JP2014229079A - 制御システムエンジニアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセスフローダイアグラム上の機器の座標を“仮TAG”に用いることで制御ロジック側とユーザインタフェース側の複数エンジニアの並行作業を進めることが可能な制御システムエンジニアリング装置を提供する。【解決手段】プロセスフローダイアグラム１を基に図形データ化した後に制御仕様書２及び画面仕様書３を製作する。制御仕様書２を基に制御ロジック作成部４においてロジック作成作業、これと同時並行的に、画面仕様書３を基にユーザインタフェースロジック作成部５においてユーザインタフェースロジックの作成作業を行う。結合手段６の結合テーブルで“仮TAG”による制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックの関連付けが行われる。顧客からリストで提供された“本TAG”を基に上記“仮TAG”を“本TAG”に置換する。プログラム生成手段７は、制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックからプログラム８を自動的に生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、プロセスフローダイアグラム上の位置情報を“仮TAG”として活用し、プラント制御システム等のエンジニアリング工期を短縮するとともに、品質の向上、作業の効率化が可能な制御システムエンジニアリング装置に関する。

プラント制御システム等のエンジニアリングは、一般に、顧客との打ち合わせを重ねて仕様書を作成し、自動化ロジックを設計・製作し、その製作されたロジックの妥当性を検証するテストを行い、プラント現場での試運転調整の後、顧客に納入するという流れで進められる。

自動化ロジックの対象は主に、制御ロジックとユーザインタフェースロジックとに大別され、制御ロジックの作成とユーザインタフェースロジックの作成は、異なる担当者によって逐次進められるのが一般的である。

また、仕様書の作成やロジックの設計・製作において、プラントの各種機器をキーワードで表現する「TAG」は、非常に重要な情報である。この「TAG」は顧客が決定するのが一般的であるが、正式な「TAG」の決定が予定より遅れることが多い。しかしながら、納期は契約の段階で決定されることから、正式な「TAG」が決定されないままメーカは仕様書の作成や、ロジックの設計・製作を進めなければならない局面が多々ある。

その場合、担当者が“仮”の「TAG」すなわち“仮TAG”を基にして作業を進めることになるが、数千、時には数万にもなるこの“仮TAG”をメーカの制御ロジック作成側の担当者とユーザインタフェース作成側の担当者間で共有(=インタフェース)することは、大きな手間を要する。加えて、顧客より正式な「TAG」が通知された後に、この“仮TAG”を正式な「TAG」に置き換える作業も大きな手間を要する。また、正式な「TAG」が伝えられた後の“仮TAG”は不要な情報として、その後に活用されることがなく破棄されてしまうのが通例である。

図５は、従来の制御システムエンジニアリング装置の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、従来の制御システムエンジニアリング装置は、制御システム５８を開発するためのパソコンの画面に表示されたプロセスフローダイアグラム５１を基に当該パソコン内に格納されているプログラムを用いて制御仕様書５２を作成する。なおプロセスフローダイアグラムは、顧客（ユーザ）側がCAD(Computer Aided Design)等を用いて作図したうえでこれを紙にプリントアウトする又は電子データ化して記憶媒体に記録したうえで制御システムを開発するメーカに契約時に手渡されるものである。ここでプロセスフローダイアグラムプロセスについてさらに説明すると、フローダイアグラムは、通常顧客より提示され、製造プロセスにおける配管やセンサー等各種機器をレイアウト（配置)した、プラント制御エンジニアリングの中核をなす資料であり、顧客との仕様打ち合わせに始まり、仕様書の作成、ロジックの作成、ロジックの検証及びプラント現場に於ける試運転調整に至るすべてのエンジニアリングフェーズにおいて使用されるものである。

顧客から制御システムの作成依頼を受けると、作業者はパソコンを操作し上記プロセスフローダイアグラム５１からラダー図、ＳＦＣ(Sequential Function Chart)、ＦＭ(Function Module)およびＦＢＤ(Function Block Diagram)等で図形データ化し、当該図形データを基にパソコンに内蔵された公知のエディタプログラムを用いて制御仕様書５２を製作する。

制御ロジック作成者は、製作された制御仕様書５２に基づいて、制御ロジック作成部５３においてロジック作成作業を行う。制御ロジック作成部５３におけるロジック作成作業は、ユーザから提供される、プラントの各種機器をキーワードで表現する「TAG」が未決定のままでも仮りの「TAG」を設定して実行することができる。そして制御ロジック作成作業が終了した時点で次の作業開始を待つことになる。つまりユーザから提供される、プラントの各種機器をキーワードで表現する正式な「TAG」の決定がなされるのを待って、仮りの「TAG」を正式な「TAG」に変換して制御ロジックを終了させることになるためその間が作業の“待状態”になる。

その一方、ユーザから提供される、プラントの各種機器をキーワードで表現する「TAG」の決定されるのをまって、画面仕様書５４の製作を開始することになる。そしてユーザインタフェースロジック作成部５５では、製作された画面仕様書５４を基にユーザインタフェースロジックを製作する。

このユーザインタフェースロジックの製作段階では、正式な「TAG」が顧客から通知されるので、“仮TAG”を用いて作成された上記制御ロジックを正式な「TAG」に置き換えることができ、したがって正式な「TAG」で製作された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックは、電子データ化されてプログラム生成手段５６に出力される。そしてプログラム生成手段５６ではプログラム５７を自動生成する。そして生成したプログラム５７は装置に組み込まれて制御システム５８が構築される。

また、構築された制御システム５８（装置に実装されたプログラム５７を含む）についてのプログラムの妥当性の検証をテスト作業者がテスト手段５９を用いて行う。なお、検証のためのテストは、オペレータが監視・制御のために使用する表示画面を含めて作成したプログラム５７および機器動作の全体に対して行う。通常、テスト作業者は、制御システム５８を製作した作業者とは異なる作業者によって実行され、その結果が“テスト結果出力”６０として出力される。そしてテスト結果で不具合が見つかれば、不具合が見つかったプロセス機器が監視画面上に表示されることになるので、当該ロジックを作成した作業者に対してプログラムの修正が指示されることになる。

図６は、従来の制御ブロック図の表現形式の一例を示す図である。画面７０内に表記された図中の矩形は、制御ブロックを表し、各制御ブロックの左部が入力、右部が出力を表し、記号Ｘ_は入力タグ、記号Ｙ_は出力タグを示している。なおここに示すタグは“仮”のタグでないものとしている。そしてタグは一般には“タグ情報”として、入出力におけるハード構成を表現したり、監視制御機能における監視制御パラメータを表現したり、或いは、計器表示や監視・操作のための計器パターンを表現する等のために広く用いられている。また図示例におけるＰＶ、ＭＶ等はプロセス機器における制御量、操作量等を表している。そして各々の制御ブロックを、画面上で結線することでそれぞれ組み合わせ、さらに入出力と各ブロックに必要なパラメータ（タグを含む）を設定することで制御ブロック図を構成し、該制御ブロック図からプログラムを自動生成することができるようになっている。

ところで下記特許文献１には、シーケンス部（制御ロジック）とスキャダ部（ユーザインタフェースロジック）でインタフェース用データを識別するインタフェース用データIDを共有しシーケンス部とスキャダ部とで相互にデータ交換を可能にした制御プログラムを作成する制御システムが開示されている。

特開２００５−２７５８８８号公報

上記した従来の制御システムエンジニアリング装置では、制御ロジック側とユーザインタフェース側とで“仮TAG”を生成したとしてもその結合ができないため、複数エンジニアによる並行作業を行うことができないという課題がある。

また上記特許文献１の制御システムでは、インタフェース用データIDを特別に生成する必要があり、そして特別に生成したインタフェース用データIDにはシーケンス部とスキャダ部間のインタフェースデータ共有以外に利用価値がないという課題がある。

そこで本発明は、プロセスフローダイアグラム上の機器の座標を“仮TAG”に用いることで制御ロジック側とユーザインタフェース側の複数エンジニアの並行作業を進めることが可能な制御システムエンジニアリング装置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は、図形データから制御仕様書を仮TAG付で作成する制御仕様書作成手段と、前記制御仕様書を基に制御ロジックを仮TAG付で作成する制御ロジック作成手段と、図形データから画面仕様書を仮TAG付で作成する画面仕様書作成手段と、前記画面仕様書を基にユーザインタフェースロジックを仮TAG付で作成するユーザインタフェースロジック作成手段と、同一機器について仮TAGが付与された、前記制御ロジック作成手段で作成した制御ロジックと前記ユーザインタフェースロジック作成手段で作成したユーザインタフェースロジックとを相互に関連付けるとともに当該関連付けに対して顧客が提供する本TAGを更に関連付ける結合手段と、前記結合手段における本TAGで相互に関連付けられたロジックに基づいて制御システムを動作させるプログラムを自動生成するプログラム生成手段と、前記プログラム生成手段により生成されたプログラムを装置に組み込んで制御システムを構築する制御システム構築手段と、前記プログラム生成手段で生成されたプログラム及び前記制御システム構築手段により構築された制御システムの妥当性を検証するテスト手段と、を備えることを特徴とする。

上記した本発明の制御システムエンジニアリング装置において、前記結合手段は、前記仮TAGと前記本TAGとを関連付けるテーブルを保持しておき、前記テスト手段による検証で不具合が発見された制御ロジックについて前記テーブルを参照することによりその原因ロジックとなる仮TAGを特定することを特徴とする。

また上記した本発明の制御システムエンジニアリング装置において、前記結合手段は、前記仮TAGと前記本TAGとを関連付けるテーブルを保持し、前記仮TAGで作成された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックを顧客より通知された本TAGに一括変換することを特徴とする。

本発明によれば、プラント制御システム等のエンジニアリングにおいて、“仮TAG”にプロセスフローダイアグラム上の機器の座標を使用することで、“仮TAG”の生成が不要になり、かつ“仮TAG”によって、制御ロジックとユーザインタフェースロジックの結合ができるので、制御ロジック側とユーザインタフェース側の複数エンジニアの並行作業による工期短縮が実現できる。

また“仮TAG”で表されたプロセスフローダイアグラム上の機器の座標を活用して、制御ロジック及びユーザインタフェースロジックの「見える化」が実現できる。
さらに、メーカ側が設定した“仮TAG”をユーザ側が提示する“本TAG”へ一括変換することができるので、エンジニアリングの品質や効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るプロセスフローダイアグラムの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る結合手段の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置および制御システムの構成例を示すブロック図である。 従来の制御システムエンジニアリング装置の構成例を示すブロック図である。 従来の制御ブロック図の表現形式の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置の構成例を示す図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置は、制御システムを開発するためのパソコンの画面に表示されたプロセスフローダイアグラム１を基に当該パソコン内に格納されているプログラムを用いて制御仕様書２および画面仕様書３を作成する。なおプロセスフローダイアグラムは、顧客（ユーザ）サイドがCAD(Computer Aided Design)等を用いて作図したうえでこれを紙にプリントアウトする又は電子データ化して記憶媒体に記録したうえで制御システムを開発するメーカに契約時に手渡されるものである。

顧客から制御システムの作成依頼を受けると、作業者は上記パソコンを操作し上記プロセスフローダイアグラム１からラダー図、ＳＦＣ(Sequential Function Chart)、ＦＭ(Function Module)およびＦＢＤ(Function Block Diagram)等で図形データ化し、当該図形データを基にパソコンに内蔵された公知のエディタプログラムを用いて制御仕様書２及び画面仕様書３を製作する。

制御ロジック作成者は、製作された制御仕様書２に基づいて、制御ロジック作成部４においてロジック作成作業を行う。これと同時並行的に、ユーザインタフェースロジック作成者は、製作された画面仕様書３に基づいて、ユーザインタフェースロジック作成部５においてユーザインタフェースロジックの作成作業を行う。なお、これらの作業に先立ってプロセスフローダイアグラム１に示された機器の位置を示す座標を“仮TAG”として両作業者が共有し、この“仮TAG”を制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックで用いることでユーザインタフェースロジック作成者は従来のように制御ロジックの作成終了まで作業を待たずに作業を進めることができる。すなわち両作業者は、制御ロジックとユーザインタフェースロジックの作成作業を同時並行的に進行させることができる。

つまり本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置は、このプロセスフローダイアグラム上の機器の座標をそのまま“仮TAG”とすることで、制御ロジック側の担当者とユーザインタフェースロジック側の担当者が従前には作業に着手する前に行っていた、“仮TAG”の生成と共有作業を不要とし、制御ロジック側の担当者とユーザインタフェースロジック側の担当者が、プロセスフローダイアグラム上の機器の座標である“仮TAG”を共有するだけで、仕様書やロジックにおける同一機器の“仮TAG”を一致させて制御ロジックやユーザインタフェースロジックを作成できるようにしたものである。

制御ロジック作成者により作成された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジック作成者により作成されたユーザインタフェースロジックは、電子データ化されて出力され、該データは結合手段６に提供されることになる。結合手段６においてプログラム作成者は制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックの統合を図ることになる。すなわち結合手段６には、結合テーブル（これについては後述する）が備えられており、プログラム作成者は、当該結合テーブルにおいて制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックの関連付けを行う。関連付けのために上述した“仮TAG”が用いられる。こうすることで、“仮TAG”をキーにした関連付けを行うことができる。この関連付けについてはあとで再度触れる。

この“仮TAG”による制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックの関連付け作業とは別に顧客（ユーザ）からTAG、すなわち“本TAG”、のリストが提供される。リストで提供された“本TAG”を基にプログラム作成者は、結合手段６における上記結合テーブルで既に使用されている“仮TAG”を“本TAG”に置換する。つまり、上記結合テーブルで結合されている“仮TAG”に対してさらに“本TAG”を関連付け、この関連付けした結合テーブルをそのまま保持する。

次にプログラム生成手段７は、該プログラム生成手段７に入力された“本TAG”に置換された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックからプログラム８を自動的に生成する。そして生成したプログラム８がシーケンス制御プログラムであれば図４に示すようなＤＣＳ（Distributed Control System）４２またはＰＬＣ（Programmable Logic Control）４３に実装されて制御システム９が構築される。またユーザインタフェースプログラムであれば図４に示すようなパソコン４１に組み込まれて、監視・制御のためのユーザインタフェースとして利用される。

また、構築された制御システム９（実装されたプログラム８を含む）についてのプログラムの妥当性の検証をテスト作業者がテスト手段９により実施する。なお、検証テストは、監視制御のためにオペレータに表示する表示画面を含めて作成したプログラム８の全体に対して行う。通常、テスト作業者は、制御システム９を製作した作業者とは異なる作業者によって実行され、その結果が“テスト結果出力”１１として出力される。そしてテスト結果で不具合が見つかれば、不具合が見つかったプロセス機器の“本TAG”に紐付けられた“仮TAG”をキーにしてプロセスフローダイアグラム１上の座標位置が特定できるので、当該座標のプロセス機器についてのロジックを作成した作業者に対してプログラムの修正を指示することができる。こうすることでプロセスフローダイアグラム上の位置の“見える化”を実現することができる。

図２は、本発明の実施形態に係るプロセスフローダイアグラムの一例を示す図である。プロセスフローダイアグラムは、顧客（ユーザ）が制御システムの作成をメーカに依頼するにあたり、メーカに対してプロセスフローをCAD(Computer Aided Design)等で作成してプリントアウトした紙又は電子データをメーカに提供する。メーカ側の担当者は、ユーザから提供されたプロセスフローダイアグラムが紙による提供ならそれを電子化してパソコンに取り込み、例えば図２に示すようにプロセス機器の全てに位置座標を対応付けして画面２０上に表示する。なお図２に示す座標は単なる例示であり、この例に限定されないことは云うまでもない。

図２に示すように全てのプロセス機器に位置座標が画面２０上で割り当てられるが、全ての位置座標を正確に図２の画面２０に表示することは煩雑となり、反って分かり難くなることから、図２の画面２０では一つのプロセス機器、例えば画面中央に示した「調節弁」に位置座標「Ｂ３」が割り当てられていることのみを表示し、その余は割愛している。

そして本発明の実施形態においては、プロセスフローダイアグラム１上の上記「調節弁」の位置を示す座標「Ｂ３」を上述したように制御ロジック作成者およびユーザインタフェースロジック作成者が“仮TAG”として“共有”することで、制御ロジック作成およびユーザインタフェースロジック作成を同時並行して作業を進めることで制御システム作成工期の大幅な短縮が図れるようにしている。

図３は、本発明の実施形態に係る結合手段の概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、プロセスフローダイアグラム１上に示された“調節弁”の座標位置「Ｂ３」を“仮TAG”として扱い、“本TAG”が顧客から提供される前に“仮TAG”に基づいて、制御ロジックを作成する担当者及びユーザインタフェースロジックを作成する担当者がそれぞれ制御ロジック及びユーザインタフェースロジックの作成に着手することについては上述したとおりである。

上記位置座標「Ｂ３」が付与された“調節弁”に関して制御ロジック作成部４およびユーザインタフェースロジック作成部５でそれぞれ作成された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックについて、図３に示す結合手段６では、結合手段６内の結合テーブル６２上に“仮TAG”としての位置座標「Ｂ３」をキーに、制御ロジック作成部４およびユーザインタフェースロジック作成部５でそれぞれ作成された制御ロジックとユーザインタフェースロジックを相互関連付けして保持する。つまり、制御ロジック作成部４における制御ロジックで使用された“仮TAG”としての「Ｂ３」と、ユーザインタフェースロジック作成部５におけるユーザインタフェースロジックで使用された“仮TAG”としての「Ｂ３」とを結合テーブル６２で“仮TAG”「Ｂ３」をキーにして紐付けて互いに参照できるように構成する。

そして、図１に示されているように顧客（ユーザ）から“本TAG”のリストが提供されたときに、上記結合テーブル６２上で既に結合されている、位置座標「Ｂ３」に対する“仮TAG”に対応する“本TAG”「CV-UA」を関連付けしたうえでこれら関連付けしたテーブル内容を保持する。その結果、上記結合テーブル６２を参照することで、制御ロジック上の“仮TAG”「Ｂ３」及びユーザインタフェースロジック上の“仮TAG”「Ｂ３」をそれぞれ“本TAG”に一括変換することができるようになるので、こうして一括変換された“本TAG”を用いてプログラム８（図１参照）を作成することができる。

なお、一括変換に利用した“仮TAG”「Ｂ３」と“本TAG”とを対応付ける結合テーブルの内容は、従来の常識からすれば不要になるところ本発明の実施形態においては一括変換後も保持しておく。その理由は以下のとおりである。

すなわち、生成したプログラムおよびまたは制御システムの検証時において、不具合が見つかった場合に、テスト作業者がその原因ロジックを特定するために上記に保持した結合テーブルを再利用する。こうすることで、“本TAG”「CV-UA」で不具合が発生したときに上記に保持した結合テーブルを参照することで、“本TAG”「CV-UA」に対応する“仮TAG”「Ｂ３」を抽出することでプロセスフローダイアグラム１における座標位置を直ちに確認でき、プロセスフローダイアグラム１上における不具合発生箇所の“見える化”を実現することができる。

図４は、本発明の実施形態に係る制御システムエンジニアリング装置および制御システムの構成例を示すブロック図である。同図においてパソコン４１は、図１に示した制御仕様書２、制御ロジック作成部４、画面仕様書４、ユーザインタフェースロジック作成部５、結合手段６、プログラム生成手段７をそれぞれハードウェア及びソフトウェアとして具現化するものである。制御仕様書２は、上記したように、作業者により、ラダー回路、ファンクションブロック図（ＦＢＤ）、ファンクションモジュール（ＦＭ）、シーケンシャルファンクションチャート（ＳＦＣ）などを用いて作成される。その中でＳＦＣはＩＥＣ６１１３１−３によって共通要素（プログラムの処理構造を持つ）が規定されており、一般に広く利用されている。

そしてパソコン４１内には不図示のソフトウェアとしてＳＦＣ等の図形データから制御仕様書等を編集作成するエディタプログラム、図形データで表現された制御ロジック等から制御プログラムを自動生成するプログラムが内蔵されている。

そして本実施形態により生成されたプログラムを実装した制御システムとして、例えばプラント全体の制御を行うための分散型制御システム（ディストリビューテッド コントロール システム、ＤＣＳ）コントローラ４２、およびシステム内で例えば機器単位の制御を行うプログラマブルロジックコントロール（ＰＬＣ）コントローラ４３のいずれかまたは両方を含ませるようにして構成する。なお図４のパソコン４１のディスプレイに表示させることもできるが、監視・制御用のモニタ（不図示）をバス４４に接続することができる。

１ プロセスフローダイアグラム
２ 制御仕様書
３ 画面仕様書
４ 制御ロジック策西部
５ ユーザインタフェースロジック策西部
６ 結合手段
７ プログラム生成手段
８ プログラム
９ 制御システム
１０ テスト手段
１１ テスト結果出力
４１ パソコン
４２ ＤＣＳコントローラ
４３ ＰＬＣコントローラ
４４ バス
６２ 結合テーブル

Claims (5)

1. 図形データから制御仕様書を仮TAG付で作成する制御仕様書作成手段と、
   前記制御仕様書を基に制御ロジックを仮TAG付で作成する制御ロジック作成手段と、
   図形データから画面仕様書を仮TAG付で作成する画面仕様書作成手段と、
   前記画面仕様書を基にユーザインタフェースロジックを仮TAG付で作成するユーザインタフェースロジック作成手段と、
   同一機器について仮TAGが付与された、前記制御ロジック作成手段で作成した制御ロジックと前記ユーザインタフェースロジック作成手段で作成したユーザインタフェースロジックとを相互に関連付けるとともに当該関連付けに対して顧客が提供する本TAGを更に関連付ける結合手段と、
   前記結合手段における本TAGで相互に関連付けられたロジックに基づいて制御システムを動作させるプログラムを自動生成するプログラム生成手段と、
   前記プログラム生成手段により生成されたプログラムを装置に組み込んで制御システムを構築する制御システム構築手段と、
   前記プログラム生成手段で生成されたプログラム及び前記制御システム構築手段により構築された制御システムの妥当性を検証するテスト手段と、
   を備えることを特徴とする制御システムエンジニアリング装置。
2. 請求項1記載の制御システムエンジニアリング装置において、
   前記制御仕様書作成手段及び前記制御ロジック作成手段における作成作業、並びに、前記画面仕様書作成手段及び前記ユーザインタフェースロジック作成手段における作成作業を互いに独立した作業環境で同時並行して作成することを特徴とする制御システムエンジニアリング装置。
3. 請求項1記載の制御システムエンジニアリング装置において、
   前記制御仕様書作成手段、前記制御ロジック作成手段、前記画面仕様書作成手段、及び、前記ユーザインタフェースロジック作成手段における作成作業を仮TAGで行えるようにしたことを特徴とする制御システムエンジニアリング装置。
4. 請求項1記載の制御システムエンジニアリング装置において、
   前記結合手段は、前記仮TAGと前記本TAGとを関連付けるテーブルを保持しておき、前記テスト手段による検証で不具合が発見された制御ロジックについて前記テーブルを参照することによりその原因ロジックとなる仮TAGを特定することを特徴とする制御システムエンジニアリング装置。
5. 請求項1記載の制御システムエンジニアリング装置において、
   前記結合手段は、前記仮TAGと前記本TAGとを関連付けるテーブルを保持し、前記仮TAGで作成された制御ロジックおよびユーザインタフェースロジックを顧客より通知された本TAGに一括変換することを特徴とする制御システムエンジニアリング装置。