JP2007188367A - Ｐｌｃの機能検証方式 - Google Patents

Abstract

【課題】大掛かりで手間のかかる機能検証装置を不要にして、実データを使った新設ＰＬＣの機能を検証する。
【解決手段】プラントに既設のＰＬＣ１に代えて組み込む新設ＰＬＣ７の機能を検証する。既設ＰＬＣと新設ＰＬＣとデバッガ１０を共通伝送路９で接続し、既設ＰＬＣはリモートＩＯ３，４の入力データと該リモートＩＯに出力する演算結果を一斉同報で共有伝送路に送信する。この一斉同報データを受信した新設ＰＬＣはその中のリモートＩＯからの入力データを使って演算し、演算結果を一斉同報で共通伝送路に送信する。デバッガは、既設ＰＬＣと新設ＰＬＣが送信する一斉同報伝送データを受信し、それらデータの比較によって新設ＰＬＣの機能の正常／異常を判断する。デバッガは、機能検証結果に関連するデータを記録、表示、および検証結果により警報する機能を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの制御システムに係り、特に主幹制御装置としてＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）を使ったシステムにおけるＰＬＣの機能検証方式に関する。

図３は、ＰＬＣを主幹制御装置とするプラントの制御システムの構成例を示す。ＰＬＣ１にはリモートＩＯ伝送路２を介してリモートＩＯ３、４がそれぞれ接続され、リモートＩＯ３，４にはそれぞれ現場機器５，６が接続される。

この構成において、ＰＬＣ１は、プラントの運転計画に従って現場機器５，６の各機器群の運転・制御指令を発生し、この指令はリモートＩＯ３，４に伝送され、リモートＩＯ３，４は運転・制御指令によって指定される機器に対する運転／停止、制御量調節などの制御信号を発生し、当該機器を運転・制御する。また、現場機器５，６の運転・制御状態はリモートＩＯ３，４で収集し、これら運転・制御状態信号がリモートＩＯ伝送路２を通してＰＬＣ１に伝送され、これら信号は、機器運転状態情報としてＰＬＣ１側のディスプレイ等に表示および履歴情報として保存され、さらには異常の有無等の監視に供される。

このようなシステムにおいて、既設のＰＬＣ１に代えて、新設のＰＬＣに更新する場合、以下の問題がある。

（１）プラント停止
ＰＬＣを入れ替えるためには、プラントをある程度の期間、停止しなければならない。また、停止期間が制限されている場合、入れ替え作業は非常にシビアになり、徹夜作業を行うことも多い。こういう状況では作業ミスなども発生しやすい。

（２）シミュレーション設備
システムが稼動している間、新設ＰＬＣのアプリケーションの検証を実システムを使って試験できないため、実システムをシミュレーションする設備を別途用意しなければならない。プラントが大規模であれば、それだけでも大変なコストになる。しかも、完全に実プラントと同じ動作をさせるシミュレーション設備を用意することは困難である。

（３）試験の正当性確認
新設ＰＬＣのアプリケーションの正当性を確認するのが困難である。シミュレーション設備で正常に動作したアプリケーションでも、実システムで正常に動作するかは、実際に実システムで動かさないとわからない。

この実システムによる試験には、プラントの定期修理などの短時間の運転停止を利用し、新設ＰＬＣによる試運転を行う方式があるが、連続運転されるプラントの場合は試運転を行うための時間を確保するのが難しい。

これらの課題を解決しようとする新設ＰＬＣの機能検証装置として、図４に示すように、既設ＰＬＣ１の入出力モジュールと新設ＰＬＣ７の入出力モジュールとの間の通信を可能にした入出力比較装置８を設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。入出力比較装置８は、リモートＩＯ３，４からの入力信号（機器運転状態情報）を既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７に振り分け、この入力信号に対する既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７からの両出力信号を比較し、両者が一致するか否かで新設ＰＬＣ７の動作の正当性を確認する。
特開２００５−２６７２９７号公報

前記の特許文献１によるＰＬＣ更新方式では、実システムのデータを使って新設ＰＬＣの正当性を確認できるが、実システムでの入出力信号を個々に識別して既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７に振り分ける機能、および比較機能を必要とする入出力比較装置８は、ＰＬＣ１，７と同程度のコンピュータ構成になり、その設計、製作には長い準備期間と高いコストがかかる。

また、入出力比較装置８を実システムに組み込むため、入出力比較装置８に不備があると、実システムをシステムダウンさせるおそれがあり、入出力比較装置８自体の正当性を検証する必要がある。

本発明の目的は、大掛かりで手間のかかる機能検証装置を不要にして、実データを使った新設ＰＬＣの機能検証ができるＰＬＣの機能検証方式を提供することにある。

前記の課題を解決できる本発明は、以下の方式を特徴とする。

（１）プラントの主幹制御装置をＰＬＣとし、このＰＬＣからリモートＩＯを介して現場機器を運転・制御する制御システムにおいて、前記ＰＬＣ（既設ＰＬＣ）に代えてシステムに組み込む新設ＰＬＣの機能を、プラントの実データを使って検証する機能検証方式であって、
既設ＰＬＣと新設ＰＬＣを共通伝送路で接続し、この共通伝送路にデバッガを接続し、
既設ＰＬＣは、前記リモートＩＯの入力データと該リモートＩＯに出力する演算結果を一斉同報で前記共有伝送路に送信する手段を備え、
新設ＰＬＣは、既設ＰＬＣからの一斉同報データを受信し、その中のリモートＩＯからの入力データを使って演算して、演算結果を一斉同報で前記共通伝送路に送信する手段を備え、
前記デバッガは、既設ＰＬＣと新設ＰＬＣが送信する一斉同報伝送データを受信し、それらデータの比較によって新設ＰＬＣの機能の正常／異常を判断する手段を備えたことを特徴とする。

（２）前記デバッガは、
新設ＰＬＣの異常と判断したときに、表示装置に警報を表示するとともに、内部記憶装置に不一致があったことを履歴情報として記録する手段、
一斉同報伝送データを受信して得た既設ＰＬＣの演算結果と新設ＰＬＣの演算結果をサンプリングして内部記憶装置に記憶する手段、
前記サンプリングしたデータをトリガ条件として設定する手段、
前記サンプリングしたデータのトリガ比率を設定する手段、
前記サンプリングしたデータを時系列でグラフ表示し、該グラフにはトリガ点を表示する手段、
のうち、少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、大掛かりで手間のかかる機能検証装置を不要にして、実データを使った新設ＰＬＣの機能検証ができる。具体的には以下の効果がある。

（１）システム停止時間短縮
システムを停止するのは、既設ＰＬＣに共通伝送路接続用インタフェースを実装する時間と、既設ＰＬＣのＩ／Ｏデータを共通伝送路にも出力可能にするアプリケーションプログラム追加の２回であり、いずれも短時間で終わる。

（２）既設ＰＬＣに与える影響が少ない
既設ＰＬＣのアプリケーションを変更するのは、共通伝送路にデータを送信する処理を追加するのみであり、変更箇所が少ない。

（３）実データを使った検証が可能
新設ＰＬＣは既設ＰＬＣから受信したリモートＩＯ入力データを使って演算できるので、実データでの検証ができる。大掛かりなシミュレーション設備が不要となる。

（４）新設ＰＬＣの検証が十分できる
実システムを使った新設ＰＬＣの検証には十分な時間をかけて行うことができ、時間に追われる検証をしなくても済む。

（５）既設ＰＬＣの演算結果との比較ができる
既設ＰＬＣの演算結果と新設ＰＬＣの演算結果をデバッガで比較して、オンライン表示や履歴に記録できるので、実際の正しい動作との比較をしながら、新設ＰＬＣの検証ができる。

（６）トリガ指定ができる
新設ＰＬＣの検証で既設ＰＬＣの演算結果と不一致が発生する場合、不一致が発生する原因を調べるためにトリガを使用できる。不一致発生時点の色々なデータをサンプリングすることで、どのような理由で不一致になったかを詳細に調査することができる。

図１は、本発明の実施形態を示すＰＬＣ更新のためのシステム構成図であり、図３と同等のものは同一符号で示す。

（１）システム構成とデータ伝送
既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７は共通伝送路（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ：登録商標）９で接続する。更に、その伝送路９にデバッガ１０を接続する。これらの接続に際して、既設ＰＬＣにはシステムを停止中に共通伝送路接続用インタフェースを実装する。既設ＰＬＣ１は、システムの運転状態でのリモートＩＯ３，４からの入力データと、リモートＩＯ３，４への出力データを共通伝送路９に一斉同報で送信する。

新設ＰＬＣ７は、既設ＰＬＣ１が送信した一斉同報データを受信して、その中のリモートＩＯ３，４からの入力データを使って演算し、演算結果を一斉同報で共通伝送路９に送信する。このことで、新設ＰＬＣ７は実システムの入力データを取り込み、この実データを使用した演算処理を実行する。

（２）デバッガの処理
共通伝送路９に接続されたデバッガ１０は、既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７が一斉同報で送信するデータを受信して、それらの比較によって新設ＰＬＣの機能の正常／異常を判断する。この比較結果が一定時間一致しないと新設ＰＬＣ７のアプリケーションが正しくないと判断し、デバッガ１０に設けられる表示装置（図示省略）に警報を表示するとともに、内部記憶装置に不一致があったことを履歴情報として記録する。

（３）デバッガの設定項目
デバッガでは以下の設定ができるようにする。

（ａ）一斉同報データの項目設定
下記の表に示すように、既設ＰＬＣ１と新設ＰＬＣ７が送信する各データに名前を付けて、一覧表で管理できるようにする。

（ｂ）受信データの定義
下記の表に示すように、上記の（ａ）で定義したデータの中で、デバッガが記憶するデータを定義する。複数のデータを記憶できるようにする。更に、記憶するタイミング（サンプリングタイミング）とサンプリング数も定義する。

（ｃ）比較データの定義
下記の表に示すように、既設ＰＬＣ１の出力データと新設ＰＬＣ７の出力データで比較対照となるものの対を定義する。対は複数定義できるようにする。また、不一致と見なす時間（検出時間）も設定できるようにする。また、比較するのが数値データの場合、不一致と判断する差（誤差、不感帯）も設定できるようにする。

（ｄ）トリガ設定
上記の（ｂ）で設定したサンプリングを停止するトリガ条件を設定できるようにする。トリガ条件としては、（ａ）で定義した受信データのビット変化、数値データの変化を指定できるようにする。

（ｅ）トリガ比率設定
トリガ条件が発生してから、全体の何％分サンプリングしたら、サンプリングを停止するかを設定できるようにする。

（４）デバッガのデータサンプリング機能
上記の設定項目で指定されたデータを、設定時間間隔でサンプリングして、内部記憶装置に溜め込む。トリガ条件が設定されていない場合は、指定されたサンプル数まで達するまでサンプリングを行う。トリガ条件とトリガ比率が設定された場合は、トリガ条件が発生してから、トリガ比率で設定されたサンプリング数だけサンプリングする。以下に、サンプル数１０００００、トリガ比率が３０％の場合のサンプリング例を示す。

（５）不一致データの表示
下記の表に示すように、上記の（ｃ）で設定したデータの対を比較して、不一致が発生した時間、データの名前、データ値を表示する機能を持つ。この表示はオンラインでの表示も可能であるが、上記の（４）の機能によるサンプリング済みのデータを使って比較データを変更し、この後にオフラインで表示できるようにする。

（６）サンプリングデータの表示
図２に示すように、内部記憶装置に記憶されたサンプリングデータを選択して時系列表示できるようにする。更に、トリガが発生した時刻を明示する。

本発明の実施形態を示すＰＬＣ更新のためのシステム構成図。 実施形態におけるデバッガによるサンプリングデータの表示例。 プラントの制御システムの構成例。 従来のＰＬＣ更新のためのシステム構成図。

符号の説明

１ 既設ＰＬＣ
２ リモートＩＯ伝送路
３、４ リモートＩＯ
５、６ 現場機器
７ 新設ＰＬＣ
８ 入出力比較装置
９ 共通伝送路
１０ デバッガ

Claims (2)

1. プラントの主幹制御装置をＰＬＣとし、このＰＬＣからリモートＩＯを介して現場機器を運転・制御する制御システムにおいて、前記ＰＬＣ（既設ＰＬＣ）に代えてシステムに組み込む新設ＰＬＣの機能を、プラントの実データを使って検証する機能検証方式であって、
   既設ＰＬＣと新設ＰＬＣを共通伝送路で接続し、この共通伝送路にデバッガを接続し、
   既設ＰＬＣは、前記リモートＩＯの入力データと該リモートＩＯに出力する演算結果を一斉同報で前記共有伝送路に送信する手段を備え、
   新設ＰＬＣは、既設ＰＬＣからの一斉同報データを受信し、その中のリモートＩＯからの入力データを使って演算して、演算結果を一斉同報で前記共通伝送路に送信する手段を備え、
   前記デバッガは、既設ＰＬＣと新設ＰＬＣが送信する一斉同報伝送データを受信し、それらデータの比較によって新設ＰＬＣの機能の正常／異常を判断する手段を備えたことを特徴とするＰＬＣの機能検証方式。
2. 前記デバッガは、
   新設ＰＬＣの異常と判断したときに、表示装置に警報を表示するとともに、内部記憶装置に不一致があったことを履歴情報として記録する手段、
   一斉同報伝送データを受信して得た既設ＰＬＣの演算結果と新設ＰＬＣの演算結果をサンプリングして内部記憶装置に記憶する手段、
   前記サンプリングしたデータをトリガ条件として設定する手段、
   前記サンプリングしたデータのトリガ比率を設定する手段、
   前記サンプリングしたデータを時系列でグラフ表示し、該グラフにはトリガ点を表示する手段、
   のうち、少なくとも１つの手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のＰＬＣの機能検証方式。
   

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