JP2015219616A - Monitoring control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種プラント機器の状態データの収集時刻を示す時刻情報の取得手段を改良した監視制御システムに関するものである。 The present invention relates to a monitoring control system in which means for acquiring time information indicating the collection time of state data of various plant devices is improved.
一般に、発電プラント、工業プラント、水処理プラント等の大規模プラントにおいては、監視制御対象となるプラント機器が電動機、バルブ、遮断器、開閉器、ポンプ、空調機等、多種多様であり、また、これらのプラント機器から計測器のアナログ出力として取得する状態データも、動作状態、温度、電流、電圧、振動、圧力等、多岐にわたっている。
このため、監視制御対象の全点数は、プラントの規模によって数百にも及ぶ場合がある。
In general, in large-scale plants such as power plants, industrial plants, and water treatment plants, there are a wide variety of plant devices to be monitored and controlled, such as electric motors, valves, circuit breakers, switches, pumps, air conditioners, etc. The state data acquired from these plant devices as the analog output of the measuring instrument also varies widely, such as the operating state, temperature, current, voltage, vibration, pressure, and the like.
For this reason, the total number of points to be monitored and controlled may reach several hundreds depending on the scale of the plant.
この種の大規模プラントにおける監視制御装置としては、表示装置付HMI(Human Machine Interface)装置が知られている。
通常、HMI装置は、プラント機器から遠隔地にある監視所側に設置され、各プラント機器を制御するコントローラは、各プラント機器から数10m離れた空調完備の制御機器室内に設置されている。そして、各プラント機器の近傍には、各機器に設置された各種計測器のアナログ出力をある程度纏めてディジタル出力するリモートI/O装置がそれぞれ設けられ、複数台のリモートI/O装置から対応コントローラに向けて、対応プラント機器の数10種類の状態データ(以下、プラント機器状態データもいう)が送信されるようになっている。そして、これらのコントローラとHMI装置とはネットワークにより結ばれている。
An HMI (Human Machine Interface) device with a display device is known as a monitoring and control device in this type of large-scale plant.
Usually, the HMI device is installed on the monitoring station side remote from the plant equipment, and the controller for controlling each plant equipment is installed in a control equipment room equipped with air conditioning several tens of meters away from each plant equipment. In the vicinity of each plant device, remote I / O devices that digitally output analog outputs of various measuring instruments installed in each device to some extent are provided, and a corresponding controller is provided from a plurality of remote I / O devices. Toward, tens of types of state data (hereinafter also referred to as plant equipment state data) of the corresponding plant equipment are transmitted. These controllers and the HMI device are connected by a network.
このような大規模プラントでは、各プラント機器から監視所側のHMI装置に至るまでに多数の伝送路を経由するので、プラント機器の数、言い換えればプラントの規模が大きくなればなるほど、プラント機器状態データの伝送遅れが大きく、また多く発生する。
このため、監視所側でタイムスタンプを付与する現在監視中の状態データは、実際には一定時間前に収集された状態データとなり、その状態データに基づいて監視制御を行うとプラント機器の状態を誤判断したり、誤った制御指令を発するおそれがある。
In such a large-scale plant, since there are many transmission paths from each plant device to the HMI device on the monitoring station side, the plant device state increases as the number of plant devices, in other words, the plant size increases. Data transmission delay is large and often occurs.
For this reason, the status data currently being monitored, which is given a time stamp on the monitoring station side, is actually status data collected a certain time ago, and if monitoring control is performed based on the status data, the status of the plant equipment is changed. There is a risk of misjudgment or issuing an incorrect control command.
上記のようなプラント機器状態データの伝送遅れを解決するための従来技術として、特許文献1に記載されたプラント監視制御システムが知られている。
図4は、このプラント監視制御システムの構成図であり、100はプラント機器、200は、データ入力部210,時間設定部220及び時間管理部230からなるデータ入力カード、300はプラント機器側伝送路、400は、I/O通信制御部410,監視制御用ネットワーク制御部420,状変検出部430及びバッファメモリ440からなるコントローラ、500は監視制御用ネットワーク、600は検索部610及び記憶部620からなるデータサーバ、700は表示装置である。
As a prior art for solving the transmission delay of the plant equipment state data as described above, a plant monitoring control system described in Patent Document 1 is known.
FIG. 4 is a configuration diagram of the plant monitoring control system, where 100 is a plant device, 200 is a data input card including a
図4に示した従来技術では、状態データの発生源であるプラント機器100に近いデータ入力カード200に時間設定部220及び時間管理部230を設け、これらの機能を用いて、図5に示すような時刻情報付きプラント機器状態データ240を作成する。このプラント機器状態データ240は、プラント機器状態データD1〜Dnに、各データの収集時刻を示す時刻情報T1〜Tnをそれぞれ付加したものである。
そして、この時刻情報付きプラント機器状態データ240を、送信したい個数分並べた形のデータ構造にして、プラント機器側伝送路300,コントローラ400及び監視制御用ネットワーク500を介し、データサーバ600に送信し、記憶部620に蓄積している。
In the prior art shown in FIG. 4, the
Then, the plant
すなわち、この従来技術においては、プラント機器100の直近にあるデータ入力カード200内の時間設定部220及び時間管理部230により時刻情報の付与、管理を行うため、データサーバ600が受信するプラント機器100の状態データの時刻情報は実際のデータ収集時刻にほぼ一致するものとなり、オペレータは、伝送遅れの影響が少ないプラント機器状態データを用いて高精度に監視制御を行うことが可能になる。
That is, in this prior art, since the
しかしながら、図5に示したデータ構造によると、データ入力カード200側からデータサーバ600側に1回の動作で送信されるデータ量が、(時刻情報のデータサイズ+プラント機器状態データのデータサイズ)×(時刻情報付きプラント機器状態データ240の個数)となり、プラント機器状態データだけを送信する場合に比べて通信データ量が増加するという問題があった。
このように通信データ量が増えると、プラント機器側伝送路300や監視制御用ネットワーク500の容量、コントローラ400やデータサーバ600等における送受信負荷も増加するので、システム全体として大容量かつ高機能が求められることになり、これらがコストを上昇させる原因となっていた。
However, according to the data structure shown in FIG. 5, the amount of data transmitted from the
As the amount of communication data increases in this way, the capacity of the plant equipment side transmission path 300 and the monitoring control network 500 and the transmission / reception load in the
そこで、本発明の解決課題は、コントローラとデータサーバ等の上位データ処理装置との間で通信されるデータ量を少なくしてネットワークや各機器の大容量化、必要以上の高機能化を抑制するようにした監視制御システムを提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to reduce the amount of data communicated between the controller and the host data processing device such as the data server, thereby suppressing the increase in capacity of the network and each device and the enhancement of the functions more than necessary. An object of the present invention is to provide such a monitoring control system.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、コントローラがプラント機器から収集したプラント機器状態データを、ネットワークを介して上位のデータ処理装置に送信し、前記データ処理装置が前記プラント機器状態データに基づいて前記プラント機器を監視制御する監視制御システムにおいて、
前記コントローラは、
基準時刻情報を管理する時刻管理部と、
内部に時刻カウンタを備え、前記プラント機器状態データを実行単位時間毎に周期的に演算処理すると共に、前記基準時刻情報とこの基準時刻情報に対応する基準時刻カウンタとからなる時刻カウンタ同期情報、並びに、前記実行単位時間毎にインクリメントされる前記時刻カウンタが前記プラント機器状態データに付加された時刻カウンタ付きプラント機器状態データ、を生成する制御部と、
前記制御部により生成された前記時刻カウンタ同期情報と前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データとを保存するメモリと、を備え、
前記制御部は、前記時刻カウンタ同期情報と前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データとを前記メモリから読み出して前記データ処理装置に送信するものである。
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is directed to transmitting plant equipment state data collected from a plant device by a controller to a higher-level data processing device via a network, and the data processing device is configured to transmit the plant equipment state. In a monitoring control system for monitoring and controlling the plant equipment based on data,
The controller is
A time management unit for managing the reference time information;
An internal time counter, periodically processing the plant equipment state data for each execution unit time, time counter synchronization information including the reference time information and a reference time counter corresponding to the reference time information, and A control unit for generating plant equipment state data with a time counter in which the time counter incremented every execution unit time is added to the plant equipment state data;
A memory for storing the time counter synchronization information generated by the control unit and the plant equipment state data with the time counter,
The control unit reads out the time counter synchronization information and the plant equipment state data with the time counter from the memory and transmits them to the data processing device.
請求項2に係る監視制御システムは、請求項1に記載した監視制御システムにおいて、前記データ処理装置は、前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データに含まれる時刻カウンタと前記基準時刻カウンタとの差、前記実行単位時間、及び、前記基準時刻情報を用いて、前記プラント機器状態データが前記コントローラにより収集された時刻を算出するものである。 The monitoring control system according to claim 2 is the monitoring control system according to claim 1, wherein the data processing device is a difference between a time counter included in the plant equipment state data with the time counter and the reference time counter, Using the execution unit time and the reference time information, the time when the plant equipment state data is collected by the controller is calculated.
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載した監視制御システムにおいて、前記時刻管理部は、前記基準時刻情報を、前記ネットワークを介して外部のタイムサーバ等から取得するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the monitoring control system according to the first or second aspect, the time management unit acquires the reference time information from an external time server or the like via the network.
本発明によれば、コントローラから上位データ処理装置に送信するプラント機器状態データにそれぞれ時刻情報を付加する必要がなくなり、従来よりも通信データ量を少なくしてネットワークや各機器の大容量化、必要以上の高機能化を抑制し、システム全体の低コスト化に寄与することができる。 According to the present invention, it is no longer necessary to add time information to the plant equipment status data transmitted from the controller to the host data processing device, and the communication data amount is reduced as compared with the prior art to increase the capacity of the network and each equipment. It is possible to suppress the above high functionality and contribute to the cost reduction of the entire system.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る監視制御システムの構成図である。図1において、監視制御対象である複数のプラント機器10は、電動機、バルブ、遮断器、開閉器、ポンプ、空調機等である。各プラント機器10にはその動作状態や温度、電流、電圧、振動、圧力等を計測する各種計測器(図示せず)が設けられており、これらの計測器により取得したアナログのプラント機器状態データがI/O装置20に送信される。
ここで、プラント機器10はI/O装置20の近くに設置されており、I/O装置20がプラント機器10からデータを収集した時刻は、プラント機器10におけるプラント機器状態データの収集時刻にほぼ等しいものとする。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a monitoring control system according to this embodiment. In FIG. 1, a plurality of
Here, the
I/O装置20は、多数のプラント機器状態データを所定形式のディジタルデータに変換し、I/Oネットワーク30を介してコントローラ40に送信する。コントローラ40は、I/Oネットワーク通信部41によりプラント機器状態データを受信する。
制御部42は、I/Oネットワーク通信部41、制御ネットワーク通信部43、時刻管理部44及びバッファメモリ45を統括制御する機能、プラント機器状態データをバッファメモリ45から読み出して制御ネットワーク通信部43及び制御ネットワーク50を介しデータサーバ4に送信する機能を備えると共に、プラント機器10に対する制御動作を実行する際には、I/Oネットワーク通信部41を介してI/O装置20に各種指令を送信する機能も備えている。
The I /
The
時刻管理部44は、制御ネットワーク通信部43及び制御ネットワーク50を介してタイムサーバ70との間で通信可能であり、タイムサーバ70から送られた基準時刻に従い、制御部42と協働して、後述する時刻カウンタ等を管理する。
制御ネットワーク通信部43は、制御部42から送られたプラント機器状態データを、制御ネットワーク50を介してデータサーバ60に送信する。
データサーバ60は、制御ネットワーク50を介してコントローラ40から送られたプラント機器状態データを受信し、記憶部61に保存してプラント機器10の監視、制御に用いる。
なお、タイムサーバ70は複数のコントローラ40との間で定期的に時刻情報を通信し、各コントローラ40間の時刻同期を保っている。
The
The control network communication unit 43 transmits the plant equipment state data sent from the
The
The
図2は、コントローラ40内の制御部42の動作を示す概念図であり、制御部42は、プラント機器10から送信されたプラント機器状態データに対し、入力→演算→出力を一つの実行単位時間(周期)Pの処理として、この処理を定周期にて繰り返し実行する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the operation of the
以下、この実施形態の動作を,図3を参照しつつ説明する。
制御部42は、実行単位時間Pの処理が繰り返されるたびに、内部に保持している時刻カウンタ(時刻カウント値)をインクリメントするように構成されている。ここで、時刻カウンタのデータサイズは時刻情報(年月日時分秒からなる情報)のデータサイズよりも小さいものとする。
The operation of this embodiment will be described below with reference to FIG.
The
始めに、制御部42は、時刻管理部44がタイムサーバ70から受信した時刻情報Txとその時点の時刻カウンタCxとを対にして、図3の時刻カウンタ同期情報44Tとしてバッファメモリ45に保存する。ここで、時刻情報Txは請求項における基準時刻情報に相当し、時刻カウンタCxは請求項における基準時刻カウンタに相当する。
また、制御部42は、あるアドレスのプラント機器10から受信したプラント機器状態データを、図2の実行単位時間Pで処理するたびに時刻カウンタをインクリメントしながら、その時刻カウンタとプラント機器状態データとを対にして、図3の時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44Dとしてバッファメモリ45に保存する。なお、プラント機器10のアドレスは時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44Dに含まれている。
First, the
The
図3は、1台のプラント機器10が時系列的にプラント機器状態データD1〜Dnを収集し、それぞれに対応する時刻カウンタC1〜Cnが各状態データにそれぞれ付加された状態のデータ構造を示している。
コントローラ40と一対一対応で設置されたI/O装置20には、通常、複数のプラント機器10が接続されるため、各アドレスのプラント機器10について作成された図3に示す構造の時刻カウンタ同期情報44T及び時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44Dが、バッファメモリ45に保存されることになる。
FIG. 3 shows a state in which one
Since a plurality of
次に、制御部42またはデータサーバ60からの指令により、バッファメモリ45に保存されたプラント機器状態データを読み出す際には、時刻カウンタ同期情報44Tと、要求された個数の時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44Dとを同時に読み出し、制御ネットワーク通信部43に送る。
これらのデータは、制御ネットワーク50を介してデータサーバ60に送られ、記憶部61に記憶されることになる。
Next, when the plant equipment state data stored in the
These data are sent to the
データサーバ60は、時刻カウンタ同期情報44Tと、時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44D内の時刻カウンタC1〜Cn、及び、実行単位時間Pに基づき、以下のようにしてプラント機器状態データD1〜Dnの収集時刻を取得する。
例えば、データサーバ60が受信した時刻カウンタ同期情報44Tの時刻カウンタをCx、同じく時刻情報をTxとし、ある時刻カウンタ付きプラント機器状態データ44Dのプラント機器状態データD1に対応する時刻カウンタをC1とすると、実際にプラント機器状態データD1がコントローラ40により収集された時刻(プラント機器10によるデータ収集時刻にほぼ等しい)T1は、以下の数式1によって求められる。
[数式1]
T1=Tx+(C1−Cx)×P
Based on the time counter synchronization information 44T, the time counters C 1 to C n in the plant
For example, the time counter of the time counter synchronization information 44T received by the
[Formula 1]
T 1 = T x + (C 1 −C x ) × P
すなわち、この実施形態によれば、コントローラ40において、時刻情報よりもデータサイズが小さい時刻カウンタを個々のプラント機器状態データに付加してデータサーバ60に送信し、データサーバ60が数式1の演算を行うことにより、プラント機器状態データがコントローラ40によって収集された時刻を取得することができる。従って、従来のように、個々のプラント機器状態データに時刻情報を付加して上位のサーバに送信する場合に比べて、通信データ量を大幅に少なくすることが可能である。
That is, according to this embodiment, in the
例えば、時刻情報のデータサイズをLt、時刻カウンタのデータサイズをLc、同時に通信される時刻情報付きプラント機器状態データの個数をnとしたとき、本実施形態によれば、図4,図5に示した従来技術に比べて、数式2に示すデータ量が削減されることになる。なお、数式2において、Lt>Lcである。
[数式2]
(Lt−Lc)×n−(Lt+Lc)
For example, when the data size of the time information is L t , the data size of the time counter is L c , and the number of plant equipment state data with time information communicated simultaneously is n, according to the present embodiment, FIG. Compared with the prior art shown in FIG. 5, the amount of data shown in Formula 2 is reduced. In Equation 2, L t > L c .
[Formula 2]
(L t −L c ) × n− (L t + L c )
従って、本実施形態によれば、各ネットワーク30,50やバッファメモリ45の容量、各通信部41,43が処理するデータ量を削減することができ、各機器の小容量化等によってシステム全体の低コスト化に寄与することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the capacity of each
本発明は、多種多様なプラント機器状態データを上位のサーバ等に送信して監視制御を行う際に、通信データ量の削減が求められる各種の監視制御システムに利用可能である。 The present invention can be used in various monitoring control systems that require a reduction in the amount of communication data when performing various types of plant equipment state data to a host server or the like to perform monitoring control.
10:プラント機器
20:I/O装置
30:I/Oネットワーク
40:コントローラ
41:I/Oネットワーク通信部
42:制御部
43:制御ネットワーク通信部
44:時刻管理部
45:バッファメモリ
50:制御ネットワーク
60:データサーバ
61:記憶部
70:タイムサーバ
44T:時刻カウンタ同期情報
44D:時刻カウンタ付きプラント機器状態データ
10: Plant equipment 20: I / O device 30: I / O network 40: Controller 41: I / O network communication unit 42: Control unit 43: Control network communication unit 44: Time management unit 45: Buffer memory 50: Control network 60: Data server 61: Storage unit 70: Time server 44T: Time
Claims (3)
前記コントローラは、
基準時刻情報を管理する時刻管理部と、
内部に時刻カウンタを備え、前記プラント機器状態データを実行単位時間毎に周期的に演算処理すると共に、前記基準時刻情報とこの基準時刻情報に対応する基準時刻カウンタとからなる時刻カウンタ同期情報、並びに、前記実行単位時間毎にインクリメントされる前記時刻カウンタが前記プラント機器状態データに付加された時刻カウンタ付きプラント機器状態データ、を生成する制御部と、
前記制御部により生成された前記時刻カウンタ同期情報と前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データとを保存するメモリと、
を備え、
前記制御部は、前記時刻カウンタ同期情報と前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データとを前記メモリから読み出して前記データ処理装置に送信することを特徴とする監視制御システム。 In a monitoring control system in which a controller transmits plant equipment state data collected from plant equipment to a host data processing device via a network, and the data processing device monitors and controls the plant equipment based on the plant equipment state data. ,
The controller is
A time management unit for managing the reference time information;
An internal time counter, periodically processing the plant equipment state data for each execution unit time, time counter synchronization information including the reference time information and a reference time counter corresponding to the reference time information, and A control unit for generating plant equipment state data with a time counter in which the time counter incremented every execution unit time is added to the plant equipment state data;
A memory for storing the time counter synchronization information generated by the control unit and the plant equipment state data with the time counter;
With
The said control part reads the said time counter synchronous information and the said plant equipment state data with a time counter from the said memory, and transmits to the said data processor, The monitoring control system characterized by the above-mentioned.
前記データ処理装置は、
前記時刻カウンタ付きプラント機器状態データに含まれる時刻カウンタと前記基準時刻カウンタとの差、前記実行単位時間、及び、前記基準時刻情報を用いて、前記プラント機器状態データが前記コントローラにより収集された時刻を算出することを特徴とする監視制御システム。 In the supervisory control system according to claim 1,
The data processing device includes:
The time at which the plant equipment state data was collected by the controller using the difference between the time counter included in the plant equipment state data with the time counter and the reference time counter, the execution unit time, and the reference time information A supervisory control system characterized by calculating
前記時刻管理部は、
前記基準時刻情報を、前記ネットワークを介して外部から取得することを特徴とする監視制御システム。 In the supervisory control system according to claim 1 or 2,
The time management unit
The monitoring control system, wherein the reference time information is acquired from the outside via the network.
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