JP2006285320A - 安全計装システムおよびプラント制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的なスイッチを排除しつつ、安全保持のための処理を必要な範囲で効果的に禁止できる安全計装システムおよびプラント制御方法を提供する。
【解決手段】 検出手段１０１は、プラントの異常を検出する。実行手段１０２は、検出手段１０１により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行する。禁止手段１０３は、所定の要求に応じて、実行手段１０２による処理の実行を禁止する。受付手段１０４は、プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、上記所定の要求を受け付ける。受付手段１０４は、上記所定の要求の受け付けに際してマンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行する認証手段１０５を具備し、受付手段１０４は認証手段１０５により正常に認証が行われた場合のみ、上記所定の要求を受け付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの異常を検出して安全保持のための所定の処理を実行する安全計装システムおよびプラント制御方法に関する。

プラントのフィールド機器の定期点検やメンテナンスは、プラントの稼動を継続した状態で実施される。そして、点検やメンテナンス中であっても、安全計装システム全体の動作は継続させることが望まれる。このため、メンテナンス等の作業での誤入力により、プラントのシャットダウン動作等を行ってしまうことがないように、あらかじめ関連するアプリケーションや出力に対して手当てを行う必要がある。安全計装システムの場合、メンテナンス要員ではなく、プラントの運転状態を監視するオペレータの操作で安全にメンテナンス作業が実施できるように、入力値、または出力値を固定できる機構をあらかじめフィールドコントローラのアプリケーションに用意するのが一般的である。このようにフィールドコントローラ内部のアプリケーションの変数を、予め記述した値に一時的に固定し、安全計装システムによるシャットダウン等の処理を必要な範囲で禁止する機能がメンテナンスオーバライドである。

図８は、従来の安全計装システムでのメンテナンスオーバライド時の制御を示すブロック図である。入力値５１はフィールド機器からの入力される変数であり、正常時は１、異常時は０になる。変数５２および変数５３は、キースイッチから入力される変数である。オペレータは作業を行う場合、両方のキースイッチをオン状態に変更し、変数５２および変数５３を１に設定する。両者の値が１となった場合にファンクションブロック５５からの出力データ５６が常時１（正常側）に固定される。このような状態では、フィールド機器の交換、点検時の誤入力に基づいて、シャットダウン等の処理が実行されることはない。

このように従来の安全計装システムでは、複数のキースイッチを使用することにより、他のフィールド機器の入力信号を固定する等の誤操作を防止する安全対策をとっている。安全計装システムでは、メンテナンスの対象箇所ごとに、キースイッチからの信号を受け付けるアプリケーションを組み込んでいる。

特開２００４−５４５５５号公報

メンテナンスオーバライドの仕組み自体は複雑なアプリケーションではないが、入出力点数が多数あるプラントや、プラントの安全性を高めるためには、キースイッチを多数利用する場合が多く、この場合は、アプリケーションも非常に複雑になる。

また、既存のメンテナンスオーバライドの仕組みでは、メンテナンスを行う入出力単位で、メンテナンスオーバライドを設定／解除するキースイッチの信号が必要となる。とくに、メンテナンスの対象部位が階層構造によって定められる場合等には、操作対象となるキースイッチの特定が難しくなり、作業負担が増大する。安全計装システムでは安易な操作やユーザ誤操作でデータ値が固定されてはいけないので、キースイッチは必須となっているが、物理的資源を使用するため、設置面や保守面のコストを上昇させる。

本発明の目的は、機械的なスイッチを排除しつつ、安全保持のための処理を必要な範囲で効果的に禁止できる安全計装システムおよびプラント制御方法を提供することにある。

本発明の安全計装システムは、プラントの異常を検出する検出手段と、前記検出手段により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行する実行手段と、を備える安全計装システムにおいて、所定の要求に応じて、前記実行手段による処理の実行を禁止する禁止手段と、前記プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、前記所定の要求を受け付ける受付手段と、を備えることを特徴とする。
この安全計装システムによれば、処理の実行を禁止する要求を、マンマシンインタフェースを介して行うことができるため、機械的なスイッチを削減できる。

前記受付手段は、前記所定の要求の受け付けに際して前記マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行する認証手段を具備し、前記受付手段は前記認証手段により正常に認証が行われた場合のみ、前記所定の要求を受け付けてもよい。
この場合には、マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行するので、さらに機械的なスイッチを削減できる。

前記受付手段は、フィールド機器を制御するフィールドコントローラに設けられてもよい。

本発明のプラント制御方法は、プラントの異常を検出するステップと、前記検出手段により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行するステップと、を備えるプラント制御方法において、所定の要求に応じて、前記処理の実行を禁止するステップと、前記プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、前記所定の要求を受け付けるステップと、を備えることを特徴とする。
このプラント制御方法によれば、処理の実行を禁止する要求を、マンマシンインタフェースを介して行うことができるため、機械的なスイッチを削減できる。

前記所定の要求の受け付けに際して前記マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行するステップを備え、前記所定の要求を受け付けるステップでは、前記ユーザ認証を実行するステップにより正常に認証が行われた場合のみ、前記所定の要求を受け付けてもよい。
この場合には、マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行するので、さらに機械的なスイッチを削減できる。

本発明の安全計装システムによれば、処理の実行を禁止する要求を、マンマシンインタフェースを介して行うことができるため、機械的なスイッチを削減できる。また、本発明のプラント制御方法によれば、処理の実行を禁止する要求を、マンマシンインタフェースを介して行うことができるため、機械的なスイッチを削減できる。

図１は本発明による安全計装システムを機能的に示すブロック図である。

図１において、検出手段１０１は、プラントの異常を検出する。実行手段１０２は、検出手段１０１により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行する。禁止手段１０３は、所定の要求に応じて、実行手段１０２による処理の実行を禁止する。受付手段１０４は、プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、上記所定の要求を受け付ける。

受付手段１０４は、上記所定の要求の受け付けに際してマンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行する認証手段１０５を具備し、受付手段１０４は認証手段１０５により正常に認証が行われた場合のみ、上記所定の要求を受け付ける。

以下、図２〜図７を参照して、本発明による安全計装システムの一実施形態について説明する。

図２は実施例１の安全計装システムの構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施例の安全計装システムは、電磁弁、センサ等のフィールド機器１，１，・・・が接続されたフィールドコントローラ２，２，・・・と、プラント内に分散配置されたフィールドコントローラ２を介してフィールド機器１，１，・・・を監視するマンマシンインタフェース３と、を備える。フィールドコントローラ２，２，・・・およびマンマシンインタフェース３は、制御バス５を介して互いに接続されている。

図２に示すように、フィールドコントローラ２は、フィールドコントローラ２の動作を制御するＣＰＵ２１と、フィールド機器１，１，・・・との間での通信を行う入出力装置２２と、を具備する。入出力装置２２には、各フィールド機器１との間での通信を担当する入出力モジュール２２ａが、それぞれ実装される。
ＣＰＵ２１はフィールドコントローラ２に実装されたアプリケーションプログラムに従って所定の処理を実行する。

このシステムでは、マンマシンインタフェース３に備えられた制御機能により、フィールドコントローラ２，２，・・・を介してフィールド機器１，１，・・・が制御され、プラントの自動操業が実行される。また、マンマシンインタフェース３を介して、プラントに対する各種の手動操作を実行できる。

図３は本実施例の安全計装システムにおけるメンテナンス時の処理手順を示すフローチャート、図４はフィールドコントローラ２に実装されるオーバライド用のファンクションブロックを例示する図、図５はメンテナンス時の処理手順を示す図である。

図４に示すオーバライド用のファンクションブロック７は、フィールドコントローラ２に実装されたアプリケーションプログラムの一部として作成される。

図４（ａ）に示すように、ファンクションブロック７では、オーバライドに設定されていない時、すなわち通常時には、出力値ＯＵＴとしてフィールド機器１からの入力値ＩＮが選択される。入力値ＩＮは正常時には１、異常時には０となる。

一方、図４（ｂ）に示すように、オーバライドに設定されている時、出力値ＯＵＴとして固定値ＶＡＬが選択される。固定値ＶＡＬ＝１（正常側）に設定される。

設定スイッチＳＷは、オーバライドの許可／禁止を定める値である。通常時には、ＳＷ＝０に設定され、オーバライドの要求を受けてもオーバライドが禁止される。メンテナンス時には、ＳＷ＝１に設定され、オーバライドの要求を受けた場合、オーバライドに設定される。図５および図２に示すように、設定スイッチＳＷの値は、入出力モジュール２２ａを介してフィールドコントローラ２に接続されたキースイッチ１Ａにより定められる。

状態値ＳＴＳは、オーバライドの設定／解除の状態を示す値である。

図５に示すように、フィールドコントローラ２には、オーバライド用のファンクションブロック７に対応して写像ブロック８が実装されている。写像ブロック８にはファンクションブロック７で取り扱うデータのうち、マンマシンインタフェース３で取り扱うデータが写像されている。これらのデータは、マンマシンインタフェース３を介して操作、監視される。

次に、図３を参照してメンテナンス時の処理手順を説明する。図３の処理手順は、対応するフィールドコントローラ２のＣＰＵ２１の制御に基づいて実行される。

図３のステップＳ１では、オーバライドの要求を待って、ステップＳ３へ進む。図５に示すように、オーバライドの要求は写像ブロック８の変数ＭＶとして取り扱われる。ユーザは、マンマシンインタフェース３を介して写像ブロック８を表示させ、変数ＭＶを０から１に変更することにより、オーバライドを要求できる。

次に、ステップＳ３では、設定スイッチＳＷの値を読み込み、ＳＷ＝１か否か判断する。この判断が肯定されればステップＳ４へ進み、否定されればステップＳ１へ戻る。メンテナンス時、あらかじめキースイッチ１Ａを操作して設定スイッチＳＷの値を０から１に切り替えることで、オーバライドが可能になる。キースイッチ１Ａの操作を行っていない場合に、ステップＳ３の判断が否定されることになる。

ステップＳ４では、出力値ＯＵＴとして固定値ＶＡＬ＝１を選択することで、オーバライドに設定する。オーバライドに設定後、ユーザは必要なメンテナンス作業を実施する。オーバライドに設定されている間、メンテナンス作業に起因して、シャットダウン等の処理が不用意に実行されてしまうことが防止される。

オーバライドの設定／解除の状態を示す状態値ＳＴＳは、写像ブロック８の変数ＰＶに反映されており、マンマシンインタフェース３を介してオーバライドの設定／解除を確認できる。

ステップＳ５では、オーバライドの解除が要求されるのを待って、ステップＳ６へ進む。オーバライドの解除は、マンマシンインタフェース３を介して写像ブロック８を表示させ、変数ＭＶを１から０に戻すことにより要求できる。

ステップＳ６では、出力値ＯＵＴとして入力値ＩＮを選択することで、オーバライドを解除し、ステップＳ１へ戻る。以降、安全計装システムの通常動作が確保される。

以上のように、本実施例では、フィールドコントローラ２に、ファンクションブロック７および写像ブロック８を実装している。このため、メンテナンスオーバライドのためのアプリケーションがより単純化でき、エンジニアリング工数、テスト工数が削減できる。また、マンマシンインタフェース３を介してオーバライドの設定／解除を要求できるので、メンテナンス時の煩雑な作業が必要なくなるとともに機械的なスイッチを削減できる。さらに、本実施例では、システムの拡張を行う場合に、ソフトウェアの追加、変更で対応できるため、エンジニアリングの負担を低減できる。

本実施例では、ファンクションブロック７の出力値をオーバライドにより固定する例を示したが、ファンクションブロック７への入力値を固定することで、システムの処理の実行を禁止してもよい。

実施例２は、実施例１におけるキースイッチ１Ａの機能を代替する処理としてユーザ認証を実行する例である。

図６は本実施例の安全計装システムにおけるメンテナンス時の処理手順を示すフローチャート、図７はメンテナンス時の処理手順を示す図である。

以下、図６および図７を参照してメンテナンス時の処理手順を説明する。図６の処理手順は、対応するフィールドコントローラ２のＣＰＵ２１の制御に基づいて実行される。

図６のステップＳ１１では、オーバライドの要求を待って、ステップＳ１２へ進む。図７に示すように、オーバライドの要求は写像ブロック８の変数ＭＶとして取り扱われる。ユーザは、マンマシンインタフェース３を介して写像ブロック８を表示させ、変数ＭＶを０から１に変更することにより、オーバライドを要求できる。

ステップＳ１２では、パスワードを用いたユーザ認証処理を実行する。図７に示すように、ユーザ認証処理は、フィールドコントローラ２に実装された認証用のファンクションブロック９を用いて行う。ファンクションブロック９は、フィールドコントローラ２に実装されたアプリケーションプログラムの一部として作成される。フィールドコントローラ２には、ファンクションブロック９に対応する写像ブロック１０も実装されている。

図７に示すように、認証用のファンクションブロック９は、マンマシンインタフェース３から写像ブロック１０を経由して入力された文字列と、予め入力値ＰＳＷＩとして設定されているパスワードとを比較し、一致しているか否かを出力値ＰＳＷＯとして出力する。文字列とパスワードが一致した場合には、ＰＳＷＯ＝１となり、この値は、オーバライド用のファンクションブロック７の設定スイッチＳＷの値として用いられる。

ステップＳ１２では、パスワードを問い合わせるダイアログをマンマシンインタフェース３の画面に表示する。マンマシンインタフェース３により入力された文字列はファンクションブロック９に通知され、パスワードが一致すると、出力値ＰＳＷＯとして１が出力される。また、出力値ＰＳＷＯの値は写像ブロックの変数ＰＶを通じて、マンマシンインタフェース３に表示されるので、ユーザは認証結果を参照できる。

次に、ステップＳ１３では、設定スイッチＳＷの値を読み込み、ＳＷ＝１か否か判断する。この判断が肯定されればステップＳ１４へ進み、否定されればステップＳ１１へ戻る。上記ユーザ認証処理において、入力された文字列が正しいパスワードに一致していない場合に、ステップＳ１３の判断が否定されることになる。

ステップＳ１４では、出力値ＯＵＴとして固定値ＶＡＬ（例えば、ＶＡＬ＝１）を選択することで、オーバライドに設定する。オーバライドに設定後、ユーザは必要なメンテナンス作業を実施できる。オーバライドの設定／解除の状態を示す状態値ＳＴＳは、写像ブロック８の変数ＰＶに反映されており、マンマシンインタフェース３を介してオーバライドの設定／解除を確認できる。

ステップＳ１５では、オーバライドの解除が要求されるのを待って、ステップＳ１６へ進む。オーバライドの解除は、マンマシンインタフェース３を介して写像ブロック８を表示させ、変数ＭＶを１から０に戻すことにより要求できる。

ステップＳ１６では、出力値ＯＵＴとして入力値ＩＮを選択することで、オーバライドを解除し、ステップＳ１１へ戻る。

このように、本実施例では、オーバライドの要求時にパスワードの入力を要求している。このため、装置の故障等に基づく誤動作により、誤ってオーバライドが設定されるような事故を防止できる。また、パスワードの入力を求めるファンクションブロックを設けることにより、機械的なスイッチ（キースイッチ１Ａ等）からの接点入力信号という物理的な資源を削減することができる。これにより配線や保守に関するコストが低減できる。また、システムの拡張を行う場合に、ソフトウェアの追加、変更で対応できるため、エンジニアリングの負担を低減できる。

本実施例では、オーバライド用のファンクションブロック７によるオーバライド設定について説明したが、複数のオーバライド用のファンクションブロックに対し、共通の認証結果を与えてもよい。これにより、複数のオーバライド用のファンクションブロックにわたる範囲について、１回のユーザ認証処理によってオーバライドを設定できる。

上記実施形態では、メンテナンス時のオーバライドを例にして説明したが、ユーザにより操作される押しボタン、切り替えスイッチなど、従来、接点入力信号を使用していたものをこのようなファンクションブロックの出力で代用することが可能となる。これらの接点入力信号をソフトウェアで置き換えることにより、入出力モジュール２２ａの個数を減らし、システム全体のコストを下げることが可能となる。

本発明は上記実施形態に限定されない。本発明はプラントの異常を検出して所定の処理を実行するシステムに対し、広く適用される。

本発明による安全計装システムを機能的に示すブロック図である。 実施例１の安全計装システムの構成を示すブロック図である。 実施例１の安全計装システムにおけるメンテナンス時の処理手順を示すフローチャートである。 フィールドコントローラ２に実装されるオーバライド用のファンクションブロックを例示する図である。 メンテナンス時の処理手順を示す図である。 実施例２の安全計装システムにおけるメンテナンス時の処理手順を示すフローチャートである。 メンテナンス時の処理手順を示す図である。 従来の安全計装システムでのメンテナンスオーバライド時の制御を示すブロック図である。

符号の説明

２１ ＣＰＵ（受付手段、認証手段、禁止手段）
３ マンマシンインタフェース
１０１ 検出手段
１０２ 実行手段
１０３ 禁止手段
１０４ 受付手段
１０５ 認証手段

Claims (5)

1. プラントの異常を検出する検出手段と、前記検出手段により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行する実行手段と、を備える安全計装システムにおいて、
   所定の要求に応じて、前記実行手段による処理の実行を禁止する禁止手段と、
   前記プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、前記所定の要求を受け付ける受付手段と、
   を備えることを特徴とする安全計装システム。
2. 前記受付手段は、前記所定の要求の受け付けに際して前記マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行する認証手段を具備し、
   前記受付手段は前記認証手段により正常に認証が行われた場合のみ、前記所定の要求を受け付けることを特徴とする請求項１に記載の安全計装システム。
3. 前記受付手段は、フィールド機器を制御するフィールドコントローラに設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の安全計装システム。
4. プラントの異常を検出するステップと、前記検出手段により異常が検出された場合に安全保持のための所定の処理を実行するステップと、を備えるプラント制御方法において、
   所定の要求に応じて、前記処理の実行を禁止するステップと、
   前記プラントを監視するためのマンマシンインタフェースを介して行われる、前記所定の要求を受け付けるステップと、
   を備えることを特徴とするプラント制御方法。
5. 前記所定の要求の受け付けに際して前記マンマシンインタフェースを介してユーザ認証を実行するステップを備え、
   前記所定の要求を受け付けるステップでは、前記ユーザ認証を実行するステップにより正常に認証が行われた場合のみ、前記所定の要求を受け付けることを特徴とする請求項４に記載のプラント制御方法。
   

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