JP2006164143A - プラント制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 制御システムの制御バスから安全制御装置のデータベースに、安全制御に干渉しないで直接アクセス可能な統合環境を有するプラント制御システムを実現する。
【解決手段】 制御バスに接続されプラントの機器を制御する制御装置と、前記プラントの異常時に停止制御を実行する安全制御装置を有するプラント制御システムにおいて、
前記安全制御装置は、前記制御バスを介して前記制御装置と通信する統合管理手段と、この統合管理手段がアクセスする統合用データベースを備え、
前記統合管理手段は、前記安全制御装置の安全アプリケーションデータベースの内容を前記統合用データベースにコピーする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、制御バスに接続されプラントの機器を制御する制御装置と、前記プラントの異常時に停止制御を実行する安全制御装置を有するプラント制御システムに関する。

安全計装システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００４−２３４６５５号公報

近年、プラントでの事故により人的被害や環境破壊などの災害を防止する意味で安全計装システムの重要性が認識されてきている。この安全計装システムは、プラントを常時稼動させる制御システムとは、その役割の上で分離することがIEC61508の規約で定義されている。

しかしながら、市場では安全計装システム上で制御しているデータを、制御システムのアプリケーションで参照したり、制御システム上のマンマシンインタフェースで監視したい要求がある。安全計装システムが、制御システムから干渉を受けない仕組みを持つことができれば、両者を統合することが可能となる。

図４は、安全計装システムと制御システムの統合環境を実現した従来のプラント制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。１は両システムの共通の制御対象のプラントである。

制御システム環境において、２は分散型制御システムの制御バスである。３はこの制御バスに接続された操作監視装置、４は制御装置であり、同じくこの制御バスを介して操作監視装置３と通信すると共に、プラント１のフィールド機器の制御を実行する。４ａはアプリケーション実行手段、４ｂはアプリケーション実行手段が参照／書き込みするアプリケーションデータベースである。

５は制御バス２に接続されたエンジニアリングステーションであり、操作監視装置３及び制御装置４で稼動するアプリケーションやパラメータ等を生成してダウンロードする。６はイーサネット（登録商標）で代表される汎用通信バスであり、操作監視装置３及びエンジニアリングステーション５が接続され、外部ＰＣ７との通信を可能としている。

安全計装システム環境において、８は安全制御バスである。９はこの安全制御バスに接続されたエンジニアリングステーションであり、プラント１からのトリップ要求を受けてプラントの停止制御を実行する安全制御装置１０で稼動するアプリケーションやパラメータ等を生成して安全制御バス８を介してダウンロードする。

安全制御装置１０において、１０ａは安全アプリケーション実行手段、１０ｂは安全アプリケーション実行手段が参照／書き込みする安全アプリケーションデータベースである。

安全計装システムは、本来制御システムとは分離独立してプラントのトリップ要求に対応する制御を実行するものであるが、制御システム側から安全計装システムのデータを参照／書き込みするためには、制御バス２と安全制御バス８とを中継する特殊なデータ変換手段１１を必要とする。

データ変換手段１１は、安全制御装置１０の安全アプリケーションデータベース１０ｂからデータを吸い上げ、メモリに保存する。制御システムの操作監視装置３又は制御装置４からのタグ名アクセスがあると、制御システムが参照可能なデータ形式に変換してデータを返す。

制御システム側から安全計装システム側へのデータ書き込みでは、データ変換手段１１は、設定要求データが安全計装システムのデータ変更が許可されたものであれば安全計装システムのデータ形式に変換して安全制御装置１０に渡す。

従来の統合されたプラント制御システム構成では、次のような問題点がある。
（１）２つのシステムは、夫々の制御バスがデータ変換手段を介して接続される構成であり、制御システムの制御バス２から安全制御装置１０に直接アクセス可能な完全な統合環境が実現されていない。

（２）両システム間でデータの変換を行なうための特殊なデータ変換手段１１が必要になり、コストが増える。

（３）ユーザは、安全制御装置１０、データ変換手段１１、制御装置４の三つのエンジニアリングを行なわなくてはならず、開発コストかかる上に、定義が複雑になる。更に、一部アプリケーションの変更が発生すると、それぞれの機器に対する変更作業が発生する。変更のタイミングが同時には実行できないため、一時的にデータアクセス不可の状態が発生する。

従って本発明が解決しようとする課題は、制御システムの制御バスから安全制御装置のデータベースに、安全制御に干渉しないで直接アクセス可能な統合環境を有するプラント制御システムを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）制御バスに接続されプラントの機器を制御する制御装置と、前記プラントの異常時に停止制御を実行する安全制御装置を有するプラント制御システムにおいて、
前記安全制御装置は、前記制御バスを介して前記制御装置と通信する統合管理手段と、この統合管理手段がアクセスする統合用データベースを備え、
前記統合管理手段は、前記安全制御装置の安全アプリケーションデータベースの内容を前記統合用データベースにコピーすることを特徴とするプラント制御システム。

（２）前記統合管理手段は、安全アプリケーションデータベースより前記統合用データベースへのコピーにおいて、データ形式を変換する変換辞書を備えることを特徴とする（１）に記載のプラント制御システム。

（３）前記統合管理手段は、前記制御装置から前記統合用データベースへの書き込みが行われた場合に、このデータ値と書き込みの正当性を保証したキーとを、安全制御装置の安全アプリケーション実行手段に渡すことを特徴とする（１）又は（２）に記載のプラント制御システム。

（４）前記安全制御装置は、前記制御バスに接続された操作監視装置と通信することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のプラント制御システム。

（５）前記安全制御装置は、前記操作監視装置に接続された汎用通信バスを介して外部ＰＣと通信することを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載のプラント制御システム。

（６）前記安全制御装置は、この制御装置に接続される専用通信バスを介して外部ＰＣと通信することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のプラント制御システム。

（７）前記コピーは、前記安全制御装置の処理の空き時間を使用して実行されることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載のプラント制御システム。

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。
（１）安全制御装置の内部に制御バス２からのアクセスを受け付ける統合管理手段と統合用データベースを持たせることにより、安全アプリケーションデータに直接アクセスする危険を防止できるので、安全計装の規約を守りつつ、制御バスを共通とする両システムの完全な統合環境が構築できる。

このような統合環境によれば、安全制御装置内部に、制御システム側で使用されている写像ブロック／写像素子を持たせることにより、制御システムからは、制御装置のブロック／素子を参照するのと全く同じインタフェースでデータアクセスできる。

（２）両システム間でデータの変換を行なうための特殊なデータ変換手段が不要になり、システム構築のコストダウンに貢献する。

（３）安全制御装置内部にデータ変換用の機能があるため、エンジニアリングが簡単になり、アプリケーションの変更による影響を最小限に抑えることができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したプラント制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。図４で説明した従来システムと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、１００は本発明が適用された安全制御装置であり、直接制御システムの制御バス２に接続されている。このような統合環境では、エンジニアリングステーション５は、制御装置４と安全制御装置１００のエンジニアリングを兼用する。

安全制御装置１００の内部構成は、安全制御領域Ａと統合領域Ｂの２領域に区分されている。安全制御領域Ａにおいて、安全アプリケーション実行手段１００ａ及び安全アプリケーションデータベース１００ｂの構成は、図４で説明した従来システムの安全制御装置の構成と同一構成であり、プラントのトリップ要求に対して停止制御を実行する。

安全アプリケーションデータベース１００ｂには、安全アプリケーション実行手段１００ａのみアクセス可能である。これらのエンジニアリングはエンジニアリングステーション５で生成されてダウンロードされる。

統合領域Ｂにおいて、２００は統合管理手段であり、制御システムの操作監視装置３又は制御装置４からの安全制御システム側のデータ参照及び書き込み要求を受け付ける。３００は統合用データベースであり、統合管理手段２００は安全制御システム側のデータ参照要求に対してもっぱらこの統合用データベース３００にアクセスが可能であり、安全アプリケーションデータベース１００ｂには直接アクセスできない。

統合管理手段２００において、２００ａは変換辞書であり、安全アプリケーションデータベース１００ｂの内容を統合用データベース３００にコピーする場合に、この変換辞書を参照してデータ形式の変換を実行する。

２００ｂは書き込み保証手段であり、統合用データベース３００への書き込みが許可されたデータを管理すると共に、書き込みが実行された場合には書き込みデータと共に保証キーを安全アプリケーション実行手段１００ａに渡す機能を有する。

統合管理手段２００は、安全アプリケーション実行手段１００ａが動作していない空き時間を使って、安全アプリケーションデータベース１００ｂの内容を統合用データベース３００上にある写像ブロック／写像素子に反映する。

制御システム側からは写像ブロック／写像素子のタグ名をキーにしたデータアクセスがあると、統合管理手段２００は、統合用データベース３００にアクセスして写像ブロック/写像素子内のデータを取得して制御システム側に返す。

図２は、安全アプリケーションデータベースのファンクションブロックデータと写像ブロックデータの遷移を示すイメージ図である。ユーザは、エンジニアリングステーション５における安全計装システムのエンジニアリング機能を使って、安全アプリケーションデータベースのファンクションブロックに対応した写像ブロックを統合用データベースに作成すると同時に、互いの関連を示すデータ変換用の辞書を同時に作成してダウンロードする。

統合管理手段２００は、ダウンロードされたこれらの情報をもとに、安全アプリケーションデータベース１００ｂのデータをコピーし、変換辞書を参照してデータ形式を変換して制御システムにおける機能ブロックと同じ構成を持つ写像ブロックを統合用データベース３００に作成する。

図３は、安全アプリケーションデータベースへの書込みに関する遷移を示すイメージ図である。基本的に制御システム側から安全計装システムに対するデータの書込みは防止する必要があるが、安全アプリケーションとは切り離された不干渉なデータや、あらかじめユーザが書き込みを許した特別なデータに関しては、その書込みデータの宛先やデータ値を保証する機構があれば、安全認証上書き込みが許されている。

安全制御装置１００では、制御システム側からのデータ書き込み要求に対し、書き込みデータ値とデータの正当性を保証するキーを統合管理手段２００から送ってもらい、最終的には、安全アプリケーション実行手段１００ａがキーの正当性をチェックした上で安全アプリケーションデータベース１００ｂへの書込みを行なえるようになっている。

以上説明した実施形態では、安全制御装置１００は、同じプラントを制御する制御システムとデータをやり取りする形態を示したが、標準機能として備えている専用通信バス（Modbus）を介して接続される外部ＰＣと通信することも可能である。

更に、操作監視装置３及びエンジニアリングステーション５が接続される汎用通信バス６を介して外部ＰＣ７とＯＰＣインタフェースで接続できる機能を持つため、上位の外部ＰＣからも制御システム及び安全計装システムのデータを容易に扱うことが可能である。

本発明を適用したプラント制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 安全アプリケーションデータベースのファンクションブロックデータと写像ブロックデータの遷移を示すイメージ図である。 安全アプリケーションデータベースへの書込みに関する遷移を示すイメージ図である。 安全計装システムと制御システムの統合環境を実現した従来のプラント制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ プラント
２ 制御バス
３ 操作監視装置
４ 制御装置
５ エンジニアリングステーション
６ 汎用通信バス
７ 外部ＰＣ
１００ 安全制御装置
１００ａ 安全アプリケーション実行手段
１００ｂ 安全アプリケーションデータベース
２００ 統合管理手段
２００ａ 変換辞書
２００ｂ 書き込み保証手段
３００ 統合用データベース

Claims (7)

1. 制御バスに接続されプラントの機器を制御する制御装置と、前記プラントの異常時に停止制御を実行する安全制御装置を有するプラント制御システムにおいて、
   前記安全制御装置は、前記制御バスを介して前記制御装置と通信する統合管理手段と、この統合管理手段がアクセスする統合用データベースを備え、
   前記統合管理手段は、前記安全制御装置の安全アプリケーションデータベースの内容を前記統合用データベースにコピーすることを特徴とするプラント制御システム。
2. 前記統合管理手段は、安全アプリケーションデータベースより前記統合用データベースへのコピーにおいて、データ形式を変換する変換辞書を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラント制御システム。
3. 前記統合管理手段は、前記制御装置から前記統合用データベースへの書き込みが行われた場合に、このデータ値と書き込みの正当性を保証したキーとを、安全制御装置の安全アプリケーション実行手段に渡すことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラント制御システム。
4. 前記安全制御装置は、前記制御バスに接続された操作監視装置と通信することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のプラント制御システム。
5. 前記安全制御装置は、前記操作監視装置に接続された汎用通信バスを介して外部ＰＣと通信することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のプラント制御システム。
6. 前記安全制御装置は、この制御装置に接続される専用通信バスを介して外部ＰＣと通信することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のプラント制御システム。
7. 前記コピーは、前記安全制御装置の処理の空き時間を使用して実行されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のプラント制御システム。
   
   

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