JP2010039715A - 石油化学プラントのバルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価なマイクロコンピュータを用いることなく、バルブの単体試験操作及びそのときの試験データの評価を行なうことができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供する。
【解決手段】開度センサＳ１から入力されるバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力されるバルブＶの制御指令値に基づいて、油圧機構を制御してバルブの開度をフィードバック制御する制御部２０と、制御部２０により制御されるバルブの制御情報を表示可能な表示部４０とを備えている石油化学プラントのバルブ制御装置であって、制御部２０と表示部４０の夫々にＬＡＮ接続された共有メモリＣＭを設けるとともに、表示部４０にバルブＶを試験駆動するための操作部を備え、表示部は、操作部を介して設定された試験駆動情報を共有メモリを介して制御部に送信し、共有メモリを介して取得した試験駆動情報に対応する制御情報を表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は、石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置等の石油化学プラントに組み込まれたバルブを制御するバルブ制御装置に関する。

石油化学プラントでは、被制御流体に対する制御の誤りにより爆発等の危険を招く虞があることや、機器の異常により運転を一旦停止すると、運転の再開には機器の点検等に手数を要することから、使用するバルブ及びバルブ制御装置には、高い信頼性が求められる。

特許文献１には、バルブの初期設置時に、バルブの制御特性を検証するため、バルブ制御装置に試験装置を接続して、当該試験装置を操作することによりバルブ制御装置を試験駆動する単体試験装置が提案されている。

上述の従来技術によれば、バルブの初期設置時以外、定期的なメンテナンスや何らかの異常が発生した場合であっても、単体試験装置をバルブ制御装置に接続することにより、バルブの制御特性を検証することができる。
特開平９−２９２３１０号公報

しかし、石油化学プラントに組み込まれる多数のバルブに対して、その都度単体試験装置を持ち運び、バルブ制御装置に接続して試験駆動するのは非常に煩雑であるという問題があった。

また、単体試験装置に試験データを記憶するデータ保存装置が組み込まれているが、その場で試験データを解析することはできず、迅速に評価できないという問題もあった。

通常、バルブ制御装置にはバルブ制御用のマイクロコンピュータが組み込まれている。大型のバルブを制御するために油圧サーボ機構を介してバルブを高速に制御するような場合には、マイクロコンピュータは、主制御装置からの制御指令、及び油圧、油温、バルブ開度等の複数のセンサ入力に基づいて所定の制御演算を実行し、その結果、オイルポンプやサーボバルブ等を適切に駆動制御しながらも、各負荷の動作状態が適正であるか否かを検出し、異常があれば速やかに報知するといったような複数のジョブを所定の制御周期で繰り返し実行するように構成されている。

そのようなマイクロコンピュータに単体試験装置と同様の機能及び試験データを解析して評価する機能を組み込むことが考えられるが、その場合、マイクロコンピュータの制御負荷が重くなり、所定の制御周期内でジョブを完結させるためには、高価な高速のマイクロコンピュータを用いる必要があるという問題もあった。

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、高価なマイクロコンピュータを用いることなく、バルブの単体試験操作及びそのときの試験データの評価を行なうことができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明による石油化学プラントのバルブ制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、油圧機構を制御して前記バルブの開度をフィードバック制御する制御部と、前記制御部により制御される前記バルブの制御情報を表示可能な表示部と、前記バルブを試験駆動するための操作部とを備えている石油化学プラントのバルブ制御装置であって、前記操作部を介して設定された試験駆動情報が前記制御部に送信され、前記表示部が前記制御部から送信された前記試験駆動情報に対応する制御情報を表示するように構成されている点にある。

上述の構成によれば、バルブ制御装置の機能が表示部と制御部に分散されるため、夫々を安価に構成でき、トータルコストを低減させることができ、従来のように、単体試験装置を持ち運ぶような手間が省かれるとともに、迅速に試験結果を得ることができるようになった。

同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記表示部は、試験駆動時の制御情報を所定時間間隔で取得してトレンドグラフとして表示する点にある。

制御部によって試験駆動されるバルブの制御情報が表示部に送信され、送信された制御情報が表示部により所定時間間隔で読み出され、その特性がトレンドグラフに表示される。従って、オペレータは表示されたトレンドグラフを目視確認することにより迅速に評価できるようになる。

同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、前記表示部に、試験駆動時の制御情報を記憶する着脱可能な不揮発性メモリを備えている点にある。

上述の構成によれば、一連の試験に関する制御情報が不揮発性メモリに累積的に記憶することができるようになり、当該制御情報に基づいて専用の解析装置で解析する必要がある場合であっても、表示部から不揮発性メモリを取り外して、制御情報を解析装置に移植することができるようになる。また、不揮発性メモリであれば極めて容易に持ち運ぶこともできる。

同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第一から第三の何れかに特徴構成に加えて、前記試験駆動に、前記バルブを全開状態と全閉状態の間で駆動する場合の制御特性、所定開度に対するステップ応答特性、所定開度間の周波数応答特性が含まれる点にある。

石油化学プラントにおいて複雑な油圧機構を介して駆動されるバルブに関して、バルブを全開状態と全閉状態の間で駆動する場合の制御特性、所定開度に対するステップ応答特性、所定開度間の周波数応答特性が極めて重要であり、このような特性がその場で計測され、オペレータが視認評価できることにより、極めて効率よく検査を行なうことができるようになる。

同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第一から第四の何れかに特徴構成に加えて、前記制御部と前記表示部の夫々にＬＡＮ接続された共有メモリを設けるとともに、前記表示部に前記操作部を備え、前記表示部は前記操作部を介して設定された試験駆動情報を前記共有メモリを介して前記制御部に送信し、前記共有メモリを介して取得した前記試験駆動情報に対応する制御情報を表示するように構成されている点にある。

バルブ制御装置が、バルブの開度を制御する制御部と、制御部によるバルブの制御状態を表示する表示部とに機能分離され、表示部と制御部の夫々に備えた共有メモリをＬＡＮ（例えば、ＣＵｎｅｔ（リアルタイム分散処理ネットワーク））接続することによりデータが共用可能になる。表示部に備えた操作部を介して設定された試験駆動情報が共有メモリを介して制御部に伝送され、制御部により試験駆動を含むバルブの開度制御機能が実現される。制御部が取得した制御情報が共有メモリを介して表示部に伝送され、当該制御情報に基づいて制御情報の表示機能が実現される。バルブ制御装置の機能が表示部と制御部に分散されるため、夫々を安価に構成でき、トータルコストを低減させることができ、従来のように、単体試験装置を持ち運ぶような手間が省かれるとともに、迅速に試験結果を得ることができる。

以上説明した通り、本発明によれば、高価なマイクロコンピュータを用いることなく、バルブの単体試験操作及びそのときの試験データの評価を行なうことができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することができるようになった。

以下に、石油化学プラントの一例である石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置に組み込まれたバルブ制御装置を説明する。図１に示すように、バルブの制御装置１は、プラントに組み込まれたバルブＶの近傍に配置された油圧ユニットＵに組み込まれ、プラントの主制御装置ＣＴから入力されたバルブＶに対する目標開度信号と開度センサＳで検出されたバルブの開度信号に基づいて、油圧機構ＶＤを制御してバルブＶの開度を調整し、主制御装置ＣＴにバルブＶの開度状態を表す位置信号を出力する制御装置である。

図２に示すように、油圧ユニットＵは、油圧ポンプとアキュムレータとアクチュエータとしての油圧制御用のサーボ弁等を備えた油圧機構ＶＤと、制御装置１が収容される防爆構造のケーシングＣと、ケーシングＣ内に防爆用の空気を圧入するエアユニットＡＵ等を備えている。

制御装置１は、開度センサＳから入力されるバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力されるバルブＶの制御指令値に基づいて、油圧機構を制御してバルブＶの開度をフィードバック制御する制御部２０，３０と、制御部２０，３０による制御情報を記憶する記憶部と記憶部に記憶された制御情報に基づいてバルブＶの制御状態を液晶表示パネルに表示する表示部４０を備えている。

ケーシングＣの扉は透明ガラスが配され、内部の制御装置１に備えた液晶表示パネルの画面が外部から認識可能に構成されている。また、扉には複数の防爆型のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が取り付けられている。

スイッチＳＷ１は回転式の多接点スイッチまたは押しボタン式スイッチで、当該スイッチＳＷ１の回転操作または押圧操作により、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、液晶表示パネルの表示画面を切り替え操作することが可能になっている。

また、スイッチＳＷ２は押しボタン式スイッチで本発明による制御モード切替操作部となり、当該スイッチＳＷ２を操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、制御装置１がローカル制御モードとリモート制御モードに切り替えられる。

さらに、スイッチＳＷ３は可変抵抗器を内蔵したダイアルスイッチで本発明による手動操作部となり、ローカル制御モードで当該スイッチＳＷ３を回転操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、バルブＶの開度を手動制御することが可能となる。

制御装置１は、バルブＶの開度を検出する開度センサＳから入力されるバルブ開度値と、主制御装置ＣＴまたは手動操作部ＳＷ３から入力されるバルブＶの制御指令値、つまり目標開度信号に基づいて、バルブＶを駆動するサーボ弁に対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブＶの開度をフィードバック制御するための複数の制御部を備えている。

図３に示すように、制御対象であるバルブＶは、プラントの運転状態に応じて流路Ｐを所定の開度に調整するスライドバルブＶで、サーボ弁を介して供給される圧油により駆動される油圧シリンダＳＬのピストンに連結された弁棒Ｖ２を介して弁体Ｖ１がスライド駆動される。ピストンと弁棒Ｖ２の間にはカップリングを介して一対の磁歪式の開度センサＳ（Ｓ１，Ｓ２）が組み込まれ、開度センサＳの出力が制御装置１に入力されている。尚、制御対象であるバルブＶは、スライドバルブＶに限るものではなく、プラグ弁、バタフライ弁等の他のバルブでも同様である。

磁歪式の開度センサＳとは、ピストンの進退移動に伴なって、センサロッド上を非接触で移動するマグネットにより発生するねじり歪の伝播時間を計測することによりマグネットの位置、つまりバルブＶの開度を計測するセンサである。

図４に示すように、制御装置１は、二枚の制御部基板２，３と、表示部基板４と、端子基板５等を備え、夫々が単一または複数のコネクタで接続されている。二枚の制御部基板２，３の夫々により本発明による二つの制御部２０，３０が構成され、表示部基板４により表示部４０が構成されている。

制御部基板２，３及び表示部基板４は、端子基板５を介して、主制御装置ＣＴ及び制御対象であるバルブ駆動機構との間で各種の信号が入出力される。

具体的に、端子基板５を介して主制御装置ＣＴから制御部２０，３０にバルブＶの制御指令値が入力されるとともに、制御部２０，３０から主制御装置ＣＴにバルブＶの位置信号が出力される。また、端子基板５を介して一対の開度センサＳからのバルブ開度値が入力され、制御部２０，３０からサーボ弁に制御信号が出力される。

さらに、制御モード切替操作部としてのスイッチＳＷ２の出力、及び、手動操作部としてのスイッチＳＷ３からの制御指令値が、端子基板５を介して制御部基板２，３に入力され、スイッチＳＷ１の出力が表示部基板４に直接入力されている。

図６に示すように、一対の制御部２０，３０及び表示部４０には、夫々ＣＰＵと、ＣＰＵにより実行される制御プログラムが記憶されたＲＯＭと、ワーキング領域として使用されるＲＡＭが内蔵されたマイクロコンピュータ、及び周辺回路が搭載され、当該制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、所期のバルブ制御機能等が実現される。

制御部２０，３０及び表示部４０には、通信バスとして機能する、例えばＣＵｎｅｔ（株式会社ステップテクニカの登録商標）等のローカルネットワークで接続された共有メモリＣＭが夫々設けられ、各制御部２０，３０による制御情報、制御パラメータ、表示データ等が共有メモリＣＭを介して共有されるように構成されている。

各共有メモリＣＭは、自身が制御情報を読み書き可能な領域と、自身の書込みが禁止され、他の制御部または表示部により書き込まれた制御情報を読出し可能な領域に区分され、ローカルネットワークを介して所定周期、例えば１０ｍｓｅｃ．周期で各共有メモリに書き込まれた情報が他の共有メモリの対応する領域にコピーされる。

つまり、各制御部２０，３０及び表示部４０のＣＰＵによって夫々に設けられた共有メモリＣＭの書込み領域に書き込まれた制御情報等が、ローカルネットワークを介して各共有メモリＣＭの読出し領域にコピーされることにより、ＣＰＵを介さずに互いの制御情報等の交信が可能となるように構成されている。

表示部基板４には、カラー液晶表示ユニット４５が組み込まれ、共有メモリＣＭを介して収集された制御情報に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５に図５に示すようなバルブの制御状態等を示すモニタ画面が表示される。

表示部基板４には、第一記憶素子として、電池バックアップされた数ＭｂｙｔｅのＳＲＡＭ４４が搭載され、共有メモリＣＭを介して得られた各制御部２０，３０による制御情報がリングバッファ形式で格納されるように構成されている。

詳述すると、ＳＲＡＭ４４は、制御情報をリングバッファ形式で記憶する第一記憶領域と、制御情報に警報情報が含まれているときに、第一記憶領域に記憶された警報情報発生の直前の所定時間の制御情報を少なくとも光通信インタフェースを介して情報収集装置に出力するまでの間記憶する第二記憶領域を備えている。

さらに、ＳＲＡＭ４４よりも記憶容量が大きく、ＳＲＡＭ４４の第一記憶領域に格納される制御情報が累積的に記憶される着脱自在な不揮発性メモリである数Ｇｂｙｔｅ（例えば、２Ｇｂｙｔｅ）のＳＤメモリ４６を備えている。

制御情報には、主制御装置ＣＴから入力されるバルブＶの制御指令値、開度センサＳから入力されるバルブ開度値、サーボ弁に対する制御値、バルブに対するスラスト押し圧力、スラスト引き圧力の他、ポンプの圧力、アキュムレータ圧力、油温、油液レベル、ポンプモータの電流等の計測データ、それらの計測データに基づいて制御部２０，３０が自己診断した結果検出される異常データ、後述する制御部２０，３０の暴走等の異常データ、バルブやバルブを駆動する油圧シリンダ等の累積稼動距離或は累積稼動時間等の累積稼動データが含まれる。

また、表示部基板４には、ＬＡＮを介して遠隔地に配置されたパーソナルコンピュータとの間で通信を行ない、カラー液晶表示ユニット４５に表示される制御状態等を当該パーソナルコンピュータに送信する通信インタフェース４２、防爆構造のケーシングＣの扉を開放することなく扉を閉めた状態で、情報収集装置としてのパーソナルコンピュータと通信可能な赤外線インタフェース４３を備えている。

表示部４０が、赤外線インタフェース４３を介して情報収集装置から入力された、各種の初期設定用の制御パラメータを自身の共有メモリＣＭに書き込むと、ローカルネットワークを介して配信され、各制御部２０，３０の共有メモリＣＭに当該制御パラメータがコピーされる。

制御パラメータには、二系統の制御部２０，３０の何れが初期の制御権を有するかを設定する制御権パラメータ、二重化された開度センサＳの何れを初期に選択するかを設定するセンサ選択パラメータ、主制御装置ＣＴから制御部２０，３０に入力されるバルブＶの制御指令値に対する信号レベル（例えば、開度０％から開度１００％までを、４ｍＡから２０ｍＡで規定する電流仕様や、０Ｖから１０Ｖで規定する電圧仕様等）、開度センサＳから入力される開度信号の信号レベル、油圧シリンダのスラスト圧の信号レベルや上下限値、サーボ弁に対する出力信号レベル、主制御装置ＣＴに出力する位置信号の信号レベル、制御部２０，３０で検出される開度センサＣの異常判定基準値等、システムを稼動させるのに必要な所定の制御パラメータが含まれる。

図６に示すように、各制御部２０，３０には、入力信号処理部２６，３６を介して主制御装置ＣＴからの制御指令値がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるとともに、開度信号処理部２２，３２を介して一対の開度センサＳ１，Ｓ２の出力信号の夫々がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるように構成されている。

入力信号処理部２６，３６及び開度信号処理部２２，３２は、信号を電気的に分離するアイソレーションアンプと、アイソレーションアンプのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。

また、各制御部２０，３０には、マイクロコンピュータ２１，３１から出力されたサーボ弁ＳＶに対する制御値が、サーボ出力部２３，３３を介してサーボ弁ＳＶに出力され、マイクロコンピュータ２１，３１から出力された主制御装置ＣＴへのバルブＶの開度位置が、位置信号出力部２４，３４を介して出力されるように構成されている。

サーボ出力部２３，３３は、デジタルの制御値情報をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、その出力を増幅するドライバ回路を備えている。また、位置信号出力部２４，３４は、デジタルの開度位置情報を電気的に分離するアイソレーション回路と、アイソレーション回路の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を備えている。

各制御部２０，３０は、制御モード切替操作部としてのスイッチＳＷ２の操作によって、遠隔設置された主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいてバルブＶを駆動制御するリモート制御モードと、近傍設置された手動操作部（スイッチＳＷ３）から入力される制御指令値に基づいてバルブＶを駆動制御するローカル制御モードの何れかの制御モードに切替え可能に構成されている。

上述した制御パラメータに基づいて制御権が設定された制御部（ここでは、制御部２０とする。）は、何れの制御モードであっても、開度センサＳ１，Ｓ２から入力されるバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいて電磁式のサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。

制御権を有していない待機中の制御部（ここでは、制御部３０となる。）も、同様に、開度センサＳ１，Ｓ２から入力される何れかのバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と主制御装置ＣＴまたはスイッチＳＷ３から入力される制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。

その後、各制御部２０，３０は、各開度センサＳ１，Ｓ２に設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、制御値を算出する。

所定の優先権設定条件とは、上述したセンサ選択パラメータ以外に、制御指令値に基づく制御信号に対応してバルブ開度値が所定範囲に収束しない状態が所定時間継続するフィードバックロスの発生の有無、制御指令値とバルブ開度値の偏差が増大する方向に変化する状態が所定時間継続する逆ＤＥＶ値の発生の有無をいう。フィードバックロスは開度センサの劣化等による異常、逆ＤＥＶ値は誤配線による異常を検出するものである。これらは、後述する信号判別部２６０（図７参照）で検出される。

各制御部２０，３０は、センサ選択パラメータで選択された開度センサＳに、夫々フィードバックロスまたは逆ＤＥＶ値が発生したと判断すると、他方の開度センサＳに切り替えるとともに、現在選択中の開度センサ情報、異常発生した開度センサの異常情報等を自身の共有メモリＣＭに記憶する。

夫々の共有メモリＣＭに記憶された情報は、ローカルネットワークを介して表示部４０の共有メモリに書き込まれ、表示部４０は、自身の共有メモリＣＭの内容に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５にモニタ表示するとともに、ＳＲＡＭ４４、ＳＤメモリ４６に記憶する。

さらに、夫々の開度センサＳに対して、制御指令値とバルブ開度値の偏差であるＤＥＶ値の偏差が異常判定閾値以上になると、開度センサＳを切り替えずに制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。

尚、開度センサＳ等に対する各種の異常判定閾値（信号レベル閾値及び継続時間等）は、予めメンテナンス用のパーソナルコンピュータ７０で設定され、各共有メモリＣＭに記憶されている。

前記制御部２０，３０には、制御モード切替操作部ＳＷ２が切替操作されたときに、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値との偏差に基づいて、制御モードを切り替えるか否かを判断する制御モード切替制御部２１ａ，３１ａを備えている。

主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいてバルブＶを制御しているリモート制御モード時に、制御モード切替操作部ＳＷ２が操作されると、制御モード切替制御部２１ａ，３１ａは、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と主制御装置ＣＴから入力される制御指令値との偏差が所定範囲、好ましくは略等しい値となった場合に、制御部２０，３０による制御モードをローカル制御モードに切り替える。

また、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値に基づいてバルブＶを制御しているローカル制御モード時に、制御モード切替操作部ＳＷ２が操作されると、制御モード切替制御部２１ａ，３１ａは、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値と手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値との偏差が所定範囲、好ましくは略等しい値となった場合に、制御部２０，３０による制御モードをリモート制御モードに切り替える。

さらに、表示部４０には、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値との偏差が所定範囲に収束するように、手動操作部ＳＷ３を操作するように案内する案内表示部４１ａを備えている。

案内表示部４１ａは、制御モード切替操作部ＳＷ２が切替操作されたときに、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値との偏差が所定範囲より大きいときに、当該偏差が所定範囲に収束するように、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値を変化させるように、手動操作を促すメッセージをカラー液晶表示ユニット４５の表示画面に表示する。

制御モード切替制御部２１ａ，３１ａは、手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値が手動操作により変化して、そのとき主制御装置ＣＴから入力される制御指令値と略同じ値となった場合、或は、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値が手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と略等しくなった場合に制御モードを切り替える。

手動操作部ＳＷ３から入力される制御指令値と、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値との偏差が大きいときに制御モードを切り替えると、適正なプラントの運転状態が確保できなくなる虞があるため、当該偏差が所定範囲に収束することを条件として制御モードを切り替えるように構成しているのである。

例えば、操作者が手動操作部ＳＷ３を操作して、制御指令値を主制御装置ＣＴから入力されている制御指令値に近い値に設定操作することにより、適正なプラントの運転状態を維持しながら制御モードを切り替えることができる。尚、偏差の収束条件である所定範囲は、対象となるプラントにより適宜設定される値であり特に限定されるものではない。

図７に示すように、制御部２０には、自身がサーボ弁に出力した制御信号をサーボ弁ＳＶに接続するか否かを切り替えるリレー回路、及び、主制御装置ＣＴに出力した位置信号の信号線を主制御装置ＣＴへの信号線に接続するか否かを切り替えるリレー回路でなるスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）が設けられ、自身が制御権を持つ場合に自身のスイッチ回路２５０をオンし、自身が制御権を持たない場合に自身のスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）をオフするように構成されている。制御部３０も同様に構成されている。

従って、制御権を持つ制御部（２０または３０）からのみ、サーボ弁ＳＶに対する駆動電流が出力され、主制御装置ＣＴへバルブＶの位置信号が出力されるようになり、信号の干渉が生じないように構成されている。

制御権を持つ制御部（２０または３０）に異常が発生すると、制御権引渡し信号が待機中の制御部（３０または２０）に出力され、待機中の制御部（３０または２０）は、制御権引渡し信号を検出すると、自身のスイッチ回路２５０をオンして、バルブに対する制御を継続するように構成されている。

以下、リモート制御モードでの制御部２０を例にして制御権の引渡しについて詳述するが、ローカル制御モードでも同様であり、また、制御部３０も同様である。制御部２０に自身の異常を検出する複数の異常検出部を備えている。制御権を持っている場合に、異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するようにスイッチ回路２５０をオフするとともに、他の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている。さらにそのときに、制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。

図７に示すように、異常検出部としてハードウェアによるウォッチドッグ回路２２０、ソフトウェアによるウォッチドッグタイマ２１０を備えている。

ウォッチドッグ回路２２０は、マイクロコンピュータ２１から所定周期で入力されるウォッチドッグパルス（以下、「ＷＤパルス」と記す。）によりリセットされるカウンタ回路と、カウンタ回路が所定値より大きくなると異常信号を出力するゲート回路を備えており、マイクロコンピュータ２１のＣＰＵに何らかの原因で暴走等の異常が発生し、ＷＤパルスが入力されない状態が所定時間継続するとカウンタ回路が所定値より大きくなり、異常信号が出力される。

ウォッチドッグタイマ２１０は、マイクロコンピュータ２１の内部タイマにより自動カウントされるカウンタを備えたファームウェアと、当該カウンタの値をソフトウェアによりリセットするプログラムで構成され、ＣＰＵの暴走等でプログラムによるリセットが所定時間行なわれないときに、ファームウェアにより異常信号（図中、「オーバーフロー」と記載された信号）が出力される。

ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから異常信号が入力されるとその状態を保持するラッチ回路を有するウォッチドッグエラー回路２３０を備え、ウォッチドッグエラー回路２３０から待機中の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号（図中、「制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号で、正常時はハイレベル、異常時はローレベルとなる。）が出力される。

図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号がマイクロコンピュータ２１に入力されているが、この信号は他方の制御部３０に備えたウォッチドッグエラー回路からの信号である。

上述したスイッチ回路２５０は、ＡＮＤゲートを備えた出力切替回路２４０により制御される。つまり、制御権を持つマイクロコンピュータ２１から出力されるハイレベルの制御切替信号と、ウォッチドッグエラー回路２３０から出力されるハイレベルの制御権引渡し信号が入力されているときにスイッチ回路２５０がオンされて制御信号及び位置信号が出力され、制御切替信号と制御権引渡し信号の少なくとも何れか一方の信号レベルがローレベルであるときにスイッチ回路２５０がオフされる。従って、制御権を持たない待機中のマイクロコンピュータ２１から出力されるローレベルの制御切替信号によりスイッチ回路２５０はオフされる。

従って、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから出力される異常信号により自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部３０に出力される。

さらに、異常検出部として、開度センサＳ、サーボ弁ＳＶ、制御指令値の何れかの異常を、ＣＰＵで実行される制御プログラムに基づいて検出する機能ブロックである信号判別部２６０を備えている。

信号判別部２６０は、開度センサＳから入力されるバルブＶの開度値、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値、ＰＩＤ演算の結果に基づいて出力されるサーボ弁ＳＶに対する電流値、主制御装置ＣＴに出力されるバルブＶの位置信号の夫々について、共有メモリＣＭに記憶された上下限の何れかの異常判定閾値を超える状態が所定時間継続したときに異常と判断して、その結果を共有メモリＣＭに記憶する。尚、電流値は、図７に示す電流検出部によって、サーボ出力部２３からの出力値がモニタされてマイクロコンピュータ２１に入力されるように構成されている。

信号判別部２６０により上述した何れかの異常が検出されると、マイクロコンピュータ２１から正常時にハイレベルで出力されるＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替わり、ローレベルのＣＰＵ異常信号がウォッチドッグエラー回路２３０に入力されて、ウォッチドッグエラー回路２３０でローレベルにラッチされた制御権引渡し信号が待機中の制御部３０に出力される。尚、ＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替えられると、ウォッチドッグ回路２２０の動作は停止する。

つまり、信号判別部２６０により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号及び位置信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号を制御権引渡し信号として他の制御部に出力するように構成されている。

また、制御部２０，３０間で、共有メモリＣＭに記憶されたバルブ開度値や制御値等の制御情報に基づいて、バルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に過大な差分があると判断したときに、冗長設計された何れかの系に異常が発生している可能性があると判断して、制御を継続、つまり、制御権を引き渡さずに、警報部から警報を出力して、メンテナンスの必要性があることを報知する。

上述したウォッチドッグ回路２２０、ウォッチドッグタイマ２１０、ウォッチドッグエラー回路２３０と、マイクロコンピュータ２１に割り付けられたそれらの入出力信号ポート等により、制御権を持つ制御部２０，３０から異常信号を受けて、制御権引渡し信号を他の制御部３０，２０に出力する制御権取得回路２５，３５が構成されている。

制御権を持つ制御部３０の制御権取得回路３５から待機中の制御部２０に、ローレベルの制御権引渡し信号（図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」信号）が入力されると、制御部２０に制御権が引き渡される。制御部２０は、出力切替回路２４０に対する制御切替信号をローレベルからハイレベルに切り替えて、スイッチ回路２５０をオンしてバルブＶに対する制御を継続する。

以上、説明したように、制御権を持つ制御部のみならず制御権を持たないバックアップ用の制御部も、開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置またはスイッチＳＷ３から入力される制御指令値に基づいてバルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するため、制御権が切り替えられた場合であっても、応答遅れ無く直ちに適切に制御を継続することができるようになる。

制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０の信号判別部２６０により同様の異常が検出されていることを共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて認識すると、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。

また、制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０から入力される制御権引渡し信号がローレベル、つまり、何らかの異常が発生していると判断できる場合には、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。

さらに、信号判別部２６０には、上述の制御権引渡しのための異常検出のみならず、油圧機構ＶＤを構成するポンプの圧力、アキュムレータの圧力、ＥＳＤ油圧、油液レベル、油圧シリンダＳＬのスラスト押し圧力または引き圧力（圧力センサにより検出される）等に異常が発生しているか否かを、予め共有メモリＣＭに記憶された制御パラメータに含まれる異常判定閾値や判定時間に基づいて判断し、異常と判断した場合に警報部を作動するように構成されている。

制御権を取得している制御部が何れであるか、制御のために選択されている開度センサが何れであるか、バルブの制御状態、上述した各種の異常状態等の各種の情報は、共有メモリＣＭを介して表示部４０に備えたカラー液晶表示ユニット４５に表示され、或は、通信インタフェース４２を介して接続されたパーソナルコンピュータＰＣの画面に表示される。

各制御部２０，３０は、予め設定された制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ．周期）で、制御指令値や開度センサＳからの開度値等の読込処理、ＰＩＤ制御演算処理、サーボ弁に対する制御信号や位置信号等の出力処理、異常検出処理等の一連の処理を繰り返し実行し、その結果を自身の共有メモリＣＭに記憶する。

各共有メモリＣＭ間を接続するローカルネットワークにより、上述の制御周期とほぼ同一の周期で相互のデータが読み書きされて互いにデータを共有する。

表示部４０は、共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて表示処理を行ない、さらに、予め設定された制御情報を上述の制御周期より長い周期（例えば１秒周期）で時刻情報と共にＳＲＡＭ４４に書き込むとともに、ＳＤメモリ４６に書き込む。ＳＲＡＭ４４にはリングバッファ方式で４時間程度の制御情報が記憶され、ＳＤメモリ４６には数年に亘る制御情報が記憶される。

尚、後述の検査モードによる試験駆動時の制御データは、ローカルネットワークを介した共有メモリＣＭの読み書きの周期と略同一の周期または、評価のために必要とされる許容周期でＳＤメモリ４６に書き込まれる。

カラー液晶表示ユニット４５はタッチパネル式で構成され、図５の右上方に示すスクロールキーを操作することにより、メニューキーが左右にスクロールして表示される。メニューキーの一つに検査モードキーが準備され、当該検査モードキーを押圧操作することにより、制御装置が検査モードに移行するように構成されている。尚、検査モードはバルブの初期設置時、定期的なメンテナンス時、何らかの異常が発生した時等であって、主制御装置ＣＴによるプラントの稼動に支障を来たさない状態で選択される。

検査モードに移行すると、カラー液晶表示ユニット４５にバルブを試験駆動するための操作部である操作キーが表示される。表示部４０により、バルブを全開状態と全閉状態の間で駆動する場合の制御特性、所定開度に対するステップ応答特性、所定開度間の周波数応答特性等、複数の検査項目が選択可能な操作キーが表示され、何れかのキーが選択されるとその検査項目に対応した操作画面に切り替えられる。

例えば、バルブを全開状態と全閉状態の間をフルスピードで駆動する場合の制御特性を検査する場合には、図８（ａ）に示すような画面が表示される。システム圧力やチャージ圧等の表示部が押圧操作されると、画面に数値入力キーがポップアップ表示され、数値入力キーを介して必要な値が設定され、スタートキーが操作されると、試験駆動が開始される。

表示部４０は、共有メモリＣＭを介して制御部２０（ここでは、制御権を有する制御部２０により試験駆動される場合を説明するが、制御部３０が制御権を有する場合には、制御部３０により試験駆動される。）に検査モードである旨の制御情報と主制御装置ＣＴからの制御指令値に代わる制御指令値として開度０％を示す４ｍＡデータを送信する。

制御部２０は、開度センサの値に基づいてバルブ開度を０％に制御し、バルブ開度が０％である位置信号を共有メモリＣＭを介して表示部４０に送信する。

この状を確認した表示部４０が、共有メモリＣＭを介して制御部２０に制御指令値として開度１００％を示す２０ｍＡデータを送信すると、制御部２０は設定されたシステム圧力やチャージ圧等のパラメータに基づいてフルスピードでバルブを開度１００％にまで駆動制御する。

表示部４０は、２０ｍＡデータの送信後、タイマー計数を開始するとともに、画面に区画されたグラフ描画領域にトレンドグラフの描画を開始する。つまり、制御部２０から共有メモリＣＭを介して入力されるバルブの位置信号を所定インタバルで読み出して、その値をタイマー計数値に対応する位置にプロットすることによりトレンドグラフを描画する。尚、共有メモリＣＭから位置信号を読み出すインタバルは特に制限されるものではなく、適切に評価可能なインタバルであればよく、検査項目により適宜設定される値である。

図８（ａ）に示すトレンドグラフのうち、一点鎖線は制御指令を示し、実線は位置信号を示す。

制御部２０から送信されるバルブ位置信号が開度１００％に達するとそのときのタイマー値を表示するとともにタイマー計数を停止して、所定時間（約１秒程度）経過すると計測（共有メモリＣＭからの読出し）を停止する。

次にスタートキーが操作されると、表示部４０は、共有メモリＣＭを介して制御部２０に制御指令値として開度０％を示す４ｍＡデータを送信し、同様の処理を繰り返す。

オペレータは、表示画面に表示されるトレンドグラフと、全閉から全開へフルスピードでバルブを制御したときの時間と、全開から全閉へフルスピードでバルブを制御したときの時間をバルブの制御特性として読み取り、評価する。

尚、制御部２０，３０は、バルブを試験駆動する際にも、制御権引渡しのための異常検出のみならず、油圧機構ＶＤを構成するポンプの圧力、アキュムレータの圧力、ＥＳＤ油圧、油液レベル、油圧シリンダＳＬのスラスト押し圧力または引き圧力（圧力センサにより検出される）等に異常が発生しているか否かを、予め共有メモリＣＭに記憶された制御パラメータに含まれる異常判定閾値や判定時間に基づいて判断し、異常と判断した場合に警報部を作動するように構成されている。

また、表示部４０は、共有メモリＣＭを介して入力されるバルブの位置信号以外の制御情報も所定インタバルで読み出して、そのときの試験項目が識別可能な状態で、タイマー値と制御情報をＳＤメモリ４６に書き込む。

詳細な解析が要求される場合には、当該ＳＤメモリを取り外して外部の評価装置にデータを移植することが可能となる。

つまり、表示部４０は、操作部を介して設定された試験駆動情報を共有メモリＣＭを介して制御部２０に送信し、共有メモリＣＭを介して取得した試験駆動情報に対応する制御情報を表示するように構成されている。

例えば、所定開度に対するステップ応答特性を検査する場合には、図８（ｂ）に示すような画面が表示される。バルブ開度２５％、５０％、７５％の夫々に対して±５％変化させたときのステップ応答特性を検査するものである。

初めに２５％のランプ（図中、「２５％」の表記箇所の左の四角印）が点灯し、スタートキーを操作すると、表示部４０が、共有メモリＣＭを介して制御部２０に制御指令値として開度２５％を示す８ｍＡデータを送信し、その後、所定サイクルで＋０．８ｍＡ、−０．８ｍＡ交互に変化させる。制御部２０は設定されたシステム圧力やアキュムレータ圧力等のパラメータに基づいて、バルブ開度をステップ的に駆動制御する。

表示部４０は、このときに共有メモリＣＭを介して制御部２０から送信されるバルブ位置信号に基づいて、上述と同様のトレンドグラフを描画する。

設定サイクルのステップ駆動が終了すると、５０％のランプ（図中、「５０％」の表記箇所の左の四角印）が点灯し、スタートキーを操作すると、表示部４０が、共有メモリＣＭを介して制御部２０に制御指令値として開度５０％を示す１２ｍＡデータを送信し、その後、所定サイクルで＋０．８ｍＡ、−０．８ｍＡ交互に変化させる。表示部４０は、このときに共有メモリＣＭを介して制御部２０から送信されるバルブ位置信号に基づいて、上述と同様のトレンドグラフを描画する。

さらに、同様に、設定サイクルのステップ駆動が終了すると、７５％のランプ（図中、「７５％」の表記箇所の左の四角印）が点灯し、スタートキーを操作すると、表示部４０が、共有メモリＣＭを介して制御部２０に制御指令値として開度７５％を示す１６ｍＡデータを送信し、その後、所定サイクルで＋０．８ｍＡ、−０．８ｍＡ交互に変化させる。表示部４０は、このときに共有メモリＣＭを介して制御部２０から送信されるバルブ位置信号に基づいて、上述と同様のトレンドグラフを描画する。

このようにして、オペレータが、画面に表示されたステップ応答特性のトレンドグラフを目視確認することにより評価できるようになる。

例えば、所定開度間の周波数応答特性を検査する場合には、画面に表示された二つの開度入力欄に各開度を入力するとともに周波数入力欄に切替周波数を入力し、さらにスタートキーを操作すると、表示部４０は、設定された周波数で開度が切り替わるように制御部２０に制御指令値を送信する。

表示部４０は、共有メモリＣＭを介して制御部２０により制御されるバルブの位置信号に基づいて画面にトレンドグラフを描画する。

図８（ｃ）は、直線性・ヒステリシス特性の検査画面である。図中、下段右側の下側矢示「弁開」、上側矢示「弁開」を数値入力キーで設定すると、設定された弁開度でステップ的に制御指令値が変化し、そのときの位置信号が記録される。つまり、バルブを全閉から全開に変化させたときの制御特性と全開から全閉に変化させたときの制御特性にヒステリシスがあるか否かが算出され、直線性が確保されているか否かが評価できる。

図中、上段は、このときの検査項目をメモリに記録するか否かを設定する操作部で、スクロールキーでアップダウン操作して所望の項目を表示させ、押圧操作して項目を選択した後に「記録」キーを操作することにより各データが記録される。

このように、バルブＶに対する制御シーケンスを実行する制御部２０，３０と、その結果を表示する表示部４０とを、共有メモリＣＭを介することにより機能分散しているため、制御部２０，３０に表示処理のための負荷を掛けることによる制御の遅延を招くことなく、円滑に表示処理することが可能となる。

表示部４０は、共有メモリＣＭを介して制御部２０，３０から上述した計測データや異常データをＳＲＡＭ４４の第一記憶領域に書き込むとともに、異常データが発生したときには、その発生時点より前の数分の計測データを第一記憶領域から読み出して、フリーズデータとして第二記憶領域に書き込む。

さらに、表示部４０は、異常データが発生したときには、カラー液晶表示ユニット４５に異常種別を特定した異常発生情報を表示するとともに、必要に応じてアラームを鳴動させる。

定期的な点検や、何らかの異常が発生したときに、赤外線インタフェース４３を介してメンテナンス用のパーソナルコンピュータ７０が接続されると、表示部４０は、当該パーソナルコンピュータＰＣからの要求に応じてＳＲＡＭ４４に格納された計測データや異常データを読み出して当該パーソナルコンピュータＰＣに出力する。

尚、防爆構造のケーシングＣの扉を開放することなく扉を閉めた状態で、パーソナルコンピュータＰＣと通信可能なインタフェースであれば、赤外線インタフェース４３に限るものではなく、他の波長を用いた光通信インタフェースであってもよい。例えば、表示部に備えた光通信インタフェースとケーシングＣの扉に固定されたカップラ間に光ファイバを介装して、パーソナルコンピュータＰＣと光ファイバを介して接続するものであってもよい。

上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、本発明による作用効果を奏する範囲で各部の具体的な回路構成等は適宜変更設計できるものである。

本発明による制御装置が組み込まれたシステムのブロック構成図 油圧ユニットの説明図 バルブ、油圧シリンダ、開度センサの説明図 油圧ユニットに組み込まれた制御装置を構成する基板の説明図 表示部によりカラー液晶表示ユニットに表示される画面の説明図 制御装置を構成する二つの制御部と表示部の機能ブロック構成図 制御部の要部の構成図 検査モードの画面説明図

符号の説明

１：制御装置
２０，３０：制御部
２１ａ，３１ａ：制御モード切替制御部
４０：表示部
４１ａ：案内表示部
４３：光通信インタフェース（赤外線インタフェース）
ＣＴ：主制御装置
Ｓ，Ｓ１，Ｓ１：開度センサ
ＳＶ：アクチュエータ（サーボ弁）
ＳＷ２：制御モード切替操作部
ＳＷ３：手動操作部
Ｖ：バルブ
ＶＤ：油圧機構

Claims (5)

1. バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、油圧機構を制御して前記バルブの開度をフィードバック制御する制御部と、前記制御部により制御される前記バルブの制御情報を表示可能な表示部と、前記バルブを試験駆動するための操作部とを備えている石油化学プラントのバルブ制御装置であって、
   前記操作部を介して設定された試験駆動情報が前記制御部に送信され、前記表示部が前記制御部から送信された前記試験駆動情報に対応する制御情報を表示するように構成されている石油化学プラントのバルブ制御装置。
2. 前記表示部は、試験駆動時の制御情報を所定時間間隔で取得してトレンドグラフとして表示する請求項１記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
3. 前記表示部に、試験駆動時の制御情報を記憶する着脱可能な不揮発性メモリを備えている請求項１または２記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
4. 前記試験駆動に、前記バルブを全開状態と全閉状態の間で駆動する場合の制御特性、所定開度に対するステップ応答特性、所定開度間の周波数応答特性が含まれる請求項１から３の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
5. 前記制御部と前記表示部の夫々にＬＡＮ接続された共有メモリを設けるとともに、前記表示部に前記操作部を備え、前記表示部は前記操作部を介して設定された試験駆動情報を前記共有メモリを介して前記制御部に送信し、前記共有メモリを介して取得した前記試験駆動情報に対応する制御情報を表示するように構成されている請求項１から４の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。

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