JP4844383B2 - プラント制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変の設定値を持つ複数のインテリジェントモジュールが連装設置されたプラント制御装置に関し、モジュールの故障などによる交換時の設定値の設定の容易化をはかったプラント制御装置に関する。

工場で使用される制御装置の中には、一定の機能を有する各種のモジュールを入出力点数（計測制御点数）等に応じて増設可能に組み合わせ、各モジュールに役割を分担させた、いわゆるモジュール増設式の制御装置（ファクトリコンピュータ）が存在する。この種の制御装置は、設置後でも、計測制御対象の増加や変更に伴い、機能要素たるモジュールを簡単に増設したり差し替えできる。

図５（ａ〜ｄ）は、このようなプラント制御モジュールの一例と設定値の設定を行うための従来の設定ツールを示す説明図である。これらの図において、図（ａ）はモジュール１の単体を示す斜視図、図（ｂ）はモジュール１を連装設置した状態を示す斜視図である。図（ｃ）は温度警報器のモジュール単体に設定する設定値の一例を示す説明図であるが、例えば温度調節器においては、ループ毎にＰＩＤ制御のパラメータなど多くの設定値を必要とする。

図（ｄ）はモジュール１と設定ツールとの接続方法の一例を示す説明図で、ハンディターミナル２やパソコン３を通信用ケーブル４やモジュラージャック５および専用アダプタ６を用いて接続している状態を示している。

図６（ａ）は従来のモジュール１のブロック構成の一例を示すもので、センサはモジュール１の入力端子７に接続される。入力したセンサ信号は入力処理回路８で入力信号の増幅、Ａ／Ｄ変換が行なわれ、そのＡ／Ｄ変換結果がマイコン９へ出力される。また入力処理回路８はマイコン９によりセンサ、レンジ等に応じた制御が行なわれる。

マイコン９では、Ａ／Ｄ変換結果からモジュール１の諸設定に応じてリニアライズ等の演算処理が行なわれ、温度調節器などでは制御演算が行なわれ、決定された出力値信号が絶縁器１０を介して出力回路１１へ出力される。
マイコン９からの出力値信号は、出力回路１１でモジュール出力信号（１−５Ｖなど）へ変換され出力端子１２より出力される。１３はマイコン９に接続されたＥＥＰＲＯＭである。

図６（ｂ）はＥＥＰＲＯＭ１３に保管された入力センサのタイプや入力レンジなどの設定値の一例を示すもので、マイコン９はその値を読み出し、Ａ／Ｄ変換器の制御、リニアライズ、出力値演算などを行なう。

なお、これらの設定値は、通信ポート１４より、専用のターミナル、パソコンなどから変更することができ、注文時の指定値を工場出荷時に設定したり、ユーザが現場で設定値を変更することができる。
これらの設定値は、注文時指定により、工場にて設定して出荷するか、図５（ｄ）に示したように、モジュール１に専用のターミナル２やパソコン３を接続して設定を行なう。

なお、ハンディターミナルを用いてモジュールの設定を行ったり、モジュールを連装設置して設定を行うプラント制御装置の先行技術としては例えば下記の特許文献に示されたものがある。

特開平７−９９８７１５号公報 特開平９−２８４２２８号公報

ところで、前述のように、インテリジェンスを持ったユニバーサルタイプのモジュールは、ユーザが装置を購入後に、いろいろな変更ができる利便性がある反面、装置運転中にモジュールが故障したときに交換する場合など、当該モジュールの設定値と同じ設定を行わなければならない。

しかし、工場手配では時間がかかるし、手持ち予備品を持っていても、前述のような設定を行なわなければならず、ターミナルやパソコンの用意や、慣れない操作による設定値の誤設定などの問題がある。

なお、末端のモジュールまでトータルで設計されたＤＣＳ計装などでは、上位コンピュータからモジュールへのコンフィギュレーション（設定値の設定）が可能であるが、上位／下位が独立したメーカのものや、部分リプレース、マイグレーションなど、トータル性が欠如した計装では、モジュール毎にローカルでの人力によるコンフィギュレーションを行わなければならないという問題があった。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、特に、モジュールが故障したときの交換復旧の際、短時間で、しかも安全に交換復旧が可能なプラント制御装置を提供することを目的としている。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、請求項１に記載のプラント制御装置の発明においては、
可変の設定値を持つ複数のモジュールが連装設置され、隣接するモジュール同士が光通信手段により信号の授受を行うプラント制御装置において、前記モジュールは自己のモジュールの設定値と隣接する少なくとも一方のモジュールの設定値を保管する設定値保管機能を有し、隣接モジュールからの要求により隣接モジュールの設定値を自己の設定値保管機能に保管する機能と、隣接モジュールへ自己のモジュールの設定値を保管要求する設定値保管要求機能を備え、
モジュールの一つが故障し、設定値が未設定の新モジュールｙと交換され、この新モジュールｙに対する隣接のモジュールｘからの設定動作を下記の工程を含んで行うことを特徴とするプラント制御装置。
記
工程１ 新モジュールｙに電源を供給する。
工程２ 新モジュールｙから隣接のモジュールｘに設定値設定要求信号を送る。
工程３ 隣接モジュールｘにおいて自己の設定値領域に交換前のモジュールの設定値を保管しているかを参照する。
工程４ 隣接モジュールｘから自己の設定値領域に保管済みの交換前のモジュールの設定値を新モジュールｙに送信する。
工程５ 新モジュールｙで隣接モジュールｘから送信された交換前のモジュールの設定値を受信し、自己の設定値領域に書き込む。
工程６ 隣接モジュールｘから自己モジュールの設定値を新モジュールｙに送信する。
工程７ 新モジュールｙで隣接モジュールｘから送信された隣接モジュールｘの設定値を受信し自己の設定値領域に書き込む。

以上説明したことから明らかなように本発明の請求項１によれば、多くの設定値を持ったモジュールを故障時に交換するに際し、交換モジュールの設定値を人手を介して設定することなく、モジュールを差し替えるだけで、設定値設定が復元されるため、極めて短い時間で操業が復旧可能になる。また、人手を介さないことにより、誤設定などのリスクが排除され安全な復旧を行うことが可能となる。

図１は本発明のモジュールの一実施例を示すブロック構成図である。なお、図６の従来例のモジュールとの違いはマイコンと信号の授受を行う光素子を設けた点である。従って、図６と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。
図１において、１５，１６は光素子であり、マイコン９の、それぞれ独立した通信ポートへ接続されている。上下のモジュールは同等であり、光素子１５，１６を介して互いに通信が行なえるようになっている。

図２は本発明のモジュールの外観を示す斜視図（ａ）、モジュールの連装平面図（ｂ）およびＥＥＰＲＯＭの記憶内容を示す図である。
図２（ａ）に示すように、筐体１７には前述の光素子１５が実装されたプリント基板１８が収められており、もう一組の光素子（図１の１６）は、プリント基板１８の光素子１５の反対面（ｂ図参照）に実装されている。

また、筐体１７の両側の光素子部分は、開口もしくは光透過可能な樹脂で形成されており、それぞれの光素子の発光光が通過可能となっている。また、モジュール１は、図２（ｂ）の平面図で示すように連装実装され、隣接したモジュールｘ、ｙの光素子同士で光通信（鎖線で囲った部分）が行なえるようになっている。

図２（ｃ）は本発明に用いるＥＥＰＲＯＭ１３ａ内のデータの一例を示すもので、従来品のＥＥＰＲＯＭ１３の設定値ａに、設定要求フラグｃ、隣接モジュール設定値ｂ、隣接モジュール設定値保管フラグｄが追加されている。
ここで、設定要求フラグｃは、設定値が実アプリケーションに適してない場合、設定要求（１）が保管されており、注文時に設定値指定がない場合（ユーザが保有している予備品など）がこれにあたる。

設定値ｂは、隣接したモジュールの設定値を保管しておくエリアで、隣接モジュール設定値保管フラグｄは、隣接モジュール設定値の保管状態を示し、正しく設定値を保管しているとき、保管済み（１）となる。これらの値は、本発明動作で設定・変更される他、従来例の図５（ｄ）に示すように、モジュール前面の通信ポート（図１の入力端子７）からパソコンや専用ターミナルを使用して設定／変更を行うことができる。

次に本発明のプラント制御装置の動作について説明する。
図３（ａ，ｂ）はモジュールの動作フローチャート（発明部分のみ）を示す図である。
図３（ａ）における「設定値設定要求処理」は、電源投入時、または、モジュールの設定値を変更したとき実行され、図３（ｂ）における「設定割込処理」は隣接モジュールからの通信で設定値の設定／保管要求が発生した場合実行される。

「設定値設定要求処理」では工程（イ）において、設定要求フラグの有無（０または１）について判断がなされる。設定済み（０）であれば、工程（ロ）に進んで、隣接機器（モジュール）に設定値保管要求を送信し、工程（ハ）に進んで隣接機器にＥＥＰＲＯＭ（ａ）の設定値を送信する。送信した段階で通常機器動作に移行する。

工程（イ）に戻り、設定要求フラグが（１）となっていれば設定要求がなされているので、工程（ニ）に進んで隣接機器（モジュール）に設定要求を送信する。
次に工程（ホ）に進み設定要求了解信号を受信したか否かを判断する。ＮＯであれば工程（ニ）に戻り再び隣接機器（モジュール）に設定要求を送信する。

ＹＥＳであれば工程（ヘ）に進んで設定値を受信し、工程（ト）に進んで受信設定値をＥＥＰＲＯＭ（ａ）に書き込んで保存する。次に工程（チ）に進んで設定要求（０）をＥＥＰＲＯＭ（ａ）に書き込んで保存し、通常機器動作に移行する。

次に図３（ｂ）における隣接モジュールからの通信で設定値の設定／保管要求が発生した場合の「設定割込処理」におけるフローチャートについて説明する。
はじめに（イ）において、隣接機器（モジュール）からの設定値保管要求が発生しているか否かについて判断する。設定値保管要求であれば工程（ロ）に進んで、隣接機器からの設定値を受信する。
次に工程（ハ）に進んで受信設定値をＥＥＰＲＯＭ（ｂ）に書き込んで保存し、工程（ニ）に進んで設定値保管フラグ＝１をＥＥＰＲＯＭ（ｂ）に書き込んで保存する。

工程（イ）に戻り、隣接機器（モジュール）からの設定値保管要求が発生していなければ工程（ホ）に進んで、隣接モジュール設定値保管フラグ（ｄ）が保管済みであるか否かを判断する。保管済み（１）であれば工程（ヘ）に進んで隣接機器に設定要求了解信号を送信する。次に工程（ト）に進んで、ＥＥＰＲＯＭ（ｂ）の隣接機器設定値を送信する。

次に工程（チ）に進んで隣接機器に設定値保管要求を送信し、工程（リ）に進んで隣接機器にＥＥＰＲＯＭ（ａ）の設定値を送信し、通常機器動作に移行する。
工程（ホ）に戻り、設定値保管要求が未保管（０）であれば、工程（チ）に進んで前述の工程を実行する。

図４は１台のモジュール、例えば図２ｂのモジュールｙが故障し、設定値が未設定のモジュールを当該箇所に交換取り付けを行なった場合におけるモジュールｘとｙの動作フローである。
なお、故障前は各モジュールのＥＥＰＲＯＭ（図２ｃのａ，ｂ）には正しく設定値が設定されており、隣接するモジュールの設定値も保管され、図２ｃの設定要求フラグは（ｃ）＝０で設定済み、隣接モジュール設定値保管フラグはｄ＝１で保管済みとなっているものとする。

図４の動作フローにおいて、交換品ｙが取り付けられると、電源が供給され、「設定値設定要求処理」（図３ａ)が実行される。
当該モジュールｙの「設定要求フラグ」は１(設定要求)なので、「設定値設定要求」電文が隣接するモジュールｘに送られる（ａ）。

モジュールｘでは、「設定割込処理」(図３ｂ)が起動し、隣接モジュールの設定値を保管しているか「隣接モジュール設定値保管フラグ」が参照される。モジュールｘの当該フラグは１(保管済み)なので、設定要求了解の電文がモジュールｙへ送られる（ｂ）。その後、モジュールｘから、保管済みの隣接モジュール設定値（ＥＥＰＲＯＭ−ｂ)が、モジュールｙへ送信される（ｃ）。

モジュールｙではその設定値が受信され、自己のモジュールの設定値領域（ＥＥＰＲＯＭ−ａ）へ書き込まれ、「設定要求フラグ」(ＥＥＰＲＯＭ−ｃ)が０（設定済み）に書き換えられる。

上述によりモジュールｙの設定値は正しく設定され、モジュールの通常動作が開始される。その後、モジュールｘから、自己モジュールの設定値を交換されたモジュールｙに保管してもらうため設定値保管要求電文がモジュールｙに送られる（ｄ）。
次にモジュールｙから、モジュールｘに要求了解の電文が送られる（ｅ）。

次に、モジュールｘから保管してもらう設定値(ＥＥＰＲＯＭ−ａ)がモジュールｙへ送られる（ｆ）。
そして、モジュールｙでは、その設定値が隣接モジュール設定値領域(ＥＥＰＲＯＭ−b)へ保管され、「隣接モジュール設定値保管フラグ」(ＥＥＰＲＯＭ−d)が１(保管済み)に書き換えられ、隣接モジュールの設定値が保管される。

上記の動作フローでは、モジュールｙで、動作フローチャート図３（ａ）の矢印aでフロー処理が行なわれ、その中の処理ｂにより、モジュールｘで、動作フローチャート図３（ｂ）のフローaが実行され、その中の処理bにより、モジュールｙで動作フロ−チャート図３（ｂ）のフローcが実行される。

計装のスタートアップ時や、交換モジュールｙが注文時に設定値が指定され設定状態で納入されたモジュールかユーザーが正しく設定したモジュールであった時、および通常の電源ＯＮ時は、「設定要求フラグ」(図２ｃ)が０（設定済み）なので、フローチャート図３ａのフローcの処理を行なうため、設定値設定要求は行なわれず、自己モジュールの設定値保管要求をモジュールが発生し、隣接するモジュールは隣接モジュールの設定値保管（フローチャート図３ｂのフローｃ）が実行される。
なお、操業中、モジュールｘの設定値変更を行なったときは、フローチャート図３（ａ）のフローｃが行なわれ隣接モジュールｙに設定値の再保管が行なわれる。

以上、実施例とともに説明したように本発明によれば、可変の設定値を持つ複数のモジュールが連装設置されたプラント制御装置において、自己のモジュールの設定値と隣接するモジュールの設定値を記憶する記憶手段を備え、交換モジュールの設定を光通信により復元するので、極めて短い時間で安全な復旧を行うことが可能となる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば本実施例では、左右隣接の場合で説明したが、実際には、奇数台数連装などを考えると、ＥＥＰＲＯＭには、左右隣接モジュール分の設定値保管領域が必要となる（図２ｃに示すｂ、ｄ領域を２組装備）左右どちらのモジュールに設定値を保管してもらっているか？左右どちらの設定値を保管しているか、などのフラグや、シーケンスなどが必要である。従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明のプラント制御装置に適用するモジュールの実施形態の一例を示すブロック構成図である。 本発明のモジュールの外観を示す斜視図（ａ）、モジュールの連装平面図（ｂ）およびＥＥＰＲＯＭの記憶内容を示す図である。 本発明のモジュールの動作フローチャートを示す図である。 モジュールｘとｙの動作フローである。 従来のモジュール１の単体を示す斜視図、図（ｂ）はモジュール１を連装設置した状態を示す斜視図である 従来のプラント制御装置に適用するモジュールの一例を示すブロック構成図およびＥＥＰＲＯＭの内容を示す説明図である。

符号の説明

１ モジュール
２ ハンディターミナル
３ パソコン
４ 通信用ケーブル
５ 変換アダプタ
７ 入力端子
８ 入力処理回路
９ マイコン
１０ 絶縁回路
１１ 出力回路
１２ 出力端子
１３ ＥＥＰＲＯＭ
１４ 通信ポート
１５，１６ 光素子
１８ プリント基板
１９ 開口部

Claims (1)

1. 可変の設定値を持つ複数のモジュールが連装設置され、隣接するモジュール同士が光通信手段により信号の授受を行うプラント制御装置において、前記モジュールは自己のモジュールの設定値と隣接する少なくとも一方のモジュールの設定値を保管する設定値保管機能を有し、隣接モジュールからの要求により隣接モジュールの設定値を自己の設定値保管機能に保管する機能と、隣接モジュールへ自己のモジュールの設定値を保管要求する設定値保管要求機能を備え、
   モジュールの一つが故障し、設定値が未設定の新モジュールｙと交換され、この新モジュールｙに対する隣接のモジュールｘからの設定動作を下記の工程を含んで行うことを特徴とするプラント制御装置。
   記
   工程１ 新モジュールｙに電源を供給する。
   工程２ 新モジュールｙから隣接のモジュールｘに設定値設定要求信号を送る。
   工程３ 隣接モジュールｘにおいて自己の設定値領域に交換前のモジュールの設定値を保管しているかを参照する。
   工程４ 隣接モジュールｘから自己の設定値領域に保管済みの交換前のモジュールの設定値を新モジュールｙに送信する。
   工程５ 新モジュールｙで隣接モジュールｘから送信された交換前のモジュールの設定値を受信し、自己の設定値領域に書き込む。
   工程６ 隣接モジュールｘから自己モジュールの設定値を新モジュールｙに送信する。
   工程７ 新モジュールｙで隣接モジュールｘから送信された隣接モジュールｘの設定値を受信し自己の設定値領域に書き込む。

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