JP2004029910A - 制御システム - Google Patents

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Hiroshi Kumagai
熊谷 広
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Abstract

【課題】実機のフィールドバス機器が存在しない場合でもシステム全体の検証を行うことができる制御システムを実現する。
【解決手段】フィールドバス機器に存在するフィールドバスブロックと、制御ステーションに存在する機能ブロックとを協調動作させて制御を行う制御システムにおいて、フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロックを制御ステーションに設ける。
【選択図】   図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィールドバス機器と協調動作して制御を実行する制御システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
プラントを制御する制御システムとして分散型制御システムが多く用いられている。分散型制御システムは、操作監視ステーションと制御ステーションを通信バスに接続し、制御ステーションはプラントに分散配置し、操作監視ステーションの監視下で制御ステーションによりプラントを制御する構成をとっている。
最近の制御システムでは機器としてフィールドバス機器を持つものが増えている。フィールドバス機器は、機器内に機能ブロック(これをフィールドバスブロックとする)が存在し、それ自体で制御を行うことが可能である。
そのため大規模制御システムでは、フィールドバス機器にあるフィールドバスブロックと、制御システムの制御ステーションに存在する機能ブロックとを協調動作させて制御を行うものがある。
【0003】
図3は従来における制御システムの構成例を示した図である。
図3で、フィールドバス機器10a,10bと制御ステーション20はフィールドバス30に接続されている。フィールドバス機器10aにはフィールドバスブロック11,12が設けられている。フィールドバス機器10bにはフィールドバスブロック13が設けられている。フィールドバスブロック11,12,13は、プロセスの測定値PV、プロセスの設定値SV、制御演算結果としての操作出力値MVを保有する。
制御ステーション20は分散型制御システムにある。制御ステーション20には、フィールドバスブロック11,12,13と対応して写像ブロック21,22,23が設けられている。制御ステーション20には、機能ブロック24,25が設けられている。機能ブロックは制御機能を実現する単位である。機能ブロックとしては、例えば、PID演算(比例,積分,微分演算)ブロックや、足し算を行うブロック、アナログ信号を入力するブロック、アナログ信号を出力するブロック等がある。
【0004】
フィールドバスブロック11,12,13では、入出力処理、制御演算処理、アラーム処理等、全ての処理をフィールドバスブロック内で実行し、結果をフィールドバス通信で上位側(制御ステーション20)に送信するようになっている。
そのため図3の制御システムでは、制御ステーション20上にフィールドバスブロック11,12,13と通信するための写像ブロック21,22,23を用意し、その写像ブロック21,22,23がフィールドバスブロック11,12,13と通信を行う構成をとっている。
この結果、オペレータは制御ステーション20上の写像ブロック21,22,23のデータを監視するだけで、システム全体の状態を把握することが可能になっている。
【0005】
実際の現場等のように全てのフィールドバス機器が揃っている場合は、図3の制御システムは非常に有効に機能する。しかし、システムの開発段階においては、通信相手であるフィールドバス機器が存在しないため、写像ブロックのデータが更新されない、アラーム通知が行われない等の状況が発生し、システム全体の検証を行うことができない。
実際上、フィールドバス機器をシステム開発段階やテスト段階で用意することは困難である場合が多い。このため、完成した制御システムを設置した現場で初めてフィールドバス機器と接続して総合テストを行うことが多い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロックを制御ステーションに設けることによって、実機のフィールドバス機器が存在しない場合でもシステム全体の検証を行うことができる制御システムを実現することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は次のとおりの構成になった制御システムである。
【0008】
(1)フィールドバス機器に存在するフィールドバスブロックと、制御ステーションに存在する機能ブロックとを協調動作させて制御を行う制御システムにおいて、
前記フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロックを制御ステーションに設けたことを特徴とする制御システム。
【0009】
(2)前記フィールドバスブロックとデータ交換する写像ブロックを制御ステーションに設け、
実機のフィールドバス機器が存在する場合は前記写像ブロックが動作し、実機のフィールドバス機器が存在しない場合は前記シミュレートブロックが動作することを特徴とする(1)に記載の制御システム。
【0010】
(3)前記シミュレートブロックは、データの入出力処理を実行する入出力処理部品、シミュレートブロックの動作モードの変更処理を実行するブロックモード処理部品、アラームの発生処理と復帰処理を実行するアラーム処理部品、プロセス値の測定値と設定値をもとに制御演算を行い、演算結果を操作出力値として出力する制御演算処理部品の少なくとも1つの部品を有することを特徴とする(1)または(2)に記載の制御システム。
【0011】
(4)前記シミュレートブロックが有する部品の中からシミュレーション動作を行わせる部品を指定する指定手段を有することを特徴とする(3)に記載の制御システム。
【0012】
(5)演算処理が異なる制御演算処理部品を複数個用意し、前記指定手段は、シミュレーション動作を行わせる制御演算処理部品を指定することを特徴とする(3)に記載の制御システム。
【0013】
(6)前記シミュレートブロック及び写像ブロックは、フィールドバスブロックと対で設けられていることを特徴とする(2)乃至(5)のいずれかに記載の制御システム。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下図面を用いて本発明を詳しく説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。図1で前出した図と同一のものは同一符号を付ける。
図1で、フィールドバス機器40と制御ステーション50はフィールドバス30に接続されている。
フィールドバス機器40にはフィールドバスブロック41が設けられている。このフィールドバスブロック41は、プロセスの測定値PV、プロセスの設定値SV、操作出力値MVを保有する。
【0015】
制御ステーション50にはフィールドバス代理ブロック51が設けられている。フィールドバス代理ブロック51は、フィールドバスブロックと通信を行う写像ブロック52と、フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロック53とを有する複合ブロックである。写像ブロック52は、図3の写像ブロック21,22,23と同等な機能を持つ。
実機のフィールドバス機器が存在する実機モードの場合は、フィールドバス代理ブロックとして写像ブロック52が動作する。実機のフィールドバス機器が存在しないテストモードの場合は、フィールドバス代理ブロックとしてシミュレートブロック53が動作する。
【0016】
写像ブロック及びシミュレートブロックは、フィールドバスブロックと対で設けられている。図1の例ではフィールドバスブロックは1個であるため、写像ブロック及びシミュレートブロックは1個ずつ設けられているが、フィールドバスブロックが2個の場合は、写像ブロック及びシミュレートブロックはそれぞれ2個ずつ設けられる。
【0017】
シミュレートブロック53は、入出力処理部品531、ブロックモード処理部品532、アラーム処理部品533、制御演算処理部品534を有する。
入出力処理部品531は、データの入出力処理を実行する。ブロックモード処理部品532は、シミュレートブロックの動作モードの変更処理を実行する。例えば、手動モードや自動モード等の変更処理を行う。アラーム処理部品533は、プロセスアラームの発生処理と復帰処理を実行する。例えばプロセス値が上限値を超えた場合にプロセスアラームを発生する処理を行う。復帰処理は正常な状態に復帰したことを知らせる処理である。
制御演算処理部品534は、プロセス値の測定値と設定値をもとに制御演算を行い、演算結果を操作出力値として出力する。
【0018】
指定手段54は、シミュレートブロック53が有する部品の中からシミュレーション動作を行わせる部品を指定する。
フィールドバスブロックの処理は、フィールドバス機器を提供するベンダにより異なるので、各々の処理を実行する部品は複数個提供されている。指定手段54を設けたことにより、フィールドバスブロックの種類やテスト方法に応じて、ユーザは任意に部品を選択することができる。また、処理毎にシミュレート動作させるかどうかを指定することも可能なため、一部分のみシミュレートを行わせることも可能である。
なお、演算処理が異なる制御演算処理部品を複数個用意しておき、指定手段54は、シミュレーション動作を行わせる制御演算処理部品を指定してもよい。例えば、簡略化された演算処理を行う制御演算処理部品と、詳細な演算処理を行う制御演算処理部品とを用意しておき、テストのしかたやフィールドバス機器の種類に応じて制御演算処理部品を指定してもよい。
【0019】
図1の実施例の動作を説明する。図2はテストモード時における動作例を示した図である。
図の例では3個のシミュレートブロック53a,53b,53cが設けられている。各シミュレートブロックは入出力処理部品531、ブロックモード処理部品532、アラーム処理部品533、制御演算処理部品534を有する。
テストモードで動作指定が行われているため、各フィールドバス代理ブロックはシミュレートブロックで動作する。
以下、シミュレートブロック53bを例に動作を説明する。
【0020】
入出力処理部品531は、入出力処理のシミュレートが指定されている場合、結合先のシミュレートブロック53aからデータを入力して測定値PVとする。(図2のS1)
制御演算処理部品534は、制御演算処理のシミュレートが指定されている場合、測定値PV、設定値SV等をもとに制御演算を行い、演算結果を操作出力値MVとして出力する。(図2のS2)
【0021】
ブロックモード処理部品532は、ブロックモード処理のシミュレートが指定されている場合、自ブロックのブロックモード(手動モード、自動モード等)の変更処理を行う。(図2のS3)
アラーム処理部品533は、アラーム処理のシミュレートが指定されている場合、プロセスアラームの発生や復帰処理を行う。(図2のS4)
入出力処理部品531は、入出力処理のシミュレートが指定されている場合、制御演算結果である操作出力値MVを結合先である機能ブロック24へ出力する。(図2のS5)
上述したデータは、全てフィールドバス代理ブロック上のデータに反映される。
【0022】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果が得られる。
【0023】
請求項1及び請求項2に記載の発明では、フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロックを制御ステーションに設け、実機のフィールドバス機器が存在しない場合はシミュレートブロックを動作させている。これによって、システム開発段階やテスト段階のように、実機のフィールドバス機器が存在しない場合でもシステム全体の検証を行うことができる。
【0024】
請求項3に記載の発明によれば、各種の処理のシミュレーションを実行することができる。
【0025】
請求項4に記載の発明では、ユーザが任意にシミュレーション動作を行わせる部品を指定することができるため、一部のみシミュレートを行わせることができる。
【0026】
請求項5に記載の発明では、演算処理が異なる制御演算処理部品を複数個用意しておき、指定手段でシミュレーション動作を行わせる制御演算処理部品を指定している。このため、テストのしかたやフィールドバス機器の種類に応じた演算処理を行ってもよい。例えば、初期の開発段階では概略的な検証で足りるため、簡略化された制御演算を行う制御演算処理部品でシミュレーションする。開発が進むにつれてより詳細な制御演算を行う制御演算処理部品でシミュレーションしていく。
【0027】
請求項6に記載の発明では、シミュレートブロック及び写像ブロックは、フィールドバスブロックと対で設けられているため、フィールドバスブロック単位でシミュレーション動作を実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の動作説明図である。
【図3】従来における制御システムの構成例を示した図である。
【符号の説明】
24,25 機能ブロック
30 フィールドバス
40 フィールドバス機器
41 フィールドバスブロック
50 制御ステーション
52 写像ブロック
53 シミュレートブロック
531 入出力処理部品
532 ロックモード処理部品
533 アラーム処理部品
534 制御演算処理部品

Claims (6)

  1. フィールドバス機器に存在するフィールドバスブロックと、制御ステーションに存在する機能ブロックとを協調動作させて制御を行う制御システムにおいて、
    前記フィールドバスブロックのシミュレーションを実行するシミュレートブロックを制御ステーションに設けたことを特徴とする制御システム。
  2. 前記フィールドバスブロックとデータ交換する写像ブロックを制御ステーションに設け、
    実機のフィールドバス機器が存在する場合は前記写像ブロックが動作し、実機のフィールドバス機器が存在しない場合は前記シミュレートブロックが動作することを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
  3. 前記シミュレートブロックは、データの入出力処理を実行する入出力処理部品、シミュレートブロックの動作モードの変更処理を実行するブロックモード処理部品、アラームの発生処理と復帰処理を実行するアラーム処理部品、プロセス値の測定値と設定値をもとに制御演算を行い、演算結果を操作出力値として出力する制御演算処理部品の少なくとも1つの部品を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の制御システム。
  4. 前記シミュレートブロックが有する部品の中からシミュレーション動作を行わせる部品を指定する指定手段を有することを特徴とする請求項3に記載の制御システム。
  5. 演算処理が異なる制御演算処理部品を複数個用意し、前記指定手段は、シミュレーション動作を行わせる制御演算処理部品を指定することを特徴とする請求項3に記載の制御システム。
  6. 前記シミュレートブロック及び写像ブロックは、フィールドバスブロックと対で設けられていることを特徴とする請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の制御システム。
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