JP2005322015A - 状態変化検出装置及びそれを用いたプロセス制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＯバスの通信遅延などにより、フィールド機器の入出力データ変化に対して正確なタイムスタンプを付与することが出来なかったという課題を解決する。
【解決手段】 予め状態変化条件テーブルに状態が変化したことを検出する条件を設定しておき、フィールド機器の入出力データの変化を監視して、状態変化条件テーブルに設定された条件に合致したときに、システム時刻から生成したタイムスタンプを付与したアラーム信号を出力するようにした。また、この機能をフィールドバス通信モジュールに内蔵するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィールド機器の入出力データを監視し、予め設定された条件に合致したことを検出して、タイムスタンプを付したアラーム信号を出力する状態変化検出装置及びそれを具備したプロセス制御システムに関するものである。

近年、重要な制御を行う電力プラントなどにおいて、事故解析などのためにＳＯＥ(Sequence of Event)機能の実装が重要になってきている。ＳＯＥ機能にとって事象発生時刻（タイムスタンプ）の精度向上が望まれており、最近では１ｍ秒の精度が求められている。

図３に、ＳＯＥ機能を内蔵したプロセス制御システムの例を示す。図３において、マンマシンインターフェイス６１および制御ステーション６２は制御バス７１に接続されている。この制御ステーション６２とプロフィバス通信モジュール６３はＩＯバス７２に接続され、このプロフィバス通信モジュール６３とフィールド機器６４はプロフィバス７３に接続されている。

このような構成において、フィールド機器６４が取得したプロセスデータはプロフィバス７３、プロフィバス通信モジュール６３およびＩＯバス７２を介して制御ステーション６２に入力され、フィールド機器６４を制御する制御量が演算される。この制御量はＩＯバス７２，プロフィバス通信モジュール６３，プロフィバス７３を介してフィールド機器６４に伝達される。

制御ステーション６２内にはＳＯＥ部６２１が設けられている。ＳＯＥ部６２１は発生したイベントに発生時刻を付加したデータを格納する。このデータは後に事故解析などに用いられる。

特許文献１には、ＳＯＥ機能を統合した分散型制御システムが記載されている。

特開２００４−４６４７５号公報

しかし、プロフィバス７３などのフィールドネットワークをプロセス制御システムに適用した事例が増加するに伴い、このフィールドネットワークに接続されたフィールド機器６４のデータ変化に対してもタイムスタンプの付与、すなわちＳＯＥ機能が求められるようになってきた。

図３に示した構成のプロセス制御システムで、フィールド機器６４のデータ変化に対してタイムスタンプを付与しようとすると、ＩＯバス７２とプロフィバス７３の通信による遅延およびプロフィバス通信モジュール６３内部の遅延によって正確なタイムスタンプを付与することができないという課題があった。

この課題を解決するために、制御ステーション６２がフィールド機器６４のデータを高速でスキャンしてデータ伝送遅れを少なくすることも考えられるが、制御ステーション６２の負荷が増大してしまい、実用的でないという課題があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、高精度のＳＯＥ機能を実現することができ、かつ制御ステーションの負荷を増大させることがない状態変化検出装置及びそれを用いたプロセス制御システムを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
状態が変化したことを検出する条件が格納される状態変化条件テーブルと、
フィールド機器の入出力データおよびシステム時刻が入力され、前記状態変化条件テーブルを参照して、前記入出力データの状態が前記状態が変化したことを検出する条件と合致したときに、前記システム時刻から生成したタイムスタンプを付した信号を出力する状態変化検出手段と、
を具備したものである。フィールド機器の入出力データにも正確なタイムスタンプを付与することができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
この状態変化検出装置を、前記フィールド機器が接続されたフィールドバスの通信を制御するフィールドバス通信モジュールに内蔵するようにしたものである。フィールド機器の入出力データを簡単に得ることができる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
前記フィールドバスはプロフィバスであることを特徴としたものである。プロフィバスに適用できる。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明において、
前記フィールドバスはファウンデーションフィールドバスであることを特徴としたものである。ファウンデーションフィールドバスに適用できる。

請求項５記載の発明は、
フィールド機器が接続されるフィールドバスと、
前記フィールド機器からプロセスデータが入力され、このプロセスデータから制御量を演算して出力する制御ステーションと、
状態が変化したことを検出する条件が格納される状態変化条件テーブルと、前記フィールド機器の入出力データおよび前記制御システムから出力されるシステム時刻が入力され、前記入出力データの状態が、前記状態が変化したことを検出する条件と合致したときに、前記システム時刻から生成したタイムスタンプを付した信号を前記制御ステーションに出力する状態変化検出器とで構成される状態変化検出装置と、
を具備したものである。フィールド機器の入出力データにも正確なタイムスタンプを付与することができる。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、
前記フィールドバスの通信を制御するフィールドバス通信モジュールを有し、前記状態変化検出装置をこのフィールドバス通信モジュールに内蔵するようにしたものである。フィールド機器の入出力データを簡単に得ることができる。

請求項７記載の発明は、請求項５若しくは請求項６記載の発明において、
前記フィールドバスはプロフィバスであることを特徴としたものである。プロフィバスに適用できる。

請求項８記載の発明は、請求項５若しくは請求項６記載の発明において、
前記フィールドバスはファウンデーションフィールドバスであることを特徴としたものである。ファウンデーションフィールドバスに適用できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
本発明によれば、フィールド機器の入出力データに正確なタイムスタンプを付与することができるという効果がある。また、途中にバスが介在し、またＩＯバスがリモートＩＯになってもタイムスタンプが揺らぐことがないという効果もある。

さらに、フィールドバス通信モジュールに内蔵させることにより、局所的にＳＯＥ機能を導入することができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る状態変化検出装置を含むプロセス制御システムの構成を示した図である。図１において、１はマンマシンインターフェイスであり、例えばアラーム表示１１を表示する。

３は制御ステーションであり、制御バス２１によってマンマシンインターフェイス１と接続されている。４はプロフィバス通信モジュールであり、ＩＯバス２２によって制御ステーション３と接続されている。５はフィールド機器であり、フィールドバスであるプロフィバス２３によってプロフィバス通信モジュール４と接続されている。

このような構成において、制御ステーション３はＩＯバス２２，プロフィバス通信モジュール４，プロフィバス２３を介してフィールド機器５の出力であるプロセスデータを読み込み、制御量を演算してフィールド機器５に出力する。制御の経過はマンマシンインターフェイス１に表示され、またこのマンマシンインターフェイス１から設定値の変更などを行う。これらの動作は図３のプロセス制御システムと同じである。

プロフィバス通信モジュール４は、ＩＯバス２２に接続されるＦＩＦＯ(First In First Out)４１と入出力データバッファ４２とアラーム通知処理手段４３，入出力データバッファ４２に接続される入出力データ処理手段４４，状態変化検出処理手段４５およびプロフィバス通信スタック手段４６で構成される。ＦＩＦＯ４１と入出力データバッファ４２はプロフィバス２３にも接続される。

プロフィバス通信スタック手段４６はプロフィバス２３との通信を担当する。フィールド機器５からの入力データはプロフィバス通信スタック手段４６を介して入出力データ処理手段４４に入力され、入出力データバッファ４２，ＩＯバス２２を介して制御ステーション３に入力される。また、制御ステーション３が演算した制御量は、逆方向を辿ってフィールド機器５に出力される。

ＦＩＦＯ４１には所定の周期で制御ステーション３からシステム時刻が入力される。状態変化検出処理手段４５はＦＩＦＯ４１内のシステム時刻を取得する。これによって、制御ステーション３と状態変化検出処理手段４５は時刻同期をとることができる。

状態変化検出処理手段４５は状態変化検出装置の機能を有するものであり、状態変化条件テーブル４５１および状態変化検出手段４５２で構成されている。状態変化検出手段４５２には入出力データ処理手段４４からフィールド機器５の入出力データが入力される。状態変化検出手段４５２は、状態変化条件テーブル４５１を参照して、フィールド機器５の入出力データの状態変化を検出する。

図２に状態変化条件テーブルの一例を示す。この例では、データ位置「００１」のデータが「０」から「１」に変化したとき、またはデータ位置００５のデータが「１」から「０」に変化したときに状態が変化したとすることを表している。この状態変化条件テーブル４５１には、従来のビルダを用いて値を設定することもできるが、他の方法で設定してもよい。

状態変化検出手段４５２は入出力データ処理手段４４から受け取った入出力データの変化を監視し、状態変化条件テーブル４５１に設定された状態変化と合致した変化が発生すると、ＦＩＦＯ４１から取得したシステム時刻から発生させたタイムスタンプを添付して、その旨をアラーム通知処理手段４３に通知する。

アラーム処理手段４３は、この通知を受け取ると、そのことを制御ステーション３に通知する。制御ステーション３はマンマシンインターフェイス１にこの通知に基づくアラームを表示する。

なお、この実施例では状態変化検出処理手段４５をプロフィバス通信モジュール４に内蔵するようにしたが、他のモジュールに内蔵するようにしてもよく、また独立した機器として用いてもよい。要は、フィールド機器５の入出力データが簡単に得られる位置に配置すればよい。

また、フィールド機器５が接続されるフィールドバスはプロフィバスに限定されず、ファウンデーションフィールドバス(Foundation Field Bus)等他のフィールドバスであってもよい。ファウンデーションフィールドバスにおいては、フィールド機器での自己診断による異常発生イベントは通知可能であるが、プロセスの異常発生については規定されてない。本発明を適用することにより、ファウンデーションフィールドバスでも同様のＳＯＥ機能を実現することができる。

また、この実施例では制御ステーションから定周期でシステム時刻を供給するようにしたが、他の時計機構を利用するようにしてもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。 状態変化条件テーブルの一例を示す図である。 従来のＳＯＥ機能付きプロセス制御システムの構成図である。

符号の説明

１ マンマシンインターフェイス
１１ アラーム表示
２１ 制御バス
２２ ＩＯバス
２３ プロフィバス
３ 制御ステーション
４ プロフィバス通信モジュール
４１ ＦＩＦＯ
４３ アラーム通知処理手段
４４ 入出力データ処理手段
４５ 状態変化検出処理手段
４５１ 状態変化条件テーブル
４５２ 状態変化検出手段
５ フィールド機器

Claims (8)

1. 状態が変化したことを検出する条件が格納される状態変化条件テーブルと、
   フィールド機器の入出力データおよびシステム時刻が入力され、前記状態変化条件テーブルを参照して、前記入出力データの状態が前記状態が変化したことを検出する条件と合致したときに、前記システム時刻から生成したタイムスタンプを付した信号を出力する状態変化検出手段と、
   を具備したことを特徴とする状態変化検出装置。
2. 前記フィールド機器が接続されるフィールドバスの通信を制御するフィールドバス通信モジュールに内蔵されたことを特徴とする請求項１記載の状態変化検出装置。
3. 前記フィールドバスはプロフィバスであることを特徴とする請求項２記載の状態変化検出装置。
4. 前記フィールドバスはファウンデーションフィールドバスであることを特徴とする請求項２記載の状態変化検出装置。
5. フィールド機器が接続されるフィールドバスと、
   前記フィールド機器からプロセスデータが入力され、このプロセスデータから制御量を演算して出力する制御ステーションと、
   状態が変化したことを検出する条件が格納される状態変化条件テーブルと、前記フィールド機器の入出力データおよび前記制御システムから出力されるシステム時刻が入力され、前記入出力データの状態が、前記状態が変化したことを検出する条件と合致したときに、前記システム時刻から生成したタイムスタンプを付した信号を前記制御ステーションに出力する状態変化検出器とで構成される状態変化検出装置と、
   を具備したことを特徴とするプロセス制御システム。
6. 前記フィールドバスの通信を制御するフィールドバス通信モジュールを有し、前記状態変化検出装置をこのフィールドバス通信モジュールに内蔵するようにしたことを特徴とする請求項５記載のプロセス制御システム。
7. 前記フィールドバスはプロフィバスであることを特徴とする請求項５若しくは請求項６記載のプロセス制御システム。
8. 前記フィールドバスはファウンデーションフィールドバスであることを特徴とする請求項５若しくは請求項６記載のプロセス制御システム。
   

Images