JP2013161424A - リモート監視の制御装置を備えたプラント制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】プラントの制御装置をプラントの遠隔地に複数設置し、ネットワークを介してリモート監視制御を行うことでプラントの制御困難な状況になるリスクを低減させること。
【解決手段】複数のプラントＡ，Ｂ，Ｍと、プラント毎の複数の制御装置１，２，Ｎと、制御装置に制御操作の指示を与えるプラント制御用操作装置３１，３２，３３と、これらの装置群を結ぶネットワーク８０と、各構成要素を統括制御するプラント統括装置４０と、を備えたプラント制御システムであって、複数の制御装置１，２，Ｎとプラント制御用操作装置３１，３２，３３は、プラントＡ，Ｂ，Ｍの設置箇所とは離隔した遠隔地に設置され、ネットワークを介して制御の対象となる該当プラントを遠隔地から遠隔制御すること。プラント制御用操作装置３１，３２，３３によるプラントの制御操作の指示は運転員に限るとするアクセス制限をかける。一の制御装置に障害が生じた場合、他の制御装置で代替するプラント制御システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントの制御システムに係わり、特にプラントの遠隔地にプラントの制御装置を設置し広域ネットワークを介してプラントの制御を行い、プラント制御のリスク分散をさせるプラント制御システムに関する。

従来、プラントの運転を遠隔地から制御することは、例えば特許文献１に提案されており、これによると、水処理プラントにおいてプラント運転責任者が離隔地に駐在する場合であっても広域ネットワークを介して遠隔Ｗｅｂ端末を用いてプラント内のサーバ及び監視制御装置を通して適切な運転制御を可能としている。

また、広域ネットワークを利用したデータ入力システムの従来例として、例えば特許文献２には、蓄積サーバとデータ入力装置等を、インターネット等の広域コンピュータネットワークにオープンに接続配置することで物理的な位置関係や固定的な接続関係に制限されることなく、データのやりとりを可能とするシステムが開示されている。

特開２０１０−２４４４８５号公報 特開２００４−１３５７６号公報

上記の特許文献１に開示されているように、従来、プラントを制御するプラント制御装置は、プラントと同じ敷地に設置されている。しかし、東日本大震災のように、天災等が起こった場合、そのプラント専用の制御装置がプラント内にあって被害を受けてしまった場合に備えて、遠隔地からプラントを監視制御できることが望まれる。このように、上記の特許文献１においては、プラントの制御装置それ自体をプラントから離隔した他の場所に設置しようとする発想は存在していなかった。このように、プラントに制御装置は設置しておくが、プラントの監視（制御 操作）はプラントの敷地外でも行えるようにすると云う発想はあっても、プラントの制御装置それ自体をプラントと離隔した他の場所に設置しようと言う発想はなかった。

また、上記の特許文献２では、広域コンピュータネットワークを用いて離隔した入力装置と蓄積サーバとの間でデータをやりとりしようとすることは開示されているが、データの授受を行う構成要素としてプラント制御装置に特定して活用しようという発想はなかった。

本発明は、プラントの制御装置をプラント敷地内ではなく遠隔地に複数設置し、広域ネットワークを介してリモート監視の制御装置によりプラントの制御を行うことでプラントの停止又はプラントの制御困難な状況になるリスクを低減させるとともに、一の制御装置に障害が起きても、他の制御装置によって制御処理を引き継ぐことができるプラント制御システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
複数のプラントと、当該プラント毎にプラント制御する複数の制御装置と、当該制御装置に制御操作の指示を与えるプラント制御用操作装置と、前記プラント、前記制御装置、前記プラント制御用操作装置をそれぞれ結ぶネットワークと、当該ネットワークに接続された各構成要素を統括制御するプラント統括装置と、を備えたプラント制御システムであって、前記複数の制御装置と前記プラント制御用操作装置は、プラントの設置された敷地とは離隔した離隔地に設置され、前記ネットワークを介して制御の対象となる該当プラントを前記離隔地から遠隔制御し、前記プラント統括装置は、ＩＰアドレスをもつ制御装置と当該制御装置で制御されるＩＰアドレスのあるプラントとの関連付けを登録したプラント振分け情報データベースと、前記プラント、前記制御装置、前記プラント制御用操作装置のそれぞれのＩＰアドレスを格納したＩＰアドレスデータベースと、に参照可能である構成とする。

また、プラント制御システムにおいて、前記制御装置の数は、前記プラントの数よりも多く設け、前記プラント統括装置が前記プラントを制御する制御装置に故障が生じたことを検出した場合に、前記プラント統括装置は、プラントを制御していない制御装置を探索し、前記探索した制御装置を起動して当該制御装置にプラントを制御させるとともに、前記プラント振分け情報データベースの振分け情報を更新する構成とする。さらに、前記プラント統括装置は、前記プラント制御用操作装置を操作する操作員の認証情報を格納した個人認証情報データベースに参照可能であり、前記プラント統括装置は、前記プラント制御用操作装置による制御操作の指示が前記個人認証情報データベースの認証情報との照合一致により可能としてアクセス制限を掛ける構成とする。

本発明によれば、プラントの制御装置をプラント敷地内ではなくて遠隔地に複数設置し、ネットワークを介してリモート監視の制御装置によりプラントの制御を行うことで、プラント敷地内の災害時にプラントの停止又は制御不能の状況になるリスクを低減させることができる。

また、プラント数よりも多くの制御装置を設けてプラント統括制御することで、一の制御装置に障害が起きても、他の制御装置によって制御処理を引き継ぐことができ、さらに、ＩＰアドレスを用いてプラント統括制御することで、部外の操作員によるアクセスを制限することができる。

本発明の実施形態に係るプラント制御システムの全体構成を示すシステム構成図である。 本実施形態に係るプラント制御システムにおける一の制御装置又は制御装置と広域ネットワークとを結ぶ伝送線路に不具合が発生した場合の対処手順の前半を示すフローチャートである。 本実施形態に係るプラント制御システムにおける一の制御装置又は制御装置と広域ネットワークとを結ぶ伝送線路に不具合が発生した場合の対処手順の後半を示すフローチャートである。 従来技術に関するプラント、制御装置及びプラント制御用ＰＣにおける接続関係と配置関係を表す図である。

本発明の実施形態に係るプラント制御システムについて、図１と図２を参照しながら以下説明する。まず、本実施形態で用いる用語について説明する。プラントＡ（１１）、プラントＢ（１２）…プラントＭ（１３）とは、例えばボイラやタービン等のプラント機器（１６，１７，１８）からなる発電所を一例とするプラントを表し、複数のプラントが設置されていることを前提とする。

制御装置１（２１）、制御装置２（２２）…制御装置Ｎ（２３）とは、プラントＡ（１１）、プラントＢ（１２）…プラントＭ（１３）のそれぞれのプラント機器（１６，１７，１８）からプラント情報を入手してプラントの状態を判断し、必要に応じて制御信号をプラント（１１，１２，１３）に送信しプラント機器を制御するものであり、制御センタ１（２６）、制御センタ２（２７）…制御センタＮ（２８）とは、それぞれの制御装置（２１，２２，２３）の存在する場所のことである。

ここで、本実施形態では、プラントＡ（１１）、プラントＢ（１２）、…プラントＭ（１３）のプラント同士は、同一又は類似の機能を有しているものであり、これらのプラントを制御する制御センタ（２６，２７，２８）内の制御装置（２１，２２，２３）も同一又は類似の機能を有しているものであることを前提とする。また、制御センタ毎に１つの制御装置が備わっているものとする。

また、プラントＡ制御用ＰＣ（３１）、プラントＢ制御用ＰＣ（３２）…プラントＭ制御用ＰＣ（３３）とは、プラントの運転員（操作員）の操作によって、当該ＰＣ（３１，３２，３３）に対応した制御装置（２１，２２，２３）を通してプラント（１１，１２，１３）の状態を監視したり、制御操作の指示を送る機能を有しているＰＣ（パソコンに限らず制御装置を通してプラント機器を監視し指示を実行する制御機能を有するものであればよく、制御装置へ制御操作の指示を与えるプラント制御用操作装置）のことである。

まず、本発明の実施形態に係るプラント制御システムについて、その概要を従来例と比較して説明する。従来例は図３に示すように、プラント（１０）のプラント機器（１５）と、プラント機器（１５）を制御する制御装置（２０）と、制御装置（２０）に接続されたプラント制御用ＰＣ（３０）とは、プラントの敷地内に配置されていて、それぞれ専用回線でつながっているシステム構成となっている。

これに対して、本実施形態のプラント制御システムは、詳細は後述するが、各プラントを制御する制御装置をプラントから離れた遠隔地に複数設置し、それらの制御装置とプラント群とを専用回線でない広域ネットワーク（例えば、インターネット）で接続するシステム構成とすることによって、プラントから離隔した遠隔地配置のために、ダメージを受けたプラントとは違ってダメージを受け得ない制御装置によってプラント制御を可能とし、さらに、プラント数よりも多くの制御装置を設けてプラント統括制御することで、一の制御装置または広域ネットワークと制御装置を結ぶ伝送線路に不具合が起きた場合にも、他の制御センタ内の制御装置に制御を引き継がせて制御を続けることを可能とするものである。

図１において、本実施形態のプラント制御システムは、プラントＡ，Ｂ，…，Ｍ（１１，１２，１３）と、制御装置１，２，…，Ｎ（２１，２２，２３）と、プラント制御Ａ，Ｂ，Ｃ用ＰＣ（３１，３２，…，３３）とが専用回線でない広域ネットワーク（例えばインターネット）８０で接続され、さらに、この広域ネットワーク８０には、プラントから離隔した遠隔地に設置のプラント統括装置４０が接続される構成である。

そして、プラント統括装置４０には個人認証情報データベース５０、ＩＰアドレスデータベース６０、プラント振分け情報データベース７０がつながっており、それぞれのデータベースを参照するようになっている。なお、プラント（１１，１２，１３）の数（Ｍ）に対して、制御装置（２１，２２，２３）の数（Ｎ）は多くあって十分に足りているものとし（Ｎ＞Ｍ）、ここで用いるネットワーク回線は十分に速度が速く安定しており、プラントの制御情報を送受信するのに問題ないものとする。

まず、プラントＡ，Ｂ，Ｍ（１１，１２，１３）と制御センタ１，２，Ｎ（２６，２７，２８）とのアクセス方法について説明する。初期値として、どのプラントＡ，Ｂ，Ｍとどこの制御センタ１，２，Ｎ（２６，２７，２８）内の制御装置１，２，Ｎ（２１，２２，２３）とを接続すればよいかという情報を、予めプラント振分け情報データベース７０に登録しておくことにする。

プラント統括装置４０は、制御装置１，２，Ｎ（２１，２２，２３）側から送られてきたＩＰアドレスを読み取る。そして、ＩＰアドレスの格納されたＩＰアドレスデータベース６０を調べ、そのＩＰアドレスはどの制御装置１，２，Ｎ（２１，２２，２３）のアドレスであるかを特定する。例えば、ａａａ．ｂｂｂ．ｃｃｃというＩＰアドレスであれば、制御装置１（２１）からの情報であることが分かる。

次に、そのＩＰアドレスを持つ制御装置がどのプラントの制御を使うべきかというデータをプラント振分け情報データベース７０から入手する（例．入手の結果、「制御装置１（２１）」が「プラントＡ（１１）」に対応していることがわかる）。そして、その情報に従って、プラントと制御装置が広域ネットワーク８０（例．インターネット）を介して繋がれることとなる。その繋がりが完了したら、プラント統括装置４０は、プラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）に、プラントＡ，Ｂ，Ｍ（１１，１２，１３）と制御装置１，２，Ｎ（２１，２２，２３）が繋がれていることを知らせる。

上記の手順の後に、該当するプラントＡ，Ｂ，Ｍ（１１，１２，１３）にアクセス可能（監視制御可能）なユーザの認証情報（ＩＤ又はパスワードでも良いし、指紋認証でもよい。認証の仕方は任意とする）をプラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）からプラント統括装置４０に送る。プラント統括装置４０は、受け取った認証情報を個人認証情報データベース５０と照らし合わせ、一致した場合、その操作員によって該当するプラントＡ，Ｂ，Ｍ（１１，１２，１３）の監視及び制御指示をするシステムにログインでき、監視及び制御指示ができるようにする。

このように、外部からの不正なアクセスによるプラント制御のセキュリティ上の課題を無くするために、プラント制御用ＰＣによる制御は、プラントの正当な操作員に限るというアクセス制限を掛けることとする。ここで、プラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）は、プラントＡ，Ｂ，Ｍ（１１，１２，１３）の敷地内ではなくて、別の場所からプラントの監視制御ができるものであり、また、制御装置１，２，Ｎ（２１，２２，２３）とは離隔した場所であってもよい。

このように接続されたプラント（１１，１２，１３）、制御センタ内の制御装置（２１，２２，２３）、プラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）においては、操作員の操作によってプラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）からの制御情報は、広域ネットワーク８０を通してプラント統括装置４０を経て制御センタ（２６，２７，２８）内の制御装置（２１，２２，２３）に送られ、その制御情報に従って制御装置（２１，２２，２３）はプラント（１１，１２，１３）に対して制御信号を発信する。逆に、プラント（１１，１２，１３）からの情報はプラントから制御センタ内の制御装置（２１，２２，２３）に送られてきて、制御装置（２１，２２，２３）がプラント制御用ＰＣ（３１，３２，３３）に情報を送る。これらの情報伝達は、プラント統括装置４０の制御のもとに実施される。

このようにして一旦、プラント（１１，１２，１３）と制御装置（２１，２２，２３）とを対応させて接続すると、何か異常が無い限りは該当するプラントの制御をしている制御装置が他のプラントの制御をすることはなく、常に広域ネットワーク８０を通じて情報の送受信が可能な状態とする。また、プラント統括装置４０は、このようにしてつながっている制御装置（２１，２２，２３）とプラント（１１，１２，１３）のネットワークの流れを監視し、制御装置（２１，２２，２３）に障害が生じていないか、又は制御装置（２１，２２，２３）と広域ネットワーク８０を結ぶ伝送線路９０に障害が生じていないかどうかを常に監視している。

次に、本実施形態に係るプラント制御システムにおいて、制御センタ内の制御装置（２１，２２，２３）、又は制御装置と広域ネットワークを結ぶ伝送線路（９０）に不具合が生じた場合に、他の制御装置（当該制御装置につながる伝送線路）に制御を引き継がせてプラント制御を続行する手法について説明する。ここで、各制御センタは制御センタｉ、各プラントはプラントｋのようにアルファベットの添え字をつけて区別する。ｉ，ｊ，ｋ，Ｎ（制御センタの数），Ｍ（プラントの数）＝整数であり、１≦ｉ，ｊ≦Ｎであり、ｉ≠ｊであり、１≦ｋ≦Ｍであり、Ｍ＜Ｎ、である。なお、ｉは制御装置としてもよい（制御センタと制御装置とは一義的に対応している）。

まず、プラント統括装置（４０）は、制御センタｉがどのプラントと通信をしているかについてプラント振分け情報データベース（７０）からデータをとってくる。ここで、制御センタｉはプラントｋと通信しているとする（Ｓ３０３）。次に、プラント統括装置（４０）は、制御センタｉとプラントｋとの通信が正常に行われているか通信状況を確認する（Ｓ３０５）。

プラント統括装置（４０）の監視によって、制御センタｉとプラントｋの通信が正常に行われていないとプラント統括装置（４０）が判断した場合、まず、制御センタｉとのプラントｋのネットワークの再接続を試みる（Ｓ３０６）。再接続に成功した場合は、制御センタｉの通信状況は正常であると判断し（Ｓ３０７）、ｉ＋１をｉとし（Ｓ３１８）、Ｓ３０２からの処理を同様に行う。制御センタ１から制御センタＮまで同様のことを繰り返す。

次に、Ｓ３０７で再接続に失敗した場合、プラント統括装置（４０）は、プラント振分け情報データベース（７０）にアクセスし、制御センタｉに代わる制御センタを制御センタ１から順々に探す処理を開始する。ここで、制御センタｉの代替の候補となる制御センタを制御センタｊとする（Ｓ３０８〜Ｓ３１０）。

制御センタｊ内の制御装置が稼動中でなく、かつ故障中でない場合に（Ｓ３１１，Ｓ３１２）、プラント統括装置（４０）は、制御センタｊ内の制御装置の起動を指令し（Ｓ３１３）、プラント振分け情報データベース（７０）に制御センタｊとプラントｋとが通信を行うという情報を更新し（Ｓ３１４）、制御センタｊ内の制御装置とプラントｋの通信を開始させる（Ｓ３１５）。制御センタｊが稼動中であるか故障中であった場合、ｊ＋１をｊとして（Ｓ３１６）、同様にＳ３１０からの処理を行う。制御センタ１から制御センタＮまで同様に繰り返す。

このようにして、稼働中でなく且つ故障中でない制御センタを見つけた場合に、その制御センタを起動するとともに、プラント振分け情報データベース（７０）の情報を新しく書き換えて、プラントと制御センタとのアクセスのし直しを行う。なお、以上の説明では制御センタ内の制御装置が不正常な場合を想定して説明したが、制御装置に限らず、制御装置と専用回線でない広域ネットワーク（例．インターネット）とを結ぶ伝送線路９０が不正常の場合も同様である。

１０ プラント
１１ プラントＡ
１２ プラントＢ
１３ プラントＭ
１５ プラント機器
１６ プラント機器Ａ
１７ プラント機器Ｂ
１８ プラント機器Ｍ
２０ 制御装置
２１ 制御装置１
２２ 制御装置２
２３ 制御装置Ｎ
２５ 制御センタ
２６ 制御センタ１
２７ 制御センタ２
２８ 制御センタＮ
３０ プラント制御用ＰＣ
３１ プラントＡ制御用ＰＣ
３２ プラントＢ制御用ＰＣ
３３ プラントＭ制御用ＰＣ
４０ プラント統括装置
５０ 個人認証情報データベース
６０ ＩＰアドレスデータベース
７０ プラント振分け情報データベース
８０ 広域ネットワーク
９０ 制御装置と広域ネットワークとを結ぶ伝送線路

Claims (4)

1. 複数のプラントと、当該プラント毎にプラント制御する複数の制御装置と、当該制御装置に制御操作の指示を与えるプラント制御用操作装置と、前記プラント、前記制御装置、前記プラント制御用操作装置をそれぞれ結ぶネットワークと、当該ネットワークに接続された各構成要素を統括制御するプラント統括装置と、を備えたプラント制御システムであって、
   前記複数の制御装置と前記プラント制御用操作装置は、プラントの設置された敷地とは離隔した離隔地に設置され、前記ネットワークを介して制御の対象となる該当プラントを前記離隔地から遠隔制御し、
   前記プラント統括装置は、ＩＰアドレスをもつ制御装置と当該制御装置で制御されるＩＰアドレスのあるプラントとの関連付けを登録したプラント振分け情報データベースと、前記プラント、前記制御装置、前記プラント制御用操作装置のそれぞれのＩＰアドレスを格納したＩＰアドレスデータベースと、に参照可能である
   ことを特徴とするプラント制御システム。
2. 請求項１において、
   前記制御装置の数は、前記プラントの数よりも多く設け、
   前記プラント統括装置が前記プラントを制御する制御装置に故障が生じたことを検出した場合に、前記プラント統括装置は、プラントを制御していない制御装置を探索し、前記探索した制御装置を起動して当該制御装置にプラントを制御させるとともに、前記プラント振分け情報データベースの振分け情報を更新する
   ことを特徴とするプラント制御システム。
3. 請求項１において、
   前記制御装置の数は、前記プラントの数よりも多く設け、
   各制御装置はそれぞれ前記ネットワークとを結ぶ伝送線路で接続され、
   前記プラント統括装置が前記プラントを制御する制御装置の伝送線路に故障が生じたことを検出した場合に、前記プラント統括装置は、プラントを制御しておらず且つ伝送線路に故障の無い制御装置を探索し、前記探索した制御装置を起動して当該制御装置にプラントを制御させるとともに、前記プラント振分け情報データベースの振分け情報を更新する
   ことを特徴とするプラント制御システム。
4. 請求項１、２または３において、
   前記プラント統括装置は、前記プラント制御用操作装置を操作する操作員の認証情報を格納した個人認証情報データベースに参照可能であり、
   前記プラント統括装置は、前記プラント制御用操作装置による制御操作の指示が前記個人認証情報データベースの認証情報との照合一致により可能としてアクセス制限を掛ける
   ことを特徴とするプラント制御システム。

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