JP5118373B2 - プラント制御システム - Google Patents

Description

本発明は、生産設備の自動制御に用いられるプラント制御システムに関し、特に生産設備で製造する製品の精度仕様などに応じて制御プログラムを使い分けるようになっている場合に好適なプラント制御システムに関する。

今日、生産設備の多くで、コンピュータ制御により自動制御を行うプラント制御システムが用いられている。そうしたプラント制御システムには、例えば制御精度や制御方式などがそれぞれ異なる複数の制御機能のための制御プログラムを有しており、それらを生産設備で製造の製品仕様などに応じて使い分けるようにされている制御システムがある。以下ではこうしたプラント制御システムを仮に制御機能使分け式プラント制御システムと呼ぶ。制御機能使分け式プラント制御システムの代表的な例として、圧延設備の制御システムがある。

圧延設備は、例えば板厚精度について、標準仕様の製品を量産品として製造する他に、標準仕様よりも高い板厚精度を要求する特別仕様の製品も非量産品として製造できるようになっているのが一般的である。このような圧延設備の制御システムは、板厚精度に応じた制御を可能とする複数の制御プログラムを自動制御機能のために有しており、それらの制御プログラムを使い分けることで、標準仕様品と特別仕様品それぞれの製造に対応できるようにされている。つまり標準仕様品は、標準仕様品用の制御プログラムによる常用の制御条件で制御して製造し、特別仕様品は、特別仕様品用の制御プログラムによる特別な制御条件で制御して製造するようにされている。この場合、当該圧延設備では、量産品である標準仕様品の製造量が非量産品である特別仕様品の製造量に比べて大きくなるのが一般的であり、したがってその制御システムにおいては、標準仕様品用制御プログラムの使用頻度が特別仕様品用の制御プログラムのそれに比べて大きくなるのが一般的である。以下では、上の例での標準仕様品用制御プログラムのように常用の制御条件による制御のためのプログラムを仮に基本機能用プログラム（基本制御機能用プログラム）と呼び、また上の例での特別仕様品用制御プログラムのように常用でない特別な制御条件による制御のためのプログラムを仮に付加機能用プログラム（付加制御機能用プログラム）と呼ぶものとする。

なお、圧延設備の制御に関しては、例えば特許文献１〜３などに開示の例が知られている。

特開２００４−１７４５４３号公報 特開２００３−１２６９０５号公報 特開平１０−１１８７０６号公報

上述のような制御機能使分け式プラント制御システムでは、基本機能用・付加機能用にかかわらず、使う可能性のある制御プログラム（制御機能）が全て実装される。そして従来にあっては、実装する制御プログラムの全てのコストを含めたコスト計算でプラント制御システムの価格が設定されていた。そのためユーザ（プラント制御システムを導入して使用する業者）は、どの程度使用するか不明な付加機能用プログラムについても設備投資することになる。つまりユーザは、その経済的価値が明確でないままにプラント制御システムへ設備投資することになるが、このことは、結果的に非効率な設備投資となる可能性を残し、ユーザ側に設備投資上のリスクをもたらすことになる。

本発明は以上のような知見に基づいてなされたものであり、その課題は、複数の制御プログラムを使い分けるようになっているプラント制御システムについて、ユーザ側の設備投資上の危険性を低減できるようにすることにある。

上記課題を解決するため本発明では以下のような基本的な考え方をとる。すなわち、プラント制御システムの価格設定に際して、制御プログラムについてのコスト計算を特定の制御プログラム、具体的には上の例での基本機能用プログラムについてだけ行い、他の制御プログラム、具体的には上の例での付加機能用プログラムはプラント制御システムのコスト計算から外すようにする。その一方で、コスト計算から外した付加機能用プログラムについては、プラント制御システムの設定価格外として実装し、ユーザ側で当該制御プログラムを実際に使用した場合に、その使用実績に応じて課金することでサプライヤ（プラント制御システムを設計作製して供給する業者）側のコスト回収を行えるようにする。このように付加機能用プログラムを使用実績課金方式とすることにより、その付加機能用プログラム分ついてユーザ側の初期投資を不要にすることができ、したがって制御機能使分け式プラント制御システムについて、ユーザの設備投資上のリスクを低減することが可能となる。

また、付加機能用プログラムの使用実績課金方式化は、サプライヤにとって制御機能使分け式プラント制御システムの標準化を可能とする。制御機能使分け式プラント制御システムでは、使用する可能性のある付加機能用プログラムがユーザごとに異なるのが通常である。そのため、使用する可能性のある付加機能用プログラムの全てをプラント制御システムに実装する従来の方式であると、実装する付加機能用プログラムの組合せがユーザごとに異なることになり、システム仕様の確定までに多大な労力を必要とする。これに対して、使用実績課金方式化であると、サプライヤが開発済みの付加機能用プログラムをユーザ側での使用の可能性に関係なくプラント制御システムに実装することができ、これにより、制御機能使分け式プラント制御システムの標準化が可能となる。

以上のような基本的な考え方に基づく本発明に係るプラント制御システムは、コンピュータ制御により制御対象プラントの制御対象機器を制御機能が異なる複数の制御プログラムを使い分けつつ制御し、制御機能に応じて使い分けられる異なる複数の前記制御プログラムとして、課金対象プログラム及び非課金対象プログラムが使用の可能性に関係なく格納されたプログラム格納装置と、プログラム選択操作画面を表示する機能を有し表示された前記プログラム選択操作画面で指定される前記制御プログラムを選択するプログラム選択装置と、該プログラム選択装置で選択された前記制御プログラムと前記制御対象機器に設けられた計測装置により取得された制御用データとに基づいて前記制御対象機器を制御する制御装置とを備え、前記課金対象プログラムが選択されたか否かについて判定を行う課金対象プログラム選択判定部と、前記制御装置で実行される前記課金対象プログラムの実際の使用時間を計測して前記課金対象プログラムごとの使用時間データを作成する使用時間データ作成部と、前記課金対象プログラムによる制御について、その制御に期待される制御精度が実現した程度を該制御精度に係る前記制御用データに基づいて評価する制御精度評価部とを有する使用実績管理装置を設け、前記制御精度評価部により評価された前記課金対象プログラムによる制御に期待される制御精度が実現した程度を、課金料金に反映させるようにされていることを特徴とする。

すなわち、本発明は、制御機能に応じて使い分けられる異なる複数の制御プログラムのそれぞれの使用時間データは、各制御プログラムの制御機能の使いやすさに関係している。つまり、一般に、プラント作業員は、制御精度に優れた制御プログラムを選択することに代えて、操業効率を向上するのに適した制御機能を有する制御プログラムを選択することがある。そこで、各制御プログラムの使用時間データを収集しておくことで、設備投資の際にどのような制御機能の制御プログラムを実装するかを合理的に決定する指針となる。これに基づいて、実装する制御プログラムを決めれば、ユーザ側の設備投資上のリスクを低減できることになる。さらに、使用時間データに加えて、制御プログラムごとの制御精度の評価を含む使用実績データがあれば、制御機能と制御性能との両面からプラント作業員の使いやすい制御プログラムを実装する指針となる。勿論、各制御プログラムの使用実績データに応じて課金するようにすれば、ユーザ側の設備投資上のリスクを一層低減できることになる。

以上のような本発明によれば、複数の制御プログラムを使い分けるようになっているプラント制御システムについて、ユーザ側の設備投資上の危険性を低減することが可能となる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、第１の実施形態によるプラント制御システムの構成を模式化して示す。本実施形態のプラント制御システム１は、制御対象プラント２が圧延設備の場合、つまり圧延設備制御システムの場合であり、プラント現場側システム３と課金側システム４を含み、これら両システム３、４を通信ネットワーク５で接続した構成とされている。

制御対象プラント２である圧延設備は、トップ側のバックアップロール１１ｔ、中間ロール１２ｔ、ワークロール１３ｔとボトム側のバックアップロール１１ｂ、中間ロール１２ｂ、ワークロール１３ｂが対にして設けられた圧延機１４を備えており、入側テンションリール１５から繰り出される被圧延材１６を圧延機１４におけるワークロール１３ｔ、１３ｂで押圧することで圧延して出側テンションリール１７で巻き取るようになっている。このような圧延設備では、例えば被圧延材１６の板厚を制御する板厚制御や被圧延材１６の形状を制御する形状制御などが行われ、そのような制御に必要とする制御用データ１８を取得とするための計測装置１９が設けられている。そしてこれらの板厚制御や制御形状制御などにあっては、被圧延材１６の鋼種や製品鋼板の要求仕様などに応じて制御精度などが異なる制御機能が使い分けられる。なお、圧延設備では、例えば板厚計測や形状計測などの計測目的に応じて各種の計測装置を設けるのが実際であるが、図１では計測装置１９をそれらの計測装置の代表として示してある。

プラント現場側システム３は、制御対象プラント２が圧延設備である本実施形態の場合、圧延設備設置工場のようなユーザ側のプラント現場に設けられるシステム要素であり、プログラム格納装置２１、プログラム選択装置２２、制御装置２３、および使用実績管理装置２４を備えている。

プログラム格納装置２１は、制御対象プラント２で行われる様々な制御に必要な制御プログラムを格納するのに用いられ、図２に示すように、基本機能用プログラム格納部２５と付加機能用プログラム格納部２６が設けられている。そして、基本機能用プログラム格納部２５には、制御プログラムとして複数の基本機能用プログラム２７（２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…）が格納され、付加機能用プログラム格納部２６には、制御プログラムとして複数の付加機能用プログラム２８（２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…）が格納されている。ここで、基本機能用プログラム２７とは、常用される基本的な制御条件による制御のために用いられる制御プログラムであり、一方、付加機能用プログラム２８とは、常用でない付加的な制御条件による制御のために用いられる制御プログラムである。こうした基本機能用プログラム２７と付加機能用プログラム２８は、後者が使用実績課金方式とされる点で区別される。つまり付加機能用プログラム２８は、課金対象プログラムとされ、それが制御対象プラント２で実際に使用された実績に応じた課金がなされ、その課金分をユーザがサプライヤに支払うというかたちで経済上の処理がなされる。

プログラム選択装置２２は、制御対象プラント２で実際に使用しようとする制御プログラムをプログラム格納装置２１に格納の基本機能用プログラム２７ａ、２７ｂ、２７ｃ…や付加機能用プログラム２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…から選択するのに用いられる。このようなプログラム選択装置２２は、例えば画像表示機能を有する端末装置にプログラム選択操作画面を表示し、そのプログラム選択操作画面で使用対象の制御プログラムを指定して選択できるように構成される。

制御装置２３は、プログラム選択装置２２で選択された制御プログラムと計測装置１９からの制御用データ１８などに基づいて制御対象プラント２の制御を実行する。本実施形態の場合、制御対象プラント２が圧延設備であることから、被圧延材１６の板厚制御や形状制御などがなされる。

使用実績管理装置２４は、課金対象プログラムである付加機能用プログラム２８の使用実績を管理して使用実績データ３１を作成するサーバ装置であり、図３にその構成を示すように、課金対象プログラム選択判定部３２、使用時間データ作成部３３、制御精度評価部３４、および使用実績データ格納部３５を備えている。

課金対象プログラム選択判定部３２は、課金対象プログラムである付加機能用プログラム２８が選択されたか否かについて判定を行う。

使用時間データ作成部３３は、課金対象プログラム選択判定部３２が付加機能用プログラム２８の選択ありと判定するのを受けて、その付加機能用プログラム２８について、制御対象プラント２で実際に使用された時間を制御装置２３からの情報に基づいて計測し、その計測結果から使用時間データ３６を作成して出力する。使用時間データ３６には、例えば付加機能用プログラム２８の識別情報、使用日時、使用時間などの各データが記録される。

制御精度評価部３４は、制御対象プラント２で実際に使用された付加機能用プログラム２８による制御について、その制御に期待される制御精度が実現した程度を評価する。制御精度の評価つまり期待制御精度の実現程度の評価は、例えば付加機能用プログラム２８ａが使用され、その付加機能用プログラム２８ａが高精度な板厚制御用である場合であれば、例えばオンゲージ率を求めることでなすことができる。オンゲージ率は、付加機能用プログラム２８ａが実際に発揮した制御機能について良否を判定し、付加機能用プログラム２８ａの使用時間に対する「良」判定制御機能（「良」と判定された実績制御機能）の発揮時間の割合として求める。この場合、制御機能の良否判定では、例えば付加機能用プログラム２８ａでの制御に期待される板厚偏差（目標板厚に対する実際の板厚の偏差）と付加機能用プログラム２８ａを用いての制御で実際に実現された板厚偏差を比較し、実板厚偏差の期待板厚偏差からのずれが一定範囲、例えば±５％であれば「良」とし、そうでなければ「否」と判定する。こうした制御精度評価部３４による制御精度の判定は、使用時間データ作成部３３で作成される使用時間データ３６に対応してなされ、その結果を例えば使用時間データ３６と組み合わせることで、使用実績データ３１が作成される。

使用実績データ格納部３５は、制御精度評価部３４で作成された使用実績データ３１を格納・蓄積し、そして例えば１ヵ月を単位とし、月末の締め日になれば、１ヵ月分の使用実績データ３１を課金側システム４に送信する。

課金側システム４は、プラント制御システム１をユーザに供給したサプライヤ側に設けられるシステム要素であり、例えばサーバ装置として構成され、課金料金算出部４１、課金料金算出用データ格納部４２、および課金請求書作成部４３を備えている。課金料金算出部４１は、使用実績課金算出手段であり、プラント現場側システム３から上述のようにして送られてくる使用実績データ３１と課金料金算出用データ格納部４２から得られる課金料金算出用データ４４（図４）を用いて課金料金を算出し、課金料金データ４５を作成する。課金請求書作成部４３は、課金料金データ４５に基づいて課金請求書を作成する。課金請求書は、電子データまたはペーパデータのいずれかの形態で作成される。そして電子データで作成した場合には、その電子データ課金請求書がユーザに通信ネットワーク５を通じて送信される。

ここで、図４の例の課金料金算出用データ４４は、例えば付加機能用プログラム２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…のそれぞれについて作成されるもので、例えば圧延設備における板厚制御用の場合であり、付加機能用プログラム２８の単位使用時間当たりの基本料金に関する単位時間料金テーブル４６、オンゲージ率と基本料金の適用率の対応関係に関するオンゲージ率／料金対応テーブル４７、および被圧延材１６の鋼種レベルと基本料金の適用率の対応関係に関する鋼種レベル／料金対応テーブル４８を含んでいる。

以下では、以上のようなプラント制御システム１における課金処理について説明する。図５に示すように課金処理は、ステップ１０１〜ステップ１１０の各処理を含む。まずステップ１０１で、課金対象プログラムである付加機能用プログラム２８の選択の有無について課金対象プログラム選択判定部３２による判定がなされる（課金対象プログラム選択判定処理）。ステップ１０１で付加機能用プログラム２８が選択されたと判定された場合には、ステップ１０２に進み、選択された付加機能用プログラム２８の使用開始からその使用時間を使用時間データ作成部３３が計測する（課金対象プログラム使用時間計測処理）。ステップ１０２の課金対象プログラム使用時間計測処理は、選択された付加機能用プログラム２８の使用終了まで継続される。ステップ１０２の処理が終了したらステップ１０３で使用時間データ作成部３３が使用時間データ３６を上述のように作成する（使用時間データ作成処理）。使用時間データ３６が作成されたらステップ１０４で制御精度評価部３４が上述のような制御精度判定処理を行って使用実績データ３１を作成し、その使用実績データ３１を使用実績データ格納部３５に格納する（使用実績データ作成処理）。以上のステップ１０４までの処理は、上述のように１ヵ月を周期単位として使用実績データ３１を課金側システム４に送信する場合であれば、その１ヵ月間に使用される付加機能用プログラム２８について繰り返される。

ステップ１０４に続くステップ１０５では、使用実績データ３１の課金側システム４への送信が通信ネットワーク５を通じてなされる（使用実績データ送信処理）。使用実績データ３１の送信を受けた課金側システム４では、ステップ１０６として課金料金算出部４１が上述のような課金料金算出処理を行って課金料金データ４５を作成する。これを受けて、課金請求書作成部４３がステップ１０７として課金請求書を作成する（課金請求書作成処理）。作成された課金請求書は、ステップ１０８の課金料金請求処理でユーザに送信（課金請求書が電子データの場合）あるいは送付（課金請求書がペーパデータの場合）される。課金請求書を受け取ったユーザはステップ１０９の支払い処理で課金料金を支払う。そして最後に課金側が課金請求書についての支払いの有無をステップ１１０の支払い確認処理で確認し、支払いありとなれば、１つの単位料金支払い周期についての処理が終了となる。

図６に、第２の実施形態によるプラント制御システムの構成を模式化して示す。本実施形態のプラント制御システム５１は、プラント現場側システム５２と課金側システム５３を含み、課金側システム５３に図１の使用実績管理装置２４が設けられている。すなわち課金側システム５３は、図１の課金側システム４におけるのと同様な課金料金算出部４１、課金料金算出用データ格納部４２、および課金請求書作成部４３を有するサーバ装置などとして構成される課金管理装置５４を備えるとともに、使用実績管理装置２４を備えた構成とされている。この他の構成については、図１のプラント制御システム１と同様である。

このようなプラント制御システム５１における課金処理の流れは図７に示すようになり、ステップ２０１〜ステップ２１０の各処理を含む。ステップ２０１〜ステップ２０４の各処理は図５におけるステップ１０１〜ステップ１０４の各処理と同じであり、またステップ２０６〜ステップ２１０の各処理は図５におけるステップ１０６〜ステップ１１０の各処理と同じである。異なるのはステップ２０５であり、ステップ２０５では、使用実績管理装置２４から課金料金算出部４１へ使用実績データ３１の提供がなされる（使用実績データ提供処理）。

図８に、第３の実施形態によるプラント制御システムの構成を模式化して示す。本実施形態のプラント制御システム６１は、プラント現場側システム６２と課金側システム６３を含み、プラント現場側システム６２に使用実績／課金管理装置６４が設けられ、課金側システム６３に課金請求管理装置６５が設けられている。使用実績／課金管理装置６４は、図９に示すように、図１における課金対象プログラム選択判定部３２、使用時間データ作成部３３、制御精度評価部３４の各機能部を備えるとともに、図１における課金料金算出部４１を備え、さらに課金料金算出部４１で作成される課金料金データ４５を格納・蓄積する課金料金データ格納部６５を備えている。課金請求管理装置６５は、図１における課金請求書作成部４３とプラント現場側システム６２の使用実績／課金管理装置６４から送られてくる課金料金データ４５を格納・蓄積する課金料金データ格納部６６を備えている。この他の構成については、図１のプラント制御システム１と同様である。

このようなプラント制御システム６１における課金処理の流れは図１０に示すようになり、ステップ３０１〜ステップ３１０の各処理を含む。ステップ３０１〜ステップ３０３では、図５におけるステップ１０１〜１０３と同じ処理がなされる。ステップ３０４では、制御精度評価部３４が上述のような制御精度判定処理を行って使用実績データ３１を作成し、その使用実績データ３１を課金料金算出部４１に提供する（使用実績データ作成処理）。ステップ３０４に続くステップ３０５では、使用実績データ３１を受け取った課金料金算出部４１が上述のような課金料金算出処理を行って課金料金データ４５を作成し、その課金料金データ４５を課金料金データ格納部６５に格納する（課金料金算出処理）。以上のステップ３０５までの処理は、例えば１ヵ月を周期単位とし、その１ヵ月間に使用される付加機能用プログラム２８について繰り返される。

ステップ３０５に続くステップ３０６では、課金料金データ４５の課金側システム６３への送信が通信ネットワーク５を通じてなされる（課金料金データ送信処理）。この課金料金データ送信処理は、例えば１ヵ月を周期単位とし、月末の締め日に、１ヵ月分の課金料金データ４５を課金側システム６３に送信する。課金料金データ４５の送信を受けた課金側システム６３では、ステップ３０７として課金請求書作成部４３が課金請求書を作成する。そしてステップ３０８〜ステップ３１０で、図５におけるステップ１０８〜１１０と同じ処理がなされ、１つの単位料金支払い周期についての処理が終了となる。

以上、本発明を実施するための形態のいくつかについて説明したが、これらは代表的な例に過ぎず、本発明は、その趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば、以上の実施形態では制御対象プラントが圧延設備であったが、これに限られるものでなく、様々なプラントに適用することができる。

第１の実施形態によるプラント制御システムの構成を示す図である。 プログラム格納装置の構成を示す図である。 使用実績管理装置の構成を示す図である。 課金料金算出用データの例を示す図である。 図１のプラント制御システムにおける課金処理の流れを示す図である。 第２の実施形態によるプラント制御システムの構成を示す図である。 図６のプラント制御システムにおける課金処理の流れを示す図である。 第３の実施形態によるプラント制御システムの構成を示す図である。 使用実績／課金管理装置の構成を示す図である。 図８のプラント制御システムにおける課金処理の流れを示す図である。

符号の説明

１ プラント制御システム
２ 制御対象プラント
３ プラント現場側システム
４ 課金側システム
２１ プログラム格納装置
２２ プログラム選択装置
２３ 制御装置
２４ 使用実績管理装置
２７ 基本機能用プログラム
２８ 付加機能用プログラム（課金対象プログラム）
３４ 制御精度評価部
４１ 課金料金算出部（使用実績課金算出手段）

Claims (1)

1. コンピュータ制御により制御対象プラントの制御対象機器を制御機能が異なる複数の制御プログラムを使い分けつつ制御し、
   制御機能に応じて使い分けられる異なる複数の前記制御プログラムとして、課金対象プログラム及び非課金対象プログラムが使用の可能性に関係なく格納されたプログラム格納装置と、プログラム選択操作画面を表示する機能を有し表示された前記プログラム選択操作画面で指定される前記制御プログラムを選択するプログラム選択装置と、該プログラム選択装置で選択された前記制御プログラムと前記制御対象機器に設けられた計測装置により取得された制御用データとに基づいて前記制御対象機器を制御する制御装置とを備え、
   前記課金対象プログラムが選択されたか否かについて判定を行う課金対象プログラム選択判定部と、前記制御装置で実行される前記課金対象プログラムの実際の使用時間を計測して前記課金対象プログラムごとの使用時間データを作成する使用時間データ作成部と、前記課金対象プログラムによる制御について、その制御に期待される制御精度が実現した程度を該制御精度に係る前記制御用データに基づいて評価する制御精度評価部とを有する使用実績管理装置を設け、
   前記制御精度評価部により評価された前記課金対象プログラムによる制御に期待される制御精度が実現した程度を、課金料金に反映させるようにされていることを特徴とするプラント制御システム。

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