JP2006276958A - プロセスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 時刻同期のための複数の時刻データからコントローラごとにユーザの要求に応じた時刻データを選択できるようにしたプロセスシステムを提供する。
【解決手段】 ネットワークを介して複数のコントローラが接続されるプロセスシステムにおいて、
前記ネットワークに接続され、このネットワークを介して前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第１装置と、
前記ネットワークとは別系統で接続され、前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第２装置と、
を有し、
前記複数のコントローラの少なくとも１つは、前記第１装置の時刻データまたは前記第２装置の時刻データのいずれかを選択することを特徴とするプロセスシステム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄鋼業や石油化学工業等のプロセス産業用のプロセス制御システムや、プラントの安全を確保する安全システムなどのプロセスシステムに関し、特に各コントローラの時刻を一致させる方式を選択可能にしたプロセスシステムに関するものである。

従来、ネットワークに複数のコントローラが接続されたプロセスシステムでは、ネットワーク内の全コントローラの時刻を一致させることは、一般的に行われている。例えば、１つのコントローラをマスタコントローラとして、マスタコントローラが時刻を知らせることにより、全コントローラの時刻を一致させていた。

また、このようなプロセスシステムにおいて、マスタコントローラがダウンしても継続して全コントローラの時刻を一致させるために、スレーブコントローラがマスタコントローラに代わって時刻を通知するものもある（例えば特許文献１参照。）。

一方、分散型制御システムにおいては、各コントローラの入出力モジュールのイベントデータを収集して発生時刻順に並べるＳＯＥ（Ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｅｖｅｎｔ）機能を有する。このような機能では、高精度の時刻同期が必要となる。そのため、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の標準時刻データをコントローラが取り込みイベントデータと共にイベントデータサーバに記録する構成としたものもある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平９−２７５４０６号公報 特開２００４−４６４７５号公報

図２は、従来のプロセスシステムの一例を示した構成図である。
図２において、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）１１０は、操作部，表示部，制御プログラム，データベース，イベントデータサーバ機能（いずれも図示せず）などと共に時刻データ発生手段１１１を有する。ＰＣ１１０は、プラントの運転状況をモニタしたり、設定を変更したりする操作監視ステーションである。

時刻データ発生手段１１１は、ＰＣ１１０から時刻データ（Ｖｎｅｔ時刻）をコントローラに送るための時計機能であって、図示しないマスタクロック発生器によって構成される。
コントローラ１２０は、少なくともＣＰＵモジュール１２１，入出力モジュール（図２ではＤＩモジュール１２３）から構成される。同様に、コントローラ１３０は、少なくともＣＰＵモジュール１３１，入出力モジュール（図２ではＤＩモジュール１３３）から構成される。
ＰＣ１１０およびコントローラ１２０，１３０は、Ｖｎｅｔと呼ばれるバス型で形成されたトークンパッシング方式の制御バスを介して接続され、通信を行っている。

コントローラ１２０，１３０内のＣＰＵモジュール１２１，１３１は、ＰＣ１１０からダウンロードした制御プログラムやデータベースに基づき、入出力モジュールを介してフィールド機器からの信号を検出し、バルブ（図示せず）などの開度を制御する。ＤＩモジュール１２３，１３３は、接点入力モジュールであって、フィールド機器（図示せず）からの接点信号が入力される。

ＤＩモジュール１２３，１３３は、入力された接点信号に基づくイベントデータ情報を図示しない汎用バスを介してＰＣ１１０へ送信する。この場合、ＰＣ１１０が前述のイベントデータサーバとして働きＳＯＥ機能が実行される。
なお、フィールド機器を制御する他のモジュールとしてはアナログ入出力，デジタル入出力，ＤＯ（接点出力）モジュールなどがある。

また、上記イベントデータの他に、ＣＰＵモジュール１２１，１３１では、制御プログラム上でフィールド機器からのデータに対して演算処理などを実施し、その結果と所定の基準値とを比較してイベントやアラームを発生する場合もある。

標準時刻レシーバ４は、ＧＰＳの標準時刻データを受信する手段であって、ＩＲＩＧ−Ｂケーブル５を介してコントローラ１２０と接続されている。コントローラ１３０は、ＩＲＩＧ−Ｂケーブル６、コントローラ１２０を介して標準時刻レシーバ４と接続される。
ここで、ＩＲＩＧ−Ｂとは、ＧＰＳなどを基準とする時刻標準を示すタイムコードなどが規定された規格であり、ＩＲＩＧ−Ｂケーブル５，６はこの規格に則って標準時刻データを送受信するための専用ケーブルである。

このような構成におけるコントローラ１２０，１３０間での時刻の同期方式の１つには、ＣＰＵモジュール１２１，１３１がＰＣ１１０内の時刻データ発生手段１１１から時刻データ（Ｖｎｅｔ時刻）を取得し、内部のメモリ１２２，１３２に格納することで行われる同期方式（以下、Ｖｎｅｔ時刻同期方式という。）がある。

一方、前述のＳＯＥ機能は正確な時刻を記録する必要があるため、ＤＩモジュール１２３，１３３では、標準時刻レシーバ４が受信した高精度の標準時刻データを持つ。詳細には、ＣＰＵモジュール１２１がＩＲＩＧ−Ｂケーブル５を介して標準時刻データ（ＩＲＩＧ−Ｂ時刻）を取得し、ＤＩモジュール１２３内のメモリ１２４に格納する。同様に、ＣＰＵモジュール１３１が標準時刻データ（ＩＲＩＧ−Ｂ時刻）を取得し、ＤＩモジュール１３３内のメモリ１３４に格納する。これにより、もう１つの同期方式（以下、ＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式という。）が構成される。

このような、プロセスシステムであって、プラント制御を行うプロセス制御システムや、プラントの状態を常に監視し、決められた条件を逸脱すると確実にプラントを停止させ、プラントの安全を確保する安全システムでは、ＤＩモジュールからのＳＯＥと、ＣＰＵモジュールが発生するイベントやアラームも統合して同期された時刻を使用する必要があり、一つの時刻マスタの時刻を基に全ての時刻を同期させることが求められている。

また、Ｖｎｅｔ時刻同期方式では、特別な設備を用意せずとも、高信頼でＤＣＳ（分散型制御システム）としては十分な時刻同期を実現することができるメリットがあるが、コントローラ内のＤＩモジュールまで時刻同期させるには、ＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式よりも時刻精度が悪く、また、ゲートウェイを介して異なるドメインに属するコントローラ間では、コントローラ間の時刻同期精度もかなり悪くなるため、高精度な時刻同期精度が求められると限界がある。

一方、ＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式では、高精度な時刻同期が可能であるが、時刻同期のために標準時刻レシーバ（ＧＰＳレシーバなど）の付加的な設備と、標準時刻レシーバとコントローラ間をＩＲＩＧ−Ｂケーブルで接続する必要があり、時刻レシーバの故障、ＩＲＩＧ−Ｂケーブルの故障など信頼性の面でＶｎｅｔ時刻同期方式と比較すると劣るという問題があった。

本発明は、このような従来のプロセスシステムが有していた問題を解決しようとするものであり、Ｖｎｅｔ時刻同期方式とＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式には、それぞれ一長一短があるため、時刻同期のための複数の時刻データからコントローラごとにユーザの要求に応じた時刻データを選択できるようにしたプロセスシステムを提供することを目的とする。

本発明は次の通りの構成になったプロセスシステムである。

（１）ネットワークを介して複数のコントローラが接続されるプロセスシステムにおいて、
前記ネットワークに接続され、このネットワークを介して前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第１装置と、
前記ネットワークとは別系統で接続され、前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第２装置と、
を有し、
前記複数のコントローラの少なくとも１つは、前記第１装置の時刻データまたは前記第２装置の時刻データのいずれかを選択することを特徴とするプロセスシステム。

（２）前記複数のコントローラの少なくとも１つは、選択した時刻データが格納された演算制御部と入出力部とを有し、演算制御部で発生したイベントデータおよび入出力部で発生したイベントデータの双方に、選択した時刻データを付加することを特徴とする（１）に記載のプロセスシステム。

（３）前記第２装置の時刻データは、前記第１装置の時刻データよりも高精度であることを特徴とする（１）または（２）に記載のプロセスシステム。

（４）前記第２の装置の時刻データは、標準時刻に基づく時刻データであることを特徴とする（１）から（３）のいずれかに記載のプロセスシステム。

（５）前記第１装置は、前記複数のコントローラの少なくとも１つが、前記第１装置の時刻データまたは前記第２装置の時刻データのいずれを選択するかを設定する設定手段を有することを特徴とする（１）から（４）のいずれかに記載のプロセスシステム。

（６）前記複数のコントローラの少なくとも１つは、前記第２装置からの時刻データが有効か無効かを判別する判別手段を有することを特徴とする（１）から（５）のいずれかに記載のプロセスシステム。

本発明によれば、以下のような効果がある。

請求項１および請求項５に記載の発明によれば、時刻同期のための複数の時刻データからコントローラごとにユーザの要求に応じた時刻データを選択できるようになる。

請求項２に記載の発明によれば、コントローラ内のＣＰＵモジュールの時刻とＤＩモジュールの時刻も同一の時刻マスタの時刻を参照できるので、ＤＩモジュールからのＳＯＥと、ＣＰＵモジュールから発生するイベント・アラームも統合して同期された時刻を使用することができる。

請求項３および請求項４に記載の発明によれば、例えば、ＧＰＳや標準電波や時刻サーバからの標準時刻データを使用することにより、高精度な時刻同期が可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、コントローラにおいて、標準時刻データが有効か無効かにより、Ｖｎｅｔ時刻同期とＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期の自動切換えができる。

以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図１は本発明に係るプロセスシステムの一実施例を示す構成図である。図１では、前出の図と同様の構成要素には同様の符号を付している。なお、本発明のプロセスシステムは、プラントの制御を行うプロセス制御システムおよび、プラントの状態を常に監視し、決められた条件を逸脱すると確実にプラントを停止させ、プラントの安全を確保する安全システムなどを含むものである。

図１において、ＰＣ１は、操作部，表示部，制御プログラム，データベース，イベントデータサーバ機能（いずれも図示せず）などと共に時刻同期方式設定手段１１および時刻データ発生手段１２を有する操作監視ステーションである。これが特許請求の範囲に記載した第１装置に相当する。

時刻同期方式設定手段１１は、作業者に対してＰＣ１のキーボードやマウスやタッチパネルなどの操作部から、コントローラごとに、Ｖｎｅｔ時刻同期方式かＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式かを選択させ、選択された時刻同期方式を示す情報をデータベースに格納する。
時刻データ発生手段１２は、ＰＣ１から時刻データ（Ｖｎｅｔ時刻）をコントローラ２，３に送るための時計機能であって、図示しないマスタクロック発生器によって構成される。

ＰＣ１，コントローラ２，３は、Ｖｎｅｔと呼ばれるバス（図１ではＶｎｅｔ８）に接続され、ネットワークが構築されている。
制御プログラムやデータベース（制御プログラムに関するパラメータなどの情報が登録されたもの）は、コントローラ２，３にダウンロードされる。

コントローラ２は、少なくともＣＰＵモジュール２１，入出力モジュール（図１ではＤＩモジュール２３）から構成される。同様に、コントローラ３は、少なくともＣＰＵモジュール３１，入出力モジュール（図１ではＤＩモジュール３３）から構成される。
なお、本実施例ではコントローラは２つの場合を示しているが、２つ以上であってもよい。

入出力モジュール（入出力部）は、ＤＩ／ＤＯ（接点入出力），アナログ入出力，デジタル入出力などのモジュールであって、温度計や流量計などのフィールド機器およびバルブなどの調節機器（いずれも図示せず）が接続され、ＣＰＵモジュール（演算制御部）が制御プログラムに則ってプラント制御を行う。

プラント制御においては、ＣＰＵモジュール２１，３１が、制御プログラム上でフィールド機器からのデータに対して演算処理などを実施し、その結果と所定の基準値とを比較してイベントやアラームを発生する。
また、入出力モジュールからもフィールド機器からの入力によりイベントを発生させる。これらのイベントデータはＰＣ１のイベントデータサーバ機能により収集され、表示部で表示され監視される。

標準時刻レシーバ４は、例えば、ＧＰＳの標準時刻データを受信する手段であって、ＩＲＩＧ−Ｂケーブル５を介してコントローラ２と接続されている。また、コントローラ２とコントローラ３の間もＩＲＩＧ−Ｂケーブル６で接続されている。この標準時刻レシーバが特許請求の範囲に記載した第２装置に相当する。

なお、標準時刻は、ＧＰＳからのデータに限るものではなく、標準電波などの時刻標準となる他の電波から取得しても良い。また、標準時刻は、ＮＴＰ（Network Time Protocol）やＳＮＴＰ（Simple Network Time Protocol）に代表される時刻サーバなどの他の設備から有線回線または無線回線により取得しても良い。さらに、ＩＲＩＧ−Ｂに準拠した時刻データに限るものではなく、他の規格や、汎用バスなどで送受信するものであっても良い。

ＰＣ１が、データベースをコントローラ２，３にダウンロードすると、コントローラ２，３では起動時にＣＰＵモジュール２１，３１が、そのデータベース上の時刻同期方式の情報を基に、Ｖｎｅｔ同期時刻方式またはＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式のどちらかで動作させる。

Ｖｎｅｔ時刻同期方式が選択されていれば、ＣＰＵモジュール２１，３１は、ＰＣ１にある時刻データ発生手段１２から時刻データ（Ｖｎｅｔ時刻）を取得し、内部のメモリ２２，３２に格納すると共にＤＩモジュール２３，３３にあるメモリ２４，３４にもＶｎｅｔ時刻を格納する。この動作を定期的に繰り返すことにより、ＣＰＵモジュールと入出力モジュールとの間でＶｎｅｔ時刻での同期が取れると共に全コントローラ間でもＶｎｅｔ時刻での同期が取れる。

また、ＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式が選択されていれば、標準時刻レシーバ４からＣＰＵモジュール２１，３１がＩＲＩＧ−Ｂケーブル５，６を介して標準時刻データ（ＩＲＩＧ−Ｂ時刻）を取得し、内部のメモリ２２，３２に格納すると共にＤＩモジュール２３，３３にあるメモリ２４，３４にも標準時刻データを格納する。この動作を定期的に繰り返すことにより、ＣＰＵモジュールと入出力モジュールとの間でもＩＲＩＧ−Ｂ時刻での同期が取れると共に全コントローラ間でもＩＲＩＧ−Ｂ時刻での時刻同期が取れる。
なお、コントローラ２，３には、それぞれ異なる時刻同期方式が設定されていても良い。

このように同期させた時刻データは、イベントやアラームの発生時に、タイムスタンプとしてイベントデータやアラームデータに付加される。この制御は、ＣＰＵモジュールが行う。なお、ＣＰＵモジュール内で発生したイベントやアラームにはＣＰＵモジュールがタイムスタンプを行い、入出力モジュールで発生したイベントには入出力モジュールがタイムスタンプを行っても良い。

以上により、時刻同期のための複数の時刻データから、コントローラごとに、ユーザの要求に応じた時刻データを選択できる。詳細には、コントローラごとに、特別な設備を必要とせず信頼性の高いＶｎｅｔ時刻同期方式と、高精度な時刻同期を可能とするＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期方式のいずれかを、ユーザの要求に応じて選択できるので、それぞれの長所を有効に活用できるようになる。

また、コントローラ内のＣＰＵモジュールの時刻とＤＩモジュールの時刻も同一の時刻マスタの時刻を参照できるので、ＣＰＵモジュールで発生するイベントやアラームのタイムスタンプと、ＤＩモジュールで発生するイベントのタイムスタンプとは同一の時刻マスタに基づくものとなる。
つまり、ＤＩモジュールからのＳＯＥと、ＣＰＵモジュールから発生するイベント・アラームも統合して同期された時刻を使用することができる。

さらに、ＩＲＩＧ−Ｂからの標準時刻データが有効か無効かを判別する判別機能およびそれに基づく自動切換え機能をＣＰＵモジュールに持たせれば、標準時刻データが有効か無効かにより、Ｖｎｅｔ時刻同期とＩＲＩＧ−Ｂ時刻同期の自動切換えができる。

また、時刻精度が必要なコントローラのみにＩＲＩＧ−Ｂの設置を局在化させれば、コストを削減できる。
例えば、ＩＲＩＧ−Ｂの設置を局在化させたときに、起動時にＩＲＩＧ−Ｂの設置の有無を自動認識して、ＩＲＩＧ−Ｂが無ければＶｎｅｔ時刻で、在ればＩＲＩＧ−Ｂ時刻で時刻同期を取れるようになる。

さらに、標準時刻データが有効か無効かにより、標準時刻レシーバの故障を自己検出することで、Ｖｎｅｔ時刻同期方式でのバックアップを行うことができるので、信頼性と時刻高精度を両立することができる。

加えて、複数のマスタ時刻を持っているので、Ｖｎｅｔ時刻とＩＲＩＧ−Ｂ時刻とを比較診断する機能をＣＰＵモジュールに持たせることにより、時刻異常を検知することができる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。

本発明に係るプロセスシステムの一実施例を示す構成図である。 従来のプロセスシステムの一例を示す構成図である。

符号の説明

１ ＰＣ
２、３ コントローラ
４ 標準時刻レシーバ
５、６ ＩＲＩＧ−Ｂケーブル
８ Ｖｎｅｔ
１１ 時刻同期方式設定手段
１２ 時刻データ発生手段
２１、３１ ＣＰＵモジュール
２２、３２ メモリ
２３、３３ ＤＩモジュール
２４、３４ メモリ

Claims (6)

1. ネットワークを介して複数のコントローラが接続されるプロセスシステムにおいて、
   前記ネットワークに接続され、このネットワークを介して前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第１装置と、
   前記ネットワークとは別系統で接続され、前記複数のコントローラの少なくとも１つに時刻データを送信する第２装置と、
   を有し、
   前記複数のコントローラの少なくとも１つは、前記第１装置の時刻データまたは前記第２装置の時刻データのいずれかを選択することを特徴とするプロセスシステム。
2. 前記複数のコントローラの少なくとも１つは、選択した時刻データが格納された演算制御部と入出力部とを有し、演算制御部で発生したイベントデータおよび入出力部で発生したイベントデータの双方に、選択した時刻データを付加することを特徴とする請求項１に記載のプロセスシステム。
3. 前記第２装置の時刻データは、前記第１装置の時刻データよりも高精度であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセスシステム。
4. 前記第２の装置の時刻データは、標準時刻に基づく時刻データであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロセスシステム。
5. 前記第１装置は、前記複数のコントローラの少なくとも１つが、前記第１装置の時刻データまたは前記第２装置の時刻データのいずれを選択するかを設定する設定手段を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロセスシステム。
6. 前記複数のコントローラの少なくとも１つは、前記第２装置からの時刻データが有効か無効かを判別する判別手段を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプロセスシステム。
   

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