JP2011008376A

JP2011008376A - プロセス制御システムにおける制御プログラム生成装置及びプロセス制御方法

Info

Publication number: JP2011008376A
Application number: JP2009149386A
Authority: JP
Inventors: Shingo Watanabe; 新吾渡辺
Original assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Priority date: 2009-06-24
Filing date: 2009-06-24
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】プロセス制御システムの分野でループ図パーツを組み合わせてループ図を作成しこれに基づきプロセス制御プログラムを生成するプロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、ループ制御の構築に要する時間を短縮する新たな構成を提供する。
【解決手段】プロセス制御システムの分野でループ図パーツを組み合わせてループ図を作成するものにおいて、シンボルとしてのループ図パーツに、温度制御、圧力制御などの部分的ループ制御機能をパターン化して制御パーツとして予め用意しておき、他のパーツと組合せてループ図を作成し、従来のものより短時間でプロセス制御プログラムを生成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、フィードバック制御や、シーケンス制御、プロセス状態監視等を行うプロセス制御機器と運転監視操作卓を有するプロセス制御システムにおける制御プログラム生成装置及びプロセス制御方法に関する。

従来、プロセス制御システムにおける制御プログラム生成装置において、ループ制御の構築では、ディスプレイ画面上で仕様を図面化するための種々のシンボルを用いて制御ループと入出力信号の関係を示すループ図を作成し、ＰＩＤ演算処理、積算処理、警報処理などのＤＣＳ（分散処理）機能に則したファンクションを用いたブロック図を作成し、プロセス制御プログラムを作成している。

また、特許文献１ではステンシルファイルにシンボルとしての内部計器、入出力処理、演算、命令語などのシェイプをステンシルファイルに格納し、ディスプレイ画面上にドラッグ＆ドロップして計装ループ図を作成している。

特開２００４−３１８２８６号公報

これらの方式では、従来の開発方式より自由度の高いシンボルを用いたプログラム開発方式を実現できるものの、複雑なループ図を作成しこれから最終的にプロセス制御プログラムを作成しているため、プログラムの作成構築には相応の工数がかかり、しかもこれを制御対象毎に構築する必要があった。本発明は、ループ制御の構築すなわちループ図の作成に当たって、作成に要する時間をさらに短縮する新規な構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、制御装置と表示装置と入力装置を有する運転監視操作卓と、プロセスに接続するプロセス入出力インタフェ−スとセンサを有するプロセス制御装置と、前記運転監視操作卓とプロセス制御装置を接続する通信回線を備え、前記運転監視操作卓は前記制御装置に制御プログラム生成装置を有し、前記制御プログラム生成装置は前記表示装置上にループ図を表示し、ループ図を構成するパーツを組み合わせてループ図を作成しこれに基づきプロセス制御プログラムを生成するプロセス制御システムにおいて、部分的ループ制御をパターン化してループ図を構成する制御パーツとして予め用意し、他のパーツと組合せてループ図を作成してプロセス制御プログラムを生成することを特徴とする。

また、プロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記部分的ループ制御は温度制御または圧力制御の少なくとも一つを含むことを特徴とする。

また、プロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、作成したループ図の各パーツに関連データを追加配置して作成した制御監視画面を有することを特徴とする。

また、プロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記プロセス制御システムに印刷装置を付加することにより、プロセス制御プログラムを生成するループ図をドキュメント出力することを特徴とする。

また、プロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記制御装置にループ図を登録するループ図記憶装置を設け、作成したループ図を部品として再利用してプロセス制御プログラムを生成することを特徴とする。

さらに、制御装置と表示装置と入力装置を有する運転監視操作卓と、プロセスに接続してプロセス入出力インタフェ−スとセンサを有するプロセス制御装置と、両者を接続する通信回線を備え、前記運転監視操作卓は前記制御装置に制御プログラム生成装置を有し、制御プログラム生成装置は前記表示装置上にループ図を表示し、ループ図を構成するパーツを組み合わせてループ図を作成しこれに基づき生成したプロセス制御プログラムによりプロセスを制御するプロセス制御システムの制御方法において、
部分的ループ制御内容をパターン化してループ図の制御パーツとして予め用意し、他のパーツと組合せてループ図を作成してプロセス制御プログラムを生成すし、作成したループ図を用いて制御運転中のプロセスを運転・監視することを特徴とする。

本発明は、プロセス制御システムにおいて、制御プロクラム生成のためにループ制御を構築する際、予め用意された部分的制御機能をユニット化したパーツを用意し、他のパーツとの組合せでループ図を作成することにより、ループ図の作成に要する時間をさらに短縮することが可能となり、工数低減によるコスト削減の効果を得ることができる。

また、作成したループ図を元にパーツ関連データをループ図上に追加配置することによって、制御監視画面を容易に作成することが出来る。

本発明実施例におけるプロセス制御システムの構成例を示すシステム図である。本発明実施例を示すループ図である。本発明実施例のループ図作画プロセスを示す説明図である。本発明実施例のプロセス制御プログラム作成過程を示す説明図である。本発明実施例のプロセス制御プログラム実行過程を示すフローチャートである。本発明実施例のループ図を用いた制御監視画面を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を図面につき説明する。

図１は本発明実施例における制御対象プロセスである油供給プラントのシステム図を示す。図１において、プロセス制御装置１０は、タンク２０に流れ込む２系統の流体、例えば、油と中和剤の流量をセンサである流量計２２、２４により検出してその検出信号を取り込む。流量計２２によって検出されたタンク２０に流れ込んだ油の総量が所定量になると、プロセスバルブ２６に制御信号を出力して、プロセスバルブ２６を開いてタンク２０からタンク３０に油を流出させる。プロセス制御装置１０は、さらに、プロセスバルブ２６を開いた後、所定時間後にプロセスバルブ２６を閉じるように制御する。又、プロセスバルブ２６の後段にも流量計２８が設けられており、タンク２０からタンク３０に流入する油の流量が計測され、プロセス制御装置１０に取り込まれる。プロセス制御装置１２は、タンク３０の流出側配管に備えられたプロセスバルブ３２、３４の開閉を制御する。

ここで、３５は油供給元タンク、１６はそのプロセスバルブである。３７は油供給元タンク、１８はそのプロセスバルブである。３９は油供給元タンク、１９はそのプロセスバルブである。さらに２９はこれら油供給元タンクの供給を一括制御するプロセスバルブである。

更に詳しく説明すると、初期状態としてプロセスバルブ２６、３２、３４はいずれも閉じている。流量計２２で検出された流量の総量が１０ｔになると、プロセスバルブ２６が開かれ、タンク２０からタンク３０に油が流入する。移動開始して１０分経過すると、プロセスバルブ２６を閉じる。その後、プロセスバルブ３２を開くことにより、タンク３０の上部に溜まった上澄み分の清浄な油を取出す。又、その油を取り出した後、プロセスバルブ３４を開くことにより、沈澱している汚濁された油をドレインとして排出する。

プロセス制御装置１０、１２は、通信回線４０を介して運転監視操作卓５０、５２に接続されている。流量計２２、２４、２８によって検出されたタンク２０に流れ込む流体の流量やタンク２０から流れ出る流量は、プロセス制御装置１０を介して運転監視操作卓５２に取り込まれ、そのディスプレイ５４上にそれらの流量値が表示される。又、プロセス制御装置１０によるプロセスバルブ２６の開閉状態も通信回線４０を介して運転監視操作卓５２のディスプレイ５４上に表示される。又、プロセスバルブ３２、３４の開閉状態も通信回線４０を介して運転監視操作卓５２のディスプレイ５４上に表示される。

故に、オペレータは、運転監視操作卓５２のディスプレイ５４画面をモニターすることにより、タンク２０、３０の油の流入・流出状況を把握することができる。又、マニュアルでプロセスバルブ３２、３４の開閉制御をしようとする場合には、この運転監視操作卓５２からその開閉制御を行える。運転監視操作卓５２に印刷装置５３を付加することで、制御に関する情報のドキュメント化を可能としている。プロセス制御装置１２は、タンク３０の後段に接続されるプラントの状況を把握しマニュアル制御を行う。

これらのプロセス制御の記述にはループ図が用いられており、計装エンジニアは、ループ図を作成し次にＤＣＳ機能に則したファンクションを使用したブロック図を作成し、プロセス制御プログラムを作成している。

図２に、本発明実施例のループ図の例を示す。ループ図１００は、制御ループと入出力信号の関係を表現したものであり、ループ図構成要素は入力１１０、出力１２０の入出力部、加算１３０、選択１４０などの演算部、圧力調節１５０、流量調節１６０などのループ制御部の各グループから構成されている。本実施例では、ループ図のパーツのうち、圧力調節制御、流量調節制御などの部分的ループ制御機能をパーツ化することにより上記のように制御パーツとして予め用意し、他のパーツと組合せてループ図を作成することにより、ループ図の作成を容易にする。

図３に、運転監視操作卓５２上のディスプレイ５４におけるループ図作画プロセスを示す。ここで制御プログラム生成装置はシステム内の任意の場所に設けることが可能であり、例えば運転監視操作卓５２の内部に図示しない制御装置の一部として設け、コンピュータハードウェア及びコンピュータプログラムから構成される。

ループ図作画画面２００は、圧力制御、流量制御などのループ制御パーツ２１０、加算、減算などの演算パーツ２２０、入出力の入出力パーツ２３０を有し、各パーツをカーソル２４０により配置し、パーツ間を結線することによりループ図を作成する。また、ループ図にはコメント情報も入力可能である。作成したループ図は、制御プログラム作成処理手段２５０によりプロセス制御プログラム２６０に変換され制御装置内に設けられたプログラム記憶装置２６１にストアされる。なお、作成したループ図は、ループ図記憶装置２９１内のループ図部品ライブラリ２９０に保存することにより、必要に応じ参照して再利用することが可能である。

図４に、プロセス制御プログラム生成過程を示す。ループ図の各パーツは、各パーツに対応するコマンドに変換される。入力パーツ３１０、３２０は入力コマンド３６０、３７０に変換され、加算パーツ３３０は加算コマンド３８０に変換され、圧力制御パーツ３４０は圧力制御コマンド３９０、出力パーツ３５０は出力コマンド４００に変換される。各コマンドは他コマンドとのデータ取り合いをするために入出力情報を持ち、パーツ間の結線を可能にする。コマンドの動作としては、入力コマンド３６０、３７０でデータを取込み、加算コマンド３８０で演算を行い、圧力制御コマンド３９０で圧力制御を行い、結果を出力コマンド４００で出力し、プロセスを制御する。

図５に、プロセス制御プログラムの実行処理過程を示す。先に説明した通り、作成されたコマンド３６０〜４００に従って実際のプロセス制御プログラムとして動作する。実行例をコマンド解析プログラム５００の実行の流れに従い説明する。ステップ５０１でプログラムが開始するとコマンド３６０〜４００を参照し、順次処理を行う。まず、最初の５０２の判定処理でコマンドが入力コマンドか否かを判定し、入力コマンドならば５０３の入力処理を行う。

以下順次５０４の判定処理では、演算コマンドか否かを判定し演算コマンドならば５０５の演算処理を行う。５０６の判定処理では、制御コマンドか否かを判定し制御コマンドならば５０７の制御処理を行う。５０８の判定処理では、出力コマンドか否かを判定し出力コマンドならば５０９の出力処理を行う。５１０の判定処理では、次のコマンドがあるか否かを判定し、次のコマンドがあれば５０２に戻り処理を繰り返す。５１０で次のコマンドがなければステップ５１１で終了となり、１周期分の制御が終了する。

なお、５０３、５０５、５０７、５０９の各処理では、コマンド内の情報に基づき各々の処理を行うものとする。また、各コマンドの入力・出力の部分はコマンド間のデータ結合関係が記述されており、この結合関係によりデータの受け渡しを行う。以上のことにより、ループ図を作成することでプロセス制御プログラムを生成し実行することが可能となる。

更に図６に示すように、作成したループ図は、図４に示したようにプロセス制御プログラムの構成コマンドとして展開できるので、各関連データをループ図上に追加配置することができ、従ってループ図より制御監視画面６００を自動的に作成することも可能となる。例えば入力パーツ３１０の入力処理は、入力端子が定義されているので関連データとして入力データを表示すれば良いことになり、制御関連データ６０１が割当てられる。同様に、入力パーツ３２０にも制御関連データ６０２を割当てて表示できる。加算パーツ３３０には演算結果を制御関連データ６０３として割付けることができる。出力パーツ３５０にも出力端子が定義されているので、制御関連データ６０７を割付けて表示することができる。圧力制御パーツ３４０の場合にも、その制御に必要なパラメータが決まっており複数の制御関連データ６０４〜６０６を割付表示することが可能である。

このように、各パーツには、関連するデータが一義的に決まるので、ループ図作成を行うことにより、ループ図イメージに基づいた制御監視画面を自動的に作成することができる。

以上により、本発明は、プロセス制御監視システムの分野で、ループ制御を構築する際、予め用意されたパーツの組合せでプロセス制御プログラムの作成を可能にすることで、コスト削減の効果がある。

１０、１２プロセス制御装置
４０通信回線
５０、５２運転監視操作卓
５３印刷装置
５４ディスプレイ
１００ループ図
１１０〜１６０ループ図パーツ
２００ループ図作画画面
２１０ループ制御パーツ
２２０演算パーツ
２３０入出力パーツ
２４０カーソル
２５０プロセス制御プログラム作成処理手段
２６０プロセス制御プログラム
２９０ループ図部品ライブラリ
３１０〜３５０パーツ
３６０〜４００プロセス制御プログラムコマンド
５００コマンド解析プログラム
５０１〜５１１コマンド解析プログラムステップ
６００制御監視画面
６０１〜６０７制御関連データ

Claims

制御装置と表示装置と入力装置を有する運転監視操作卓と、プロセスに接続するプロセス入出力インタフェ−スとセンサを有するプロセス制御装置と、前記運転監視操作卓とプロセス制御装置を接続する通信回線を備え、前記運転監視操作卓は前記制御装置に制御プログラム生成装置を有し、前記制御プログラム生成装置は前記表示装置上にループ図を表示し、ループ図を構成するパーツを組み合わせてループ図を作成しこれに基づきプロセス制御プログラムを生成するプロセス制御システムにおいて、
前記制御プログラム生成装置に部分的ループ制御をパターン化してループ図を構成する制御パーツとして予め用意し、他のパーツと組合せてループ図を作成してプロセス制御プログラムを生成することを特徴とするプロセス制御システムの制御プログラム生成装置。
請求項１に記載されたプロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記部分的ループ制御は温度制御または圧力制御の少なくとも一つを含むことを特徴とするプロセス制御システムの制御プログラム生成装置。
請求項１又は２に記載されたプロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、作成したループ図の各パーツに関連データを追加配置して作成した制御監視画面を有することを特徴とするプロセス制御システムの制御プログラム生成装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたプロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記プロセス制御システムに印刷装置を付加することにより、プロセス制御プログラムを生成するループ図をドキュメント出力することを特徴とするプロセス制御システムの制御プログラム生成装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載されたプロセス制御システムの制御プログラム生成装置において、前記制御装置にループ図を登録するループ図記憶装置を設け、作成したループ図を部品として再利用してプロセス制御プログラムを生成することを特徴とするプロセス制御システムの制御プログラム生成装置。
制御装置と表示装置と入力装置を有する運転監視操作卓と、プロセスに接続してプロセス入出力インタフェ−スとセンサを有するプロセス制御装置と、両者を接続する通信回線を備え、前記運転監視操作卓は前記制御装置に制御プログラム生成装置を有し、制御プログラム生成装置は前記表示装置上にループ図を表示し、ループ図を構成するパーツを組み合わせてループ図を作成しこれに基づき生成したプロセス制御プログラムによりプロセスを制御するプロセス制御システムの制御方法において、
部分的ループ制御内容をパターン化してループ図の制御パーツとして予め用意し、他のパーツと組合せてループ図を作成してプロセス制御プログラムを生成すし、作成したループ図を用いて制御運転中のプロセスを運転・監視することを特徴とするプロセス制御システムの制御方法。