JP2015095243A - プラント制御システムの構築支援装置、構築支援方法及び構築支援プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】分散型のプラント制御システムの設計においてハードウェアリソースの効率利用を実現するプラント制御システムの構築支援技術を提供する。【解決手段】構築支援装置１０において、複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジック３１をロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立する分割部１１と、このデータ取り合い情報に基づいて各々の制御ユニット毎にロジックシートの接続情報を生成する生成部１２と、制御ユニット毎に分割されたロジックシートの群と生成された接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するコンパイル実行部１３と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、ネットワーク上に分散した複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの構築支援技術に関する。

各種プラントの監視及び制御をするために、複数の計算機の相互間、計算機と制御ユニットとの相互間もしくは複数の制御ユニットの相互間をネットワークで接続し、各々の機器の相互間でデータ通信を行う分散型プラント制御システムが採用されている。
このような分散型プラント制御システムにおいて、データ通信を行う機器の相互間でデータを取り合うための識別子を導入する技術が知られている（例えば、特許文献１）。
また、相互間でデータ通信が確立している機器において、マトリクス試験等によりデータの取り合いの健全性を確認する技術が知られている（例えば、特許文献２）。

特開２００１−８４０２３号公報 特開平１１−１６３９６９号公報

上述のような分散型プラント制御システムの設計にあたり、データの取り合いの健全性を維持しつつ、ハードウェアリソースの効率利用が考慮される。
一般に、プラントの規模が大きくなる程、データ伝送の取り合いは複雑化し、システム設計の難易度が高くなるため、ハードウェアリソースの効率利用の検討が困難になる課題があった。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、分散型のプラント制御システムの設計においてハードウェアリソースの効率利用を実現するプラント制御システムの構築支援技術を提供することを目的とする。

本実施形態に係るプラント制御システムの構築支援装置において、複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立する分割部と、前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成する生成部と、前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するコンパイル実行部と、を備えることを特徴とする。

本実施形態に係るプラント制御システムの構築支援方法において、複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立するステップと、前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成するステップと、前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するステップと、を含むことを特徴とする。

本実施形態に係るプラント制御システムの構築支援プログラムにおいて、コンピュータに、複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立するステップ、前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成するステップ、前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するステップ、を実行させることを特徴とする。

本発明の実施形態により、分散型のプラント制御システムの設計においてハードウェアリソースの効率利用を実現するプラント制御システムの構築支援技術が提供される。

本実施形態に係るプラント制御システムの構築支援装置の構成図。 プラント制御システムの構成図。 プラント制御システムを構成する制御ユニットの機能ブロック図。 プラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割したイメージ図。 実施形態に係るプラント制御システムの構築支援装置の動作を説明するフローチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように構築支援装置１０は、複数の制御ユニット２３（２３_A,２３_B…）（図２）で構成されるプラント制御システム２０の制御ロジック３１をロジックシート３２（図４）を単位として分割しデータ取り合い情報（不図示）を確立する分割部１１と、このデータ取り合い情報に基づいて各々の制御ユニット２３毎にロジックシート３２の接続情報３３（図４）を生成する生成部１２と、制御ユニット２３毎に分割されたロジックシート３２の群と生成された接続情報３３とをコンパイルしてインストールファイル３４（図４）を作成するコンパイル実行部１３と、を備えている。

図２に示すようにプラント制御システム２０は、構築支援装置１０と、計算機２２と、複数の制御ユニット２３（２３_A,２３_B…）とが、ネットワーク２１に接続されて構成されている。
計算機２２は、監視制御対象であるプラント構成機器群２４とこれらを操作するオペレータとのインターフェースとしての役目を果たす。

各々の制御ユニット２３（２３_A,２３_B…）は、ＣＯＭ部２５とＣＰＵ部２７とＬＡＮ部２６とから構成され、複数がネットワーク２１に連結し、全体として自律分散システムを構成している。
これにより、複数の制御ユニット２３は、計算機２２やプラント構成機器群２４からの入力データＸ（Ｘ₁,Ｘ₂…）に対し、互いに協調して演算処理を実行し、出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）を生成する。
このように生成した出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）は、プラント構成機器群２４の動作制御や計算機２２における監視用途に用いられる。

図３に示すように、ＣＯＭ部２５は、プラント構成機器群２４から伸びるケーブル２９に連結する端子を実装した拡張カード型の入力基板Ｃ₁,Ｃ₂…及び出力基板Ｅ₁,Ｅ₂…が複数装着されている。
このケーブル２９により、制御ユニット２３とプラント構成機器群２４とが相互に入力データＸ₁,Ｘ₂…及び出力データＹ₁,Ｙ₂…を伝送し合う。

ＬＡＮ部２６は、ネットワーク２１を介してその他の制御ユニット２３や計算機２２から入力データＸを受信するデータ受信部２６ａと、出力データＹをその他の制御ユニット２３や計算機２２に向けてネットワーク２１を介して送信するデータ送信部２６ｂとから構成されている。

ＣＰＵ部２７は、インストールファイル３４（図４）から起動されたプログラムの命令Ｚ₁,Ｚ₂,…を格納するメモリ２７ａと、入力データＸ（Ｘ₁,Ｘ₂…）を格納するメモリ２７ｂと、出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）を格納するメモリ２７ｃと、を有している。
ＣＰＵ部２７は、格納されている命令Ｚ（Ｚ₁,Ｚ₂,…）を順次読み込んで、命令Ｚで指定された処理を、格納されている入力データＸに対し実行し、出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）を出力し格納する、という処理を繰り返す。

このようにメモリ２７ｃ上で周期的に刷新される出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）は、ＣＯＭ部２５を介してプラント構成機器群２４を制御し、さらにＬＡＮ部２６を介して計算機２２で監視される。
そして、プラント構成機器群２４の動作や計算機２２からの新規入力により変化した入力データＸ（Ｘ₁,Ｘ₂…）も、周期的に刷新されてメモリ２７ｂに格納される。

図４に示すように、プラント制御システム２０（図２）の制御ロジック３１は、ロジックシート３２を単位として記述されている。つまり複数のロジックシート３２により１つの制御ロジック３１が構成され、各々のロジックシート３２における出力線と入力線との接続関係が接続子を用いて規定されている。

制御ロジック３１は、プラント制御システム２０を構成する各々の制御ユニット２３に対応させてロジックシート３２の群に分割される。
この分割されたロジックシート３２の群は、インストールされる制御ユニット２３の処理能力を超えない範囲で設定される。
例えば制御ロジック３１の命令のステップ数が１０万で、１台の制御ユニット２３の処理能力が１万ステップである場合、１０台の制御ユニット２３に対応するように均等に分割することが求められる。

そして、制御ユニット２３にインストールされるロジックシート３２の群の内部的な相互接続関係と、他の制御ユニット２３にインストールされるロジックシート３２の群に対する外部的な相互接続関係とが、データ取り合い情報として規定される。

図１に示す生成部１２は、このデータ取り合い情報に基づいてネットワーク上の複数の制御ユニット２３間のネットワーク情報（不図示）を生成する第１生成部１５と、プラント構成機器群２４（図２）の入力データＸ₁,Ｘ₂…及び出力データＹ₁,Ｙ₂…に関する入出力データ情報３５並びに制御ユニット２３のハード情報３６に基づいて基板構成情報（不図示）を生成する第２生成部１６を有している。
生成部１２は、データ取り合い情報に加え、このように生成されたネットワーク情報や基板構成情報に基づいて接続情報３３（図４）を生成する。

登録部３７には、複数のロジックシート３２から成る制御ロジック３１に加え、前記した入出力データ情報３５及びハード情報３６が登録されている。
入出力データ情報３５は、プラント構成機器群２４や計算機２２からの入力データＸ（Ｘ₁,Ｘ₂…）及びそれらへの出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）に関する情報である。
ハード情報３６は、制御ユニット２３を構成するＣＯＭ部２５、ＬＡＮ部２６、ＣＰＵ部２７等の情報である。
ＣＯＭ部２５に装着される入力基板Ｃ及び出力基板Ｅに関するハード情報３６としては、これら基板の接続ポイントとロジックシート３２の出入力線との関連情報、基板Ｃ，Ｅの各種仕様（デジタル又はアナログ、入力又は出力、接続ポイントの点数）等が該当する。

第１生成部１５で生成されるネットワーク情報は、制御ロジック３１を分割してインストールした複数の制御ユニット２３間で、データを交換し合うのに必要な情報である。
具体的には、制御ユニット２３_Aで計算された出力データＹを、別の制御ユニット２３_Bの入力データＸとして使用する場合、もしくは制御ユニット２３_Aの入力データＸを、別の制御ユニット２３_Bの入力データＸとして使用する場合、制御ユニット２３_Aと制御ユニット２３_Bとの間のデータ伝送の仕組み等が該当する。

第２生成部１６で生成される基板構成情報は、入出力データ情報３５、ハード情報３６、データ取り合い情報、ネットワーク情報等に基づいて、各々の制御ユニット２３に装着される基板Ｃ，Ｅの仕様並びに数量に関する情報である。
つまり、各々の基板Ｃ，Ｅにおけるデータの出入力点数は決まっており、さらに１つの制御ユニット２３で装着できる基板Ｃ，Ｅの数量は決まっているため、ロジックシート３２の分割の仕方によって、ハードウェアリソース（制御ユニット２３、基板Ｃ，Ｅ）の利用点数が大きく変化することになる。

そこで、ハードウェアリソースの利用点数を抑制し、その効率利用を実現するための、ロジックシート３２の最適分割が模索される。
例えば全プラントで入力信号が１２８０点、一つの基板で３２点の信号入力が可能で、１台の制御ユニットに基板が１０枚まで装着可能であれば、４台の制御ユニットで全ての制御ロジック３１が収まるように、複数のロジックシート３２を分割することが望まれる。

生成部１２で生成する接続情報３３（図４）は、一つの制御ユニット２３にあてがわれたロジックシート３２の群の入力線及び出力線、基板Ｃ，Ｅの接続ポイント並びにメモリ２７ａ，２７ｂ，２７ｃのアドレス等の相互間の接続に関する設計情報である。
複数の制御ユニット２３の各々に対応する接続情報３３が生成されれば、これら制御ユニット２３の相互間のデータ交換に伴うネットワーク２１の利用状況の解析も可能になる。そして、ネットワーク２１におけるデータ伝送のトラフィックに偏りがある場合は、これを均一化するために、ロジックシート３２の分割の仕方を再検討することになる。

コンパイル実行部１３は、制御ユニット２３毎に分割されたロジックシート３２の群と生成された接続情報３３とをコンパイルしてインストールファイル３４を作成する。
制御ロジック３１を構成するロジックシート３２は、プログラミング言語で記述されているものなので、ＣＰＵ部２７で実行可能な命令Ｚの集合体であるインストールファイル３４に変換される。
このインストールファイル３４は、複数の制御ユニット２３の各々に対応して作成され、格納部１４に格納される。

図５のフローチャートに基づいてプラント制御システムの構築支援装置の動作を説明する（適宜、図１参照）。
複数のロジックシート３２を集積して設計した制御システム２０の制御ロジック３１を登録する（Ｓ１１）。
想定している制御ユニット２３の数に合わせて、この制御ロジック３１をロジックシート３２を単位として分割する（Ｓ１２）。

一つの制御ユニット２３にインストールされるロジックシート３２の群の内部的な相互接続関係と、他の制御ユニット２３にインストールされるロジックシート３２の群に対する外部的な相互接続関係とをデータ取り合い情報として確立する（Ｓ１３）。
このデータ取り合い情報に基づいてネットワーク上の複数の制御ユニット２３間でデータを交換し合うのに必要なネットワーク情報を生成する（Ｓ１４）。

登録部３７に予め登録されている、入力データＸ（Ｘ₁,Ｘ₂…）及び出力データＹ（Ｙ₁,Ｙ₂…）に関する入出力データ情報３５と制御ユニット２３のハード情報３６とを取得する（Ｓ１５，Ｓ１６）。
入出力データ情報３５及びハード情報３６に基づいて、制御ユニット２３に装着される基板Ｃ，Ｅの仕様並びに数量に関する基板構成情報を生成する（Ｓ１７）。

このように生成された基板Ｃ，Ｅの数量等が、これらを実際に装着させる制御ユニット２３の筐体仕様に適合しない場合は（Ｓ１８ Ｎｏ）、制御ロジック３１の分割の仕方を再検討する（Ｓ１２）。
そして、想定した数の制御ユニット２３の筐体仕様に適合する制御ロジック３１の分割を見出せた場合は（Ｓ１８ Ｙｅｓ）、それぞれの制御ユニット２３における接続情報３３を生成する（Ｓ１９）。

生成した接続情報３３に基づいて、制御ユニット２３の相互間のデータ交換に伴うネットワーク２１の利用状況を解析する。
そして、ネットワーク２１におけるデータ伝送のトラフィックに偏りがある場合は（Ｓ２０ Ｎｏ）、これを均一化するために、ロジックシート３２の分割の仕方を再検討する（Ｓ１２）。

このトラフィックの偏り度合の検証に合格した場合は（Ｓ２０ Ｙｅｓ）、分割されたロジックシート３２の群と接続情報３３とをコンパイルする（Ｓ２１）。
そして、コンパイルしたファイル３４をそれぞれの制御ユニット２３をインストールする（Ｓ２２）。

以上述べた少なくともひとつの実施形態のプラント制御システムの構築支援装置によれば、制御ユニットの数に応じて制御ロジックを分割し、分割されたロジックシートの群と生成した接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを生成することにより、ハードウェアリソースの効率利用を実現したプラント制御システムを構築することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、プラント制御システムの構築支援装置の構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、プラント制御システムの構築支援プログラムにより動作させることが可能である。

１０…構築支援装置、１１…ロジックシート分割部（分割部）、１２…接続情報生成部（生成部）、１３…コンパイル実行部、１４…インストールファイル格納部（格納部）、１５…ネットワーク情報生成部（第１生成部）、１６…基板構成情報生成部（第２生成部）、２０…プラント制御システム、２１…ネットワーク、２２…計算機、２３…制御ユニット、２４…プラント構成機器群、２５…ＣＯＭ部、２６…ＬＡＮ部、２６ａ…データ受信部、２６ｂ…データ送信部、２７…ＣＰＵ部、２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…メモリ、２９…ケーブル、３１…制御ロジック、３２…ロジックシート、３３…接続情報、３４…インストールファイル（ファイル）、３５…入出力データ情報、３６…ハード情報、３７…登録部、Ｘ（Ｘ₁,Ｘ₂…）…入力データ、Ｙ（Ｙ₁,Ｙ₂…）…出力データ。

Claims (5)

1. 複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立する分割部と、
   前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成する生成部と、
   前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するコンパイル実行部と、を備えることを特徴とするプラント制御システムの構築支援装置。
2. 請求項１に記載のプラント制御システムの構築支援装置において、
   前記生成部は、
   前記データ取り合い情報に基づいてネットワーク上の複数の前記制御ユニット間のネットワーク情報を生成する第１生成部を有し、
   前記ネットワーク情報にも基づいて前記接続情報が生成されることを特徴とするプラント制御システムの構築支援装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のプラント制御システムの構築支援装置において、
   前記生成部は、
   プラント構成機器群の入力データ及び出力データに関する入出力データ情報並びに前記制御ユニットのハード情報に基づいて基板構成情報を生成する第２生成部を有し、
   前記基板構成情報にも基づいて前記接続情報を生成することを特徴とするプラント制御システムの構築支援装置。
4. 複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立するステップと、
   前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成するステップと、
   前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するステップと、を含むことを特徴とするプラント制御システムの構築支援方法。
5. コンピュータに、
   複数の制御ユニットで構成されるプラント制御システムの制御ロジックをロジックシートを単位として分割しデータ取り合い情報を確立するステップ、
   前記データ取り合い情報に基づいて各々の前記制御ユニット毎に前記ロジックシートの接続情報を生成するステップ、
   前記制御ユニット毎に分割された前記ロジックシートの群と生成された前記接続情報とをコンパイルしてインストールファイルを作成するステップ、を実行させることを特徴とするプラント制御システムの構築支援プログラム。

Images