JP2654697B2 - 計測制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はディジタル通信を適用させた計測制御システ
ムに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の計測制御システムは、たとえば温度、
圧力、流量、レベル等の各種プロセス用センサ、FA用の
センサ、および各種アクチュエータ等からなるフィール
ド機器を計器室との間で、バス形態で接続しディジタル
信号伝送を行うことにより、システム全体の計測および
制御を行なっている（日本電気計測器工業会、フィール
ドバス調査WG報告書、昭和62年度、参照）。

このような計測制御システムにあっては次のような利
点を有するものである。

１）伝送情報量の拡大、質の向上 すなわち、一つの機器で複数の変数（たとえば温度、
絶対圧、差圧の３変数）を同時に計測できる複合センサ
等による測定量だけでなく、センサ自体、電子回路部、
測定対象等の動作状態が正常であるか否かの情報等各種
ステータス信号等の同時伝送ができる。

２）配線を含めた工事費の削減 一のセンサに対する上位システム間の配線を要してい
たものが、バス形態の接続で配線の集約化が可能になっ
た。

３）システム改造、変化への対応 すなわち、バスとフィールド機器間の接続を追加する
ことにより、全体を改変することなく対応することがで
きる。

４）保全の合理化、省力化 上位システム側からの監視および設計変更ができ、フ
ィールドに出向いての保全回数を相当減らすことができ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した従来の技術は次のような問題点を有
するものであった。

１）フィールドバス上の１つの機器又はバス自体の信号
伝送機能が故障又は外乱により乱された場合は、バス上
の全機器が計測・制御機能を停止してしまい、上位側か
ら見た場合にプラントのその系は制御不能となり暴走す
る可能性がある。

２）上記した異常が発生した場合、1:1の信号伝送の場
合には異常を起したフィールド機器は直ちに判定が可能
で、その信号系のみを手動運動に切り替えてバックアッ
プをすることができるが、フィールドバスの場合は計器
室側ではフィールドバス上のどの機器の故障であるかの
特定ができない。このことはフィールド機器の異常なの
か、プラント自体の異常なのかの判断を行うためのプラ
ントの情報が全く入手できないのでオペレータがバック
アップできないこととなる。

プラントをバックアップするためには保守または運転
員を各フィールド機器のサイトに派遣して各機器の表示
と動作状態をトランシーバ等の手段によって計器室側の
オペレータに報告させ、それらの情報を計器室側のオペ
レータが総合的に判断して故障箇所と原因を特定し、バ
ックアップ手段をとるか、それも不可能な場合は操作器
に配置した保守要員にトランシーバで指示して手動操作
により適正値に設定させるような手順をとらざるを得な
い。

したがって、情報収集および状況判断に時間を要する
ものであった。

また、このような弊害を除去するために、たとえば監
視用テレビを用いたものがある（特開昭61−219236号公
報参照）。しかし、上記監視用テレビはスーパー、百貨
店の売場等に配置されるものであり、単に人の監視の機
能をもつにすぎないものであった。

それ故、本発明は、このような事情に基いてなされた
ものであり、異常事態における計測・制御信号が判断不
能になった場合、保守要員をフィールド機器の各サイト
に派遣することなく適確なバックアップまたは安全側へ
の保護手段をとることのできる計測制御システムを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、本発明は、基本的
には、フィールドに設けられたセンサと、該センサから
のディジタル信号を計測フィールドバスおよび計測ルー
プデータハイウェイを介して演算・表示するオペレータ
ズステーションと、このオペレータズステーションから
の制御信号により前記データハイウェイおよび計測フィ
ールドバスを介して駆動させるアクチュエータと、を備
える計測制御システムにおいて、前記センサの指示値を
撮像させるセンサ用モニタカメラおよび前記アクチュエ
ータの状態を撮像させるアクチュエータ用モニタカメラ
を設け、前記計測フィールドバスとは独立して設けられ
た画像フィールドバスおよび前記計測ループデータハイ
ウェイとは独立して設けられた画像ループデータハイウ
ェイを介して前記オペレータズステーションに画像信号
を送りかつ画像表示することを特徴とするものである。

また、本発明は、上記基本構成にあって、オペレータ
ズステーションに送られた画像信号に基いて前記センサ
あるいはアクチュエータを前記データハイウェイおよび
計測フィールドバスを介して制御するようにしたもので
ある。

さらに、本発明は、上述のように、オペレータズステ
ーションに送られた画像信号に基いて前記センサあるい
はアクチュエータを前記データハイウェイおよび計測フ
ィールドバスを介して制御する構成にあって、計測ルー
プデータハイウェイおよび計測フィールドバスに障害が
生じた際に、前記オペレータズステーションからセンサ
およびアクチュエータへの制御は画像ループデータハイ
ウェイおよび画像フィールドバスを介して行なうように
したものである。

〔作用〕

このように構成した計測制御システムは、フィールド
機器に設けた画像モニタカメラから各フィールド機器の
表示（指示値やステータス情報の表示）を前記画像フィ
ールドバスを介して計器室に伝送することができる。そ
して、フィールド機器の画像情報は計測情報とは独立に
伝送されるので、仮に計測フィールドバスが異常になっ
てあるいは計測信号がとだえても、各フィールド機器の
画像情報はあたかも保守要員が各フィールド機器の箇所
に行って確認するのと同様にして機器室のオペレータに
伝達できるので、オペレータは短時間にフィールド又は
フィールド機器の状態を適確に判断し、バックアップの
手段がとれる。

また計測フィールドバスが異常になった場合であって
も、画像フィールドバスは画像情報の伝送を止め計測・
制御信号の伝送系に切り替えることによりバックアップ
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明による計測制御システムの一実施例を第
１図を用いて説明する。

システムの全体は設置場所によってフィールド側と計
器室側に分けられている。該フィールド側には計測信号
を伝送するための計測フィールドバス１と画像信号を伝
送するための画像フィールドバス２とが設置され、前記
計測フィールドバス１には各種フィールド機器を構成す
るセンサ３およびアクチュエータ５がバス形態で複数個
配置され、それぞれのディジタル情報は双方向にシリア
ル・時分割で該計器室側の上位機器と通信されるように
なっている。これらバスは現在ISAのSP−50等の機関で
その標準化が検討されているメタルワイヤを前提とした
標準フィールドバスである。前記計測フィールドバス１
の情報はループコントローラ14を経てMini MAP等に対応
するデータハイウェイ20の計測ループ11に接続されるよ
うになっている。前記計測ループ11にはオペレータズス
テーション７およびエンジニアリングステーション９が
接続され、前述の各種センサ３からの信号は該オペレー
タズステーション７およびエンジニアリングステーショ
ン９に画像表示されると同時に演算処理され、制御信号
としてアクチュエータ５に出力されるようになってい
る。また前記オペレータズステーション７またはエンジ
ニアリングステーション９から逆に信号の流れによって
各センサ３及びアクチュエータ５の動作条件の設定も可
能となっている。

一方、それらと独立に前記画像フィールドバス２は上
述した各種センサ３やアクチュエータ５に対応して設け
たセンサ用モニタカメラ４やアクチュエータ用モニタカ
メラ６に接続され、それらのディジタル画像情報を双方
向にシリアル時分割で伝送し、ループコントローラ14を
介してデータハイウェイ20の画像ループ12にのせるよう
になっている。それらの画像は前記エンジニアリングス
テーション９またはオペレータズステーション７の表示
画面に必要に応じて表示される。上記の機能を実現する
ためにはモニタカメラ4,6は従来のようなビデオカメラ
やCATV用のアナログ式テレビカメラではなく、画像メモ
リとディジタル通信インタフェースを内蔵し、要求があ
った場合にフレーム単位での画像情報伝送が可能なカメ
ラであり、概念的にはテレビ電話のカメラに近いものと
なっている。

その撮像画面は従来のモニタカメラのようにプラント
全体の様子をマクロに写すのではなく、主要フィールド
機器3,6等の一台毎に対応して設け、表示部（指示値、
ステータス情報表示部等）をその内容がはっきり認識で
きる程度の倍率で撮像するようになっている。このため
該表示部の内容が確認できればカラーや多階調画像の必
要性はなく、たとえばモノクロの２値画像でもよいし、
赤外線カメラで得られた画像でもよいものとなる。この
ためカメラの光学系はズームや自動焦点補正やカラーバ
ランス等が不要の最小限の構成でよく、撮像部にも固体
撮像素子が使用できるため、小形、軽量、低価格化が実
現できてフィールド機器内への内蔵や一体取付も可能と
なり、雨やほこりによる保守の問題も解決できるように
なる。

これらの画像は計器室の主としてメンテナンスサービ
スを行うエンジニアリングステーション９のモニタに表
示され、必要に応じて表示するフィールド機器を選択で
きるようになる。もちろん主運転を行うオペレータズス
テーション７でも可能であることはいうまでもない。

また、計器室側に設けたオペレータズステーション用
モニタカメラ８やエンジニアリングステーション用モニ
タカメラ10はそれぞれのステーションのモニタ画面を撮
像し、フィールド側から要求があった場合にはその内容
を光学的に得られた画像情報としてフィールド側に伝送
する。この場合、ステーション間でも伝送可能である。
これによってフィールド側でも計器室の運転状態が画像
として認識できるようになる。

次に、フィールド側に設けたハンドヘルドターミナル
20は従来のハンドヘルドターミナルの機能すなわち計測
フィールドバス１を通じての各種フィールド計器3,5の
運転条件の設定や運転状態やトレンドのモニタなどの機
能の他に２次元の表示画面、モニタカメラ、音声入力、
音声出力等の１つ又はいくつかの機能を持ち、それらの
信号を計測フィールドバスまたは画像フィールドバスに
アクセスできる機能を追加したものである。これによっ
てフィールドバスの任意の位置に接続すればそのバスに
接続されたすべてのフィールド機器及び計器室のモニタ
カメラ類にアクセスが可能となり、計測情報のみでなく
画像情報および音声のモニタが可能となる。必要なら音
声の伝送も可能である。またカメラを内蔵していること
により、計器室と音声で交信しながら、計器室のオペレ
ータの指示により任意の場所にハンドヘルドターミナル
20を移動してフィールドの画像情報を送ることが可能で
ある。

上記の説明において、計測フィールドバス１と画像フ
ィールドバス２のメディアは特に限定されない。計測フ
ィールドバス１にメタルを用い、画像フィールドバス２
に光ファイバを用いることもできる。このようにした場
合、計測フィールドバス１は従来の標準フィールドバス
の技術および機器がそのまま使える。画像フィールドバ
ス２は画像を扱うため高速伝送が必要であり、計測フィ
ールドバスとの独立性を保つ意味からも光ファイバが適
している。計測フィールドバス１は電気信号による信号
伝送、画像フィールドバス２は画像及び光による信号伝
送をそれぞれ行うため両者は相互に独立性が高く、フィ
ードバック系としてみた場合の信頼性が非常に高くな
る。

この場合、光ファイバケーブルは給電機能がないた
め、モニタカメラ類4,6,16,17への給電線は独自に設け
てもよいが、計測フィールドバス１が各フィールド機器
への給電機能を有している場合にはその給電機能を共用
することも可能であり、それによってワイヤリングコス
トは更に低下するようになる。

計測フィールドバス１にメタルケーブルを用い、画像
フィールドバス２に光ファイバケーブルを用いた場合、
計測フィールドバス１はそれに接続される各フィールド
機器のいづれか一つでもその通信機能が故障した場合、
バス全体が故障する可能性があり、ノイズ等の外乱によ
ってもバス全体が異常になる可能性がある。このような
場合でも給電機能はバスラインが物理的に切断されない
限り信頼性が高いものとなる。そこで計測フィールドバ
ス１に異常が発生した場合は計測フィールドバス１のメ
タルケーブルは給電機能のみに限定し、代りに画像フィ
ールドバス２の光ファイバケーブルを計測フィールドバ
スとして使用し、画像情報の伝送は中止するか伝送の優
先度を下げるようにする。これによって非常に信頼性の
高い２重系が構成できるようになる。

上記の説明でメタルケーブルと光ファイバケーブルは
別々のものとして説明したが、実際には両者が一体とな
っていてもよく、このようにした場合保守や配線工事の
上から望ましく、コストパフォーマンスの点でも優れて
いる。この場合、各ケーブルとフィールド機器との間の
接続は個別の配線でも良いが、電気的な接続手段と、光
ファイバのコネクタとを一体化したバスコネクタ21を設
けることも可能であり、このようにした場合はシステム
の変更にも対応しやすい。

〔発明の効果〕

以上説明したことから明らかなように、本発明による
計測制御システムによれば、異常事態における計測・制
御信号が判断不能になった場合、保守要員をフィールド
機器の各サイトに派遣することなく適確なバックアップ
または安全側への保護手段をとるようにできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による計測制御システムの一実施例を示
す構成図である。 １……計測フィールドバス、２……画像フィールドバ
ス、３……センサ、４……センサ用モニタカメラ、５…
…アクチュエータ、６……アクチュエータ用モニタカメ
ラ、７……オペレータズステーション、８……オペレー
タズステーション用モニタカメラ、11……計測ループデ
ータハイウェイ、12……画像ループデータハイウェイ。

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィールドに設けられたセンサと、該セン
   サからのディジタル信号を計測フィールドバスおよび計
   測ループデータハイウェイを介して演算・表示するオペ
   レータズステーションと、このオペレータズステーショ
   ンからの制御信号により前記データハイウェイおよび計
   測フィールドバスを介して駆動させるアクチュエータ
   と、を備える計測制御システムにおいて、前記センサの
   指示値を撮像させるセンサ用モニタカメラおよび前記ア
   クチュエータの状態を撮像させるアクチュエータ用モニ
   タカメラを設け、前記計測フィールドバスとは独立して
   設けられた画像フィールドバスおよび前記計測ループデ
   ータハイウェイとは独立して設けられた画像ループデー
   タハイウェイを介して前記オペレータズステーションに
   画像信号を送りかつ画像表示することを特徴とする計測
   制御システム。
2. 【請求項２】請求項第１項記載において、オペレータズ
   ステーションに送られた画像信号に基いて前記センサあ
   るいはアクチュエータを前記データハイウェイおよび計
   測フィールドバスを介して制御するようにしたことを特
   徴とする計測制御システム。
3. 【請求項３】請求項第２記載において、計測ループデー
   タハイウェイおよび計測フィールドバスに障害が生じた
   際に、前記オペレータズステーションからセンサおよび
   アクチュエータへの制御は画像ループデータハイウェイ
   および画像フィールドバスを介して行なうようにしたこ
   とを特徴とする計測制御システム。
4. 【請求項４】請求項第１記載において、オペレータズス
   テションの画像をモニタするオペレータズステーション
   用モニタカメラを設け、その出力を前記画像ループデー
   タハイウェイおよび計測ループデータハイウェイを介し
   て他のステーションにおけるディスプレイに表示するこ
   とを特徴とする計測制御システム。
5. 【請求項５】請求項第１記載において、計測フィールド
   バスとしてメタルケーブルを、画像フィールドバスとし
   て光ファイバケーブルを用いた計測制御システム。
6. 【請求項６】請求項第１記載において、計測フィールド
   バスに信号送出とともに給電の機能をもたせ、画像フィ
   ールドバスに接続されるモニタカメラの給電を行なうよ
   うにした計測制御システム。
7. 【請求項７】請求項第５記載において、計測フィールド
   バスは常時は計測信号を伝送し、画像フィールドバスは
   画像信号を伝送するが、計測信号の伝送に異常が生じた
   場合には計測フィールドバスは給電のみに切替え、計測
   信号伝送は画像フィールドバスで行って画像信号の伝送
   は優先度を落すか中断することにより計測制御システム
   の信頼性を確保することを特徴とする計測制御システ
   ム。