CN103529768A - 过程控制装置、过程控制系统、及过程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过程控制装置，其包含：虚拟机，其以硬件为基础，作为硬件的替代而进行动作；第1、第2控制部，它们以虚拟机为基础进行动作，对多个现场仪器的动作进行控制；输入分配部，其设置在虚拟机中，将来自现场仪器的信号分配给第1、第2控制部；以及输出获取部，其设置在虚拟机中，获取第1、第2控制部的输出，将某一个输出向多个现场仪器中的至少一个现场仪器输出。

Description

过程控制装置、过程控制系统、及过程控制方法

技术领域

本发明涉及一种过程控制装置、过程控制系统、及过程控制方法。

本申请基于2012年7月3日在日本申请的特愿2012－149352号并主张其优先权，将其内容引用在本申请中。

背景技术

目前，在工厂等中，构建有用于对工业过程中的各种状态量（例如压力、温度、流量等）进行控制的过程控制系统，实现高级的自动作业。现有的过程控制系统，例如下述专利文献1的图7（专利文献2、3的图1（FIG.1））所示，是将流量计或温度计等多个传感器及阀门等的致动器直接与控制器连接的结构，控制器通过对应于传感器的检测结果对致动器进行控制，从而实现上述各种状态量的控制。

在这里，工厂寿命大多设计为大约30年，但构成过程控制系统的各种仪器（上述的控制器、传感器、致动器）由于大多使用通用的电子部件，因此，其寿命由电子部件的寿命决定而大约为10年左右。传感器即使寿命结束也能够进行个体更换，但由于在作为控制器的接口部的I/O卡上搭载有通用的电子部件，因此，控制器的寿命被限制为10年左右，从而过程控制系统的寿命也受到限制。

如上所述，由于构成过程控制系统的各种仪器的寿命均比工厂短，因此在工厂达到寿命之前，必须对过程控制系统进行更换（重新构建）。因此，如下述专利文献1的图1（专利文献2、3的图2（FIG.2））所示，考虑使构成过程控制系统的各种仪器与同一网络连接，通过不使用上述的I/O卡而使过程控制系统的寿命延长。

专利文献1：日本特许第4399773号公报

专利文献2：国际公开第2005/050336号

专利文献3：美国专利申请公开第2007/0078980号说明书

发明内容

在构成过程控制系统的各种仪器中，控制器的除了I/O卡以外的部分也使用通用的电子部件。另外，近年来，在过程控制系统中使用的操作系统（OS）或应用程序等软件的可供给时间缩短为5至10年左右。因此，如上所述，即使能够通过不使用I/O卡而使过程控制系统的寿命延长，结果从硬件及软件两方面考虑，也必须进行过程控制系统的更换。

另外，近年来，不仅是维持过程控制系统的功能，出于多种目的（例如，实现节能的目的、应对环境限制的目的、或者实现生产效率提高的目的），也要求积极地提高过程控制系统的功能。为了满足上述要求，需要在工厂达到寿命之前，将工厂中已构建的过程控制系统更换为新的过程控制系统。

在这里，在对过程控制系统进行更换的情况下，期望一种稳定、安全的更换步骤，以在确保更换前后的控制性的基础上实现功能提高及进行新功能导入。因此，在更换后仍需要保证更换前的过程控制系统的控制性。因此，在进行了过程控制系统的更换的情况下，必须充分地对进行更换后的过程控制系统的控制性进行评价，而评价需要长时间且需要高成本。

在对过程控制系统进行更换时，如果使已有系统和新的系统暂时共存而对各个系统的控制性进行评价，并在评价结束后将已有系统去除，则认为也能够缩短上述评价的时间。但是，在使新旧2个系统共存的情况下，必须以不同的标签名称对在各个系统中使用的各种仪器（例如控制器）进行管理，从而很难进行去除已有系统后的操作。

本发明的一个方式中的过程控制装置，其对在工厂中实现的工业过程进行控制，其中，该过程控制装置包含：虚拟化部，其以硬件为基础，作为所述硬件的替代而进行动作；第1、第2控制部，它们以所述虚拟化部为基础而进行动作，对多个现场仪器的动作进行控制，这些现场仪器进行所述工业过程控制所需的测定及操作中的至少一个；输入分配部，其设置在所述虚拟化部中，将来自所述现场仪器的信号分配给所述第1、第2控制部；以及输出获取部，其设置在所述虚拟化部中，获取所述第1、第2控制部的输出，将某一个输出向所述多个现场仪器中的至少一个现场仪器输出。

所述过程控制装置也可以包含比较部，该比较部对所述输出获取部获取的所述第1、第2控制部的输出进行比较。

在所述过程控制装置中，所述第1、第2控制部，包含以所述虚拟化部为基础而进行动作的操作系统、以及以所述操作系统为基础而进行动作的应用程序。

本发明的另一方式中的过程控制系统，其对在工厂实现的工业过程进行控制，其中，该过程控制系统包含：网络，其设置在所述工厂中；多个现场仪器，它们与所述网络连接，进行所述工业过程控制所需的测定及操作中的至少一个；以及过程控制装置，其与所述网络连接，所述过程控制装置包含：虚拟化部，其以硬件为基础，作为所述硬件的替代而进行动作；第1、第2控制部，其以所述虚拟化部为基础而进行动作，对所述多个现场仪器的动作进行控制；输入分配部，其设置在所述虚拟化部中，将来自所述现场仪器的信号分配给所述第1、第2控制部；以及输出获取部，其设置在所述虚拟化部中，获取所述第1、第2控制部的输出，将某一个输出向所述多个现场仪器中的至少1个现场仪器输出。

该过程控制系统包含输出比较装置，该输出比较装置与所述网络连接，对由所述过程控制装置的所述输出获取部获取的所述第1、第2控制部的输出进行比较。

所述过程控制系统中也可以构成为，所述过程控制装置的所述输出获取部，将所获取的所述第1、第2控制部的输出经由所述网络发送至所述输出比较装置。

本发明的另一方式所涉及的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，该过程控制方法包含：获取第1数据的工序，该第1数据是由多个现场仪器中的第1现场仪器测定得到的；将第1数据分配给第1过程控制装置中包含的第1和第2控制部的工序；从所述第1和第2控制部获取第1和第2信号的工序，该第1和第2信号由所述第1和第2控制部基于所述第1数据生成，用于对所述多个现场仪器进行控制；以及将所述第1和第2信号中的至少一个输出至所述多个现场仪器中的所述第2现场仪器的工序。

该过程控制方法还包含下述工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个的工序之后，基于所述输出的第1和第2信号中的至少一个，对所述第2现场仪器进行控制。

该过程控制方法还包含下述工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个的工序之前，对所述第1和第2信号进行比较，以判断是否使所述第1控制部停止。

在所述过程控制方法中，对所述第1和第2信号进行比较的工序，包含获取所述第1和第2信号的控制性的差的工序、以及对所述差是否处于基准值之内进行判断的工序，该过程控制方法还包含在所述差处于基准值之内的情况下使所述第1控制部停止的工序。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含以下工序：在获取所述第1数据的工序之前，将第1软件安装在所述第1控制部中的工序；以及在获取所述第1数据的工序之前，将版本比所述第1软件新的第2软件安装在所述第2控制部中的工序。

在用于所述第1过程控制装置的过程控制方法中，对所述第1和第2信号中的至少一个进行输出的工序，包含在使所述第1控制部停止的工序之后对所述第2信号进行输出的工序。

在用于所述第1过程控制装置的过程控制方法中，获取所述第1数据的工序，包含经由连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络而从所述第1现场仪器获取所述第1数据的工序，对所述第1和第2信号中的至少一个进行输出的工序，包含经由所述网络而将所述第1和第2信号中的至少一个输出至所述第2现场仪器的工序。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含以下工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个之前，将所述第1和第2信号输出至与所述网络连接的输出比较装置的工序；经由所述网络获取由所述输出比较装置对所述第1和第2信号的控制性的差是否处于基准值以内的判断结果的工序；以及在所述结果表示所述差处于所述基准值以内的情况下使所述第1控制部停止的工序。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含下述工序：在获取所述第1数据之前，将第2过程控制装置更换为所述第1过程控制装置，其中，该第2过程控制装置与连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络连接，且包含有所述第1控制部。

在用于所述第1控制装置的过程控制方法中，对所述第1数据进行分配的工序，包含下述工序：将所述第1数据分配给在所述第1过程控制装置中包含的第3控制部，获取所述第1和第2信号的工序包含获取第3信号的工序，其中，该第3信号是由所述第3控制部基于所述第1数据生成的，用于对所述多个现场仪器进行控制。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含以下工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个之前，对所述第1和第3信号进行比较，以判断是否使所述第1控制部停止；以及在输出所述第1和第2信号之前，对所述第2和第3信号进行比较，以判断是否使所述第2控制部停止。

在用于所述第1过程控制装置的过程控制方法中，对所述第1和第3信号进行比较的工序包含：获取所述第1和第3信号的控制性的第1差的工序；以及对所述第1差是否处于基准值以内进行判断的工序，对所述第2和第3信号进行比较的工序包含：获取所述第2和第3信号的控制性的第2差的工序；以及对所述第2差是否处于所述基准值以内进行判断的工序，该过程控制方法还包含：在所述第1差处于所述基准值以内的情况下使所述第1控制部停止的工序；以及在所述第2差处于所述基准值以内的情况下使所述第2控制部停止的工序。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含以下工序：在获取所述第1数据的工序之前，将第1软件安装在所述第1控制部中的工序；在获取所述第1数据的工序之前，将第2软件安装在所述第2控制部中的工序；以及在获取所述第1数据的工序之前，将版本比所述第1及第2软件新的第3软件安装在所述第3控制部中的工序。

用于所述第1过程控制装置的过程控制方法也可以还包含以下工序：在获取所述第1数据之前，从连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络中将第3过程控制装置拆下的工序，其中，该第3过程控制装置与所述网络连接，且包含有所述第1控制部；以及使所述第1过程控制装置与所述网络连接的工序。

发明的效果

根据本发明的方式，能够由第1、第2控制部中的某一个对工业过程中的状态量进行控制，并且，使用通过输出获取部获取的第1、第2控制部的输出，容易地对将已有系统更换为新的系统时的控制性进行评价。

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的过程控制系统的要部结构的框图。

图2A至图2C是用于说明本发明的第1实施方式中的控制器的更换步骤的概要的图。

图3是表示本发明的第1实施方式中的控制器的动作的流程图。

图4A及图4B是表示本发明的第1实施方式中的控制器内的数据流的图。

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的过程控制系统的要部结构的框图。

图6是表示本发明的第2实施方式中的控制器内的数据流的图。

图7A至图7C是用于说明本发明的第1、第2实施方式所涉及的过程控制系统的第1应用例的图。

图8A至图8C是用于说明本发明的第1、第2实施方式所涉及的过程控制系统的第2应用例的图。

标号的说明

1、2 过程控制系统

10 现场仪器

20 控制器（第1过程控制装置）

20a、20b 控制器

21 硬件

22 虚拟机（虚拟化部）

23a、23b 操作系统

24a、24b 应用程序

41 输入分配部

42 输出获取部

42a 输出比较部

43 输出获取部

50 输出比较装置

N1 现场网络

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的过程控制系统详细地进行说明。

〔第1实施方式〕

图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的过程控制系统的要部结构的框图。如图1所示，本实施方式的过程控制系统1具有现场仪器10、控制器20（过程控制装置）、及监视装置30，通过在监视装置30的监视下由控制器20对现场仪器10进行控制，从而进行对在工厂（图示省略）中实现的工业过程的控制。

在这里，现场仪器10及控制器20与现场网络N1连接，控制器20及监视装置30与控制网络N2连接。现场网络N1例如是在工厂现场铺设的有线网络。另一方面，控制网络N2例如是将工厂现场和监控室之间连接的有线网络。另外，上述现场网络N1及控制网络N2也可以是无线网络。

现场仪器10例如是流量计或温度传感器等传感器设备、流量控制阀或开闭阀等阀设备、风扇或电动机等致动器设备、及其他设置在工厂现场的仪器。另外，在图1中，为了便于理解而图示出用于测定工厂中设置的现场仪器10中的流体流量的传感器设备11（第1现场仪器）、和用于对流体的流量进行控制（操作）的阀设备12（第2现场仪器）。

现场仪器10进行与从控制器20经由现场网络N1发送来的控制数据相对应的动作。例如，在从控制器20将测定数据（表示流体流量的测定结果的数据）的发送请求发送至传感器11的情况下，传感器设备11经由现场网络N1向控制器20发送测定数据。另外，在控制数据（对开度进行控制的数据）从控制器20发送至阀设备12的情况下，阀设备12使流体通过的阀的开度成为由控制数据所指示的开度。

控制器20在监视装置30的监视下对来自现场仪器10（例如传感器设备11）的测定数据进行收集，并且基于收集到的测定数据对现场仪器10（例如阀设备12）进行控制。另外，控制器20也对表示现场仪器10的状态的状态量进行收集。该控制器20的功能通过由计算机读入软件，并使软件和硬件资源协同动作而实现。

具体地说，控制器20的功能通过由MPU（Micro-Processing Unit：微处理器）或存储器等构成的硬件21执行所安装的程序而实现。在这里，在控制器20上安装有：实现虚拟机22（虚拟化部）的程序、实现操作系统（OS）23a（第1控制部）的程序、实现操作系统（OS）23b（第2控制部）的程序、实现应用程序24a（第1控制部）的程序、以及实现应用程序24b（第2控制部）的程序。

上述虚拟机22的设置目的为，以硬件21为基础，作为硬件的替代而虚拟地进行动作，以能够不对操作系统23a、23b及应用程序24a、24b进行变更而实现硬件21的更换。另外，虚拟机22的设置目的还包括，分别使操作系统23a及应用程序24a、操作系统23b及应用程序24b独立动作。

即，即使将硬件21变更为使MPU布局、存储器大小、快速缓冲贮存区大小、存储器映射、设备接口等不同，虚拟机22也能够将与变更前相同的接口提供给操作系统23a、23b。由此，以虚拟机22为基础而进行动作的操作系统23a、23b由于不会受到硬件21的变更的影响，因此能够使之前使用的操作系统23a、23b及应用程序24a、24b直接以新的硬件21为基础而进行动作。

另外，通过设置虚拟机22，能够使操作系统23a、23b及应用程序24a、24b如下所述进行动作。

·仅操作系统23a及应用程序24a动作

·仅操作系统23b及应用程序24b动作

·操作系统23a及应用程序24a、和操作系统23b及应用程序24b独立动作

如图1所示，虚拟机22具有输入分配部41（分配部）及输出获取部42（获取部）。输入分配部41将来自现场仪器10（例如传感器设备11）的测定数据及状态量数据（第1数据）分别经由操作系统23a、23b分配给应用程序24a、24b。输出获取部42分别获取从应用程序24a、24b输出而经由操作系统23a、23b传送的控制数据（第1和第2信号），并将获取的控制数据中的某一个（在这里设为从应用程序24a输出的控制数据）向现场仪器10（例如阀设备12）输出。并且，基于输出的控制数据对现场设备10（例如阀设备12）进行控制。在这里，输出获取部42具有输出比较部42a，该输出比较部42a对获取的控制数据（从应用程序24a、24b输出的控制数据）进行比较。具体如后所述，之所以将上述输入分配部41及输出获取部42设置在虚拟机22中，是为了便于对将已有系统更换为新的系统时的控制性进行评价。

操作系统23a、23b以虚拟机22为基础而独立动作，例如，分别进行使应用程序24a、24b动作所需的过程管理或存储器管理等各种管理。应用程序24a、24b以操作系统23a、23b为基础而各自独立地动作，分别进行为了进行过程控制所需的现场仪器10的控制（例如，来自传感器设备11的测定数据等的收集或控制数据向阀设备12的发送等）。

监视装置30例如通过计算机实现，由操作者操作而用于过程监视。具体地说，监视装置30对由控制器20使之动作的操作系统23a、23b及应用程序24a、24b动作状态进行监视或管理，对应于该监视等的结果（或者对应于操作者的操作指令）而对控制器20进行控制。

下面，对于上述结构中的设置在过程控制系统1中的控制器的更换（replace）步骤进行说明。另外，控制器的更换例如在要提高控制器的处理能力、或在控制器中追加新的功能等的情况下进行。图2A至图2C是用于对本发明的第1实施方式中的控制器的更换步骤的概要进行说明的图。另外，在图2A至图2C中，省略图1中的监视装置30及控制网络N2的图示。

在这里，前述的操作系统23a及应用程序24a是在更换前的现有控制器（图2A中示出的控制器100；第2过程控制装置）中使用的软件（第1软件）。与此相对，前述的操作系统23b及应用程序24b是在更换后的新的控制器（图1、图2B、及图2C中示出的控制器20；第1过程控制装置）中使用的软件（第2软件）。

如果控制器的更换作业开始，则首先由现场的作业者进行指定要更换的控制器的作业。在这里，作为要更换的控制器，指定图2A中示出的控制器100。该控制器100以硬件101为基础而使操作系统23a及应用程序24a动作。

然后，由作业者进行将所指定的现有控制器100从现场网络N1中拆下而将新的控制器20连接到现场网络N1中的作业。该控制器20安装有：实现虚拟机22的程序、实现操作系统23a、23b的程序、以及实现应用程序24a、24b的程序。

在上述作业结束之后，如果作业者将控制器20的电源接通，则执行所安装的程序，如图2B所示，以硬件21为基础而使虚拟机22、操作系统23a、23b、及应用程序24a、24b动作。由此，在控制器20中，在现有的控制器100中使用的第1软件（操作系统23a及应用程序24a）被安装在第1控制部中，版本比第1软件新的第2软件（操作系统23b及应用程序24b）被安装在第2控制部中，这些软件为各自独立执行的状态。

图3是表示本发明的第1实施方式中的控制器的动作的流程图。另外，图4A及图4B是表示本发明的第1实施方式中的控制器内的数据流的图。另外，图3中示出的流程图是在作业者进行的更换作业结束并将控制器20的电源接通后，在输入了来自传感器设备11的测定数据或状态量数据（第1数据）时开始。

如果图3所示的流程图的处理开始，则首先进行将来自传感器设备11的测定数据分配给新旧应用程序的处理（步骤S11）。具体地说，如图4A所示，从传感器设备11输出而经由现场网络N1输入至控制器20的测量数据通过输入分配部41分配，分别经由操作系统23a、23b输入至应用程序24a、24b。

如果输入了来自现场仪器10（第1现场仪器）的测定数据（第1数据），则与所输入的测定数据相对应的阀设备12（第2现场仪器）的控制量分别由应用程序24a、24b求出，表示该控制量的控制数据（用于对现场仪器进行控制的第1和第2信号）分别从应用程序24a、24b输出。从而，依次进行获取新旧应用程序的输出（第1和第2信号）的处理（步骤S12）、将获取的旧应用程序的输出（第1信号）输出至阀设备12的处理（步骤S13）、以及对新旧应用程序的输出进行比较的处理（步骤S14）。

具体地说，如图4B所示，由输出获取部42分别获取从应用程序24a、24b输出而经由操作系统23a、23b传送的控制数据（第1和第2信号）。并且，所获取的控制数据中的来自应用程序24a的控制数据（第1信号）从输出获取部42经由现场网络N1输出至阀设备12。并且，由阀设备12基于输出的控制数据进行控制。另外，由输出获取部42获取的来自应用程序24a、24b的控制数据被输入至输出比较部42a，在输出比较部42a中对控制值及输出定时进行比较。

然后，输出比较部42a对步骤S14的比较结果、即新应用程序与旧应用程序的控制性的差（控制数据的控制值或输出定时的差）是否处于预先规定的基准内进行判断（步骤S15）。在判断为控制性的差处于预先规定的基准内的情况（步骤S15的判断结果为“是”的情况）下，通过虚拟机22进行将旧应用程序切换为新应用程序的处理（步骤S16）。

具体地说，进行使实现操作系统23a及应用程序24a（第1控制部）的程序执行停止的处理（使第1控制部停止的处理）。通过该处理，如图2C所示，成为以控制器20的虚拟机22为基础，仅执行实现操作系统23b及应用程序24b（第2控制部）的程序的状态。另外，从旧应用程序向新应用程序的切换，也可以在得到对监视装置30进行操作的操作者的允许切换的指令之后进行。在将旧应用程序切换为新应用程序之后，来自应用程序24b的控制数据（第2信号）从输出获取部42经由现场网络N1输出至阀设备12。并且，基于输出的控制数据对阀设备12进行控制。

与此相对，在判断为控制性的差处于预先规定的基准以外的情况（步骤S15的判断结果为“否”的情况）下，进行将在步骤S14中进行的比较结果通知给监视装置30的处理（步骤S17）。如果进行了该通知，则对监视装置30进行操作的操作者参照通知的比较结果，对于是否指示新旧应用程序的切换、或者是否在对与新应用程序相关的参数进行变更而改善控制性之后指示新旧应用程序的切换等进行判断。另外，在由操作者指示了新旧应用程序切换的情况下，进行与步骤16的处理同样的处理，进行新旧应用程序的切换。

如上所述，在本实施方式中，以硬件21为基础，作为硬件的替代而使虚拟机22动作，将来自传感器设备11的测定数据等通过输入分配部41分配给以虚拟机22为基础进行动作的应用程序24a、24b，然后获取来自这些应用程序24a、24b的输出，将某一个的输出（应用程序24a的输出）输出至阀设备12，并且，对所获取的输出进行比较。由此，在将旧系统中使用的应用程序（应用程序24a）切换为新系统中使用的应用程序（24b）时，能够容易地对控制性进行评价。而且，由于能够由在旧系统中使用的应用程序（应用程序24a）对工业过程中的状态量进行控制，并且进行上述的控制性评价，因此能够更加安全且短时间地进行工厂更新。

〔第2实施方式〕

图5是表示本发明的第2实施方式所涉及的过程控制系统的要部结构的框图。另外，在图5中对与图1所示的结构相同的模块标记相同的标号。如图5所示，本实施方式的过程控制系统2是在控制器20的外部对从应用程序24a、24b输出的控制数据进行比较。具体地说，过程控制系统2构成为，取代图1中所示的输出获取部42而设有输出获取部43，并新追加了输出比较装置50。

输出获取部43与图1所示的输出获取部42同样地，分别获取从应用程序24a、24b输出而经由操作系统23a、23b传送的控制数据，将所获取的控制数据的某一个（从应用程序24a输出的控制数据）输出至现场仪器10（例如阀设备12）。但是，输出获取部43省略输出比较部42a而将所获取的控制数据的两者向输出比较装置50发送，这一点与图1所示的输出获取部42不同。

输出比较装置50与现场网络N1连接，对从控制器20经由现场网络N1发送来的控制数据（从应用程序24a、24b输出的控制数据）进行比较。该输出比较装置50不一定始终与现场网络N1连接，例如，仅在进行新旧应用程序切换时的控制性评价的情况下与现场网络N1连接。另外，输出比较装置50可以与现场网络N1连接，也可以与控制网络N2连接。

上述结构中的过程控制系统2的动作，除了由设置在控制器20外部的输出比较装置50对从应用程序24a、24b输出的控制数据进行比较这一点之外，与图1所示的过程控制系统1的动作是同样的。即，如图3的流程图所示，首先进行将来自传感器设备11的测定数据分配给新旧应用程序的处理（步骤S11）。由此，从应用程序24a、24b输出表示与所分配的控制数据相对应的控制量的控制数据。

然后，依次进行获取新旧应用程序的输出的处理（步骤S12）、将获取的旧应用程序的输出向阀设备12输出的处理（步骤S13）、以及对新旧应用程序的输出进行比较的处理（步骤S14）。具体地说，如图6所示，由输出获取部43分别获取从应用程序24a、24b输出而经由操作系统23a、23b传送的控制数据。并且，所获取的控制数据中的来自应用程序24a的控制数据，从输出获取部43经由现场网络N1输出至阀设备12。另外，由输出获取部43获取的来自应用程序24a、24b的控制数据，经由现场网络N1发送至输出比较装置50，在输出比较装置50中对控制值及输出定时进行比较。图6是表示本发明的第2实施方式中的控制器内的数据流的图。

如果上述处理结束，则通过输出比较装置50对新应用程序与旧应用程序的控制性的差（控制数据的控制值或输出定时的差）是否处于预先规定的基准内进行判断（步骤S15）。并且，在判断为控制性的差处于预先规定的基准内的情况（步骤S15的判断结果为“是”的情况）下，通过虚拟机22进行将旧应用程序切换为新应用程序的处理（步骤S16）。与此相对，在判断为控制性的差处于规定的基准以外的情况（步骤S15的判断结果为“否”的情况）下，进行下述处理：将在步骤S14中进行的比较结果，经由将网络N1、N2连接的网关（未图示），通知给监视装置30（步骤S17）。

如上所述，在本实施方式中，虽然由设置在控制器20外部的输出比较装置50对来自应用程序24a、24b的输出进行比较这一点不同，但与第1实施方式同样地，以硬件21为基础而使虚拟机22动作，进行由输入分配部41对测定数据等的分配、来自应用程序24a、24b的输出的获取等。因此，与第1实施方式同样地，在将旧系统中使用的应用程序（应用程序24a）切换为新系统中使用的应用程序（24b）时，能够容易地进行控制性的评价。而且，由于能够由在旧系统中使用的应用程序（应用程序24a）对工业过程中的状态量进行控制，并且进行上述的控制性的评价，因此能够更加安全且短时间地进行工厂更新。

〔应用例〕

下面，对于上述第1、第2实施方式所涉及的过程控制系统的应用例进行说明。前述的第1、第2实施方式如图2B所示，通过使用可以使虚拟机22动作、并可以以虚拟机22为基础而使2个应用程序24a、24b动作的控制器20，从而将现有的1台控制器100（参照图2A）更换为新的1台控制器20（参照图2C）。与此相对，本应用例是通过使虚拟机22动作、以虚拟机22为基础实现大于或等于3个的应用程序的动作，从而将现有的多台控制器更换为至少1台新的控制器。

〔第1应用例〕

图7A至图7C是用于对本发明的第1、第2实施方式所涉及的过程控制系统的第1应用例进行说明的图。如图7A至图7C所示，本应用例通过使用可以使虚拟机22动作、并可以以虚拟机22为基础使4个应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP）动作的控制器20，从而将现有的3台控制器111至113更换为1台新的控制器20。另外，在图7A至图7C中，为便于标记，将应用程序记为“AP”。另外，图7A至图7C中的输出获取部42、43表示图1中所示的输出获取部42或图5中所示的输出获取部43。

现有的控制器111至113是以硬件为基础而使1个操作系统及1个应用程序动作的装置。具体地说，如图7A所示，控制器111使操作系统（旧OS1）及应用程序（旧AP1）动作，控制器112使操作系统（旧OS2）及应用程序（旧AP2）动作，控制器113使操作系统（旧OS3）及应用程序（旧AP3）动作。

将上述现有的3台控制器111至113从现场网络N1中拆下，使新的控制器20与现场网络N1连接。在这里，新的控制器20安装有实现虚拟机22的程序、实现操作系统（旧OS1至旧OS3、新OS）的程序、以及实现应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP）的程序。

在上述更换结束后，如果将控制器20的电源接通，则执行所安装的程序，如图7B所示，以硬件21为基础，虚拟机22、操作系统（（旧OS1至旧OS3、新OS）的程序、以及应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP）动作。另外，虚拟机22内的输入分配部41将来自传感器设备11的测定数据或状态量分配给应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP）。另外，虚拟机22内的输出获取部42、43获取应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP）的输出，将所获取的输出中的应用程序（旧AP1至旧AP3）的输出向阀设备12输出。

在图7B所示的状态下，能够通过对应用程序（旧AP1至旧AP3）的输出和应用程序（新AP）的输出进行比较，从而对进行切换时的控制性进行评价。然后，如果使实现操作系统（旧OS1至旧OS3）及应用程序（旧AP1至旧AP3）的程序停止，则成为以控制器20的虚拟机22为基础，仅执行实现操作系统（新OS）及应用程序（新AP）的程序的状态（参照图7C）。

<第2应用例>

图8A至图8C是用于对本发明的第1、第2实施方式所涉及的过程控制系统的第2应用例进行说明的图。如图8A至图8C所示，本应用例通过使用控制器20a和控制器20b（第1过程控制装置）而将现有的5台控制器121至125（控制器124、125与第2过程控制装置、第3过程控制装置相对应）更换为2台新的控制器20a、20b，其中，这两台控制器20a和控制器20b分别使虚拟机22动作，控制器20a能够以虚拟机22为基础而使4个应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP11）动作，控制器20b能够以虚拟机22为基础而使3个应用程序（旧AP4、旧AP5、新AP12）动作。另外，在图8A至图8C中也同样地，为了便于标记而将应用程序记为“AP”，图8A至图8C中的输出获取部42、43，表示图1中所示的输出获取部42或图5中所示的输出获取部43。

现有的控制器121至125以硬件为基础而使1个操作系统及1个应用程序动作。具体地说，如图8A所示，控制器121使操作系统（旧OS1）及应用程序（旧AP1）动作，控制器122使操作系统（旧OS2）及应用程序（旧AP2）动作，控制器123使操作系统（旧OS3）及应用程序（旧AP3）动作。另外，控制器124使操作系统（旧OS4）及应用程序（旧AP4）（第1控制部）动作，控制器125使操作系统（旧OS5）及应用程序（旧AP5）（第1控制部）动作。

将上述现有的5台控制器121至125（控制器124、125与第2过程控制装置、第3过程控制装置相对应）从现场网络N1中拆下，将新的控制器20a、20b连接到现场网络N1中。在这里，新的控制器20a安装有：实现虚拟机22的程序、实现操作系统（旧OS1至旧OS3、新OS11）的程序、以及实现应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP11）的程序。另外，新的控制器20b安装有：实现虚拟机22的程序、实现操作系统（旧OS4、旧OS5、新OS12）的程序、以及实现应用程序（旧AP4、旧AP5、新AP12）的程序。由此，控制器20b的状态为，在现有控制器124中使用的第1软件（操作系统（旧OS4）及应用程序（旧AP4））安装在第1控制部中，在现有控制器125中使用的第2软件（操作系统（旧OS5）及应用程序（旧AP5））安装在第2控制部中，版本比第1和第2软件新的第3软件（操作系统（新OS12）及应用程序（新AP12））安装在第3控制部中，各自独立地执行上述第1至第3软件。

在上述更换结束后，如果将控制器20a、20b的电源接通，则执行所安装的程序。即，如图8B所示，在控制器20a中，以硬件21为基础而使虚拟机22、操作系统（旧OS1至旧OS3、新OS11）及应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP11）动作。另外，在控制器20b中，以硬件21为基础而使虚拟机22、操作系统（旧OS4、旧OS5、新OS12）及应用程序（旧AP4、旧AP5、新AP12）动作。

另外，基于控制器20a而动作的虚拟机22内的输入分配部41，将来自传感器设备11的测定数据或状态量分配给应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP11）。另外，虚拟机22内的输出获取部42、43获取应用程序（旧AP1至旧AP3、新AP11）的输出，并将所获取的输出中的应用程序（旧AP1至旧AP3）的输出向阀设备12输出。

同样地，基于控制器20b而动作的虚拟机22内的输入分配部41将来自传感器设备11的测定数据或状态量（第1数据）分配给应用程序（旧AP4、旧AP5、新AP12）。另外，虚拟机22内的输出获取部42、43获取应用程序（旧AP4、旧AP5、新AP12）的输出，并将所获取的输出中的应用程序（旧AP4、旧AP5）的输出（第1和第2信号）输出至阀设备12。

在图8B所示的状态下，对控制器20a中的应用程序（旧AP1至旧AP3）的输出和应用程序（新AP11）的输出进行比较，对控制器20b中的应用程序（旧AP4、旧AP5）的输出（第1和第2信号）和应用程序（新AP12）的输出（第3信号）进行比较。由此，能够进行切换时的控制性的评价。更具体地说，对旧应用程序（旧AP4）的输出（第1信号）和新应用程序（新AP12）的输出（第3信号）的控制性的差（第1差）是否处于预先规定的基准内进行判断。并且，在判断为控制性的差（第1差）处于预先规定的基准内的情况下，进行将旧应用程序（旧AP4）切换为新应用程序（新AP12）的处理（使第1控制部停止的处理）。同样地，对新应用程序（新AP12）与旧应用程序（旧AP5）的控制性的差（第2差）是否处于预先规定的基准内进行判断。并且，在判断为控制性的差（第2差）处于预先规定的基准内的情况下，进行将旧应用程序（旧AP5）切换为新应用程序（新AP12）的处理（使第2控制部停止的处理）。

然后，如果在控制器20a中使实现操作系统（旧OS1至旧OS3）及应用程序（旧AP1至旧AP3）的程序停止，则成为以控制器20a的虚拟机22为基础，仅执行用于实现操作系统（新OS11）及应用程序（新AP11）的程序的状态。另外，如果在控制器20b中使实现操作系统（旧OS4、旧OS5）及应用程序（旧AP4、旧AP5）的程序停止（如果使第1控制部和第2控制部停止），则成为以控制器20b的虚拟机22为基础，仅执行用于实现操作系统（新OS12）及应用程序（新AP12）的程序的状态（仅第3控制部动作的状态）（参照图8C）。

以上对于本发明的实施方式所涉及的过程控制系统进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够在本发明的范围内自由地进行变更。例如，在上述实施方式中，对于在控制器20、20a、20b中通过虚拟机22实现可使多个操作系统或应用程序动作的虚拟环境的例子进行了说明，但实现上述虚拟环境的单元并不限定于虚拟机22。例如，也可以通过硬件实现上述的虚拟环境。

另外，在上述的第1、第2实施方式及其应用例中，对于离线进行（使过程控制系统暂时停止而进行）控制器更换（replace）的例子进行了说明，但也能够在线进行（不使过程控制系统停止而进行）控制器更换。具体地说，如果在现有的控制器与现场网络N1连接的状态下将新的控制器连接到现场网络N1中，在接通电源而使新的控制器动作之后将现有的控制器从现场网络N1上拆下，则能够不使过程控制系统停止而进行更换。

另外，在控制器冗余的情况下，也能够在线进行冗余的控制器的更换。具体地说，在冗余的现有控制器（控制控制器及待机控制器）与现场网络N1连接的状态下，首先将新的控制器连接到现场网络N1中并使其动作，将待机控制器从现场网络N1中拆下。然后，将另一个新的控制器连接到现场网络N1中并使其动作，将控制控制器的控制权转让给新的控制器中的一个，然后，将控制控制器从现场网络N1中拆下。由此，在控制器冗余的情况下，也能够不使过程控制系统停止而进行更换。

另外，在上述实施方式中，以现场仪器10能够进行经由现场网络N1的数字通信的情况为例进行了说明，但也能够使用进行模拟信号输入/输出的现场仪器。在使用这种现场仪器的情况下，只要使进行由现场仪器进行输入/输出的信号（模拟信号）和经由现场网络N1进行通信的信号（数字信号）的变换的IO节点与现场网络N1连接，使该IO节点和现场仪器由模拟传送路径（例如用于“4至20mA”信号传送的传送线）连接即可。

此外，也能够将所述的第1、第2实施方式组合，构成为使设有图1所示的输出比较部42a的控制器和图5所示的输出比较装置50与现场网络N1连接。根据该结构，能够选择由输出比较部42a和输出比较装置50中的哪一个进行比较，从而能够实现与系统结构相对应的灵活运用。

Claims (20)

1.一种过程控制装置，其对在工厂中实现的工业过程进行控制，其中，

该过程控制装置包含：

虚拟化部，其以硬件为基础，作为所述硬件的替代而进行动作；

第1、第2控制部，它们以所述虚拟化部为基础而进行动作，对多个现场仪器的动作进行控制，这些现场仪器进行所述工业过程控制所需的测定及操作中的至少一个；

输入分配部，其设置在所述虚拟化部中，将来自所述现场仪器的信号分配给所述第1、第2控制部；以及

输出获取部，其设置在所述虚拟化部中，获取所述第1、第2控制部的输出，将某一个输出向所述多个现场仪器中的至少一个现场仪器输出。

2.根据权利要求1所述的过程控制装置，其中，

包含输出比较部，其对所述输出获取部获取的所述第1、第2控制部的输出进行比较。

3.根据权利要求1或2所述的过程控制装置，其中，

所述第1、第2控制部，包含以所述虚拟化部为基础而进行动作的操作系统、以及以所述操作系统为基础而进行动作的应用程序。

4.一种过程控制系统，其对在工厂实现的工业过程进行控制，其中，

该过程控制系统包含：

网络，其设置在所述工厂中；

多个现场仪器，它们与所述网络连接，进行所述工业过程控制所需的测定及操作中的至少一个；以及

过程控制装置，其与所述网络连接，

所述过程控制装置包含：

虚拟化部，其以硬件为基础，作为所述硬件的替代而进行动作；

第1、第2控制部，其以所述虚拟化部为基础而进行动作，对所述多个现场仪器的动作进行控制；

输入分配部，其设置在所述虚拟化部中，将来自所述现场仪器的信号分配给所述第1、第2控制部；以及

输出获取部，其设置在所述虚拟化部中，获取所述第1、第2控制部的输出，将某一个输出向所述多个现场仪器中的至少1个现场仪器输出。

5.根据权利要求4所述的过程控制系统，其中，

该过程控制系统包含输出比较装置，该输出比较装置与所述网络连接，对由所述过程控制装置的所述输出获取部获取的所述第1、第2控制部的输出进行比较。

6.根据权利要求5所述的过程控制系统，其中，

所述过程控制装置的所述输出获取部，将所获取的所述第1、第2控制部的输出经由所述网络发送至所述输出比较装置。

7.一种用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法包含：

获取第1数据的工序，该第1数据是由多个现场仪器中的第1现场仪器测定得到的；

将所述第1数据分配给第1过程控制装置中包含的第1和第2控制部的工序；

从所述第1和第2控制部获取第1和第2信号的工序，该第1和第2信号由所述第1和第2控制部基于所述第1数据生成，用于对所述多个现场仪器进行控制；以及

将所述第1和第2信号中的至少一个输出至所述多个现场仪器中的所述第2现场仪器的工序。

8.根据权利要求7所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含下述工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个的工序之后，基于所述输出的第1和第2信号中的至少一个，对所述第2现场仪器进行控制。

9.根据权利要求7所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含下述工序：在输出所述第1和第2信号中的至少一个的工序之前，对所述第1和第2信号进行比较，以判断是否使所述第1控制部停止。

10.根据权利要求9所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

对所述第1和第2信号进行比较的工序，包含获取所述第1和第2信号的控制性的差的工序、以及对所述差是否处于基准值之内进行判断的工序，

该过程控制方法还包含在所述差处于基准值之内的情况下使所述第1控制部停止的工序。

11.根据权利要求10所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含以下工序：

在获取所述第1数据的工序之前，将第1软件安装在所述第1控制部中的工序；以及

在获取所述第1数据的工序之前，将版本比所述第1软件新的第2软件安装在所述第2控制部中的工序。

12.根据权利要求10所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

对所述第1和第2信号中的至少一个进行输出的工序，包含在使所述第1控制部停止的工序之后对所述第2信号进行输出的工序。

13.根据权利要求7所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

获取所述第1数据的工序，包含经由连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络而从所述第1现场仪器获取所述第1数据的工序，

对所述第1和第2信号中的至少一个进行输出的工序，包含经由所述网络而将所述第1和第2信号中的至少一个输出至所述第2现场仪器的工序。

14.根据权利要求13所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含以下工序：

在输出所述第1和第2信号中的至少一个之前，将所述第1和第2信号输出至与所述网络连接的输出比较装置的工序；

经由所述网络获取由所述输出比较装置对所述第1和第2信号的控制性的差是否处于基准值以内的判断结果的工序；以及

在所述结果表示所述差处于所述基准值以内的情况下使所述第1控制部停止的工序。

15.根据权利要求7所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含下述工序：在获取所述第1数据之前，将第2过程控制装置更换为所述第1过程控制装置，其中，该第2过程控制装置与连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络连接，且包含有所述第1控制部。

16.根据权利要求7所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

对所述第1数据进行分配的工序，包含下述工序：将所述第1数据分配给在所述第1过程控制装置中包含的第3控制部，

获取所述第1和第2信号的工序包含获取第3信号的工序，其中，该第3信号是由所述第3控制部基于所述第1数据生成的，用于对所述多个现场仪器进行控制。

17.根据权利要求16所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含以下工序：

在输出所述第1和第2信号中的至少一个的工序之前，对所述第1和第3信号进行比较，以判断是否使所述第1控制部停止；以及

在输出所述第1和第2信号的工序之前，对所述第2和第3信号进行比较，以判断是否使所述第2控制部停止。

18.根据权利要求17所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

对所述第1和第3信号进行比较的工序包含：

获取所述第1和第3信号的控制性的第1差的工序；以及

对所述第1差是否处于基准值以内进行判断的工序，

对所述第2和第3信号进行比较的工序包含：

获取所述第2和第3信号的控制性的第2差的工序；以及

对所述第2差是否处于所述基准值以内进行判断的工序，

该过程控制方法还包含：

在所述第1差处于所述基准值以内的情况下使所述第1控制部停止的工序；以及

在所述第2差处于所述基准值以内的情况下使所述第2控制部停止的工序。

19.根据权利要求18所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含以下工序：

在获取所述第1数据的工序之前，将第1软件安装在所述第1控制部中的工序；

在获取所述第1数据的工序之前，将第2软件安装在所述第2控制部中的工序；以及

在获取所述第1数据的工序之前，将版本比所述第1及第2软件新的第3软件安装在所述第3控制部中的工序。

20.根据权利要求16所述的用于第1过程控制装置的过程控制方法，其中，

该过程控制方法还包含以下工序：

在获取所述第1数据之前，从连接有所述第1过程控制装置及所述多个现场仪器的网络中将第2过程控制装置和第3过程控制装置拆下的工序，其中，该第2过程控制装置与所述网络连接，且包含有所述第1控制部，该第3过程控制装置与所述网络连接，且包含有所述第2控制部；以及

使所述第1过程控制装置与所述网络连接的工序。

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