JP3884275B2 - Plant control system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般の産業プラントで用いられるプラント制御システムに関するものであり、より詳しくは、ヒューマン・インターフェースに対する異常診断の技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般の産業プラントで用いられるプラント制御システムでは、汎用の複数台のプログラマブル・コントローラ(以下、適宜PLCと略すことがある)と汎用の複数台のヒューマン・インターフェース(以下、適宜HMIと略すことがある)との間を伝送ライン上で接続し、これら汎用PLCと汎用HMIとの間で種々のデータについて伝送を行うことができるようになっている。したがって、オペレータはこれら汎用HMIを操作することによりプラント機器の制御を行うことができる。また、このようなプラント制御システムにおけるHMIは、PLC側との間の信号の送受信を利用した異常診断機能を有しているのが通常である。
【0003】
図3は、このような異常診断機能を有するHMIを備えた従来のプラント制御システムの概略構成を示すブロック図である。この図において、伝送ラインL上にHMI1〜HMI5が接続されると共に、PLC1〜PLC5が接続されている。HMI 1 〜HMI 5 は、それぞれ診断用信号送信部A1〜A5を有している。PLC1〜PLC5のうち、PLC1は「代表PLC」と呼ばれるものであり、このPLC1のみが診断手段C1を有している。
【0004】
次に、図3の動作を説明する。まず、HMI1の担当オペレータは所定の操作を行い、HMI1を起動する。なお、以下に述べるHMI1に対する診断動作は、HMI1の稼働中に予め設定された間隔で自動的に行われるものである。HMI1が起動すると、その診断用信号送信部A1は診断用信号s1を伝送ラインLを介して所定間隔でPLC1に送信する。この診断用信号送信部A1としては、例えば、所定間隔でインクリメント又はデクリメントされるカウンタ送信部等を用いることができる。
【0005】
PLC1では、診断手段C1がこの診断用信号s1を入力してHMI1についての異常診断を行い、診断結果信号d1を出力する。この診断結果信号d1は、伝送ラインLを介して診断対象のHMI1ばかりでなく、他のHMI2〜HMI5にも送信されて、その診断結果が画面上に表示される。したがって、HMI1に異常が発生し、異常である旨を知らせる診断結果信号d1の内容がHMI1の画面上に表示されない場合であっても、HMI2〜HMI5の各担当オペレータがHMI1の異常に気が付き、適切な措置をとることが可能である。
【0006】
上記した異常診断処理はHMI1に関するものであったが、HMI2〜HMI5についても全く同様に異常診断処理が行われる。そして、PLC1とHMI1〜HMI5との間の通信方式は、主として、ポーリング通信方式が採用されていた。このように、HMI1〜HMI5に対する各異常診断がPLC1の機能を利用して行われるのは、一般に、ハードウエア上の構成はPLCの方がHMIよりも頑健であり故障し難いと考えられ、PLCの機能を用いて異常診断を行った方がHMIの機能のみで異常診断を行うよりも信頼性を高めることができると考えられるからである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、PLC1の機能を利用することにより、HMI単独で異常診断を行うよりも高い信頼性を得ることができる。しかし、PLC1はハードウエア的にHMI1〜HMI5よりも頑健であるといっても全く故障しないわけではなく、当然のことながら、時として故障することがある。そして、PLC1に故障が発生すると、その故障が復旧するまでの間は、HMI1〜HMI5に対する異常診断が行われなかったり、誤った異常診断が行われる結果となる。また、PLC1に故障が発生しなくとも、プラント運転の都合上、人為的にPLC1の動作を停止せざるを得ない場合が生じるが、このような場合にもPLC1の動作が再開されるまでの間は、HMI1〜HMI5に対する異常診断が行われない状態となる。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、常にHMIに対する異常診断が可能な状態とし、システム全体としての信頼性を向上させることが可能なプラント制御システムを提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項1記載の発明は、複数台のプログラマブル・コントローラと複数台のヒューマン・インターフェースとを伝送ライン上で接続し、診断対象となるヒューマン・インターフェースから診断用信号をプログラマブル・コントローラ側に送信し、プログラマブル・コントローラ側ではこの診断用信号を用いて異常診断を行うと共に、その診断結果を全てのヒューマン・インターフェース側に返信する、プラント制御システムにおいて、前記複数台のプログラマブル・コントローラは、その全てが前記異常診断を行う異常診断手段を有すると共に、前記複数台のヒューマン・インターフェースは、それぞれが最終診断手段を備え、これら最終診断手段はそれぞれが前記全てのプログラマブル・コントローラの異常診断手段からの診断結果を入力し、この入力に基づき最終診断を行うものである、ことを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記各ヒューマン・インターフェースの最終診断手段は、前記全てのプログラマブル・コントローラの診断手段からの診断結果の論理和又は多数決に基づき最終診断を行うものである、ことを特徴とする。
【0010】
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、前記プログラマブル・コントローラと前記ヒューマン・インターフェースとの間で行う通信は、ブロードキャスト又はマルチキャストに基づくパケット通信である、ことを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係るプラント制御システムの概略構成を示すブロック図である。伝送ラインL上にはHMI1〜HMI5が接続されると共に、PLC1〜PLC5が接続されている。HMI1〜HMI5は、それぞれ診断用信号送信部A1〜A5及び最終診断手段B1〜B5を有しており、PLC1〜PLC5はそれぞれ診断手段C1〜C5を有している。図3に示した従来システムでは、「代表PLC」であるPLC1のみが診断手段C1を有するものであったが、本発明では「代表PLC」という概念はなくなり、PLC1〜PLC5の全てが同等の機能の診断手段C1〜C5を有する構成となっている。
【0012】
本発明に係るシステムでは、図1の波線又は1点鎖線の矢印で示すように、HMI1の診断用信号送信部A1から出力される診断用信号s1はPLC1〜PLC5の全てに送信され、これらのPLC1〜PLC5により診断が行われるようになっている。そして、これらの診断結果信号d1〜d5のそれぞれは全てのHMI1〜HMI5の最終診断手段B1〜B5に送信されるようになっている。各最終診断手段B1〜B5は、診断結果信号d1〜d5の全ての入力に基づいて最終診断を行うようになっている。なお、診断結果信号d1〜d5は、異常の診断結果を示す信号が「1」信号であり、正常の診断結果を示す信号が「0」信号であるとする。
【0013】
図2は、図1における最終診断手段B1の構成例を示す説明図であり、(a)は論理和回路OR1を用いて構成した場合、(b)は多数決回路M1を用いて構成した場合を示している。最終診断手段B2〜B5も同様の構成である。
【0014】
(a)における最終診断手段B1では、論理和回路OR1が診断手段C1〜C5からの診断結果信号d1〜d5の入力に基づいて最終診断結果信号Dを出力するようになっている。すなわち、論理和回路OR1は、これらの入力信号のうちにいずれか一つでも異常であることを示す「1」信号が含まれている場合には、最終診断結果が異常であることを示す「1」信号を最終診断結果信号Dとして出力し、全ての入力信号が正常であることを示す「0」信号である場合には、最終診断結果が正常であることを示す「0」信号を最終診断結果信号Dとして出力するようになっている。
【0015】
一方、(b)における最終診断手段B1では、多数決回路M1が診断手段C1〜C5からの診断結果信号d1〜d5の入力に基づいて最終診断結果信号Dを出力するようになっている。すなわち、多数決回路M1は、これらの入力信号のうち異常であることを示す「1」信号の方が正常であることを示す「0」信号よりも多い場合には、最終診断結果が異常であることを示す「1」信号を最終診断結果信号Dとして出力し、そうでない場合には、最終診断結果が正常であることを示す「0」信号を最終診断結果信号Dとして出力するようになっている。
【0016】
次に、図1の動作を説明する。HMI1の担当オペレータが所定の操作を行ってHMI1を起動すると、HMI1の診断用信号送信部A1は、自己の診断を行うための診断用信号s1をPLC1〜PLC5の全てに送信する。
【0017】
PLC1〜PLC5では、診断手段C1〜C5がこの診断用信号s1を入力してHMI1についての異常診断をそれぞれ独自に行い、診断結果信号d1〜d5を出力する。これら診断結果信号d1〜d5のそれぞれは、伝送ラインLを介してHMI1〜HMI5の全てに送信される。そして、最終診断手段B1〜B5が図2(a)に示したような論理和回路で構成されている場合、各最終診断手段は、既述したように、診断結果信号d1〜d5の論理和に基づいて最終診断を行う。また、最終診断手段B1〜B5が図2(b)に示したような多数決回路で構成されている場合、各最終診断手段は、既述したように、診断結果信号d1〜d5の多数決に基づいて最終診断を行う。
【0018】
上述したのは、HMI1に対して診断を行う場合の動作であるが、HMI2〜HMI5についても同様の動作となる。例えば、HMI2に対する診断を行う場合は、HMI2の診断用信号送信部A2からの診断用信号s2を、診断手段C1〜C5が入力し、それらの診断結果信号d1〜d5を最終診断手段B1〜B5が入力する。そして、最終診断手段B1〜B5は、これら診断結果信号d1〜d5の入力に基づき、HMI2に対する最終診断を行うことになる。
【0019】
なお、最終診断手段B1〜B5の構成を図2(a)又は図2(b)のいずれとするかについては、一般的に、安全側誤診断(実際には正常なのに異常であるとする診断)は許容されるが危険側誤診断(実際には異常なのに正常であるとする診断)は許容されない場合に図2(a)の構成を採用し、また、誤診断の発生よりもプラント運転の効率を重視する場合等に図2(b)の構成を採用することになろう。
【0020】
図1の動作と図3の動作とを比較してみると、図3では、「代表PLC」である1台のPLC1により診断対象のHMI(例えばHMI1)に対する診断を行っているのに対し、図1ではPLC1〜PLC5の全てがHMI1に対する診断を行っている。したがって、図3では、PLC1に故障が発生した場合には診断ができなくなり、仮にできたとしてもその診断結果は信頼性の低いものとなる。また、PLC1の動作を人為的に停止させた場合には、その停止期間中はHMI1ばかりでなく他のHMIに対する診断も全くできないことになる。
【0021】
これに対し、図1の構成では、PLC1〜PLC5の診断手段C1〜C5の全てが独自にHMI1に対する診断を行っているので、PLC1〜PLC5のうちの少なくともいずれか1台が動作していれば、他のPLCが動作していなくても診断を行うことが可能である。そして、PLC1〜PLC5の全てが動作を停止するという事態は極めて稀である。したがって、図1に係るシステムによれば、実質的には常にHMIに対する異常診断が可能な状態を確保することができる。
【0022】
ここで、HMI1〜HMI5とPLC1〜PLC5との間の通信方式につき述べると、本実施形態では、UDP(User Datagram Protocol)/TCP(Transmission Control Protocol)すなわちブロードキャスト又はマルチキャストに基づくパケット通信方式を採用することを想定している。これは、HMI1〜HMI5とPLC1〜PLC5との間で送受信されるデータが同一であり、このような通信方式を採用することにより通信ソフトウエアをより簡単化することができるからである。
【0023】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、複数台のプログラマブル・コントローラの全てが異常診断手段を有し、複数台のヒューマン・インターフェースのそれぞれが全ての異常診断手段からの診断結果を入力し、この入力に基づき最終診断を行う構成としているので、常にHMIに対する異常診断が可能な状態とし、システム全体としての信頼性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るプラント制御システムの概略構成を示すブロック図。
【図2】図1における最終診断手段B1の構成例を示す説明図であり、(a)は論理和回路OR1を用いて構成した場合、(b)は多数決回路M1を用いて構成した場合を示す。
【図3】従来のプラント制御システムの概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
HMI1〜HMI5 ヒューマン・インターフェース
A1〜A5 診断用信号送信部
B1〜B5 最終診断手段
PLC1〜PLC5 プログラマブル・コントローラ
C1〜C5 診断手段
s1 診断用信号
d1〜d5 診断結果信号
OR1 論理和回路
M1 多数決回路
D 最終診断結果信号
L 伝送ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plant control system used in a general industrial plant, and more particularly to an abnormality diagnosis technique for a human interface.
[0002]
[Prior art]
In a plant control system used in a general industrial plant, a plurality of general-purpose programmable controllers (hereinafter may be abbreviated as PLC as appropriate) and a plurality of general-purpose human interfaces (hereinafter, abbreviated as HMI as appropriate). ) On the transmission line, and various data can be transmitted between the general-purpose PLC and the general-purpose HMI. Therefore, the operator can control the plant equipment by operating these general-purpose HMIs. In addition, the HMI in such a plant control system usually has an abnormality diagnosis function using transmission / reception of signals with the PLC side.
[0003]
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional plant control system provided with an HMI having such an abnormality diagnosis function. In this figure, HMI1 to HMI5 are connected on the transmission line L, and PLC1 to PLC5 are connected.
[0004]
Next, the operation of FIG. 3 will be described. First, the operator in charge of HMI1 performs a predetermined operation to activate HMI1. The diagnosis operation for HMI1 described below is automatically performed at a preset interval during operation of HMI1. When the HMI1 is activated, the diagnostic signal transmitter A1 transmits the diagnostic signal s1 to the PLC1 via the transmission line L at a predetermined interval. As the diagnostic signal transmission unit A1, for example, a counter transmission unit that is incremented or decremented at a predetermined interval can be used.
[0005]
In PLC1, the diagnostic means C1 inputs this diagnostic signal s1, performs abnormality diagnosis for HMI1, and outputs a diagnostic result signal d1. The diagnosis result signal d1 is transmitted not only to the HMI1 to be diagnosed but also to other HMI2 to HMI5 via the transmission line L, and the diagnosis result is displayed on the screen. Therefore, even if an abnormality occurs in the HMI1 and the contents of the diagnostic result signal d1 notifying that the abnormality is not displayed on the screen of the HMI1, each operator in charge of the HMI2 to HMI5 notices the abnormality of the HMI1 and is appropriate. Measures can be taken.
[0006]
The abnormality diagnosis process described above relates to the HMI1, but the abnormality diagnosis process is performed in exactly the same manner for the HMI2 to HMI5. The communication method between the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, by using the function of PLC1, higher reliability can be obtained than when abnormality diagnosis is performed with HMI alone. However, even though
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a plant control system that can always perform an abnormality diagnosis for HMI and improve the reliability of the entire system.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-mentioned problems, the invention according to
The invention according to claim 2 is the invention according to
[0010]
The invention according to claim 3 is the invention according to
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a plant control system according to an embodiment of the present invention. On the transmission line L, HMI1 to HMI5 are connected, and PLC1 to PLC5 are connected. HMI1 to HMI5 have diagnostic signal transmitters A1 to A5 and final diagnostic means B1 to B5, respectively, and PLC1 to PLC5 have diagnostic means C1 to C5, respectively. In the conventional system shown in FIG. 3, only PLC1, which is “representative PLC”, has diagnostic means C1, but in the present invention, the concept of “representative PLC” disappears, and all of PLC1 to PLC5 have equivalent functions. The diagnostic means C1 to C5 are provided.
[0012]
In the system according to the present invention, the diagnostic signal s1 output from the diagnostic signal transmitter A1 of the HMI1 is transmitted to all of the PLC1 to PLC5 as indicated by the wavy line or the one-dot chain line arrow in FIG. Diagnosis is performed by PLC1 to PLC5. Each of these diagnosis result signals d1 to d5 is transmitted to final diagnosis means B1 to B5 of all HMI1 to HMI5. Each final diagnosis means B1 to B5 performs a final diagnosis based on all inputs of the diagnosis result signals d1 to d5. In the diagnosis result signals d1 to d5, the signal indicating the abnormality diagnosis result is a “1” signal, and the signal indicating the normal diagnosis result is a “0” signal.
[0013]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration example of the final diagnosis means B1 in FIG. 1, where (a) is configured using the OR circuit OR1, and (b) is configured using the majority circuit M1. Show. The final diagnosis means B2 to B5 have the same configuration.
[0014]
In the final diagnosis means B1 in (a), the OR circuit OR1 outputs the final diagnosis result signal D based on the input of the diagnosis result signals d1 to d5 from the diagnosis means C1 to C5. That is, the logical sum circuit OR1 indicates that the final diagnosis result is abnormal when any one of these input signals includes a “1” signal indicating that it is abnormal. 1 "signal is output as the final diagnosis result signal D. If all the input signals are" 0 "signals indicating normality, the" 0 "signal indicating that the final diagnosis results are normal is final A diagnosis result signal D is output.
[0015]
On the other hand, in the final diagnosis means B1 in (b), the majority circuit M1 outputs the final diagnosis result signal D based on the input of the diagnosis result signals d1 to d5 from the diagnosis means C1 to C5. That is, the majority decision circuit M1 has an abnormal final diagnosis result when the number of “1” signals indicating abnormality among these input signals is greater than the value “0” indicating normality. “1” signal indicating that the final diagnosis result signal D is output, and if not, the “0” signal indicating that the final diagnosis result is normal is output as the final diagnosis result signal D. Yes.
[0016]
Next, the operation of FIG. 1 will be described. When the operator in charge of HMI1 performs a predetermined operation to activate HMI1, the diagnostic signal transmitter A1 of HMI1 transmits a diagnostic signal s1 for performing its own diagnosis to all of PLC1 to PLC5.
[0017]
In PLC1 to PLC5, the diagnostic means C1 to C5 input this diagnostic signal s1, independently perform abnormality diagnosis for HMI1, and output diagnostic result signals d1 to d5. Each of the diagnosis result signals d1 to d5 is transmitted to all of the HMI1 to HMI5 via the transmission line L. When the final diagnosis means B1 to B5 are constituted by an OR circuit as shown in FIG. 2A, each final diagnosis means outputs a logical sum of the diagnosis result signals d1 to d5 as described above. Based on the final diagnosis. Further, when the final diagnosis means B1 to B5 are constituted by a majority circuit as shown in FIG. 2B, each final diagnosis means is based on the majority of the diagnosis result signals d1 to d5 as described above. To make a final diagnosis.
[0018]
The above is the operation when diagnosing HMI1, but the same operation is performed for HMI2 to HMI5. For example, when diagnosing HMI2, diagnostic means C1-C5 inputs diagnostic signal s2 from diagnostic signal transmitter A2 of HMI2, and these diagnostic result signals d1-d5 are used as final diagnostic means B1-B5. Enter. Then, the final diagnosis means B1 to B5 perform a final diagnosis for the HMI2 based on the input of the diagnosis result signals d1 to d5.
[0019]
It should be noted that whether the final diagnosis means B1 to B5 is configured as shown in FIG. 2 (a) or 2 (b) is generally a safety-side misdiagnosis (diagnosis that is actually normal but abnormal). ) Is allowed, but the risky misdiagnosis (diagnosis that it is actually abnormal but normal) is not allowed, and the configuration of FIG. 2 (a) is adopted. If importance is placed on efficiency, the configuration of FIG. 2B will be adopted.
[0020]
Comparing the operation of FIG. 1 with the operation of FIG. 3, in FIG. 3, diagnosis is performed on an HMI (for example, HMI1) to be diagnosed by one PLC1 which is a “representative PLC”. In FIG. 1, all of PLC1 to PLC5 perform diagnosis for HMI1. Therefore, in FIG. 3, if a failure occurs in the
[0021]
On the other hand, in the configuration of FIG. 1, since all of the diagnostic means C1 to C5 of PLC1 to PLC5 independently diagnose HMI1, if at least one of PLC1 to PLC5 is operating, Diagnosis can be performed even if no other PLC is operating. And it is extremely rare that all of PLC1 to PLC5 stop operating. Therefore, according to the system according to FIG. 1, it is possible to ensure a state in which an abnormality diagnosis for HMI can be performed substantially at all times.
[0022]
Here, the communication method between HMI1 to HMI5 and PLC1 to PLC5 will be described. In this embodiment, a UDP (User Datagram Protocol) / TCP (Transmission Control Protocol), that is, a packet communication method based on broadcast or multicast is adopted. Assumes that. This is because the data transmitted and received between the HMI1 to HMI5 and the PLC1 to PLC5 are the same, and the communication software can be further simplified by adopting such a communication method.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, all of the plurality of programmable controllers have abnormality diagnosis means, and each of the plurality of human interfaces inputs diagnosis results from all abnormality diagnosis means. Since the final diagnosis is performed based on the input, it is always possible to perform an abnormality diagnosis for the HMI, and the reliability of the entire system can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a plant control system according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams showing a configuration example of the final diagnosis unit B1 in FIG. 1, in which FIG. 2A shows a case where a logical sum circuit OR1 is used, and FIG. 2B shows a case where a majority circuit M1 is used. Show.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional plant control system.
[Explanation of symbols]
HMI1 to HMI5 Human interface A1 to A5 Diagnostic signal transmitters B1 to B5 Final diagnostic means PLC1 to PLC5 Programmable controller C1 to C5 Diagnostic means s1 Diagnostic signals d1 to d5 Diagnostic result signal OR1 OR circuit M1 Majority circuit D Final Diagnostic result signal L Transmission line
Claims (3)
前記複数台のプログラマブル・コントローラは、その全てが前記異常診断を行う異常診断手段を有すると共に、
前記複数台のヒューマン・インターフェースは、それぞれが最終診断手段を備え、これら最終診断手段はそれぞれが前記全てのプログラマブル・コントローラの異常診断手段からの診断結果を入力し、この入力に基づき最終診断を行うものである、
ことを特徴とするプラント制御システム。Multiple programmable controllers and multiple human interfaces are connected on the transmission line, and diagnostic signals are sent from the human interface to be diagnosed to the programmable controller. In the plant control system that performs abnormality diagnosis using signals and returns the diagnosis result to all human interfaces,
The plurality of programmable controllers all have abnormality diagnosis means for performing the abnormality diagnosis,
Each of the plurality of human interfaces includes a final diagnosis unit, and each of these final diagnosis units inputs a diagnosis result from the abnormality diagnosis unit of all the programmable controllers and performs a final diagnosis based on the input. Is,
A plant control system characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載のプラント制御システム。The final diagnosis means of each human interface performs final diagnosis based on the logical sum or majority of the diagnosis results from the diagnosis means of all the programmable controllers.
The plant control system according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1又は2記載のプラント制御システム。Communication performed between the programmable controller and the human interface is packet communication based on broadcast or multicast.
The plant control system according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
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