JP4924940B2

JP4924940B2 - 制御装置間の通信方法および装置

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Publication number: JP4924940B2
Application number: JP2007142911A
Authority: JP
Inventors: 淳二山上; 英雄寺田; 正明富沢
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-05-30
Filing date: 2007-05-30
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2027-05-30
Also published as: JP2008299471A

Description

本発明は、ガスタービン制御装置、発電プラント制御装置、分散制御装置等、複数の制御装置を有する制御システムにおいて、複数の制御装置間でデータ通信を行う通信方法および装置に関する。

複数の制御装置を有する制御システムの例として、特許文献１が既に開示されている。

特許文献１の「分散制御装置の信号伝送制御方法」は、分散制御装置間の信号伝送関係の作り漏れを防ぎ、伝送不整合を検出し、プログラム作成・検査工数を削減することを目的とする。
このため、この発明では、図６に示すように、内蔵する制御プログラムをシンボリック素子で表記しシンボリック素子間の接続状況を結線で記述した制御ブロック５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃにより表現される複数の制御装置５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃを分散配置し伝送路５３で接続して構成される分散制御装置の信号伝送制御方法において、各制御装置の制御ブロック図５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃが、複数の制御装置間で信号を伝送するための送信素子５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃおよび受信素子５５Ａ，５５Ｂ，５５Ｃの少なくとも一方をシンボリック素子として備えたものである。

特開平１１−６５６１２号公報、「分散制御装置の信号伝送制御方法」

図１は、複数の制御装置を有する制御システムの別例を示す全体構成図である。
この図において、１Ａ，１Ｂは、例えばある発電プラントを構成する複数（この例で２基）のガスタービンプラントであり、２Ａ，２Ｂは、ガスタービンプラント１Ａ，１Ｂをそれぞれ分散制御する二重化冗長系で構成されたプラント制御装置、３Ａ，３Ｂは、各プラント制御装置２Ａ，２Ｂをそれぞれ分散制御する上位制御装置である。
複数のプラント制御装置２Ａ，２Ｂと複数の上位制御装置３Ａ，３Ｂは、制御系ネットワーク４を介してデータを送受信するようになっている。また、５はマスタークロックであり、複数のプラント制御装置２Ａ，２Ｂに基準クロックを送信し、必要な同期が得られるようになっている。

図１において、複数の分散制御装置（各プラント制御装置２Ａ，２Ｂと上位制御装置３Ａ，３Ｂ）で発電プラント全体（ガスタービンプラント１Ａ，１Ｂを含む）を制御する場合、制御装置間のデータ通信で他のプラントの信号データを入手する必要がある。

図２は、制御装置間の従来の信号データの模式図である。
この図に示すように、制御装置間の従来の信号データは、信号属性と信号値の組を信号数分まとめたテーブル情報である。
しかし、信号データの伝送時に信号値の値だけでなく、信号属性に関する情報も含んでいるため、信号属性が切り替わった場合にも対応できるが、その分データ量が多くなる問題点があった。
そのため、多量の信号データを制御に使用する場合、制御周期が長くなり、或いは制御周期を短くするために信号データを減らす必要が生じ、制御装置全体の性能が低下もしくは制限される問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ネットワークを介して連結された複数の制御装置を有する制御システムにおいて、従来と比較して短い制御周期で、多量の信号データを送受信することができ、これにより、制御装置全体の性能を向上させることができる制御装置間の通信方法および装置を提供することにある。

本発明によれば、ネットワークを介して連結された複数の制御装置間の通信方法であって、
前記制御装置間の信号データを、互いに対になった属性信号データと値信号データで構成し、
属性信号データは、属性ＩＤと複数の属性データからなり、
値信号データは、前記属性ＩＤと前記各属性データに順に対応する複数の信号値データからなり、
送信側は、新規の属性ＩＤの信号データ送信時に、最初に前記信号データの互いに対になった属性信号データと値信号データを送信し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを送信し、
受信側は、最初に受信した属性信号データを記憶し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを受信し、
受信側において、受信した値信号データの属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤと比較し、
属性ＩＤが同一の場合には、値信号データの複数の信号値データを記憶した属性信号データの各属性データに順に対応させて使用し、
属性ＩＤが異なる場合には、送信側に受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し、
送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する、ことを特徴とする制御装置間の通信方法が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記属性データは、少なくとも接点情報とアナログ情報であり、
前記信号値データは、少なくとも接点信号値とアナログ信号値である。

また、前記属性データは、ロジックプログラムの変更により、送信側の設定変更が生じたときにも、通信を停止することなく、
送信側は、設定変更時に、新規の属性ＩＤとともに変更が発生した部分の属性データを送信し、その後は、新しい設定の値信号データのみを送信し、
受信側は、受信した新規の属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤに入れ替えるとともに、受信した変更部分の属性データを前回までの属性データに反映させて記憶する。

また、二重化冗長系システムの場合には、
送信側プラント制御装置（ＰＣＳ）の主系ガスタービンユニット（ＧＣＵ）が送信対象ＰＣＳのすべてのＧＣＵに対して、１対１で順次送信を行い、送信対象ＰＣＳが複数存在する場合には、各ＰＣＳに順に従う。

さらに本発明によれば、ネットワークを介して連結された複数の制御装置間の通信装置であって、
前記制御装置間の信号データは、互いに対になった属性信号データと値信号データで構成され、
属性信号データは、属性ＩＤと複数の属性データからなり、
値信号データは、属性ＩＤと各属性データに順に対応する複数の信号値データからなり、
送信側は、新規の属性ＩＤの信号データ送信時に、最初に前記信号データの互いに対になった属性信号データと値信号データを送信し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを送信し、
受信側は、最初に受信した属性信号データを記憶し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを受信し、
受信側において、受信した値信号データの属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤと比較し、
属性ＩＤが同一の場合には、値信号データの複数の信号値データを記憶した属性信号データの各属性データに順に対応させて使用し、
属性ＩＤが異なる場合には、送信側に、受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し、
送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する、ことを特徴とする制御装置間の通信装置が提供される。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記属性データは、ロジックプログラムの変更により、送信側の設定変更が生じたときにも、通信を停止することなく、
送信側は、設定変更時に、新規の属性ＩＤとともに変更が発生した部分の属性データを送信し、その後は、新しい設定の値信号データのみを送信し、
受信側は、受信した新規の属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤに入れ替えるとともに、受信した変更部分の属性データを前回までの属性データに反映させて記憶する。

上述した本発明の方法および装置によれば、送信側は、最初以外は制御周期毎に値信号データのみを送信し、受信側も、最初以外は制御周期毎に値信号データのみを受信するので、信号データを通常は１つの属性ＩＤと信号数分の信号値テーブルのみを送ることになる。
従って通常は、属性ＩＤ以外は信号値のみしか送らないため、データ量が少なくて済み、従来と比較して短い制御周期で、多量の信号データを送受信することができ、これにより、制御装置全体の性能を向上させることができる。

また、送信側において、属性信号データの設定が変更された場合に、新規のＩＤと変更部分の属性データを送信し、受信側も、新規の属性ＩＤとともに属性データも同時に更新することになる。
従って、制御装置を停止させることなく、属性データを変更することができ、制御装置全体の可用性を向上させることができる。

また受信側において、属性ＩＤが前回と異なる場合には、送信側に、受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し、送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信するので、途中で信号属性が変化した場合にも対応できる。

さらに、ある制御装置が再起動した場合にも、信号属性のテーブルを要求することで、対応が可能である。

以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

上述した図１の構成は、本発明においても同様である。
本発明は、図１におけるネットワーク４を介して連結された複数の制御装置間の通信方法および装置に関する。制御装置は、プラント制御装置、上位制御装置のいずれか一方、又は両方であってもよい。また制御装置は、複数であれば２台に限定されず、３台以上であってもよい。

図３は、本発明における制御装置間の信号データの構成を示す図である。
制御装置間の信号データ１０は、信号属性と信号値の組を信号数分まとめたテーブル情報である。しかし、本発明では、制御装置間の信号データ１０を、互いに対になった属性信号データ１０Ａと値信号データ１０Ｂで構成している。
この図において、属性信号データ１０Ａは、属性ＩＤ１１と複数の属性データ１２からなる。また、値信号データ１０Ｂは、前記属性ＩＤ１１と前記各属性データ１２に順に対応する複数の信号値データ１３からなる。
なお、この図における「Ｎｏ．」「１」「２」「３」「４」等の文字又は数字は、本発明において不可決ではなく、これを省略することができる。

制御装置間の信号データ１０は、ヘッダに属性ＩＤ１１を含むデータ列である。
また、属性データ１２は、少なくとも接点情報とアナログ情報である。例えば接点情報は最大９９９点、アナログ情報も最大９９９点を通信周期１６０ｍｓで通信する。
信号値データ１３は、少なくとも接点信号値とアナログ信号値である。例えば、最大９９９点の接点信号値とアナログ信号値を通信周期１６０ｍｓで通信する。

図４は、本発明による制御装置間の通信方法の全体フロー図である。
この図に示すように、本発明の通信方法は、送信側はＳ１〜Ｓ５の各ステップ、受信側はＳ１１〜Ｓ１６の各ステップからなる。

送信側は、新規の属性ＩＤ１１の信号データ送信時に、最初に信号データ１０の互いに対になった属性信号データ１０Ａと値信号データ１０Ｂを送信し（Ｓ１、Ｓ２）、その後は、制御周期毎に値信号データ１０Ｂのみを送信する（Ｓ３）。

受信側は、最初に受信（Ｓ１１）した属性信号データを記憶し（Ｓ１２）、その後は、制御周期毎に値信号データ１０Ｂのみを受信する（Ｓ１３）。

受信側において、受信した値信号データ１０Ｂの属性ＩＤ１１を前回受信の属性ＩＤと比較する（Ｓ１４）。
Ｓ１４で属性ＩＤが同一の場合（ＹＥＳ）には、値信号データの複数の信号値データ１０Ｂを記憶した属性信号データ１０Ａの各属性データに順に対応させて使用する（Ｓ１５）。
Ｓ１４で属性ＩＤが異なる場合（ＮＯ）には、送信側に、受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求する（Ｓ１６）。

送信側は、受信側の要求（Ｓ４）に応じて、送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する（Ｓ５）。

図５は、本発明による制御装置間の通信方法の説明図である。

上述した本発明の方法および装置によれば、送信側は、最初以外は制御周期毎に値信号データ１０Ｂのみを送信し、受信側も、最初以外は制御周期毎に値信号データ１０Ｂのみを受信するので、信号データ１０として通常は１つの属性ＩＤ１１と信号数分の信号値テーブル１３のみを送ることになる。
従って通常は、属性ＩＤ１１以外は信号値のみしか送らないため、データ量が少なくて済み、従来と比較して短い制御周期で、多量の信号データを送受信することができ、これにより、制御装置全体の性能を向上させることができる。

また受信側において、属性ＩＤ１１が前回と異なる場合には、送信側に、受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し（Ｓ１６）、送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する（Ｓ５）ので、途中で信号属性が変化した場合にも対応できる。

上述した複数の制御装置（複数のプラント制御装置２Ａ，２Ｂと複数の上位制御装置３Ａ，３Ｂ）は、例えばガスタービンコンバインドサイクル発電プラントを対象としたプラント制御装置である。
また上述した本発明の方法は、各制御装置の記憶装置にインストールしたプログラムで実行される。このプログラム（ステーション間通信ログラム）は、制御ユニット（ＧＣＵ）で構成されるステーション（ＰＣＳ）間で、データ伝送を可能とするものである。データの伝送は、１６０ｍｓ以下の周期で実現する。

（通信方法）
ステーション間通信ログラムは、ＰＣＳ間で制御データの伝送を行うものである。送信側のＰＣＳは、送信対象ＰＣＳに対して１対１で通信を行う。なお、二重化冗長系システムの場合には、送信側ＰＣＳの主系ＧＣＵが、送信対象ＰＣＳのすべてのＧＣＵに対して、１対１で順次送信を行う。
送信対象ＰＣＳが複数存在する場合には、各ＰＣＳに順にデータ伝送を行うことによって実現する。伝送するデータがないＰＣＳに対しては、データ伝送は行わない。
受信側ＰＣＳでは、他のＰＣＳから送信されたデータを受信し、制御演算データとして使用する。

（通信仕様）
ステーション間通信の通信仕様については、次のとおりとする。
通信周期：１６０ｍｓ
通信方法：二重化ＬＡＮユニキャスト
通信データ：アナログ最大１０００点、接点最大１０００点

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば、本発明は、ガスタービン用制御装置に限定されず、その他の装置にも自由に適用することができる。

複数の制御装置を有する制御システムの別例を示す全体構成図である。制御装置間の従来の信号データの模式図である。本発明における制御装置間の信号データの構成を示す図である。本発明による制御装置間の通信方法の全体フロー図である。本発明による制御装置間の通信方法の説明図である。特許文献１の方法の説明図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂガスタービンプラント、
２Ａ，２Ｂプラント制御装置、
３Ａ，３Ｂ上位制御装置、４制御系ネットワーク、
５マスタークロック、
１０信号データ、１０Ａ属性信号データ、１０Ｂ値信号データ、
１１属性ＩＤ、１２属性データ、１３信号値データ

Claims

ネットワークを介して連結された複数の制御装置間の通信方法であって、
前記制御装置間の信号データを、互いに対になった属性信号データと値信号データで構成し、
属性信号データは、属性ＩＤと複数の属性データからなり、
値信号データは、前記属性ＩＤと前記各属性データに順に対応する複数の信号値データからなり、
送信側は、新規の属性ＩＤの信号データ送信時に、最初に前記信号データの互いに対になった属性信号データと値信号データを送信し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを送信し、
受信側は、最初に受信した属性信号データを記憶し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを受信し、
受信側において、受信した値信号データの属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤと比較し、
属性ＩＤが同一の場合には、値信号データの複数の信号値データを記憶した属性信号データの各属性データに順に対応させて使用し、
属性ＩＤが異なる場合には、送信側に受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し、
送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する、ことを特徴とする制御装置間の通信方法。
前記属性データは、少なくとも接点情報とアナログ情報であり、
前記信号値データは、少なくとも接点信号値とアナログ信号値である、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置間の通信方法。
前記属性データは、ロジックプログラムの変更により、送信側の設定変更が生じたときにも、通信を停止することなく、
送信側は、設定変更時に、新規の属性ＩＤとともに変更が発生した部分の属性データを送信し、その後は、新しい設定の値信号データのみを送信し、
受信側は、受信した新規の属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤに入れ替えるとともに、受信した変更部分の属性データを前回までの属性データに反映させて記憶する、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置間の通信方法。
二重化冗長系システムの場合には、
送信側プラント制御装置（ＰＣＳ）の主系ガスタービンユニット（ＧＣＵ）が送信対象ＰＣＳのすべてのＧＣＵに対して、１対１で順次送信を行い、送信対象ＰＣＳが複数存在する場合には、各ＰＣＳに順に従う、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置間の通信方法。
ネットワークを介して連結された複数の制御装置間の通信装置であって、
前記制御装置間の信号データは、互いに対になった属性信号データと値信号データで構成され、
属性信号データは、属性ＩＤと複数の属性データからなり、
値信号データは、属性ＩＤと各属性データに順に対応する複数の信号値データからなり、
送信側は、新規の属性ＩＤの信号データ送信時に、最初に前記信号データの互いに対になった属性信号データと値信号データを送信し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを送信し、
受信側は、最初に受信した属性信号データを記憶し、その後は、制御周期毎に値信号データのみを受信し、
受信側において、受信した値信号データの属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤと比較し、
属性ＩＤが同一の場合には、値信号データの複数の信号値データを記憶した属性信号データの各属性データに順に対応させて使用し、
属性ＩＤが異なる場合には、送信側に、受信した属性ＩＤに相当する属性信号データを要求し、
送信側は、受信側の前記要求に応じて送信した属性ＩＤに相当する属性信号データのみを送信する、ことを特徴とする制御装置間の通信装置。
前記属性データは、ロジックプログラムの変更により、送信側の設定変更が生じたときにも、通信を停止することなく、
送信側は、設定変更時に、新規の属性ＩＤとともに変更が発生した部分の属性データを送信し、その後は、新しい設定の値信号データのみを送信し、
受信側は、受信した新規の属性ＩＤを前回受信の属性ＩＤに入れ替えるとともに、受信した変更部分の属性データを前回までの属性データに反映させて記憶する、ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置間の通信装置。
二重化冗長系システムの場合には、
送信側プラント制御装置（ＰＣＳ）の主系ガスタービンユニット（ＧＣＵ）が送信対象ＰＣＳのすべてのＧＣＵに対して、１対１で順次送信を行い、送信対象ＰＣＳが複数存在する場合には、各ＰＣＳに順に従う、ことを特徴とする請求項５に記載の制御装置間の通信装置。