JP4196396B2 - Ｄｃｓエンジニアリング支援システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対象プラントの分散型総合計装制御システム（Distributed Control System、以下、ＤＣＳと言う）を構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムに関し、更に詳細には、第１には、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な、対象プラントのプラント階層を定義し、構築する際、少ない時間と労力で効率的にプラント階層を定義し、構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムに関するものであり、第２には、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を表示する表示装置を備えたＤＣＳエンジニアリング支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化学工場、石油化学工場、石油精製工場、半導体装置製造工場等では、プラントが、益々、多様化し、大規模化し、複雑化している。
その結果、プラントを運転するオペレータにとって、プラントの運転、即ちプラントを構成する多数の機器、操作弁、制御器等の操作及びそれらに係わるプロセス条件設定が、極めて難しくなっている。
そこで、オペレータに代わって、プラント全体を総合的にかつ横断的に監視し、制御しつつ、多数の機器、操作弁、制御器等の動作を自動的に監視し、制御し、操作するＤＣＳが、多用されている。
【０００３】
ところで、ＤＣＳは、極めて多数の制御器、操作弁及び計器を制御システム内に備え、それらの多数の制御器、操作弁及び計器の動作を、常時、監視し、制御するシステムであるから、ＤＣＳを設計する際、エンジニアが手作業でＤＣＳを設計していたのでは、膨大な人手と時間を要し、場合によっては設計ミスも生じる。そこで、ＤＣＳの設計に当たっては、エンジニアのエンジニアリングを支援するために、コンピュータで構成されたＤＣＳエンジニアリング支援システムが使用されている。
優れた機能を発揮するＤＣＳを構築するためには、多数の制御器、操作弁及び計器の動作を、常時、監視し、制御する、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計が最も重要であって、万一、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計が満足できるものでないと、ＤＣＳが、意図した通りには、良好に機能しないという結果になる。
【０００４】
プラントは、多数の機器、操作弁、制御器等を備えた各種の装置、或いは設備の集合体である一方、ＤＣＳは各種の装置、設備に属する機器、操作弁、制御器の動作を横断的に監視し、制御するシステムであるから、ＤＣＳエンジニアリング支援システムを使って、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門を設計する際には、装置及び設備の集合体であるプラントを解析し、機器、操作弁、制御器のレベルまで、プラントを分解する必要がある。
そこで、ＤＣＳエンジニアリング支援システムを使って、ＤＣＳを構築する際には、通常、集合体であるプラントを、装置又は設備に区分し、更には装置又は設備を更に下位のカテゴリに区分して、集合体であるプラントを上位カテゴリから下位カテゴリに階層化したプラント階層を定義し、構築している。
【０００５】
ここで、図５を参照して、プラント階層を説明する。図５はプラント階層の一例を示すブロック図である。
プラント階層とは、ＩＳＡ（Instrument Society of America ）ＳＰ８８で示される企業モデルの階層構造に対応させて、プラントを構成する構成要素を階層化した階層構造である。
プラント階層は、標準的にいって、図５に示すように、階層順に、上位から下位に向かって、サイト（Site）、エリア（Area）、プロセス・セル（Process Cell）、ユニット（Unit）、機器モジュール（Equipment Module）、制御モジュール（Control Module）、及び要素（Element ）の階層で構成される。
【０００６】
ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計では、プラント階層は、プラントを階層化して、最適な制御、監視機構を形成する上で必要である。
例えば、操作監視のセキュリティをオペレータ毎に確立する上では、プラントを上位カテゴリから順次下位カテゴリに区分して、或る順位以下のカテゴリにセキュリティを掛けて特定のアクションを規制する。また、アラーム等のメッセージのグルーピングを行う上では、或る順位以下のカテゴリのアラームをグルーピングして、アラームの緊急度を区分する。また、バッチ運転のプラントでは、バッチ運転時の設備の切り換えの際、切り換える設備のグルーピングにも利用することがある。
【０００７】
つまり、ＤＣＳは、プラントで発生した種々、様々なメッセージ、例えばプロセスの異常アラームをプラント階層の上位／下位関係によって分類（グルーピング）し、管理する。
また、ＤＣＳは、プラント階層を使って、プラントの操作・監視上でプラントの運転に従事するオペレータの許容範囲を制限する、つまりセキュリティを確立することができる。
【０００８】
プラント階層で言うサイトとは、プラントを地域的に区分する際の最も上位のカテゴリであって、工場全体を意味することもあり、また、プラントを地域的に区画した際の大区分を意味することもある。例えばプラントが石油精製工場の場合、プラントは、精製装置群を集結させたオンサイトと、精製装置群に供給する原油を貯蔵する原油タンク群、精製装置群で精製された製品油を貯蔵する製品タンク群、精製装置群にスチーム、水、電力等のユーティリテイを供給するユーティリテイ設備等を配置したオフサイトとから構成されている。サイトは、一つ以上のエリアで構成される。
エリアとは、サイトの次の下位カテゴリ、つまりサイトを更に地域的に区画した呼称であって、一つの制御ステーションで制御できる区域を言う。例えばオンサイトは、′Ａ′エリア、′Ｂ′エリア等から構成され、一方、エリアは一つ以上のプロセス・セルで構成される。
プロセス・セルとは、一つの生産ライン、一つのプロセス装置を意味し、例えば石油精製工場では常圧蒸留装置を言い、ユニットで構成される。ユニットとは、プロセス・セルを構成する単位であって、プロセス・セルが常圧蒸留装置のときには、例えば常圧蒸留塔、加熱炉、熱交換器、ポンプ等を言う。反応装置であれば、反応釜を言う。ユニットは、一つ以上の機器モジュールで構成される。機器モジュールとは、例えば配管のバルブ、計器等の最も細分化された構成要素を言う。
【０００９】
また、プラントを構成する一つの設備は、制御的には、図６に示すように、デフォルト設備とカスタム設備とに大別される。図６はプラントを構成する設備を説明するブロック図である。
デフォルト設備は、ＤＣＳが動作するために必要な設備であって、ＤＣＳの仕様に基づいて一意的に決まる設備である。カスタム設備は、プラント特有の設備であり、プラントに特有する制御・監視の手法に依存して、つまりユーザの所望に応じて必要になる設備であって、例えば制御ドローイングを跨がった或る纏まった単位である。
図６に示すステーションとは、プラント階層がエリアである、制御ステーション、即ちエリア毎に設けられる制御ステーションであって、ＤＣＳの仕様に基づいてタグの構成が決まると、構成が一意的に決定されるデフォルト設備である。なお、タグとは、機器に付する付票であって、実質的にはタグナンバーを意味する。ドローイングとは、制御ループが纏まった制御ドローイングであって、そのプラント階層はプラント・セルである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のように、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門を設計するためには、ＤＣＳの制御及び操作監視下に置く対象プラントのプラント階層を構築し、各階層を定義することが必要である。
しかし、プラント階層を構築し、各階層を定義する際、ＤＣＳ設計を支援する従来のエンジニアリング・システムには、以下の問題があった。
第１には、プラント階層を構築するに当たり、その都度、対象プラントを構成する全ての設備と設備同士の上下関係を定義し、全てのタグについて、そのタグが所属する設備を指定する必要があった。タグは、通常、３０００〜１００００個位ある。
従って、従来のＤＣＳエンジニアリング支援システムを使って、プラントの制御機能及び操作監視機能を構築しようとすると、膨大な時間と労力を要するという問題があった。
【００１１】
第２には、各設備を登録するビルダと、タグの上位設備名を指定するビルダとが相互に独立しており、プロジェクト全体、つまりＤＣＳの構築プロジェクト全体で、プラント階層を視覚的に階層表示する機能がなかった。つまり、表形式上で、上下関係が明示されておらず、一目で判らなかった。また、一つの設備やタグを指定して、そのプラント階層上での上下関係を知る機能がなかった。
ここで、各設備を登録するビルダの各設備とは、制御ステーション、制御ドローイング、ユニット、プロジェクトデータベースを意味し、また、ビルダとは、プラント階層・データベースを作るツールを意味し、登録するとは、プラント階層データベースに登録することを意味する。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、以上の問題を解決して、第１には、出来るだけ少ない時間と労力のエンジニアリングにより、対象プラントのプラント階層を効率的に構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムを提供することであり、第２には、プロジェクト全体でタグを含めてプラント階層を表示するようにしたＤＣＳエンジニアリング支援システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るＤＣＳエンジニアリング支援システム（以下、第１の発明と言う）は、対象プラントのＤＣＳを構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムであって、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を構築し、各階層を定義するサブシステムとして、
プラント階層を構成する設備のうち、ＤＣＳが動作するために必要な設備を自動的に登録する手段と、
プラント特有の設備を登録する手段と
を備えていることを特徴としている。
【００１４】
本発明では、「プラント階層を構成する設備」とは、プラントをＩＳＡ ＳＰ８８で規定している階層モデルにマッピングしたときの構成要素であって、具体的には、前述したサイト、エリア、セル、ユニット、及び機器モジュールの階層毎の設備、機器を言う。
「ＤＣＳが動作するために必要な設備」とは、デフォルト設備であって、制御ステーション、制御ドローイング、ユニット計器等を言う。
「プラント特有の設備」とは、エンジニアリングに依存するカスタム設備であって、プラント階層をどのように利用するのかによって決まる設備、或いはユーザの所望によって設ける設備なので、必ずあるとは限らない。更に言えば、ＤＣＳエンジニアリング支援システムのエンジニアリング機能がグルーピングしている以外のグルーピング、例えば複数の制御ドローイングを一つの設備に捉えて、セキュリティをかけたり、メッセージをフィルタリングすることもある。
【００１５】
従来は、プラント階層を構築するためには、エンジニアリング上で出現する全ての設備、タグを登録し、その上下関係を入力することが必要であったが、本発明では、プラント特有の設備、即ちユーザ特有の定義のみを入力すればよいので、入力作業を著しく簡略し、ＤＣＳのエンジニアリングの生産性を向上させることができる。
【００１６】
実用的には、サブシステムが、入力装置と、エンジニアリング・システムと、プラント階層データベース・ファイルとを備え、
エンジニアリング・システムが、ＤＣＳが動作するために必要な設備を自動的に登録する手段として、ＤＣＳ基本要素を作成するＤＣＳ基本要素作成手段と、デフォルト設備のプラント階層を作成するデフォルト設備作成手段とを有し、プラント特有の設備を登録する手段として、カスタム設備のプラント階層を作成するカスタム設備作成手段を有し、作成したプラント階層のデータをプラント階層データベース・ファイルに記憶させる。
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明に係るＤＣＳエンジニアリング支援システム（以下、第２の発明と言う）は、対象プラントのＤＣＳを構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムであって、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を表示する装置として、
プラント階層のデータベースとタグのデータベースからプラント階層を表示するためのデータを作成する手段と、
作成したデータをプラント階層の表示画面に階層表示する手段と、
特定の設備を検索する手段と
を有するプラント階層表示装置を備えていることを特徴としている。
【００１８】
本発明で、「プラント階層のデータベース」とは、設備名、形式、コメント、上位設備名等のプラント階層を表示するためのデータを記憶しているデータベースである。また、「タグのデータベース」とは、タグに関する全てのデータを記憶しているデータベースである。「作成したデータをプラント階層の表示画面に階層表示する手段」とは、作成したデータを表示画面にプラント階層に従って表示する手段を意味する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照して、実施形態例に基づいて本発明をより詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、第１の発明に係るＤＣＳエンジニアリング支援システムの実施形態の一例であって、図１は本実施形態例のＤＣＳエンジニアリング支援システムの要部の構成を示すブロック図、及び図２はプラント階層データベース・ファイルの構成を示すブロック図である。
本実施形態例のＤＣＳエンジニアリング支援システムは、システムの要部、即ちＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を定義するサブシステム１０として、図１に示すように、入力装置１２と、エンジニアリング・システム１４と、プラント階層データベース・ファイル１６とを備えている。
【００２０】
エンジニアリング・システム１４は、入力装置１２から入力されたデータを監視して、プラントを制御・監視するために必要なデータベースを作成するシステムであって、ＤＣＳ基本要素作成手段１８、デフォルト設備作成手段２０、及びカスタム設備作成手段２２を備えており、コンピュータの既知の構成の中央演算装置によって構成されている。
入力装置１２は、キーボードやマウスなどの通常の入力手段を備え、ＤＣＳの構築に従事するエンジニアよって入力された設計データをエンジニアリング・システム１４のＤＣＳ基本要素作成手段１８及びカスタム設備作成手段２２に出力する。
【００２１】
プラント階層データベース・ファイル１６は、図２に示すようなプラント階層を登録したデータベースである。尚、図２は、デフォルト設備と、ユーザ定義設備とを論理的に分離して示している。
ＤＣＳ基本要素作成手段１８は、入力装置１２から入力された設計データに基づいてＤＣＳを構成するステーション、タグなどの基本要素を作成する手段である。また、ＤＣＳ基本要素作成手段１８は、プラント階層を構成するデフォルト設備に相当する基本要素を作成する際には、必要なデータをデフォルト設備作成手段２０に出力する。
デフォルト設備作成手段２０は、指定されたＤＣＳ基本要素をデフォルト設備としてプラント階層データベース・ファイル１６に登録する。
構築したＤＣＳの操作監視システムは、プラント階層データベース・ファイル１６に基づいて動作する。
カスタム設備作成手段２２は、入力装置１２から入力されたプラントに特有の設備情報、つまりユーザ所望の設備情報を、カスタム設備として、プラント階層データベース・ファイル１６に登録する。
【００２２】
更に説明すると、エンジニアリング・システムは、プラントを制御・監視するために必要なプラント階層データベースを作成するツールであって、マウス、キーボード等の入力装置から入力されたデータを監視する。そして、作製されたＤＣＳシステムは、データベースに記憶されているデータに基づいて動作する。仮に、プログラミングにより制御するようなシステムでは、ＤＣＳシステムの構築に多大な労力と時間を要する。
ＤＣＳを構成する基本要素には、制御ステーション、タグ以外に、例えば制御ドローイングがある。また、バッチ式プラントでは、ユニット計器がある。
また、指定されたＤＣＳ基本要素とは、デフォルト設備に相当する基本要素、例えば制御ステーション、制御ドローイング、ユニット計器等を言う。
【００２３】
以上の構成のＤＣＳエンジニアリング支援システムを使うことによって、プラント階層を構築する際、従来のように１から、つまり白紙の状態から作らなくて済むので、時間と手間を要することなく、プラント階層を構築し、各階層を定義することができる。
大抵の場合、デフォルト設備のグルーピングを基に、更にグルーピングし、新たにユーザ定義設備であるカスタム設備を追加し、その上下関係を定義するのみで、プラント階層を構築することができる。
【００２４】
また、プラント階層の構築、各階層の定義が用意になるので、プラントから発生したメッセージのフィルタリングや、操作監視のセキュリティを木目細かくエンジニアリングできるようになる。
メッセージのフィルタリングとは、メッセージ、例えばアラームをフィルタリングして、或る特定の設備より上下関係の低い、例えばプロセス・セルから出るアラームのみを抽出することを言う。
操作監視のセキュリティとは、オペレータにある特定の設備以下のタグのみしか操作できないようにすることを言う。
ＤＣＳで決定した制御ステーションや制御ドローイングのグルーピングが粗すぎる場合があっても、例えば、１００００個のタグのうち、複数の制御ステーションに点在する数１０点のタグをある設備に割り付けておき、それに対して操作、監視できるようにすることができるので、プラントから発生したメッセージのフィルタリングや、操作監視のセキュリティを木目細かくエンジニアリングできる。
【００２５】
実施形態例２
本実施形態例は、第２の発明に係るＤＣＳエンジニアリング支援システムの実施形態の一例であって、図３は本実施形態例のＤＣＳエンジニアリング支援システムの要部の構成を示すブロック図、及び図４はプラント階層表示装置に表示したプラント階層ビューワの表示例である。
本実施形態例のＤＣＳエンジニアリング支援システムは、システムの要部、即ちプラント階層表示装置３０として、図３に示すように、入力装置３２と、プラント階層表示装置本体３４と、プラント階層ビューワとして設けられたＣＲＴ表示装置３６と、対象プラントを構成する設備の階層情報を登録したプラント階層データベース・ファイル３８と、対象プラントの構成要素に付されたタグとその上位設備を登録したタグデータベース・ファイル４０とを備えている。
【００２６】
入力装置３２は、キーボードやマウスなどの通常の入力手段を備え、ＤＣＳの構築に従事するエンジニアよって、ＣＲＴ表示装置３６に表示したい設備名、検索条件データが入力される。
プラント階層表示装置本体３４は、コンピュータの既知の構成の中央演算装置によって構成され、階層表示手段４２、設備検索手段４４、及びプラント階層表示データ作成手段４６を備えている。
プラント階層表示データ作成手段４６は、プラント階層データベース・ファイル３８とタグデータベース・ファイル４０から設備名、コメント、形式、上位設備名を読み出して、プラント階層表示データを作成し、メモリ装置に記憶させる。
階層表示手段４２は、プラント階層表示データのうち入力装置１２から入力されたれた設備のプラント階層のデータをＣＲＴ表示装置３６に表示する。
設備検索手段４４は、入力装置１２から入力された設備のプラント階層のデータをプラント階層表示データから検索し、階層表示手段４２に設備のプラント階層の表示指令を出力し、ＣＲＴ表示装置３６に表示させる。
設備のプラント階層のデータは、図４に示すように、ＣＲＴ表示装置３６の表示画面上に表示される。
【００２７】
ここで、表示したい設備名とは、例えば制御ステーション、ユニット計器を言う。検索条件データとは、設備名、形式を言う。設備のプラント階層とは、設備に割り当てられたプラント階層の形式、つまりサイト、エリア、プロセス・セル等を言う。また、プラント階層表示データとは、ＣＲＴ表示装置３６に表示するデータを言う。
ＣＲＴ表示装置３６は、プラント階層ビューワであって、例えば図４に示すように、表示画面にプラント階層を表示する。
【００２８】
プラント階層の応用例として、プラント階層毎のセキュリティの確立がある。例えば、以下のようなプラント階層をユーザが作ったとする。この例では、ユーザが作った設備はＭＹＤＲＷである。

ＭＹＤＲＷの設備で、例えば、ある人にはＲｅａｄを許容するが、Ｗｒｉｔｅを許容しない等のセキュリティを掛けたいとする。その場合、以下のような定義をセキュリティ・ビルダで入力する。
ユーザ名 設備名 Ｒｅａｄ Ｗｒｉｔｅ
ＣＨＩＥＦ ＳＴＮ００１ ＯＫ ＯＫ
ＵＳＥＲ１ ＤＲＷ００１ ＯＫ ＯＫ
ＵＳＥＲ１ ＭＹＤＲＷ ＯＫ ＮＧ
【００２９】
【発明の効果】
第１の発明によれば、プラント階層を構築し、各階層を定義するサブシステムとして、プラント階層を構成する設備のうち、ＤＣＳが動作するために必要な設備を自動的に登録する手段と、プラント特有の設備を登録する手段とを備えることにより、以下の効果がある。
（１）プラント階層のエンジニアリングが簡単になる。
（２）その結果、プラントから発生したメッセージのフィルタリングや、操作監視のセキュリティを木目細かくエンジニアリングできるようになる。
第２の発明によれば、プラント階層を表示する装置として、プラント階層のデータベースとタグのデータベースからプラント階層を表示するためのデータを作成する手段と、作成したデータをプラント階層の表示画面に階層表示する手段と、特定の設備を検索する手段とを有するプラント階層表示装置を備えることにより、以下の効果がある。
（１）タグを含めたプラント階層を視覚的に階層表示できるため、エンジニアリング状況が簡単に把握でき、結果的にエンジニアリング効率が向上する。
（２）セキュリティビルダやグラフィックビルダなどで設備名の入力支援になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１のＤＣＳエンジニアリング支援システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図２】プラント階層データベース・ファイルの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態例２のＤＣＳエンジニアリング支援システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図４】プラント階層表示装置に表示したプラント階層ビューワの表示例である。
【図５】プラント階層の一例を示すブロック図である。
【図６】プラントを構成する設備を説明するブロック図である。
【符号の説明】
１０ 実施形態例１のＤＣＳエンジニアリング支援システムの要部
１２ 入力装置
１４ エンジニアリング・システム
１６ プラント階層データベース・ファイル
１８ ＤＣＳ基本要素作成手段
２０ デフォルト設備作成手段
２２ カスタム設備作成手段
３０ 実施形態例のＤＣＳエンジニアリング支援システムに設けたプラント階層表示装置
３２ 入力装置
３４ プラント階層表示装置本体
３６ ＣＲＴ表示装置
３８ プラント階層データベース・ファイル
４０ タグデータベース・ファイル
４２ 階層表示手段
４４ 設備検索手段
４６ プラント階層表示データ作成手段

Claims (2)

1. 対象プラントのＤＣＳを構築するＤＣＳエンジニアリング支援システムであって、ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を構築し、各階層を定義するサブシステムとして、
   入力装置と、
   該入力装置から入力されたＤＣＳの設計データから、ＤＣＳが動作するために必要な設備を抽出してＤＣＳ基本要素を作成するＤＣＳ基本要素作成手段と、
   前記ＤＣＳ基本要素の各関係を定義してプラント階層を作成するデフォルト設備作成手段と、
   前記入力装置から対象プラントに特有の設備のプラント階層を作成するカスタム設備作成手段と、
   前記デフォルト設備作成手段及び前記カスタム設備作成手段で作成したプラント階層のデータを記憶するプラント階層データベース・ファイルと、
   を備えていることを特徴とするＤＣＳエンジニアリング支援システム。
2. ＤＣＳの制御機能及び操作監視機能部門の設計に必要な対象プラントのプラント階層を表示する装置として、
   前記プラント階層データベース・ファイルとタグデータベース・ファイルをマージしてプラント階層を表示するためのプラント階層表示データを作成するプラント階層表示データ作成手段と、
   前記プラント階層表示データをプラント階層の表示画面に階層表示する階層表示手段と、
   入力装置から入力された特定の設備を検索する設備検索手段と
   を有するプラント階層表示装置を備え、
   前記階層表示手段は、前記プラント階層表示データのうち、前記入力装置から入力された設備のプラント階層のデータを階層表示することを特徴とする請求項１記載のＤＣＳエンジニアリング支援システム。

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