JPH09146604A - プロセスプラントの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 プロセスプラントに備えられた複数の閉ルー
プ制御系は、それぞれ独立に割当てられた制御を行うだ
けであり、統括的な制御にはオペレータの介在が不可欠
であるため、全自動化を図る上で問題がある。 【解決手段】 各制御系を通信線により接続し、制御系
相互間で通信を行う。自制御系に障害が発生した場合に
は障害対策を行うが、各制御系に良好度を表す指数（Ｈ
Ｉ）を設定し、その指数を監視しながら自制御系が対応
策を演算する自律分散制御を行う。 【効果】 オペレータの介在しない全自動制御をプロセ
スプラント単位で実現することができる。さらに、複数
のプロセスプラントにより構成された大規模なプロセス
プラント単位でも、オペレータの介在しない全自動制御
を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原料を供給し、原
料から化学反応を利用して連続的に製品を製造するプロ
セスプラントに利用する。本発明は、プロセスプラント
のコンピュータ制御に関する。本発明は、独立して制御
を行う複数の閉ループの制御系が自律分散制御を行う制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

〔本発明の制御対象プロセスプラントの例〕図２０は本
発明の制御対象となるプロセスプラントの一例を示すブ
ロック構成図である。このプロセスプラントは、貯槽３
１に貯蔵されている原料を反応塔３８に供給して、この
反応塔３８の内部に充填された触媒により反応させて、
製品Ａ（ガス）および製品Ｂ（液体）を製造するプロセ
スプラントである。原料は連続的に供給され、二種類の
製品（ＡおよびＢ）は連続的に排出され、このプロセス
プラントは連続的に運転される。

【０００３】なお、この例は、あくまでも本発明を説明
するためのわかりやすい単純な一例を示すものであり、
制御対象をこのブロック構成図に示すものに限定するも
のではない。

【０００４】もう少し詳しくこの制御対象となるプロセ
スプラントの一例を説明すると、このプロセスプラント
には４つの閉ループの制御系１〜４が設けられ、それぞ
れ個別にフィードバック自動制御が行われている。すな
わち、第一の制御系１は原料の流量があらかじめ設定さ
れた設定値になるように、原料供給バルブ３３の開度を
制御し、第二の制御系２は供給される原料の温度が同じ
く設定値になるように熱交換器３５に供給する熱油の流
量を制御し、第三の制御系３は反応塔３８の内部圧力が
設定値になるように製品Ａ（ガス）の送出流量を制御
し、さらに第四の制御系４は反応塔３８の底部に溜まる
製品Ｂ（液体）の液位が設定値になるように製品Ｂ（液
体）の取出し流量を制御する。このプロセスプラントの
中には各所にセンサ１０〜２２が配置され、液位、圧
力、温度、流量などを計測する。また、反応塔３８の内
部を加熱するために、反応塔３８で反応により発生する
熱に加え、熱油３６を別系から供給するように構成され
ている。

【０００５】〔従来例装置〕従来のこの種のプロセスプ
ラントでは、自動制御はそれぞれの閉ループの制御系１
〜４が独立に制御を行うように構成されている。すなわ
ち、制御系１は流量センサ１３の出力値を測定値として
取込み、この測定値があらかじめ設定された流量設定値
に一致するように、バルブ３３の開度を調節することに
より完結する。制御系２では温度センサ１５の出力値を
測定値とし、これが設定値に等しくなるように、熱油の
流量をバルブ３７の開度を調節することにより完結す
る。制御系３は反応塔３８の圧力が設定値に等しくなる
ように製品Ａ（ガス）の排出流量を調節することにより
完結する。制御系４は反応塔３８の内部液位が設定値に
なるように、製品Ｂ（液体）の排出流量を調節すること
により完結する。

【０００６】そして、この４つの制御系１〜４に利用さ
れていない多数のセンサ出力は単に制御パネルに表示を
行うようになっている。例えば、貯槽３１の液位センサ
１０の出力、圧力センサ１１の出力、温度センサ１２の
出力、温度センサ１４の出力、その他は自動制御系の制
御に直接利用されることなく、保守を行うオペレータが
監視できるように制御パネルに表示されるにとどまる。
この４つの制御系１〜４がそれぞれ正常に動作している
状態では、このプロセスプラントは全体として平衡状態
が維持される。この４つの制御系１〜４の制御設定値
は、全体として平衡状態を維持することができるように
設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来例プロ
セスプラントで、連続運転中に、かりに反応塔３８の内
部で何らかの原因により触媒活性が低下して、製品Ａ
（ガス）の発生が減少したとする。そうすると、それは
圧力を感知するセンサ１６の出力に反応塔３８の内部圧
力低下として現れる。これに伴い自動調節を行っている
制御系３が応答して、流量を調節するバルブ３９の開度
を小さくし、反応塔３８の内部圧力を維持するように調
節が行われる。流量を感知するセンサ２０の出力は流量
が減少したことを示す。つまり製品Ａ（ガス）の製造量
が減少したことになる。

【０００８】従来例装置では上述のように、各制御系１
〜４は独立であるからそれ以上の調節制御は自動的には
行われない。これ以上の制御は人の判断を加えて行わな
ければならない。流量を感知するセンサ２０の表示を見
たオペレータは、反応塔３８の反応活性が低下したこと
を理解すると、まず反応塔３８の内部温度を高く調節す
ることを試みる。すなわち、制御系２の設定値を手動操
作により変更して、高い温度に設定しなおす。これによ
り制御系２は流量を調節するバルブ３７の開度を大きく
する。このとき熱油３６の供給が十分であり、反応塔３
８の内部活性がまだ十分に残っているなら、再び反応が
活性化されて流量を感知するセンサ２０の表示もほぼ元
の標準的な値に戻って、このプロセスプラントは平衡状
態になる。

【０００９】このように、従来例プロセスプラントで
は、プロセスプラントの連続的な平衡状態を維持できな
くなるような事態が発生したときには、オペレータの介
入が必要であり、オペレータは総合的にプロセスプラン
トの状態を理解し判断することが必要であり、オペレー
タとしては豊富な知識と経験を必要とする。また、オペ
レータの理解あるいは判断が誤っているときには、プロ
セスプラントの全体制御が長く平衡状態に戻ることがで
きなくなることもある。

【００１０】一般に、このようなプロセスプラントの平
衡状態が失われるような事態が発生すると、その時点で
制御室に勤務しているオペレータの責任者の判断により
制御条件の変更を行い、さらに重要な判断については職
制にしたがって順次上位の責任者の判断を仰いで制御条
件の変更を行うようにルールが定められている。

【００１１】一方従来から、このような複数の閉ループ
の制御系が独立に制御を行う一連のプロセスプラントで
は、例えば、プロセスプラントを起動するときに、反応
塔内部の温度が定常状態に達するまで、あるいは全体の
制御が平衡状態に達するまで、決められた手順にしたが
って複数の閉ループの制御系の設定値を少しずつ、関連
してプログラム制御により変更する起動用の制御装置は
ある。また同様にプロセスプラントを休止状態に設定す
るために、複数の閉ループの制御系の設定値を少しずつ
関連してプログラム制御する技術は知られている。しか
し、あらかじめ手順を決めることができないようなあら
ゆる事態に対して、自動的に複数の閉ループの制御系が
関連制御を行うことができるような制御装置は知られて
いない。

【００１２】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、複数の独立する閉ループの制御系が分散配置さ
れたプロセスプラントで、複数の閉ループの制御系が関
連して制御することが必要であるときに、各閉ループの
制御系が自律分散的に望ましい方向に制御を変更して、
プロセスプラント全体の平衡を維持することができる装
置を提供することを目的とする。本発明は、複数の閉ル
ープの制御系が関連して制御条件を変更するときに、オ
ペレータが介入することなく、望ましい方向に制御を自
律分散的に変更することができる装置を提供することを
目的とする。本発明は、プロセスプラントが複数集合し
た大規模プロセスプラントで、望ましい方向に制御を自
律分散的に変更することができる装置を提供することを
目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は、
相互に独立な複数の閉ループの制御系を含むプロセスプ
ラントの制御装置である。その第一の特徴は、その複数
の制御系は、それぞれその閉ループの制御系を制御する
測定情報の他に関連する計測情報を取込む手段と、その
計測情報にしたがって良好度を表す指数（ＨＩ）を演算
する手段とを備えたところにある。ここで「指数」はHa
ppiness Index(幸福指数、ＨＩ）というべきものであ
る。例えば、製造コストは小さい方がよい。すなわち、
原料の使用量は小さい方がよい。単位時間当たりに製造
できる製品の量は大きい方がよい。製造に要するエネル
ギはなるべく使用しない方がよい。捨てられるエネルギ
はなるべく小さい方がよい。製品の不純物は少ない方が
よい。廃棄される不要物質の濃度は小さい方がよい。さ
らには、この区間では媒体は液状であることが必要であ
るから温度はこれこれの範囲がよいし、最適温度はしか
じかである、など、単純増加もしくは単純減少で規定で
きない要素もある。このような複雑な要素のうちから重
要な要素に着目して、重み係数をかけて、あらかじめ良
好度として一つの数値として表示するものである。重要
な要素は複数でも一つでもよい。その良好度は単純に
「良い」「悪い」の二値でもよいし、アナログ量でもよ
い。

【００１４】本発明の第二の特徴は、その複数の制御系
相互間にその指数（ＨＩ）の変化を通知する通信手段を
備えることにある。この通信手段には上記計測情報をと
もに伝達する構成とすることがよい。すなわち、従来単
に制御パネルに表示しオペレータが認識できるようにし
てあった、数々のセンサ出力その他状態表示は、上記指
数（ＨＩ）を算出する基礎となるデータであるから、こ
れを各制御系に伝達することが必要であり、これらを他
の制御系の指数（ＨＩ）とともに通信手段により伝達し
相互に各制御系の指数（ＨＩ）を知ることができる構成
とする。

【００１５】そして本発明の第三の特徴は、前記複数の
制御系は、それぞれ自己の前記指数（ＨＩ）が高い良好
度を示すように自己の閉ループの制御系の設定値を自律
分散的に変更する手段を備えたことを特徴とする。この
制御は、オペレータの操作によるのではなく、指数（Ｈ
Ｉ）の良好度が高くなる方向に自律的に行うものであ
り、自律分散制御ということができる。

【００１６】各閉ループの制御系の設定値には、少なく
ともその一部について可変範囲の限界値が設定される。
これは、温度や圧力を安全規準を越えて大きくすること
はできないし、供給ポンプの能力を越えて流量を増大さ
せることはできないし、原料の組合せ比を別の物質が製
造されるように変更することができないし、その他合理
的な運転を行うための限界があるからである。この限界
値は、固定的に設定することができるし、あるいは、適
応的に設定するように構成することもできる。

【００１７】このような構成により、各制御系は、それ
ぞれ全体の使命、例えば製品ＡおよびＢを製造するとい
う使命のうちの分割された一つの使命を、周囲の状況を
観察しながら実行する。

【００１８】指数（ＨＩ）は、複数の制御系のそれぞれ
について独立に設定され、規準化された数値により表示
することが便利である。その場合には、一例として規準
化された指数（ＨＩ）は、０≦ＨＩ≦１であり、１を最
も良好とし０を最も不良とする。あるいは、規準化され
た指数は、０≦ＵＩ≦１であり、０を最も良好とし１を
最も不良とすることもできる。この場合には「指数」
は、Unhappines Index（不幸指数、ＵＩ）というべきも
のである。

【００１９】通信手段は、複数の制御系を順次接続する
通信線と、この通信線にフレーム情報を循環させるルー
プ形式の通信回路とを含む構成とすることができるし、
あるいは、複数の制御系を接続する通信網と、この通信
網の中で各制御系を移動巡回するパケット信号を送受信
する通信回路とを含む構成とすることができる。

【００２０】通信手段は、一つの上位ノードと、前記複
数の制御系とその上位ノードとを接続する階層形の通信
網とすることもできる。

【００２１】前記閉ループは、複数の制御系を含むこと
もできる。すなわち、異なる複数の制御系のうち、互い
の制御が密接に関連しあういくつかの制御系が存在する
とき、これらを一つの閉ループの中で制御することが好
都合である場合には、そのように制御することもでき
る。

【００２２】本発明の第二の観点は、相互に独立な複数
の閉ループの制御系を含むプロセスプラントを複数含む
大規模プロセスプラントの制御装置である。本発明の特
徴とするところは、前記複数のプロセスプラントは、そ
れぞれそのプロセスプラントに含まれる閉ループの制御
系を制御する測定情報の他に関連する計測情報を取込む
手段と、その計測情報にしたがって良好度を表す指数を
演算する手段と、その良好度を高くするように自己のプ
ロセスプラントに含まれる閉ループの制御系の設定値を
変更する手段とを備えたところにある。

【００２３】これにより、例えば、複数のプロセスプラ
ントが隣接して設けられているような大規模なプロセス
プラントにおいても本発明を全てのプロセスプラントを
対象として適用することができる。この場合には、全て
のプロセスプラントに含まれている制御系を対象にして
自己のプロセスプラントに含まれている制御系について
指数（ＨＩ）の良好度が高くなる方向に自律分散制御を
行うことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

【００２５】

【実施例】

（第一実施例）本発明第一実施例の構成を図１および図
２を参照して説明する。図１は本発明第一実施例のプロ
セスプラントの全体構成図である。図２は流量制御を行
う制御系１のブロック構成図である。

【００２６】本発明は、相互に独立な複数の閉ループの
制御系１〜４を含むプロセスプラントの制御装置であ
る。

【００２７】ここで、本発明の特徴とするところは、制
御系１〜４は、それぞれその閉ループの制御系１〜４を
制御する測定情報の他に関連する計測情報であるセンサ
１０〜２２の出力値を収集する集線部５１からの情報を
取込む手段としての受信部６１およびバッファメモリ６
３と、その計測情報にしたがって良好度を表す指数（Ｈ
Ｉ）を演算する手段と、その指数（ＨＩ）の良好度を高
くするように自己の閉ループの制御系の設定値を変更す
るための演算手段とを演算部６４に備えたところにあ
る。

【００２８】さらに、制御系１〜４相互間にその指数
（ＨＩ）の変化を通知する手段としての通信線５２〜５
６および受信部６１、送信部６２を備えている。

【００２９】本発明第一実施例では、パケットとしての
信号フレームに各種データを書込み、通信線５２〜５６
を介して各制御系１〜４および集線部５１を巡回させて
いる。

【００３０】制御系１〜４の設定値には、少なくともそ
の一部について可変範囲の限界値が設定されている。

【００３１】前記指数は、制御系１〜４のそれぞれにつ
いて独立に設定され、規準化された数値により表示され
ている。この規準化された数値（ＨＩ）は、０≦ＨＩ≦
１であり、１を最良とし０を最悪とする。

【００３２】次に、本発明第一実施例をさらに詳しく説
明する。図１に示すプロセスプラントは上で説明した本
発明の制御対象に、本発明独特の要素であるセンサ出力
の集線部５１および通信線５２〜５６を書き加えたもの
である。そして、それぞれの制御系１〜４の制御プロセ
スは従来例の構成に加えて、本発明独特の指数（ＨＩ）
を評価しながら自律分散的な制御を行う構成となってい
る。

【００３３】この図１にしたがって、本発明第一実施例
をさらに説明する。このプロセスプラントは、貯槽３１
に貯蔵されている原料を反応塔３８に供給して、この反
応塔３８の内部に配置された触媒により反応させて、製
品Ａ（ガス）および製品Ｂ（液体）を製造する。原料は
連続的に供給され、二種類の製品（ＡおよびＢ）は連続
的に排出され、このプロセスプラントは連続的に運転さ
れる。

【００３４】このプロセスプラントには４つの閉ループ
の制御系１〜４が設けられ、それぞれ個別にフィードバ
ック自動制御が行われている。すなわち、第一の制御系
１は原料の流量があらかじめ設定された設定値になるよ
うに、原料を供給するバルブ３３の開度を制御する。第
二の制御系２は供給される原料の温度が同じく設定値に
なるように熱交換器３５に供給する熱油の流量を制御す
る。第三の制御系３は反応塔３８の内部圧力が設定値に
なるように製品Ａ（ガス）の送出流量を制御する。さら
に第四の制御系４は反応塔３８の底部に溜まる製品Ｂ
（液体）の液位が設定値になるように製品Ｂ（液体）の
取出し流量を制御する。さらに、このプロセスプラント
の中には各所にセンサ１０〜２２が配置され、液位、圧
力、温度、流量などを計測する。また、反応塔３８の内
部を加熱するために、反応塔３８で反応により発生する
熱に加え、熱油３６を別系から供給するように構成され
ている。

【００３５】ここで本発明の特徴とするところは、まず
複数の制御系１〜４は、それぞれその閉ループの制御系
１〜４を制御する測定情報の他に関連する計測情報を取
込むところにある。すなわち、制御系１については流量
を感知するセンサ１３の出力情報、制御系２については
温度を感知するセンサ１５の出力情報、制御系３につい
ては圧力を感知するセンサ１６の出力情報、制御系４に
ついては液位を感知するセンサ１８の出力情報が、それ
ぞれ閉ループ制御を行うための測定情報であるが、その
他に各制御系１〜４は関連する計測情報を取込んでい
る。この実施例装置では、図１に示すようにセンサ出力
の集線部５１を設け、この集線部５１に全部のセンサ１
０〜２２の出力情報を取込み、これを通信線５２、５
３、５４、５５および５６を介して、各制御系１〜４に
伝達するように構成されている。

【００３６】次に本発明の特徴とするところは、各制御
系１〜４がそれぞれその多数の計測情報にしたがって良
好度を表す指数（ＨＩ）を演算するところにある。この
指数（ＨＩ）については、上記したように様々に設定す
ることが可能であるが、ここではひとまず最重要な要素
として、製品コストを小さくするために、製品Ａおよび
Ｂの単位時間当たりの生産量が大きいこと、すなわち、
流量を感知するセンサ２０の出力数値が大きいほど良好
であり、流量を感知するセンサ２２の出力数値が大きい
ほど良好であると設定する。

【００３７】この指数（ＨＩ）について次に重要な要素
として、製品コストを小さくするために、無駄なエネル
ギを廃棄しないこと、つまり温度を感知するセンサ２１
の出力数値が小さいほど良好であると設定する。

【００３８】図２は制御系１〜４のブロック構成図であ
り、ここでは制御系１を例にとる。このブロック構成の
中で、既存のブロックは設定値保持部６５、調節計６６
およびインタフェース６７である。従来例のところで既
に説明したように、設定値保持部６５に設定された値に
近づけるべく、調節計６６がインタフェース６７を介し
て各部の制御を行っている。制御系１は流量制御を行っ
ているので、流量を感知するセンサ１３からの値を取り
込み、バルブ３３の開度を調節している。

【００３９】このブロック構成の中で、新規のブロック
は演算部６４、バッファメモリ６３、受信部６１、送信
部６２である。通信線５２を介して受信部６１が他の制
御系２〜４および他のセンサ１０〜１２、１４〜２２の
データを受信する。このデータは一時、バッファメモリ
６３に蓄積される。送信部６２は、受信部６１により受
信されたデータを通信線５３に中継的に送出するだけで
はなく、バッファメモリ６３に蓄積されている自己の制
御系１に関するデータ、すなわち、センサ１３の出力値
および指数（ＨＩ）の現在値その他を付加して通信線５
３に送出する。

【００４０】演算部６４は、インタフェース６７を介し
てセンサ１３の出力を監視するとともに、バッファメモ
リ６３に蓄積されている他の制御系２〜４および他のセ
ンサ１０〜１２、１４〜２２のデータも監視し、異常発
生時には指数（ＨＩ）値を高く維持するように適当な対
策を演算する。

【００４１】図３はセンサ出力の集線部５１のブロック
構成図である。受信部６１は通信線５６を介して各制御
系１〜４からのデータを受信する。このデータは一時、
バッファメモリ６３に蓄積される。さらに、インタフェ
ース６８を介して各センサ１０〜２２からのデータをデ
ータ収集制御部６９により収集し、このデータは一時、
バッファメモリ６３に蓄積される。送信部６２は、受信
部６１により受信されたデータを通信線５２に中継的に
送出するだけではなく、バッファメモリ６３に蓄積され
ている各センサ１０〜２２のデータを付加して通信線５
２に送出する。

【００４２】図４は信号フレームの構成図であるが、本
発明第一実施例では、図４に示すようなパケットとして
の信号フレームを通信線５２〜５６上に巡回させること
により各制御系１〜４は互いに通信を行っている。この
信号フレームは、宛先情報が書込まれるヘッダ部Ｈ、誤
り検出または訂正符号その他の通信制御を行うデータが
書込まれるコントロール部Ｃ、各センサ１０〜２２のデ
ータが書込まれるデータ部ＤＳ、各制御系１〜４のデー
タが書込まれるデータ部ＤＣ、予備領域Ｐにより構成さ
れる。図５は各センサ１０〜２２の通常値とレンジの一
例を示す図である。

【００４３】図６は制御系１〜４の動作を示すフローチ
ャートである。各制御系１〜４は、受信部６１に受信さ
れた信号フレームからデータを取り出してその内容を解
析する（Ｓ１）。このデータには、信号フレームのデー
タ部ＤＳの各センサ１０〜２２のデータおよびデータ部
ＤＣの各制御系１〜４のデータが含まれている。自制御
系の指数（ＨＩ）が適正でなければ（Ｓ２）、自制御系
が原因であるか否かを判定し（Ｓ３）、自制御系が原因
であれば自指数（ＨＩ）をさらに引き上げる対策を検討
する（Ｓ４）。自制御系が原因でなければ（Ｓ３）、他
制御系の指数（ＨＩ）が適正か否かを判定し（Ｓ５）、
適正ならば自指数（ＨＩ）は安全範囲にあるか否かを判
定する（Ｓ６）。その結果、アラーム閾値を越えていた
ら（Ｓ１０）、アラームを発出する（Ｓ１１）。また、
自指数（ＨＩ）は安全範囲にあるときは（Ｓ６）、自指
数（ＨＩ）をさらに上げる対策を検討する（Ｓ９）。あ
るいは、他制御系の指数（ＨＩ）が適正か否かを判定し
（Ｓ５）、適正でなければ各制御系の指数（ＨＩ）は安
全範囲か否か判定し（Ｓ７）、安全範囲でなければシス
テムアラームを発出する（Ｓ８）。

【００４４】このフローをさらに、わかりやすく説明す
るために、圧力制御を行う制御系３の圧力を感知するセ
ンサ１６が異常を示したとして具体的に説明する。制御
系３は通信線５４を介して受信部６１が受信した信号フ
レームから他のセンサ１０〜１５、１７〜２２および他
の制御系１、２、４のデータを取り出して解析を行う
（Ｓ１）。自指数（ＨＩ）が適正か否かを判定する（Ｓ
２）。このとき、自制御系３のセンサ１６の出力値を監
視した結果、圧力が異常に低下しているため指数（Ｈ
Ｉ）は適正ではない。自制御系３に原因があるとして
（Ｓ３）、制御系３は、自指数（ＨＩ）をさらに上げる
対策として従来例で示したように、反応塔３８の圧力を
設定値に回復させるために、バルブ３９の開度を小さく
制御する回復処置を行う。この回復処置はセンサ１６の
出力値が設定値に回復するまで繰り返される。これによ
り、反応塔３８の圧力は上昇し、センサ１６の出力値は
設定値に戻った。しかし、制御系３の指数（ＨＩ）値
は、製品Ａ（ガス）をより多く生産することを目的とし
て設定されていることから、バルブ３９の開度を小さく
してもなお、指数（ＨＩ）値は希望どおりの値にはなら
ない。制御系３は、本発明の特徴であるあらかじめプロ
グラムされている指数（ＨＩ）値を高く維持するための
対応策検討演算にしたがって対応策を自律的に検討する
（Ｓ４）。しかし、もはや指数（ＨＩ）の上昇は自己の
制御系３だけでは図れないため、他制御系３の原因と判
定する（Ｓ３）。信号フレームから解析した他制御系
１、２、４の指数（ＨＩ）は適正か否か判定する（Ｓ
５）。その結果、温度制御を行う制御系２の指数（Ｈ
Ｉ）が安全範囲ではないことが判明し（Ｓ７）、システ
ムアラームを発出する（Ｓ８）。その他には、他制御系
１、２、４の指数（ＨＩ）が適正であり（Ｓ５）、自制
御系３の指数（ＨＩ）が安全範囲であれば（Ｓ６）、再
度、自制御系３の指数（ＨＩ）をさらに上げる対策を検
討する（Ｓ９）。しかし、自制御系３の指数（ＨＩ）が
安全範囲でなく（Ｓ６）、アラーム閾値を越えていれば
（Ｓ１０）、アラームを発出する（Ｓ１１）。アラーム
発出後の処置については、システムオペレータの判断に
委ねることとする。

【００４５】図７ないし図９は本発明第一実施例の通信
形態を示す図である。以上説明した本発明第一実施例で
は、図７に示す通信形態をとり、その通信線５２〜５６
に信号フレームを巡回させるものとして説明したが、図
８に示すような通信形態をとることもできる。図８に示
す通信形態では、制御系１〜７を接続する通信網Ｎと、
この通信網Ｎの中で各制御系１〜７を移動巡回する信号
フレームを送受信する集線部５１とを備えている。ま
た、図９に示すような通信形態をとることもできる。図
９に示す通信形態では、制御系１〜４および集線部５１
の上位ノードとして通信センタ７０を設ける。通信セン
タ７０では、制御系１〜４および集線部５１を順次、時
分割的に呼出してデータの送受信を行う。図１０は本発
明第一実施例の通信センタ７０の内部構成を示す図であ
る。スイッチ部７１は、通信制御部７３の制御にしたが
って制御系１〜４および集線部５１をバッファメモリ７
２に順次、時分割的に接続する。制御系１〜４および集
線部５１からのデータは一時、バッファメモリ７２に蓄
積され順次、制御系１〜４に分配される。

【００４６】本発明第一実施例では、各制御系１〜４が
自律分散的に設定値を変更して制御を行うことが特徴で
あるが、設定値の可変範囲には自ずから限界値が設けら
れていることはいうまでもない。

【００４７】この限界値は固定的に設定されていてもよ
いし、本発明の特徴である制御系１〜４相互間の通信を
利用して適応的に設定されてもよい。指数（ＨＩ）は、
制御系１〜４のそれぞれについて独立に設定され、規準
化された数値、すなわち、０≦ＨＩ≦１であり、１を最
良とし０を最悪とする。この指数（ＨＩ）は、無段階的
に表示されてもよいし、段階的に表示されてもよい。

【００４８】（第二実施例）本発明第二実施例を図１１
ないし図１４を参照して説明する。図１１は本発明第一
実施例のプロセスプラントの概念図である。図１２は本
発明第二実施例のプロセスプラントの概念図である。図
１３は本発明第二実施例のプロセスプラントの全体構成
図である。図１４は本発明第二実施例の制御系のブロッ
ク構成図である。

【００４９】本発明第一実施例で図１に示したプロセス
プラントの全体構成図を概念的に示したものが図１１に
示す図である。制御系１は流量制御を行い、具体的には
図１に示すバルブ３３の開閉を制御している。制御系２
は温度制御を行い、具体的には図１に示すバルブ３７の
開閉を制御している。制御系３は圧力制御を行い、具体
的には図１に示すバルブ３９の開閉を制御している。制
御系４は液位制御を行い、具体的には図１に示すバルブ
４０の開閉を制御している。

【００５０】本発明第二実施例では、互いに密接に関連
している系統の制御を一つの閉ループ内で行うことを特
徴とする。ここでは図１２に示すように、流量および温
度の制御を一つの閉ループ内で行う例を示す。流量およ
び温度の制御を一つの閉ループ内で行うために制御系
１′を配置している。

【００５１】図１３に本発明第二実施例のプロセスプラ
ントの全体構成を示す。図１４に制御系１′のブロック
構成を示す。このように、任意の複数の異なる系統の制
御を一つの閉ループ内で行う制御系を配置しても本発明
第一実施例で説明した自律分散制御を行うことができ
る。

【００５２】（第三実施例）本発明第三実施例を図１５
ないし図１９を参照して説明する。図１５は本発明第三
実施例のプロセスプラントの全体構成図である。図１６
は本発明第三実施例の集線部のブロック構成図である。
図１７は本発明第三実施例の信号フレームの構成図であ
る。図１８および図１９は本発明第三実施例の通信形態
を示す図である。本発明第三実施例は、本発明第一実施
例で説明した図１に示すような閉ループの制御系を複数
含むプロセスプラントを一つのグループとし、このよう
なグループが複数集まって一つの大規模プロセスプラン
トを構成している場合に、この大規模プロセスプラント
を構成する複数のグループ間を相互に通信線により接続
し、本発明第一実施例で説明したような信号フレームを
各グループに含まれる全ての制御系を対象にして巡回さ
せ、指数（ＨＩ）が総じて高くなるように、各プロセス
プラントで自律分散的な制御を行うことを目的とする。

【００５３】図１１に示すように、グループＧａは、制
御系１ａ〜４ａを含む一つのプロセスプラントである。
グループＧａ内では、集線部５１ａおよび通信線５２ａ
〜５６ａにより本発明第一実施例で説明した指数（Ｈ
Ｉ）を用いた自律分散制御が行われている。同様に、グ
ループＧｂは、制御系１ｂ〜５ｂを含む一つのプロセス
プラントである。グループＧｂ内では、集線部５１ｂお
よび通信線５２ｂ〜５７ｂにより本発明第一実施例で説
明した指数（ＨＩ）を用いた自律分散制御が行われてい
る。さらに、グループＧｃは、制御系１ｃ〜３ｃを含む
一つのプロセスプラントである。グループＧｃ内では、
集線部５１ｃおよび通信線５２ｃ〜５５ｃにより本発明
第一実施例で説明した指数（ＨＩ）を用いた自律分散制
御が行われている。本発明第二実施例では、これらのグ
ループＧａ〜Ｇｃは、各集線部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ
を相互に接続している通信線１５２〜１５４により接続
されている。

【００５４】図１６に示すように、グループＧａの集線
部５１ａを例にとると、受信部６１では、グループＧａ
内の制御系１ａ〜４ａ間に信号フレームを巡回させるた
めの通信線５６ａとともに、グループＧａ〜Ｇｃ間に信
号フレームを巡回させるための通信線１５２から信号フ
レームを受信している。同様に、送信部６２では、グル
ープＧａ内の制御系１ａ〜４ａ間に信号フレームを巡回
させるための通信線５２ａとともに、グループＧａ〜Ｇ
ｃ間に信号フレームを巡回させるための通信線１５３に
信号フレームの送信を行っている。

【００５５】図１７に示すように、本発明第三実施例に
おける信号フレームの構成は、本発明第一実施例におけ
る信号フレームの構成と基本的には同じであるが、デー
タ部ＤＣには、グループＧａに含まれる制御系１ａ〜４
ａの指数とともに、グループＧｂおよびＧｃに含まれる
制御系１ｂ〜５ｂ、１ｃ〜３ｃの指数が書込まれてい
る。

【００５６】各制御系１ａ〜４ａ、１ｂ〜５ｂ、１ｃ〜
３ｃの動作は、図６に示した本発明第一実施例の動作と
基本的には同じである。異なる点は、本発明第一実施例
では、自己のグループＧａに含まれる制御系１ａ〜４ａ
だけを対象に動作を行っていたが、本発明第二実施例で
は、全グループＧａ〜Ｇｃに含まれる制御系１ａ〜４
ａ、１ｂ〜５ｂ、１ｃ〜３ｃを対象に動作を行っている
点である。

【００５７】通信形態は図１８および図１９に示すとお
りである。図１５に示した本発明第三実施例は、図１８
に示す通信形態をとっている。この他にも、図１９に示
すように、通信センタ１７０を設けた通信形態をとるこ
ともできる。図１９に示す通信形態では、グループＧａ
〜Ｇｄの上位ノードとして通信センタ１７０を設ける。
通信センタ１７０では、グループＧａ〜Ｇｄの集線部５
１ａ〜５１ｄを順次、時分割的に呼出してデータの送受
信を行う。通信センタ１７０の内部構成は、本発明第一
実施例で図１０に示したものと同じであるため、ここで
は図１０を転用して説明を行う。スイッチ部７１は、通
信制御部７３の制御にしたがってグループＧａ〜Ｇｄの
集線部５１ａ〜５１ｄをバッファメモリ７２に順次、時
分割的に接続する。グループＧａ〜Ｇｄの集線部５１ａ
〜５１ｄからのデータは一時、バッファメモリ７２に蓄
積され順次、グループＧａ〜Ｇｄの集線部５１ａ〜５１
ｄに分配される。

【００５８】本発明第三実施例では、グループＧａ〜Ｇ
ｄを対象とし、本発明第一実施例の制御系１〜４を対象
として行われているものと同様に自律分散制御を行う。
グループＧａ〜Ｇｄは、本発明第一および第二実施例に
基づいて説明したので、それぞれのグループ内部におい
ても自律分散制御を行っているように説明した。しか
し、本発明第三実施例で説明した技術は、それぞれのグ
ループ内部の制御形態の如何に係わらず適用することが
できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の独立する閉ループの制御系が分散配置されたプロ
セスプラントで、複数の閉ループの制御系が関連して制
御することが必要であるときに、各閉ループの制御系が
自律分散的に望ましい方向に制御を変更して、プロセス
プラント全体の平衡を維持することができる。したがっ
て、複数の閉ループの制御系が関連して制御条件を変更
するときに、オペレータが介入することなく、望ましい
方向に制御を自律分散的に変更することができる。さら
に、プロセスプラントが複数集合した大規模プロセスプ
ラントで、望ましい方向に制御を自律分散的に変更する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例のプロセスプラントの全体構
成図。

【図２】本発明第一実施例の制御系のブロック構成図。

【図３】本発明第一実施例の集線部のブロック構成図。

【図４】本発明第一実施例の信号フレームの構成図。

【図５】各センサの通常値とレンジの一例を示す図。

【図６】本発明第一実施例の制御系の動作を示すフロー
チャート。

【図７】本発明第一実施例の通信形態を示す図。

【図８】本発明第一実施例の通信形態を示す図。

【図９】本発明第一実施例の通信形態を示す図。

【図１０】本発明第一実施例の通信センタの内部構成を
示す図。

【図１１】本発明第一実施例のプロセスプラントの概念
図。

【図１２】本発明第二実施例のプロセスプラントの概念
図。

【図１３】本発明第二実施例のプロセスプラントの全体
構成図。

【図１４】本発明第二実施例の制御系のブロック構成
図。

【図１５】本発明第三実施例のプロセスプラントの全体
構成図。

【図１６】本発明第三実施例の集線部のブロック構成
図。

【図１７】本発明第三実施例の信号フレームの構成図。

【図１８】本発明第三実施例の通信形態を示す図。

【図１９】本発明第三実施例の通信形態を示す図。

【図２０】本発明の制御対象となるプロセスプラントの
一例を示すブロック構成図。

【符号の説明】

１〜４、１ａ〜４ａ、１ｂ〜５ｂ、１ｃ〜３ｃ、１′
制御系 １０〜２２ センサ ３１ 貯槽 ３２ 供給ポンプ ３３、３７、３９、４０ バルブ ３４、３５ 熱交換器 ３６ 熱油 ３８ 反応塔 ５１、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ 集線部 ５２〜５６、５２ａ〜５６ａ、５２ｂ〜５７ｂ、５２ｃ
〜５５ｃ、１５２〜１５４ 通信線 ６１ 受信部 ６２ 送信部 ６３、７２ バッファメモリ ６４ 演算部 ６５ 設定値保持部 ６６ 調節計 ６７、６８ インタフェース ６９ データ収集制御部 ７０、１７０ 通信センタ ７１ スイッチ部 ７３ 通信制御部 ７４ メモリ Ｃ コントロール部 ＣＰ 制御パネル ＤＣ、ＤＳ データ部 Ｇａ〜Ｇｄ グループ Ｈ ヘッダ部 Ｎ 通信網 Ｐ 予備領域

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相互に独立な複数の閉ループの制御系を
   含むプロセスプラントの制御装置において、 前記複数の制御系は、それぞれその閉ループの制御系を
   制御する測定情報の他に関連する計測情報を取込む手段
   と、その計測情報にしたがって良好度を表す指数を演算
   する手段と、その良好度を高くするように自己の閉ルー
   プの制御系の設定値を変更する手段とを備えたことを特
   徴とするプロセスプラントの制御装置。
2. 【請求項２】 前記複数の制御系相互間にその指数の変
   化を通知する手段を備えた請求項１記載のプロセスプラ
   ントの制御装置。
3. 【請求項３】 前記計測情報を取込む手段および前記指
   数の変化を通知する手段は前記複数の閉ループの制御系
   の間に設けられた通信手段を含む請求項１または２記載
   のプロセスプラントの制御装置。
4. 【請求項４】 各閉ループの制御系の設定値には、少な
   くともその一部について可変範囲の限界値が設定された
   請求項１または２記載のプロセスプラントの制御装置。
5. 【請求項５】 前記限界値は、固定的に設定された請求
   項４記載のプロセスプラントの制御装置。
6. 【請求項６】 前記限界値は、適応的に設定される請求
   項４記載のプロセスプラントの制御装置。
7. 【請求項７】 前記指数は、前記複数の制御系のそれぞ
   れについて独立に設定され、規準化された数値により表
   示される請求項１または２記載のプロセスプラントの制
   御装置。
8. 【請求項８】 前記規準化された数値（ＨＩ、Happines
   Index）は、０≦ＨＩ≦１であり、１を最良とし０を最
   悪とする請求項７記載のプロセスプラントの制御装置。
9. 【請求項９】 前記規準化された数値（ＵＩ、Unhappin
   es Index) は、０≦ＵＩ≦１であり、０を最良とし１を
   最悪とする請求項７記載のプロセスプラントの制御装
   置。
10. 【請求項１０】 前記指数は、段階的に表示される請求
    項７ないし９のいずれかに記載のプロセスプラントの制
    御装置。
11. 【請求項１１】 前記通信手段は、前記複数の制御系を
    順次接続する通信線と、この通信線にフレーム情報を循
    環させる通信回路とを含む請求項３記載のプロセスプラ
    ントの制御装置。
12. 【請求項１２】 前記通信手段は、前記複数の制御系を
    接続する通信網と、この通信網の中で各制御系を移動巡
    回するパケット信号を送受信する通信回路とを含む請求
    項３記載のプロセスプラントの制御装置。
13. 【請求項１３】 前記通信手段は、一つの上位ノード
    と、前記複数の制御系とその上位ノードとを接続する通
    信線とを含む請求項３記載のプロセスプラント制御装
    置。
14. 【請求項１４】 前記通信手段は、前記指数の他に各制
    御系の設定値情報を伝達する手段を含む請求項３記載の
    プロセスプラントの制御装置。
15. 【請求項１５】 前記設定値情報は、設定値の限界値に
    対する割合として伝達される請求項１４記載のプロセス
    プラントの制御装置。
16. 【請求項１６】 前記閉ループは、複数の制御系を含む
    請求項１記載のプロセスプラントの制御装置。
17. 【請求項１７】 相互に独立な複数の閉ループの制御系
    を含むプロセスプラントを複数含む大規模プロセスプラ
    ントの制御装置において、 前記複数のプロセスプラントは、それぞれそのプロセス
    プラントに含まれる閉ループの制御系を制御する測定情
    報の他に関連する計測情報を取込む手段と、その計測情
    報にしたがって良好度を表す指数を演算する手段と、そ
    の良好度を高くするように自己のプロセスプラントに含
    まれる閉ループの制御系の設定値を変更する手段とを備
    えたことを特徴とする大規模プロセスプラントの制御装
    置。