【手続補正書】
【提出日】平成20年5月20日(2008.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御装置及び他の制御機器又は計測機器と無線により通信を行う無線通信手段と、
当該制御又は計測機器の状態を示すプロセスデータ及びプラントの状態を示す計測値を入力する状態入力手段と、
前記無線通信手段を介して制御指令やプロセスデータや計測値などの制御情報を入力または出力する無線制御情報入出力手段と、
当該制御又は計測機器の保護インターロックや制御ロジックの論理、あるいは計測値の工学値変換や温度圧力補正などを行う演算プログラムを格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納した保護インターロックまたは制御ロジックの論理と、制御装置から無線通信手段を介して入力された制御指令と、当該制御機器及び関連する他の制御又は計測機器のプロセスデータや計測値とを基に制御信号を演算する演算手段、あるいは前記記憶手段に格納した計測値の演算プログラムと、当該計測機器の計算値とを基に計測値を変換処理する演算手段と、
前記演算手段によって演算した制御信号を出力する制御信号出力手段から構成することを特徴とする制御又は計測機器。
【請求項２】
請求項１記載の制御又は計測機器において、
前記無線通信手段は、当該制御又は計測機器の保護インターロックや制御ロジック、あるいは計測値の演算処理に使用しない他の制御機器のプロセスデータや計測値を中継する機能を備えたことを特徴とする制御又は計測機器。
【請求項３】
請求項１記載の制御又は計測機器において、
前記状態入力手段と、前記無線制御情報入出力手段と、前記制御信号出力手段と、前記演算手段の内、少なくとも一つを多重化してなる制御又は計測機器。
【請求項４】
請求項１記載の制御又は計測機器において、
前記記憶手段に格納された保護インターロックや制御ロジックの論理、あるいは計測値の演算プログラムを書き換え可能とし、
当該制御又は計測機器との間で無線による通信を行う無線通信手段を備えた保守装置からの指令により、前記制御又は計測機器の保護インターロックや制御ロジックの論理、あるいは計測値の演算プログラムを変更又は更新することによりメンテナンスを行うことを特徴とする制御又は計測機器。
【請求項５】
制御装置が制御対象の複数の制御又は計測機器と無線通信を行って、監視し、制御する監視制御システムにおいて、
前記複数の制御又は計測機器は、
制御装置及び他の制御又は計測機器と無線により通信を行う無線通信手段と、
当該制御又は計測機器の状態を示すプロセスデータ及びプラントの状態を示す計測値を入力する状態入力手段と、
前記無線通信手段を介して制御指令やプロセスデータや計測値などの制御情報を入力または出力する無線制御情報入出力手段と、
当該制御又は計測機器の保護インターロックや制御ロジックの論理、あるいは計測値の演算プログラムを格納する記憶手段と、
前記記憶手段に格納した保護インターロックまたは制御ロジックの論理と、制御装置から無線通信手段を介して入力された制御指令と、当該制御機器及び関連する他の制御又は計測機器のプロセスデータや計測値とを基に制御信号を演算する演算手段、あるいは前記記憶手段に格納した計測値の演算プログラムと、当該計測機器の計測値とを基に計測値を変換処理する演算手段と、
前記演算手段によって演算した制御信号を出力する制御信号出力手段を備え、
前記制御装置は、
前記複数の制御又は計測機器との間で、無線により制御情報を入出力する無線通信手段と、
制御機器に対する制御指令を生成し、制御又は計測機器を監視し、制御するための処理手段とを備え、
前記制御装置により、前記複数の制御又は計測機器を監視し、制御することによりプラントを運転する監視制御システム。
【請求項６】
請求項１記載の制御又は計測機器において、
複数の制御又は計測機器で１つの前記無線通信手段、前記無線制御情報入出力手段、前記記憶手段、前記演算手段を共有する形態をとる制御又は計測機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】制御又は計測機器及び監視制御システム
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、制御又は計測機器を監視・制御することによりプラントを運転する監視制御システムに係り、特に水力・火力・原子力発電プラントにおいて各制御又は計測機器を監視・制御するに好適な監視制御システム及びそのシステムに適用される制御又は計測機器に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
発電プラントにおいては、中央制御室にオペレーション装置やサーバなどの電子計算機を配置し、これらをネットワークを介して主タービン制御装置やボイラ制御装置などの制御装置に接続して、オペレーション装置からの操作指令あるいは制御装置からの制御指令に基づいて各種制御機器を動作させるシステムが構築されている。オペレーション装置は、プラントの運転に必要な操作・監視機能を備えたヒューマンマシンインタフェース装置で、運転員の要求に基づき各制御機器に対する指令を制御装置に出力するとともに、プラント情報をディスプレイなどの表示装置へ表示することにより、各種制御情報の提供およびガイダンスの出力等を行う。サーバは、プラント全体の運用に関する情報処理を行い、各制御装置に対する運転、停止などの指令を生成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
制御装置は、オペレーション装置からの操作指令やサーバで生成された運転、停止などの指令を基に、各種制御機器に対して起動や停止、あるいは制御量の調整などの指令を出力したり、計測機器で計測されたセンサ検出値などを入力したりするプロセス入出力装置を備えている。このプロセス入出力装置と各種制御又は計測機器、例えば電動弁や電磁弁などのバルブ、ポンプ、モータ、アクチュエータ、センサ等との間は有線で接続されており、小規模な発電プラントでも、そのケーブルの数は数万本に上り、建設コストの大きな部分を占めている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
そこで、近年ではコスト削減のため、制御装置と制御又は計測機器間を有線で接続する代わりにフィールドバスで接続し、伝送を行う方法が普及し始めている。あるフィールドバス規格では１本のケーブル（セグメント）で双方向かつ３２個の制御又は計測機器の信号を伝送できるので、従来の有線でのプロセス入出力方式と比較してケーブル数量を大幅に削減することができる。ケーブル数量の削減により、ケーブル敷設コストを削減できるだけでなく、制御装置に組み込む入出力装置の数も削減できるため、制御装置を小型化することができ、中央制御室の構成を簡素化できる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
特許文献１には、制御装置と配電盤開閉装置とをシリアルケーブルを介して接続し、配電盤開閉装置が複数の制御又は計測機器の監視・制御を行う監視制御システムの例についての開示がある。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記従来技術のフィールドバス方式においては、制御装置と制御又は計測機器間をフィールドバスで接続することにより、従来の有線でのプロセス入出力方式と比較してケーブル数量を削減できる。しかしながら、フィールドバスの場合、セグメントのある１箇所で断線などの故障が発生すると、その故障箇所から下流側（機器側）に接続している制御又は計測機器との伝送がすべて途絶えてしまうという問題がある。そのため、発電所などのプラントでは、その信頼性、安定供給責務の観点から、重要な制御系統には使用されず、普及が進んでいない。それゆえに、入出力点数が数万点にのぼる大規模火力発電所などにおいても、重要度の低い系統にしかフィールドバスを適用できず、敷設ケーブル数が依然多いという問題点がある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
特許文献１の監視制御システムにおいても、配電盤開閉装置と制御又は計測機器間はプロセスケーブルで接続しているため、ケーブル数は依然として多いままである。また、制御、保護ロジックとそれらに必要な保護インターロック条件などの情報は配電盤開閉装置側に定義してあり、保護インターロックに関する監視情報を基にした制御指令などの情報は、配電盤開閉装置側で演算処理して生成するなど、保護インターロックに関しては自律分散化しているが、制御装置からの指令なしで制御が行なえるほどの自律分散化は行われていない。更に、制御装置と各配電盤開閉装置はシリアル伝送ケーブルでカスケード接続しているため、シリアル伝送ケーブルのある１ヶ所が断線したりあるいは配電盤開閉装置に故障が発生したりすると、その断線あるいは故障箇所から下流側（配電盤開閉装置側）に接続してある配電盤開閉装置と制御装置との伝送が全て途絶えてしまうという問題がある。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、バルブ、ポンプ、モータ、アクチュエータ等の制御機器や計測機器に、制御装置や他の制御又は計測機器などと無線により通信を行う無線通信手段と、制御や保護あるいは計測値の演算処理を行う演算回路とを備える。また、演算回路には、制御機器の状態を示すプロセスデータや計測機器の計測値を入力する状態入力手段と、無線通信手段を介して制御指令やプロセスデータや計測値などの制御情報を入力または出力する無線制御情報入出力手段と、制御又は計測機器の保護インターロックや制御ロジックの論理、あるいは計測値の演算プログラムを格納する記憶手段と、記憶手段に格納した保護インターロックまたは制御ロジックの論理と、制御装置からの制御指令と、当該制御機器及び関連する他の制御又は計測機器のプロセスデータや計測値とを基に制御信号を演算する演算手段、あるいは記憶手段に格納した計測値の演算プログラムと当該計測機器の計測値とを基に計測値を変換処理する演算手段と、演算手段によって演算した制御信号を制御機器に出力する制御信号出力手段とを備える。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
このように、制御又は計測機器に演算回路を備えることによりプログラマブル化し、保護インターロックのロジックや制御ロジック、あるいは計測値の演算プログラムを組み込むことができる。また、ロジックに必要な他の制御機器の状態や計測データ等の情報を制御装置を経由せずに授受することにより、制御装置との無線通信が途切れた場合でも制御又は計測機器側のみで健全な制御を継続することができる。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、制御又は計測機器に組み込む保護インターロックや制御ロジックの論理（ロジックプログラム）、あるいは計測値の演算プログラムを書き換え可能とし、ロジックプログラムのローディングやパラメータチューニング、データ模擬などを含むメンテナンスを行う保守装置を設ける。この保守装置に制御又は計測機器との間で無線通信を行うための無線通信手段を搭載し、保守装置と制御又は計測機器との間で無線通信を行うことにより、制御又は計測機器に組み込むロジックプログラム等のメンテナンスを実現できるように構成したものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、各制御又は計測機器に演算回路を設けることでプログラマブル化し、保護インターロックや制御ロジック、あるいは計測値の演算プログラムを組み込むことにより自律分散化するため、制御装置との無線通信が途切れても安定した制御が継続できる。さらに、各制御又は計測機器が無線通信の中継機能を有しているので、通信ルートの一部が切断しても他のルートを迂回することによって通信可能となり、通信障害を防ぐことができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
まず、図１を参照して本例の一実施の形態によるシステムの全体構成について説明する。本例は、オペレーション装置（以降ＯＰＳと称す）１、サーバ２、制御装置３と制御又は計測機器から構成し、ＯＰＳ１とサーバ２と制御装置３は、中央制御室などに設置され、それぞれネットワーク４を介して接続している。一般的に、制御装置３は制御系統毎に複数セット設置されるが、図１においては１セットのみ示している。ＯＰＳ１はプラントの運転に必要な操作・監視機能を備えたヒューマンマシンインタフェース装置で、運転員の要求に基づき各制御機器に対する指令を制御装置３に出力するとともに、プラント情報をＣＲＴなどの表示装置へ表示し、運転員に対する各種制御情報の提供およびガイダンスの出力等を行う。サーバ２はプラント全体の運用に関する情報処理を行い、制御装置３に対する運転、停止などの指令を出力する。制御装置３は、ＯＰＳ１あるいはサーバ２からの指令をネットワーク４を介して入力し、制御又は計測機器に対して出力する。なお、ＯＰＳ１とサーバ２は必要に応じて設置されるもので、必ずしも必要ではない。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
次に、制御装置３の構成について説明する。制御装置３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５と無線送受信機６を備え、ＣＰＵ５と無線送受信機６は伝送路７を介して接続する。ＣＰＵ５は、ネットワーク４に接続し、ＯＰＳ１あるいはサーバ２から入力された指令を処理して複数の制御機器に対する制御指令を生成して出力し、無線送受信機６を介して各制御又は計測機器からの情報を収集し、サーバ２などへ伝送するなどの処理を行う。無線送受信機６はＣＰＵ５が生成した制御指令を各制御機器へ出力したり、各制御又は計測機器から出力されたデータを入力するなどの無線通信を行う。無線送受信機６は、複数個設置してもよく、無線送受信機６ａのように制御装置３と離して設置してもよい。例えば制御又は計測機器が複数のフロアに配置されている場合や、制御又は計測機器が配置されているフィールドが広い場合など、設置環境に応じて適宜設置する。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
電動弁８は、無線送受信機１１を介して制御装置３あるいは他の制御又は計測機器などから制御指令やプロセスデータや計測値を受け取る。また、プロセス入出力回路３５は電動弁に関するプロセスデータである流量、弁開度、リミットスイッチなどの信号を電動弁本体２４から入力する。不揮発性のフラッシュメモリ３４には、電動弁に関する保護インターロックあるいは制御ロジックが保存されている。ＭＰＵ３２は、無線送受信機１１、インターフェース３１を介して入力した制御装置３からの制御指令と、他の制御又は計測機器からのプロセスデータや計測値と、プロセス入出力回路３５から得られた情報と、フラッシュメモリ３４に保存されているロジックとから、制御指令を演算し、プロセス入出力回路３５を介して電動弁本体２４に対して制御指令を出力する。インターフェース回路３６は、電動弁本体２４の駆動に強電が必要な場合、プロセス入出力回路３５の弱電出力を電動弁本体２４の駆動に必要な電気信号に変換するなどの処理を行う。インターフェース回路３６は、デジタル信号の変換の場合はフォトＭＯＳリレーなどの素子や補助リレー、アナログ信号の変換の場合はアイソレータや電流アンプなどで構成する。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、ＭＰＵ３２は、電動弁本体２４から、電動弁に関するプロセスデータをインターフェース回路３６、およびプロセス入出力回路３５を介して入力し、フラッシュメモリ３４に保存されている内部変数などを基に変換処理を行う。ＭＰＵ３２にて処理したプロセスデータは、インターフェース３１、無線送受信機１１を介して制御装置３あるいは他の制御又は計測機器へ出力する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
フラッシュメモリ３４に格納されているロジックには、制御装置３との無線通信が切断した場合の論理、あるいは、他の制御又は計測機器からの条件が入力できない場合の論理を必要に応じて組み込んでおく。例えば、制御装置３との通信が一定時間以上切断した場合は、制御装置３からの指令値を保持するなどのロジックを組んだり、他の制御又は計測機器からのプロセスデータや計測値が入力されない場合は、直前に入力されたデータを保持して演算処理を行うなどのように定義しておく。これにより、無線通信が切断した場合でも、制御機器が制御不能の状態になることを防ぎ、プラントの運転を継続することができる。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
更に本例では、新しく制御又は計測機器を追加する場合でも、プロセス入出力ケーブルを敷設することなく、容易にシステムに追加することができる。新しく追加された制御機器が、既設の制御又は計測機器のプロセスデータを演算処理やインタ−ロック条件に使用する場合も、上記の自律分散プロトコルによる伝送処理を行うことにより、既設の制御又は計測機器を改造することなく、そのデータを得ることが出来る。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、制御装置と各制御又は計測機器を無線ＬＡＮ構成にしたことにより、ケーブルレスとなるため、ケーブル数量を大幅に削減するとともに、装置の簡素化を図ることができる。また、各制御又は計測機器をプログラマブル化し保護インターロックあるいは制御ロジックを内部に組み込むなどして自律分散化したため、制御装置との無線通信が途切れても制御を継続することができ、事故に至ることはない。更に、各制御又は計測機器が中継機能を有しているので、通信ルートの一部が切断しても他のルートを迂回することによって通信可能となる。