【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
従来のプロセス監視−制御装置では、例えば、特開平０２−１５５３９７号に記載されているように、プロセスのデータをサンプリングする装置や制御等の演算をするプロセス制御装置と計算機を伝送路で結合し、中央制御装置にある集中型の監視・制御盤でプロセス状態の監視やプロセス操作を行うようになっている。また、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。
【０００３】
また、一般に、システム内の装置間のネットワークは、ネットワーク線路が有線，無線の構成となっている。例えば、有線ネットワークの例としてはバス型，リング型の接続形態を持つ汎用ＬＡＮがある。また、無線ネットワークの例としては、ＧＨｚ帯の周波数を利用したスター型ネットワーク（ＩＥＥＥ８０２．
１１準拠の無線ＬＡＮ，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ，赤外線通信等）がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、設備を追加する、計測点を後から追加する、といった要望がある場合や、制御システム・計算機システムを更新する場合に、センサやアクチュエータにケーブルを敷設する必要があり、ケーブルの費用のみならず、ケーブルを敷設するための比較的長い工期が必要となり、高価な改造・更新となりやすい。
【０００５】
上記従来技術では、中央制御室での集中管理ができるものの、操作対象であるプラント機器の近傍に運転員がいる場合でも中央制御室にいる運転員と音声などによる連絡を取り合うことで操作を依頼することになり、緊急の場合などに時間ロスがあった。
【０００６】
また、無線携帯端末による操作においても従来の無線通信技術の使用電波の周波数特性から、以下に示す課題がある。
（１）アクセスポイント（親局）とクライアント（子局）との間に所定の空中線電界強度を得るために、局間の見通しを確保する必要があり、設備の配置計画時，設備の移設時に局配置に制約を受けやすく、導入・維持管理コストの削減に限界がある。
（２）建屋外に電波の漏れが生じやすい周波数帯であり、隣接した建屋の無線
ＬＡＮ間で混信が発生しやすく、建物ごとの独立性が確保しにくい。
（３）既設の無線通信（ＩＥＥＥ８０２．１１やＰＨＳ，赤外線通信等）で構築されたサービスに加え、新たなサービスを無線通信で構築しようとする場合、混信なく併設可能となる無線通信の選択肢が限定される。
【０００７】
さらに、従来考えられていた無線携帯端末からの操作では、端末からの操作指令は操作場所の近傍に設置されたアンテナなどを介して中央制御のためのコンピュータに伝送され、そのコンピュータにより排他制御などの管理が行われていたため、そのコンピュータに不具合が発生した場合はプラント機器近傍からの操作ができなくなってしまう可能性があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的の少なくとも１つを解決するために、プロセスデータを受けて画面表示する移動可能な監視装置を有し、演算装置，制御装置及び固定的な監視装置の少なくとも１は移動可能な監視装置と無線により情報授受がなされ、移動可能な監視装置を介して制御データを演算装置に送信可能に構成した。
【０００９】
或いは、導電性の建造物構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電気供給管に高周波電流を誘起し、被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させるものであって、演算装置，制御装置及び監視装置の少なくともいずれか１は電磁界を利用して通信するように構成した。
【００１０】
或いは、プロセスデータを受けて画面表示する移動可能な監視装置を有し、演算装置に無線通信装置を設置して、それにより工学値変換，過去データ保持，排他制御，出力値変換を行い、これらの値を無線により演算装置，制御装置及び監視装置の少なくとも１に送信するように構成した。
【００１１】
或いは、演算装置，制御装置及び監視装置は、互いに、無線でプロセスデータ或いは制御データを授受するように構成した。
【００１２】
或いは、導電体である建造物構造体，導電体である流体物供給管或いは電力供給線に電気エネルギーを注入し、被注入体を伝播路として作用させて電界を発生させるものであって、演算装置，制御装置及び監視装置は、互いに、電界を利用してプロセスデータ或いは制御データを授受するように構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
監視・制御方法の一実施例を説明する。以下、図面を用いて具体的に説明する。
【００１４】
図１は本発明を実施するためのシステム構成例を示す。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取り付けてあるセンサやアクチュエータの一例である熱電対１や弁・コントロールドライブ２に演算処理を行う演算装置８−１，８−２（これらを「演算装置」と総称する。アクチュエータの如くの機能と、熱電対の如くの機能とが一体的であっても、或いは、別体であっても、「演算装置」に含まれる。すなわち、分散的に配置されていても、該機能を有していれば「演算装置」に含まれる。）とそれぞれに無線通信のための通信機器７−１，７−２を接続する。また、プラント設備を制御する制御装置３やプラントデータを元に計算を行うユニット計算機４が設置されている部屋のそれぞれの制御装置・ユニット計算機にも無線通信のための通信機器７−３，７−４を接続する（プラント設備を制御する制御装置３とユニット計算機４とを総称して「制御装置」と称する）。中央制御室にはプラント情報の集中管理のためのヒューマンマシンインターフェース装置５（或いは、単に監視装置と称する。なお、制御機能をも有していても、表示機能を有すれば「監視装置」に含まれる）を置いても良い。これにも無線通信のための通信機器７−５を接続する。持ち運び自由な携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６は無線通信のための通信機器７−６を接続することでプラント内の場所を選ばない。これらの機器は無線通信によりプラント情報を共有する構成にする。このように、プラント設備現場，制御装置・計算機室，中央制御室すべてを無線通信によりプラント情報を共有する構成にする。
【００１５】
本発明を実施例とてエバネセント通信を適用するが、この通信原理を図２を用いて説明する。エバネセント通信技術は、無線通信路である空中伝播に用いる高周波電界のモードに、エバネセントモードを用いるものである。エバネセントモードとは、例えば金属面で取り囲まれた導波管の形状，寸法で定まるカットオフ周波数以下の高周波を用い、管の長さ方向に指数関数状に減衰する高周波電界によって電気エネルギーを伝えるモードである。一般に、多くの導波管では、導波管の長さ方向に位相変化しながら、振幅が周期的に変化する進行波を伝播させることが知られている。一方、エバネセントモードは位相変化を起こさないため、指数関数状に振幅が単調減少する安定した電場が得られることに特徴がある。エバネセント通信技術は、建物を導波管と見立て、建物の内部にエバネセントモードを形成する。
【００１６】
エバネセントモードの形成は次のように行われる。
（１）建物に高周波電流を注入する。注入された高周波電流が、壁内の鉄骨，電線管等を誘起する。
（２）高周波電流が、建物内で電気的に接続された鉄骨，電線管等が給電路として作用し、各部屋の壁までエネルギーを伝える。
（３）そして、部屋を取り囲む壁が、次の２つの物理現象によってエバネセントモードを室内に形成する。
（ａ）導波管の注入面として動作し、壁面に垂直な方向に指数的に減衰するエバネセント波を作り出す。
（ｂ）電導体の表面に誘電体が接触した「２層の表面波線路」を形成し、誘電体の中を壁面に平行な方向に高周波電流が進行波として伝播し、誘電体の表面から室内に向かう壁面に垂直な方向に指数関数的に減衰するエバネセント波を作り出す。このように、導電体に高周波電流を誘起し、伝播路を伝播させ、電磁界を発生させる。エバネセント通信では、この発生した電磁界を利用して、通信をおこなう。
【００１７】
上記（３）（ａ）の電磁波挙動は、導波管のカットオフ周波数以下でのエバネセントモードであり、「Ｔｈｅ Ｆｅｙｎｍａｎ Ｌｅｃｔｕｒｅｓ ｏｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ． ＩＩＩ， Ｃｈａｐｔｅｒ ３“Ｗａｖｅ Ｇｕｉｄｅ”，Ｆｅｙｎｍａｎ， Ｌｅｉｇｈｔｏｎ ａｎｄ Ｓａｎｄｓ， Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ （１９６５）」に解説がある。また、上記（３）（ｂ）の電磁波挙動は、電導体と誘電体とを組み合わせた表面波線路からのエバネセン波であり、「稲垣直樹著、“電気・電子学生のための電磁波工学”丸善（１９８０）」に解説がある。
【００１８】
建物２１は、鉄骨等の構造物２２が機械的に接合されたものであり、構造物
２２が電気的にも接続されたものとなっている。さらに、建物２１の壁内，床・天井間もしくは部屋内には、水道管２３，電線管・ケーブルトレイ・ダクト２４等金属性のものが配置されている。アクセスポイント（親局）は、建物構造物
２２，水道管２３，電線管・ケーブルトレイ・ダクト２４等の電導体に対して高周波電流を注入し建物内の各部屋にエバネセントモードの電場を形成するための電気エネルギー注入器２５（以下、エキサイタと称す）と、データ・制御信号を電気エネルギーとの間の相互変換を行うためのハブ２６から構成されている。ハブ２６は、有線或いは無線によるネットワークシステム２７によって、建物２１内或いは建物２１外の図示しない通信システム或いはサーバと接続されている。
【００１９】
建物２１内には、クライアント（子局）が、エバネセントモードの空中線電界とエネルギー交換するアンテナ（プローブ）２８が接続された端末２９として配置されている。
【００２０】
エキサイタ２５は上位的概念では「電気エネルギー注入器」に相当し、ハブ
２６は上位的概念では「変換器」に相当し、端末２９は上位的概念の「監視対象物」にも「固定式の装置」にも相当する。
【００２１】
このエバネセント通信技術では、例えば短波帯近傍の高周波を用いることにより、建物の内部に空中線電界強度を得られ、見通しの遮られた個々の部屋への通信が可能となる。また、建物固有のカットオフ周波数以下での運用によって、建物２１の外部への空中線電界の漏洩がないため、建物２１ごとに独立した通信環境を確立することが可能となる。
【００２２】
さらに、図３を用いて、エバネセント通信を用いた例を詳細に説明する。一般にプラント設備を収納する建物は物理的に接合されている鉄骨などの導電体の構造物９（図２の符号２２に相当）などにより構成され、また、建物の中には水道管１０（図２の符号２３に相当）などの導電体が張り巡らされている。エバネセント通信では通信にこれらを利用する。アクセスポイント（親局）は建物構造物９（２２／以下同様），水道管１０（２３／以下同様）などの導電体に対して高周波電流を注入し建物内の各部屋にエバネセントモードの電場を形成するための電気エネルギー供給器１１（図２の符号２５に相当）から構成されている。クライアント（子局）（１，２，３，４，５，６など）（図２の符号２８，２９に相当）は、エバネセントモードの空中線電界とエネルギー交換するアンテナが接続された端末として各機器に配置されている。エバネセント通信は導電体構造物を通信媒体として利用し、内壁による電波の減衰がなく、人やプラント設備により電波が遮蔽されないことを特徴としており、子局と親局間は所定の条件のもとで安定した通信を確立することができる。ここで、熱電対１，弁・コントロールドライブ２，制御装置３，ユニット計算機４，ヒューマンマシンインターフェース装置５のいずれかを親局として選択できる。その場合、親局に選択されなかった残りの局は子局に設定される。
【００２３】
図４はプラント情報をヒューマンマシンインターフェース装置５または携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置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取得されたプロセスデータ１０１はそのまま、あるいは各センサによって定められる変換を行うことによって得られる工学値１０２を伝送データとし、エバネセント通信などの無線通信装置７により常時あるいは定期的に送信される（１０３）。制御装置３，ユニット計算機４，ヒューマンマシンインターフェース装置５，携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６などにそれぞれ設置されている無線通信装置７によりそれらのデータは受信され（１０５）、制御，計算，監視に使用される（１０６）。また、同様に、制御装置３で制御に使用したデータやユニット計算機４で計算に使用したデータも無線通信によりヒューマンマシンインターフェース装置５や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６に通信させることも可能であり、運転員はヒューマンインターフェース装置（あるいはヒューマンマシンインターフェース装置と称する。以下同様）５や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６でプラントデータの表示を行うことでプラント機器状態の監視が可能になる。
【００２４】
図５はヒューマンマシン装置５または携帯型ヒューマンマシン装置（あるいは携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置と称する。以下同様）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。前述のようにヒューマンマシンインターフェース装置５や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６によりプラント機器の状態を監視しながら（１１１）、または携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６により実機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（１１１）、運転員に入力された制御要求（あるいはＣＲＴオペレーション操作と称する。以下同様）１１２はエバネセント通信などの無線通信装置７−５，７−６により無線送信（あるいは無線通信と称する。以下同様）１１４される。無線通信装置７−３により無線受信されたデータを制御装置３で演算することにより制御信号に変換されてアクチュエータなどの操作端２に出力される。
【００２５】
制御装置３からの信号はヒューマンマシンインターフェース装置５または携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６による制御要求と制御装置３内で行われるフィードバック制御などの自動モード時の制御信号が競合して操作端２に出力されることはない。また、ある操作端に対して一つの制御要求が出されている状態のとき、新たに他のヒューマンマシンインターフェース装置や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置から同じ操作端に対して別の制御要求が出された場合は制御装置３内で制御中であることを示すフラグを使用することにより競合を回避する。同様に、操作端２に対して制御要求が出されているときには操作端２に取り付けてある演算装置８−２内で制御中であることを示すフラグを使用することでも可能となる。
【００２６】
更に、例えばプラント機器の近傍で作業を行っており、他のヒューマンマシンインターフェース装置から制御要求が出されると困るような場合などはヒューマンマシンインターフェース装置５や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６間の通信により操作を禁止させることも可能とする。このとき、操作禁止を解除するためには他の装置からの解除を可能とするモードと、操作を禁止した装置からのみ解除を可能とするモードがある。
【００２７】
図６はヒューマンマシンインターフェース装置や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置からのプラント機器の操作の一例を表している。運転員によってヒューマンマシンインターフェース装置５や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置６に対して要求された操作は無線送信（あるいは無線通信と称する。以下同様）１１８され、プラント機器のアクチュエータに取り付けてある無線装置７−２によって受信される。このとき、このデータを演算装置８−２で演算することにより、制御信号に変換されてアクチュエータを動作させることを可能とする。
【００２８】
図７は制御装置間の負荷分散を表している。無線通信であることからプラント制御・監視用に必要なデータは共有されている。制御装置内の定義情報として操作端、あるいはあるグループごとに処理優先度を定義しておく。あるプラント機器に対する優先度の高い制御装置３Ａの負荷があるしきい値以下のときは制御装置の定義情報に記録してある処理優先順に従って処理を行う。しかし、制御装置３Ａの負荷があるしきい値を超えたときや停止中のときは同様な機能を有している制御装置３Ｂにより演算処理をし、プラント機器制御を実行する。無線通信によるデータ接続であるため、臨時，非常時，更新時など、容易に制御装置の追加が可能となる。
【００２９】
上記説明のように、演算・制御を行う制御装置や計算処理を行うユニット計算機，表示を行うヒューマンマシンインターフェースにもそれぞれ通信機器を設置することによりプラント監視・制御に使用するデータを共有する無線ネットワーク網を形成させる。
【００３０】
このような無線技術をプラント監視・制御システムに適用することで監視・制御対象機器，制御装置，ユニット計算機，ヒューマンマシンインターフェース装置の間で見通しを遮る障害物があっても安定した局間の接続状態を確立できる通信システムを構築することが可能となり、中央制御室のみでなく、制御対象のプラント機器の近傍などでも操作可能になる。エバネセント通信の特性から、プラント機器の近傍に防護壁のような障害物があっても直接通信が可能となる。
【００３１】
また、ヒューマンマシンインターフェース装置や携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置から制御装置への無線通信さえ確立されれば運転員の操作が制御装置に伝えられる。このとき、複数の携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置を使用すると、離れた位置で同時に同じ制御対象に対して異なる指令を与えてしまう、競合という問題が起こる可能性がある。これを防ぐために、複数のヒューマンマシンインターフェース装置から一つの操作端に対して異なる要求があった場合に制御装置内のメモリに操作中であることを示すフラグを使用することで排他処理を行うことや、ヒューマンマシンインターフェース装置間の無線通信によりインターロックをかけることや、アクチュエータに取り付けた演算装置により操作中であることを示すフラグを使用することで防ぐことができる。
【００３２】
また、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ため、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、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、少人化の効果がある。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。また、制御装置の負荷分散・高信頼性確保が可能となる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、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る。或いは、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるケーブルレスプロセス入出力監視・制御の全体構成図。
【図２】エバネセント通信技術の原理を示す図。
【図３】エバネセント通信技術を適用した概要図。
【図４】本発明の一実施例における監視用プロセスデータフロー図。
【図５】本発明の一実施例における制御用データフロー図。
【図６】本発明の一実施例における直接操作データフロー図。
【図７】本発明の一実施例における制御装置負荷分散・多重化データフロー図。
【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…ユニット計算機、５…ヒューマンマシンインターフェース装置、６…携帯型ヒューマンマシンインターフェース装置、７…無線通信装置、８…演算装置、９…構造物、１０…水道管、１１…電気エネルギー供給器（エキサイタ）、１０１…計測データ、１０２…工学値データ、１０３，１１３，１１７…無線送信、１０４，１１４，１１８…無線通信、１０５，１１５，１１９…無線受信、１０６…各装置データ利用、１１１…プラント状態監視、１１２…ＣＲＴオペレーション操作、１１６…制御信号、１２０…機器動作。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a process control device and a process control method.
[0002]
[Prior art]
In a conventional process monitoring and control device, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-155397, a computer is coupled to a process control device for performing operation such as control of a device for sampling process data and a computer. The centralized monitoring and control panel in the central control unit monitors the process status and operates the process. In the central control room, it is possible to monitor and control the status of individual devices as well as the status of the entire plant.
[0003]
In general, a network between devices in a system has a wired or wireless network line. For example, a general-purpose LAN having a bus-type or ring-type connection form is an example of a wired network. As an example of the wireless network, a star network (IEEE802.
11 compliant wireless LAN, Bluetooth, infrared communication, etc.).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above prior art, when there is a request to add equipment or add a measurement point later, or when updating a control system or a computer system, it is necessary to lay cables on sensors and actuators. In addition to the cost, a relatively long construction period for laying the cables is required, which tends to result in expensive remodeling and renewal.
[0005]
In the above prior art, although centralized control can be performed in the central control room, even when there is an operator near the plant equipment to be operated, operation is requested by communicating with the operator in the central control room by voice and the like. And lost time in an emergency.
[0006]
In addition, there are the following problems in the operation by the wireless portable terminal due to the frequency characteristics of the radio wave used by the conventional wireless communication technology.
(1) In order to obtain a predetermined antenna electric field strength between an access point (master station) and a client (slave station), it is necessary to secure a line of sight between stations. The station arrangement is easily restricted, and there is a limit to the reduction of installation and maintenance costs.
(2) It is a frequency band in which radio waves are liable to leak outside the building, interference easily occurs between wireless LANs in adjacent buildings, and it is difficult to secure independence for each building.
(3) When a new service is to be built by wireless communication in addition to the service built by existing wireless communication (IEEE802.11, PHS, infrared communication, etc.), the option of the wireless communication that can be installed without interference is provided. Limited.
[0007]
Furthermore, in the operation from a wireless portable terminal that has been conventionally considered, an operation command from the terminal is transmitted to a computer for central control via an antenna or the like installed near an operation place, and exclusive control and the like are performed by the computer. Therefore, when a failure occurs in the computer, there is a possibility that the operation from the vicinity of the plant equipment cannot be performed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve at least one of the above-mentioned objects, the present invention has a movable monitoring device that receives process data and displays it on a screen, and at least one of an arithmetic device, a control device, and a fixed monitoring device is movable. Information is exchanged wirelessly with the monitoring device, and control data can be transmitted to the arithmetic device via the movable monitoring device.
[0009]
Alternatively, a high-frequency current is induced in a conductive building structure, a conductive fluid supply pipe or a conductive electricity supply pipe, and the induced body acts as a propagation path to generate an electromagnetic field. At least one of the arithmetic device, the control device, and the monitoring device is configured to communicate using an electromagnetic field.
[0010]
Alternatively, it has a movable monitoring device that receives process data and displays it on the screen, and a wireless communication device is installed in the arithmetic device, thereby performing engineering value conversion, past data retention, exclusive control, and output value conversion. Is wirelessly transmitted to at least one of the arithmetic device, the control device, and the monitoring device.
[0011]
Alternatively, the arithmetic unit, the control unit, and the monitoring unit are configured to wirelessly exchange process data or control data with each other.
[0012]
Alternatively, electric energy is injected into a building structure that is a conductor, a fluid supply pipe or a power supply line that is a conductor, and an electric field is generated by causing the injected object to act as a propagation path. The device, the control device, and the monitoring device are configured to mutually exchange process data or control data using an electric field.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the monitoring / control method will be described. Hereinafter, a specific description will be given with reference to the drawings.
[0014]
FIG. 1 shows an example of a system configuration for implementing the present invention. Arithmetic devices 8-1 and 8-2 that perform arithmetic processing on a thermocouple 1 or a valve / control drive 2 which is an example of a sensor or an actuator attached to a device to be monitored / controlled installed at a plant facility site. These are collectively referred to as “arithmetic devices.” Even if a function such as an actuator and a function such as a thermocouple are integrated or separate, they are included in the “arithmetic device”. , Even if they are distributed, they are included in the "arithmetic unit" if they have the function.) And the communication devices 7-1 and 7-2 for wireless communication are connected to them. In addition, each of the control device and the unit computer in the room where the control device 3 for controlling the plant equipment and the unit computer 4 for performing the calculation based on the plant data are installed are also provided with the communication devices 7-3 and 7 for wireless communication. -4 (the control device 3 for controlling the plant equipment and the unit computer 4 are collectively referred to as a "control device"). The central control room has a human-machine interface device 5 (or simply referred to as a monitoring device) for centralized management of plant information. Even if it has a control function, if it has a display function, it becomes a "monitoring device". Included) may be placed. The communication device 7-5 for wireless communication is also connected to this. The portable human-machine interface device 6, which is freely portable, can be connected to a communication device 7-6 for wireless communication, so that it can be used anywhere in the plant. These devices are configured to share plant information by wireless communication. In this way, the plant facility site, the control device / computer room, and the central control room are all configured to share plant information by wireless communication.
[0015]
The present invention is applied to evanescent communication as an embodiment. The principle of this communication will be described with reference to FIG. The evanescent communication technique uses an evanescent mode as a mode of a high-frequency electric field used for air propagation that is a wireless communication path. The evanescent mode is a mode in which electric energy is transmitted by a high-frequency electric field that attenuates exponentially in the length direction of the tube, using a high frequency below a cutoff frequency determined by the shape and dimensions of the waveguide surrounded by a metal surface, for example. It is. In general, it is known that, in many waveguides, a traveling wave whose amplitude changes periodically propagates while changing the phase in the length direction of the waveguide. On the other hand, since the evanescent mode does not cause a phase change, it is characterized in that a stable electric field whose amplitude decreases monotonically in an exponential function is obtained. Evanescent communications technology treats a building as a waveguide and creates an evanescent mode inside the building.
[0016]
The formation of the evanescent mode is performed as follows.
(1) Inject high frequency current into the building. The injected high-frequency current induces steel frames, conduits and the like in the wall.
(2) A high-frequency current is transmitted to a wall of each room by a steel frame, a conduit, and the like, which are electrically connected in the building, acting as a power supply path.
(3) Then, the wall surrounding the room forms an evanescent mode in the room by the following two physical phenomena.
(A) Operates as an injection surface of a waveguide and generates an evanescent wave that attenuates exponentially in a direction perpendicular to the wall surface.
(B) A "two-layer surface wave line" is formed in which a dielectric is in contact with the surface of the conductor, and a high-frequency current propagates through the dielectric in a direction parallel to the wall surface as a traveling wave. Creates an evanescent wave that decays exponentially in the direction perpendicular to the wall going into the room. In this manner, a high-frequency current is induced in the conductor, propagates through the propagation path, and generates an electromagnetic field. In the evanescent communication, communication is performed using the generated electromagnetic field.
[0017]
The electromagnetic wave behavior of the above (3) (a) is an evanescent mode below the cutoff frequency of the waveguide, and is described in “The Feynman Lectures on Physics Vol. III, Chapter 3“ Wave Guide ”, Feynman, Leighton and Sandton Addison-Wesley Publishing Company (1965) ". The electromagnetic wave behavior of (3) and (b) above is an evanescent wave from a surface wave line combining a conductor and a dielectric, and is described in “Naoki Inagaki,“ Electromagnetic Wave Engineering for Electrical and Electronic Students, ”Maruzen (1980) ".
[0018]
The building 21 is a structure in which a structure 22 such as a steel frame is mechanically joined, and the structure 22 is also electrically connected. Further, metallic materials such as water pipes 23, conduit pipes, cable trays and ducts 24 are arranged in the walls of the building 21, between floors and ceilings, or in rooms. The access point (master station) injects a high-frequency current into conductors such as the building structure 22, the water pipe 23, the conduit tube, the cable tray, and the duct 24 to form an evanescent mode electric field in each room in the building. Energy injector 25 (hereinafter, referred to as an exciter), and a hub 26 for performing mutual conversion between data and control signals and electric energy. The hub 26 is connected to a communication system or a server (not shown) inside or outside the building 21 by a wired or wireless network system 27.
[0019]
In the building 21, a client (slave station) is arranged as a terminal 29 to which an antenna (probe) 28 that exchanges energy with an evanescent mode antenna electric field is connected.
[0020]
The exciter 25 is equivalent to an “electric energy injector” in the superordinate concept, the hub 26 is equivalent to a “converter” in the superordinate concept, and the terminal 29 is also a “fixed type” to the superordinate “monitoring target”. Device ".
[0021]
In this evanescent communication technology, for example, by using a high frequency near a short wave band, an antenna electric field strength can be obtained inside a building, and communication with individual rooms in which visibility is obstructed becomes possible. In addition, since the antenna electric field does not leak to the outside of the building 21 by operating below the building-specific cutoff frequency, it is possible to establish an independent communication environment for each building 21.
[0022]
Further, an example using evanescent communication will be described in detail with reference to FIG. In general, a building that houses plant equipment is composed of a conductive structure 9 (corresponding to reference numeral 22 in FIG. 2) such as a steel frame that is physically joined, and a water pipe 10 (see FIG. 2). 2 (corresponding to reference numeral 23). Evanescent communication uses these for communication. The access point (master station) injects a high-frequency current into conductors such as the building structure 9 (22 / same below) and the water pipe 10 (same as 23 / similar) and applies an evanescent mode electric field to each room in the building. It comprises an electric energy supplier 11 (corresponding to the reference numeral 25 in FIG. 2) for forming. The client (slave station) (1, 2, 3, 4, 5, 6, etc.) (corresponding to reference numerals 28 and 29 in FIG. 2) is a terminal to which an antenna for energy exchange with an evanescent mode antenna electric field is connected. Are located in Evanescent communication uses a conductive structure as a communication medium, is characterized by no attenuation of radio waves by the inner wall and no shielding of radio waves by people or plant equipment. Thus, stable communication can be established. Here, any one of the thermocouple 1, the valve / control drive 2, the control device 3, the unit computer 4, and the human machine interface device 5 can be selected as a master station. In that case, the remaining stations not selected as the master station are set as slave stations.
[0023]
FIG. 4 shows a data flow when the plant information is displayed on the human machine interface device 5 or the portable human machine interface device 6. Process data 101 obtained by a sensor such as a thermocouple installed for monitoring plant equipment is used as it is, or an engineering value 102 obtained by performing a conversion determined by each sensor is used as transmission data, and evanescent communication or the like is performed. Is transmitted constantly or periodically by the wireless communication device 7 (103). These data are received by the wireless communication device 7 installed in the control device 3, the unit computer 4, the human machine interface device 5, the portable human machine interface device 6, etc. (105), and used for control, calculation, and monitoring. Is performed (106). Similarly, the data used for the control by the control device 3 and the data used for the calculation by the unit computer 4 can be communicated to the human machine interface device 5 or the portable human machine interface device 6 by wireless communication. The operator can monitor the state of the plant equipment by displaying the plant data with the human interface device (or human machine interface device; hereinafter the same applies) 5 or the portable human machine interface device 6.
[0024]
FIG. 5 shows a flow of data when operating plant equipment from the human machine device 5 or the portable human machine device (also referred to as a portable human machine interface device; the same applies hereinafter) 6. As described above, the state of the plant device can be monitored (111) by the human machine interface device 5 or the portable human machine interface device 6 (111), or the device can be viewed near the actual device by the portable human machine interface device 6. While observing the equipment by the operator (111), the control request (or CRT operation operation; the same applies hereinafter) 112 input to the operator is wirelessly transmitted by wireless communication devices 7-5 and 7-6 such as evanescent communication. (Or wireless communication; hereinafter the same) 114. The data wirelessly received by the wireless communication device 7-3 is calculated by the control device 3 and converted into a control signal, which is output to the operation terminal 2 such as an actuator.
[0025]
A signal from the control device 3 is output to the operation terminal 2 by a conflict between a control request from the human machine interface device 5 or the portable human machine interface device 6 and a control signal in an automatic mode such as feedback control performed in the control device 3. It will not be done. When one control request is issued to a certain operation terminal, another control request is issued to the same operation terminal from another human machine interface device or a portable human machine interface device. In this case, a conflict is avoided by using a flag indicating that control is being performed in the control device 3. Similarly, when a control request is issued to the operation terminal 2, it is possible to use a flag indicating that control is being performed in the arithmetic unit 8-2 attached to the operation terminal 2.
[0026]
Further, for example, when working near plant equipment and it is troublesome to issue a control request from another human machine interface device, communication between the human machine interface device 5 and the portable human machine interface device 6 is performed. The operation can be prohibited. At this time, in order to release the operation prohibition, there are a mode in which release from another device is possible and a mode in which release is possible only from the device in which the operation is prohibited.
[0027]
FIG. 6 illustrates an example of operation of plant equipment from a human-machine interface device or a portable human-machine interface device. The operation requested by the operator for the human-machine interface device 5 or the portable human-machine interface device 6 is wirelessly transmitted (or called wireless communication; hereinafter the same) 118, and the wireless device 7 attached to the actuator of the plant equipment. -2. At this time, by calculating this data by the arithmetic unit 8-2, the data is converted into a control signal and the actuator can be operated.
[0028]
FIG. 7 shows load distribution between control devices. Because of wireless communication, data necessary for plant control and monitoring is shared. The processing priority is defined for each operation terminal or each group as definition information in the control device. When the load of the control device 3A with a high priority on a certain plant device is equal to or less than a certain threshold value, the processing is performed in accordance with the processing priority recorded in the definition information of the control device. However, when the load of the control device 3A exceeds a certain threshold value or when the control device 3A is stopped, the control device 3B having the same function performs arithmetic processing to execute plant equipment control. Since the data connection is performed by wireless communication, it is possible to easily add a control device in a temporary, emergency, or update mode.
[0029]
As described above, a wireless network that shares data used for plant monitoring and control by installing communication devices in the control device that performs arithmetic and control, the unit computer that performs calculation processing, and the human-machine interface that performs display, respectively. Form a net.
[0030]
By applying such wireless technologies to plant monitoring and control systems, stable inter-station connections can be achieved even if there is an obstacle that blocks line-of-sight between monitored and controlled equipment, control devices, unit computers, and human-machine interface devices. It is possible to construct a communication system that can establish a state, and can operate not only in the central control room but also in the vicinity of plant equipment to be controlled. Due to the characteristics of evanescent communication, direct communication is possible even if there is an obstacle such as a protective wall near the plant equipment.
[0031]
Further, as long as the wireless communication from the human machine interface device or the portable human machine interface device to the control device is established, the operation of the operator is transmitted to the control device. At this time, if a plurality of portable human-machine interface devices are used, there is a possibility that different commands may be given simultaneously to the same control target at distant positions, causing a problem of contention. In order to prevent this, exclusive processing is performed by using a flag indicating that the operation is being performed in the memory in the control unit when different requests are made to one operation terminal from multiple human machine interface devices Alternatively, it can be prevented by interlocking by wireless communication between human machine interface devices or by using a flag indicating that the operation is being performed by a computing device attached to the actuator.
[0032]
In addition, since the operator can operate the plant equipment near the plant equipment without any time loss while observing the equipment when necessary, the operability of the CRT operation operation can be improved, and the personnel in the central control room and the on-site patrol can be improved. Since it is possible to concurrently assign personnel, there is an effect of reducing the number of people. Further, the operator observing the plant equipment can directly perform the operation of suppressing the control request, which has an effect of improving the safety performance. Further, load distribution and high reliability of the control device can be ensured.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the configuration of the plant control system can be made flexible. Alternatively, the reliability of communication in the plant control system can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a cableless process input / output monitoring / control according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the principle of evanescent communication technology.
FIG. 3 is a schematic diagram to which evanescent communication technology is applied.
FIG. 4 is a monitoring process data flow diagram in one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a control data flow diagram in one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a data flow diagram of direct operation in one embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a data flow diagram of a control device load distribution and multiplexing in one embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 thermocouple, 2 valve / control drive, 3 control device, 4 unit computer, 5 human machine interface device, 6 portable human machine interface device, 7 wireless communication device, 8 arithmetic device, 9 ... structure, 10 ... water pipe, 11 ... electric energy supplier (exciter), 101 ... measurement data, 102 ... engineering value data, 103, 113, 117 ... wireless transmission, 104, 114, 118 ... wireless communication, 105, 115, 119: wireless reception, 106: use of each device data, 111: plant status monitoring, 112: CRT operation operation, 116: control signal, 120: device operation.
