JP4730606B2 - プラント運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、フローチャート形式による部品配線で定義された運転手順を表示する運転手順画面またはロジックチャート形式による部品配線で定義された運転手順を表示する運転手順画面の少なくともいずれかを表示する表示手段と、表示される運転手順に従いプラント運転を支援する実行手段とを備えるプラント運転支援装置に関するものである。

プラントを安全かつ安定して運転させるには、プラント機器のアラーム発生や工程の状態遷移などに関してオペレータが常時監視する分散制御システムが使用されている。近年では、これに加えてプラント運転支援装置を導入することで、アラーム対応操作における熟練オペレータの技術やノウハウをコンピュータに置き換え、運転効率の改善およびオペレータの負荷軽減に貢献している。

プラント運転支援装置では、熟練オペレータのノウハウを記述する手法として、おもに非定常運転時向けのフローチャート形式と、定常運転時向けのロジックチャート形式の２種類が存在する。

図８は、特許文献１に開示されている従来のプラント運転支援装置の構成例を示す機能ブロック図であり、プラント運転支援装置が分散型制御システムの上位装置として接続された形態を示している。

分散型制御システムの操作監視装置１は、制御バス２に接続されている。制御装置３は、制御バス２に接続されて操作監視装置１と通信すると共に、フィールドバス４を介してプラント５の機器５１，５２，５３，…５ｎと通信し、これら機器の制御を実行する。

データ通信サーバ６は、制御バス２に接続され、データ収集手段６１により制御装置３よりプロセスデータＰＤ取得してデータベース６２に保持する。データベース６２は、所定期間のリアルタイムデータ及びこれを長期のトレンド情報に加工したヒストリカルデータを保持する。

操作監視装置１及びデータ通信サーバ６は、イーサネット（登録商標）で代表される汎用ネットワーク７に接続され、同じくこの汎用ネットワーク７に接続されたプラント運転支援装置８と通信する。

プラント運転支援装置８は、データ通信サーバ６のデータベース６２からプロセスデータＰＤを取得し、処理結果を実行する制御データＣＤを、データ通信サーバ６及び制御バス２を経由して制御装置３に出力する。

プラント運転支援装置８において、ビルダ機能を持つ業務構築手段８１は、処理の単位である部品を生成してアイコン登録し、部品間の配線接続によるシーケンスやロジックを記述する。

表示手段８２は、業務構築手段８１のビルダが使用する作業画面及び構築されたシーケンスまたはロジックを実行する際に表示される運転画面の表示を行う。実行手段８３は、運転画面でオペレータにより確認されたシーケンスまたはロジックを実行する。

実行手段８３からの制御データＣＤは、汎用ネットワーク７を介してデータ通信サーバ６に通知され、更に制御バス２を介して制御装置３に通知されて所定のシーケンスまたはロジックが実行される。

図示のプラント運転支援装置８では、表示手段８２のマルチウィンドウ機能による運転画面８４を表示している。この運転画面８４は、シーケンスの全体を表示しているフローチャート形式画面８４ａ、この画面に記述されたロジックチャート形式の監視ユニットＵ１をクリックして詳細表示されるロジックチャート形式画面８４ｂ及びシーケンスの進行状況を表示するメッセージ画面８４ｃよりなる。

このように、従来のプラント運転支援装置は、運転操作をフローチャート形式、またはロジックチャート形式で記述できる。フローチャートとロジックチャートは、同一のシートに記述することが可能で、お互いのデータのやり取りも可能である。

フローチャート形式では、工程の実行順序は、部品の配線順にしたがって１度だけ実行される。部品の実行にてエラーが発生すると、処理は途中で中断する。部品の処理が終わり、配線に制御信号が流れることで、配線先の次の部品を実行する。

ロジックチャート形式では、実行周期内で全ての部品が動作し、処理が途中で中断されることはない。処理は配線順にしたがって動作するが、指定した実行周期毎に繰り返し動作する。部品間の配線には、「成立／不成立」の制御信号が流れ、次の部品を実行するかしないかを決める。

特開２００４−１６４１５０号公報

従来のプラント運転支援装置が備える機能では、次のような問題がある。
（１）フローチャート形式・ロジックチャート形式で扱う演算は、四則演算や公式の存在する関数を使った個々の部品で演算がクローズできるもので、スカラー演算に特化している。公式の存在しない複雑な演算や行列の演算を行うには、別途外部インターフェースを呼び出す部品を使用し、演算に特化したパッケージを使って解を得る必要がある。

（２）フローチャート形式やロジックチャート形式では、部品間を結ぶ配線は、部品を実行するための制御信号のみが伝達され、演算結果等のデータは、別途変数を使って次の部品渡す必要がある。そのため、一つの部品内で演算がクローズしない処理を扱う場合は、データを受け渡すための変数が多数必要となり、記述シートが煩雑になる。

（３）演算の中には１回の演算では解が求まらないものも多く存在し、その場合は繰り返し演算を行うことで近似解を求めていく手法が一般的であるが、ロジックチャートのような実行周期を持った繰り返しを使っても、繰り返し回数が多大の場合には処理に長時間を要する。また、フローチャート形式のような原則１度しか実行しない形式の処理では、この種類の演算にはロジックの記載がさらに難しい。

（４）石油、石油化学等の連続プロセス系分野では、扱うデータはスカラー（１次元）までで事足りていたが、自動車生産などのディスクリート系（例：エンジンの電子制御ＥＣＵパラメータの最適化等）ではベクトル（２次元）データが必須であり、運転効率向上支援パッケージを異業種にも適用するには、演算処理の高機能化が求められている。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、複雑な演算処理や行列演算を外部機能に依存することなく、従来のフローチャート形式・ロジックチャート形式と同じ部品配線を行うだけで簡単に記述できるインターフェースを備えるプラント運転支援装置を実現することを目的としている。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）フローチャート形式で記述した運転手順を表示する運転手順を表示する画面と同一ウィンドウ画面に、ロジックチャート形式で記述した運転手順を表示する運転手順を加えて表示する表示手段と、画面表示したフローチャート形式及びロジックチャート形式の運転手順に従いプラント運転の支援を自動的に実行する実行手段と、を備えるプラント運転支援装置において、
前記表示手段は、演算結果の値であるデータを出力すると共に、前記フローチャート形式またはロジックチャート形式の運転手順に結合して前記データを受け渡すデータフロー形式で記述した運転手順を表示する運転手順画面を、前記フローチャート形式で記述した運転手順画面またはロジックチャート形式で記述した運転手順画面に混在して表示させ、
前記実行手段は、フローチャート形式及びロジックチャート形式の運転手順中にデータの演算を混在させたプラント運転の支援を自動的に実行することを特徴とする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）データフロー形式を導入することで、ユーザにとって柔軟でより複雑な演算や判定ロジックを記述することができる。

（２）データフロー形式をフローチャート形式内に混在させることで、演算結果をフローチャート形式にて受け取ったり、データフロー形式にて複雑な判定を行わせたり、フローチャート形式から演算指令をデータフロー形式に送ったりできる。

（３）データフロー形式をロジックチャート形式内に混在させることで、演算結果をロジックチャート形式にて受け取ったり、データフロー形式にて複雑な判定を行わせたり、ロジックチャート形式から演算指令をデータフロー形式に送ったりできる。

（４）データフロー形式の記述は部品と配線と端子の組み合わせで行われるので、従来のフローチャート形式・ロジックチャート形式の記述とユーザはほとんど違和感なく記述することができる。

（５）データフロー形式の記述は、部品と部品の端子経由での配線以外に、定義ウィンドウを使って変数経由での記述も行えるので、ユーザのロジックを記述する自由度が高まる。

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が接続された分散型制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。図８で説明した従来要素と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本発明を適用したプラント運転支援装置１００において、ビルダ機能を持つ業務構築手段１０１は、従来装置の業務構築手段８１と基本的に同一機能であり、処理の単位である部品を生成してアイコン登録し、部品間の配線接続によるシーケンスやロジックを記述する。本発明では、この機能に加えてデータフローを記述する機能が追加されている。

表示手段１０２は、業務構築手段１０１のビルダが使用する作業画面及び構築されたシーケンス、ロジック、データフローを実行する際に表示される運転画面の表示を行う。実行手段１０３は、運転画面でオペレータにより確認されたシーケンス、ロジック、データフローを実行する。

実行手段１０３からの制御データＣＤは、汎用ネットワーク７を介してデータ通信サーバ６に通知され、更に制御バス２を介して制御装置３に通知されて所定のシーケンスまたはロジックが実行される。

図示のプラント運転支援装置１００では、表示手段１０２のマルチウィンドウ機能による運転画面１０４を表示している。運転画面１０４は、シーケンスの全体を表示しているフローチャート形式画面１０４ａ、この画面のフローチャート形式の途中に挿入して記述されたデータフロー形式の監視ユニットＵ２をクリックして詳細表示されるデータフロー形式画面１０４ｄ及びシーケンスの進行状況を表示するメッセージ画面１０４ｃよりなる。

フローチャート形式画面１０４ａ中に表示されているユニットＵ３には、フローチャート形式、ロジックチャート形式、データフロー形式に共通の変数（グローバル変数）が定義されている。この定義は、後述の定義ウィンドウにより変更管理ができる。

図２は、２個の変数の大小判定を実行し、判定条件によって、出力する値を選択するデータフロー形式の記述例である。図３は、１から１０までの和をくり返し計算させて出力させるデータフローの記述例であり、繰り返し開始部品／繰り返し終了部品ではさまれた部品が繰り返し演算の対象となる。

部品の各端子には名前がついていて、配線する端子により演算処理が決まる。以下、データフロー形式の特徴を説明する。データフロー形式では、演算結果の値であるデータは配線上を流れる。部品の実行をつかさどる制御情報も、データの一部となる。

端子には名前がつけられ、端子名毎に部品内での機能が異なる。入力端子と出力端子は明確に機能が分けられる。図２及び図３中、OUTxx及びJUDGExxは出力端子であり、演算結果のデータが配線を流れる。INxx及びSWxx は入力端子であり、配線を流れたデータを受け取る。

このように、データフロー形式では、部品の演算結果の値であるデータを配線元から流し、配線先にてデータを受け取る。従って、フローチャート形式やロジックチャート形式で必要となる、部品間のデータの受け渡しのために変数を作成する必要がない。

図中、CTL%端子は、部品の実行を制御する特殊な端子である。例えば、“０”以外の値が流れる場合には部品は実行され、“０”は実行されない。配線されない場合は無条件で実行される。図中、RESULT%端子は、部品の実行結果を出力する特殊な端子である。例えば、正常実行時には“０”以外の値、異常終了時には“０”を出力する。

データフロー内では、ロジックチャート形式のような実行周期を持たず、くり返し演算を含めて全部品が瞬時に実行される。全部品が演算を実行したらデータフローは処理を完了する。端子や配線には行列（ベクトル）データを流すことも可能である。

データフロー形式の記述は、各端子に端子名が付く以外は、部品や配線の書式はロジックチャート形式と差異はない。演算ロジックは、部品と配線を使うことで、プログラムレスで記述できる。複雑な演算でも、部品と配線をユーザが並べることで実現可能である。

図４は、図１の運転画面で示した、データフロー形式をフローチャート形式と結びつける業務構築画面である。画面上部はフローチャート形式画面であり、フローチャートの部品間に挿入されるデータフローユニットＵ２の内部は、クリックにより画面下部に詳細記述が表示される。

フローチャートとデータフロー間の配線のインターフェースは、データフローでの演算結果の真偽（True／False）をＹＥＳ／ＮＯ出力部品に配線し、このＹＥＳ／ＮＯ出力部品をフローチャートに演算結果として渡たすことで実現される。

即ち、データフローでの演算結果は、ＹＥＳ／ＮＯ出力部品と配線することで、フローチャート上に判定をつかさどる制御信号として出力することができる。従来の「ＡＮＤ／ＯＲ判定」部品は、数値や文字の大小比較・一致不一致比較のみだったが、本データフローとＹＥＳ／ＮＯ出力部品とを組み合わせることで、フローチャート上にてより複雑な判定が可能となる。

図５は、データフロー形式をロジックチャート形式と結びつける業務構築画面である。画面上部はロジックチャート形式画面であり、ロジックチャートの部品と配線で結ばれた収束チェックデータフローユニットＵ２の内部は、クリックにより画面下部に詳細記述が表示される。

ロジックチャートとデータフロー間の配線のインターフェースは、データフローでの演算の真偽（True /False）を成立／不成立出力部品に配線し、この成立／不成立出力部品をロジックチャートに演算結果として渡たすことで実現される。

即ち、データフローでの演算結果は、成立／不成立出力部品と配線することで、ロジックチャート上に判定をつかさどる制御信号として出力することができる。従来の「比較判定」部品は、数値や文字の大小比較・一致不一致比較のみだったが、本データフローと成立／不成立出力部品とを組み合わせることで、ロジックチャート上にてより複雑な判定が可能となる。

各形式間のデータを行き来させる手法は、データフロー形式の手法以外に、各形式に共通のグローバル変数を使用することで実現することもできる。データフロー形式では、端子と配線により変数を使うことなく定義することが可能だが、各部品にはそれぞれ定義ウィンドウを持っていて、配線でのデータの流れを定義する以外に、定義ウィンドウにて変数や数値を直接入力することもできる。

図６は、変数を定義する機能を備えた部品の定義ウィンドウの表示例である。データフロー内に配線が多くなり、煩雑になった場合や、定数等はいちいち配線でデータを流すよりは定義ウィンドウに直接記載する、配線を使わない変数定義のショートカット手法を選択した方がデータフローの記述を簡略化できる場合もある。

フローチャート、ロジックチャート、データフローは夫々「ユニット」という単位でカプセル化されており、フローチャート、ロジックチャート上の各種制御指令部品を使ってデータフロー（ユニット）に対して実行や停止の制御指令を出すことも可能である。

図７は、制御ロジック形式に発展させたデータフローの記述例である。データフロー内の部品にＰＩＤ制御部品やアナログ入力部品等、制御ロジックを構成する部品を並べることが可能である。

フローチャート、ロジックチャート、データフロー、制御ロジックの一連の形式を組み合わせることで、連続プロセス系にて必要な一通りの記述形式をひとつのパッケージで完結することができる。

フローチャート、ロジックチャート、データフロー、制御ロジックは、お互いが連携しているが、それぞれ独立した形態（ユニット単位）をとっており、用途に応じて必要な機能を持った形式のみをユーザが選択することも可能である。

本発明を適用したプラント運転支援装置が接続された分散型制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 判定条件によって、出力する値を選択するデータフロー形式の記述例である。 １から１０までの和をくり返し計算させて出力させるデータフローの記述例である。 データフロー形式をフローチャート形式と結びつける業務構築画面である。 データフロー形式をロジックチャート形式と結びつける業務構築画面である。 変数を定義する機能を備えた部品の定義ウィンドウの表示画面例である。 制御ロジック形式に発展させたデータフローの記述例である。 特許文献１に開示されている、従来のプラント運転支援装置が接続された分散型制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 操作監視装置
２ 制御バス
３ 制御装置
４ フィールドバス
５ プラント
５１，５２，５３，…５ｎ 機器
６ データ通信サーバ
６１ データ収集手段
６２ データベース
７ 汎用ネットワーク
１００ プラント運転支援装置
１０１ 業務構築手段
１０２ 表示手段
１０３ 実行手段
１０４ 運転画面
１０４ａ フローチャート形式画面
Ｕ１ ロジックチャートユニット
Ｕ２ データフローユニット
Ｕ３ 変数ユニット
１０４ｃ メッセージ画面
１０４ｄ データフロー形式画面

Claims (1)

1. フローチャート形式で記述した運転手順を表示する運転手順を表示する画面と同一ウィンドウ画面に、ロジックチャート形式で記述した運転手順を表示する運転手順を加えて表示する表示手段と、画面表示したフローチャート形式及びロジックチャート形式の運転手順に従いプラント運転の支援を自動的に実行する実行手段と、を備えるプラント運転支援装置において、
   前記表示手段は、演算結果の値であるデータを出力すると共に、前記フローチャート形式またはロジックチャート形式の運転手順に結合して前記データを受け渡すデータフロー形式で記述した運転手順を表示する運転手順画面を、前記フローチャート形式で記述した運転手順画面またはロジックチャート形式で記述した運転手順画面に混在して表示させ、
   前記実行手段は、フローチャート形式及びロジックチャート形式の運転手順中にデータの演算を混在させたプラント運転の支援を自動的に実行することを特徴とするプラント運転支援装置。