JP4671131B2

JP4671131B2 - 安全計装システム

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Publication number: JP4671131B2
Application number: JP2006217653A
Authority: JP
Inventors: 威村上
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-08-10
Also published as: JP2008040998A; EP1887447B1; CN101122797A; US8024053B2; EP1887447A3; US20080082184A1; EP1887447A2; CN100520654C

Description

本発明は、プラント制御システムと接続された安全計装システムに関し、とくに統合的な環境の構築を図ることができる安全計装システムに関する。

プラントの安全確保を目的とする安全計装システムが知られている。安全計装システムは、プラントのフィールド機器を制御するプラント制御システムとは独立した別個のシステムとして設けられることで、安全確保のための確実な動作を図ることができる。

一方、操作性の向上等を図るために、プラント制御システムと安全計装システムを統合する技術も開発されている。これらのシステムを統合するために、両システムを共通の通信回線で接続し、システム間での通信を可能としている。図４はこのような統合システムの構成を示しており、安全計装システム１１０および分散制御システム１２０が、通信回線３０を介して接続されている。安全計装システム１１０には、プラントの安全を図るための処理を実行する安全制御ステーション１０１が設けられ、安全制御ステーション１０１には、入出力装置３を介してバルブ４等が接続されている。また、分散制御システム１２０には、フィールド機器を制御するフィールドコントローラ６およびプラント全体を監視するための監視ステーション１０７が設けられる。

安全計装システムと制御システムの統合構成を示したものとして、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特開２００６−１６４１４３号公報

図４に示すように、分散制御システム１２０と安全計装システム１１０が互いに接続されている場合、安全計装システム１１０の機器を分散制御システム１２０の監視ステーション１０７から操作することも可能となる。例えば、本来はフィールド機器を制御するためのフィールドコントローラ６を、安全計装システムの機器の操作に割り当てることが考えられる。このような方法では、安全計装システム１１０の安全制御ステーション１０１で取り扱われるバルブ４などのデータを、フィールドコントローラ６で取り扱うデータに対応づけるとともに、安全制御ステーション１０１とフィールドコントローラ６間での通信機能を付加することにより、フィールド機器に対する操作と同様の方法によって、安全計装システム１１０のバルブ４などの機器を監視ステーション１０７から操作することが可能となる。

しかし、安全制御ステーション１０１およびフィールドコントローラ６でのデータの対応付けには煩雑な作業を必要とし、エンジニアリングの負担となる。また、安全計装システムの機器に対する操作や監視の内容が、フィールドコントローラ６本来の機能により限定されてしまい、例えば、操作内容が機器状態に正しく反映されているか否かを確認することができない。また、安全計装システム１１０に要求されるべき動作の確実性、安全性を確保する仕組みを構築することも困難である。

本発明の目的は、エンジニアリングの負担を抑制しつつ、安全計装システムの側の機器を、プラント制御システムを介して操作可能な安全計装システムを提供することにある。

本発明の安全計装システムは、プラント制御システムと第１の通信回線を介して接続された安全計装システムにおいて、前記安全計装システムの機器に前記第１の通信回線以外の第２の通信回線を介して接続され、前記第２の通信回線を介して前記安全計装システムの前記機器を制御する安全制御装置を備え、前記安全制御装置は、前記プラント制御システムのフィールド機器に対する操作の指示を受け付ける指示受付部からの第１の通信回線を介する、前記安全計装システムの前記機器に対する操作の指示を受け付ける受付手段と、前記受付手段で受け付けられた前記操作の指示のデータ形式を、前記プラント制御システムのデータ形式から前記安全計装システムのデータ形式に変換することで、前記受付手段で受け付けられた指示を、前記安全計装システムの機器に対する操作の指示として使用可能とする指示変換手段と、前記指示変換手段により得られた当該操作の指示および前記安全計装システム本来の指示を受けてそれらの操作を実行するとともに、前記両者の指示が競合する場合には、当該安全計装システム本来の指示を優先して操作を実行するように、前記第２の通信回線を介して前記安全計装システムの前記機器を制御する操作実行手段と、を具備することを特徴とする。

前記受付手段による操作の指示の受付に際して、ユーザ認証を行う認証手段を備えてもよい。

プラント制御システムのフィールド機器の状態を、前記プラント制御システムにおいて表示する表示手段と、前記安全計装システムの機器の状態を示すデータのデータ形式を、安全計装システムのデータ形式からプラント制御システムのデータ形式に変換することで、前記安全計装システムの機器の状態を前記表示手段により表示可能とする状態変換手段と、を備えてもよい。

前記安全計装システムの機器は、プラントでのシャットダウンを実行するためのバルブであってもよい。

本発明の安全計装システムによれば、指示変換手段および操作実行手段は、安全計装システムに実装されるファンクションブロックを用いて構成されているので、エンジニアリングの負担を抑制できる。

以下、図１〜図３を参照して、本発明による安全計装システムの実施形態について説明する。

図１は、本実施形態の安全計装システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態の安全計装システム１０は、通信回線３０を介して分散制御システム２０と接続されている。

分散制御システム２０は、プラントに分散配置され、フィールド機器５，５，・・・を制御するフィールドコントローラ６，６，・・・と、フィールドコントローラ６，６，・・・を介してフィールド機器５，５，・・・を監視、制御するための監視ステーション７と、分散制御システム２０の保守、管理のための保守用端末装置８と、を備える。フィールドコントローラ６，６，・・・、監視ステーション７および保守用端末装置８は、通信回線３０を介して互いに接続されている。

監視ステーション７には、フィールド機器５，５，・・・に対する操作出力値ＭＶおよびフィールド機器５，５，・・・のプロセス値ＰＶが表示される。また、監視ステーション７は、フィールド機器５，５，・・・に対する操作の指示を受け付ける指示受付部として機能する。

安全計装システム１０は、プラントの安全維持のための処理を実行する安全制御ステーション１と、安全計装システム１０の保守、管理のための保守用端末装置２と、を備える。安全制御ステーション１および保守用端末装置２は、通信回線３０を介して互いに接続されている。

また、安全制御ステーション１は、入出力装置３を介してリミットスイッチ群やバルブ４，４，・・・と接続されている。

図１に示すように、分散制御システム２０の監視ステーション７は、プラント安全計装システムの機器に対する操作の指示を受け付ける受付手段７１と、プラント制御システム２０のフィールド機器５，５，・・・の状態を表示する表示手段７２と、を構成する。

また、安全計装システム１０の安全制御ステーション１は、受付手段７１で受け付けられた上記操作の指示のデータ形式を、プラント制御システム２０のデータ形式から安全計装システム１０のデータ形式に変換することで、受付手段７１で受け付けられた指示を全計装システム１０の機器に対する操作の指示として使用可能とする指示変換手段１１と、指示変換手段１１により得られた当該操作の指示および安全計装システム１０本来の指示を受けてそれらの操作を実行するとともに、両者の指示が競合する場合には、当該安全計装システム１０本来の指示を優先して操作を実行する操作実行手段１２と、受付手段７１による操作の指示の受付に際して、ユーザ認証を行う認証手段１３と、安全計装システム１０の機器の状態を示すデータのデータ形式を、安全計装システム１０のデータ形式からプラント制御システム２０のデータ形式に変換することで、安全計装システム１０の機器の状態を表示手段７２により表示可能とする状態変換手段１４と、を構成する。

図２は、安全制御ステーション１に実装されるファンクションブロックおよび写像ブロックを示す図である。図２に示すように、安全制御ステーション１には、バルブ４などの各機器に対して、ブール型手動操作ファンクションブロック２１および写像ブロック２２が実装される。

ファンクションブロック２１には、安全計装システムの機器に対する手動操作に係る動作手順等が定義されている。上記指示変換手段１１および操作実行手段１２は、ファンクションブロック２１を用いて構成されている。なお、図２において、ファンクションブロック２１の入出力要素の一部は省略されている。

図２に示すように、ファンクションブロック２１のシャットダウン入力端子（SHDN）には、安全制御ステーション１に実装されたシャットダウンロジックからの信号が入力される。

安全計装システム１０のバルブ４の開状態を検出するリミットスイッチの検出信号は、入出力装置３を介して、安全制御ステーション１の入力変数（ANSVAR1）として取り込まれる。入力変数（ANSVAR1）は、ファンクションブロック２１のアンサバック入力端子（AINP）に入力される。

安全計装システム１０のバルブ４の閉状態を検出するリミットスイッチの検出信号は、入出力装置３を介して、安全制御ステーション１の入力変数（ANSVAR2）として取り込まれる。入力変数（ANSVAR2）は、ファンクションブロック２１のアンサバック入力端子（AINM）に入力される。

ファンクションブロック２１の出力端子（OUT）は、バルブ４に与えられる出力変数（OPVAR）に接続されている。

写像ブロック２２には、ファンクションブロック２１の各パラメータが転写される。

写像ブロック２２のパラメータは、通信回線３０を介して分散制御システム２０の監視ステーション７に与えられ、表示手段７２により、図２に示すフェースプレート４０としてモニタ画面に表示される。また、フェースプレート４０に対する操作は、受付手段７１および通信回線３０を介して写像ブロック２２に与えられ、パラメータに反映される。フェースプレート４０の構成は、分散制御システム２０のフィールド機器５を操作、監視するフェースプレートの構成と同一であり、オペレータはフィールド機器５に対する操作と同様の感覚で、安全計装システムの機器を操作することができる。

図２に示すように、フェースプレート４０には、バルブ４に対応するタグ名の表示領域４１と、そのバルブ４のプロセス値（ＰＶ）および操作出力値（ＭＶ）の表示領域４２と、プロセス値（ＰＶ）を表示するボタン４３ａおよびボタン４３ｂと、操作出力値（ＭＶ）の入力を受け付けるボタン４４ａおよびボタン４４ｂと、が設けられている。

次に、フェースプレート４０を用いて安全計装システム１０のバルブ４を操作する場合の動作について説明する。

オペレータは、ボタン４４ａまたはボタン４４ｂを操作することで、操作出力値（ＭＶ）を変更することができる。オペレータの操作は、表示領域４２の表示内容に反映される。操作出力値（ＭＶ）の変更の操作は、受付手段７１および通信回線３０を介して安全制御ステーション１に与えられ、写像ブロック２２に操作出力値（ＭＶ）の変更が指示される。写像ブロック２２の操作出力値（ＭＶ）が変更されると、変更後の値がファンクションブロック２１の出力端子（OUT）から出力される出力変数（OPVAR）に転送される。出力変数（OPVAR）は、入出力装置３を介してバルブ４に出力される。

バルブ４の開閉状態は、リミットスイッチの検出信号に基づく入力変数（ANSVAR1）あるいは入力変数（ANSVAR2）としてファンクションブロック２１に取り込まれ、プロセス値（ＰＶ）に変換される。ファンクションブロック２１のプロセス値（ＰＶ）は、写像ブロック２２に反映され、通信回線３０を介して分散制御システム２０の監視ステーション７に与えられる。表示手段７２は、与えられたプロセス値（ＰＶ）を、フェースプレート４０の表示領域４２およびボタン４３ａおよびボタン４３ｂにおける表示に反映させる。

このため、オペレータは、フェースプレート４０に表示された操作出力値（ＭＶ）とプロセス値（ＰＶ）とを見比べることで、操作出力値（ＭＶ）への操作が正しく操作対象のバルブ４に伝わったか否かを確認できる。

本実施形態の安全計装システムでは、ファンクションブロック２１は、フェースプレート４０を介する操作出力値（ＭＶ）への操作に優先して、安全計装システムのアプリケーションソフトウェアで決定する出力変数（OPVAR）を出力端子（OUT）から出力する。ファンクションブロック２１のシャットダウン入力端子（SHDN）に入力された信号が特定の条件に一致すれば、フェースプレート４０による操作に関係なく、出力端子（OUT）からシャットダウン出力値が出力される。

したがって、例えば、プラントの立ち上げ時やメンテナンス時など、一時的に安全計装システムの動作を解除してバルブ４などを操作している場合であっても、新たなシャットダウン事象が発生したときには、フェースプレート４０への操作が無視され、確実にプラントがシャットダウンされる。このため、安全計装システムの機器を手動操作する際に、不測の事態を回避することができる。

また、本実施形態の安全計装システムでは、認証手段１３により、フェースプレート４０を介する操作出力値（ＭＶ）の操作に際して、オペレータの認証を行う。操作出力値（ＭＶ）の操作に際して、オペレータにはパスワードの入力が要求され、入力されたパスワードは通信回線３０を介して安全制御ステーション１に与えられる。

入力されたパスワードは、ファンクションブロック２１のパスワード入力端子（PSWD）のパスワード（password）と照合される。ファンクションブロック２１は、パスワードが合致した場合のみ操作出力値（ＭＶ）の変更を受理する。これにより、特定の人物にのみ、そのバルブ４の操作権限を与えることができる。

以上のように、上記実施形態の安全計装システムによれば、分散制御システム２０のフィールド機器５と同様、分散制御システム２０の監視ステーション７を介して安全計装システム１０の機器を操作することができる。また、このような操作を実現するためのアルゴリズムを、安全計装システム１０の側のファンクションブロックにより記述している。このため、分散制御システム２０の側のアプリケーションソフトウェアでの記述が不要となり、エンジニアリング費用およびエンジニアリング負担を大幅に抑制できる。

図３は、アナログバルブを安全計装システムの機器として使用する場合のファンクションブロックおよび写像ブロックを示す図である。図３に示すように、安全制御ステーション１には、各アナログバルブに対して、アナログ型手動操作ファンクションブロック２１Ａおよび写像ブロック２２Ａが実装される。

ファンクションブロック２１Ａには、アナログバルブに対する手動操作に係る動作手順が定義されている。上記指示変換手段１１および操作実行手段１２は、ファンクションブロック２１Ａを用いて構成されている。なお、図３において、ファンクションブロック２１Ａの入出力要素の一部は省略されている。

図３に示すように、ファンクションブロック２１Ａのシャットダウン入力端子（SHDN）には、安全制御ステーション１に実装されたシャットダウンロジックからの信号が入力される。

アナログバルブの開度センサの信号は、入出力装置３を介して、入力変数（FVVAR1）として取り込まれる。入力変数（FVVAR1）は、ファンクションブロック２１のフィードバック入力端子（FV）に入力される。

ファンクションブロック２１Ａの出力端子（OUT）は、アナログバルブに与えられる出力変数（OPVAR）に接続されている。

写像ブロック２２Ａには、ファンクションブロック２１Ａの各パラメータが転写される。

写像ブロック２２Ａのパラメータは、通信回線３０を介して分散制御システム２０の監視ステーション７に与えられ、表示手段７２により、図３に示すフェースプレート５０としてモニタ画面に表示される。また、フェースプレート５０に対する操作は、受付手段７１および通信回線３０を介して写像ブロック２２Ａに与えられ、パラメータに反映される。フェースプレート５０の構成は、分散制御システム２０のフィールド機器５を操作、監視するフェースプレートの構成と同一であり、オペレータはフィールド機器５に対する操作と同様の感覚で、安全計装システムの機器を操作することができる。

図３に示すように、フェースプレート５０には、アナログバルブに対応するタグ名の表示領域５１と、そのアナログバルブの開度を示すフィードバック値（ＰＶ）および操作出力値（ＭＶ）の表示領域５２と、フィードバック値（ＰＶ）を表示する領域５３と、操作出力値（ＭＶ）の入力を受け付ける領域５４と、が設けられている。

次に、フェースプレート５０を用いて安全計装システムのアナログバルブを操作する場合の動作について説明する。

オペレータは、領域５４を操作することで、操作出力値（ＭＶ）を変更することができる。オペレータの操作は、表示領域５２の表示内容に反映される。操作出力値（ＭＶ）の変更の操作は、受付手段７１および通信回線３０を介して安全制御ステーション１に与えられ、写像ブロック２２Ａに操作出力値（ＭＶ）の変更が指示される。写像ブロック２２Ａの操作出力値（ＭＶ）が変更されると、変更後の値がファンクションブロック２１Ａの出力端子（OUT）から出力される出力変数（OPVAR）に転送される。出力変数（OPVAR）は、入出力装置３を介してアナログバルブに出力される。

アナログバルブの開度は、入力変数（FVVAR1）としてファンクションブロック２１Ａに取り込まれ、フィードバック値（ＦＶ）に反映される。ファンクションブロック２１Ａのフィードバック値（ＦＶ）は、写像ブロック２２Ａに反映され、通信回線３０を介して分散制御システム２０の監視ステーション７に与えられる。表示手段７２は、与えられたフィードバック値（ＦＶ）を、フェースプレート５０の表示領域５２および表示領域５３における表示に反映させる。

このため、オペレータは、フェースプレート５０に表示された操作出力値（ＭＶ）とフィードバック値（ＦＶ）とを見比べることで、操作出力値（ＭＶ）への操作が正しく操作対象のアナログバルブに伝わったか否かを確認できる。

本実施形態の安全計装システムでは、ファンクションブロック２１Ａは、フェースプレート５０を介する操作出力値（ＭＶ）への操作に優先して、安全計装システムのアプリケーションソフトウェアで決定する出力変数（OPVAR）を出力端子（OUT）から出力する。ファンクションブロック２１Ａのシャットダウン入力端子（SHDN）に入力された信号が特定の条件に一致すれば、フェースプレート５０による操作に関係なく、出力端子（OUT）からシャットダウン出力値が出力される。

したがって、例えば、プラントの立ち上げ時やメンテナンス時など、一時的に安全計装システムの動作を解除してアナログバルブを操作している場合であっても、新たなシャットダウン事象が発生したときには、フェースプレート５０への操作が無視され、確実にプラントがシャットダウンされる。このため、安全計装システムの機器を手動操作する際に、不測の事態を回避することができる。

また、本実施形態の安全計装システムでは、認証手段１３により、フェースプレート５０を介する操作出力値（ＭＶ）の操作に際して、オペレータの認証を行う。操作出力値（ＭＶ）の操作に際して、オペレータにはパスワードの入力が要求され、入力されたパスワードは通信回線３０を介して安全制御ステーション１に与えられる。

入力されたパスワードは、ファンクションブロック２１Ａのパスワード入力端子（PSWD）のパスワード（password）と照合される。ファンクションブロック２１Ａは、パスワードが合致した場合のみ操作出力値（ＭＶ）の変更を受理する。これにより、特定の人物にのみ、そのアナログバルブの操作権限を与えることができる。

このように、安全計装システムのアナログバルブに対しても、分散制御システム２０のフィールド機器５と同様、分散制御システム２０の監視ステーション７を介して操作することができる。また、このような操作を実現するためのアルゴリズムを、安全計装システムの側のファンクションブロックにより記述している。このため、分散制御システム２０の側のアプリケーションソフトウェアでの記述が不要となり、エンジニアリング費用およびエンジニアリング負担を大幅に抑制できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラント制御システムと接続された安全計装システムに対し、広く適用することができる。

本実施形態の安全計装システムの構成を示すブロック図。安全制御ステーションに実装されるファンクションブロックおよび写像ブロックを示す図。アナログバルブを安全計装システムの機器として使用する場合のファンクションブロックおよび写像ブロックを示す図。プラント制御システムと接続された安全計装システムの構成を示すブロック図。

符号の説明

７１受付手段
７２表示手段
１１指示変換手段
１２操作実行手段
１３認証手段
１４状態変換手段
２１、２１Ａファンクションブロック
２２、２２Ａ写像ブロック（指示変換手段、状態変換手段、操作実行手段、認証手段）

Claims

プラント制御システムと第１の通信回線を介して接続された安全計装システムにおいて、
前記安全計装システムの機器に前記第１の通信回線以外の第２の通信回線を介して接続され、前記第２の通信回線を介して前記安全計装システムの前記機器を制御する安全制御装置を備え、
前記安全制御装置は、
前記プラント制御システムのフィールド機器に対する操作の指示を受け付ける指示受付部からの第１の通信回線を介する、前記安全計装システムの前記機器に対する操作の指示を受け付ける受付手段と、
前記受付手段で受け付けられた前記操作の指示のデータ形式を、前記プラント制御システムのデータ形式から前記安全計装システムのデータ形式に変換することで、前記受付手段で受け付けられた指示を、前記安全計装システムの機器に対する操作の指示として使用可能とする指示変換手段と、
前記指示変換手段により得られた当該操作の指示および前記安全計装システム本来の指示を受けてそれらの操作を実行するとともに、前記両者の指示が競合する場合には、当該安全計装システム本来の指示を優先して操作を実行するように、前記第２の通信回線を介して前記安全計装システムの前記機器を制御する操作実行手段と、
を具備することを特徴とする安全計装システム。
前記受付手段による操作の指示の受付に際して、ユーザ認証を行う認証手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の安全計装システム。
プラント制御システムのフィールド機器の状態を、前記プラント制御システムにおいて表示する表示手段と、
前記安全計装システムの機器の状態を示すデータのデータ形式を、安全計装システムのデータ形式からプラント制御システムのデータ形式に変換することで、前記安全計装システムの機器の状態を前記表示手段により表示可能とする状態変換手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の安全計装システム。
前記安全計装システムの機器は、プラントでのシャットダウンを実行するためのバルブであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の安全計装システム。