JP2014229247A

JP2014229247A - プラント制御システム及びプラント制御装置の製造方法

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Publication number: JP2014229247A
Application number: JP2013110821A
Authority: JP
Inventors: 茂樹澤尾; Shigeki Sawao; 薫馬瀬; Kaoru Base
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-05-27
Filing date: 2013-05-27
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-27
Also published as: JP6091334B2

Abstract

【課題】停電復帰時の不要な動作を防止できる安価なプラント制御システムを得る。【解決手段】プラント６からの入力信号Ｓ１を揮発性の第１メモリ１１に記憶し、監視データ生成部１３により監視データＳ２を生成し、揮発性の第２メモリ１２へ記憶するとともに通信ネットワーク４を介して監視装置３へ送信する。並行して、信号バックアップ部２２が、第１メモリ１１に記憶された入力信号Ｓ１及び第２メモリ１２に記憶された監視データＳ２を不揮発性の第３メモリ２１へ書き込む。停電しても不揮発性の第３メモリ２１の内容は消えないので、停電からの復帰時、第３メモリ２１に記憶されているバックアップ入力信号Ｓ３及びバックアップ監視データＳ４を第１メモリ１１及び第２メモリ１２へ書き戻す。第２メモリ１２の監視データＳ２が停電直前の内容に復元されるので、監視装置３が誤った監視データを受け取り不要な動作をするのを防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば公共水処理プラント（上下水道）等のプラントを制御するプラント制御システム及びプラント制御装置の製造方法に関するものである。

従来のプラント制御システムは、プラントの機器や負荷等に関する監視データを生成するプラント制御装置と、プラント制御装置から通信ネットワークを介して送信された監視データを集中管理している監視装置とを備えている。定期点検等でプラント制御装置の電源を一旦オフし、作業完了後に電源をオンすると、プラント制御装置内の監視データを記憶するメモリに記憶された監視データがクリアされて変化してしまい、クリヤされた監視データをそのまま監視装置に送信すると監視装置が誤った監視データにより誤表示等の不要な動作をしてしまう。

そこで、電源がオフされた後再びオンされたときにデータをクリアさせず電源オフ前の値を保持させる手段として、入出力メモリ、ユーザプログラムメモリ及びフラグエリアに不揮発性メモリを使用することにより電源がオフから復帰したときに電源オフ前の値を保持させるプラント制御システムとしてのプログラマブルコントローラが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５９−１３３６０３号公報（明細書の第３頁左上欄第４行〜右上欄第２０行、及び第１図）

従来のプラント制御システムは以上のように構成され、プログラマブルコントローラ内のユーザプログラムメモリ及びフラグエリアに不揮発性メモリ等の停電時に記憶が消えないメモリを使用しなければならず、部品コストが高くなり、装置のコストアップを招くという問題点があった。また、既設のプラント制御装置を停電復帰時に電源オフ前の値を保持させるように変更しようとすると、プラント制御装置全体を新設しなければならず、費用が高くつくという問題点があった。

この発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであり、停電復帰時に不要な動作をすることを防止できる安価なプラント制御システムを得ることを目的とする。また、停電復帰時に不要な動作をすることを防止できる安価なプラント制御装置の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係るプラント制御システムにおいては、
プラント制御装置と監視装置とが通信線を介して接続され前記監視装置に監視データを送信するプラント制御システムであって、
前記プラント制御装置は、データ処理部とバックアップ部とを有し、
前記データ処理部は、第１メモリと監視データ生成部と第２メモリと第１制御部とを有し、
前記第１メモリは、停電時にその記憶を保持できないメモリにて構成されたものであって、プラントから入力される入力信号を記憶するものであり、
前記監視データ生成部は、前記第１メモリに記憶された前記入力信号に基づいて前記監視データを生成するものであり、
前記第２メモリは、停電時にその記憶を保持できないメモリにて構成されたものであって、前記監視データを記憶するものであり、
前記第１制御部は、前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記監視装置に送信するものであり、
前記バックアップ部は、信号バックアップ部と第３メモリと第１初期化部と第２初期化部と第２制御部とを有し、
前記信号バックアップ部は、前記第１メモリに記憶された前記入力信号及び前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記第３メモリへ出力するものであり、
前記第３メモリは、停電時にその記憶を保持可能なメモリにて構成されたものであって、前記信号バックアップ部から出力される前記入力信号及び前記監視データを記憶するものであり、
前記第１初期化部は、前記データ処理部及び前記バックアップ部に供給される電源が停電から復帰したときに前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記第３メモリに記憶された前記監視データにより書き換える第１書換動作を行うものであり、
前記第２初期化部は、前記データ処理部及び前記バックアップ部に供給される電源が停電から復帰したときに前記第１メモリに記憶された前記入力信号を前記第３メモリに記憶された前記入力信号により書き換える第２書換動作を行うものであり、
前記第２制御部は、前記第１書換動作が終了したときに前記第１制御部が前記第２メモリの記憶された前記監視データを前記監視装置に送信することを許可するものである。

この発明に係るプラント制御装置の製造方法は、次の工程を有するものである。
ア．既設の中央演算装置とメモリとを有するものに監視データ生成プログラムをインストールしソフトウエア処理により前記監視データ生成部の機能を果たす流用監視データ生成部を製造する工程。
イ．既設の前記第１メモリ及び既設の前記第２メモリと前記流用監視データ生成部とにより前記データ処理部と同様の機能を有する第１流用データ処理部を製造する工程。
ウ．前記第１流用データ処理部と前記バックアップ部とを組み合わせて、前記プラント制御装置を製造する工程。

この発明に係るプラント制御装置の製造方法は、次の工程を有するものである。
カ．既設の前記第１メモリ及び既設の前記第２メモリと新設の前記監視データ生成部とにより前記データ処理部と同様の機能を有する第２流用データ処理部を製造する工程。
キ．前記第２流用データ処理部と前記バックアップ部とを組み合わせて、前記プラント制御装置を製造する工程。

この発明にかかるプラント制御システムは、以上のように構成されているので、停電直前の監視データと同じ内容の監視データが監視装置へ送信することができるので、監視装置が誤った内容の監視データにより不要な動作をすることが防止される。また、第１メモリや第２メモリに不揮発性メモリを使用しなくてもよく、安価にできる。

この発明に係るプラント制御装置の製造方法は、以上のような工程を有するので、既設のメモリを使用でき、装置を安価にできる。

この発明の実施の形態１であるプラント制御システムの構成を示す構成図である。バックアップ部の動作を説明するためのフローチャートである。停電復帰時の動作を説明するためのフローチャートである。この発明の実施の形態２であるプラント制御システムの構成を示す構成図である。この発明の実施の形態３であるプラント制御システムの構成を示す構成図である。

実施の形態１．
図１〜図３は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１はプラント制御システムの構成を示す構成図、図２はバックアップ部の動作を説明するためのフローチャート、図３は停電復帰時の動作を説明するためのフローチャートである。図１において、プラント制御装置１，２が通信ネットワーク４を介して監視装置３に接続されている。プラント制御装置１，２は同じ仕様のものである。プラント制御装置１はプラント６と接続され、プラント６から入力信号（入力データ）が入力されるとともにプラント６を制御する。また、プラント制御装置１から通信ネットワーク４を介して監視装置３へ監視データが送信される（詳細後述）。プラント制御装置２についても同様である。

プラント制御装置１は、データ処理部１０とバックアップ部２０とを有する。データ処理部１０は、第１メモリ１１、第２メモリ１２、この発明の第１制御部を兼ねる監視データ生成部１３を有する。第１メモリ１１は停電時にその記憶を保持できない揮発性メモリで構成され、プラント６からの入力信号Ｓ１が記憶される。第２メモリ１２はその記憶を保持できない揮発性メモリで構成され、監視データＳ２が記憶される。これらの詳細については後述する。監視データ生成部１３は、中央処理装置とメモリを有し、監視データ生成部プログラムが記憶されており、以下に述べる機能をソフトウエア処理により実現している。

バックアップ部２０は、第３メモリ２１、信号バックアップ部２２、この発明の第２制御部を兼ねる第１初期化部２３、第２初期化部２４を有する。第３メモリ２１は、その記憶を保持可能な不揮発性メモリ例えば小型電池が内蔵されたＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）で構成され、第１メモリ１１内の入力信号Ｓ１及び第２メモリ１２内の監視データＳ２がバックアップとして記憶される（詳細後述）。信号バックアップ部２２、第１初期化部２３及び第２初期化部２４は、それぞれ中央処理装置とメモリを有し、入力信号および監視データのバックアッププログラム、入力信号初期化プログラム及び監視データ初期化プログラムが記憶されており、以下に述べる機能をソフトウエア処理により実現している。

次に、動作について説明する。監視データ生成部１３はプラント制御装置１の初期化（後述）後から常時動作する。信号バックアップ部２２はプラント制御装置１の初期化後から常時動作し、第１初期化部２３及び第２初期化部２４はプラント制御装置１の初期化時のみ動作する。プラント制御装置１は、プラント６から入力された入力信号Ｓ１を第１メモリ１１に記憶し、入力信号Ｓ１に基づいて監視データ生成部１３により監視データＳ２を生成し、当該監視データＳ２を第２メモリ１２へ記憶する。さらに、第２メモリ１２に記憶された監視データＳ２を第１制御部としての監視データ生成部１３が通信ネットワーク４を介して監視装置３へ送信する。並行して、信号バックアップ部２２が、第１メモリ１１に記憶された入力信号Ｓ１及び第２メモリに記憶された監視データＳ２を第３メモリ２１へ書き込む。

ここで、信号バックアップ部２２が第３メモリ２１へ入力信号Ｓ１及び監視データＳ２を書き込むときの動作を図２のフローチャートにより説明する。信号バックアップ部２２は、第１メモリ１１に記憶された入力信号Ｓ１と第３メモリ２１に記憶されているバックアップ入力信号Ｓ３とを逐次比較し（ステップＳ１１）、内容が同じときは書込を行わず、異なるときは第３メモリ２１のバックアップ入力信号Ｓ３を第１メモリ１１の入力信号Ｓ１に書き換える（ステップＳ１２）。全ての入力信号Ｓ１についての比較が終了すれば（ステップＳ１３）、第２メモリ１２に記憶された監視データＳ２と第３メモリ２１に記憶されているバックアップ監視データＳ４とを逐次比較し（ステップＳ１４）、内容が同じときは書込を行わず、異なるときは第３メモリ２１のバックアップ監視データＳ４を第２メモリ１２の監視データＳ２に書き換える（ステップＳ１５）。全ての監視データＳ２について比較が終了すれば終了する（ステップＳ１６）。このようなサイクルを予め決められた時間間隔で繰り返す。これにより、不要な書き換え動作が防止される。

ここで、例えば保守点検等のためにプラント制御装置１の電源が停電した場合、監視データ生成部１３及び信号バックアップ部２２が動作を停止するとともに、第１メモリ１１及び第２メモリ１２は揮発性メモリであるためにそれぞれに記憶された入力信号Ｓ１及び監視データＳ２は失われる。しかし、第３メモリ２１は不揮発性メモリであるため、その内容は失われない。
次に、プラント制御装置１が停電から復帰するときの動作を図３のフローチャートにより説明する。プラント制御装置１の電源がオフからオンになると、第１初期化部２３が動作を開始し、第２メモリ１２に記憶されている監視データＳ２を第３メモリ２１に記憶されているバックアップ監視データＳ４に書き換える動作である第１書換動作を開始する。同時に、第２初期化部２４が動作を開始し、第１メモリ１１に記憶されている入力信号Ｓ１を第３メモリ２１に記憶されているバックアップ入力信号Ｓ３に書き換える動作である第２書換動作を開始する（ステップＳ２１）。

第２メモリ１２の全ての監視データＳ２の書き換えが終了するとすなわちこの発明の第１書換動作が終了すると（ステップＳ２２）、第１初期化部２３は監視データ生成部１３にその旨を信号Ｓ１１を送って通知する。通知を受けた第１制御部としての監視データ生成部１３は、第２メモリ１２に記憶された監視データＳ２を監視装置３へ送信する動作を開始する（ステップＳ２３）。すなわち、第１制御部としての監視データ生成部１３は第２制御部としての第１初期化部２３から送信許可信号としての信号Ｓ１１を受信して、第２メモリ１２に記憶された監視データＳ２を監視装置３へ送信する動作を開始する。これにより、監視装置３は、停電直前の監視データＳ２と同じ内容の監視データＳ２を受信することができる。一方、第２初期化部２４は第１メモリ１１の入力信号Ｓ１を第３メモリ２１に記憶されたバックアップ入力信号Ｓ３に書き換え、全ての入力信号Ｓ１の書き換えが終了するとすなわちこの発明の第２書換動作が終了すると（ステップＳ２４）、その旨を監視データ生成部１３へ信号Ｓ１２を送って通知する。通知を受けた監視データ生成部１３は第１メモリ１１に記憶された入力信号Ｓ１に基づいて監視データＳ２の生成を開始し、第２メモリ１２へ送信し記憶させる（ステップＳ２５）。

以上により、第１メモリ１１及び第２メモリ１２に記憶された入力信号Ｓ１及び監視データＳ２が停電直前の状態に初期化され、以後通常の動作に移行する。
この実施の形態によれば、停電直前の監視データと同じ内容の監視データが監視装置３へ送信されるので、監視装置３が誤った内容の監視データを受信して不要な動作や誤動作をすることが防止される。また、第１メモリ１１や第２メモリ１２に不揮発性メモリを使用しなくてもよく、安価にできる。さらに、第１メモリ１１や第２メモリ１２が故障して記憶されていたデータが消えても第３メモリ２１にデータがバックアップされているので、入力信号や監視データの滅失を防止できる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２であるプラント制御システムの構成を示す構成図である。この実施の形態においては、図４に示すように既設のプラント制御装置で使用されていた既設の第１メモリ１１１及び第２メモリ１１２が流用され、流用監視データ生成部としての監視データ生成部１１３と組み合わされて第１流用データ処理部としてのデータ処理部１１０が構成されている。このデータ処理部１１０と新設のバックアップ部２０とが組み合わされてプラント制御装置１００が構成されている。このようなプラント制御装置１００や実施の形態１で示したプラント制御装置２が通信ネットワーク４にて監視装置３に接続されている。

データ処理部１１０は、第１メモリ１１１、第２メモリ１１２、監視データ生成部１１３を有する。第１メモリ１１１、第２メモリ１１２は既設の制御装置に用いられていたものがそのまま用られている。監視データ生成部１１３は、中央演算装置とメモリとを有し、既設の制御装置に用いられていたものを流用し、実施の形態１における監視データ生成プログラムと同様のプログラムがインストールされ、同様の機能を果たすようにされている。そして、第１メモリ１１１、第２メモリ１１２、監視データ生成部１１３にて、実施の形態１におけるデータ処理部１０と同様のデータ処理部１１０が構成されている。

このようなデータ処理部１１０と新設のバックアップ部２０とが組み合わされ、実施の形態１におけるプラント制御装置１と同様のプラント制御装置１００が製造される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

このように、既設のプラント制御装置の一部の構成要素を流用し、第１流用データ処理部（データ処理部１１０）を構成し、新設のバックアップ部２０を付加すれば、既設の装置を廃却することなく同様の問題点を解決することができ、資源の有効活用を図り、製作費用を低減することができる。

なお、監視データ生成部に、既設の中央演算装置とメモリとを利用できない場合は、実施の形態１で示したものと同様の監視データ生成部１３を新設し、既設の第１メモリ及び第２メモリと組み合わせてこの発明の第２流用データ処理部としてのデータ処理部を構成し、新設のバックアップ部２０と組み合わせてプラント制御装置を構成すればよい。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３であるプラント制御システムの構成を示す構成図である。この実施の形態においては、図５に示すように同じ仕様の２台のプラント制御装置２００、３００及びプラント制御装置２が通信ネットワーク４を介して監視装置３に接続されている。プラント制御装置２００，３００は、書出指令部３１及び書込指令部３２を有する。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

動作についても、次に述べること以外は実施の形態１におけるプラント制御装置１と同様である。２台のプラント制御装置２００，３００は、例えば一方のプラント制御装置２００が実行系とし、他方のプラント制御装置３００が待機系とする。実行系のプラント制御装置２００の書出指令部３１は、第３メモリ２１に記憶されたバックアップ入力信号Ｓ３とバックアップ監視データＳ４とに変化があった場合、当該変化のあったデータを待機系のプラント制御装置３００の第３メモリ２１に書き込むように待機系のプラント制御装置３００に通信ネットワーク４を介して変化のあったデータを添えて指令を発する。指令を受けた待機系のプラント制御装置３００の書込指令部３２は、変化のあったデータを自己の第３メモリ２１に記憶させる、すなわちデータを書き換える。

これにより、待機系のプラント制御装置３００の第３メモリ２１の内容が実行系のプラント制御装置２００の第３メモリ２１の内容と常に同じに維持される。
実行系として動作しているプラント制御装置２００が障害発生などにより停止した場合、直ちに待機系のプラント制御装置３００に切り換えられるが、このとき待機系であったプラント制御装置３００の第３メモリ２１の内容が、直前まで実行系であったプラント制御装置２００の第３メモリ２１の内容と同じであるので、自己の第３メモリ２１に記憶されたバックアップ入力信号Ｓ３とバックアップ監視データＳ４とを用いて、初期化を直ちに実施することができる。

なお、前記実施の形態１において、第１初期化部２３が第２メモリ１２の内容を第３メモリ２１の内容に書き換え後、第２初期化部２４が第１メモリ１１の内容を第３メモリ２１の内容に書き換える例を示したが（図３のステップＳ２２〜Ｓ２４参照）、第２メモリ１２及び第１メモリ１１の内容の書き換えを並行して行ってもよい。さらに、前記各実施の形態においては、不揮発性メモリとして電池とＳＲＡＭとを組み合わせたものを示したがこれに限られるものではなく、要求される書換速度、書換寿命、容量等に応じて他のものを適宜用いることができる。

また、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

１，２プラント制御装置、３監視装置、４通信ネットワーク、６プラント、
１０データ処理部、１１第１メモリ、１２第２メモリ、１３監視データ生成部、２０バックアップ部、２１第３メモリ、２２信号バックアップ部、
２３第１初期化部、２４第２初期化部、３１書出指令部、３２書込指令部、
１００プラント制御装置、１１０データ処理部、１１１第１メモリ、
１１２第２メモリ、１１３監視データ生成部、２００プラント制御装置、
３００プラント制御装置。

Claims

プラント制御装置と監視装置とが通信線を介して接続され前記監視装置に監視データを送信するプラント制御システムであって、
前記プラント制御装置は、データ処理部とバックアップ部とを有し、
前記データ処理部は、第１メモリと監視データ生成部と第２メモリと第１制御部とを有し、
前記第１メモリは、停電時にその記憶を保持できないメモリにて構成されたものであって、プラントから入力される入力信号を記憶するものであり、
前記監視データ生成部は、前記第１メモリに記憶された前記入力信号に基づいて前記監視データを生成するものであり、
前記第２メモリは、停電時にその記憶を保持できないメモリにて構成されたものであって、前記監視データを記憶するものであり、
前記第１制御部は、前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記監視装置に送信するものであり、
前記バックアップ部は、信号バックアップ部と第３メモリと第１初期化部と第２初期化部と第２制御部とを有し、
前記信号バックアップ部は、前記第１メモリに記憶された前記入力信号及び前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記第３メモリへ出力するものであり、
前記第３メモリは、停電時にその記憶を保持可能なメモリにて構成されたものであって、前記信号バックアップ部から出力される前記入力信号及び前記監視データを記憶するものであり、
前記第１初期化部は、前記データ処理部及び前記バックアップ部に供給される電源が停電から復帰したときに前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記第３メモリに記憶された前記監視データにより書き換える第１書換動作を行うものであり、
前記第２初期化部は、前記データ処理部及び前記バックアップ部に供給される電源が停電から復帰したときに前記第１メモリに記憶された前記入力信号を前記第３メモリに記憶された前記入力信号により書き換える第２書換動作を行うものであり、
前記第２制御部は、前記第１書換動作が終了したときに前記第１制御部が前記第２メモリに記憶された前記監視データを前記監視装置に送信することを許可するものである
プラント制御システム。
前記信号バックアップ部は、前記第１メモリに記憶された前記入力信号及び前記第２メモリに記憶された前記監視データが変化したときに前記第３メモリに記憶された前記入力信号及び前記監視データを書き換えるものである
請求項１に記載のプラント制御システム。
前記第１メモリ及び前記第２メモリは、既設のものであり、
前記監視データ生成部は、既設の中央演算装置とメモリとを有するものであって、監視データ生成プログラムがインストールされソフトウエア処理により前記監視データ生成部の機能を果たす流用監視データ生成部であり、
前記既設の第１メモリ、前記既設の第２メモリ及び前記流用監視データ生成部にて前記データ処理部と同様の機能を有する第１流用データ処理部が構成されたものであり、
前記第１流用データ処理部と前記バックアップ部とが組み合わされて前記プラント制御装置が構成されたものである
請求項１または請求項２に記載のプラント制御システム。
前記第１メモリ及び前記第２メモリは、既設のものであり、
前記既設の第１メモリ、前記既設の第２メモリ及び前記監視データ生成部にて前記データ処理部と同様の機能を有する第２流用データ処理部が構成されたものであり、
前記第２流用データ処理部と前記バックアップ部とが組み合わされて前記プラント制御装置が構成されたものである
請求項１または請求項２に記載のプラント制御システム。
前記プラント制御装置は、実行系とされる前記プラント制御装置と待機系とされる前記プラント制御装置とが設けられたものであり、
前記実行系のプラント制御装置の前記バックアップ部は、データ送信部を有するものであり、前記第３メモリに記憶された前記入力信号及び前記監視データを前記待機系のプラント制御装置に送信し該プラント制御装置の前記第３メモリに記憶させるものである
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラント制御システム。
請求項３に記載のプラント制御装置の製造方法であって、次の工程を有するプラント制御装置の製造方法。
ア．前記既設の中央演算装置とメモリとを有するものに前記監視データ生成プログラムをインストールしソフトウエア処理により前記監視データ生成部の機能を果たす前記流用監視データ生成部を製造する工程。
イ．前記既設の第１メモリ及び前記既設の第２メモリと前記流用監視データ生成部とにより前記データ処理部と同様の機能を有する前記第１流用データ処理部を製造する工程。
ウ．前記第１流用データ処理部と前記バックアップ部とを組み合わせて、前記プラント制御装置を製造する工程。
請求項４に記載のプラント制御装置の製造方法であって、次の工程を有するプラント制御装置の製造方法。
カ．前記既設の第１メモリ及び前記既設の第２メモリと新設の前記監視データ生成部とにより前記データ処理部と同様の機能を有する前記第２流用データ処理部を製造する工程。
キ．前記第２流用データ処理部と前記バックアップ部とを組み合わせて、前記プラント制御装置を製造する工程。