JP2013200669A - プロセス制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつ機器の変更や追加を柔軟に行うことが可能なプロセス制御システムを提供する。
【解決手段】プロセス制御システム１は、プラントに設けられるネットワークＮと、ネットワークＮに接続され、工業プロセスの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行う複数のフィールド機器１０と、ネットワークＮに接続され、ハードウェア２１上でハードウェアの代わりとして動作するハイパーバイザ２２と、ハイパーバイザ２２上で動作してネットワークＮを介してフィールド機器１０の動作を制御する制御部（オペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４）とを有しており、制御部を変更することなくハードウェア２１の交換が可能なコントローラ２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロセス制御システムに関する。

従来から、プラントや工場等（以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という）においては、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御するプロセス制御システムが構築されており、高度な自動操業が実現されている。従来のプロセス制御システムは、例えば以下の特許文献１の図７（特許文献２，３の図１（ＦＩＧ．１））に示す通り、流量計や温度計等の複数のセンサとバルブ等のアクチュエータとが直接コントローラに接続された構成であり、コントローラがセンサの検出結果に応じてアクチュエータを制御することによって上述した各種の状態量が制御される。

ここで、プラントは、寿命を約３０年として設計されることが多いが、プロセス制御システムをなす各種機器（上述したコントローラ、センサ、アクチュエータ）は、汎用的な電子部品が用いられることが多いため、その寿命が電子部品の寿命で規定されてしまい約１０年程度である。センサは寿命がきても単体で交換可能だが、コントローラのインターフェイス部であるＩ／Ｏカードに汎用的な電子部品が搭載されているため、コントローラの寿命は１０年程度に制限され、プロセス制御システムの寿命も制限されてしまう。

このように、プロセス制御システムをなす各種機器はプラントよりも寿命が短いことから、プラントの寿命を迎える前にプロセス制御システムをリプレース（再構築）する必要がある。そこで、以下の特許文献１の図１（特許文献２，３の図２（ＦＩＧ．２）に示されている通り、プロセス制御システムをなす各種機器を同じネットワークに接続した構成にし、上記のＩ／Ｏカードを無くすことによってプロセス制御システムの寿命を延ばすことが考えられる。

特許第４３９９７３号公報 国際公開第２００５／０５０３３６号 米国特許出願公開第２００７／００７８９８０号明細書

ところで、プロセス制御システムをなす各種機器には、コントローラのＩ／Ｏカード以外の部分にも汎用的な電子部品が用いられている。このため、上述の通り、Ｉ／Ｏカードを無くすことによってプロセス制御システムの寿命を延ばすことができたとしても、結局のところプロセス制御システムのリプレースが必要になってしまうという問題がある。

また、近年においては技術革新の進展が目覚ましいことから、プラントの寿命を迎える前に、新たなプロセス制御システムが開発される可能性が高いと考えられる。このような新たな技術を導入しようとする場合においても、プラントに既に構築されているプロセス制御システムを新たなプロセス制御システムにリプレースする必要があるという問題がある。

ここで、プロセス制御システムをリプレースするには、基本的には長期間に亘ってプラントを停止させる必要がある。このため、プロセス制御システムのリプレースに要するコストは、プロセス制御システムをなす各種機器の交換に要するコストに留まらず、プラントを停止させていなければ生産し得たであろう生産物による利益を損失コストとして考慮する必要がある。このようなコストを考慮すると、既存のプロセス制御システムをリプレースすることなく、互換性を維持しつつ機器の変更や追加が可能であることが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつ機器の変更や追加を柔軟に行うことが可能なプロセス制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のプロセス制御システムは、プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システム（１〜３）において、前記プラントに設けられるネットワーク（Ｎ、Ｎ１、Ｎ２）と、前記ネットワークに接続され、前記工業プロセスの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行う複数のフィールド機器（１０、４０）と、前記ネットワークに接続され、ハードウェア（２１）上でハードウェアの代わりとして動作する仮想化部（２２）と、該仮想化部上で動作して前記ネットワークを介して前記フィールド機器の動作を制御する制御部（２３、２４）とを有しており、前記制御部を変更することなくハードウェアの交換が可能なコントローラ（２０、２０ａ、２０ｂ、６０ａ〜６０ｃ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、コントローラに設けられた仮想化部がハードウェア上でハードウェアの代わりとして動作し、フィールド機器の制御の動作を制御する制御部が仮想化部上で動作する。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記コントローラが少なくとも２台設けられ、冗長化動作を行うことを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記ネットワークが、冗長化されていることを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記ネットワークに接続され、前記フィールド機器で入出力される信号と前記ネットワークを介して通信される信号との中継を行う入出力ノード（５０）を備えることを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記ネットワークに接続され、故障が生じたコントローラに設けられている制御部と同じ制御部を動作させ得る仮想化部を有する予備コントローラ（７０）を備えることを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記制御部が、前記仮想化部によって動作する前記オペレーティングシステム（２３）と、前記オペレーティングシステム上で動作するアプリケーション（２４）とからなることを特徴としている。

本発明によれば、ハードウェア上でハードウェアの代わりとして動作する仮想化部をコントローラに設け、仮想化部上でフィールド機器の動作を制御する制御部を動作させるようにしている。このため、従前用いられていた既存の制御部を変更することなくハードウェアを交換することができ、既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつコントローラの変更や追加を柔軟に行うことができるという効果がある。
また、本発明によれば、コントローラを少なくとも２台設けて冗長化動作をさせているため、プラントを停止させることなくコントローラの交換を行うことができるという効果がある。

本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態におけるコントローラの交換手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態におけるコントローラ交換時に行われる動作の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるコントローラの交換手順の一例を示す図である。 本発明の第３実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるプロセス制御システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム１は、フィールド機器１０、コントローラ２０、及び監視装置３０を備えており、監視装置３０の監視の下でコントローラ２０がフィールド機器１０を制御することによって、プラント（図示省略）で実現される工業プロセスの制御を行う。

フィールド機器１０は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、図１においては、理解を容易にするために、プラントに設置されたフィールド機器１０のうちの流体の流量を測定するセンサ機器１１と流体の流量を制御（操作）するバルブ機器１２とを図示している。

フィールド機器１０は、プラントに敷設されたネットワークＮに接続されており、コントローラ２０からネットワークＮを介して送信されてくる制御データに応じた動作を行う。例えば、コントローラ２０からセンサ機器１１に測定データ（流体の流量の測定結果を示すデータ）の送信要求が送信されてきた場合には、センサ機器１１は、ネットワークＮを介してコントローラ２０に向けて測定データを送信する。また、コントローラ２０からバルブ機器１２に対して制御データ（開度を制御するデータ）が送信されてきた場合には、バルブ機器１２は、流体が通過する弁の開度を制御データで指示される開度にする。尚、上記のネットワークＮは、例えばプラントに敷設される有線のバックボーンネットワークである。

コントローラ２０は、監視装置３０の監視の下でフィールド機器１０（例えば、センサ機器１１）からの測定データを収集するとともに、収集した測定データに基づいてフィールド機器１０（例えば、バルブ機器１２）を制御する。このコントローラ２０の機能は、ソフトウェアがコンピュータに読み込まれて、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって実現される。

具体的に、コントローラ２０の機能は、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit：マイクロプロセッサ）やメモリ等からなるハードウェア２１に対して、ハイパーバイザ２２（仮想化部）を実現するプログラム、オペレーティングシステム（ＯＳ）２３（制御部）を実現するプログラム、及びアプリケーション２４（制御部）を実現するプログラムがインストールされ、インストールされたプログラムが実行されることによって実現される。

ここで、ハイパーバイザ２２は、ハードウェア２１上でハードウェアの代わりとして仮想的に動作し、オペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を変更することなくハードウェア２１の交換を可能にするために設けられる。尚、ハイパーバイザ２２は、信頼性を高めるべくコントローラ２０が冗長化された場合に、それら冗長化されたコントローラ２０を互いに同期して動作させるためにも設けられる。

つまり、ハイパーバイザ２２は、ハードウェア２１がＭＰＵアーキテクチャ、メモリサイズ、キャッシュサイズ、メモリマップ、デバイスインターフェイス等が異なるものに変更されても、変更前と同様のインターフェイスをオペレーティングシステム２３に対して提供する。これにより、ハイパーバイザ２２上で動作するオペレーティングシステム２３はハードウェア２１の変更の影響を受けないため、従前用いられていたオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を新たなハードウェア２１上で動作させることができる。

オペレーティングシステム２３は、ハイパーバイザ２２上で動作し、例えばアプリケーション２４を動作させるために必要となるプロセス管理やメモリ管理等の各種管理を行う。アプリケーション２４は、オペレーティングシステム２３上で動作し、プロセスの制御を行う上で必要なフィールド機器１０の制御（例えば、フィールド機器１０からの測定データの収集やフィールド機器１０に対する制御データの送信等）を行う。

監視装置３０は、コントローラ２０で動作するオペレーティングシステム２３やアプリケーション２４の動作状態（稼働、待機、停止、コピー中、アイドル等）のモニタや管理を行う。例えば、待機状態のコントローラのアプリケーションを停止し、別のアイドル中のコントローラに移動して、現稼働状態のコントローラと同期した後、冗長化動作を開始させることができる。

次に、上記構成におけるプロセス制御システム１に設けられたコントローラ２０の交換手順について説明する。尚、コントローラ２０の交換は、コントローラ２０に故障が生じた場合、コントローラ２０の処理能力を向上させる場合、或いはコントローラ２０に新たな機能を追加する場合等に行われる。図２は、本発明の第１実施形態におけるコントローラの交換手順の一例を示すフローチャートである。

コントローラ２０の交換作業が開始されると、まず現場の作業者によって交換すべきコントローラ２０を特定する作業が行われる（ステップＳ１１）。次に、ステップＳ１１で特定された従前のコントローラ２０をネットワークＮから取り外して新たにコントローラ２０として用いるコンピュータ（新たなハードウェア２１）をネットワークＮに接続する作業が行われる（ステップＳ１２）。

以上のハードウェア２１の交換作業が終了すると、ソフトウェアをコンピュータにインストールしてコントローラ２０の機能を実現させる作業が行われる。具体的には、まずネットワークＮに接続した新たなハードウェア２１に対してハイパーバイザ２２を実現するプログラムをインストールしてハイパーバイザ２２の機能を実現させる（ステップＳ１３）。次いで、故障した従前のコントローラ２０で用いられていたオペレーティングシステム２３を実現するプログラム及びアプリケーション２４を実現するプログラムを順次インストールしてオペレーティングシステム２３の機能及びアプリケーション２４の機能を実現させる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。以上の作業を行うことで、従前用いられていたオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を新たなハードウェア２１上で動作させることができる。

尚、ここでは、理解を容易にするために、コントローラ２０の交換時に、作業者が現場においてハードウェア２１の交換作業とソフトウェアのインストール作業とを行う例について説明した。しかしながら、新たなハードウェア２１に対するソフトウェアのインストール作業（図２中のステップＳ１３〜Ｓ１５の作業）を予め行っておき、この作業が行われた新たなハードウェア２１を現場に搬入するようにしてもよい。このようにすることで、現場における作業をハードウェア２１の交換作業のみ（図２中のステップＳ１１，Ｓ１２の作業のみ）にすることができ、現場における作業工数を低減することができる。

以上の通り、本実施形態では、ハードウェア２１上でハードウェアの代わりとして動作するハイパーバイザ２２をコントローラ２０に設け、ハイパーバイザ２２上でオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を動作させるようにしている。このため、従前用いられていた既存のオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を変更することなくハードウェア２１を交換することができ、既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつコントローラ２０の変更や追加を柔軟に行うことができる。

また、本実施形態では、ハイパーバイザ２２上で動作するオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４をまとめて取り扱うことができるため、これらのバックアップ及びリストアが容易になる。このため、例えば従前用いられていた古いハードウェア２１を新たなハードウェア２１に交換する場合に必要となるバックアップ／リストア作業を容易に行うことができる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。本実施形態のプロセス制御システム２は、信頼性を高めるべく、図１に示すプロセス制御システム１の構成を冗長化したものである。具体的に、プロセス制御システム２は、図１に示すフィールド機器１０に代えてフィールド機器４０及び冗長化ＩＯノード５０（入出力ノード）を備え、図１に示すネットワークＮに代えて冗長化されたネットワークＮ１，Ｎ２を備え、図１に示すコントローラ２０に代えて冗長化されたコントローラ２０ａ，２０ｂを備える構成である。

フィールド機器４０は、図１に示すフィールド機器１０と同様のプラントの現場に設置される機器であるが、図１に示すフィールド機器１とは異なり、アナログ伝送線Ｃによって冗長化ＩＯノード５０に接続されており、冗長化ＩＯノード５０を介してネットワークＮ１，Ｎ２に接続される。尚、上記のアナログ伝送線Ｃは、例えば「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に使用される伝送線である。

つまり、図１に示すフィールド機器１０は、ネットワークＮを介したディジタル通信が可能なものであったが、本実施形態のフィールド機器４０は、アナログ伝送線Ｃを介したアナログ信号の入出力を行うものである。尚、図３においては、図１と同様に、プラントに設置されたフィールド機器４０のうちの流体の流量を測定するセンサ機器４１と流体の流量を制御（操作）するバルブ機器４２とを図示している。

冗長化ＩＯノード５０は、ネットワークＮ１，Ｎ２の各々に接続されており、フィールド機器４０で入出力される信号（アナログ信号）とネットワークＮ１，Ｎ２を介して通信される信号（ディジタル信号）との変換を行う。

ネットワークＮ１，Ｎ２は、図１に示すネットワークＮと同様のネットワークであり、例えばプラントに敷設される有線のバックボーンネットワークである。コントローラ２０ａ，２０ｂは、図１に示すコントローラ２０と同様に、ソフトウェアとハードウェア資源とが協働することによって、ハイパーバイザ２２、オペレーティングシステム２３、及びアプリケーション２４の機能が実現されている。

コントローラ２０ａ，２０ｂは、冗長化されたネットワークＮ１，Ｎ２の各々に接続されている。これらコントローラ２０ａ，２０ｂは、それぞれに設けられるハイパーバイザ２２によって互いに同期して動作する。そして、コントローラ２０ａ，２０ｂのどちらか一方を制御側とし、他方を待機側として、制御側が複数のフィールド機器の制御を行い、待機側が制御側の実行情報と同期を行う。制御側にトラブルがあった場合、待機側が制御側になり、プラントの制御を引き継ぎ、制御を行う。

次に、上記構成におけるプロセス制御システム２に設けられた冗長化されたコントローラ２０ａ，２０ｂの何れか一方の待機側（ここでは、コントローラ２０ｂとする）を交換した場合に行われる動作について説明する。尚、コントローラ２０ｂの交換は、図１に示すコントローラ２０と同様にコントローラ２０ｂの故障が生じた場合等に行われ、例えば図２のフローチャートに示す交換手順に従って行われる。図４は、本発明の第２実施形態におけるコントローラ交換時に行われる動作の一例を示す図である。

従前のコントローラ２０ｂが新たなコントローラ２０ｂに交換され、新たなコントローラ２０ｂの電源が投入されると、まず新たなコントローラ２０ｂに設けられたハイパーバイザ２２から監視装置３０に対して同期すべきコントローラの照会が行われる（ステップＳ２１）。本実施形態では、コントローラ２０ａ，２０ｂが冗長化されていることから、監視装置３０からコントローラ２０ｂに対し、照会結果としてコントローラ２０ａが通知される。

同期すべきコントローラの通知がなされると、コントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２は、通知されたコントローラ２０ａのハイパーバイザ２２と通信を行って、同期運転開始ポイント（同期運転開始時時刻）を決定する（ステップＳ２２）。かかる処理が終了すると、コントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２は、ステップＳ２２で決定した同期運転開始ポイントが到来するまで待ち状態になる。同期運転開始ポイントが到来すると、コントローラ２０ａのハイパーバイザ２２からコントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２に対して実行情報が転送され、この実行情報に基づいてコントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２が同期運転を開始する（ステップＳ２３）。

以下、定期的にコントローラ２０ａのハイパーバイザ２２からコントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２に対して実行情報が転送され、この実行情報に基づいてコントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２が動作タイミングを調整することにより、コントローラ２０ａとコントローラ２０ｂとが同期して動作する。このような動作が行われることによって、コントローラ２０ａと新たなコントローラ２０ｂとの同期の差異が吸収され、コントローラ２０ａとコントローラ２０ｂとは同期して動作する。

尚、ここでは、理解を容易にするために、新たなコントローラ２０ｂに設けられたハイパーバイザ２０ｂが監視装置３０に対し、同期すべきコントローラを照会する例について説明した。しかしながら、同期すべきコントローラを示す情報を予めコントローラ２０ｂに格納しておき、この情報に基づいてコントローラ２０ｂのハイパーバイザ２２が同期運転開始ポイントを決定する処理を行っても良い。このようにすることで、監視装置３０に対する照会を省略することができる。

以上の通り、本実施形態では、ハードウェア２１上でハードウェアの代わりとして動作するハイパーバイザ２２を冗長化されたコントローラ２０ａ，２０ｂの各々に設け、ハイパーバイザ２２上でオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を動作させるとともに、ハイパーバイザ２２によってコントローラ２０ａ，２０ｂの動作を互いに同期させるようにしている。このため、第１実施形態と同様に、既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつコントローラ２０ａ，２０ｂの変更や追加を柔軟に行うことができるとともに、プロセス制御システム２を停止させることなくハードウェア２１（コントローラ２０ｂ）の交換を行うことができる。

また、本実施形態では、ハードウェア２１の交換を第１実施形態よりも柔軟に行うことができる。例えば、予算の関係から一時に全てのコントローラ２０ａ，２０ｂの交換を行うことができない場合であっても、予算の範囲内におけるコントローラ２０ａ，２０ｂの交換を順次行うといった具体である。また、ハードウェア２１の交換のみならず、ソフトウェア（オペレーティングシステム２３やアプリケーション２４）の交換も行うことができる。例えば、全てのコントローラ２０ａ，２０ｂのハードウェア２１が交換された後で、アプリケーション２４を新たなハードウェア２１の処理能力を最大限に引き出すことができるものに交換するといった具合である。

図５は、本発明の第２実施形態におけるコントローラの交換手順を説明するための図である。尚、図５においては、コントローラ２０ａ，２０ｂに設けられるオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を「ＡＰ／ＯＳ」と表記している。また、初期状態では、図５に示す通り、冗長化されたコントローラ２０ａ，２０ｂが同期して動作しているものとする（ステップＳ３０）。

まず、コントローラ２０ａのハードウェアを交換する場合には、従前のＡＰ／ＯＳを変更することなく、ハードウェア及びハイパーバイザを新ハードウェア及び新ハイパーバイザにそれぞれ交換可能である。コントローラ２０ｂ及びハードウェアの交換が行われたコントローラ２０ａは同期して冗長化動作する（ステップＳ３１）。次いで、コントローラ２０ｂのハードウェアを交換する場合には、コントローラ２０ａのハードウェアを交換する場合と同様に、従前のＡＰ／ＯＳを変更することなく、ハードウェア及びハイパーバイザを新ハードウェア及び新ハイパーバイザにそれぞれ交換可能である。ハードウェアの交換が行われたコントローラ２０ａ及びハードウェアの交換が行われたコントローラ２０ｂは同期して冗長化動作する（ステップＳ３２）。

次に、コントローラ２０ａのソフトウェアを交換する場合には、従前のＡＰ／ＯＳのみを新ＡＰ／ＯＳに変更すれば良い。すると、コントローラ２０ｂ及びソフトウェアの交換が行われたコントローラ２０ａは、予め組み込まれた論理的な同期ポイント（実行番地は異なるが論理的な処理が同じポイント）にて同期して動作する（ステップＳ３３）。コントローラ２０ｂのソフトウェアを交換する場合にも、コントローラ２０ａのソフトウェアを交換する場合と同様に、従前のＡＰ／ＯＳのみを新ＡＰ／ＯＳに変更すれば良い。これにより、コントローラ２０ａ及びコントローラ２０ｂは同期して冗長化動作する（ステップＳ３４）。このように、ＡＰ／ＯＳの動作を継続したままでハードウェア及びＡＰ／ＯＳの変更が可能である。

また、本実施形態では、第１実施形態と同様にハイパーバイザ２２上で動作するオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４をまとめて取り扱うことができるため、これらのバックアップ及びリストアが容易になる。このため、例えば従前用いられていた古いハードウェア２１を新たなハードウェア２１に交換する場合に必要となるバックアップ／リストア作業を容易に行うことができる。尚、冗長化ＩＯノード５０は、フィールド機器４０とアナログ伝送を行う構成としたが、ディジタル伝送を用いたフィールドバスや無線を用いても良い。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態によるプロセス制御システムの要部構成を示すブロック図である。本実施形態のプロセス制御システム３は、フィールド機器１０の制御を行うアプリケーション２４を１つのコントローラの内部において複数動作させつつ異なるコントローラ間で冗長化するとともに、コントローラに対して予備コントローラを付加したものである。

具体的に、プロセス制御システム３は、図６に示す通り、ネットワークＮ１，Ｎ２に接続されており、内部において複数のアプリケーション２４が動作するコントローラ６０ａ〜６０ｃ及び予備コントローラ７０を備える。尚、図６においては、図示を簡略化するために、図３に示した監視装置３０、フィールド機器４０、及び冗長化ＩＯノード５０等の図示を省略している。

図６に示す通り、コントローラ６０ａ〜６０ｃの内部には、オペレーティングシステム２３上において互いに干渉することなく動作する２つのアプリケーション２４が実現されている。ここで、コントローラ６０ａ〜６０ｃの各々で動作するアプリケーション２４を区別するために、コントローラ６０ａで動作する２つのアプリケーション２４を「ＡＰＰ１」，「ＡＰＰ２」とし、コントローラ６０ｂで動作する２つのアプリケーション２４を「ＡＰＰ３」，「ＡＰＰ１′」とし、コントローラ６０ｃで動作する２つのアプリケーション２４を「ＡＰＰ２′」，「ＡＰＰ３′」とする。

上記のコントローラ６０ａ〜６０ｃで動作するアプリケーションのうち、コントローラ６０ａで動作するアプリケーション「ＡＰＰ１」とコントローラ６０ｂで動作するアプリケーション「ＡＰＰ１′」とが冗長化されており、コントローラ６０ａで動作するアプリケーション「ＡＰＰ２」とコントローラ６０ｃで動作するアプリケーション「ＡＰＰ２′」とが冗長化されている。また、コントローラ６０ｂで動作するアプリケーション「ＡＰＰ３」とコントローラ６０ｃで動作するアプリケーション「ＡＰＰ３′」とが冗長化されている。

予備コントローラ７０は、コントローラ６０ａ〜６０ｃのうちの１つが故障したとしても、故障したコントローラを交換する作業を行うことなしに、故障したコントローラと同じ機能を実現するために設けられる。このコントローラ７０には、コントローラ６０ａ〜６０ｃと同様に、ハイパーバイザ２２とオペレーティングシステム２３とが実現されており、コントローラ６０ａ〜６０ｃの内部で動作しているオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４と同じものを動作させ得るインターフェイスが提供されている。このため、例えば、コントローラ６０ａで動作するアプリケーション「ＡＰＰ１」を実現するプログラムを、予備コンピュータ７０にインストールすれば、予備コンピュータ７０においてアプリケーション「ＡＰＰ１」を動作させることが可能である。

次に、上記構成におけるプロセス制御システム３に設けられたコントローラ６０ａ〜６０ｃのうちの何れか１つが故障した場合の動作について説明する。尚、ここでは、コントローラ６０ａが故障した場合を例に挙げて説明する。コントローラ６０ａが故障すると、コントローラ６０ａで動作していたアプリケーション「ＡＰＰ１」，「ＡＰＰ２」による制御を、コントローラ６０ｂで動作しているアプリケーション「ＡＰＰ１′」とコントローラ６０ｃで動作しているアプリケーション「ＡＰＰ２′」とが担う状況になる。

このような状況になったとしても、コントローラ６０ａで動作していたアプリケーション「ＡＰＰ１」，「ＡＰＰ２」を実現するプログラムが予備コントローラにインストールされれば、予備コントローラ７０をコントローラ６０ａとして動作させることができる。このため、故障したコントローラ６０ａの交換作業を行わなくとも、アプリケーション「ＡＰＰ１」，「ＡＰＰ１′」が冗長化されている状態と、アプリケーション「ＡＰＰ２」，「ＡＰＰ２′」が冗長化されている状態とが再現される。

尚、図６に示す例では、３台のコントローラ６０ａ〜６０ｃに対して予備コントローラ７０が１台設けられている例について説明したが、ｎ（ｎは２以上の整数）台のコントローラが設けられている場合であっても、予備コントローラは少なくとも１台設けられていれば良い。また、予備コントローラ７０に対するプログラム（故障したコントローラで動作していたアプリケーションを実現するプログラム）のインストールは、監視装置３０が行っても良く、予備コントローラ７０が故障したコントローラの検出を行って予備コントローラ７０が行っても良い。

以上の通り、本実施形態においては、ハードウェア２１上でハードウェアの代わりとして動作するハイパーバイザ２２を冗長化されたコントローラ６０ａ〜６０ｃの各々に設け、ハイパーバイザ２２上でオペレーティングシステム２３及びアプリケーション２４を動作させるとともに、ハイパーバイザ２２によってコントローラ６０ａ〜６０ｃの動作を互いに同期させるようにしている。このため、第２実施形態と同様に、既存システムのリプレースをすることなく、互換性を維持しつつコントローラ６０ａ〜６０ｃの変更や追加を柔軟に行うことができるとともに、プロセス制御システム３を停止させることなくハードウェア２１（コントローラ６０ａ〜６０ｃ）の交換を行うことができる。

また、本実施形態では、コントローラ６０ａ〜６０ｃに対して予備コントローラ７０を設け、故障したコントローラで動作していたアプリケーションを実現するためのプログラムを予備コントローラ７０にインストールするようにしている。このため、故障したコントローラの交換作業を行わなくとも、故障したコントローラと同じ機能を実現することができる。更に、本実施形態では、コントローラ６０ａ〜６０ｃの各々において、複数のアプリケーションを動作させているため、１つのアプリケーションのみを動作させた場合に比べてコントローラの数（ハードウェア２１の数）を削減することができ、設置面積、保守工数、消費電力等を削減することができる。

以上、本発明の実施形態によるプロセス制御システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フィールド機器、コントローラ、及び監視装置が有線のネットワークを介して接続されている例について説明したが、本発明は、これらが無線のネットワークを介して接続される場合にも適用することができる。

１〜３ プロセス制御システム
１０ フィールド機器
２０ コントローラ
２０ａ，２０ｂ コントローラ
２１ ハードウェア
２２ ハイパーバイザ
２３ オペレーティングシステム
２４ アプリケーション
４０ フィールド機器
５０ 冗長化ＩＯノード
６０ａ〜６０ｃ コントローラ
７０ 予備コントローラ
Ｎ ネットワーク
Ｎ１，Ｎ２ ネットワーク

Claims (6)

1. プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムにおいて、
   前記プラントに設けられるネットワークと、
   前記ネットワークに接続され、前記工業プロセスの制御に必要な測定及び操作の少なくとも一方を行う複数のフィールド機器と、
   前記ネットワークに接続され、ハードウェア上でハードウェアの代わりとして動作する仮想化部と、該仮想化部上で動作して前記ネットワークを介して前記フィールド機器の動作を制御する制御部とを有しており、前記制御部を変更することなくハードウェアの交換が可能なコントローラと
   を備えることを特徴とするプロセス制御システム。
2. 前記コントローラは少なくとも２台設けられ、冗長化動作を行うことを特徴とする請求項１記載のプロセス制御システム。
3. 前記ネットワークは、冗長化されていることを特徴とする請求項２記載のプロセス制御システム。
4. 前記ネットワークに接続され、前記フィールド機器で入出力される信号と前記ネットワークを介して通信される信号との中継を行う入出力ノードを備えることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
5. 前記ネットワークに接続され、故障が生じたコントローラに設けられている制御部と同じ制御部を動作させ得る仮想化部を有する予備コントローラを備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
6. 前記制御部は、前記仮想化部によって動作する前記オペレーティングシステムと、前記オペレーティングシステム上で動作するアプリケーションとからなる
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のプロセス制御システム。

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