JP3079885B2 - 制御演算装置 - Google Patents

制御演算装置

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JP3079885B2
JP3079885B2 JP06054305A JP5430594A JP3079885B2 JP 3079885 B2 JP3079885 B2 JP 3079885B2 JP 06054305 A JP06054305 A JP 06054305A JP 5430594 A JP5430594 A JP 5430594A JP 3079885 B2 JP3079885 B2 JP 3079885B2
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浩平 松本
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Yokogawa Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、計算機を用いてプロセ
ス制御を行うような制御演算装置に関し、更に詳しく
は、入力される信号に所定の演算を施し、その演算結果
を出力するようなソフトウェア要素からなる機能ブロッ
ク(これを一般に内部計器とも呼ぶ)を複数個適宜組み
合わせることで所望の制御系を構成する制御演算装置で
あって、論理的または物理的なエリアを異にして存在す
る2つの機能ブロックをカスケード結合するためのエリ
ア間結合機能の実現に関するものである。
【0002】
【従来の技術】プロセスの制御装置として、計算機を利
用した分散形制御システムが広く実用化されている。こ
の様な分散形制御システムは、マン・マシン・インター
フェース機能を持つ操作監視装置(オペレータステーシ
ョン)と、制御演算を担当する分散配置された制御演算
装置(制御ステーション)とで構成されており、制御演
算装置側には、入力される信号に対して所定の演算を施
し演算結果を出力するようなソフトウェア要素からなる
機能ブロックを、制御対象であるプロセスに適合するよ
うに適宜複数個ビルディングブロック式に組み合わせて
構築した制御系がダウンロードされる。
【0003】ここで、従来のこの種の装置は、互いに結
合する複数の機能ブロックは、一つの制御演算装置内に
おいて結合することを想定しており、異なる制御演算装
置内に設けられている(存在している)機能ブロック相
互間を接続して制御系(ループ)を構築することはでき
なかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図4は、異なる制御演
算装置内に設けられている機能ブロックを結合して、カ
スケード制御系を構築する場合、その問題点を説明する
ための図である。ここで、ST1は第1の制御演算装置
で,この中に1次側PID調節計C1が設けられると共
に、1次側PID調節計C1の出力信号MVを第2の制
御演算装置ST2側に送信するための送信手段SD1が
設けられている。第2の制御演算装置ST2の中には、
通信バスBSを介して送られた出力信号MVを受ける受
信手段SD2と、ここで受信した出力信号を設定信号と
する2次側PID調節計C2とが設けられている。
【0005】この様に構成した場合、制御演算装置ST
1の機能ブロックと制御演算装置ST2内の機能ブロッ
クにより、カスケード結合の制御系が構築されるもので
あるが、以下のような問題点が発生する。 (a)1次側PID調節計C1は出力結合未定義のため
に、2次側PID調節計C2がカスケードオープンとな
っても、その状態が1次側PID調節計C1にフィード
バックされない。 (b)2次側PID調節計C2のカスケードオープン状
態が、1次側PID調節計C1にフィードバックされな
いため、1次側PID調節計C1で、PID演算の初期
化が行われない。このために、1次側PID調節計C1
で積分項のワイドアップが発生する。 (c)送信手段SD1,受信手段SD2は、2次側PI
D調節計のカスケードオープンを検出しないので、この
様な状態でも1次側PID調節計C1の出力信号MVを
設定値として出力し続ける。この為に、2次側PID調
節計C2の設定値を例えばマニュアルにより変更して
も、その値が1次側PID調節計C1の出力信号MVに
より上書きされる形となるため、結果的に2次側PID
調節計C2の設定値をマニュアル等により変更すること
ができない。
【0006】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、異なる制御演算装置内に設けられている機能ブ
ロック相互間をカスケード結合して制御系を構築するこ
とのできる制御演算装置を提供することを目的とする。
ここで、異なる制御演算装置とは、物理的に分離されて
いる制御演算装置の外に、物理的には一つの装置であっ
ても、装置内に複数のエリアを設け、それぞれのデータ
ベースを独立させて、論理的に複数の制御演算装置を構
成したような場合も含むものとする。また、カスケード
結合とは、複数の機能ブロックを組み合わせて制御系を
構築する場合において、各機能ブロックで扱う信号が上
流から下流へ向かって伝達するような結合の仕方を全て
含むものとする。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、入力される信号に所定の演算を施し演算結
果を出力するソフトウェア要素からなる複数の調節計
ロックを備えた制御演算装置であって、論理的または物
理的なエリアを異にして存在する2つの調節計ブロック
をカスケード結合するためのエリア間結合ブロックを1
次側調節計ブロックが存在するエリア側に設け、当該エ
リア間結合ブロックを、1次側調節計ブロックから設定
される設定データ,2次側調節計ブロックを特定する出
力先識別データ,2次側調節計ブロックから格納される
参照データで構築されるエリア間結合ブロックデータベ
ースと、このエリア間結合ブロックデータベースの参照
データのカスケード状態が、1次側調節計ブロックの出
力による2次側調節計ブロックの制御のとき、1次側調
節計ブロックから2次側調節計ブロックに伝えたい出力
値を前記エリア間結合ブロックデータベースの設定デー
タ領域から読み出し2次側調節計ブロックに伝達する設
定通信手段と、出力先識別データで指定される2次側調
節計ブロックにアクセスしそのカスケード状態と設定値
を読みだし、当該カスケード状態と設定値とを参照デ
ータとして前記エリア間結合ブロックデータベースの参
照データ領域に格納する参照通信手段とで構成し、前記
エリア間結合ブロックデータベースの参照データのカス
ケード状態が、1次側調節計ブロックの出力によらない
2次側調節計ブロックの制御のとき、1次側調節計ブロ
ックは、自身の出力値を参照データの設定値にトラッキ
ングすることを特徴とする制御演算装置である。
【0008】
【作用】1次側調節計ブロックが存在する側の制御演算
装置内に、異なる制御演算装置(エリア)に分かれて存
在する2次側調節計ブロックをカスケード結合するため
の、エリア間結合ブロックが設けられる。このエリア間
結合ブロックの設定通信手段は、自身の結合ブロックが
持つデータベースにアクセスし、設定データ領域に格納
されている2次側調節計ブロックに伝えたい出力値を読
み出し、それを2次側調節計ブロックに伝達する。
【0009】参照通信手段は、出力先識別データで指定
される2次側調節計ブロックのカスケード状態を参照デ
ータとしてデータベースに格納し、1次側調節計ブロッ
クがその参照データを読み返すことができるようにす
る。これにより、異なるエリアに分かれて存在する調節
ブロックについてカスケード結合し、制御系を構築す
ることが可能となる。
【0010】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は、本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。この図では、異なるエリアに分かれて存在
する2つのPID調節計を結合してカスケード制御系を
構成する場合を例示する。
【0011】図において、ST1,ST2は第1,第2
の制御演算装置で、これらは、物理的あるいは論理的に
分かれたエリアとなっている。C1は第1の制御演算装
置ST1に存在する機能ブロックで、1次側PID調節
計としての役目をし、C2は第2の制御演算装置ST2
に存在する機能ブロックで、2次側PID調節計として
の役目をしている。1次側PID調節計C1の入力端子
には、プロセスに設置してあるセンサからのプロセス信
号PV1が印加され、2次側PID調節計C2の演算結
果MV2は、プロセスに設置してあるバルブ等の操作端
に出力される。
【0012】K0は本発明において特徴としているエリ
ア間結合ブロックで、論理的または物理的なエリアを異
にして存在する2つの機能ブロックC1,C2の間であ
って、1次側となる機能ブロックC1が存在するエリア
であるところの第1の制御演算装置ST1側に設けられ
ている。このエリア間結合ブロックK0において、1は
エリア間結合ブロックデータベースで、1次側機能ブロ
ックであるPID調節計C1から設定される設定データ
領域と、2次側機能ブロックであるPID調節計C2を
特定する出力先識別データ領域と、2次側機能ブロック
から格納される参照データ領域とを備え、これらの各領
域に格納されるデータによりデータベースが構築され
る。
【0013】2は設定通信手段で、1次側機能ブロック
C1から2次側機能ブロックC2に伝えたい出力値を、
データベース1の設定データ領域から読み出し、2次側
機能ブロックC2に伝達する機能を備えている。3は参
照通信手段で、2次側機能ブロックC2のカスケード状
態を1次側機能ブロックC1に伝えるため、カスケード
状態と2次側機能ブロックが扱っているデータ(設定
値)をデータベース1の参照データ領域に格納する機能
を備えている。
【0014】図2は、1次側PID調節計C1のデータ
ベースと2次側PID調節計C2のデータベースとの間
で行われるデータ授受の様子を示す概念図である。エリ
ア間結合ブロックK0内の設定通信手段2は、他エリア
に存在する機能ブロック(この例では2次側PID調節
計)のデータベース20にアクセスする機能を含んでお
り、1次側PID調節計C1のデータベース10から読
みだした設定データを、設定通信を実行してデータベー
ス20に設定値として伝達し、書き込むようになってい
る。
【0015】また、参照通信手段3も、他エリアに存在
する機能ブロックのデータベース20にアクセスする機
能を含んでおり、1次側PID調節計C1のデータベー
ス10に格納されている出力先識別データに基づき指定
される2次側PID調節計C2に対して参照通信を実行
し、データベース20に格納されているカスケード状態
や設定値を読みだして、それをデータベース10内に参
照データとして書き込むように構成してある。
【0016】この様に構成した装置の動作を次に説明す
る。図3は、エリア間結合ブロックK0を介して行われ
るカスケード結合の通信動作を示すタイムチャートであ
る。ここでは、時間軸は上方から下方に向かっている。
この例では、カスケードクローズの状態から2次側PI
D調節計C2をカスケードオープン状態とし、2次側P
ID調節計C2の設定値SV2を手動にて操作したうえ
で、再度カスケードクローズ状態とする場合を想定して
いる。
【0017】(カスケードクローズ状態)1次側PID
調節計C1は、エリア間結合ブロックK0のデータベー
ス1に対して、2次側PID調節計C2に出力したい設
定データMV1を定周期で設定すると共に、データベー
ス1の参照データ領域に格納されている2次側PID調
節計C2のカスケード状態(この状態ではカスケードク
ローズ状態と2次側PID調節計C2に設定されている
設定値SV2=MV1)を読み返している。
【0018】エリア間結合ブロックK0内の設定通信手
段2は、エリア間結合通信を行う毎に定周期で起動さ
れ、自身のデータベース1に格納された設定データMV
1を取り出し、他エリアデータベースアクセス機能によ
り、2次側PID調節計C1のデータベース20にデー
タ設定を行っている。また、参照通信手段3も同様にあ
らかじめ定められたエリア間結合通信を行う毎に定周期
で起動され、データベース1の出力先識別データを取り
出し、他エリアデータベースアクセス機能を用いて、出
力先識別データで指定される機能ブロックC2(データ
ベース20)の設定値SV2とカスケードクローズ状態
とを読み出し、それらをデータベース1に参照データと
して格納する。これにより、データベース1の内容は、
2次側PID調節計C2から読み返した2次側PID調
節計C2への出力設定値MV1(設定値SV2)と、シ
ーケンス状態とにより常時更新されたものとなる。
【0019】従って、1次側PID調節計C1は、エリ
ア間結合ブロックK0のデータベース1にアクセスする
ことで、他のエリアST2に存在する2次側PID調節
計C2を、あたかも同じエリアに存在する2次側PID
調節計にカスケード結合しているのと同等に扱うことが
できる。 (カスケードオープン状態)この状態では、参照通信手
段3が定周期で起動され参照通信を実行し、2次側PI
D調節計C2のカスケードオープン状態と手動操作にて
設定される設定値SV2を、参照データとしてデータベ
ース1に格納している。設定通信手段2は、2次側PI
D調節計C2がカスケードオープン状態を示しているの
を受け、その動作を停止している。
【0020】この状態で、設定値SV2の値が手動操作
などにより変更されると、データベース1に格納される
参照データの値もそれに伴って常時更新されることとな
る。1次側PID調節計C1は、データベース1に定周
期でアクセスしており、参照データから2次側PID調
節計C2がカスケードオープンの状態であることを認識
し、自身の出力値MV1を参照データに含まれる設定値
SV2(2次側調節計の設定値)にトラッキングするよ
うに動作する。
【0021】この様な動作により、1次側PID調節計
C1において、PID制御演算の初期化が可能となり、
積分項のワイドアップを防止することができると共に、
カスケードオープン状態からカスケードクローズ状態に
切り換えられた時点で、バンプの発生を防止することが
できる。なお、上記の実施例では1次側,2次側の各機
能ブロックとして、PID調節計を例示したが、機能ブ
ロックとしては、例えばシーケンス制御演算機能やスイ
ッチ機能を持つもの、更に新しく開発される各種の機能
を持つ機能ブロック等をカスケード結合する場合にも適
用することができる。
【0022】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
エリア間結合ブロックを介してエリアを異にして存在す
る2つの調節計ブロック間をカスケード結合することが
できる。そして、エリアを異にする調節計ブロック間の
カスケード結合が可能となることにより、制御対象プラ
ントに応じた制御系を、制御演算装置あるいはエリアに
分かれて構築する際の自由度が向上し、効率的なエンジ
ニアリングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。
【図2】1次側PID調節計C1のデータベースと2次
側PID調節計C2のデータベースとの間で行われるデ
ータ授受の様子を示す概念図である。
【図3】エリア間結合ブロックK0を介して行われるカ
スケード結合の通信動作を示すタイムチャートである。
【図4】異なる制御演算装置内に設けられている機能ブ
ロックを結合して、カスケード制御系を構築する場合、
その問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
ST1,ST2 制御演算装置 C1 1次側機能ブロック(1次側PID調節計) C2 2次側機能ブロック(2次側PID調節計) K0 エリア間結合ブロック 1 エリア間結合ブロックのデータベース 2 設定通信手段 3 参照通信手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力される信号に所定の演算を施し演算結
    果を出力するソフトウェア要素からなる複数の調節計
    ロックを備えた制御演算装置であって、 論理的または物理的なエリアを異にして存在する2つの
    調節計ブロックをカスケード結合するためのエリア間結
    合ブロックを1次側調節計ブロックが存在するエリア側
    に設け、 当該エリア間結合ブロックを、 1次側調節計ブロックから設定される設定データ,2次
    調節計ブロックを特定する出力先識別データ,2次側
    調節計ブロックから格納される参照データで構築される
    エリア間結合ブロックデータベースと、このエリア間結合ブロックデータベースの参照データの
    カスケード状態が、1次側調節計ブロックの出力による
    2次側調節計ブロックの制御のとき、 1次側調節計ブロ
    ックから2次側調節計ブロックに伝えたい出力値を前記
    エリア間結合ブロックデータベースの設定データ領域か
    ら読み出し2次側調節計ブロックに伝達する設定通信手
    段と、 出力先識別データで指定される2次側調節計ブロックに
    アクセスしそのカスケード状態と設定値とを読みだし、
    当該カスケード状態と設定値とを参照データとして前記
    エリア間結合ブロックデータベースの参照データ領域に
    格納する参照通信手段とで構成し、前記エリア間結合ブ
    ロックデータベースの参照データのカスケード状態が、
    1次側調節計ブロックの出力によらない2次側調節計ブ
    ロックの制御のとき、1次側調節計ブロックは、自身の
    出力値を参照データの設定値にトラッキングすることを
    特徴とする制御演算装置。
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