(57)【要約】      （修正有）【課題】分散型制御装置による制御からに多変数モデル予測制御装置による制御への切り替えを、１制御周期の欠落もなく実行することができるプロセス制御システムを実現する。【解決手段】プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置とを、双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードのステータスから多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、多変数モデル予測制御装置は、所定の制御周期で分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置に設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を分散型制御装置側に渡す書き込み処理とを制御周期の期間中に少なくとも１回の追加ステータス等値化処理を実行する。【選択図】図１
2012113539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置とを双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、前記分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードのステータスから前記多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、前記多変数モデル予測制御装置は、所定の制御周期で前記分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置に設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を前記分散型制御装置側に渡す書き込み処理とを実行するプロセス制御システムにおいて、
前記制御周期の期間中に少なくとも１回の追加ステータス等値化処理を実行することを特徴とするプロセス制御システム。
【請求項２】
プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置とを、双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、前記分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードのステータスから前記多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、前記多変数モデル予測制御装置は、所定の制御周期で前記分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置に設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を前記分散型制御装置側に渡す書き込み処理とを実行するプロセス制御システムにおいて、
前記制御周期の期間中に、前回の制御周期のタイミングにおける前記書き込み処理を、前記タイミングより所定時間シフトさせて実行することを特徴とするプロセス制御システム。
【請求項３】
前記シフトされる書き込み処理は、前回の制御周期のタイミングで前記多変数モデル予測制御装置から前記分散型制御装置に渡される制御演算結果を前記分散型制御装置が読み込み処理に要する時間を経過した後に実行されることを特徴とする請求項２に記載のプロセス制御システム。
【請求項４】
前記制御周期の期間中に、少なくとも１回の追加ステータス等値化処理を実行することを特徴とする請求項２または３に記載のプロセス制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置（以下、ＤＣＳ：Distributed Control System）と多変数モデル予測制御装置（以下、ＭＯＣ：Multivariable Optimizing Controller）とを双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、前記ＤＣＳが稼動するスタンドバイモードのステータスから前記ＭＯＣが稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、前記ＭＯＣは、所定の制御周期で前記ＤＣＳとＭＯＣに設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を前記ＤＣＳ側に渡す書き込み処理とを実行するプロセス制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＯＣを適用したプロセスの高度制御システムに関しては、特許文献１及び非特許文献１に詳細な技術開示がある。本発明は、ＤＣＳとＭＯＣとを、双方のステータス変更操作により切り替えて稼動させるプロセスを制御システムに適用される。
【０００３】
図４は、ステータス変更操作でＤＣＳ２０が稼動するスタンドバイモードでのプロセス制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。ＭＯＣ１０はステータス変更操作部１１を備え、ＤＣＳ２０はステータス変更操作部２１を備える。両者はプロセス３０のフィールド機器（図示せず）にアクセスし、プロセス量の測定や操作を実行する。
【０００４】
図４に示した構成は、ＭＯＣ１０及びＤＣＳ２０のステータス変更操作部１１及び２１が共にスタンドバイモードに設定され、ＤＣＳ２０側がプロセス３０アクセスして制御を実行し、ＭＯＣ１０側は待機状態（スタントバイ）であることを示している。
【０００５】
ＤＣＳ２０は、２組のカスケード制御系でプロセス３０を制御している。ＰＩＤ制御を実行する一次コントローラＰＩＤ１は、Ｉ／Ｏ１を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ１と設定値ＳＶ１に基づく制御演算出力を、二次ントローラＰＩＤ２にカスケード設定値ＳＥＴ１として渡す。
【０００６】
二次コントローラＰＩＤ２は、Ｉ／Ｏ２を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ２とカスケード設定値ＳＥＴ１に基づく制御演算出力ＭＶ１をＩ／Ｏ２を介してプロセス３０に出力する。
【０００７】
同様に、ＰＩＤ制御を実行する一次コントローラＰＩＤ３は、Ｉ／Ｏ４を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ３と設定値ＳＶ２に基づく制御演算出力を、二次コントローラＰＩＤ４にカスケード設定値ＳＥＴ２として渡す。
【０００８】
二次コントローラＰＩＤ４は、Ｉ／Ｏ５を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ４とカスケード設定値ＳＥＴ２に基づく制御演算出力ＭＶ２をＩ／Ｏ６を介してプロセス３０に出力する。
【０００９】
Ｉ／Ｏ１を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ１とＩ／Ｏ４を介して取得するプロセス３０の測定値ＰＶ３は、ＭＯＣ１０にプロセス出力値ＰＯＶ１及びＰＯＶ２として入力されている。
【００１０】
ＭＯＣ１０は、プロセス出力値ＰＯＶ１及びＰＯＶ２に対するコントロール値ＣＶ１及びＣＶ２を入力し、プロセスモデルによる最適予測演算を実行した制御演算出力である操作量ＭＶ１及びＭＶ２を生成し、ステータスがコントロールモードに変更された場合には、ＤＣＳ２０の二次コントローラＰＩＤ２及びＰＩＤ４にリモートカスケード設定値として出力する。
【００１１】
図５は、ＭＯＣ１０が稼動するコントロールモードでのプロセス制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。このコントロールモードでは、ＤＣＳ２０側の一次コントローラＰＩＤ１、ＰＩＤ３は稼動せず、二次コントローラＰＩＤ２及びＰＩＤ４のみが稼動する。
【００１２】
ＭＯＣ１０は、プロセス出力値ＰＯＶ１，ＰＯＶ２及びコントロール値ＣＶ１，ＣＶ２を入力しプロセスモデルによる最適予測演算を実行した制御演算出力である操作量ＭＶ１及びＭＶ２を生成し、ＤＣＳ２０の二次コントローラＰＩＤ２及び二次コントローラＰＩＤ４にリモートカスケード設定値ＲＳＶ１及びＲＳＶ２として出力（書きこむ）する。
【００１３】
即ち、コントロールモードでは、ＤＣＳ２０の二次コントローラＰＩＤ２及びＰＩＤ４は、ＭＯＣ１０側からリモートカスケード設定値ＲＳＶ１及びＲＳＶ２を取得するリモートカスケード制御系となる。
【００１４】
図６は、スタンドバイモード及びコントロールモードでのプロセス制御システムの基本構成を示す機能ブロック図である。図６（Ａ）のスタンドバイモードでは、二次コントローラＰＩＤ２は、ＤＣＳの一次コントローラＰＩＤ１の制御演算出力をカスケード設定値ＳＥＴ１とするカスケード制御を実行する。
【００１５】
図６（Ｂ）のコントロールモードでは、二次コントローラＰＩＤ２は、ＭＯＣの制御演算出力である操作量ＭＶ１をリモートカスケード設定値ＲＳＶ１とするリモートカスケード制御を実行する。
【００１６】
このように、ＭＯＣ１０による制御とＤＣＳ２０による制御は切り替えて用いられる。通常、ＭＯＣ１０のステータスをステータス変更操作部１１の操作監視画面でオペレータが手動でスタンドバイ／コントロールを変更設定することで、これらの制御モードを切り替える。
【００１７】
ＭＯＣ１０のステータスをスタンドバイからコントロールに変更した場合には、ＤＣＳ２０による制御からＭＯＣ１０による制御への切り替えが発生する。逆に、コントロールからスタンドバイに変更した場合には、ＭＯＣ１０による制御からＤＣＳ２０による制御への切り替えが発生する。
【００１８】
これらの切り替えは、ＤＣＳ２０側の二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４のモードを変更することで対応する。例えばオペレータが手動で変更するパラメータ名を以下のようにモードを変更する。
【００１９】
（ａ）パラメータ名：ステータス変更操作部１１の操作監視画面の要求ステータスの値、またはＤＣＳ２０で定義された要求ステータスの値
（ｂ）値：スタンドバイまたはコントロール
【００２０】
上記の変更をトリガーとして、ＤＣＳ２０側のロジックによって自動的に変更されるパラメータ名及び値は、
（ａ）パラメータ名：二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４のモード
（ｂ）値：コントロールの場合はリモートカスケード（ＲＣＡＳ）、スタンドバイの場合はカスケード（ＣＡＳ）
である。
【００２１】
ＤＣＳ２０による制御からＭＯＣ１０による制御への切り替え処理の手順を説明する。
（１）ＭＯＣ２０のステータスはスタンドバイの状態にある。
（２）オペレータがステータス変更操作部１１の操作監視画面からステータスをコントロールに変更設定する。
【００２２】
（３）ＭＯＣ１０の実行機能が、所定の制御周期において、ＤＣＳ２０側のステータス変更操作部２１に設定されている要求ステータスの値を読み込んでこの値をコントロールに設定する。（読みこみ処理／ステータス等値化処理）
【００２３】
（４）ＤＣＳ２０側の要求ステータスの値がコントロールに変更されることによって、ＤＣＳ２０のロジックにより自動的に二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４のモードがリモートカスケードに切り替わる。この切り替えに要する時間は、ＤＣＳ２０の環境に依存する。
【００２４】
（５）ＭＯＣ１０の制御演算出力である操作量ＭＶ１、ＭＶ２を、ＤＣＳ２０側の二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４にリモートカスケード設定値ＲＳＶ１、ＲＳＶ２として出力する。（制御演算処／書きこみ処理）
【００２５】
図７は、所定の制御周期で実行されるスタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の、従来手法による処理を示すタイムチャートである。ＭＯＣ１０の実行機能は、あらかじめ定義された所定の周期Ｔを有する制御周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…Ｔｎ毎に、読みこみ処理Ｓ１，ステータス等値化Ｓ２，制御演算処理Ｓ３，書きこみ処理Ｓ４を実行する。制御周期と制御周期の間では、処理は一切行わない。
【００２６】
処理Ｓ１乃至Ｓ４の内容を（ａ）乃至（ｄ）に示す。
（ａ）読みこみ処理Ｓ１：ＤＣＳ２０側のステータス情報及びプロセスデータの現在値を取得する処理。
（ｂ）ステータス等値化処理Ｓ２：ＭＯＣ１０側のステータス変更操作部１１に設定したステータス変更内容を、ＤＣＳ２０側のステータス変更操作部２２の設定に反映させる処理。
（ｃ）制御演算処理Ｓ３：取得したプロセスデータを用いて、制御演算し適切な制御が実現されるように操作量を生成する処理。
（ｄ）書きこみ処理Ｓ４：制御演算によって得られた操作量ＭＶ１，ＭＶ２をＤＣＳ２０側二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４にリモートカスケード設定値ＲＳＶ１、ＲＳＶ２として出力する処理。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開２０１０−０７９４６４号公報
【非特許文献１】横河技報Vol47 No.4(2003) P137-140「高度制御パッケージExasmocR3とExarqeの機能連携による超脱硫プロセスへの高度制御への適用」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
従来構成のプロセス制御システムでは、書き込み処理Ｓ４において、ＭＯＣ１０が制御演算結果である操作量ＭＶ１及びＭＶ２を出力しても、そのタイミングにおいてＤＣＳ２０側の二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４のモードがそれを受け付ける状態（ＲＣＡＳモード）でなければ、ＭＯＣ１０の操作量ＭＶ１，ＭＶ２は無視されてしまう。
【００２９】
上記の（４）に示したように、ＤＣＳ２０側の要求ステータスがコントロールに変更されることによって、ＤＣＳ２０のロジックにより自動的に二次コントローラＰＩＤ２，ＰＩＤ４のモードがリモートカスケードに切り替わるが、この切り替えに要する時間は、ＤＣＳ２０の環境に依存するので、操作量ＭＶ１，ＭＶ２を受け付けつことができずに無視が発生する可能性を完全に回避することができない。
【００３０】
一般に、ＭＯＣとの接続対象であるＤＣＳの環境は各社様々であり、この処理に要する時間も様々である。それでも、どのようなケースにおいても、ＤＣＳによる制御からＭＯＣによる制御への切り替えを１制御周期の欠落もなく実現する制御をユーザより求められている。
【００３１】
本発明の目的は、ＤＣＳによる制御からＭＯＣによる制御への切り替えを１制御周期の欠落もなく実行することができるプロセス制御システムを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置とを双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、前記分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードのステータスから前記多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、前記多変数モデル予測制御装置は、所定の制御周期で前記分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置に設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を前記分散型制御装置側に渡す書き込み処理とを実行するプロセス制御システムにおいて、
前記制御周期の期間中に少なくとも１回の追加ステータス等値化処理を実行することを特徴とするプロセス制御システム。
【００３３】
（２）プロセス出力値を共通に入力する分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置とを双方のステータス変更操作により切り替える機能を有し、前記分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードのステータスから前記多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードのステータスに切り替える際に、前記多変数モデル予測制御装置は、所定の制御周期で前記分散型制御装置と多変数モデル予測制御装置に設定されているステータスの読み込み処理と、双方のステータスをコントロールモードに一致させるステータス等値化処理と、プロセスの制御演算処理と、演算結果を前記分散型制御装置側に渡す書き込み処理とを実行するプロセス制御システムにおいて、
前記制御周期の期間中に、前回の制御周期のタイミングにおける前記書き込み処理を、前記タイミングより所定時間シフトさせて実行することを特徴とするプロセス制御システム。
【００３４】
（３）前記シフトされる書き込み処理は、前回の制御周期のタイミングで前記多変数モデル予測制御装置から前記分散型制御装置に渡される制御演算結果を前記分散型制御装置が読み込み処理に要する時間を経過した後に実行されることを特徴とする（２）に記載のプロセス制御システム。
【００３５】
（４）前記制御周期の期間中に、少なくとも１回の追加ステータス等値化処理を実行することを特徴とする（２）または（３）に記載のプロセス制御システム。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）制御周期の途中でステータス等値化処理を追加して実行することにより、ＤＣＳによる制御からＭＯＣによる制御への切り替えを、１制御周期の欠落もなく実現することが可能である。
【００３７】
（２）各制御周期において書き込み処理を制御周期のタイミングより所定時間シフトさせて実行することにより、ＤＣＳによる制御からＭＯＣによる制御への切り替えを、１制御周期の欠落もなく実現することが可能である。
【００３８】
（３）各制御周期において書き込み処理を制御周期のタイミングより所定時間シフトさせて実行する処理に加えて、制御周期の途中でステータス等値化処理を追加して実行することにより、ＤＣＳによる制御からＭＯＣによる制御への切り替えを、１制御周期の欠落もなく実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の一実施例を示すタイムチャートである。
【図２】所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の他の実施例を示すタイムチャートである。
【図３】所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の更に他の実施例を示すタイムチャートである。
【図４】分散型制御装置が稼動するスタンドバイモードでのプロセス制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図５】多変数モデル予測制御装置が稼動するコントロールモードでのプロセス制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】スタンドバイモード及びコントロールモードでのプロセス制御システムの基本構成を示す機能ブロック図である。
【図７】所定の制御周期で実行されるスタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の、従来手法による処理を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の一実施例を示すタイムチャートである。図７で説明した従来構成のタイムチャートと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００４１】
本発明の特徴部は、制御周期と次の制御周期の間にステータス等値化処理を追加する構成にある。図１において、制御周期Ｔ１と制御周期Ｔ２の間で、制御周期Ｔ１のタイミングから所定時間τ１後に追加のステータス等値化処理Ｓ２１を実行し、必要に応じて更に所定時間τ１後に追加のステータス等値化処理Ｓ２２を実行する。
【００４２】
ＭＯＣ１０の実行機能において、この間隔τ１をステータスステータス等値化処理間隔とする。この間隔τ１と追加実行するステータス等値化処理の回数は、ユーザが任意に設定可能である。
【００４３】
例えば、制御周期Ｔ１とＴ２の間でＭＯＣ１０のステータス変更操作部１１の操作監視画面からのステータス変更が発生した場合には、本処理によって、次の制御周期Ｔ２より前に追加のステータス等値化処理により、ＤＣＳ２０の要求ステータス設定がコントロールに変更設定される。
【００４４】
これにより、ＤＣＳ２０のロジックによって自動的に二次コントローラＰＩＤ２、ＰＩＤ４のモードがリモートカスケード制御に切り替わる。そして、次の制御周期Ｔ２のタイミングにおいて、ＭＯＣ１０の操作量ＭＶ１，ＭＶ２がＤＣＳ２０の二次コントローラＰＩＤ２、ＰＩＤ４に書き込まれて受け付けられる。
【００４５】
図２は、所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の他の実施例を示すタイムチャートである。この処理の特徴は、従来構成では制御周期毎に実行されていた書き込み処理を、その制御周期のタイミングより所定時間シフトさせて実行する構成にある。
【００４６】
図２において、制御周期Ｔ１から制御周期Ｔ２までの期間Ｔの間で、従来構成では制御周期Ｔ１のタイミングで実行していた書き込み処理Ｓ４を、Ｔ１のタイミングより所定時間τ２だけシフト（遅らせて）させて実行する。
【００４７】
このシフト時間τ２は書きこみ待機時間であり、ＭＯＣ１０からＤＣＳ２０に渡される制御演算結果をＤＣＳ２０が読み込み処理に要する時間より長く設定される。この設定時間もユーザが任意に設定可能である。
【００４８】
図１の実施例では、例えば制御周期Ｔ２の直前にステータスが変更された場合には、制御周期Ｔ２のタイミングでの切り替えに対応できない可能性がある。図２の実施例によれば、制御周期Ｔ２の直前に、ＭＯＣのステータス変更操作部１１の操作監視画面からのステータス変更が発生した場合でも、制御周期Ｔ２のタイミングよりシフト時間τ２後に書き込み処理Ｓ４を実行することにより、制御周期Ｔ２における読みこみ処理／ステータス等値化処／制御演算処理によって、ＤＣＳの要求ステータスはコントロールモードに設定される。
【００４９】
これにより、ＤＣＳ２０のロジックによって自動的に二次コントローラＰＩＤ２、ＰＩＤ４のモードがリモートカスケード制御に切り替わる。そして、次の制御周期Ｔ２のタイミングからシフト時間τ２後にＭＯＣ１０の操作量ＭＶ１，ＭＶ２がＤＣＳ２０の二次コントローラＰＩＤ２、ＰＩＤ４に書き込まれて受け付けられる。
【００５０】
図３は、所定の制御周期で実行される、スタンドバイモードからコントロールモードへの切り替え操作の本発明による処理の更に他の実施例を示すタイムチャートである。この実施例の特徴は、書き込み処理Ｓ４を所定時間シフトして実行する図２の実施例の構成に追加して、図１に示した追加の等値化処理Ｓ２１、Ｓ２２を少なくとも１回実施する構成にある。
【００５１】
このように、書き込み処理のシフトと追加の等値化処理を融合して実行させることで、全ての場合において、ＤＣＳによるスタンドバイモードからＭＯＣによるコントロールモードへの切り替えを１制御周期の欠落もなく実現することができる。
【００５２】
以上説明した本発明の実施例では、ＤＣＳによるスタンドバイモードからＭＯＣによるコントロールモードへの切り替え時に発生する課題解決を提供している。逆に、ＭＯＣによるコントロールモードからＤＣＳによるスタンドバイモードへの切り替え操作では、ＭＯＣ１０からの操作量ＭＶ１，ＭＶ２はＤＣＳ２０側では使用されず、また、ＭＯＣ１０の機能としても操作量はＤＣＳ２０側に出力しないので、これをＤＣＳ２０側が受け付けてくれないという問題は本質的に発生しない。
【符号の説明】
【００５３】
１０  多変数モデル予測制御装置（ＭＯＣ）
１１  ステータス変更操作部
２０  分散型制御装置（ＤＣＳ）
２１  ステータス変更操作部
３０  プロセス
Ｓ１  読み込み処理
Ｓ２  ステータス等値化処理
Ｓ２１，Ｓ２２  追加ステータス等値化処理
Ｓ３  制御演算処理
Ｓ４  書き込み処理
【図１】
2012113539.tif 000003
【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】
2012113539.tif 000008
【図７】
2012113539.tif 000009