JP2013134523A

JP2013134523A - ユニット装置

Info

Publication number: JP2013134523A
Application number: JP2011282724A
Authority: JP
Inventors: 明也 ▲高▼畠; Akinari Takahata
Original assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-07-08

Abstract

【課題】電源が故障しても動作を正常に停止することが可能なユニット装置を提供する。また、小型化が可能であり、電源機能からの発熱の影響を軽減でき、電源停復電シーケンス機能の長寿命化を図ることができるユニット装置を提供する。
【解決手段】プロセス監視制御装置のプロセス制御コントローラ２と監視操作卓３との間に接続されたユニット装置１において、ユニット装置１の電源を供給する電源部４と、ユニット装置１を制御するための内部デバイス５と、電源部４と内部デバイス５との間に設置された電源停復電シーケンス機能部６と、電源供給バッテリ７を備える。電源部４が停止した場合には、電源供給バッテリ７は、電源停復電シーケンス機能部６と内部デバイス５に電源を供給し、電源停復電シーケンス機能部６は、内部デバイス５に停電処理信号９を送信し、内部デバイス５は、停電処理信号９を受信するとユニット装置１を停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセス監視制御装置において、プロセス制御コントローラと監視操作卓を接続するためのユニット装置に関する。

プロセス監視制御装置は、プラントのプロセスを制御するプロセス制御コントローラ、オペレータがプラントの監視と操作を行う監視操作卓、およびプロセス制御コントローラと監視操作卓との間に接続され、双方が通信するデータの変換を行うユニット装置を備える。

従来のユニット装置は、電源を供給するための電源モジュールを備えており、電源モジュールの内部の部品の発熱によって電源モジュールが故障するというリスクを持つ。このため、電源モジュールの故障時の対策として、複数の電源モジュールをユニット装置に備える、いわゆる電源モジュールの冗長化を図っている。

一方、近年は、ユニット装置を卓上に設置するタイプのプロセス監視制御装置が増加している。以前は、ユニット装置を制御盤の内部に設置するタイプのプロセス監視制御装置が主流であったが、発熱による制御盤への影響を防ぐために、ユニット装置を制御盤の外部に設置するようになってきているからである。このため、ユニット装置は、卓上に設置できるように小型化することが望まれている。

しかし、電源モジュールを冗長化すると、多くの実装スペースが必要になるため、ユニット装置を小型化することが困難である。このため、電源モジュールを冗長化しないで、電源モジュールの発熱量の低減と電源モジュールの故障時の対策を図る必要がある。

電源モジュールは、電源機能と電源停復電シーケンス機能を備えている。電源機能は、ユニット装置に電源を供給するための機能である。電源停復電シーケンス機能は、電源機能からの電源電圧信号の検出と、ユニット装置の内部デバイスを正常に終了させるための停電処理信号の出力とを行うための機能である。電源機能が故障して電源停復電シーケンス機能への電源供給が停止した場合には、電源停復電シーケンス機能は、電源電圧信号の検出と停電処理信号の出力とを正常に行うことができず、ユニット装置の内部デバイスの破損や異常停止が発生し、プロセス制御コントローラおよび監視操作卓へ悪影響を与えるなどの不具合を生じる恐れがある。最悪の場合は、プロセス監視制御装置のシステム全体への影響も発生する。

特許文献１には、負荷回路および電源回路を保護するために、電源回路の故障時を除いて、異常電圧信号を検出するシーケンス回路を備えた電源供給装置が記載されている。特許文献１に記載の技術では、電源回路が故障しないことが前提であり、電源回路が故障した場合には、シーケンス回路および内部デバイスに電源を供給し、正常にユニット装置を停止することが困難である。

特許文献２には、電圧異常検出回路の動作を検査するために、電源回路の起動前と停止後に、電圧異常検出回路以外の異常検出回路が検出した異常を制御装置に知らせることが可能な電源装置が記載されている。特許文献２に記載の技術では、電圧異常検出回路は、電源回路から電源が供給されないと異常を検出することができず、電源回路の故障時に対応するのは困難である。

特開２０１１−１９３４９号公報特開２０１０−５７２４４号公報

従来のユニット装置が備える電源モジュールは、電源機能が故障した場合には、電源停復電シーケンス機能を喪失し、電源機能からの電源電圧信号の検出と、ユニット装置の内部デバイスを正常に終了させるための停電処理信号の出力とを行うことが不可能である。このため、電源モジュールの電源機能が故障すると、ユニット装置には内部デバイスの破損および異常停止が発生し、プロセス制御コントローラおよび監視操作卓へ悪影響を与える可能性がある。このため、電源モジュールの電源機能が故障しても、ユニット装置の動作を正常に停止する必要がある。

また、上述したようにユニット装置を小型化することが望まれているが、従来のユニット装置は、故障時の対策のために電源モジュールを冗長化しているので、小型化が困難である。

さらに、従来のユニット装置が備える電源モジュールでは、電源停復電シーケンス機能は、その実装部品が電源機能の発熱の影響を受け、寿命の低下と故障率の増加という課題を持つ。

本発明は、電源が故障しても動作を正常に停止することが可能なユニット装置を提供することを目的とする。また、小型化が可能であり、電源機能からの発熱の影響を軽減でき、電源停復電シーケンス機能の長寿命化を図ることができるユニット装置を提供することを目的とする。

本発明によるユニット装置は、次のような特徴を備える。

プロセス監視制御装置のプロセス制御コントローラと監視操作卓との間に接続されたユニット装置において、前記ユニット装置の電源を供給する電源部と、前記ユニット装置を制御するための内部デバイスと、前記電源部と前記内部デバイスとの間に設置された電源停復電シーケンス機能部と、電源供給バッテリとを備える。前記電源部が停止した場合には、前記電源供給バッテリは、前記電源停復電シーケンス機能部と前記内部デバイスに電源を供給し、前記電源停復電シーケンス機能部は、前記内部デバイスに停電処理信号を送信し、前記内部デバイスは、前記停電処理信号を受信すると前記ユニット装置を停止させる。

本発明によるユニット装置は、電源が故障しても動作を正常に停止することが可能である。また、小型化が可能であり、電源機能からの発熱の影響を軽減できるので電源停復電シーケンス機能の長寿命化を図ることができる。

本発明の実施例によるユニット装置のシステム構成図である。本発明の実施例によるユニット装置が備える電源停復電シーケンス機能部と内部デバイスの内部構成図である。本発明の実施例によるユニット装置の動作フローチャートである。従来のユニット装置のシステム構成図である。

本発明によるユニット装置の概要を説明する。本発明によるユニット装置は、電源部と電源停復電シーケンス機能部と電源供給バッテリと内部デバイスを備える。電源部が故障した場合でも、電源停復電シーケンス機能部と内部デバイスは、電源供給バッテリから給電されて動作可能である。電源部と電源停復電シーケンス機能部は、機能的および物理的に互いに分離、独立している構成部である。

故障などにより電源部が停止したとき、電源停復電シーケンス機能部には、電源供給バッテリから電源が供給される。電源停復電シーケンス機能部は、電源供給バッテリからの給電により、停電処理信号を内部デバイスへ送信する。内部デバイスは、電源停復電シーケンス機能部から停電処理信号を受信すると、電源供給バッテリからの給電により、ユニット装置を正常に停止させるための停止処理を行うとともに、アラーム信号を監視操作卓へ通報する。

本発明によるユニット装置では、電源部と電源停復電シーケンス機能部が分離していることにより、電源部が故障した場合にでも、電源停復電シーケンス機能部は、電源供給バッテリからの給電により停電処理信号を内部デバイスに送信することが可能である。これにより、ユニット装置の異常動作を防止し、プロセス制御コントローラと監視操作卓の誤動作を防止することができる。また、電源部と電源停復電シーケンス機能部を機能的および物理的に分離させて空間的に離して設置することにより、電源停復電シーケンス機能部は、電源部の発熱の影響が軽減され、長寿命化を図れる。また、従来のユニット装置では必要であった電源モジュールの冗長化が不要となるので、ユニット装置の小型化が可能である。

以下、本発明の実施例によるユニット装置を詳しく説明する。

図１は、本発明の実施例によるユニット装置のシステム構成図である。ユニット装置１は、プロセス制御コントローラ２と監視操作卓３との間に接続され、双方が通信するデータの変換を行う装置である。例えば、ユニット装置１は、プロセス制御コントローラ２からプロセスデータ１１が入力され、プロセスデータ１１を監視操作卓３が処理可能なデータ形式に変換し、変換したデータを監視操作卓３に出力する。ユニット装置１が異常動作を起こすと、プロセス制御コントローラ２と監視操作卓３とが通信できなくなり、プロセスの制御不能やプラント機器の誤動作という好ましくない事態を招く恐れがある。

本発明の実施例によるユニット装置１は、電源部４と、電源停復電シーケンス機能部６と、内部デバイス５と、電源供給バッテリ７を備える。オペレータは、監視操作卓３にて、ユニット装置１とプロセス制御コントローラ２を介して、プロセスの制御やプラント機器の監視と操作を行う。

電源部４は、内部デバイス５と電源停復電シーケンス機能部６に電源を供給し、ユニット装置１を動作させる。また、正常に動作しており電源を供給しているときは、電源停復電シーケンス機能部６に電源電圧信号８を周期的に送信する。

電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４と内部デバイス５との間の電源線上に設置され、電源部４から電源電圧信号８を受信する。あらかじめ定めた一定時間以上、電源電圧信号８を検出できない場合には、電源停復電シーケンス機能部６は、故障などにより電源部４が停止したと判断する。この一定時間は、電源部４が電源電圧信号８を送信する周期よりも大きい時間とする。

電源部４が停止したと判断した場合には、電源停復電シーケンス機能部６は、電源停復電シーケンス機能部６への給電を指示するための信号を電源供給バッテリ７に送信し、電源供給バッテリ７からの給電によって停電処理信号９を内部デバイス５へ送信する。なお、電源部４は、電源電圧信号８を送信しなくなってからすぐに停止するのではなく、ある程度の時間（猶予時間）が経ってから完全に停止する。従って、猶予時間の間に、電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４が停止したこと判断し、給電を指示するための信号を電源供給バッテリ７に送信することができる。

電源部４と電源停復電シーケンス機能部６は、機能的および物理的に互いに分離、独立しており、ユニット装置１の中で空間的に離れた位置に設けられる。例えば、電源部４と電源停復電シーケンス機能部６は、異なる基板に設けられる。このように電源部４と電源停復電シーケンス機能部６を配置することで、電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４の発熱の影響が軽減される。

さらに、電源部４と電源停復電シーケンス機能部６のそれぞれを筐体で覆ってもよい。電源部４と電源停復電シーケンス機能部６は空間的に離れているので、電源部４を覆う筐体と電源停復電シーケンス機能部６を覆う筐体は、異なる筐体である。電源部４と電源停復電シーケンス機能部６のそれぞれを筐体で覆うことにより、電源停復電シーケンス機能部６が受ける電源部４の発熱の影響を、さらに軽減することができる。

内部デバイス５は、ユニット装置１を制御する構成部、すなわち、ユニット装置１を動作させ、正常に停止させるための構成部である。ユニット装置１を動作または停止させるための構成部は、通常は複数のデバイスにより構成されるが、本実施例では内部デバイス５という１つのデバイスで代表して表す。内部デバイス５は、電源停復電シーケンス機能部６からの停電処理信号９を受信すると、内部デバイス５への給電を指示するための信号を電源供給バッテリ７に送信し、電源供給バッテリ７からの給電によってユニット装置１の停止処理を行う。このとき、内部デバイス５は、監視操作卓３へアラーム信号１０を出力する。

電源供給バッテリ７は、例えば蓄電池で構成され、バックアップ用の電源を蓄電する。電源部４が正常に動作しているときには、電源供給バッテリ７は、電源部４から充電してバックアップ用電源を蓄電し、電源停復電シーケンス機能部６と内部デバイス５に電源を供給しない。電源部４が停止したとき、電源供給バッテリ７は、電源停復電シーケンス機能部６と内部デバイス５にバックアップ用電源を供給し、これらを動作させることができる。電源供給バッテリ７の大きさは、従来のユニット装置が備える電源モジュールの１／６〜１／８程度と小さくすることができる。

監視操作卓３は、アラーム信号１０を受信すると、ユニット装置１が停止処理を実行していることをオペレータに通知する。監視操作卓３のオペレータへの通知方法は、任意であり制限しない。例えば、画面に文字や図形を表示する、ランプを点灯する、ブザー、サウンドまたは音声を出力するなど、視覚表示と音響のいずれか一方または両方を用いてオペレータに通知することができる。

本発明によるユニット装置では、電源部４と電源停復電シーケンス機能部６を分離し、両者を空間的に離れた位置に設置している。従って、電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４の発熱の影響が軽減され、実装部品の長寿命化を図ることができる。また、本発明によるユニット装置は、電源部４が故障したときのために電源供給バッテリ７を備えているので、従来のユニット装置のように電源モジュールの冗長化が不要であり、ユニット装置１を小型化することが可能である。

さらに、本発明によるユニット装置では、電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４の発熱の影響が軽減されるので、電源停復電シーケンス機能部６を冷却するためのファンが不要となる。従って、ファンの設置スペースが不要であるので、このことによってもユニット装置１を小型化することが可能である。加えて、ユニット装置１が消費する電力を削減できるという効果もある。

図４を用いて、従来のユニット装置について説明する。図４は、従来のユニット装置４１のシステム構成図である。ユニット装置４１は、電源モジュール４２と内部デバイス５を備える。電源モジュール４２は、電源機能４４と電源停復電シーケンス機能４６を有し、内部デバイス５に電源を供給する。内部デバイス５は、電源停復電シーケンス機能４６から停電処理信号９を受信すると、ユニット装置４１の停止処理を行う。

電源モジュール４２では、電源機能４４が発熱によって故障して電源停復電シーケンス機能４６への電源供給を停止すると、電源停復電シーケンス機能４６が停電処理信号９を内部デバイス５に出力できなくなる。従って、電源モジュール４２の電源機能４４が故障すると、内部デバイス５は、停止処理を正常に行うことができなくなる。さらに、内部デバイス５は、電源モジュール４２から給電されなくなるので、異常停止する。このため、プロセス制御コントローラ２および監視操作卓３へ悪影響を与えるなどの不具合を生じる恐れがあり、場合によっては、プロセス監視制御装置のシステム全体への影響も発生する。

なお、図１では、１台のユニット装置１に対して、電源部４、電源停復電シーケンス機能部６、および電源供給バッテリ７を１台ずつ備えているが、電源部４、電源停復電シーケンス機能部６、および電源供給バッテリ７の数は１台に限るものではない。電源部４が複数あるユニット装置の場合は、全ての電源部４が停止したときに、電源供給バッテリ７から全ての電源停復電シーケンス機能部６にバックアップ用電源を供給する。このとき、１台の電源供給バッテリ７からバックアップ用電源を供給してもよいし、複数の電源供給バッテリ７からバックアップ用電源を供給してもよい（すなわち、必ずしも全ての電源供給バッテリ７を使用しなくてもよい）。また、電源部４、電源停復電シーケンス機能部６、および電源供給バッテリ７の数は、互いに異なっていてもよい。

ただし、ユニット装置１を小型化するためには、１台のユニット装置１は、電源部４、電源停復電シーケンス機能部６、および電源供給バッテリ７を１台ずつ備えるのが好ましい。

図２は、ユニット装置１が備える電源停復電シーケンス機能部６および内部デバイス５の内部構成図である。電源停復電シーケンス機能部６は、電源電圧検知部２１と停電処理部２２とを備える。内部デバイス５は、電源遮断部２３とアラーム発生部２４を備える。

電源停復電シーケンス機能部６の電源電圧検知部２１は、電源部４から電源電圧信号８を受信する。あらかじめ定めた一定時間（電源部４が電源電圧信号８を送信する周期よりも大きい時間）以上、電源電圧検知部２１が電源部４からの電源電圧信号８を検出できない場合、電源停復電シーケンス機能部６は、故障などにより電源部４が停止したと判断する。この場合、電源供給バッテリ７は、電源停復電シーケンス機能部６へバックアップ用電源を供給する。

電源停復電シーケンス機能部６の停電処理部２２は、電源部４が停止したと判断した場合に、内部デバイス５へ停電処理信号９を送信する。

内部デバイス５の電源遮断部２３は、電源停復電シーケンス機能部６から停電処理信号９を受信する。内部デバイス５は、停電処理信号９を受信すると、電源供給バッテリ７から供給されるバックアップ用電源によって、ユニット装置１の停止処理を行う。

内部デバイス５のアラーム発生部２４は、電源遮断部２３が停電処理信号９を受信すると、監視操作卓３へアラーム信号１０を出力し、ユニット装置１の停止処理を実行していることをオペレータに通知する。

図３は、ユニット装置１の動作フローチャートである。

ステップ３１で、電源停復電シーケンス機能部６は、電源部４から電源電圧信号８を周期的に受信する。あらかじめ定めた一定時間（電源部４が電源電圧信号８を送信する周期よりも大きい時間）以上、電源電圧信号８を受信できない場合は、電源部４が停止したと判断し、ステップ３２に進む。

ステップ３２で、電源停復電シーケンス機能部６は、給電を指示するための信号を電源供給バッテリ７に送信する。電源供給バッテリ７は、電源停復電シーケンス機能部６へバックアップ用電源を供給する。

ステップ３３で、電源停復電シーケンス機能部６は、内部デバイス５へ停電処理信号９を送信する。

ステップ３４で、内部デバイス５は、停電処理信号９を受信すると、給電を指示するための信号を電源供給バッテリ７に送信する。電源供給バッテリ７は、内部デバイス５へバックアップ用電源を供給する。

ステップ３５で、内部デバイス５は、ユニット装置１の停止処理を行う。

ステップ３６で、内部デバイス５は、監視操作卓３へアラーム信号１０を出力し、ユニット装置１の停止処理を実行していることをオペレータに通知する。

１…ユニット装置、２…プロセス制御コントローラ、３…監視操作卓、４…電源部、５…内部デバイス、６…電源停復電シーケンス機能部、７…電源供給バッテリ、８…電源電圧信号、９…停電処理信号、１０…アラーム信号、１１…プロセスデータ、２１…電源電圧検知部、２２…停電処理部、２３…電源遮断部、２４…アラーム発生部、４１…従来のユニット装置、４２…電源モジュール、４４…電源機能、４６…電源停復電シーケンス機能。

Claims

プロセス監視制御装置のプロセス制御コントローラと監視操作卓との間に接続されたユニット装置において、
前記ユニット装置の電源を供給する電源部と、前記ユニット装置を制御するための内部デバイスと、前記電源部と前記内部デバイスとの間に設置された電源停復電シーケンス機能部と、電源供給バッテリとを備え、
前記電源部が停止した場合には、前記電源供給バッテリは、前記電源停復電シーケンス機能部と前記内部デバイスに電源を供給し、前記電源停復電シーケンス機能部は、前記内部デバイスに停電処理信号を送信し、前記内部デバイスは、前記停電処理信号を受信すると前記ユニット装置を停止させる、
ことを特徴とするユニット装置。
請求項１記載のユニット装置において、
前記電源部は、電源電圧信号を前記電源停復電シーケンス機能部に送信し、
前記電源停復電シーケンス機能部は、前記電源電圧信号により前記電源部が停止したか否かを判断するユニット装置。
請求項１記載のユニット装置において、
前記電源供給バッテリは、前記電源部から充電して蓄電するユニット装置。
請求項１記載のユニット装置において、
前記電源部、前記電源停復電シーケンス機能部、および前記電源供給バッテリをそれぞれ１台ずつ備えるユニット装置。
請求項１記載のユニット装置において、
前記電源部は、第１の基板に設けられて前記ユニット装置に備えられ、
前記電源停復電シーケンス機能部は、第２の基板に設けられて前記ユニット装置に備えられるユニット装置。
請求項１記載のユニット装置において、
前記電源部は、第１の筐体で覆われて前記ユニット装置に備えられ、
前記電源停復電シーケンス機能部は、第２の筐体で覆われて前記ユニット装置に備えられるユニット装置。