JP2837455B2 - 分散型制御装置とそのプログラムテスト方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はプラント等を制御する分散型制御装置（以
下、システムともいう。）に係り、特に、システム稼動
中に制御アルゴリズムの変更・修正等に伴うプログラム
のテストを該システムにて実行するに好適な分散型制御
装置とそのプログラムテスト方法に関する。

［従来の技術］ プラントのパネルレス化が広まり、分散型制御システ
ムなくしてプラントの運転は不可能になってきている。
そして、これに伴い、稼動中にシステムを停止すること
は基本的にできなくなってきている。

第６図は、分散型制御システムの構成図である。この
分散型制御システムは、モニタステーション１と、複数
の制御ステーション３と、これらを相互に接続する通信
装置６とを備えてなり、各制御ステーション３は夫々プ
ロセス入出力装置（PI/O）４を介して制御対象７に接続
されている。モニタステーション１は、オペレータとの
間のマンマシンインタフェースとなるモニタ装置２を備
えている。各制御ステーション３は、夫々自己が担当す
るプラント設備の制御対象７に応じた制御プログラム５
を有し、各々が独立して制御対象７を制御している。そ
して、モニタステーション１は各制御ステーション３と
の間で通信装置６を介してデータ通信を行い、制御ステ
ーション３の情報をモニタ装置２に表示するようになっ
ている。

第７図は、制御ステーション３と制御対象との関係を
示す図である。同図（ａ）では、ある制御ステーション
がポンプ制御用のプログラム（P200）５によりポンプの
オン・オフ制御を行っている。この制御において、制御
プログラム５の出力信号（オン指示信号，オフ指示信
号）に対してポンプが正しく動作したか否かや動作中に
トリップしたか否かを、ポンプからの出力信号つまり制
御プログラム５への入力信号により判定する。同図
（ｂ）では、ある制御ステーションが流量定値制御プロ
グラム（F100）５により弁の開閉制御を行っている。こ
の制御においては、制御プログラム５に与えられた目標
値と現在の流量とを比較し、その比較結果に応じて弁に
対しその開度を調整する信号を出力している。

上述した例の制御プログラムは、機器個別の制御を行
うプログラムであるが、その他のプログラムとして、個
別機器制御用プログラムにオン・オフ指示を与えたり制
御目標値を与えるためのシーケンス制御プログラムがあ
る。斯かる機器個別の制御プログラムやシーケンス制御
プログラムは、１台の制御ステーションに数百個存在す
るのが普通である。そのため、各々のプログラムの制御
対象を識別するために、各プログラムには制御対象に対
応する名称が付与される。第７図の例でいえば、「P20
0」，「F100」であり、これらは、通常、入出力点名称
とかシーケンス名称とか呼ばれる。

制御プログラムによる動作は、モニタステーション１
のモニタ装置２にて監視されるが、モニタ装置２の数よ
り制御ステーション３の数の方が多いため、その制御対
象のモニタをするかをモニタステーション１で選択する
必要がある。そこで、オペレータは、制御対象に与えら
れた名称を指定することで、この名称に対応した制御プ
ログラムを指定し、該制御プログラムの詳細情報（制御
目標値，出力値，警報設定値等）を制御ステーション３
から読み出してモニタ装置２に表示させる。また、この
情報を監視するオペレータは、情報の変更及び制御指示
を該制御プログラムに行う場合には、モニタステーショ
ン１から当該制御プログラムを有する制御ステーション
３に対して行う。

モニタステーション１が上述した処理を制御ステーシ
ョン３との間のデータ通信で行う場合、モニタステーシ
ョン１は、オペレータにより指定された名称の制御プロ
グラムがどの制御ステーションに存在するかを知る必要
がある。そこで、モニターステーション１には、第４図
に示す変換テーブルが設けられている。この変換テーブ
ルには、制御対象の名称つまり制御プログラムの名称に
対応した制御ステーション番号と、制御対象の制御種別
が何であるかを示す区分（ループ制御，オンオフ制御，
シーケンス制御等）情報と、何番目の制御プログラムで
あるかを示すループ番号が格納されてる。モニタステー
ション１は、この変換テーブルを参照することで、指定
された名称の制御プログラムを有する制御ステーション
の通信装置６上のアドレスと、収集すべきデータを判別
し、その制御ステーションに対するデータの取り込みや
制御指示の設定を行う。

以上が分散型制御システムの機能であるが、この機能
だけでは、近年のプラント設備に対して適用することが
困難になってきている。近年のプラント設備は、多品種
少量生産，製品サイクルの短期化，省資源化への対応に
より、頻繁に制御対象プロセスの改造やその制御プログ
ラムの修正が必要になっている。また、設備の複雑化や
運転の高度化により、制御プログラム特にシーケンス制
御等設備運転に直結する制御プログラムもこれに伴って
複雑且つ高機能化してきている。このため、制御プログ
ラムを修正した後の機能確認テストが必要であり、この
テストのために必要な時間と保守員の労力が増大する傾
向がある。

制御プログラムのテストを行う従来技術として、特公
平１−23808号公報に記載の技術がある。この従来技術
では、修正した制御プログラムをテストする制御ステー
ションをプラント設備側入出力機構と切離しモニタステ
ーションとこの制御ステーションとを通信装置で接続
し、制御プログラムの出力信号をモニタステーションに
送り、モニタステーションはこの信号に対して実際の制
御対象が出力する信号を模擬する擬似信号を制御ステー
ション側に送り返して、テストを行うようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の従来技術では、制御プログラムをテストする場
合、当該制御ステーションを制御対象と切り離してしま
うので、このテスト期間中は制御対象機器及びこれに関
連するプラント機器を稼動させることができないという
問題がある。つまり、プラントを停止させないと、制御
プログラムのテストができない。従って、自ずと、プロ
グラムのテストはプラントの運転開始以前または停止中
に行わなければならず、前述したように、頻繁に制御プ
ログラムの修正が必要な近年のプラント設備に対して
は、適用することができない。

更に、モニタ装置の画面表示データで模擬信号を返す
構成のため、シーケンス制御等一連の機器を動作させて
その応答を待って次の機器制御に移行する様な機能確認
が効率良く行うことができないという問題もある。

本発明の目的は、プラント構成機器などの各々の制御
対象を停止させずに制御プログラムの修正・機能検証を
行うことができ、しかも、一連の機器制御を連続的に行
うプログラムでも効率的にテストすることができる分散
型制御装置とそのプログラムテスト方法を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、複数の制御ステーションの各々が各々の
制御対象を各々の制御プログラムに従って制御し、各制
御ステーション及びテスト用ステーションに通信装置に
て接続されたモニタステーションが各制御ステーション
の情報をモニタ装置に表示する分散型制御装置におい
て、各制御ステーションによる制御対象の制御中にいず
れかの制御プログラムの機能検証と修正を行う場合に
は、前記モニタステーションが該当する制御プログラム
を保持する制御ステーションから該制御プログラムをコ
ピーし該コピープログラムをテスト対象プログラムとし
て前記テスト用ステーションに転送し、該テスト用ステ
ーションで該当する制御対象の応答を模擬するデータを
用いて前記テスト対象プログラムの機能検証と修正を行
い、前記モニタステーションは前記機能検証の結果をモ
ニタ装置に表示することで、達成される。

〔作用〕

修正したい制御プログラムがある場合には、その制御
プログラムのコピーをとってテスト用ステーションに転
送し、このテスト用ステーションにて修正および機能検
証を行う。この場合に、機能検証は当該制御プログラム
の制御対象からの応答を模擬するデータを用いて行うた
め、また、当該制御対象の制御を担当する制御ステーシ
ョンもこの機能検証とは無関係のため、当該制御対象に
対する制御を続行したままでも機能検証が可能となる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照し
て説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る分散型制御装置の
構成図である。この分散型制御装置では、モニタステー
ション10と、複数の制御ステーション13,14,15が通信装
置８で相互に接続されており、モニタステーション10に
は複数のモニタ装置11,12が設けられている。各制御ス
テーション13,14には図示しないプロセス入出力装置を
介して図示しない制御対象が接続され、各制御ステーシ
ョン13,14は夫々内蔵する制御プログラムにて制御対象
を制御している。今仮りに、制御ステーション15が空き
ステーションであり、この制御ステーション15で、制御
ステーション14内蔵の制御プログラムF100をテストする
場合について説明する。尚、このステーション15を開発
専用のステーションとして通信装置８に接続しておいて
も、以下の説明は同じである。

制御ステーション14が制御プログラムF100で流量制御
を行っている最中に、制御プログラムF100のテストを行
いその修正を検討する必要が生じた場合には、制御プロ
グラムF100のコピーをとってこれをステーション15に移
す必要がある。また、そのテスト結果等をモニタ装置で
モニタする必要がある。このため、本実施例のモニタス
テーション10には、変換テーブル19（詳細を第４図に示
す）の他に、仮想ステーション対応テーブル17と、開発
モードスイッチ16を設け、テスト時にはこの仮想ステー
ション対応テーブル17を参照すると共にこの開発モード
スイッチ16を介して仮想ステーション15との間でデータ
通信を行うことができるようにする。

上記のテストを行う場合、オペレータは先ずモニタ装
置のいずれか例えばモニタ装置12を開発用モニタ装置に
指定すると共に、テスト対象プログラムF100を指定し、
更に開発モードスイッチ16を開発（テスト）側にする。
このモニタステーション10は指定された名称「F100」か
ら変換テーブルを参照して該プログラムF100の存在する
制御ステーション14を知り、該制御ステーション14から
制御プログラムF100のコピーをとってそのコピープログ
ラムをステーション15に転送する。そして、以後、コピ
ープログラムのテストをステーション15にて行い、モニ
タステーション10はそのテストをモニタ装置12でモニタ
する。

その時の処理手順を第２図のフローチャートで説明す
る。先ず、プログラム名称「F100」から制御ステーショ
ン14を求め、次に開発用モニタ装置12対応の開発モード
スイッチ16がオンであるか否かを判定する。スイッチが
オフの場合にはテストではないので、変換テーブルで検
索した制御ステーション14の情報をモニタ装置12に表示
するように設定する。スイッチオンの場合には、テスト
をモニタする必要があるので、仮想ステーション対応テ
ーブル17にてステーション14の番号をステーション15の
番号に変換し、変換した番号のステーションの情報をモ
ニタ装置12に表示するように設定する。これにより、あ
たかもステーション14の情報を表示しているかの如く動
作するが、実際にはステーション15の情報がモニタ装置
12に表示されることになる。

第３図は、テストする制御プログラムF100の転送を受
けたステーション15の機能構成図である。ステーション
15には、該ステーション15用のオペレーティングシステ
ム21の他に、ステーション14から転送された制御プログ
ラム22が存在する。この制御プログラム22には、該制御
プログラム22を構成する各プログラムに対応した制御パ
ラメータ（制御目標値，警報設定値,PID定数等）23と、
各プログラムが使用するプロセス入出力装置に関する入
出力リスト24が用意されている。

制御プログラム22は、制御対象であるプラント機器と
は直接に入出力は行わず、入力カード29により設定され
入力処理27にて処理されたメモリ上の入力データ25を取
り込み、前記の制御パラメータ23に基づき必要な処理を
行った後に、入出力リスト24に対応したメモリ上の出力
データ26を作成し、該データ26を出力処理32にて処理し
た後、出力カード30を介してプラント機器に出力される
ようになっている。本実施例では、斯かるデータ入出力
経路中の入力処理27と入力データ25との間にスイッチ33
を設け、出力データ26と出力処理28との間にスイッチ32
を設け、これらのスイッチ32,33の間に入力フィードバ
ック処理31を設けている。そして、制御プログラム22の
テスト時には各スイッチ32,33を入力フィードバック処
理31側として、出力データに対する制御対象の応答デー
タを入力フィードバック処理31にて模擬信号として出力
させこの模擬信号にてメモリ上の入力データ25を発生さ
せ、制御プログラム22に戻すようになっている。入力フ
ィードバック処理31が模擬信号を生成する場合は、テス
トするプログラムに対応した入出力リストを参照するこ
とで、出力データ26に対応する入力データエリアを知
り、出力データ26に対応した入力データを発生させる模
擬信号を生成し、入，出力カード29,30を介さずにプラ
ント機器の模擬を行う。

このように、モニタステーション10は、オペレータの
指示により、制御ステーション内のメモリに格納されて
いるプログラムのうち、オペレーティングシステムを除
く部分の制御プログラムをテスト用ステーションに転送
し、そして、該テスト用ステーション内の入力フィード
バック処理に接続される様に切り替えスイッチ32,33を
切り替えると共に、モニタステーション10内の開発モー
ドスイッチ16をテスト側に切り替える。そして、テスト
モニタ用として指定されたモニタ装置に対応する仮想ス
テーションの番号をテスト用ステーションの番号に書き
替える。

この結果、オペレータがテスト用モニタ装置12で名称
「F100」を指定した場合には、テスト用ステーション15
に対しデータの表示設定が可能になり、テストステーシ
ョン15上で、制御プログラムF100の修正及び機能検証が
可能となる。

テスト用ステーション15の内部では、入力フィードバ
ック処理により、制御プログラムの出力データに対応し
た入力データ（例えば、バルブの弁開度出力に対応した
流量データ、あるいは、ポンプの起動出力に対応した起
動完了を示すデータ等）を作成するために、下記の様な
機能ブロックがいくつか用意されている。

（ａ）オン・オフ信号に関する機能：出力データの変化
後の一定時間後に出力データに対応した特定の入力デー
タを作成する機能。

（ｂ）アナログ信号に関する機能：出力データに対して
の進み，遅れ演算、１次遅れ付無駄時間、折線近似関数
等。

上記の入力フィードバッグ機能の指定がモニタ装置よ
り可能であり制御プログラムの出力に対する模擬的な入
力データを得ることが可能となる。このため、ポンプ起
動出力に対する起動完了入力信号はテストステーション
内部にて自動的に生成され、ポンプ起動→バルブ開→流
量制御等の一連の操作を追っていくシーケンス制御機能
の検証等も効率的に行うことが可能である。

上述した実施例では、テスト用のステーションとして
空いている制御ステーションあるいは、テスト専用の開
発ステーションを使用したが、二重化した制御ステーシ
ョンを備える分散型制御装置にあっては、予備系の制御
ステーションをテスト，開発用のステーションとして使
用することができる。以下、予備系の制御ステーション
を使用する場合の実施例について、第５図を参照して説
明する。

二重化された制御ステーションは、現用系の制御ステ
ーションの他に予備系の制御ステーションを設け、現用
系に障害が発生したとき予備系に切り替えて制御を続行
するものである。この予備系の制御ステーションを利用
してテストを行う場合、単独動作を可能にする機構を設
ける必要がある。

第５図において、二重化制御ステーションの現用系40
aは、通信回線41に接続された通信装置41aと、処理装置
42aと、プロセス入出力装置43aと、制御情報の受渡しの
ための分散メモリ44aとにより構成されている。また、
予備系制御ステーション40bも同一構成でなり、通信回
線41に接続された通信装置41bと、処理装置42bと、プロ
セス入出力装置43bと、制御情報の受渡しのための分散
メモリ44bとにより構成されている。制御対象にプロセ
ス入出力カードにて接続されるプロセス入出力装置43a,
43bはスイッチ54にて切り替えられるようになってい
る。また、分散メモリ44a,44b内には夫々FIFOバッファ4
5a,45bと制御回路46a,46bが夫々設けられている。そし
て、両分散メモリ44a,44bはFIFOスイッチ47,48で接続さ
れ、各制御回路46a,a46bはイニシャルスイッチ49a,49b
が設けられている。

上述した構成の二重化された制御ステーションにおい
て、処理装置42aから分散メモリ44aに対しデータ書き込
み（更新）が発生した場合、書き込みデータは自メモリ
44aに格納されると共にFIFOバッファ45aにも蓄えられ
る。このFIFOバッファ45a内のデータは、当該FIFOバッ
ファ45aに接続されているFIFOスイッチ48が閉じられ予
備系の分散メモリ44bに接続されている場合には、予備
系の分散メモリ44bに転送される。また、該スイッチ48
が開放状態で予備系の分散メモリ44bと接続されていな
い場合には、このデータは廃棄される。分散メモリ44a
の全エリアの内容は、制御回路46aのイニシャルスイッ
チ49aが閉じられたときFIFOバッファ45a内にも書き込ま
れるようになっている。尚、上述した説明及び以下の説
明では現用系の装置符号を用いているが、予備系におい
ても同様である。

マスタ選択スイッチ54にて現用系制御ステーション40
aが選択され該ステーション40aにて制御プログラムが動
作した結果、該ステーション40aの分散メモリ44aの格納
データが更新された場合、この更新されたデータはFIFO
バッファ45aから他系（予備系）の分散メモリ44bにも転
送され、両系において同じデータが保持されるようにな
っている。これにより、現用系で障害が発生した場合で
も予備系の制御ステーション40bにて制御を引き継ぐこ
とが可能となる。この予備系の制御ステーション40b
は、現用系制御ステーション40aに障害が生じない限り
空きステーションとなる。そこで、本実施例では、この
予備系の制御ステーション40bを使用して制御プログラ
ムのテストを行うのであるが、その場合の手順は以下の
通りである。

（ａ）現用系ステーションのメモリ内容の保存。

現用系制御ステーションのメモリ内容をモニタステー
ションの補助記憶装置に転送する。これは、テスト中に
現用系制御ステーションに障害が発生した場合に備える
ためである。

（ｂ）FIFO受信スイッチの切離し。

FIFO受信スイッチ47,48を切り離すことで、両系の分
散メモリの結合が解除され、これにより両系の制御ステ
ーションは独立した制御ステーションとして動作させる
ことが可能となる。

（ｃ）前述した実施例と同様に、予備系の制御ステーシ
ョンをテスト用ステーションとして動作させる。

（ｄ）FIFO受信スイッチ48接続。

テスト終了時には、予備系制御ステーション40bを停
止させると共にFIFO受信スイッチ48のみオンする。これ
により、現用系からのデータ転送を受付可能となる。

（ｆ）現用系イニシャルスイッチ49a接続。

このイニシャルスイッチ49aのオンにより、現用系制
御ステーション40aの分散メモリ44aの内容が予備系制御
ステーション40bの分散メモリ44bに転送され、予備系制
御ステーション40bのバックアップ態勢が完了し、現用
系が障害でダウンしても直ちに予備系によるバックアッ
プが可能となる。

本実施例によれば、開発ステーションを新たに設ける
場合に比べてハードウェアの増設を無くすことができ
る。また、現用系で使用している制御プログラムをその
予備系でテストする場合には、制御プログラムの転送は
既に実行されているので、この転送処理が省略されると
いう利点もある。また、前述した実施例と同様に、プラ
ント設備の制御を停止させることなく制御プログラムの
テストを実行できるという効果もある。

尚、上述した実施例では、テスト用ステーション内に
入力フィードバック機能を設けたが、入力フィードバッ
ク機能をモニタステーション内に設け、テスト用ステー
ションとの間でのデータ通信により、制御プログラムの
出力データに対する入力データをモニタステーション側
で自動的に生成しテスト用ステーションに返送するよう
にしてもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、プラント設備の制御続行中にその制
御を実行している分散型制御装置を使用して制御プログ
ラムの機能試験や修正・変更が可能になり、また、一連
の制御手順を順を追って行うシーケンスプログラムのテ
スト等の効率的にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る分散型制御装置の構成
図、第２図はテスト時におけるモニタステーションでの
処理手順を示すフローチャート、第３図はテストを行う
ステーションの機能構成図、第４図は変換テーブルの説
明図、第５図は二重化制御ステーションの構成図、第６
図は従来の分散型制御装置の構成図、第７図（ａ），
（ｂ）は制御プログラムと制御対象との関係を説明する
図である。 ８……通信装置、10……モニタステーション、11,12…
…モニタ装置、13,14……制御ステーション、15……空
き制御ステーション（開発ステーション）、16……開発
モードスイッチ、17……仮想変換テーブル、19……変換
テーブル、22……制御プログラム、31……入力フィード
バック処理、40a……現用系制御ステーション、40b……
予備系制御ステーション。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各々の制御対象を各々の制御プログラムに
   従って制御する複数の制御ステーションと、該当する制
   御対象の応答を模擬するデータを用いてテスト対象プロ
   グラムの機能検証と修正を行うテスト用ステーション
   と、前記複数の制御ステーションおよび前記テスト用ス
   テーションと通信装置を介して接続されると共にモニタ
   装置を備え各制御ステーションによる制御対象の制御中
   にいずれかの制御プログラムの機能検証と修正を行う場
   合には制御対象の制御を続行している状態で当該制御プ
   ログラムを保持する制御ステーションから該制御プログ
   ラムのコピーをとり該コピープログラムを前記テスト用
   ステーションに転送してテスト対象プログラムとし該テ
   スト用ステーションによる機能検証の結果を前記モニタ
   装置に表示するモニタステーションとを備えることを特
   徴とする分散型制御装置。
2. 【請求項２】複数の制御ステーションの各々が各々の制
   御対象を各々の制御プログラムに従って制御し、各制御
   ステーション及びテスト用ステーションに通信装置にて
   接続されたモニタステーションが各制御ステーションの
   情報をモニタ装置に表示する分散型制御装置のプログラ
   ムテスト方法において、各制御ステーションによる制御
   対象の制御中にいずれかの制御プログラムの機能検証と
   修正を行う場合には、前記モニタステーションが該当す
   る制御プログラムを保持する制御ステーションから該制
   御プログラムをコピーし該コピープログラムをテスト対
   象プログラムとして前記テスト用ステーションに転送
   し、該テスト用ステーションで該当する制御対象の応答
   を模擬するデータを用いて前記テスト対象プログラムの
   機能検証と修正を行い、前記モニタステーションは前記
   機能検証の結果をモニタ装置に表示することを特徴とす
   る分散型制御装置のプログラムテスト方法。