JP2013109617A - インターフェース装置、制御装置及び制御装置の更新方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラント停止期間を長期化させることなく、制御装置の更新に際し、物理信号のチェックを実施できるインターフェース装置、制御装置及び制御装置の更新方法を提供する。
【解決手段】インターフェース装置２０は、検出器３１が出力する物理信号１を入力する第１入力端子２０ａと、物理信号１をデータ変換したデータ入力信号２に基づいてデータ出力信号３を演算する制御演算部１２に接続する第１出力端子２０ｂと、第１設定において第１入力端子２０ａの入力を第１出力端子２０ｂに出力させ第２設定において第１入力端子２０ａの入力を第２出力端子２０ｄにも出力させる出力設定部２２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発電プラント等に設置される制御機器を制御する制御装置の更新技術に関する。

発電プラントに設置される制御機器を制御する既設の制御装置は、老朽化すると新設の制御装置に更新される。このように、制御装置を更新する際は、既設装置からケーブルを取り外して新設装置に再接続したり、制御演算部（ＣＰＵ）の起動後の制御ロジックの動作チェックや調整などを実行したりする（例えば、特許文献１）。

このために、制御装置を更新する際は、発電プラントの停止期間が長期化する課題がある。このような課題を解決する公知技術として、更新前に既設装置、試験装置及び新設装置をネットワークで接続し、既設装置を稼働させたまま、新設装置の機能チェックを行う技術が開示されている（例えば、特許文献２，３参照）。

特開２００４−１３３６０３号公報 特開２００７−００４３１７号公報 特開２０１０−２５９１３７号公報

しかし、特許文献２，３に開示されている技術は、制御装置の更新に際し、ネットワークを新規に構築する必要があった。また、ネットワーク上で行える機能チェックの対象となるものは、ネットワークに伝送可能なデータ信号のみである。従って、制御機器のうち現場計器等を制御する電圧や電流等の物理信号をチェックすることが不可能な課題があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、制御装置の更新に際し、プラント停止期間を長期化させることなく、物理信号のチェックを実施できるインターフェース装置、制御装置及び制御装置の更新方法を提供することを目的とする。

インターフェース装置において、検出器が出力する物理信号を入力する第１入力端子と、前記物理信号をデータ変換したデータ入力信号に基づいてデータ出力信号を演算する制御演算部に接続する第１出力端子と、第１設定において前記第１入力端子の入力を第１出力端子に出力させ第２設定において前記第１入力端子の入力を第２出力端子にも出力させる出力設定部と、を備えることを特徴とする。

本発明により、制御装置の更新に際し、プラント停止期間を長期化させることなく、物理信号のチェックを実施できるインターフェース装置、制御装置及び制御装置の更新方法が提供される。

本発明の第１実施形態に係るインターフェース装置及び制御装置のブロック図。 （Ａ）〜（Ｃ）は本発明の第１実施形態に係る制御装置の更新方法の説明図。 （Ｄ）〜（Ｅ）は本発明の第１実施形態に係る制御装置の更新方法の説明図。 第１実施形態に係るインターフェース装置の変形例を示すブロック図。 本発明の第２実施形態に係るインターフェース装置及び制御装置のブロック図。 第１実施形態に係るインターフェース装置の機器構成図。 第２実施形態に係る制御装置の機器構成図。 各実施形態に係る制御装置の更新方法のフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係るインターフェース装置２０は、検出器３１が出力する物理信号１を入力する第１入力端子２０ａと、物理信号１をデータ変換したデータ入力信号２に基づいてデータ出力信号３を演算する制御演算部１２に接続する第１出力端子２０ｂと、第１設定において第１入力端子２０ａの入力を第１出力端子２０ｂに出力させ第２設定において第１入力端子２０ａの入力を第２出力端子２０ｄにも出力させる出力設定部２２と、を備える。

なお、実施形態において、各出入力端子が他の機能部に接続するとは、直接的に接続する場合に限定されるものでなく、途中にいくつかの機能部を経由して間接的に接続される場合も含まれる。

さらにインターフェース装置２０（適宜、図２（Ｂ）参照）は、別個のインターフェース装置２０の第２出力端子２０ｄの出力を第１出力端子２０ｂに出力させる第２入力端子２０ｃと、第２出力端子２０ｄの出力（物理信号１）を伝送信号６に変換して別個のインターフェース装置２０の第２入力端子２０ｃに向かって送信する信号送信部２６と、第２入力端子２０ｃの入力を伝送信号６に変換される前の出力（物理信号１）に戻す信号受信部２１とを備えている。

制御装置１０は、インターフェース装置２０と、制御演算部１２と、データ出力信号３を制御機器３２を制御する物理制御信号４に変換する出力変換部１４と、物理制御信号４を制御機器３２に出力する出力インターフェース１５と、データ出力信号３をネットワーク３４に送信するとともにこのネットワーク３４からデータ情報５を受信するデータ伝送部１３と、を備える。

インターフェース装置２０は、第１入力端子２０ａ、第１出力端子２０ｂ、第２入力端子２０ｃ及び第２出力端子２０ｄの４種類の端子が設けられている。
第１入力端子２０ａは、プラント内の現場計器（例えば、温度計、圧力計等）の検出器３１が出力する物理信号１（例えば、電圧信号、電流信号）を入力する。

図６に示すように、インターフェース装置２０には、接続する検出器の数に対応した数の第１入力端子２０ａが設けられている。
第１出力端子２０ｂは、第１入力端子２０ａから入力した物理信号１を入力変換部１１に出力するもので、第１入力端子２０ａの数に対応した数だけインターフェース装置２０に設けられている。そして、この第１出力端子２０ｂは、入力変換部１１（図１）から延びるケーブル１１ａに着脱自在に連結される。

出力設定部２２は、図１に示すように、第１入力端子２０ａ及び第２入力端子２０ｃに電気的に連結している入力接点２７と、第１出力端子２０ｂに電気的な連結をしている第１出力接点２３と、第２出力端子２０ｄに電気的な連結をしている第２出力接点２５と、第１出力接点２３から第２出力接点２５に向かう電流を阻止するダイオード２４とから構成されている。

このように出力設定部２２が構成されることにより、入力接点２７と第１出力接点２３とが連結される第１設定では、第１入力端子２０ａに入力した物理信号１は、第１出力端子２０ｂから出力する。そして、入力接点２７と第２出力接点２５とが連結される第２設定では、第１入力端子２０ａに入力した物理信号１は、第１出力端子２０ｂ及び第２出力端子２０ｄから出力される。

図６に示すインターフェース装置２０の正面から露出する出力設定部２２の部分は、第１設定と第２設定を切り替えるスイッチである。なお、図１に示される出力設定部２２の構成は、例示であって、第１設定と第２設定における所望の作用を得ることができるその他の構成もとりうる。

信号送信部２６は、図２（Ｂ）に示すように第２出力端子２０ｄと第２入力端子２０ｃが伝送ケーブル１７で接続された状態で、第２設定の出力設定部２２の出力（物理信号１）を伝送信号６に変換して新設の制御装置１０Ｂのインターフェース装置２０に送信する。このように、第２出力端子２０ｄは、出力設定部２２が第１設定の場合は、信号を出力せず、第２設定において第１入力端子２０ａの入力（物理信号１）を出力する。

信号受信部２１も、図２（Ｂ）に示すように第２出力端子２０ｄと第２入力端子２０ｃとが伝送ケーブル１７で接続された状態で、第２入力端子２０ｃが入力した伝送信号６を元の物理信号１に戻して、出力設定部２２に伝送する。このように、第２入力端子２０ｃは、別個の制御装置１０の第２出力端子２０ｄの出力を、第１出力端子２０ｂに出力させる。
なお、信号送信部２６及び信号受信部２１において、物理信号１を変換した伝送信号６を取り扱う場合を示したが、そのような変換処理を行わずに物理信号１がそのまま伝送ケーブル１７を伝送する場合もある。

また、図１において、信号送信部２６及び信号受信部２１は、インターフェース装置２０に内蔵型のものを示したが、図４に示すように、後付型のものとすることができる。この場合、既設の制御装置１０Ａの第２出力端子２０ｄに信号送信部２６を接続し、新設の制御装置１０Ｂの第２入力端子２０ｃに信号受信部２１を接続する。そして、信号送信部２６の出力端子２６ａと信号受信部２１の入力端子２１ａとが伝送ケーブル１７で連結されることになる。
このために、信号送信部２６及び信号受信部２１は、制御装置１０の更新時のみに設置されることになる。

制御装置１０は、図７に示すように（適宜、図１参照）、入力変換部１１と、制御演算部１２と、データ伝送部１３と、出力変換部１４とが、それぞれユニットを形成し、筐体１６に収納されている。また、前記したような後付型の信号送信部２６及び信号受信部２１が採用される場合は、これらもユニットを形成して筐体１６に収納される。
なお、図７において、入力変換部１１のユニットの正面パネルに出力設定部２２のスイッチが記載されているが、これは、後記する第２実施形態の場合を示すものである。第１実施形態の場合、出力設定部２２のスイッチの設けられたインターフェース装置２０（図６）は、筐体１６とは別体で配置される。

入力変換部１１（図１）は、入力した物理信号１を、プロセッサにおいて電子演算処理することができるデータ入力信号２に変換し、その出力端子１１ｂからこのデータ入力信号２を出力する。
制御演算部１２は、設定されたアルゴリズムに従い、入力したデータ入力信号２からデータ出力信号３を演算し、出力する。

出力変換部１４は、制御演算部１２から受信したデータ出力信号３を、制御機器３２を制御する物理制御信号４に変換し、出力インターフェース１５は、この物理制御信号４を出力端子１５ａから制御機器３２に出力する。

データ伝送部１３は、データ入力信号２及びデータ出力信号３をネットワーク３４を介して中央監視制御システム３３に送信するとともに、この中央監視制御システム３３から発信されるデータ情報５を受信する。このデータ情報５とは、例えば、制御演算部１２に基づく制御機器３２の自動操作を中止して、中央監視制御システム３３からマニュアル操作するための情報である。

図２（Ａ）〜（Ｃ）、図３（Ｄ）〜（Ｅ）及び図８を参照して第１実施形態に係る制御装置の更新方法を説明する。ここでは、既設の制御装置１０Ａから新設の制御装置１０Ｂに更新することを想定している。そして、既設の制御装置１０Ａ及び新設の制御装置１０Ｂは、図１示される主要部分において同じ構成を有している。

図２（Ａ）に示すように、通常のプラント運転を行っている既設の制御装置１０Ａは、検出器３１から物理信号１を受信し、出力インターフェース１５から物理制御信号４を出力して制御機器３２を操作している。この既設の制御装置１０Ａを更新するために、その近傍に新設の制御装置１０Ｂを設置する（図８；Ｓ１１）。

図２（Ｂ）に示すように、既設の制御装置１０Ａの第２出力端子２０ｄと新設の制御装置１０Ｂの第２入力端子２０ｃとを伝送ケーブル１７でケーブル接続する（図８；Ｓ１２）。そして、既設の制御装置１０Ａのインターフェース装置２０を第１設定から第２設定に切り替える（図８；Ｓ１３）。
すると、既設の制御装置１０Ａにおける制御機器３２の操作はそのまま継続される。検出器３１からの物理信号１は、伝送信号６に変換されたのち伝送ケーブル１７を介して新設の制御装置１０Ｂに伝送される。

新設の制御装置１０Ｂは、そのインターフェース装置２０で受信した伝送信号６を元の物理信号１に戻し、入力変換部１１に送信する。そして、新設の制御装置１０Ｂの入力変換部１１、制御演算部１２、出力変換部１４、出力インターフェース１５の動作についてチェックが実施される（図８；Ｓ１４）。

図２（Ｃ）に示すように、新設の制御装置１０Ｂの動作チェックにおいて異常がないことを確認したところで、既設の制御装置１０Ａから新設の制御装置１０Ｂの出力インターフェース１５に制御機器３２の接続を切り替える（図８；Ｓ１５）。この状態で、制御機器３２は、新設の制御装置１０Ｂにより操作されていることになる。

図３（Ｄ）に示すように、既設の制御装置１０Ａから新設の制御装置１０Ｂの第１入力端子２０ａに、検出器３１の接続を切り替える（図８；Ｓ１６）。この状態で、検出器３１の入力から制御機器３２の出力に至るまで、新設の制御装置１０Ｂが制御することになる。図３（Ｅ）に示すように、不用となった既設の制御装置１０Ａを撤去して、更新作業が終了する（図８；Ｓ１７）。

このように、制御装置１０は、既設の制御装置１０Ａによりプラント運転を継続させながら、新設の制御装置１０Ｂの動作チェックを行えるので、更新に必要なプラント停止期間を短縮することができる。

（第２実施形態）
図５に示すように第２実施形態に係るインターフェース装置２０は、物理信号１をデータ入力信号２にデータ変換する入力変換部１１と一体化している。なお、図５において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。
この結果、図７に示すように、インターフェース装置２０は、入力変換部１１と一体化したユニット構造をとる。そして、入力変換部１１のユニットの正面パネルには、出力設定部２２のスイッチが設けられる。

第２実施形態のインターフェース装置２０（図５）では、検出器３１からの物理信号１は、入力変換部１１でデータ入力信号２に変換された後に、出力設定部２２へ送られる。
従って、インターフェース装置２０の第１出力端子２０ｂ及び第２出力端子２０ｄからは、データ入力信号２が出力されることとなる。
そして、信号送信部２６は、このデータ入力信号２を、別個のインターフェース装置２０の信号受信部２１（又は第２入力端子２０ｃ）に向かって送信する。

第２実施形態のようにインターフェース装置２０が構成されることにより、出力設定部２２を図７のユニット構造に組み込むことが可能となり、制御装置１０の全体構造の簡素化が図れる。また、実施形態の構成を有していない既設の制御装置に対し、ユニット交換をするだけで、実施形態の構成を具備させることができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態のインターフェース装置によれば、入力した物理信号を設定により二方向に出力する端子を備えることにより、既設の制御装置を新設の制御装置に更新する場合に、プラント停止期間を長期化させることなく、物理信号のチェックが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…物理信号、１０…制御装置、１０Ａ…既設の制御装置、１０Ｂ…新設の制御装置、１１…入力変換部、１１ａ…ケーブル、１１ｂ…出力端子、１２…制御演算部、１３…データ伝送部、１４…出力変換部、１５…出力インターフェース、１５ａ…出力端子、１６…筐体、１７…伝送ケーブル、２…データ入力信号、２０…インターフェース装置、２０ａ…第１入力端子、２０ｂ…第１出力端子、２０ｃ…第２入力端子、２０ｄ…第２出力端子、２１…信号受信部、２２…出力設定部、２３…第１出力接点、２４…ダイオード、２５…第２出力接点、２６…信号送信部、２７…入力接点、３…データ出力信号、３１…検出器、３２…制御機器、３３…中央監視制御システム、３４…ネットワーク、４…物理制御信号、５…データ情報、６…伝送信号。

Claims (7)

1. 検出器が出力する物理信号を入力する第１入力端子と、
   前記物理信号をデータ変換したデータ入力信号に基づいてデータ出力信号を演算する制御演算部に接続する第１出力端子と、
   第１設定において前記第１入力端子の入力を第１出力端子に出力させ第２設定において前記第１入力端子の入力を第２出力端子にも出力させる出力設定部と、を備えることを特徴とするインターフェース装置。
2. 請求項１に記載のインターフェース装置において、
   別個のインターフェース装置の第２出力端子の出力を前記第１出力端子に出力させる第２入力端子を備えることを特徴とするインターフェース装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のインターフェース装置において、
   前記第２出力端子の出力を伝送信号に変換して別個のインターフェース装置の第２入力端子に向かって送信する信号送信部を備えることを特徴とするインターフェース装置。
4. 請求項３に記載のインターフェース装置において、
   前記第２入力端子の入力を前記伝送信号に変換される前の出力に戻す信号受信部を備えることを特徴とするインターフェース装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のインターフェース装置において、
   前記物理信号を前記データ入力信号にデータ変換する入力変換部をさらに備えることを特徴とするインターフェース装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のインターフェース装置と、
   前記制御演算部と、
   前記データ出力信号を制御機器を制御する物理制御信号に変換する出力変換部と、
   前記物理制御信号を前記制御機器に出力する出力インターフェースと、
   前記データ入力信号及び前記データ出力信号をネットワークに送信するとともにこのネットワークからデータ情報を受信するデータ伝送部と、を備えることを特徴とする制御装置。
7. 既設の請求項６に記載の制御装置を更新するために新設の請求項６に記載の制御装置を設置するステップと、
   前記既設の制御装置の第２出力端子と前記新設の制御装置の第２入力端子とをケーブル接続するステップと、
   前記既設の制御装置の前記インターフェース装置を前記第１設定から前記第２設定に切り替えるステップと、
   検出器が出力する物理信号を前記既設の制御装置を経由して前記新設の制御装置に入力し動作チェックを実施するステップと、
   前記既設の制御装置から前記新設の制御装置の前記出力インターフェースに前記制御機器を接続切替するステップと、
   前記既設の制御装置から前記新設の制御装置の前記第１入力端子に前記検出器を接続切替するステップと、を含むことを特徴とする制御装置の更新方法。

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