示）となっている。）
本発明は、このような従来の問題を解決するために、従来の「タグ」が内包していた表示機能と制御機能を明確に切り離すとともに、表示機能と制御機能との関係を「粗結合」とすることにより、従来の「タグ」において両機能が一体化されていたことにより阻害されていたフレキシビリティやスケーラビリティを有効にするとともに、従来の利点である「機器特化性」を損なうことなく、機器の監視・操作において更に広範囲に視野を広げることを可能としたプラント監視制御装置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】
【００２３】
上記目的を達成するために、本発明は、プラントを構成する監視対象物を監視し制御するプラント監視制御装置において、複数の監視対象物をその相互の関係が分かるように表示する手段と、この手段により表示される監視対象物の近傍に、それぞれの監視対象物の状態を表示する手段と、この手段により表示される監視対象物の状態の表示に対して所定の操作を行った場合に、その監視対象物の状態の表示の近傍に、その監視対象物を制御するための表示を行う手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従来の「タグ」において両機能が一体化されていたことにより阻害されていたフレキシビリティやスケーラビリティを有効にするとともに、従来の利点である「機器特化性」を損なうことなく、機器の監視・操作において更に広範囲に視野を広げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るプラント監視制御装置を、上下水道プラントの監視制御設備に適用した場合の一実施形態について説明する。
【００２６】
前述のように、図５に示す上下水道プラントを監視制御する場合において、従来のタグを使用する時には、ポンプの運転／停止の表示・操作のタグ、バルブの開閉の表示・操作のタグ、池の水位を示すタグ、及び各構成機器の異常（ポンプの故障、池の水位の上限超過等）を示すタグが必要であった。このように、監視・操作のために複数タグの表示を行う必要があることにより、傾向監視を行う画面の一部が隠れてしまうという弊害があった。
【００２７】
また、これらの各構成機器は単独で動作をしながらも、プラントとして稼動しているものであるため、各々の機器間に相関関係が存在する。従って、各構成機器の状態確認は当然に必要であるが、一連のプラントしての流れが正常であるかを単独機器としてではなく、機器構成の相関関係情報として確認するのが本質的なプラント監視であるといえる。
【００２８】
そこで、本実施形態は、各構成機器の相関関係をあらかじめ念頭においた、監視・制御用の仕組みを提供することにより、より本質的な意味でのプラント監視制御を可能とするものである。これは、タグと同様に機器の特性を損なうことのない監視・制御に加えて、各構成機器間に妥当な相関関係を持たせることにより、本実施形態が提供しようとする機能を実現化する仕組みである。
【００２９】
すなわち、本実施形態は、プラント制御装置（ＰＬＣ等）、プラント監視装置（ＤＣＳ等）とデータ収集装置が制御用ＬＡＮならびに情報用ＬＡＮで接続されている上下水道プラントの監視制御設備において、特に運転監視機能設備の監視・操作機能に重点をおき、表示機能と制御機能を明確に切り離すとともに、表示機能と制御機能との関係を「粗結合」とりすることにより、従来の「タグ」において両機能が一体化されていたことにより、阻害されていたフレキシビリティやスケーラビリティを有効にし、従来の利点である「機器特化性」を損なうことなく、機器の監視・操作において更に広範囲に視野を広げることで、異常発生時の迅速な対応が可能となり、事前に異常傾向にあることが認識可能となることで、異常の発生を未然に防ぐことが可能となるようにしたプラント監視制御装置である。
【００３０】
すなわち、本実施形態においては、従来のように監視対象物の「タグ」に現在状態の表示と操作のための表示の双方の表示を行うのではなく、表示機能と制御機能とを切り離して、すべての監視対象物の個々の現在状態が分かる表示を行い、そして個々の監視対象物についての状態表示に対して所定の操作を行った場合に、その監視対象物の操作のための表示を行うこととしている。
【００３１】
図１は、本実施形態の概略構成を示すものである。
【００３２】
同図に示すように、本実施形態のプラント監視制御装置は、表示部１０、部品データ部１１、演算部１２、及び機能部１３を備えており、ＬＡＮ（制御用ＬＡＮならびに情報用ＬＡＮ）（図示せず）に接続されている。また、機能部１３は、表示更新機能１４、インタフェース機能１５、データ入力機能１６、及びデータ出力機能１７を備えている。
【００３３】
部品データ部１１は、例えばポンプ、バルブ、池、配管などの各監視対象物について、表示用の部品データを保持しており、表示部１０に対して部品データ読込２１を行う。演算部１２は、表示にあたって必要なデータの演算を行うもので、表示部１０に対してデータ読込処理２２を行う。また、機能部１３は、ＬＡＮを経由して他の装置とデータの授受を行い、表示部１０の表示の更新を行うように構成されている。
【００３４】
なお、表示部１０の表示には、二種類の表示１０ａ、１０ｂがある。表示１０ａは、各監視対象物であるポンプ、バルブ、池、配管の回転数、開度、水位、流量など現在の状態を表示する表示部分である。表示１０ｂはポンプ、バルブなどの各監視対象物の現在の動作状態（運転状態、開閉状態）を表示する表示部分であるとともに、そこに対して所定の操作を行った場合に、その近傍に、各監視対象物を操作するための表示が行われるようにしたものである。
【００３５】
図２は、本実施形態において表示部１０で表示されるプロセス監視画面１８の表示例を示すものである。このプロセス監視画面１８においては、例えば、上下に、それぞれ１号機系統と、２号機系統の２つの系統が表示されている。そして、これらの各系統の表示においては、監視対象物であるポンプ、バルブ、池、配管などが、その相互の関係が分かるように表示されている。
【００３６】
そして、各系統において、これらの監視対象物であるポンプ、バルブ、池、配管などの現在状態がその近傍に表示されている。例えば、ポンプ、バルブについては、現在の動作状態を示す「運転中」、「全開」という表示がポンプ、バルブの近傍に表示されるとともに、ポンプ、バルブ、池、配管の回転数、開度、水位、流量などの現在の状態を示す数値データもこれらの監視対象物の近傍に表示される。このように、各系統において、すべての監視対象物の個々の現在状態が分かる表示１９−１、１９−２を行う。
【００３７】
また、監視対象物に異常が発生した場合は、その監視対象物の近傍に異常の表示を行う。例えば２号系統の、バルブと池の間の配管の流量に異常が発生した場合（例えば、バルブが全開していなかったり、ポンプの回転数が低下したり、あるいは配管が目詰まりしてしまって流量が所定量以下に低下した場合）は、図３に示すように、プロセス監視画面２０の表示２１−２において、バルブと池の間の配管の近傍に異常表示２２を行う。
【００３８】
そして、ポンプまたはバルブについての、現在の動作状態を示す「運転中」または「全開」という表示に対して、所定の操作（例えば、その位置にカーソルを当てて、マウスをクリックする操作）を行った場合に、「運転中」または「全開」という表示の近傍（例えば「運転中」または「全開」という表示の上方）にポンプまたはバルブを操作するための表示が行われる。
【００３９】
この操作のための表示の例を、図４に示す。図４において（ａ）は２号ポンプの操作のための表示を、（ｂ）は２号バルブの操作のための表示を示す。なお、この図４の（ａ）、及び（ｂ）に示す表示は、類似したレイアウトとなっており、テンプレートを使用して作成することが出来る。
【００４０】
図４（ａ）の２号ポンプの操作のための表示において、「運転」または「停止」の釦表示に対して、所定の操作（例えば、その位置にカーソルを当てて、マウスをクリックする操作）を行うことにより２号ポンプを運転させたり、停止させたりする操作を行うことができ、また、右側の上向き三角または下向き三角の表示に対して、所定の操作を行うことによりポンプの回転数を上げたり下げたりする操作を行うことができる。
【００４１】
また、図４（ｂ）の２号バルブの操作のための表示において、「全開」「寸閉」「半開」「寸開」「全閉」のいずれかの釦表示に対して、所定の操作を行うことにより２号バルブの開度がその状態になるように操作することができる。なお、現在の状態から急激な開度変化を行うことは好ましくないので、操作可能な釦表示以外の釦表示は操作不可であることを示す薄い表示とする。また、右側の上向き三角または下向き三角の表示に対して、所定の操作を行うことによりバルブの開度を上げたり下げたりする操作を行うことができる。
【００４２】
なお、操作を終了した場合は、これらの操作のための表示は消去する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態においては、各系統において、すべての監視対象物の個々の現在状態が分かる表示を行い、また個々の監視対象物についての状態表示に対する所定の操作を行った場合に、その監視対象物の操作のための表示を行うこととしている。このように、本実施形態においては、特に運転監視機能設備の監視・操作機能に重点をおき、表示機能と制御機能を明確に切り離すとともに、表示機能と制御機能との関係を「粗結合」としている。
【００４４】
このような仕組みにより、各構成機器単独での監視・制御操作機器ではなく、プラント傾向監視に重点をおいた監視・制御が可能となるため、プラント監視画面やトレンドグラフ画面に依存していた部分が吸収されることにより、操作員がプラント監視を行う上での画面展開等の操作の煩雑さが少なくなり、より使いやすく、また異常発生時には迅速な対応が可能となるとともに、傾向監視が見やすくなることにより、事前に異常傾向にあることが認識可能であるため、異常の発生を未然に防ぐことが可能となる。
【００４５】
さらに、従来の「タグ」が内包していた表示機能と制御機能を明確に切り離すとともに、表示機能と制御機能との関係を「粗結合」とすることにより、従来の「タグ」において両機能が一体化されていたことにより、阻害されていたフレキシビリティやスケーラビリティを有効にするとともに、従来の利点である「機器特化性」を損なうことなく、機器の監視・操作において更に広範囲に視野を広げることが可能となる。
【００４６】
なお、本実施形態における仕組みを使用しても、上記の画面の一部が隠れてしまうという弊害は解消されないが、本実施形態においては、各構成機器単独での監視・制御操作ではなく、プラント傾向監視に重点をおいているため、弊害による影響度は極めて少なくなる。
【００４７】
また、従来から監視・制御装置で使用されている傾向監視機能としての「プラント監視画面」や「トレンドグラフ画面」を、本実施形態の仕組みを用いて作成することが可能となり、異なる仕組みで作成されていた監視・制御装置の各機能を仕組みが統一できることにより、機器及びプラント傾向監視機能だけでなく、プラント監視制御装置自体を本実施形態の仕組みを用いて作成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係るプラント監視制御装置の一実施形態の概略構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態におけるプロセス表示画面の表示例を示す図。
【図３】本発明の一実施形態におけるプロセス表示画面の他の表示例を示す図。
【図４】本発明の一実施形態における操作のための表示の例を示す図。
【図５】一般的な上下水道プラントの監視制御設備の例を示す図。
【図６】従来のプロセス監視画面の表示例を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１…配管
２…ポンプ
３…バルブ
４…池
５…センサ
１０…表示部
１１…部品データ部
１２…演算部
１３…機能部
１４…表示更新機能
１５…インタフェース機能
１６…データ入力機能
１７…データ出力機能
【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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