JP2008225680A - 監視制御システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】システムの監視や運転制御も含めた綜合的な監視制御サービスを実現できる監視制御システムを提供することにある。
【解決手段】ネットワーク２を介して、プラント１と接続する監視制御サービス部３を有する監視関システムにおいて、監視制御サービス部３は、プラント１からプラントデータを受信し、プラント１の運転制御を行なうための制御指令データを送信し、プラント１からの要求に応じて画面情報を送信することで、プラント１に対して遠隔的に監視または運転制御を行なう構成である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば上下水道プラントなどの監視制御システムに関し、特に、監視制御サービスを実現するためのシステムに関する。

従来、上下水道プラントなどの監視制御システムは、プラント毎に製作又は選択された機器や装置を使用して構築される。しかしながら、近年では、各種の機器や装置の進歩は目覚しく、製作した機器や装置が急速に陳腐化し、設備更新時期になる前に、システム自体が時代遅れになることも珍しくない。また、同一仕様の機器や装置を長期にわたって製造したり、確保することは困難であるため、システムの維持管理が難しい状況が発生している。

また、システムの維持管理業務を外部に委託する傾向が多くなっている。近年では、システムの維持管理業務を請け負うサービスビジネスが提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
東芝レビュー、Vol.55, No.6, 2000年, ２５頁から２８頁「Ｏ＆Ｍビジネスとサービス技術、高嶋英和、中丸正 著」

上下水道プラントの監視制御を行なうシステムの維持管理業務を請け負うサービスビジネスが提案されているが、システムの維持管理業務だけでなく、システムの監視や運転制御も含めた綜合的なサービスの提供が有用である。しかしながら、このような綜合的なサービスビジネスを実現するためのシステムは存在していない。

そこで、本発明の目的は、システムの監視や運転制御も含めた綜合的な監視制御サービスを実現できる監視制御システムを提供することにある。

本発明の観点に従った監視制御システムは、プラントの各種機器を駆動制御するローカル部、及び当該プラントの運転または監視するための監視部を有するプラントとの間で、データ及び制御信号の交換を行なうネットワーク手段と、前記ネットワーク手段に接続し、前記プラントに対する監視及び制御を行なう監視制御サービス手段とを具備し、前記監視制御サービス手段は、前記ローカル部から送信されるプラントデータを受信する手段と、前記プラントデータを保存する保存手段と、前記監視部から送信されるデータで、前記プラントの運転を操作するための操作データを受信して、当該操作データに基づいた制御指令データを前記ローカル部に送信する手段と、前記監視部から送信される要求に応じて、前記保存手段に保存されたプラントデータを使用して監視用画面データを作成して、前記監視部に送信する手段とを有する構成である。

本発明によれば、システムの監視や運転制御も含めた綜合的な監視制御サービスを実現できる監視制御システムを提供することができる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（システムの構成）
図１及び図２は、本実施形態に関する監視制御システムの構成を示すブロック図である。

本システムは、図１に示すように、大別してプラント１と、ネットワーク２と、監視制御サービス部３とから構成されている。プラント１は、例えば上下水道プラントであり、監視部１０とローカル部２０を含む。

ネットワーク２は、インターネットなどの広域ネットワークであり、プラント１と監視制御サービス部３との間を接続し、データや信号の交換を行なうための通信サービス機能と伝送装置を含む。

監視制御サービス部３は、外部委託を請け負うサービス業者が運営するシステムであり、端的にはソフトウェア及びハードウェアを含むコンピュータシステムから構成されている。監視制御サービス部３は、ネットワーク２を介して、プラント１の監視及び運転制御を行なう監視制御サービス機能を実現する構成である。

なお、実際上では、図２に示すように、監視制御サービス部３は、複数のプラント１〜Ｎを対象とする監視制御サービスを行なうシステムである。各プラント１〜Ｎはそれぞれ、監視部１０とローカル部２０を含む構成である。但し、本実施形態では、監視制御サービス部３は、便宜的に１つのプラント１を対象とする監視制御サービスを行なうシステムとして説明する。

（プラントの構成）
監視部１０は、監視用のヒューマン・マシンインターフェース（ＨＭＩ）１１と、操作部１２と、表示出力部１３とを有するコンピュータから構成されている。監視部１０は、後述する監視制御サービス部３の監視サーバ部３０との間で、クライアント／サーバ方式のシステムを構築している。監視部１０では、プラント１のオペレータが操作部１２を操作して、監視制御サービス部３から監視情報（画面情報）を受信したり、監視制御サービス部３に運転情報を送信する。

一方、ローカル部２０は、リモート入出力装置（リモートＩ／Ｏ）２１と、制御回路２２と、各種機器２３Ａ〜２３Ｃから構成されている。リモートＩ／Ｏ２１は、ネットワーク２を介して監視制御サービス部３と接続し、プラントデータを監視制御サービス部３に送信し、また、監視制御サービス部３からの制御指令データを受信する。

制御回路２２は、各種機器２３Ａ〜２３Ｃの駆動を制御するための回路であり、例えばリレー回路またはプログラマブル・ロジックコントローラ（ＰＬＣ）などから構成されている。制御回路２２は、メンテナンスを行なう場合や監視制御サービス部３のシステムダウン時に、プラント１の運転に必要な各種機器２３Ａ〜２３Ｃの駆動を制御できる最小限のコントローラ（シーケンスコントローラと呼ばれることもある）である。制御回路２２は、リモートＩ／Ｏ２１の入出力機能を兼ねる構成でもよい。

（監視制御サービス部の構成）
監視制御サービス部３は、監視サーバ部３０と、制御部３１と、データファイリング部３２と、記憶装置３３とを有する。監視制御サービス部３は、前述したように、コンピュータシステムから構成されており、１台のコンピュータまたは分散された複数台のコンピュータから構成されている。

監視サーバ部３０は、ネットワーク２を介して、プラント１の監視部１０からの要求に応じて、監視画面情報を作成して送信（配信）する。また、監視サーバ部３０は、監視部１０からの操作入力や設定入力を受信し、制御部３１に伝える。さらに、監視サーバ部３０は、後述するように、監視部１０からのデータ履歴の要求に応じて、データファイリング部３２に当該要求を伝えて、データファイリング部３２から渡される要求データを監視部１０に送信する。

制御部３１は、ネットワーク２を介して、ローカル部２０のリモートＩ／Ｏ２１から送信されるプラントデータを受信し、当該プラントデータを監視サーバ部３０及びデータファイリング部３２に配信する。また、制御部３１は、予め構築された制御ロジックに基づいて導き出された制御指令データを、リモートＩ／Ｏ２１に送信する。

データファイリング部３２は、制御部３１から受信したプラントデータを記憶装置３３に格納して保管し、また監視サーバ部３０からの要求に応じて、記憶装置３３に保存されているファイルから要求データを読み込み、監視サーバ部３０に渡す。記憶装置３３は、大容量のファイル装置であり、例えばハードディスクドライブである。

（作用効果）
以下、図３のフローチャートを参照して、本実施形態のシステムの動作及び効果を説明する。なお、ここでは、便宜的に、１つのシステムの処理として説明するが、実際には、プラント１と監視制御サービス部３の各処理は並行して実行される。

まず、プラント１では、例えば、オペレータが監視部１０の操作部１２からの操作入力により、ローカル部２０の各種機器２３Ａ〜２３Ｃを起動させる。プラント１では、リモートＩ／Ｏ２１は、ローカル部２０での各種機器２３Ａ〜２３Ｃの動作状態や故障検知な度を含むプラントデータを収集し、ネットワーク２を介して、監視制御サービス部３に送出する（ステップＳ１のＹＥＳ，Ｓ２）。ここで、リモートＩ／Ｏ２１は、オープンな伝送仕様（伝送規格）に従って、プラントデータをネットワーク２に送出する。

監視制御サービス部３では、制御部３１は、ネットワーク２を介して、プラント１のリモートＩ／Ｏ２１から送信されたプラントデータを受信し、必要に応じて処理または加工した後に、監視サーバ部３０及びデータファイリング部３２に渡す（ステップＳ１１）。

さらに、制御部３１は、予め内蔵メモリ上に展開された制御プログラムにより、当該プラントデータを使用して制御指令データを生成して、ネットワーク２に送出する（ステップＳ１２）。プラント１では、リモートＩ／Ｏ２１は、ネットワーク２を介して、制御部３１から送信された制御指令データを受信し、制御回路２２に転送する。制御回路２２は、監視制御サービス部３からの制御指令データに従って、各種機器２３Ａ〜２３Ｃの駆動制御などの制御動作を実行する。

一方、監視制御サービス部３では、データファイリング部３２は、制御部３１から受信したプラントデータを記憶装置３３に格納して保管する（ステップＳ１３）。この場合、データファイリング部３２は、例えばプラント毎の複数のファイル（３３０）に分けて、予め決められたデータフォーマットに従って加工したプラントデータを記憶装置３３に格納する。

次に、プラント１では、例えば、オペレータが監視部１０の操作部１２からの操作入力により、プラント１の状態や故障などを監視するための監視画面情報の要求（画面要求）を監視制御サービス部３に送信する（ステップＳ３のＹＥＳ，Ｓ４）。

監視制御サービス部３では、監視サーバ部３０は、当該画面要求に応じて、制御部３１から受け取ったプラントデータを、予め決められた監視画面フォーマットに埋め込み、作成した画面情報をプラント１の監視部１０に送信する（ステップＳ１４）。これにより、監視部１０は、画面情報を受信すると、表示出力部１３のディスプレイ上に当該画面情報による監視画面を表示する。オペレータは、当該監視画面上で、ローカル部２０での各種機器２３Ａ〜２３Ｃの動作状態や故障検知などを確認することができる。

また、プラント１では、例えば、オペレータが監視部１０の操作部１２からの操作入力により、プラント１の運転操作を指示する操作データを、監視制御サービス部３に送信する（ステップＳ５のＹＥＳ，Ｓ６）。プラント１の運転操作とは、ローカル部２０での各種機器２３Ａ〜２３Ｃの駆動制御に関する操作である。

監視制御サービス部３では、監視サーバ部３０は、プラント１からの操作データを受信すると、当該操作データを制御部３１に渡す。制御部３１は、予め内蔵メモリ上に展開された制御プログラムを当該操作データに使用して実行することにより、制御指令データを生成してネットワーク２に送出する（ステップＳ１５）。

プラント１では、リモートＩ／Ｏ２１は、ネットワーク２を介して、制御部３１から送信された制御指令データを受信し、制御回路２２に転送する。制御回路２２は、監視制御サービス部３からの制御指令データに従って、各種機器２３Ａ〜２３Ｃの駆動制御などの制御動作を実行する。

さらに、プラント１では、例えば、オペレータが監視部１０の操作部１２からの操作入力により、プラント１の状態や故障などの履歴を表示するための監視画面情報の要求（履歴表示要求）を監視制御サービス部３に送信する（ステップＳ７のＹＥＳ，Ｓ８）。

監視制御サービス部３では、監視サーバ部３０は、当該履歴表示要求に応じて、データファイリング部３２に当該要求を伝える。データファイリング部３２は、記憶装置３３に保存されているファイルから要求データを読み込み、監視サーバ部３０に渡す（ステップＳ１６）。

監視サーバ部３０は、データファイリング部３２から受け取ったデータ（プラント１の状態や故障などの履歴情報）を、予め決められた監視画面フォーマットに埋め込み、作成した画面情報をプラント１の監視部１０に送信する（ステップＳ１７）。

これにより、監視部１０は、画面情報を受信すると、表示出力部１３のディスプレイ上に当該画面情報による監視画面を表示する。オペレータは、当該監視画面上で、ローカル部２０での各種機器２３Ａ〜２３Ｃの動作状態や故障検知などに関する履歴を確認することができる。

以上のようにして、本実施形態のシステムによれば、広域ネットワーク２を介して、プラント１と接続された監視制御サービス部３により、プラント１の監視及び運転制御などの監視制御サービス機能を実現することができる。この監視制御サービス部３が、例えば外部委託を請け負うサービス業者により運営されることにより、プラント１に含まれる監視部１０及びローカル部２０に設置される機器やコンポーネント（コンピュータなどの装置）は、必要最小限の機能を備えたものでよい。

従って、当該機器やコンポーネントは、プラント毎の制限が緩和されて、小型化が可能となり、例えば低コストのコントローラなどで構成することも可能である。また、監視制御サービス部３の制御部３１は、従来の汎用化目的のモジュール化、耐環境性を有するコントローラに限ることなく、専用のコンピュータなどで構成することが可能である。

これにより、陳腐化しにくい汎用的で、かつ低コストの機器やコンポーネントを使用してプラント１を構築し、しかも高性能の監視制御システムを利用することができる。特に、高価なコンポーネントを設置する必要がなく、初期コストが少なく、かつ設備更新が難しい小規模のプラントに有効である。

なお、本実施形態は、１つのプラント１には、監視部１０とローカル部２０がそれぞれ１つの場合について説明したが、これに限定されることなく、例えば１つの監視部１０に対して、複数のローカル部２０が存在するプラントの構成でもよい。このような構成では、当然ながら、監視制御サービス部３は、各ローカル部２０からそれぞれのプラントデータを受信し、かつ、各ローカル部２０のそれぞれに対して制御指令データを送信する。

また、プラント１としては、上水道又は下水道プラントを想定しているが、これに限ることなく、各種のプラント（施設）にも適用できる。

さらに、プラント１と監視制御サービス部３との間で、ネットワーク２を介してデータ交換を行なう場合の通信を、暗号化するためのシステムを含む。即ち、ローカル部２０は、リモートＩ／Ｏ２１が、暗号化したプラントデータを監視制御サービス部３に送信する。監視制御サービス部３では、制御部３１は、リモートＩ／Ｏ２１から受信した暗号化プラントデータを復号化する。

一方、制御部３１は、暗号化した制御指令データをプラント１に送信する。プラント１では、リモートＩ／Ｏ２１は、受信した暗号化制御指令データを復号化する。また、監視サーバ部３０は、暗号化した画面情報（プラントデータや履歴情報が埋め込まれた画面情報）をプラント１に送信する。プラント１では、監視部１０は、受信した暗号化画面情報を復号化する。

このような方法により、インターネットなどの広域ネットワーク２を利用して、プラント１と監視制御サービス部３との間で行なうデータ交換時に、高いレベルのセキュリティを確保することが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態に関する監視制御システムの構成を示すブロック図。 本実施形態に関する監視制御システムを複数のプラントに適用する場合の構成を示すブロック図。 本実施形態に関するシステムの処理手順を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１，Ｎ…プラント、２…ネットワーク、３…監視制御サービス部、
１０…監視部、１１…ヒューマン・マシンインターフェース（ＨＭＩ）、
１２…操作部、１３…表示出力部、２０…ローカル部、
２１…リモート入出力装置（リモートＩ／Ｏ）、２２…制御回路、
２３Ａ〜２３Ｃ…機器、３０…監視サーバ部、３１…制御部、
３２…データファイリング部、３３…記憶装置。

Claims (6)

1. プラントの各種機器を駆動制御するローカル部、及び当該プラントの運転または監視するための監視部を有するプラントとの間で、データ及び制御信号の交換を行なうネットワーク手段と、
   前記ネットワーク手段に接続し、前記プラントに対する監視及び制御を行なう監視制御サービス手段とを具備し、
   前記監視制御サービス手段は、
   前記ローカル部から送信されるプラントデータを受信する手段と、
   前記プラントデータを保存する保存手段と、
   前記監視部から送信されるデータで、前記プラントの運転を操作するための操作データを受信して、当該操作データに基づいた制御指令データを前記ローカル部に送信する手段と、
   前記監視部から送信される要求に応じて、前記保存手段に保存されたプラントデータを使用して監視用画面データを作成して、前記監視部に送信する手段と
   を有することを特徴とする監視制御システム。
2. 前記プラントは複数のプラントからなり、当該各プラント毎に前記ローカル部及び前記監視部を含み、
   前記監視制御サービス手段は、前記各プラントの監視及び制御をそれぞれ行なう構成であることを特徴とする請求項１に記載の監視制御システム。
3. 前記プラントは、１つの前記監視部と、複数の前記ローカル部とを含む構成であり、
   前記監視制御サービス手段は、前記各ローカル部のそれぞれからプラントデータを受信し、かつ、前記各ローカル部のそれぞれに対して制御指令データを前記ローカル部に送信する構成であることを特徴とする請求項１に記載の監視制御システム。
4. 前記プラントは上水道又は下水道プラントであり、前記各種機器として上水又は下水の処理に必要な機器を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の監視制御システム。
5. 前記ネットワーク手段は、インターネットなどの広域ネットワークであり、
   前記プラントと前記監視制御サービス手段との間でデータ交換を行なう場合の通信を、暗号化する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１項に記載の監視制御システム。
6. プラントの各種機器を駆動制御するローカル部、及び当該プラントの運転または監視するための監視部を有するプラントとの間で、ネットワークを介してデータ及び制御信号の交換を行なう監視制御サービス手段を有する監視制御システムに適用する監視制御方法であって、
   前記監視制御サービス手段は、
   前記ローカル部から送信されるプラントデータを受信するステップと、
   前記プラントデータを保存するステップと、
   前記監視部から送信されるデータで、前記プラントの運転を操作するための操作データを受信して、当該操作データに基づいた制御指令データを前記ローカル部に送信するステップと、
   前記監視部から送信される要求に応じて、前記保存手段に保存されたプラントデータを使用して監視用画面データを作成して、前記監視部に送信するステップと
   を有する手順を実行する監視制御方法。

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