JP2023161635A - プラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】故障発生時に、重要な故障情報の取り逃しを防止できるプラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法を提供する。【解決手段】プラント制御装置１００は、故障を自動検出する故障検出部２２Ｄと、故障の発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する判定処理部２３Ａと、故障情報の収集および保存処理を行う収集／保存処理部２３Ｂと、故障情報の収集状況に応じて、プラント制御装置１００を予め決定された状態に遷移させる遷移処理部２３Ｃとを有し、故障の特性を判定する複数の判定条件と、それぞれの判定条件に合致した場合に、収集／保存処理部２３Ｂが行う処理を一組にして登録した故障処理登録テーブル５０Ａと、収集／保存処理部２３Ｂが収集した故障情報を保存する不揮発性メモリ６０とを備える。【選択図】図１

Description

本願は、プラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法に関するものである。

従来、プラント制御装置の故障が検出された場合、プラント運転員、プラント保守員、もしくはメーカの調査担当者が現場に赴いて、プラント制御装置の故障情報を収集し、システムの状況の把握を行い、その後にプラント制御装置の再起動、あるいはプラント制御装置の交換作業を実施している。

そのため、プラント制御装置の再稼働までに時間を要し、利便性や経済性を損ねていた。このような課題に対して、故障発生時にプラント制御装置自身が、あらかじめ登録されている再起動条件を参照して、再起動が可能であれば人手を介さず自動的に再起動することによって不稼働時間を短縮する技術が提案されている。

特開２００９－１０４２４６号公報

特許文献１の装置では、制御装置の故障発生時に再起動可能かどうかを判定し、条件を満たせば制御装置を自動で再起動することは可能であった。しかし再起動前に実施する処理が固定されていたため、人手で再起動していた場合には可能であった、故障の種類によって追加で故障情報を収集することも、再起動前に実施する処置を変更することも困難であった。このため、重要な故障情報の取り逃しが発生したり、再起動前に実施すべき処理が漏れたりするという課題があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、故障発生時に、重要な故障情報の取り逃しが発生したり、再起動前に実施すべき処理が漏れたりすることを防止できるプラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法を提供することを目的とする。

本願に開示されるプラント制御装置は、
ＣＰＵと、メモリと、制御ソフトウェアとを備えるプラント制御装置であって、
前記プラントの制御演算をおこなう演算処理部と、前記演算処理部においてに発生した故障を自動検出する故障検出部とを有するデータ処理部と、前記故障の発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する判定処理部と故障情報の収集および保存処理を行う収集／保存処理部と前記収集／保存処理部による前記故障情報の収集状況に応じて、前記プラント制御装置を予め決定された状態に遷移させる遷移処理部とを有する故障処理部と、を有する前記制御ソフトウェアと、
前記故障の特性を判定する複数の判定条件とそれぞれの前記判定条件に合致した場合に、前記収集／保存処理部が行う処理を一組にして登録した故障処理登録テーブルと、
前記収集／保存処理部が収集した前記故障情報を保存する不揮発性メモリと、を備えるものである。
本願に開示されるプラント制御装置の自動再起動方法は、
前記制御装置の再起動に先だって前記故障処理登録テーブルを参照することによって、前記故障情報を自動的に収集／保存し、前記再起動の可否を自動的に判定するものである。

本願に開示されるプラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法によれば、故障発生時に、重要な故障情報の取り逃しが発生したり、再起動前に実施すべき処理が漏れたりすることを防止できる。

実施の形態１によるプラント制御装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるデータ処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１による故障処理部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１によるメモリと、ハードウェア情報と、設定情報と、不揮発性メモリの構成を示すブロック図である。 実施の形態１による故障処理登録テーブルの構成を示す概念図である。 実施の形態１による故障処理登録テーブルのサンプルである。 実施の形態１による故障処理部の処理フローを示す図である。 実施の形態１による故障処理部の処理フローを示す図である。 実施の形態１による故障処理部の処理フローを示す図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１によるプラント制御装置およびプラント制御装置の自動再起動方法を図に基づいて説明する。
図１は、プラント制御装置１００の構成を示すブロック図である。
プラント制御装置１００は、電力プラント、下水処理プラント等の監視制御を行う装置である。プラント制御装置は、ＣＰＵ１０（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、制御ソフトウェア２０と、メモリ３０とを備える。制御ソフトウェア２０は、ソフトウェア制御プラットフォームとしての組み込みＯＳ２１（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と、データ処理部２２と、故障処理部２３とを備える。

ＯＳ２１は、制御ソフトウェア２０全体の動作を管理する。データ処理部２２は、プラント制御装置１００の主たる機能であるプラント制御を行う。故障処理部２３は、プラント制御装置１００の稼働中に故障が発生した場合に、その処置を行う。

図２は、データ処理部２２の構成を示すブロック図である。
データ処理部２２は、入力処理部２２Ａと、演算処理部２２Ｂと、出力処理部２２Ｃと、故障検出部２２Ｄとを備える。入力処理部２２Ａは、プラント制御装置１００の制御演算に利用する入力信号を取り込む。演算処理部２２Ｂは、取り込んだ入力信号を用いて制御演算を行う。出力処理部２２Ｃは、演算処理部２２Ｂの制御演算の結果を出力する。そして、故障検出部２２Ｄは、プラント制御装置に故障が発生した場合に、それを自動検出する。

図３は、故障処理部２３の構成を示すブロック図である。
故障処理部２３は、判定処理部２３Ａと、収集／保存処理部２３Ｂと、遷移処理部２３Ｃとを備える。判定処理部２３Ａは、故障発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する。収集／保存処理部２３Ｂは、故障情報の収集／保存処理を行う。遷移処理部２３Ｃは、故障情報の収集状況に応じて、プラント制御装置１００を、予め決定された状態に遷移させる。

図４は、メモリ３０と、ハードウェア情報４０と、設定情報５０と、不揮発性メモリ６０の構成を示すブロック図である。
メモリ３０は、演算情報格納部３０Ａと、ワーク情報格納部３０Ｂと、ログ情報格納部３０Ｃとを備える。演算情報格納部３０Ａは、演算処理部２２Ｂが使用する入力信号および、演算後の出力信号である演算情報を保存するために使用する。ワーク情報格納部３０Ｂは、制御ソフトウェア２０が動作するために必要な情報であるワーク情報の参照、保存を行うために使用する。ログ情報格納部３０Ｃは、制御ソフトウェア２０の動作履歴や統計情報などであるログ情報を保存するために使用する。

ハードウェア情報４０は、プラント制御装置１００を構成するハードウェアが有する入出力情報である。Ｉ／Ｏレジスタ４０Ａ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔレジスタ）等の設定情報が保存されている。設定情報５０は、本実施の形態の主要部を構成する故障処理登録テーブル５０Ａを備える。不揮発性メモリ６０には、故障情報６０Ａが保存されている。故障情報６０Ａは、故障処理部２３の収集／保存処理部２３Ｂが故障原因の解析のために収集した各種データを保存した故障情報である。故障情報６０Ａは、不揮発性メモリ６０に保存されているので、プラント制御装置１００が電源を喪失しても保持され、後の故障原因の解析に利用できる。

次に、プラント制御装置１００の故障時の動作について説明する。
図５は、プラント制御装置１００の故障発生時において故障処理部２３で参照する故障処理登録テーブル５０Ａの構成を示す概念図である。
図６は、実際の故障処理を説明するため、具体的な登録イメージを示した故障処理登録テーブル５０Ａのサンプルである。

プラント制御装置１００の通常稼働状態においては、データ処理部２２は、入力処理部２２Ａによる入力処理、演算処理部２２Ｂによる演算処理、出力処理部２２Ｃによる出力処理の順に処理を行う。出力処理を完了すると、再度入力処理に戻って同様の処理を繰り返す。データ処理部２２は、各処理の動作中にメモリ３０上の演算情報格納部３０Ａ、ワーク情報格納部３０Ｂ、ログ情報格納部３０Ｃ、およびハードウェア情報４０のＩ／Ｏレジスタ４０Ａに対するデータ読み出し、書き込みを実行している。

上述の通常稼働中のプラント制御装置１００に万一故障が発生すると、データ処理部２２の故障検出部２２Ｄが、演算処理部２２Ｂの動作を中断し、処理を故障処理部２３に引き継ぐ。

次に、故障処理部２３の判定処理部２３Ａは、故障発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する。必要な場合は、収集／保存処理部２３Ｂにて故障に応じた故障情報を収集し、保存を行うが、この際に、判定処理部２３Ａは、図５、図６に示す故障処理登録テーブル５０Ａを参照する。

故障処理登録テーブル５０Ａには、プラント制御装置１００の稼働前に、想定される故障の特性に応じて、予め最適な故障情報を収集／保存するための処理を登録しておく。故障処理登録テーブル５０Ａには、故障の特性を判定する複数の判定条件と、それぞれの判定条件に合致した場合に収集／保存処理部２３Ｂが行う処理を一組にして登録しておく。

判定処理部２３Ａは、故障処理登録テーブル５０Ａの条件１を参照し、検出された故障が、判定条件１に合致しているかどうかを判定する。判定条件１に合致している場合は、収集／保存処理部２３Ｂを呼び出す。呼び出された収集／保存処理部２３Ｂは、判定条件１に対応する処理を実行する。図６の判定条件１に該当する場合は、時系列トレースを収集し不揮発性メモリ６０に保存する。判定条件１に合致しない場合は、収集／保存処理部２３Ｂの呼び出しを行わずに次の判定条件の判定を行う。

次に、判定処理部２３Ａは、故障処理登録テーブル５０Ａの判定条件２を参照し、判定条件１と同様に検出された故障が、判定条件２に合致するかどうかを判定してその結果に応じて、必要な場合は、収集／保存処理部２３Ｂによって故障情報を収集／保存する。判定処理部２３Ａは、最後の判定条件の次のレコードに登録されているストッパを検出するまで故障に対する条件の判定を繰り返す。

故障処理登録テーブル５０Ａの判定をすべて実施し、ストッパを検出したら、処理を遷移処理部２３Ｃに移行する。遷移処理部２３Ｃは、故障情報の収集／保存が完了した後のプラント制御装置１００の最終的な処置を決定し、実行する。故障処理登録テーブル５０Ａにしたがって、意図した故障情報をすべて正常に収集／保存した場合は、プラント制御装置１００を再起動する。何らかの要因によって、収集／保存処理部２３Ｂが、故障情報の収集／保存に失敗した場合は、再起動せず処理を停止する。

次に、図７～図９を用いて具体的な処理フローを更に詳細に説明する。
図７～図９は、本実施の形態による故障処理部２３の処理フローを示す図である。
上述の図６は、具体的な故障処理登録テーブル５０Ａの設定例である。特定の故障発生を想定し、判定処理部２３Ａが、故障処理登録テーブル５０Ａを使用して故障処理を実行する場合のプラント制御装置１００の挙動を示す。
プラント制御装置１００が通常稼働中に、データ処理部２２の演算処理部２２Ｂにおいてソフトウェアの論理矛盾が発生して故障になったと想定する。
説明の前提として、当該ソフトウェアの論理矛盾は、以下の特性を有する故障であると定義する。
（１）演算処理部２２Ｂによる演算処理の複数個所で呼び出ししている共通関数の処理において矛盾が発生した。
（２）共通関数は、ＯＳ２１が提供する機能ではない。
（３）演算処理部２２Ｂの演算処理の実行以前に動作していた処理の悪影響を受けている可能性がある。
演算処理部２２Ｂにおいて制御ソフトウェアに論理矛盾が発生したことによって、プラント制御装置１００は、故障状態となる。このとき、この異常を故障検出部２２Ｄが検出し（ステップＳＴ００１）故障原因を特定する（ステップＳＴ００２）。故障原因は、ハードウェア情報４０のＩ／Ｏレジスタ４０Ａから情報を取り出して判断する。次に、故障検出部２２Ｄは、故障処理部２３の判定処理部２３Ａを呼び出して、故障原因がソフトウェア論理矛盾であることを伝達する（ステップＳＴ００３）。

次に、判定処理部２３Ａは、故障処理登録テーブル５０Ａを読み込み（ステップＳＴ００４）、Ｎ＝１として判定条件Ｎの判定処理を実行する（ステップＳＴ００５）。判定条件１の判定処理では本故障解析のために時系列情報が必要な故障かどうかを判定するが、上記（３）に記載の通り、演算処理の前処理の影響を受けている可能性があるため判定条件１に合致する（ステップＳＴ００６－ＹＥＳ）。そこで判定処理部２３Ａは、収集／保存処理部２３Ｂを呼び出して（ステップＳＴ００７）、ログ情報格納部３０Ｃに格納されている時系列トレースデータを読み出して不揮発性メモリ６０に保存する（ステップＳＴ００８）。

次に、判定処理部２３Ａは、Ｎ＝Ｎ＋１とし（ステップＳＴ００９）、故障処理登録テーブル５０Ａの判定条件２が登録されているかどうかを確認する（ステップＳＴ０１０）。判定条件２が登録されているので（ステップＳＴ０１０－ＹＥＳ）、判定条件２の判定処理を行う。判定条件２の判定処理では、本故障がＯＳ２１の機能と関連する故障かどうかを判定するが、上記（２）に記載の通り、ＯＳ２１提供の機能でない。したがって判定条件２に対応する故障情報は不要なので、収集／保存処理部２３Ｂの呼び出しをスキップする（ステップＳＴ００６－ＮＯ）。

次に、判定処理部２３Ａは、故障処理登録テーブル５０Ａの判定条件３が登録されているかどうかを確認する（ステップＳＴ００９、ＳＴ０１０）。判定条件３が登録されているので、判定条件３の判定処理を行う（ステップＳＴ００５）。判定条件３の判定処理では、本故障解析のために呼び出し元の特定が必要な故障かどうかを判定するが、上記（１）に記載の通り、複数の呼び出し元から呼び出されている機能であるため、どこから呼び出されたかを特定することが必要であり、判定条件３に合致する（ステップＳＴ００６－ＹＥＳ）。そこで判定処理部２３Ａは、収集／保存処理部２３Ｂを呼び出して（ステップＳＴ００７）、演算処理部２２Ｂのスタック情報を読み出して不揮発性メモリ６０に保存する（ステップＳＴ００８）。

同様にして、判定処理部２３Ａは、故障処理登録テーブル５０Ａを参照して故障情報の収集／保存処理を繰り返し実行する。判定条件Ｘには、ストッパが登録されているので、判定処理部２３Ａの処理を完了し（ステップＳＴ０１０－ＮＯ）、遷移処理部２３Ｃを呼び出して（ステップＳＴ０１１）処理を移行する。遷移処理部２３Ｃは、故障情報の収集／保存処理の実行状況を参照し、必要な故障情報がすべて不揮発性メモリ６０に保存されていることを確認し（ステップＳＴ０１２－ＹＥＳ）、プラント制御装置１００を再起動する（ステップＳＴ０１３）。収集／保存に不備があると判断した場合は（ＳＴ０１２－ＮＯ）、再起動せずに処理を停止する（ステップＳＴ０１４）。

以上のように、本実施の形態によるプラント制御装置１００およびプラント制御装置１００の自動再起動方法によれば、故障発生時に、故障処理登録テーブル５０Ａに設定した内容にしたがって、自動的に、故障原因に応じて、故障情報をもれなく、最適に収集／保存可能になるとともに、その後、プラント制御装置１００を自動的に再起動できる。
また、万が一、故障情報を収集／保存できなかった場合には再起動せず現状を維持して故障情報の喪失を防止できる。なお、再起動前に保存する情報は、不揮発性メモリ６０に代えて、ハードティスクに保存してもよい。

以下、本開示の諸形態を付記としてまとめて記載する。

付記１
ＣＰＵと、メモリと、制御ソフトウェアとを備えるプラント制御装置であって、
前記プラントの制御演算をおこなう演算処理部と、前記演算処理部においてに発生した故障を自動検出する故障検出部とを有するデータ処理部と、前記故障の発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する判定処理部と故障情報の収集および保存処理を行う収集／保存処理部と前記収集／保存処理部による前記故障情報の収集状況に応じて、前記プラント制御装置を予め決定された状態に遷移させる遷移処理部とを有する故障処理部と、を有する前記制御ソフトウェアと、
前記故障の特性を判定する複数の判定条件とそれぞれの前記判定条件に合致した場合に、前記収集／保存処理部が行う処理を一組にして登録した故障処理登録テーブルと、
前記収集／保存処理部が収集した前記故障情報を保存する不揮発性メモリと、を備えるプラント制御装置。
付記２
前記故障検出部は、前記制御ソフトウェアに発生した論理矛盾を検出する付記１に記載のプラント制御装置。
付記３
前記故障検出部は、Ｉ／Ｏレジスタから情報を取り出して前記故障の原因を判断する付記１又は付記２に記載のプラント制御装置。
付記４
付記１から付記３のいずれか１項に記載のプラント制御装置を用いるプラント制御装置の再起動方法であって、
前記制御装置の再起動に先だって前記故障処理登録テーブルを参照することによって、前記故障情報を自動的に収集／保存し、前記再起動の可否を自動的に判定するプラント制御装置の自動再起動方法。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１００ プラント制御装置、１０ ＣＰＵ、２０ 制御ソフトウェア、２１ ＯＳ、
２２ データ処理部、２２Ａ 入力処理部、２２Ｂ 演算処理部、２２Ｃ 出力処理部、２２Ｄ 故障検出部、２３ 故障処理部、２３Ａ 判定処理部、
２３Ｂ 収集／保存処理部、２３Ｃ 遷移処理部、３０ メモリ、
３０Ａ 演算情報格納部、３０Ｂ ワーク情報格納部、３０Ｃ ログ情報格納部、
４０ ハードウェア情報、４０Ａ Ｉ／Ｏレジスタ、５０ 設定情報、
５０Ａ 故障処理登録テーブル、６０ 不揮発性メモリ、６０Ａ 故障情報。

Claims (4)

1. ＣＰＵと、メモリと、制御ソフトウェアとを備えるプラント制御装置であって、
   前記プラントの制御演算をおこなう演算処理部と、前記演算処理部においてに発生した故障を自動検出する故障検出部とを有するデータ処理部と、前記故障の発生後の故障対応処理の実施の要否を判定する判定処理部と故障情報の収集および保存処理を行う収集／保存処理部と前記収集／保存処理部による前記故障情報の収集状況に応じて、前記プラント制御装置を予め決定された状態に遷移させる遷移処理部とを有する故障処理部と、を有する前記制御ソフトウェアと、
   前記故障の特性を判定する複数の判定条件とそれぞれの前記判定条件に合致した場合に、前記収集／保存処理部が行う処理を一組にして登録した故障処理登録テーブルと、
   前記収集／保存処理部が収集した前記故障情報を保存する不揮発性メモリと、を備えるプラント制御装置。
2. 前記故障検出部は、前記制御ソフトウェアに発生した論理矛盾を検出する請求項１に記載のプラント制御装置。
3. 前記故障検出部は、Ｉ／Ｏレジスタから情報を取り出して前記故障の原因を判断する請求項２に記載のプラント制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラント制御装置を用いるプラント制御装置の再起動方法であって、
   前記プラント制御装置の再起動に先だって前記故障処理登録テーブルを参照することによって、前記故障情報を自動的に収集／保存し、前記再起動の可否を自動的に判定するプラント制御装置の自動再起動方法。