JP2000023268A - 無線端末によるプラントの操作方法およびプラント制御の無線システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プラント機器に異常が発生した場合に、端末か
ら高信頼に非常操作のできる無線システムを提供する。 【解決手段】基地局１０から各無線端末１に割り当てた
通信時間に、自端末１で受け付けた通常操作指令を送信
し、受信した基地局１０がコントローラ１１に指令を伝
送する。コントローラ１１は指令を一旦、格納エリア２
に記憶し、指令に付加された指令番号が操作機器１〜ｎ
の１つに対応するとき、該当するＩ／Ｏエリア４ａ〜４
ｎを介して、対象機器の入指令５ａまたは切指令５ｂを
オンする。一方、自端末１で非常操作指令を受け付ける
と、空中電力をチエックし他局の無通信を確すると、割
込みで非常操作指令を送信する。コントローラ１１は受
信した指令の指令番号が非常操作を示すとき、非常動作
データベース３の指令番号３ａと照合し、設定されてい
る１つまたは複数の対象機器に非常操作指令を出力す
る。非常操作は通常操作との論理和で、機器を強制的に
停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠方からプラント
機器の監視・操作をする無線システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】プラント機器を遠方から無線で監視、操
作する無線制御システムが実用されている。無線制御シ
ステムは、ポンプや弁などのプラント機器を動作あるい
は監視する接触器やリミットスイッチ等と入出力を行う
Ｉ／Ｏと、Ｉ／Ｏの入出力を制御するコントローラと、
操作指令を送信したり機器状態を受信する無線端末と、
無線端末と無線通信するとともにコントローラと有線通
信する基地局から構成されている。

【０００３】この無線システムにおいて、監視員がプラ
ント機器への操作指令を出力する場合には、同じデータ
を無線端末の送信周期に合わせて２回以上送信し、基地
局で同一操作場所から連続して同じ操作指令が受信され
たかをチェックする。また、複数の監視員が無線端末か
ら異なるプラント機器への操作指令を出力した場合に、
電波衝突による誤操作を防止するために、各無線端末か
らの操作指令を受け付ける時間を分割し、サイクリック
に割当る時分割通信を行なっている。

【０００４】しかし、プラント異常などによる緊急停止
などの非常操作は、誤操作の場合のプラント全体に与え
る影響が重大なため、ハードウェアのスイッチを設け
て、監視員が直接、プラント機器を停止させている。

【０００５】非常停止スイッチは異常要因によってプラ
ント停止機器を切り分ける必要があるが、非常停止スイ
ッチの設置場所や非常停止スイッチからシーケンスリレ
ーまでの直送信号ケーブルの敷設などの制約、さらには
非常停止スイッチが多すぎると緊急時の操作の確実性に
欠けるので、プラント機器単位または設備単位などに纏
めて設けられている。この場合、異常要因に関係の無い
機器も一緒に停止されるため、停止後に無関係な機器を
再起動させる措置がとられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
プラント制御作の無線システムは信頼性の上から、プラ
ント機器の監視と通常運転操作に限られていた。このた
め、非常操作は依然、ハードスイッチに頼らざるを得
ず、緊急時にベテランの監視員が現場を走り回ってスイ
ッチを切るなどの負担が大きく、その間にプラントの異
常がより悪化してしまう場合もあった。また、非常停止
のハードスイッチは機器ないし設備単位に設けられるた
め、異常要因に関係ない機器まで停止されることにな
り、プラント動作に悪影響を及ぼしたり、再起動の措置
が必要になるなどの問題があった。

【０００７】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を克服し、無線端末による非常操作指令を確実に送信
でき、遠方からの非常操作を確実に無線端末で実現でき
るプラントの操作方法および無線システムを提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、複数の無線端末が自局に順番に割り当てられた通
信時間に通常操作指令を送信し、基地局を介して前記通
常操作指令を受信したコントローラが前記指令に付与さ
れた指令コードから対応する機器に操作指令を出力する
プラントの操作方法において、前記無線端末が非常用指
令コードを付与した非常操作指令を受け付けたとき、他
局の通信の有無を判定するとともに、他局の通信がない
ときは直ちに前記非常操作指令を送信し、一方、前記非
常操作指令の送信で自局の通信時間の少なくとも一部を
占有された他の通信端末は、次のタイミングまで自局の
通常操作指令の送信を停止することを特徴とする。

【０００９】これによれば、各無線端末の通信間隔また
は空き時間に非常操作指令を送信することで、非常操作
指令を安全に、優先的に送信させる。他局の通信の有無
は空中電力の測定結果に基づくので、電波の干渉による
非常操作指令の化けを生じることがなく、誤信号による
誤操作を確実に防止できる。

【００１０】また、前記コントローラは前記非常操作指
令の受信を判別すると、前記非常用指令コードに対し予
め設定されている操作対象機器を検出し、前記非常操作
指令を出力することを特徴とする。これによれば、非常
操作指令が受け付けられた場合、対象機器または機器群
に対してのみ非常操作指令が出力されるようにケースに
応じて特定できるので、非常操作が必要な範囲に限定さ
れる。

【００１１】本発明の方法を適用するプラント制御の無
線システムは、自局の通信時間に通常操作指令を送信す
る複数の無線端末と、各無線端末の通信時間をサイクリ
ックに管理すると共に前記端末から受信した操作指令を
プラント機器のコントローラに伝送する基地局を備える
ものであって、前記無線端末は通常操作指令の指示手
段、割込みにより送信する非常操作指令の指示手段、前
記操作指令に付加する指令コードの付与手段を備え、前
記コントローラは、非常操作の指令コード毎に１または
複数の操作対象機器を登録した非常操作テーブルを備
え、基地局を介して受信した操作指令の前記指令コード
から通常操作か非常操作かを判定し、非常操作の場合に
前記テーブルから検出した操作対象機器に対し非常操作
指令を出力することを特徴とする。

【００１２】上記した本発明の構成では、各監視員の無
線端末に設けられている電波衝突を回避するため端末間
の送信間隔時間を大きめに設定しておく。監視員が無線
端末から非常操作指令を出力した場合、仮りに次の端末
が通常操作を受付けていても送信間隔時間に容易に割り
込むことができ、非常操作指令の優先処理が可能にな
る。もちろん、他局に割り当てられた通信時間帯が無通
信であれば、非常操作指令の送信は可能である。

【００１３】なお、非常操作指令の割込みによって、自
局の通信時間帯の一部または全部が占有された無線端末
は、そのタイミングにおける操作指令の送信は休止とな
る。この休止した操作指令が通常操作であれば、次サイ
クルの通信タイミングを待つ。しかし、非常操作であれ
ば、再び他局の通信の有無を判定し、無通信期間に割り
込んでその非常操作指令を送信する。

【００１４】また、コントローラからの非常操作指令は
通常操作指令との論理和を取って操作するので、仮り
に、複数の監視員が異常要因のある機器に対して通常操
作と非常停止操作を行った場合でも、基地局から出力さ
れた通常指令と非常動作テーブルからの非常操作指令と
の論理和をとることで、機器を強制的に非常操作指令通
りに制御できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しながら詳細に説明する。図２に、一実施例による
プラント制御の無線システムを示し、無線による通常操
作と非常操作の概略の動作を説明する。

【００１６】本無線システムは、従来の現場盤１３に替
えて無線端末１を適用したもので、ポンプ井１７、封水
ポンプ１８、配水ポンプ１９、吐出弁２０等のプラント
機器の監視・操作が、複数の無線端末１から可能にな
る。

【００１７】配水ポンプ１９や吐出弁２０は機器動作の
ための接触器１４、封水ポンプ１８、配水ポンプ１９、
吐出弁２０は機器状態を取得するためのリミットスイッ
チ１５、ポンプ井１７は水位を検出するための検出器１
６が設けられ、コントローラ１１の入出力装置（Ｉ／
Ｏ）１２ａ〜１２ｄに接続されている。コントローラ１
１は入出力装置１２ａ〜１２ｄから取得したプラント機
器状態を基に、シーケンスプログラムにしたがって自動
制御を行なっている。

【００１８】コントローラ１１と基地局１０、コントロ
ーラ１１と入出力装置１２は専用の制御ケーブルで接続
され、入出力装置１２と接触器１４、リミットスイッチ
１５及び検出器１６は信号ケーブルで直接またはリレー
を介して接続されている。

【００１９】無線端末１は監視員が現場盤１３で監視し
ていたプラント機器の状態を表わすランプ、プラント機
器を操作するためのスイッチを取込んだもので、詳細な
構成は後述する。プラント状態は、コントローラ１１に
接続されている基地局１０から一定周期で送信されるデ
ータから所望の機器情報を選別し、画面上に文字若しく
はグラフィックで表示される。この情報を参照して、監
視員が無線端末１より選択した機器に対して操作を行
う。

【００２０】無線端末１から通常操作を行なう場合、基
地局１０の送信信号の終了後に、各無線端末１の端末番
号順に自己の送信開始時間を算出し、自局の送信時間で
かつ電波障害の無いときに、２回連続して同一データを
基地局１０に送信する。基地局１０は端末１からの操作
指令の受信をトリガーとするイベント処理により、同一
端末から同一データを２度受信したら、無線端末１から
の操作指令と判断してコントローラ１１に伝送する。一
方、非常操作指令は自局の送信タイミングに関係なく、
後述のように各端末の送信タイミングの合い間に割り込
んで送信される。このとき、割り込まれた次の端末の通
常操作指令は次サイクルまで待たされる。非常操作指令
も２回連続して送信される。

【００２１】コントローラ１１は基地局１０から受信し
た操作指令について、付与されている指令番号から通常
操作と非常操作の分別を行ない、通常操作の場合は指令
番号の対応する入出力装置１２ａ〜１２ｄに伝送する。
一方、非常操作の場合は後述のように、非常操作の対象
機器または組を確認して、該当する入出力装置１２ａ〜
１２ｄに伝送する。例えば、１号ポンプにのみ非常停止
の操作をしたり、１号ポンプの関連機器である２号ポン
プや３号ポンプにも非常停止を操作することができる。

【００２２】図１は、本無線システムの要部を詳細に示
した構成図である。無線端末１からの操作指令は、コン
トローラ１１に接続されている基地局１０で一括して受
信し、連続して２回、同じ端末から同一の指令が受信さ
れた場合、受信した指令に付加された指令番号を参照し
て、コントローラ１１の指令格納メモリ２の機器指令格
納エリア２ａ〜２ｎに一時保存する。例えば、無線端末
１が操作対象機器として機器１を選択して操作指令を出
力した場合、無線端末１からの操作指令には指令番号１
が付与されるので、コントローラ１１は機器指令格納エ
リア２ａに操作指令を保存する。

【００２３】機器指令格納エリア２ａ〜２ｎに格納され
た操作指令はその指令番号により、コントローラ１１で
通常操作指令と非常操作指令に分別される。本実施例で
は、通常操作指令の指令番号と対象機器の機器番号が直
接対応するので、通常指令は対応する入出力装置４ａ〜
４ｎに送信される。

【００２４】一方、非常操作指令は付与されている指令
番号は、例えばＡ〜Ｇなどと付与され、機器番号と直接
対応しない。コントローラ１１は指令番号から非常操作
指令と判断すると、予め登録してある非常動作データベ
ース３の内容を参照する。非常動作データベース３に
は、指令番号３ａ欄のＡ〜Ｇに対応して、機器１〜ｎ欄
に非常操作の実行の有無が登録されている。コントロー
ラ１１は指令番号をキーにデータベース３を参照し、指
令番号に登録されている非常操作の対象機器の１つまた
は組を決定し、それら操作対象機器と接続する入出力装
置４ａ〜４ｎに対して出力指令を出す。

【００２５】例えば、機器１を通常操作している無線端
末１から、指令番号Ｂを付加した非常操作指令が送信さ
れた場合、コントローラ１１は非常操作であることを判
別すると、データベース３の指令番号３ａのＢを参照
し、非常操作指令を機器２に出力する。つまり、機器１
を操作している無線端末１から、機器２に対して非常操
作を出力する。また、指令番号Ｄであれば、機器１と機
器２の双方に対して非常操作を出力する。これによれ
ば、非常操作指令を出力する対象機器が真に必要な範囲
に限定できるので、プラントに悪影響を与えることがな
く、また、再起動の操作も必要なくなる。

【００２６】入出力装置４ａ〜４ｎに対して送られた操
作指令は、通常操作と非常操作の論理和がとられる。通
常操作の場合は入指令５ａまたは切指令５ｂの一方のみ
オンとなる。しかし、非常操作指令がある場合には入指
令５ａと切指令５ｂが同時に出力され、その指令によっ
て機器、例えばモータ９を駆動する接触器７ｂを投入・
遮断するリレー７ａを入／切してモータ９の電源を制御
する。

【００２７】図１では、モータ９を非常操作指令で停止
させるために、モータ９を制御するリレー７ａの条件が
切指令５ｂ優先ロジックで構成され、通常操作では指令
内容に応じてモータ９を運転または停止させる。また、
ハードロックの保護機能としてモード切換えスイッチ６
や負荷継電器８などを設け、モータ９等の点検中は点検
モードに切り替え、他の端末からの非常操作指令や通常
操作指令をロックし、点検中に他の端末から予想外の操
作による事故発生を未然に防止している。

【００２８】図３は、無線端末の一実施例による画面表
示例である。無線端末１の画面は大別して、操作対象機
器選択画面２１、通常操作画面２２、非常操作画面２３
に分かれている。 無線端末１は、一つのプラントにお
いて理論上複数台の使用が可能で、一台の無線端末１で
無線端末１に予め登録されている機器のうち、一つの機
器を選択して機器の監視・操作を行う。

【００２９】無線端末１で、監視員が監視・操作対象機
器を選択するために、最初に操作対象機器選択画面２１
が開かれる。画面上部に表示されている画面項目（ここ
では、操作場所）２４、操作機器の画面に切換えるため
の機器名称２５ａ〜２５ｅ、機器名称が多数の場合に名
称を替えるための前頁２６、次頁２７、プラント故障を
表示するための故障速報エリア２８が設けられている。
この画面２１で、監視員が監視・操作したい機器名称２
５ａ〜２５ｅを触る事で、通常操作画面２２に切換る。

【００３０】通常操作画面２２では、選択された機器名
称２５ａ〜２５ｅに応じて画面項目２４の機器名称が変
わる。画面２２では、監視・操作対象となる機器に関す
る状態表示２９ａ〜２９ｂと通常操作が行える。機器操
作を行う場合には、通常操作として停止３０ａ又は運転
３０ｂを触った後、操作指令を出力するときは実行３１
ｂ、操作を取消すときは取消３１ａを触る。

【００３１】無線端末１はプラント機器の操作内容を入
力されると、その情報を図示していない無線端末メモリ
に一旦、格納する。その後、基地局１０の送信終了を受
信すると、各無線端末１に予め割り当てられている順番
（端末番号順）を基に、自己の送信開始時間を算出し、
送信開始時間に合わせて２回に別けて無線端末メモリに
格納された操作指令を送信する。

【００３２】通常操作画面２２から操作場所３２ａを触
ると、操作対象機器選択画面２１に切換り、非常操作３
２ｂを触ると非常操作画面２３に切換る。非常操作画面
２３では、操作対象機器及びその関連機器に対して非常
操作指令が出力でき、操作方法は通常操作画面２２と同
様である。

【００３３】非常操作画面２３に登録されている非常操
作３３ａ〜３３ｃは、図１の非常動作データベース３の
指令番号３ａに対応して設定された情報である。例え
ば、操作場所が１号ポンプの非常停止３３ａは、機器番
号１の非常操作であるから指令番号Ａとなる。また、共
通機器停止３３ｃは機器番号１〜３までの非常操作であ
り、指令番号Ｇとなる。

【００３４】図４は、無線端末における操作指令の送信
処理を示すフローチャートである。無線端末１は送信タ
イミングに達したかの確認を行う（Ｓ１）。自局が送信
タイミングであれば、自局の操作指令を送信するため
に、送信している他局があるかチエックする（Ｓ３）。
具体的には空中電力の測定を行なう。他局の電波が出力
されていない場合には、操作指令を出力するために電波
送信を開始する（Ｓ５）。この手順で、通常操作指令が
基地局１０に送信される。他局の電波が出力されている
場合は電波衝突による誤操作を回避するため、当該タイ
ミングでの送信を取りやめ、次の電波送信タイミングを
待つ（Ｓ４）。なお、自端末１に送信指令の受付けがな
い場合も、ステップＳ４に移行する。

【００３５】一方、ステップＳ１で自局の送信タイミン
グでない場合に、自端末１が非常操作指令を受け付けて
いるかチエックする（Ｓ２）。これは、図３の非常操作
画面２３で実行３４ｂがオンされたかの判定となる。非
常操作を受け付けている場合は、送信している他局があ
るかチエックし（Ｓ３）、他に送信している局がなけれ
ば、直ちに２回連続して非常操作指令を送信する（Ｓ
５）。これによれば、自無線端末１が送信タイミングで
ない場合にも、他局が送信していなければ、他局の送信
時間帯に割り込んで、緊急かつ確実に非常操作指令を送
信することができる。

【００３６】図５は、本無線システムの全体動作を示す
タイムチャートである。非常操作と通常操作の電波送信
について、基地局１０と無線端末１−１〜１−ｎの送信
タイミングを示している。無線は各端末１より同時に電
波を発生した場合、電波同士の干渉により正常な信号を
送信できなくなる。このため、各端末１から電波を発信
する場合に、空中電力を測定し、基地局１０や他の端末
１が送信していないことを確認してから送信する必要が
ある。

【００３７】本無線システムでは、基地局１０と各端末
１の送信タイミングを順番に、サイクリックに割当て
る。各端末１は基準局１０からの信号を受信すると、予
め定められている端末間インターバルから、自局の送信
タイミングを算出する。図示のように、端末１−１は基
地局１０からの電波を受信すると、基地局送信信号３４
の送信時間と通信間隔３５を加算したインターバル３６
ａ経過後の送信タイミングに、自己の通常操作指令３６
ｂを送信する。また、端末１−１は送信後に非常操作を
受け付けると、直ちに通信間隔３５を利用して割込み、
非常操作指令３６ｃを送信する。

【００３８】端末１−２はインターバル３７ａの経過後
の送信タイミングに、自己の通常操作指令３７ｂを送信
しようとするが、このとき電波３６ｃが検出されるた
め、送信を取り止めて次サイクルの送信待ちを行なう。
なお、本実施例では通常操作指令のみの場合に比べ通信
間隔３５を長くして、非常操作の優先割込みを容易にし
ている。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、従来は非常停止スイッ
チにより非常操作していたものを、無線端末から非常操
作指令を他との干渉を回避して操作できるので、プラン
ト機器の非常時の操作が緊急かつ容易に行なえる。これ
により、非常停止操作までの時間のロスによる事態の悪
化を防ぐ事が可能となる。

【００４０】また、無線の操作指令に付与した指定番号
により、操作対象機器を個別ないし組に限定して停止で
きるので、プラントに対する影響が少なく、再起動の操
作も必要なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラント制御の無線システムで、
プラント機器とコントローラの一実施例を示す構成図。

【図２】プラント制御の無線システムの一実施例による
構成図。

【図３】無線端末の一実施例による画面構成図。

【図４】無線端末における通常及び非常操作指令の送信
手順の一実施例を示すフローチャート。

【図５】本発明の無線システムの全体動作を示すタイム
チャート。

【符号の説明】

１…無線端末、２…機器指令格納エリア、３…非常動作
データベース、３ａ…指令番号、４…入出力装置エリ
ア、５ａ…入指令、５ｂ…切指令、７ａ…接触器動作リ
レー、７ｂ…接触器動作接点、９…モータ、１０…基地
局、１１…コントローラ、１２ａ…１号ポンプＩ／Ｏ、
１２ｂ…２号ポンプＩ／Ｏ、１２ｃ…３号ポンプＩ／
Ｏ、１２ｄ…ポンプ井Ｉ／Ｏ、１３…現場盤、１４…リ
ミットスイッチ、１５…接触器（操作指令）、１６…検
出器、１７…ポンプ井、１８…封水ポンプ、１９…配水
ポンプ、２０…吐出弁、２１…操作対象機器選択画面、
２２…通常操作画面、２３…非常操作画面、２４…表示
項目、２５ａ〜２５ｅ…機器名称、２６…前頁、２７…
次頁、２８…故障速報表示エリア、３０ａ…停止、３０
ｂ…運転、３１ａ…操作取消、３１ｂ…操作実行、３２
ａ…操作場所画面切換え、３２ｂ…非常操作画面切換
え、３３ａ〜３３ｃ…非常操作、３４…基地局送信信
号、３５…通信間隔、３６ｂ…通常操作指令、３６ｃ…
非常操作指令。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 裕幸 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 5H219 AA01 BB01 CC09 CC11 DD08 EE02 FF05 HH30 5K048 AA06 BA23 CA04 CA05 DA02 DB01 DC01 EA16 EB01 EB02 FB10 FC02 GB08 HA01 HA02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の無線端末が自局に順番に割り当て
   られた通信時間に通常操作指令を送信し、基地局を介し
   て前記通常操作指令を受信したコントローラが前記指令
   に付与された指令コードから対応する機器に操作指令を
   出力するプラントの操作方法において、 前記無線端末が非常用指令コードを付与した非常操作指
   令を受け付けたとき、他局の通信の有無を判定し、他局
   の通信がないときは直ちに前記非常操作指令を送信し、
   一方、前記非常操作指令の送信で自局の通信時間の少な
   くとも一部を占有された他の通信端末は、次のタイミン
   グまで自局の通常操作指令の送信を停止することを特徴
   とする無線端末によるプラントの操作方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記コントローラは前記非常操作指令の受信を判別する
   と、前記非常用指令コードに対し予め設定されている操
   作対象機器を検出し、前記非常操作指令を出力すること
   を特徴とする無線端末によるプラントの操作方法。
3. 【請求項３】 自局の通信時間に通常操作指令を送信す
   る複数の無線端末と、各無線端末の通信時間をサイクリ
   ックに管理すると共に前記端末から受信した操作指令を
   プラント機器のコントローラに伝送する基地局を備える
   プラント制御の無線システムにおいて、 前記無線端末は通常操作指令の指示手段、割込みにより
   送信する非常操作指令の指示手段、前記操作指令に付加
   する指令コードの付与手段を備え、 前記コントローラは、非常操作の指令コード毎に１また
   は複数の操作対象機器を登録した非常操作テーブルを備
   え、基地局を介して受信した操作指令の前記指令コード
   から通常操作か非常操作かを判定し、非常操作の場合に
   前記テーブルから検出した操作対象機器に対し非常操作
   指令を出力することを特徴とするプラント制御の無線シ
   ステム。