(57)【要約】【課題】プラントによる品種製造において、異なる原料の投入や投入配管ルートの変更および品種製造の改善といった修正を加える場合や、品種製造や原料の追加を行う場合において、迅速に適切な作業が行えるプラント制御装置を実現する。【解決手段】製造の全体の流れの制御は親ＳＦＣで記述され、仕込弁等の制御機器の詳細な制御はタイムチャートにより記述され、タイムチャートは、縦方向に対象となる原料投入の仕込弁等の制御機器を示す出力信号リストが配置され、横方向には工程名称と原料投入の制御順番に当たるステップが合わせて配置される。現在ステップから次のステップへの移行は、移行する条件を論理式で表現し、条件式が真のときにステップが移行するように制御される。【選択図】  図４
2007011854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記憶部に記憶された制御シーケンスに従って、プラントの動作制御を行う制御部と、上記制御シーケンスを表示すると共にこの制御シーケンスを修正可能な操作卓を有するプラント制御装置において、
上記制御シーケンスは、
プラント全体の製造工程の流れを定義するシーケンシャルファンクションチャートと、
複数の製造品種毎に複数の製造手段の運転状態が製造工程順に従って定義され、その定義毎にステップ番号が付与されたタイムチャートと、
上記タイムチャートに示されたステップ番号における製造工程移行条件と、移行先ステップ番号とが定義されたテーブルとを備えることを特徴とするプラント制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラント制御装置において、上記タイムチャートは、上記操作卓の表示部に表示され、そのときに運転実行中の製造手段が運転実行中であることを示す表示を行うことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のプラント制御装置において、上記タイムチャートは、プラントの製造手段に対応する出力信号リストを示す項目と、ステップを示す項目によりマス目状の部分を形成し、このマス目状の部分に登録することにより、指定されたプラントの製造手段に定義された動作を行わせ、ステップからステップへの移行は、各ステップに対応して定義された論理式の真偽により判定され、論理式が真である場合には、各ステップに対応して定義された移行先ステップへ移行されることを特徴とするプラント制御装置。
【請求項４】
記憶部に記憶された制御シーケンスに従って、プラントの動作制御を行う制御部と、上記制御シーケンスを表示すると共にこの制御シーケンスを修正可能な操作卓を有するプラント制御装置のプラント制御方法において、
上記制御シーケンスは、プラント全体の製造工程の流れを定義するシーケンシャルファンクションチャートと、
複数の製造品種毎に複数の製造手段の運転状態が製造工程順に従って定義され、その定義毎にステップ番号が付与されたタイムチャートと、
上記タイムチャートに示されたステップ番号における製造工程移行条件と、移行先ステップ番号とが定義されたテーブルとを備え、
上記テーブルのステップ番号を指定することにより、制御シーケンスが特定されることを特徴とするプラント制御方法。
【請求項５】
請求項４記載のプラント制御方法において、上記タイムチャートは上記操作卓の表示部に表示され、そのときに運転実行中の製造手段が運転実行中であることを示す表示を行うことを特徴とするプラント制御方法。
【請求項６】
請求項４記載のプラント制御方法において、上記タイムチャートは、プラントの製造手段に対応する出力信号リストを示す項目と、ステップを示す項目によりマス目状の部分を形成し、このマス目状の部分に登録することにより、指定されたプラントの製造手段に定義された動作を行わせ、ステップからステップへの移行は、各ステップに対応して定義された論理式の真偽により判定され、論理式が真である場合には、各ステップに対応して定義された移行先ステップへ移行され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、プラントを自動運転させるプラント制御装置及びプラント制御方法に係わり、特にシーケンス制御に従い、複数種類の品種を切り換えて製造するバッチプラントに対応したプラント制御装置及びプラント制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反応缶等の装置に原料を投入し、反応、濃縮といった一連の処理を行い、処理内容・手順を変えることにより多様な製品を作ることができ、多品種少量生産に適するバッチプラントという技術が知られている。このバッチプラントを制御する手法として、ＳＦＣ（シーケンシャル・ファンクション・チャート）による方法が知られている。
【０００３】
従来のＳＦＣによるプラント制御は、例えば、複数の品種毎に複数の仕込弁（原料種類に対応する）と反応工程との全体接続関係を示す親ＳＦＣと、例えば、複数の品種毎に複数の仕込弁の接続関係を定義した子ＳＦＣとを使用していた。ＳＦＣは選択分岐、同時（並行）分岐、分岐の合流、ループ（制御の流れを上流に戻す）等の手段を有しているため、シーケンス制御の流れを把握しやすいという特徴がある。
【０００４】
このため、親ＳＦＣでは製造制御の流れ（工程）を適切に把握することができ、また、子ＳＦＣにおいても同時に原料を投入するような並列実行処理の制御シーケンスがある場合でも制御手順通りに記述することができるという利点がある。
【０００５】
一方、特許文献１には、プラントや製造ラインのプログラム開発において、動作仕様の記述方式およびその表示方式に適用可能なＳＦＣとタイムチャートを相互変換し、設計者の理解を助け人為的な誤りが混入する可能性を減少させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２３４７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の親ＳＦＣから、子ＳＦＣを実行する方式によると、親ＳＦＣの製造制御の流れ（工程）を変えず、原料仕込みの子シーケンスに対して、異なる原料の投入を行う修正を行う場合や、原料仕込みの配管ルートを変更する修正を行う場合等に、修正個所は容易に特定の子ＳＦＣであると特定することはできるが、修正する個所における仕込弁の開閉等の製造機器の動作状態をオペレータ等は即座に把握することができなかった。
【０００８】
このため、修正する個所の前後の制御シーケンスを全て確認することが必要となり、品種製造の改善といった頻繁に行われる少量の修正を行う場合であっても、動作確認も含めて多くの作業時間を必要としてしまう。
【０００９】
また、品種製造の運転中においては、天候、気温または原料の質等の条件によりオペレータによる微調整を必要とする場合があり、このような場合にも、上記のシーケンスの修正の場合と同様に、仕込弁の開閉等の製造機器の動作状態を即座に把握することができないため、容易に調整作業を実施することができず、状況に応じた適切な品種製造を迅速に実行することが難しい。
【００１０】
また、品種製造の運転中に異常が発生し、オペレータの対処が必要とされる場合には、オペレータの誤解、思い込みによる誤操作が発生する可能性が無いわけではなく、その場合には、現在製造している製品の破棄、または次製品の製造に影響を及ぼす等の生産効率の低下が問題となる。
【００１１】
また、従来技術による手法を用いて品種毎に子ＳＦＣを作成した場合には、同一原料の投入を制御する仕込弁について、それぞれの子ＳＦＣにおいて定義することが多くなるため、各品種に共通な修正を加える場合には修正漏れが発生しやすくなる。同様に、仕込弁の仕様変更を行う場合にも対象の仕込弁を使用する全ての子ＳＦＣについて修正が必要になり、修正漏れが発生しやすくなる。
【００１２】
一方、特許文献１には、設計者の理解を助け人為的な誤りの混入する可能性を減少させる目的で、ＳＦＣとタイムチャートを相互に変換する技術が開示されているが、プラントの品種製造における、修正、変更、及び追加の容易さについては記載されていない。
【００１３】
本発明の目的は、プラントによる品種製造において、異なる原料の投入や投入配管ルートの変更および品種製造の改善といった修正を加える場合や、品種製造や原料の追加を行う場合において、迅速に適切な作業が行えるプラント制御装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のプラント制御装置は、ＳＦＣを親シーケンスに用い、タイムチャートを子シーケンスに用いて、これらを組み合わせることによりプラント制御を行う構成とする。
【００１５】
親シーケンスであるＳＦＣには、プラントの全体の工程の流れを定義する。子シーケンスは、複数の品種毎に、複数の仕込弁（原料種類に対応）の開閉状態を時間経過（工程）に従って定義し、その定義毎にステップＮｏを付与するタイムチャートを備える。さらに、子シーケンスは、このタイムチャートに示したステップＮｏにおける製造移行条件と、移行先ステップＮｏを定義したテーブルを備える。
【００１６】
ＳＦＣは選択分岐、同時（並行）分岐、分岐の合流、ループ（制御の流れを上流に戻す）などの手段を有しているため、シーケンス制御の流れ（工程）を把握しやすいという特徴があり、親シーケンスに適している。
【００１７】
一方、タイムチャートは、出力信号リストと、番号付けされたステップとで形作られるマス目状の部分に登録を行うことにより上記プラントの機器の動作が定義される構成をとる。シーケンスの制御順序は、実行するステップの順序で表現される。ステップの順序は連番である必要はなく、また、一度実行したステップを再度実行することも可能である。
ステップ順序の例（１）  ：１⇒２⇒３⇒８⇒１０⇒
ステップ順序の例（２）  ：１⇒２⇒３⇒４⇒２⇒３⇒５⇒
また、現在ステップから次のステップへの移行は、移行する条件を論理式で表現し、条件式が真のときにステップが移行するように動作させる。
【００１８】
ＳＦＣからタイムチャートを呼び出す場合に、指定タイムチャートの任意のステップ番号を実行開始位置として、また、タイムチャートの任意のステップ番号を終了位置として指定し、ＳＦＣとタイムチャートとの接続を行う。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、プラントによる多品種製造において、異なる原料の投入や投入配管ルートの変更および品種製造の改善といった修正を加える場合や、品種製造や原料の追加を行う場合において、迅速に適切な作業が行えるプラント制御装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態によるプラント制御装置と制御されるプラントとを共に示す概略構成図である。
図１において、プラント制御装置は、運転操作卓１と、制御ＬＡＮ２と、制御装置３を備えている。運転操作卓1は、制御ＬＡＮ２を介して制御装置３と接続され、制御ＬＡＮ２を経由して、制御装置３との間で制御データ及びプラントデータ等の授受を行っている。なお、運転操作卓１には、表示部（図１には示さず）が備えられている。
【００２２】
また、制御装置３は、プラント５に取り付けられた制御機器と工事配線４を介して接続され、工事配線４を経由して信号の授受を行うと共に、ループ制御、シーケンス制御演算を実行する。
【００２３】
プラント５は、原料タンク５１ａ〜５１ｎと、原料切り替えヘッダ５２と、仕込弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、反応缶５４とを備えている。原料タンク５１ａ〜５１ｎには、それぞれ原料１〜Ｎが貯蔵されており、原料切り替えヘッダ５２および仕込弁５３ａ，５３ｂ，５３ｃにより選択され、反応缶５４に仕込まれる。
【００２４】
図２は、図１に示す制御装置３の制御機能ブロック図である。
図２において、制御装置３は、記憶部３Ｃと、入出力部３Ａと、制御部３Ｂとを備えている。入出力部３Ａは、図１に示す運転操作卓１及びプラント５との信号送受信部である。
【００２５】
図３は、図１に示すプラントの原料仕込管理テーブルの一例を示す図である。
図３において、左端の欄は品種を示し、上端の欄は原料仕入ステップを示す。図３において、品種Ｘを製造する場合には、第１ステップで原料Ａを１００ｋｇ、原料Ｂを５０ｋｇ、原料Ｃを２０ｋｇ同時に仕込むことを示している。品種Ｙを製造する場合には、第１ステップにおいて原料Ａを１２０ｋｇ仕込み、第２ステップにおいて原料Ｂを１０ｋｇ仕込み、第３ステップにおいて原料Ｃを２０ｋｇ仕込むことを示している。品種Ｚを製造する場合には、第１ステップにおいて原料Ａを１１０ｋｇ、原料Ｂを５０ｋｇ仕込んだ後に、第２ステップにおいて原料Ｃを３０ｋｇ仕込むことを示している。
【００２６】
図４は、図１に示すプラント制御装置の制御手順を示す図である。
図４において、本発明のプラント制御装置の制御手順は、製造の全体の流れの制御はＳＦＣで記述され（親ＳＦＣ）、仕込弁等の制御機器の詳細な制御はタイムチャートにより記述される。
【００２７】
親ＳＦＣでは、初期工程が実行された後、原料仕込み工程が実行される。原料仕込み工程ではタイムチャートで記述された子シーケンスである原料仕込みシーケンスが起動され、この処理が終了した後、親ＳＦＣに戻り、次の反応工程が実行される。
【００２８】
図５は、図４に示すプラント制御装置の制御手順のうちタイムチャートの部分の詳細を示す図である。このタイムチャートは、運転操作卓１の表示画面に表示させる。
図５において、タイムチャートには、縦方向に対象となる原料投入の仕込弁等の制御機器を示す出力信号リストが配置され、横方向には工程名称と原料品種毎の原料投入の制御順番に当たるステップが合わせて配置される。
【００２９】
出力信号リストには、制御機器の名称、例えば図１に示した仕込弁５３ａに対応するＴＡＧ名称Ｖ１０１と、機器の操作用信号ＤＯ００１（デジタル出力のＮｏ．００１を示す）が併記される。この出力信号リストとステップとで形作られるマス目状の各部分に制御機器の動作状態に当たる信号出力パターンが定義される。
【００３０】
例えば、制御機器が仕込弁の場合には、マス目が塗りつぶされていれば、仕込弁が“開”であることを示し、塗りつぶされていなければ、仕込弁が“閉”であることを示す。尚、そのステップが運転実行中には、このマス目の部分を点滅又は色を変化させ、運転実行中である制御機器をオペレータが一目でわかるように表示される。
【００３１】
図６は、図５に示すタイムチャートの移行条件定義の一例を示す図である。
図６において、１列目はステップ数を示し、２列目は各ステップにおける次ステップへの移行条件を示し、３列目は移行先ステップを示している。タイムチャートのそれぞれのステップでは、それぞれ定義された信号出力パターンにより出力信号を出力した後、図６に示す対応したステップの移行条件に従い次ステップへの移行を判定し、次ステップに移行する。
【００３２】
図７は、図５に示すタイムチャートの各品種の原料の投入量の定義の一例を示す図である。
図７において、縦方向には原料の種類が示され、横方向には品種名称が示される。図５に示すタイムチャートのそれぞれのステップでは、この図７で定義された各品種の原料の量が投入される。
【００３３】
次に、品種Ｚを製造する場合を例にとり、具体的な制御の手順を説明する。
図４に示すように、親ＳＦＣでは、初期工程が実行された後、原料仕込み工程において、タイムチャートで記載された原料仕込みシーケンスが呼び出され、実行される。このとき親ＳＦＣからは、タイムチャートの開始ステップ番号として６が指定・登録される。これにより原料仕込みシーケンスでは、指定されたステップ６が開始ステップとしてタイムチャートが起動される（処理−１）。
【００３４】
原料仕込みシーケンスでは、まず起動されたタイムチャートのステップ６に指定された信号出力パターンに従い、タグ名称Ｖ１０１及びＶ１０２に“開”信号が制御装置３から工事配線４を経由して送信される。これにより、仕込弁５３ａ及び５３ｂは開放され、原料Ａ，Ｂが反応管５４に投入される。このとき、タイムチャートのステップ６には、図６に示すように、論理条件として“原料Ａ投入完  ａｎｄ  原料Ｂ投入完”の条件が定義されている。
【００３５】
また、品種Ｚの原料投入量として、図７に示すように、原料Ａ及び原料Ｂの投入量として１１０ｋｇ及び５０ｋｇが定義されており、制御装置３により所定の投入量が投入されることが監視されている。制御装置３によりこの条件が満たされたことが確認されると、図６に示すように定義された移行先ステップ７へと移行する（処理−２）。
【００３６】
ステップ７へ移行後、ステップ７に指定された信号出力パターンに従い、タグ名称Ｖ１０１及びＶ１０２に“閉”信号が送信される。これにより、仕込弁５３ａ及び５３ｂが閉止され、反応缶５４への原料投入が中断される。
【００３７】
同時に、ステップ７では、タグ名称Ｖ１０３に“開”信号が送信されるように定義されているため、タグ名称Ｖ１０３に“開”信号が送信される。これにより、仕込弁５３ｃが開放され、原料Ｃが反応缶５４に投入される。
【００３８】
このときステップ７には、図６に示すように、論理条件として“原料Ｃ投入完”の条件が定義され、図７には、原料Ｃの投入量として３０ｋｇが定義され、制御装置によりこの投入量が監視されている。制御装置３によりこの論理条件を満たされたことが確認されると、図６に示すように定義された移行先ステップ８へと移行する（処理−３）。
【００３９】
ステップ８へ移行後、ステップ８に指定された信号出力パターンに従い、タグ名称Ｖ１０１、Ｖ１０２及びＶ１０３に“閉”信号が送信される。これにより、仕込弁５３ａ，５３ｂ及び５３ｃが閉止される。
【００４０】
上記したように終了ステップとしてステップ８が指定されているため、タイムチャートの処理がステップ８へ移行されたことにより、親ＳＦＣの原料仕込み工程は、タイムチャートの処理が終了したと判断し、原料仕込み工程を終了状態とし、次工程である反応工程へと移行する（処理−４）。
【００４１】
以上のように品種Ｚの製造が行われる。なお、この品種Ｚの製造に関するタイムチャートには、品種Ｘ及び品種Ｙでの原料仕込みシーケンスを同時に記述することも可能である。
【００４２】
図５に示すように、品種Ｘを製造する場合には、タイムチャートのステップ２とステップ８が使用され、親ＳＦＣから呼び出される場合には、開始ステップ番号として２、終了ステップ番号として８が指定される。同様に品種Ｙを製造する場合には、タイムチャートのステップ３，４，５及び８が使用され、開始ステップ番号として３、終了ステップ番号として８が指定される。このとき、各品種の製造に関連しない仕込弁に対しては、“閉”を示す信号出力パターンが定義される。
【００４３】
このように、ステップ間に干渉を起こさないように、タイムチャートに各品種の工程を記述することにより、同一のタイムチャート上に複数の品種の原料仕込シーケンスを記述することが可能となる。
【００４４】
次に、図４に示すタイムチャートを変更する場合について説明する。
図８は、図４に示すプラント制御装置の制御手順に変更を加える場合の例を示す図である。
【００４５】
上記の複数品種に対応したタイムチャートでは、図８に示すように、メンテナンス時に仕込弁５３ａにつけられたタグ名Ｖ１０１をＶ１０４に変更するといった処理は、タイムチャートの出力信号リストのタグ名Ｖ１０１をＶ１０４に変更する一カ所の修正で完了することができる。
【００４６】
本発明のタイムチャートによる制御を変更する場合と、従来技術による原料仕込みシーケンスを子ＳＦＣにより記述した制御を変更する場合とを比較する。
図９は、従来技術によるプラント制御装置の制御手順に変更を加える場合の例を示す図である。
図９に示すように、従来技術によるプラント制御装置の制御手順は、製造の全体の流れの制御は本発明と同様にＳＦＣで記述され（親ＳＦＣ）、仕込弁等の制御機器の詳細な制御は本発明と異なりＳＦＣにより記述される（子ＳＦＣ）。
【００４７】
図９において、親ＳＦＣでは、初期工程に続いて、原料仕込み工程が実行される。この原料仕込み工程は、子ＳＦＣである各原料仕込みシーケンスを呼び出し、実行する工程で、品種Ｘを仕込むＸ仕込工程と、品種Ｙを仕込むＹ仕込工程と、品種Ｚを仕込むＺ仕込工程が選択可能に記述される。各原料仕込みシーケンスが終了すると、親ＳＦＣに戻り、次の反応工程が実行される。
【００４８】
子シーケンスである各原料仕込みシーケンスは、図４に示す本発明と同様の内容が図９に示すように、ＳＦＣにより記載されている。この場合、図９にはＶ１０１をＶ１０４に変更する場合が示されている。
【００４９】
図９に示すように、子シーケンスである各原料仕込みシーケンスとして子ＳＦＣを使用した場合には、本発明と異なり、各品種毎の子ＳＦＣそれぞれに対して、タグＶ１０１をタグＶ１０４に変更する必要があり、最低３箇所の修正が必要になる。他の変更を行う場合にも同様に複数の子ＳＦＣを変更する必要があり、本発明に比較して、修正作業が増加し、修正漏れが発生しやすくなる。
【００５０】
次に、図４に示すタイムチャートに新品種を加える場合を説明する。
【００５１】
図１０は、本発明の一実施形態によるプラント制御装置の制御手順に新品種Ｗの製造工程を追加する場合の例を示す図であり、図１１は、図１０に示すタイムチャートの移行条件の定義を示す図である。
【００５２】
図１０において、同一プラント５の各装置を変更することなく新品種Ｗを追加する場合には、タイムチャートにステップ９及び１０を追加し、ステップ９にはＶ１０１を“開”とする出力信号パターンを定義し、ステップ１０にはＶ１０３を“開”とする出力信号パターンを定義する。
【００５３】
また、図１１において、追加したステップの移行条件であるステップ９，１０の定義を追加することにより対応することができる。また、上記のタイムチャートに追加品種を追加する修正は、タイムチャートの修正を行うことにより完了できるため、親ＳＦＣを変更する必要がなくなる。
【００５４】
図１２は、従来技術によるプラント制御装置の制御手順に新品種Ｗの製造工程を追加する場合の例を示す図である。
図１２において、従来技術による子ＳＦＣを使用する手法においては、品種Ｗの原料仕込み用の子ＳＦＣを新規に作成、追加する必要がある。
【００５５】
また、同時に親ＳＦＣに新たに追加した子ＳＦＣを呼び出すためのステップを追加する必要があり、本発明の場合と比較して、修正作業が増加し、修正漏れが発生しやすくなる。
【００５６】
以上のように構成した本発明の一実施形態によれば、プラントによる品種製造において、異なる原料の投入や投入配管ルートの変更および品種製造の改善といった修正を加える場合や、品種製造の追加や原料の追加を行う場合において、迅速に適切な作業を行うことができるプラント制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態によるプラント制御装置と制御されるプラントとを共に示す概略構成図である。
【図２】図１に示す制御装置の制御機能ブロック図である。
【図３】図１に示すプラントの原料仕込管理テーブルの一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるプラント制御装置における制御手順の一例を示す図である。
【図５】図４に示すプラント制御装置の制御手順のうちタイムチャートの部分を示す図である。
【図６】図５に示すタイムチャートの移行条件定義の一例を示す図である。
【図７】図５に示すタイムチャートの各品種の原料の投入量の定義の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態によるプラント制御装置の制御手順に変更を加える場合の例を示す図である。
【図９】従来技術によるプラント制御装置の制御手順に変更を加える場合の例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態によるプラント制御装置の制御手順に品種製造工程を追加する場合の例を示す図である。
【図１１】図１０に示すタイムチャートの移行条件を示す図である。
【図１２】従来技術によるプラント制御装置の制御手順に品種製造工程を追加する場合の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１              運転操作卓
２              制御ＬＡＮ
３              制御装置
３Ａ            入出力部
３Ｂ            制御部
３Ｃ            記憶部
４              工事配線
５              プラント
５１ａ〜５１ｎ  原料タンク
５２            原料切り替えヘッダ
５３ａ〜５３ｃ  仕込弁
５４            反応缶
【図１】
2007011854.tif 000003
【図２】
2007011854.tif 000004
【図３】
2007011854.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007011854.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007011854.tif 000009
【図８】
2007011854.tif 000010
【図９】
2007011854.tif 000011
【図１０】
2007011854.tif 000012
【図１１】
2007011854.tif 000013
【図１２】
2007011854.tif 000014