JP4517342B2

JP4517342B2 - プラント運転支援装置

Info

Publication number: JP4517342B2
Application number: JP2004167327A
Authority: JP
Inventors: 卓哉松野
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-06-04
Filing date: 2004-06-04
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-06-04
Also published as: JP2005346562A

Description

本発明は、アラーム発生や工程の遷移通知等において、習熟運転を必要とするオペレーションを支援し、運転効率を向上させるためのプラント運転支援装置に関する。

プラント運転支援装置に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。

横河電機ホームページ／製品紹介／ソリューションベースソフトウェア／プラント運転効率向上支援パッケージExapilot 製品概要： URL http://www.yokogawa.co.jp/EXASOFT/14_Exapilot/exapilo t_01.htm 横河電機ホームページ／製品紹介／ソリューションベースソフトウェア／OPCインターフェースパッケージExaopc 製品概要： URL http://www.yokogawa.co.jp/EXASOFT/11_ Exaopc/exaopc_01.htm 横河技報 Vol.45 No.1(2001) 59/62 「運転効率向上支援パッケージ忍xapilot Lite煤v

プラント操業におけるオペレーションコスト削減のために、スタートアップ、シャットダウン、ロードチェンジ、グレードチェンジに代表される、オペレータ主体の手動運転の自動化が進んでいる。

例えば、分散型制御装置では、装置のアラーム発生や工程の遷移通知などでオペレータは様々な箇所で登録や設定のオペレーションを手動運転で行う必要がある。しかしながら、手動運転は習熟したオペレータのスキルに依存するところが大きく、運転品質にムラが生じる。このために、習熟したオペレータの運転手順をシステム化したパソコン上で実行できる運転自動化パッケージが、運転効率向上支援ソフトウェアとして提供されている。

非特許文献１には、オペレータ主体で行われている運転領域を、習熟オペレータの運転ノウハウをもって高い運転レベルで標準化・自動化することを可能とするソリューションベースソフトウェア製品として、運転効率向上支援パッケージ「Exapilot」（登録商標）の製品概要が紹介されている。

非特許文献２には、プロセス制御装置のデータを前記運転効率向上支援パッケージ「Exapilot」（登録商標）に渡すインターフェーススサーバ製品として、OPCインターフェースパッケージ「Exaopc」（登録商標）の製品概要が紹介されている。

非特許文献３には、フローチャート形式で記述された運転手順を半自動シーケンスとして動作させることを特徴とする、運転効率向上支援パッケージ”Exapilot Lite”に関する製品紹介がある。

フローチャート形式で記述されるシーケンスの業務構成では、シーケンス全体を記述したメイン工程ユニット、メイン工程ユニットの各工程の内容を記述した工程ユニット、更にこの工程の内容を記述した工程ユニットのように階層的に細部に展開され、処理内容が具体的に定義されている。

図９は、従来のプラント運転支援装置を有する分散型制御装置の機能ブロック図である。制御バス１に対して操作・監視を担当する上位装置２とプラントに分散配置される制御装置３が接続されている。

制御装置３は、Ｉ／Ｏバス４を介してプラント５の複数の装置・機器５１，５２，５３，…５ｎの制御を担当し、制御結果で得られるプロセスデータ（アラーム等のイベント情報を含む）を通信により上位装置２に渡し、上位装置２で操作・監視が行われる。

６は制御バス１に接続されたインターフェースサーバであり、プロセスデータを利用する上位のユーザ（以下、クライアント）側に制御装置３からのプロセスデータを収集して提供する機能を有する。この機能は、非特許文献２で紹介されているOPCインターフェースパッケージ忍xaopc （登録商標）の機能と同一である。

インターフェースサーバ６は、制御装置３から制御バス１を介して受信されるプロセスデータを所定期間リアルタイムに保持するリアルタイムデータベースを備え、必要に応じて演算加工した情報を汎用ネットワーク７等の通信環境を介してクライアント側のパソコン８及び９に供給する。８は本発明の対象となるプラント運転支援パソコン、９は戦略情報提供を行うプラント情報管理パソコンである。

更に、インターフェースサーバ６は、ヒストリカルデータベースを備え、リアルタイムデータベースからの情報を定期的に取り込み、長期のトレンド情報に加工して同じく汎用ネットワーク７等の通信環境を介してプラント情報管理パソコン９に供給する。

プラント運転支援パソコン８において、８１はビルダ機能を有する業務構築手段である。この作業画面上において、前述したように、実行する業務が部品で表示される処理単位を、フローチャート形式で結合したシーケンスを記述する。

８２は表示手段であり、業務構築手段８１の作業画面及び構築されたシーケンスを実行する際に表示される運転画面の表示を行う。８３は実行手段であり、運転画面でオペレータにより確認されたシーケンスを実行する。

８４はマルチウィンドウ機能による運転画面の例である。ウィンドウ８５は、シーケンスの全体表示ウィンドウであり、フローチャート形式で記述されている工程ユニット８５ａ及びロジックチャート形式で記述されている監視ユニット８５ｂよりなる。

ウィンドウ８６は、ロジックチャート形式で記述されている装置・機器の監視ユニット８５ｂの詳細画面であり、温度を監視して所定値を超えると警報メッセージを発生させる。ウィンドウ８７は、シーケンス進行に関するメッセージウィンドウである。

実行手段８３からの制御データは、汎用ネットワーク７を介してインターフェースサーバ６に通知され、更に制御バス１を介して制御装置３に通知されてプラント運転支援パソコン８による所定のシーケンス制御が実行される。

フローチャート形式で記述する工程ユニット８５ａは、異常時対応操作等のプラントへの操作手順を自動化する運転支援を行う目的のものである。一方、プロセス異常、機器故障などの定常的な監視を実行する行うユニットは、ロジックチャート形式で記述した監視ユニットを業務構築手段で別途開発して８５ｂのように運転画面に配置している。

図１０は、従来装置における業務構築の手順を説明するイメージ図である。（Ａ）に示すパレットからオブジェクト化された部品をドローして（Ｂ）に示す運転画面を構築する際には、監視ユニット８５ｂの処理内容は、（Ｃ）に示すロジックチャート形式で別途記述する必要がある。

このように、従来のフローチャート形式で記述された工程ユニット主体のプラント運転支援装置では、監視ユニットを必要とする場合には、構築画面にて上記のように２つのユニットを配置し、運転画面でも独立した２つのユニットによるオペレーションを実行している。

従来のプラント運転支援装置では、次のような問題点がある。
（１）従来のプラント運転支援装置では、オペレータの日常業務の自動化を目指して構築されており、装置・機器の区分を意識していなかった。そのためプロセス変更時（装置・機器の追加や変更）の操作・監視ロジックの保守性、拡張性が不十分であり、装置・機器単位での再利用性も低かった。

（２）プラント運転支援装置以外でも装置・機器毎に操作・監視を実現しているものもあるが、操作・監視ロジックと運転画面を別々に作成するため、作成工数が大きく保守性も低かった。

従って、本発明が解決しようとする課題は、装置・機器毎に操作・監視ロジックが構成され、またロジックと運転画面がほぼ同時に作成でき、運転画面作成を最小限の工数とし、プラント運転におけるオペレータの運転効率向上に貢献できるプラント運転支援装置を実現することにある。

（１）通信バスを介して制御装置とプロセスデータを授受してプラント運転を支援するプラント運転支援装置において、
夫々がオブジェクトの集合体で階層的に定義された複数の装置・機器ユニットコントロールの最上位を示す標準コントロールアイコンを運転画面に表示する表示手段と、
表示された前記複数の装置・機器ユニットコントロールの実行を、シーケンスプログラムに従って順次起動する実行手段と、
を備え、
前記標準コントロールアイコンは、当該装置・機器ユニットコントロールの異常時に異常状態を示すアイコンをポップアップ表示することを特徴とするプラント運転支援装置。

（２）前記装置・機器ユニットコントロールは、当該装置・機器に関するシーケンス処理を定義した工程ユニットと、当該装置・機器に関するロジック処理を定義した監視ユニットを有することを特徴とする（１）に記載のプラント運転支援装置。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）従来装置では、プロセスの流れに沿って条件判定や処理を実行していたが、本発明装置では、装置・機器単位にまとめることにより、装置・機器に指令するという処理に変わる。指令を受けた装置・機器ユニットはその指令に従い処理を実行する。従って、装置・機器毎に処理を定義するため、設計／構築しやすく、また他人が見ても内容を理解しやすくなる。

（２）アプリケーション全体の構成が分かりやすく、プロセス変更に対して柔軟な対応ができ、保守性に優れている。即ち、装置・機器単位に処理が分割されているため、プラント構成の変更に対する保守性が飛躍的に向上する。保守性を考慮すると、装置・機器の数が多い大規模なプラントでその効果が高い。

（３）複数の画面で実行していたものを１つのコントロールの機能にまとめることができるので、業務構築時のデバッグ作業が軽減され、運転時にはオペレータの作業負荷を減らすことができる。

（４）運転画面が装置・機器毎に表示される装置・機器ユニットコントロールに色，マークを付加することで視認性に優れていると共に、操作・監視処理を装置・機器コントロール内に集約することでプラント情報が一元管理でき、オペレータの負荷低減につながる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したプラント運転支援装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図９で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、１００は本発明が適用されたプラント運転支援パソコンであり、従来装置のプラント運転支援パソコン８と同様に汎用ネットワーク７を介してインターフェースサーバ６と通信してプロセスデータを授受する。

１０１は業務構築手段、１０２は表示手段、１０３は実行手段であり、これら手段は従来のプラント運転支援パソコン８における業務構築手段８１、表示手段８２、実行手段８３と基本的には同様な機能を有する。

本発明の特徴は、装置・機器単位の機能にまとめた装置・機器ユニットコントロールの実行を、シーケンスに従って起動指令する形態とした点にある。

１０４は、表示手段１０２により表示された運転画面例であり、複数の装置・機器ユニットコントロール１０５の最上位を示す標準コントロールアイコンと、進行状態を表すメッセージ表示よりなる。標準コントロールには、そのユニットコントロール内の異常や故障が、視認しやすい色や形状のアイコンがポップアップ表示され、オペレータに対して注意を喚起する。

オペレータは、最上位のアイコンで表示されている装置・機器ユニットコントロールをクリックすることで、拡張コントロールを画面に展開でき、更に拡張コントロール内のオブジェクトを階層的に下位展開することができる。
さらに拡張コントロールは、最新のデータやメッセージを表示したり、他のアプリケーションを起動する機能を持ち、オペレータは詳細な運転状況を知ることができる。

図２は、装置・機器ユニットコントロール１０５を業務構築手段１０１の機能により生成する手順を説明する模式図である。まずステップＳ１で、オブジェクト化された部品を保持するオブジェクトパレット（Ａ）より装置・機器ユニットの最上位を示す標準コントロールアイコン１０５をドラッグ＆ドロップで定義する。

ステップＳ２の展開指令で、この標準コントロールアイコン１０５を（Ｃ）に示すように画面展開して構築画面を開く。ロジック構築を行う装置・機器に対して表示したい情報を選択し、そのオブジェクトをマウス操作（ドラッグ＆ドロップ）により構築画面に配置する。展開配置される標準コントロールアイコン１０５の内容は、複数のオブジェクトの集合体となる。

オブジェクトの種類は、指令，モード，ステータス，サブステータス，メインデータ等の情報オブジェクト、ステータス状態遷移，実行中サブステータス遷移等の遷移オブジェクト、蒸留搭等の装置・機器の操作シーケンス（工程ユニット）、装置・機器の温度異常や機器異常を監視する監視ユニット等である。

ステップＳ３では、展開配置されたオブジェクト群に対してオブジェクトパレット（Ａ）の機能を用いて夫々の機能やパラメータを定義する。

定義されたオブジェクト群よりなる装置・機器ユニットは、指令オブジェクトに、他ユニットからの指令を受けるとユニット内のステータスを変更して起動し、ユニット内のオブジェクトに対してあらかじめ定義された処理を実行する。

ステップＳ４は、工程ユニットの展開指令であり、この工程ユニットのシーケンス処理がフローチャート形式で（Ｄ）にように表示される。ステップＳ５は、監視ユニットの展開指令であり、この監視ユニットのロジック処理がロジックチャート形式で（Ｅ）にように表示される。

このように、本発明によれば装置・機器ユニット毎にこれを形成しているオブジェクト群を定義していくだけでその装置・機器ユニットのシーケンス操作と監視ロジックを簡単にひとまとめとして一体に生成することができる。

次に、図３により本発明を適用した運転画面１０４の操作例を説明する。図３（Ａ）は標準コントロールの表示画面、（Ｂ）は表示情報を多く持つ拡張コントロールの表示画面である。運転操作時は、装置・機器１つに対してコントロール1部品として表示され、状況の表示、データ表示、画面展開などをこのコントロールよりすべて行うことができる。

標準コントロールの表示画面（Ａ）では、表示色によってステータス表示を行う、アラームやエラー等の状態変化をアイコンのポップアップで表示する、右クリックでメニューを表示させる、等の画面展開や機能を実行して更に下位情報を展開表示させることができる。

拡張コントロールの表示画面（Ｂ）では、最新のデータの表示、最新メッセージの表示、メッセージリストの表示機能によるアラームリスト表示の他、ヘルプ機能を介したハイパーリンク機能によるユーザアプリケーションの起動等を行うことができる。

次に、図４乃至図７により、本発明装置と従来装置とのコンセプトの差異について説明する。図４は、従来装置と本発明装置において共通する、操作対象である装置・機器の概念図である。装置は操作対象である機器よりなり、機器は計装操作対象である計装機器よりなる。

図５は、プロセスの流れに沿って条件判定や処理を実行する、従来のフローチャート形式のシーケンスのコンセプトによるプログラム構成例であり、条件判定を含めて計装機器操作を時系列的に結合することで構成される。このとき、計装機器の上位概念である機器や装置はプログラム上は考慮されていない。

図６は、本発明の装置・機器ユニットの形式で記述した運転操作手順によるプログラム構成例であり、オブジェクトとして個別に定義された装置・機器ユニット１乃至ｎに対して操作順に装置操作１乃至装置操作ｎより起動指令を与えて装置・機器ユニット単位で順次処理を完結する。

図７タンク内液の移送シーケンスの説明図である。
図７で、（Ａ）は本発明による処理手順、（Ｂ）は従来装置による処理手順、（Ｃ）は移送プロセスの説明図である。
（Ｃ）はタンクＡの液体をバルブＡ，バルブＢを介してタンクＢに移送するプロセスを示す。
（Ａ）に示す本発明による処理手順では、タンクＢを表す装置・機器ユニットに処理指令を出し、その処理終了（受け入れ準備ＯＫ）を受けてタンクＡを表す装置・機器ユニットに処理指令を出し移送完了でシーケンスを終了する。

これに対して（Ｂ）に示す従来装置による処理手順では、各タンクのレベル判定、各バルブ操作、タイマー操作等を時系列的に実行して移送シーケンスを完了する。即ちプログラムはプロセスの流れに沿って最初から最後まで連続しており、装置・機器単位で分散、独立して管理する概念がない。

図８は、本発明のプラント運転支援装置の機能を実現するためのプログラム構成図である。（Ａ）は、業務全体を表した構成であり、工程ユニット及び監視ユニットに加えて装置・機器ユニットのプログラムが追加される。

図８（Ｂ）は、業務フローを構築するためのプログラム構成を展開したものであり、従来装置でも使用される共通のプログラムに、装置・機器ユニット及び装置・機器用オブジェクトの定義プログラムが追加される。

このようなプログラム構成を持てば、従来装置で使用されたフローチャート形式、ロジックチャート形式で記述された運転操作手順によるプラント運転支援も可能である。大規模なプラントでは本発明の装置・機器ユニットによる方式を採用する等の使い分けが可能であり、両者を同居させることもできる。

本発明では、装置・機器の特性に合わせてユニットを構成できるため、装置・機器ユニットの処理をモジュール化し、再利用することができる。モジュール化により、理解の容易性や保守性が向上し、作成する工数を削減するこができる。

又、装置・機器ユニットをＡｃｔｉｖｅＸコントロールとして作成することにより、多くのコンテナ上で操作・監視が可能になる。ユーザが自由に構築したＶＢアプリケーション画面上に貼り付けて操作を行う等、広範囲に適用できる。

更には、ハイパーリンク機能により、装置・機器のパフォーマンス指標やメンテナンス履歴も装置・機器コントロールからの展開で表示可能となる。

本発明を適用したプラント運転支援装置を有する分散型制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。装置・機器ユニットコントロールを業務構築手段の機能により生成する手順を説明する模式図である。本発明を適用した運転画面の操作説明図である。従来装置と本発明装置において共通する操作対象である装置・機器の概念図である。従来の、プロセスの流れに沿って処理を実行する、フローチャート形式のコンセプトによるプログラム構成例である。本発明の、装置・機器ユニット形式のコンセプトによるプログラム構成例である。タンク内液の移送シーケンスにおける、従来プログラムと本発明プログラムの比較説明図である。本発明のプラント運転支援装置の機能を実現するためのプログラム構成図である。従来のプラント運転支援装置を有する分散型制御装置の機能ブロック図である。従来装置における監視業務構築の手順を説明するイメージ図である。

符号の説明

１制御バス
２上位装置
３制御装置
４Ｉ／Ｏバス
５プラント
５１，５２，５３，…５ｎ装置・機器
６インターフェースサーバ
７汎用ネットワーク
９プラント情報管理パソコン
１００プラント運転支援パソコン
１０１業務構築手段
１０２表示手段
１０３実行手段
１０４運転画面
１０５装置・機器ユニットコントロール
１０６メッセージ

Claims

通信バスを介して制御装置とプロセスデータを授受してプラント運転を支援するプラント運転支援装置において、
夫々がオブジェクトの集合体で階層的に定義された複数の装置・機器ユニットコントロールの最上位を示す標準コントロールアイコンを運転画面に表示する表示手段と、
表示された前記複数の装置・機器ユニットコントロールの実行を、シーケンスプログラムに従って順次起動する実行手段と、
を備え、
前記標準コントロールアイコンは、当該装置・機器ユニットコントロールの異常時に異常状態を示すアイコンをポップアップ表示することを特徴とするプラント運転支援装置。
前記装置・機器ユニットコントロールは、当該装置・機器に関するシーケンス処理を定義した工程ユニットと、当該装置・機器に関するロジック処理を定義した監視ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載のプラント運転支援装置。