JP2017117267A - プロセス制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】多点化に伴うコストアップの防止と高い信頼性と多様な制御周期に対応可能な柔軟性を両立させたプロセス制御システムを提供するとともに、これらを両立させることにより、プロセス制御システムの導入時および保守時のエンジニアリング効率向上が図れるプロセス制御システムを実現すること。
【解決手段】制御コントローラに入出力モジュールが接続されるプロセス制御システムにおいて、
前記制御コントローラにはその制御コントローラに接続される前記入出力モジュールの台数に応じた伝搬遅延時間の許容範囲を演算する手段を設けたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プロセス制御システムに関し、詳しくは、システム内における通信の遅延診断に関するものである。なお、本発明のプロセス制御システムは、プラント操業における異常事態を検出してプラントの安全性を確保するように制御する安全計装システムも含むものとする。

従来から、プロセス制御システムは、リアルタイム性や高信頼性を実現するために、操作監視機能などを備えたＰＣ群と制御コントローラ間とが、独自の制御ネットワークを介して接続されている。

図４は、従来のプロセス制御システムの一例を示す基本構成説明図である。図４において、センサ１１やアクチュエータ１２などのフィールド機器１は、入出力モジュール（以下、Ｉ／Ｏモジュールという）２および制御コントローラ３を介して制御ネットワーク４に接続されている。制御ネットワーク４には、操作監視端末５や機器管理部６も接続されている。

Ｉ／Ｏモジュール２は、フィールド機器１の種類によって異なる信号（例えば、４〜２０ｍＡなどのアナログ信号、ＦＦ（Fieldbus Foundation、登録商標）などのデジタル通信信号など）を制御コントローラ３が理解できる形式（主にデジタル信号）に変換するプロセスフィールドとのインターフェイスを司る機能を有している。

制御コントローラ３は、Ｉ／Ｏモジュール２を介して流量計や温度計などのセンサ１１の測定結果を取得し、バルブなどのアクチュエータ１２の操作量を所定の制御プログラムに従って演算する。この演算結果（操作量）はＩ／Ｏモジュール２を介してアクチュエータ１２に供給され、操作量に応じてアクチュエータ１２が駆動される。

制御コントローラ３がこのような演算制御処理をあらかじめ定められた所定の周期（制御周期）で繰り返して実行することによって、プラントが制御プログラムにより設定された所定の状態になるように制御される。

操作監視端末５は、プラントおよび制御コントローラ３の運転動作状態を運転員に伝えるとともに、必要に応じて運転員が制御コントローラ３を操作監視するためのマンマシンインターフェースを有する。

機器管理部６は、プロセス制御システムを構成しているフィールド機器１や制御コントローラ３の動作のステータスや保全情報などを記録管理する。

図５は従来のプロセス制御システムの一例を示すブロック構成図であり、自律通知型として構成されている。図５において、Ｉ／Ｏモジュール２には、前述のインターフェイスを司る機能の他、入力データ管理部２１と出力データ管理部２２が設けられていて、自身に接続されたフィールドの情報の他、自己診断結果などの機器管理通信や異常（変化）の検知通信などを上位の制御コントローラ３に自律的に通知する機能を有している。

信号中継器３１は、Ｉ／Ｏモジュール２と通信を行うと共に、データ入力部３１ａ、データ出力部３１ｂが設けられている。

信号制御部３２は、信号中継器３１と通信を行う共に、例えば制御側Ａと待機側Ｂとで二重化された制御コントローラ３であって、それぞれの信号制御部３２には、入力データ処理部３２ａ、出力データ処理部３２ｂなどが設けられている。

制御コントローラ３は、センサ１１から入力されるデータを元に所定のプロセス制御のための演算を行い、その演算結果に基づきアクチュエータ１２を駆動することにより、プロセスの状態を制御する。プロセス制御は、プロセス制御システムの根幹動作であり、プロセス制御の通信は制御データ通信として定周期かつリアルタイムに最優先で行われる。

これらを実現するために制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２の間で行われるＩ／Ｏ通信は、図４に示す構成においては、一般的には制御コントローラからの入力要求または出力要求に対して、Ｉ／Ｏモジュール２が応答を返すコマンドレスポンス方式で実現される。

近年、フィールド機器やＩ／Ｏモジュールのインテリジェント化が進み、従来のアナログ機器が扱っていた４〜２０ｍＡのプロセスデータだけでなく、フィールド機器自身の自己診断結果や異常変化などの予知・保全情報のほか、無線や他社システムも統合して扱えるようになってきており、フィールドからのデータは多様化する傾向にある。

これらデータ構造や更新周期の異なる多種多様な情報を、従来のコマンドレスポンス方式でリアルタイムに収集しようとすると、Ｉ／Ｏ通信の負荷が肥大化してしまう。図５に示す構成において、この問題を解決する方法としては、フィールド機器１またはＩ／Ｏモジュール２自身が自己診断結果などの機器管理通信や異常変化の検知通信などを自律的に上位の制御コントローラ３に通知すること（以下、自律通知という）が考えられる。

このとき、制御コントローラ３の負荷を回避するために、自律通知された情報を直接制御コントローラ３へ通知するのではなく、一時的に情報を蓄えてバッファリングする機能を具備する信号中継器３１を介して通知するように構成されている。

信号中継器３１には少なくとも１台のＩ／Ｏモジュール２の情報が写像されていて、Ｉ／Ｏモジュール２からの自律通知によりリアルタイムに更新される。制御コントローラ３は任意のタイミングで信号中継器３１へアクセスすることで、信号中継器３１に接続された複数のＩ／Ｏモジュール２の情報が収集できる。

一方で、出力データは信号中継器３１自身のタイミングで、Ｉ／Ｏモジュール２へ送信される。結果として、制御コントローラ３の負荷軽減が期待できる。

さらに、信号中継器３１とＩ／Ｏモジュール２間の通信に、未更新データに対するコマンドレスポンス通知が含まれないことから、信号中継器３１とＩ／Ｏモジュール２間を低速なバスで接続することも可能となり、コスト面でもメリットが期待できる。

図６は、プロセスプラントの構成例図である。プロセスプラントでは、１品種を生産するにあたっても複数工程（複数ユニット）を経ることがほとんどであり、図６の例では、反応ユニット１００→気液分離ユニット２００→蒸留塔ユニット３００よりなるユニット工程を経ている。

プラント生産品の品質向上や生産効率向上を図るためには、各ユニット単位で高精度な制御が必要である。高精度な制御を実現するためには、測定点や操作点を増加させることや、各ユニットに最適な速度での制御が求められる。

例えば化学反応が遅い箇所では制御周期を長く設定できるので、測定点や操作点を増やすことでより精度よい制御が行える。

これに対し、化学反応が早い箇所については、できる限り早く対応するために、制御周期を短くしなければならない。

測定点や操作点の増加は、プロセス制御システム自体のコストアップにつながる。そこでコントローラ１台あたりの測定点や操作点の増加に対して制御パフォーマンスの劣化を防ぐために、例えば特許文献１に記載されているような技術が提案されている。

一方で、ユニットによっては、通常の制御周期１秒に対して制御周期５０ｍｓなど制御の高速性が要求される場合もある。特に、高速な化学反応を行うユニットにおいては、安全性を確保するための安全計装システムについても、異常発生時に高速にシャットダウンすることが求められるが、従来の技術ではこのような要求に対応することは困難である。

図５の構成において、制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２間のＩ／Ｏ通信で誤ったデータを使用してしまう原因となる代表的な脅威の一つとして、遅延の発生が知られている。従来、これらの遅延に関しては、更新カウンタの差分を通信端で互いにチェックする方法がとられていた。

しかし、更新カウンタの差分を通信端で互いにチェックする方法は、データのアップデートの有無は確認できるものの、リアルタイムなデータであることを保障することはできず、遅延を検出できているとはいえない。このような通信遅延は、特に安全計装システムで要求される異常検出からシャットダウンまでの応答性能を表すデマンドリアクションタイムに大きな影響を与える。

また、図５に示すように信号中継器３１を介すると、通信遅延が発生するリスクが高まることになる。具体的には、信号中継器３１はＩ／Ｏモジュール２から通知された入力データをそのまますぐに上位の制御コントローラ３へ通知するのではなく、制御コントローラ３から問い合わせが来るまで一時的にバッファリングする。

このため、信号中継器３１の内部の入力データが、実際のフィールド状態をリアルタイムに反映できていない遅延した入力データとして制御コントローラ３に伝送されてしまう場合もある。

また、信号中継器３１を介して制御コントローラ３からＩ／Ｏモジュール２へ送られる出力データが、制御コントローラ３が意図した設定値と乖離した過去の出力データである場合も考えられる。誤った入出力データが使用されると、最悪の場合には、誤トリップ（Spurious Trip）を引き起こすおそれがある。

そこで高速な制御処理が求められる部分のみにＰＬＣ（Programmable Logic Controller）を使用することも行われているが、一般的にＰＬＣはその高速性を担保するためにコマンドレスポンス方式のシンプルな構成をとっている。

結果として、ＰＬＣ１台あたりの測定点/操作点は多くできず、かつ、ＰＩＤ演算などの複雑な制御演算を行うことができないという欠点もある。

さらにシステム全体として見た場合、１生産品種の工程内において、ある部分はＤＣＳ（またはＳＣＳ（Safety Control Station,安全制御ステーション））を使用してある部分はＰＬＣを使用するということになり、エンジニアリングが複雑化し、導入時および保守時のコスト面／品質面での課題となる。

特許文献１には、大幅な処理負荷およびコスト増大を招くことなくフィールド機器から各種情報を取得できるプロセス制御システムを提供する技術が記載されている。

特許文献２には、健全性を把握するために必要な情報を通信負荷や処理負荷を増大させることなく短時間で取得可能なＩ／Ｏモジュールおよびプロセス制御システムを提供する技術が記載されている。

特開２０１５−１８４９８７号公報 特開２０１５−１０３０４３号公報

本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、高機能かつ複雑化するプラントのプロセス制御において、多点化に伴うコストアップの防止と高い信頼性と多様な制御周期に対応可能な柔軟性を両立させたプロセス制御システムを提供するとともに、これらを両立させることにより、プロセス制御システムの導入時および保守時のエンジニアリング効率向上が図れるプロセス制御システムを実現することにある。

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
制御コントローラに入出力モジュールが接続されるプロセス制御システムにおいて、
前記制御コントローラにはその制御コントローラに接続される前記入出力モジュールの台数に応じた伝搬遅延時間の許容範囲を演算する手段を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、
制御コントローラに入出力モジュールが接続されるプロセス制御システムにおいて、
前記制御コントローラにはその制御コントローラに接続される前記入出力モジュールの台数に応じた伝搬遅延時間の許容範囲を演算する手段を設け、
前記入出力モジュールには前記制御コントローラで演算された前記伝搬遅延時間の許容範囲の値を格納する手段を設けたことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のプロセス制御システムにおいて、
前記入出力モジュールは、信号中継器を介して前記制御コントローラに接続されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロセス制御システムにおいて、
前記プロセス制御システムは、プラント操業における異常事態を検出してプラントの安全性を確保するように制御する安全計装システムであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロセス制御システムにおいて、
前記制御コントローラは、その制御コントローラに接続される前記各入出力モジュールに、相対的な時刻精度を有する時刻情報を出力することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のプロセス制御システムにおいて、
前記制御コントローラは、冗長化されていることを特徴とする。

これらにより、高機能かつ複雑化するプラントのプロセス制御において、多点化に伴うコストアップを抑制できるとともに最適制御周期による高速動作が可能なプロセス制御システムを提供でき、これらを両立させることにより、プロセス制御システムの導入時および保守時のエンジニアリング効率の向上を実現できる。

本発明の基本構成説明図である。 本発明の動作シーケンス例図である。 本発明の他の実施例を示す構成説明図である。 従来のプロセス制御システムの一例を示す基本構成説明図である。 従来のプロセス制御システムの一例を示すブロック構成図である。 プロセスプラントの構成例図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の基本構成説明図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。

図１において、制御ネットワーク４には、プロセス制御システムまたは安全計装システムを形成するように、データを自律通知する機能を有する自律型Ｉ／Ｏモジュールとして構成されたＩ／Ｏモジュール２が、Ｉ／Ｏモジュール２のデータを受信する信号中継器３２、制御コントローラ３を介して接続されている。制御ネットワーク４には、少なくとも１台のＩ／Ｏモジュールと、少なくとも１台の信号中継器３２と、少なくとも１台の制御コントローラ３が接続される。また、制御ネットワーク４には、ネットワーク時刻管理部７も接続されている。

Ｉ／Ｏモジュール２には、図５に示す入力データ管理部２１と出力データ管理部２２に加えて、伝搬遅延許容値格納部２３と、モジュール別時刻管理部２４と、モジュール別遅延量判定部２５が設けられている。

信号中継器３１は、Ｉ／Ｏモジュール２と通信を行うと共に、図５に示すデータ入力部３１ａとデータ出力部３１ｂの他に、データバイパス部３１ｃが設けられている。

信号制御部３２は、同一構成の制御側Ａと待機側Ｂとで二重化（冗長化）され、制御コントローラ３を構成している。制御側Ａの信号制御部３２に着目すると、図５に示す入力データ処理部３２ａと出力データ処理部３２ｂに加えて、Ｉ／Ｏモジュール管理部３２ｃと、伝搬遅延許容値演算部３２ｄと、システム時刻管理部３２ｅと、システム遅延量判定部３２ｆが設けられている。

例えばＩ／Ｏモジュール２がセンサ１からの測定データを更新するとＩ／Ｏモジュール２から信号中継器３１に対して入力データが自律通知され、それを受け取った信号中継器３１は自身のデータ入力部３１ａを更新する。

一方、制御コントローラ３からアクチュエータに対して設定値や操作値を指示する場合には、信号中継器３１のデータ出力部３１ｂのデータを更新する。

信号中継器３１は、内部情報が更新されると、信号中継器３１自身の処理タイミングで該当するＩ／Ｏモジュールに対して出力データを送信する。

Ｉ／Ｏモジュール２は、所定の周期でフィールド機器１からデータを収集して信号中継器３１のデータ入力部３１ａを更新するとともに、制御コントローラ３からの出力要求に従いデータ出力部３１ｂを介して設定値や操作値をフィールドへ出力する。

モジュール別時刻管理部２４とシステム時刻管理部３２ｅは、Ｉ／Ｏモジュール２と制御コントローラ３との間で相対的に時刻同期をとるために設けられている。

これらモジュール別時刻管理部２４とシステム時刻管理部３２ｅ双方の時計はあらかじめ定められた分解能でそれぞれ計時する。制御コントローラ３は、自身が持つ時計の情報を、定周期で信号中継器３１を介してＩ／Ｏモジュールへブロードキャストする。

このブロードキャストは入出力データの頻度で配信（更新）する必要がないため、信号中継器３１のデータバイパス部３１ｃを経由して行う。データバイパス部３１ｃはデータを蓄えることなくスルーさせるため、ブロードキャスト通信が遅延要素にはなることはない。

Ｉ／Ｏモジュール側のモジュール別時刻管理部２４が持つ時計の時刻情報は、ブロードキャストによって更新されることで、制御コントローラ３とすべてのＩ／Ｏモジュールの持つ時刻が所定の偏差許容範囲内で一致して同期することになる。なお、モジュール別時刻管理部２４の持つ時計は絶対時刻である必要はなく、また、制御ネットワークで接続された他の制御コントローラとも同期している必要もない。

伝搬遅延許容値演算部３２ｄは、Ｉ／Ｏモジュール管理部３２ｃに格納されている制御コントローラ３に接続されているＩ／Ｏモジュールの台数データに基づき、時刻情報の伝搬遅延許容範囲を算出する。この演算結果は、Ｉ／Ｏモジュール２の伝搬遅延許容値格納部２３に格納される。

なお、図１の構成において、信号制御部３２は同一構成の制御側Ａと待機側Ｂとで二重化（冗長化）されているので、制御側Ａ（稼働側）と待機側Ｂとの間で時刻を等値化する（例えば、待機側Ｂが制御側Ａの時刻を参照して、自身の時刻情報を更新する）。これにより、制御側Ａの信号制御部３２の異常発生等により制御側／稼働側が切り替わった場合でも、同期状態を継続できる。

図２は、本発明の動作シーケンス例図である。図１に示すシステムは、あらかじめ決められた制御周期で入力処理→演算→出力処理を繰り返している。Ｉ／Ｏモジュール２の入力データ管理部２１は、フィールド機器１から収集したデータにデータ作成時の時刻データ（以下、タイムスタンプという）を付与し、信号中継器３１のデータ入力部３１ａに書き込む。

制御コントローラ３のシステム遅延量判定部３２ｆは、信号中継器３１のデータ入力部３１ａに書き込まれた入力データに付与されたタイムスタンプと制御コントローラ３のシステム時刻管理部３２ｅが持つ時刻を比較し、その差分（図２の入力遅延Ｔdin）が予め規定された許容範囲内に収まることで、当該データが遅延のない健全な入力データであると判定する。もし、入力データのタイムスタンプと基準時刻の差分が許容範囲内に収まらない場合にはそのデータは棄却され、演算に使用されない。安全計装システムの場合は、シャットダウン処理を開始する。

制御コントローラ３が演算した操作値をＩ／Ｏモジュール２へ出力する場合、制御コントローラ３の出力データ処理部３２ｂは、作成したデータに、データ作成時のタイムスタンプを付与し、信号中継器３１のデータ出力部３１ｂに書き込む。

信号中継器３１のデータ出力部３１ｂは、自身の持つデータが更新されると、信号中継器のタイミングで該当するＩ／Ｏモジュール２の出力データ管理部２２に出力データを書き込む。

Ｉ／Ｏモジュール２のモジュール別遅延量判定部２５は、出力データに付与されたタイムスタンプと、Ｉ／Ｏモジュール２のモジュール別時刻管理部２４の持つ時刻データを比較する。その差分（図２の出力遅延Ｔdout）がＩ／Ｏモジュール２の伝搬遅延許容値格納部２３に保存された許容範囲内に収まっている場合は、当該データが遅延のない健全な出力データであると判定する。もし、出力データのタイムスタンプと基準時刻の差分が許容範囲内に収まらない場合にはそのデータは棄却され、フィールドへ反映されない。安全計装システムの場合は、シャットダウン処理を開始する。

制御コントローラ３およびＩ／Ｏモジュール２が保持する伝搬遅延時間の許容範囲値は、制御コントローラ３に接続されたＩ／Ｏモジュール２の台数によって異なる。これは、制御コントローラ３からの出力データの送出は、Ｉ／Ｏモジュール２に対してユニキャストで通信することから、制御コントローラ３に接続されるＩ／Ｏモジュール２の台数が多ければ、制御コントローラ３が出力データを作成した時刻と、すべての出力データを送信完了するまでの時刻に差（制御コントローラが持つ遅延）が生じるためである。

そのため、制御コントローラ３がもつ遅延は、各Ｉ／Ｏモジュール２が伝搬遅延時間の許容範囲値を決めるために必要な情報である。安全計装システムの場合、デマンドリアクションタイムに影響しない値であるべきである。

ところが従来の構成では、Ｉ／Ｏモジュール２は自らの制御コントローラ３に他のＩ／Ｏモジュール２が何台接続されているか知ることはできなかった。すなわち、Ｉ／Ｏモジュール２は、適切な伝搬遅延時間の許容範囲を設定することができなかった。したがって、伝搬遅延時間の許容範囲は、制御コントローラ３が接続可能な最大Ｉ／Ｏモジュール２の台数を元に算出し設定されていた。

本発明では、制御コントローラ３が自身に接続されているＩ／Ｏモジュール２の台数を把握して、伝搬遅延許容値演算部３２ｄで適切な伝搬遅延時間の許容範囲値を算出し、この値を設定情報としてＩ／Ｏモジュール２の伝搬遅延許容値格納部２３にダウンロードする。なお、制御コントローラ３に接続されたＩ／Ｏモジュール２の台数に変更が生じた場合も、適宜制御コントローラ３の伝搬遅延許容値演算部３２ｄが適切な伝搬遅延時間の許容範囲値を算出して各Ｉ／Ｏモジュール２に対して再度をダウンロードすることにより、常時、適切な伝搬遅延時間の許容範囲値を基準として遅延診断を行うことができる。

上記の実施例で示したように、制御コントローラ３から各Ｉ／Ｏモジュール２に対し適切な伝搬遅延時間の許容範囲値を提供し、遅延診断することにより誤動作を防ぐことができる。

ところで、現状のプロセス制御システムでは、高速反応が必要な部分についてはＰＬＣにより処理している場合がある。ＰＬＣで対応している部分のデータ収集周期は数ｍｓであるため、時間基準をネットワーク時刻（精度がｍｓオーダ）とした場合、μｓオーダーの高精度を確保することは困難である。

一方、入出力データの授受は制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２との間で行われることから、遅延診断に絶対的時刻は必要ではない。上述の通り、制御コントローラ３のシステム時刻管理部３２ｅの時計を時間基準とし、各Ｉ／Ｏモジュール２に時刻データを提供し、相対的時刻で遅延診断部の良否判定を行う。制御コントローラ３のシステム時刻管理部３２ｅの時計の精度はμｓオーダーであり、ＰＬＣ並みの高速入出力においても十分な時刻精度を確保することができる。

さらに、制御コントローラ３のシステム時刻管理部３２ｅの時計を基準とすることにより、制御コントローラ３に接続された全てのＩ／Ｏモジュール２はその時刻に同期することとなる。万一、ネットワーク時刻に異常が発生した場合においても、制御コントローラ３以下は他の制御コントローラ３が管理する部分と独立して制御の継続が可能である。

一般に、制御コントローラは各ユニットごとに割り当てられることが多い。そのため、ネットワーク異常が発生した場合においても、各ユニット単位での制御は継続されることとなり、各ユニット単位での操業の安全性が高められる。

以下に、本発明の背景となった問題点／課題と、本発明による解決策をまとめる。
［問題点／課題１］設備コストを抑えつつ、制御コントローラ当りのＩ／Ｏモジュール台数を増やしたい。
従来は、例えば特許文献１に記載されているように、信号中継器（バッファ）を付けて対応していたが、バッファリングすると入出力データの遅延が生じる。大きな遅延の発生は誤動作の原因となり得るので、遅延を検出することで誤動作を回避したい。

［解決策１］
そこで、本発明では、制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２のそれぞれに遅延量判定手段を設け、規定の伝搬遅延時間許容範囲を超えたデータは破棄することとした。
ＳＣＳでは、データ破棄が生じた場合はそのユニットの動作をシャットダウンする。
ＦＣＳ（Field Control Station，フィールドコントロールステーション）では、入出力データの更新は行わず、その１つ前のデータを継続利用する。

［問題点／課題２］
伝搬遅延時間診断の精度を高めたい。
信号中継器３１を設けることにより、多数のＩ／Ｏモジュール２（例えば、１００台）を接続することが可能となった。しかし制御コントローラ３当りに接続するＩ／Ｏモジュール２の台数を増やしていくと、ユニキャスト通信量の増加などにより、各入出力データの伝搬遅延時間が大きくなってくる。したがって、伝搬遅延時間の許容範囲は、制御コントローラ３に接続可能な最大Ｉ／Ｏモジュール２の台数を配慮して決める必要がある。

一方で、現在、実際のプラントではＰＬＣで対応するような高速かつ少数Ｉ／Ｏ部分に対しては、この伝搬遅延時間の許容範囲（制御コントローラ３に接続可能な最大Ｉ／Ｏモジュール２の台数に相当する伝搬遅延時間許容範囲）は大きすぎる。結果として、誤ったデータが混在したとしても廃棄対象とならない（検出できない）という課題がある。

［解決策２］
制御コントローラ３は自らに接続されているＩ／Ｏモジュール２の台数は把握している。そこで、制御コントローラ３に伝搬遅延許容値演算部３２ｄを設け、適宜適切な伝搬遅延時間の許容範囲値を算出し、自らに接続されたＩ／Ｏモジュール２にその算出された許容範囲値を通知する。各Ｉ／Ｏモジュール２はこの許容範囲値を保持する伝搬遅延許容値格納部２３を有し、この許容範囲値をモジュール別遅延量判定部２５におけるモジュール別遅延量の良否判断の閾値に利用する。

［問題点／課題３］
高速性が要求される部分の遅延診断について時刻精度を高めたい。
現状では、ＰＬＣで対応している高速かつ少数Ｉ／Ｏの部分のデータ収集周期は数ｍｓである。一方、現状の時間基準としてるネットワーク時刻の精度はｍｓオーダであり、高精度を確保することは難しい。

［解決策３］
入出力データのやり取りは、制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２との間であり、絶対的時刻は必要ではない。そこで、制御コントローラ３内のシステム時刻管理部３２ｅに基準時計を設けてＩ／Ｏモジュール２に時刻データを提供し、相対的時刻で遅延量の良否判定を行う。なお、制御コントローラ３内の基準時計のクロックの精度はμｓオーダであり、ＰＬＣ並みの高速入出力においても十分な時刻精度を確保することができる。

制御コントローラ３とＩ／Ｏモジュール２との間の通信伝搬遅延時間を診断判定することにより、伝搬遅延などによる異常データの使用などを防ぐことができ、システムとしての安定性、安全性が高められる。

制御コントローラ３に接続するＩ／Ｏモジュール２の台数によって、制御コントローラ３で適切な遅延時間許容差を算出し、下位のＩ／Ｏモジュール２に通知することにより、制御コントローラ３に接続するＩ／Ｏモジュール２の台数に依存せずに安定した通信遅延時間診断が可能となり、制御コントローラ３に接続されるＩ／Ｏモジュール２の台数が少ない場合にはより精度の高い伝搬遅延診断が可能となる。

基準時計を制御コントローラ３に持たせることにより、ＰＬＣ相当の高速性を実現できる。そして、従来のＰＬＣ部分を本発明に基づく装置に置き換えることで、ＰＬＣのエンジニアリング作業が不要となる。

さらに、万一ネットワーク（時刻）等に異常が発生した場合においても、制御コントローラ３以下は他のユニットと独立して制御の継続が可能となる。

図３は本発明の他の実施例を示す構成説明図であり、信号中継器が自律送信を行う例を示している。図３において、複数の信号中継器３１と複数の制御コントローラ８および機器管理部６はＩ／Ｏネットワーク９を介して共通に接続されている。複数の制御コントローラ８とＩ／Ｏモジュール２間で同期させることで、Ｉ／Ｏモジュール２からの入力データを複数の制御コントローラ８で共有しながら遅延を検出できる。信号中継器３１は、自律的にＩ／Ｏネットワーク９へ送信する。

また、Ｉ／Ｏモジュール２は、複数の制御コントローラ８からの出力データの遅延を、発信元に関係なく検出できる。

以上説明したように、本発明によれば、高機能で複雑化するプラントのプロセス制御において、多点化に伴うコストアップを抑制できるとともに最適制御周期による高速動作が可能なプロセス制御システムを提供でき、これらを両立させることで、プロセス制御システムの導入時および保守時のエンジニアリング効率の向上も実現できる。

１ フィールド機器
２ Ｉ／Ｏモジュール
３ 制御コントローラ
３１ 信号中継器
３２ 信号制御部
４ 制御ネットワーク
５ 操作監視端末
６ 機器管理部
７ ネットワーク時刻管理部
８ 制御コントローラ
９ Ｉ／Ｏネットワーク

Claims (6)

1. 制御コントローラに入出力モジュールが接続されるプロセス制御システムにおいて、
   前記制御コントローラにはその制御コントローラに接続される前記入出力モジュールの台数に応じた伝搬遅延時間の許容範囲を演算する手段を設けたことを特徴とするプロセス制御システム。
2. 制御コントローラに入出力モジュールが接続されるプロセス制御システムにおいて、
   前記制御コントローラにはその制御コントローラに接続される前記入出力モジュールの台数に応じた伝搬遅延時間の許容範囲を演算する手段を設け、
   前記入出力モジュールには前記制御コントローラで演算された前記伝搬遅延時間の許容範囲の値を格納する手段を設けたことを特徴とするプロセス制御システム。
3. 前記入出力モジュールは、信号中継器を介して前記制御コントローラに接続されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプロセス制御システム。
4. 前記プロセス制御システムは、プラント操業における異常事態を検出してプラントの安全性を確保するように制御する安全計装システムであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプロセス制御システム。
5. 前記制御コントローラは、その制御コントローラに接続される前記各入出力モジュールに、相対的な時刻精度を有する時刻情報を出力することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプロセス制御システム。
6. 前記制御コントローラは、冗長化されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のプロセス制御システム。

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