JP2007286798A - プロセス制御装置およびプロセス制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】移動端末型ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）装置を使用して、中央制御室と共に現場でのＣＲＴオペレーションを可能にする。
【解決手段】ＭＨＩ（ヒューマンマシンインターフェース）装置５と移動端末型ＭＨＩ装置６に無線通信装置７をそれぞれ設けてその間の通信を無線通信化する。ＨＭＩ装置５が複数ある構成では、移動端末型ＭＨＩ装置６にデータを伝送する際に、ＨＭＩ装置５における操作競合を判定し、最優先のＨＭＩ装置５が伝送マスタとなる。また、移動端末型ＭＨＩ装置６から操作要求を伝送する場合、ＨＭＩ装置５における操作競合を判定し、最優先のＨＭＩ装置５が制御装置３への伝送マスタとなる。このように、操作競合を防止することによって、既存設備の現場操作をＣＲＴオペレーション化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセス制御装置及びプロセス制御方法に関する。

従来のプロセス監視・制御装置は、特許文献１に記載されているように、プロセスのデータのサンプリング装置や制御演算を行うプロセス制御装置と計算機を伝送路で結合し、集中型の監視・制御盤でプロセス状態の監視やプロセス操作を行っている。中央制御室ではプラント全体の状態とともに、個々の装置の状態まで監視・制御ができるようになっている。

また、特許文献２に記載されているように、システム内の装置間のネットワークが無線の構成となっているものもある。

特開平０２−１５５３９７号公報 特開２００４−３０４９６号公報

新たにプラントを建設するときは全ての装置を無線化することが可能であるが、既設のプラント監視・制御システムでは、監視・制御用のネットワークが有線の専用ネットワークで構成されている。

無線通信を利用して、プラントのプロセスデータを監視・制御する移動端末型ＨＭＩ装置を追加しようとすると、制御装置と有線ネットワークに接続されている複数のＨＭＩ装置と移動端末型ＨＭＩ装置間でネットワーク構成が多段となり、排他制御を行えなくなる問題があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服し、既設のプラント監視制御システムに移動型端末ＭＨＩ装置を追加しても排他制御が可能となる、柔軟かつ信頼性の向上できるプロセス制御装置及び方法を提供することにある。

上記目的を解決するために、本発明は、制御装置と有線の制御用ネットワークを介してプロセスデータを表示する複数のＨＭＩ装置を備えるシステムで、前記ＨＭＩ装置と移動可能なＨＭＩ装置の間を無線通信により監視・制御データを送受信可能とする構成を特徴とする。

移動端末型ＨＭＩ装置にプロセスデータを表示させるために、ＨＭＩ装置から無線通信により移動端末型ＨＭＩ装置に無線通信する際は、ＨＭＩ装置が互いに他のＨＭＩ装置を監視し、正常に動作しているＨＭＩ装置の中から１台が移動端末型ＨＭＩ装置と通信するように排他制御し、データの不整合が発生しないようにする。

また、移動端末型ＨＭＩ装置でプラント機器を制御するために、移動端末型ＨＭＩ装置からＨＭＩ装置へ無線通信する際は、複数の移動端末型ＨＭＩ装置間やＨＭＩ装置間で同時操作を受け付けないようにする。このために、正常に動作しているＨＭＩ装置の中から１台が移動端末型ＨＭＩ装置と通信するように排他制御する。これにより、移動端末型ＨＭＩ装置でもプラント監視・制御が可能になる。

本発明によれば、プラント制御システムの構成に柔軟性を持たせることができ、また、プラント制御システムにおける通信の信頼性を向上することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて具体的に説明する。図１は一実施例によるプラント監視制御システムの構成図を示す。プラント設備現場に設置されている監視・制御対象である機器に設けているセンサやアクチュエータの一例で、プラント監視のための熱電対１やプラント制御のための弁・コントロールドライブ２と、これらの信号を入出力する制御装置３がハードワイヤで接続されている。制御装置３とプラント情報を表示するためのＨＭＩ装置５は伝送路４を介して接続されている。上記、１〜５までは、通常、既に建設されているプラント監視・制御システムには備えられた機器である。

ＨＭＩ装置５に無線通信のための通信機器７−５を接続する。また、持ち運び自由な移動端末型ＨＭＩ装置６は無線通信のための通信機器７−６を接続する。ＨＭＩ装置５と移動端末型ＨＭＩ装置６はそれぞれの通信機器７−５、７−６を介して無線通信ネットワーク８により伝送される。

図２はプロセスデータを移動端末型ＨＭＩ装置６で表示するときのデータの流れを示す。プラント設備を監視するために設置されている熱電対などのセンサによって計測されたプロセスデータ１０１は制御装置３によって工学値変換され（１０２）、得られた工学値１０２を伝送データとし、常時あるいは定期的に送信される（１０３）。ＨＭＩ装置５でそれらのデータが受信され、監視に使用される（１０４）。

また、移動端末型ＨＭＩ装置６に無線通信でデータ送信をするために、複数のＨＭＩ装置５では無線送信のマスタとなる優先順位を設定しておく。正常に動作しているＨＭＩ装置５は生存信号を伝送路４を通して送受信し、互いに他のＨＭＩ装置５の動作状態を取得する。正常に動作しているＨＭＩ装置５の中から優先順位の高い１台のみがデータ送信することとする（１０５）。本内容については後述の図４でも説明する。１台のマスタＨＭＩ装置５のみが通信を行うように制約することで、他のＨＭＩ装置５のＣＰＵ負荷低減と無線ネットワークの伝送負荷低減を図ることが可能になる。

１台のマスタＨＭＩ装置５は接続された無線装置７−５を通じて１０３のデータ伝送と同じ、あるいは加工されたデータを送信する（１０６）。移動端末型ＨＭＩ装置６は接続された無線装置７−６を通じてそれらのデータを受信し、データは監視に使用される（１０７）。

これにより、オペレータは制御対象のある現場においてプラント機器状態の監視が可能になる。また、ＨＭＩ装置５においては従来通りの監視が可能であり、仮に外部からの電波障害等で無線が使用できなくなった場合でも継続してプラントの監視が行うことができる。

図３は移動端末型ＨＭＩ装置６からプラント機器を操作するときのデータの流れを示す。ＨＭＩ装置５や移動端末型ＨＭＩ装置６によりプラント機器の状態を監視しながら、入力された操作要求１１１をデータ伝送する（１１２）。あるいは移動端末型ＨＭＩ装置６により制御対象機器の近傍などで機器を見ることができる運転員により機器を観察しながら、運転員に入力された操作要求１１１は無線装置７−６、７−５によりＨＭＩ装置５にデータ伝送する（１１２）。

この際、無線通信の受信側になるＨＭＩ装置５は複数存在するが、移動端末型ＨＭＩ装置６からのデータを処理して伝送路４に送信される操作指令が重複することを防ぐため、操作指令データを伝送路４に送出するＨＭＩ装置５は１台とする必要がある。このため、複数のＨＭＩ装置５では無線送信のマスタとなる優先順位を設定しておく。正常に動作しているＨＭＩ装置５は生存信号を伝送路４を通して送受信し、互いに他のＨＭＩ装置５の動作状態を取得する。正常に動作しているＨＭＩ装置５の中から優先順位の高い１台のみがデータ受信し、データ処理した上で（１１３）、伝送路４に操作指令データを送出する（１１４）。本内容については図５でも説明する。

また、一つの操作対象機器に対して同時に移動端末型ＨＭＩ装置や他のＨＭＩ装置により操作されることを防止するため、操作指令のマスタＨＭＩ装置５で受信し、他の装置で操作要求中であるか否かを表すフラグによってチェックされる（１１５）。操作競合の判定の結果、操作可能であれば、操作指令のマスタＨＭＩ装置５により最終的に制御装置３へデータ伝送される（１１６）。

次に、制御装置３で演算することにより制御信号に変換されて（１１７）アクチュエータなどの操作端２に出力される（１１８）。このとき、無線通信のマスタのＨＭＩ装置５と操作指令のマスタＨＭＩ装置５は同一であっても良い。また、ＨＭＩ装置５においては従来通りの操作が可能であり、仮に外部からの電波等で無線が使用できなくなった場合でも継続してプラントの操作が行うことができる。

図４はＨＭＩ装置５から移動端末型ＨＭＩ装置６へ監視データを伝送する際の処理フローを示す。ＨＭＩ装置５が図示のように複数台設置されている時、それらの装置は同等の機能を持っていることが多い。つまり、移動端末型ＨＭＩ装置６との無線通信を行うことが可能な装置が複数存在することになる。すべてのＭＨＩ装置５が無線通信をすると監視データの不一致を生じるだけでなく伝送負荷を増加させるため、正常動作しているＨＭＩ装置５の間で無線送信する機能のマスタを遷移させる必要がある。そのために、正常動作しているＨＭＩ装置５は定周期で生存信号を送出し、他のＨＭＩ装置５からの生存信号を受信する。現時点の生存しているＨＭＩ装置５の中で優先度の最も高い装置がマスタとなる。マスタの装置が停止した場合は次に優先度の高いＨＭＩ装置５が処理を継続する。

図５は移動端末型ＨＭＩ装置６で行った現場機器に対する操作をＨＭＩ装置５を通じて制御装置へ伝送するための処理フローを示す。ＨＭＩ装置５が複数台設置されている時、多くの場合、それらの装置は同じ操作対象機器に対して別々のＨＭＩ装置から同時に操作することを抑止するための排他処理を行っている。

移動端末型ＨＭＩ装置６では直接制御装置とネットワークで接続されていないが、操作のための信号を送信したとき、その操作指令を受信したＨＭＩ装置５では、自身がその情報を伝送路４へ送信する権利を保有しているかを判定する。権利を保有しているか否かは図４の処理と同様にマスタ判定処理により決定される。権利を保有していない装置は伝送路４へデータを送出しない。

上記のように、無線通信の可能な移動端末型ヒューマンインターフェース装置を追加することで、必要なときに運転員がプラント機器の近傍でプラント機器を直接観察しながらタイムロスなしに操作可能となる。これにより、ＣＲＴオペレーション操作の操作性を向上させることができる。また、中央操作室要員と現場パトロール要員の兼任が可能となるため、運転員を削減できる効果がある。また、プラント機器を観察している運転員が直接、制御要求の抑止操作が可能となるため、安全性能向上の効果もある。

本発明の一実施例である無線通信監視・制御システムの全体構成図。 本発明の一実施例における監視用プロセスデータの流れを示す説明図。 本発明の一実施例における制御用データの流れを示す説明図。 本発明の一実施例における監視用プロセスデータ処理の説明図。 本発明の一実施例における制御用データ処理の説明図。

符号の説明

１…熱電対、２…弁・コントロールドライブ、３…制御装置、４…監視・制御用伝送路、５…ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）装置、６…移動端末型ＨＭＩ装置装置、７…無線通信装置、８…無線通信路、１０１…計測データ、１０２…工学値データ、１０３…有線通信、１０４…プラント状態監視、１０５…伝送ＨＭＩ装置の選択、１０６…無線通信、１０７…プラント状態監視、１１１…ＣＲＴオペレーション操作、１１２…無線通信、１１３…伝送マスタによるデータ処理、１１４…有線通信、１１５…操作競合判定、１１６…有線通信、１１７…制御演算、１１８…機器動作。

Claims (6)

1. センサが検出したプロセスデータを工学値に変換する制御装置と、プロセスデータを編集して画面表示する複数のヒューマンマシンインターフェース（以下、ＨＭＩと呼ぶ）装置を有線ＬＡＮで結ぶプロセス制御装置であって、
   前記ＨＭＩ装置に設けた無線通信装置と複数の移動端末型ＨＭＩ装置を無線ＬＡＮで結び、複数の前記ＨＭＩ装置から選択された１つのＨＭＩ装置により、前記移動端末型ＨＭＩ装置にプロセスデータを伝送し、監視する構成としたことを特徴とするプロセス制御装置。
2. 請求項１において、前記ＨＭＩ装置の選択は、複数のＨＭＩ装置からその１つを優先する排他制御により決定したＨＭＩ装置により、複数の移動端末型ＨＭＩ装置と通信して画面表示することを特徴とするプロセス制御装置。
3. センサが検出したプロセスデータを受けて制御データを演算する制御装置と、プロセスデータを編集して画面表示する複数のＨＭＩ装置を有線ＬＡＮで結ぶプロセス制御装置であって、
   前記ＨＭＩ装置に設けた無線通信装置と複数の移動端末型ＨＭＩ装置を無線ＬＡＮで結び、複数の前記ＨＭＩ装置から選択された１つのＨＭＩ装置に対し、前記移動端末型ＨＭＩ装置から制御要求を発行する構成としたことを特徴とするプロセス制御装置。
4. 請求項１−３のいずれかにおいて、前記ＨＭＩ装置の選択は、互いに有線ＬＡＮの排他制御を行うと共に、無線ＬＡＮの排他制御を行うことを特徴とするプロセス制御装置。
5. センサが検出したプロセスデータを工学値に変換する制御装置と、プロセスデータを編集し、画面表示する複数のヒューマンマシンインターフェース（以下、ＨＭＩと呼ぶ）装置を有線ＬＡＮで結ぶプロセス制御装置の制御方法であって、
   前記ＨＭＩ装置に設けた無線通信装置と複数の移動端末型ＨＭＩ装置を無線ＬＡＮで結び、複数の前記ＨＭＩ装置から選択された最も優先順位の高いＨＭＩ装置により、前記移動端末型ＨＭＩ装置にプロセスデータを伝送し、監視することを特徴とするプロセス制御方法。
6. センサが検出したプロセスデータを工学値に変換する制御装置と、プロセスデータを編集し、画面表示する複数のヒューマンマシンインターフェース（以下、ＨＭＩと呼ぶ）装置を有線ＬＡＮで結ぶプロセス制御装置の制御方法であって、
   前記ＨＭＩ装置に設けた無線通信装置と複数の移動端末型ＨＭＩ装置を無線ＬＡＮで結び、複数の前記ＨＭＩ装置から選択された最も優先順位の高いＨＭＩ装置に対し、前記移動端末型ＨＭＩ装置から制御要求を発行することを特徴とするプロセス制御方法。

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