JP5207310B2 - プラント監視制御システム用の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発電プラントに適用して好適な、プラントの運転状況を監視するプラント監視制御システム用の制御装置に関する。

一般に、発電プラントにおいては、中央制御室にプラント監視装置や保守ツールなどのコンピュータ装置を配置し、これらをネットワークを介してボイラ制御装置やタービン制御装置などの制御装置に接続して、プラント監視装置からの操作指令あるいは制御装置からの制御指令に基づいて、プラントの各部の制御機器を動作させるシステムが構築されている。

プラント監視装置は、運転員の要求に基づき各制御機器に対する指令を制御装置に出力すると共に、プラント情報をディスプレイなどの表示装置に表示させることにより、各種制御情報の提供及びガイダンスの出力などを行う。また、保守ツールは、制御装置に対する保守作業を実施する為の装置であり、プラントを制御する論理を作成し、これらの論理を制御装置に対してローディングしたり、制御装置の演算過程をモニタする機能などを備える。

このような監視制御システムにおいては、現場機器の点検時に制御装置からの制御指令によって現場機器が動作しないように一定出力を保持する為や、制御装置の制御理論のシミュレーション結果が他の制御装置に影響を及ぼさないようにする為に、入出力データや伝送データに対する模擬値の一括設定や解除機能が利用できるようになっている。
どの入出力データや伝送データに、どのような模擬値を設定するのかといった情報は、保守ツールにて一覧表にて管理され、保守ツールからの模擬値設定や解除が実施される。設定する模擬値などの情報は、一覧表で管理されている為、解除漏れの危険性がない。

特許文献１には、この種の監視システムの一例についての記載がある。

特開２００２−２４４７２２号公報

このようなシステムで、伝送データに対する模擬値の一括設定や解除を実施するにあたり、総データ点数が多いために、次のような２点の課題がある。

１つ目の課題として、制御装置のメモリ容量の制約上、伝送データに関する模擬値の一括設定や解除に必要な情報を管理する伝送アイソレーションデータ管理メモリのブロック数が、総伝送データ点数分用意できない問題がある。
具体的には、１つのブロックに伝送データ１点分の伝送アイソレーションデータが書き込まれる。一方で、伝送データに対する模擬値格納メモリや、実際の伝送データを格納する実データ格納メモリや、模擬値と実際の伝送データとを切り替える切替スイッチメモリは、総伝送データ点数分用意できる構成である。このため、伝送アイソレーションデータ管理メモリと、他のメモリとでは、同じブロック番号でのデータの受け渡しができない問題がある。

なお、入出力アイソレーションデータ管理メモリのブロック数については、総入出力データ点数分用意できるので、他の入出力データに関する模擬値格納メモリ、実データ格納メモリ、切替スイッチメモリと、同じブロック番号どうしでのデータの受け渡しができるので、このような問題はない。

２つ目の課題として、伝送アイソレーションデータ管理メモリのブロック数が、総伝送データ点数分用意できないことにより、伝送アイソレーションデータを伝送アイソレーションデータ管理メモリに書き込む際に、メモリの空きブロックを検索しなければならず、空きブロックの検索時間が使用中ブロックの数が多いほどかかってしまい、制御周期内に検索が終わらなくなってしまう問題がある。例えば、１００００番目のブロックまで使用中であるとすると、１〜１０００１番目までのブロックの空き状況を検索した後、１０００１番目のブロックに伝送アイソレーションが書き込まれることになる。

本発明は、プラントシステムで制御装置を使って模擬値の設定や解除を行うことが、少ない処理や時間で確実に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、プラントの状態を表す計測値を取り込み、その計測値及び／又は運転員による操作指令に基づいてプラントに対して制御指令を出力する制御装置と、制御装置の保守を行う保守ツールと、プラントに対する操作指令を前記制御装置に出力したり、プラントの状態を表示するプラント監視装置とを有するプラント監視制御システム用の制御装置に適用される。
本発明の制御装置の構成としては、プラントから得た計測値を入力しプラントに対する制御指令を入力するデータ入出力手段と、ネットワークで接続された制御装置とプラント監視装置との間でデータの伝送を行うデータ伝送手段と、データ入出力手段が扱うデータ及び／又はデータ伝送手段で扱うデータを、保守ツールにて一覧表で管理されている模擬値へと一括で設定すると共に、一覧表で設定されている模擬値を一括解除する模擬値一括設定解除手段とを備えた。
そして、模擬値一括設定解除手段は、保守ツールから伝送された模擬値の一括設定指令又は模擬値の一括解除指令に基づいて、設定又は解除を行うものであり、
模擬値の一括設定又は一括解除に必要な情報であるアイソレーションデータを管理するアイソレーションデータ管理メモリと、模擬値を格納する模擬値格納メモリと、データ入出力手段又はデータ伝送手段が扱うデータを格納する実データ格納メモリと、模擬値と実際のデータとを切替える切替えスイッチメモリとを、データ入出力手段が扱う入出力データ用と、データ伝送手段が扱う伝送データ用とで個別に設け、
伝送データ用のアイソレーションデータ管理メモリに、模擬値格納メモリと実データ格納メモリと切替えスイッチメモリの、ブロック番号を格納するようにしたものである。

本発明によると、データ入出力手段が扱うデータ及び／又はデータ伝送手段で扱うデータを、保守ツールにて一覧表で管理されている模擬値へと一括して設定でき、またその設定された模擬値を一括して解除できるようになる。従って、保守ツールを使ったプラントの保守が簡単かつ迅速に行えるようになる。特に、一覧表での入出力データや伝送データの模擬値への一括設定や解除が行えるために、何度も設定や解除を行わなければならない状況の場合に非常に大きな効果を有する。

本発明の一実施の形態によるプラント制御システムの全体構成例を示したシステム構成図である。 本発明の一実施の形態によるシステムでの保守ツールと制御装置での処理状態を示した説明図である。 本発明の一実施の形態による入出力アイソレーションメモリでの処理状態を示した説明図である。 本発明の一実施の形態による伝送アイソレーションメモリでの処理状態を示した説明図である。

以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
本実施の形態においては、発電プラントに適用したものである。発電プラントの場合には、中央制御室にプラント監視装置や保守ツールなどのコンピュータ装置を配置し、これらをネットワークを介してボイラ制御装置やタービン制御装置などの制御装置に接続して、プラント監視装置からの操作指令あるいは制御装置からの制御指令に基づいて、プラントの各部の制御機器を動作させるシステムとしてある。

図１は、このプラントの制御システム構成を示した図である。制御装置１０，２０，・・・は、例えば制御系統毎に用意されている。図１の例では、制御装置１０にメタルケーブル３を介してバルブなどの制御機器１４が接続させてあり、またメタルケーブル３を介して温度センサなどの計測機器１５が接続させてある。

制御装置１０内には、演算制御手段であるＣＰＵ（中央制御ユニット）１１が設けてあり、このＣＰＵ１１がシステムバス２を介して制御指令入出力部１２及びプラントデータ入出力部１３と接続させてある。制御指令入出力部１２は、制御機器１４と接続させてあり、制御機器１４の状態（例えばバルブの開閉など）を制御する。プラントデータ入出力部１３は、計測機器１５と接続させてあり、プラントの状態のデータを取得する。また、制御装置１０のＣＰＵ１１は、用意されたネットワーク１を介して操作監視装置９０とデータ伝送を行うと共に、保守ツール８０ともデータ伝送を行う。さらに、システム内の他の制御装置（制御装置２０など）とも、ネットワーク１を介してデータ伝送を行う。なお、このネットワーク１を介したデータ伝送を行うために、制御装置１０には、データ伝送処理部（図示せず）を備えて、そのデータ伝送処理部でネットワーク１に接続させてある。ネットワーク１は有線ＬＡＮ，無線ＬＡＮなど様々な方式のネットワークとして構成できる。

制御装置２０についても、演算手段であるＣＰＵ２１を備えて、同様に接続された制御機器（図示せず）の制御や計測機器（図示せず）からの計測データの入力を行う。制御装置２０もデータ伝送処理部を備えて、そのデータ伝送処理部でネットワーク１に接続させてある。

操作監視装置９０は、例えばコンピュータ装置で構成されて、機能的には運転員操作指令生成部９１とプラント状態監視部９２とを備える。そして、運転員操作指令生成部９１で運転員の操作に基づいて生成した指令が、ネットワーク１を介して各制御装置１０，２０，・・に出力され、また各制御装置１０，２０，・・からのプラント状態情報がネットワーク１を介してプラント状態監視部９２に供給されて、ディスプレイでの表示などの各種監視処理が行われる。このように表示が行われることで、運転員に対する各種情報の提供及びガイダンスの出力などが行われる。

保守ツール８０は、各制御装置１０，２０，・・のロジック編集や計算過程のモニタなどの保守動作を行う。この保守ツール８０についてもコンピュータ装置で構成されて、保守作業を行う作業員が所持して、ネットワーク１に接続させる。
保守ツール８０は、制御論理図編集部８１と、演算過程モニタ部８２と、アイソレーション機能部８３とを備え、ネットワーク１を介して接続された制御装置とデータ伝送が行われる。

制御装置１０は、操作監視装置９０からの指令がネットワーク１を介して入力され、ＣＰＵ１１がこの指令や計測機器１５から入力される計測値を基に制御指令を演算し、制御機器１４に対して制御指令を出力する。

保守ツール８０では、例えば制御装置１０での計算過程をモニタするモニタリング画面を生成させて表示させることができる。また、そのモニタリング画面より模擬値を設定したい入出力データや伝送データを選択して、一覧表に登録することができる構成としてある。そして、その登録された一覧表に基づいて、模擬値の設定及びその設定された模擬値の解除を、保守ツール８０からの指令で一括して行える構成としてある。

次に、図２を参照して保守ツール８０で各制御装置１０，２０，・・に模擬値を設定する場合の処理状態の例について説明する。
図２に示すように、保守ツール８０では、制御装置１０，２０，・・の計算結果をモニタするモニタリング画面８４を表示させる。このモニタリング画面８４では、図２に示すように、ＣＰＵの演算過程を示したロジック図を表示させる。このモニタリング画面８４より、模擬値を設定したい入出力データや伝送データを操作者が選択することで、保守ツール８０内で一覧表８５として登録される。

一覧表８５で管理されるデータは、例えば、信号名称、自ＳＨ Ｎｏ、送信先ＳＨ Ｎｏ、模擬値などである。一覧表８５で管理されるデータは、入出力素子や伝送素子のアドレスではなく、ＳＨ Ｎｏ．やそれらの素子に付与されるＮｏ．であるため、コンパイルによる入出力素子や伝送素子のアドレス変更の影響を受けない。ここでの入出力データとは、制御装置とバルブなどの制御機器との間で授受されるデータ、並びに計測機器と制御装置との間で授受されるデータであり、例えば、制御装置１０で、制御機器１４や計測機器１５への入出力データに模擬値を設定することができる。この模擬値の設定は、制御装置１０のデータ入出力手段である制御指令入出力部１２やプラントデータ入出力部１３に対して行われ、該当する状態に動作している状態が模擬的に設定される。
伝送データについては、ネットワーク１を介して授受されるデータであり、例えば制御装置１０から別の制御装置２０へ送信されるデータに模擬値を設定することができる。

次に、図３を参照して、入出力データへの模擬値の設定や解除の処理に関連したメモリ構造例について説明する。この図２に示した各メモリは、各制御装置１０，２０，・・が備える記憶手段であり、各ＣＰＵ１１，２１・・・に内部バス２を介して接続してある。
入出力アイソレーションデータ管理メモリ１０１は、データ形式や模擬値などの模擬値の一括設定や、その一括設定された模擬値の解除に必要な情報を格納するメモリである。この入出力アイソレーションデータ管理メモリ１０１のブロック数は入出力データ点数分を用意している。
模擬値格納メモリ１０２は、入出力アイソレーションデータ管理メモリ１０１に格納されている模擬値を書き込むメモリであり、実データ格納メモリ１０３は実際の入出力データを格納するメモリであり、切替えスイッチメモリ１０４は模擬値と実データの選択を行うメモリである。模擬値格納メモリ１０２と、実データ格納メモリ１０３と、切替えスイッチメモリ１０４は、ともに入出力データ点数分のブロック数を用意している。

このため、全てのメモリ１０１，１０２，１０３，１０４のブロック数は同数であり、メモリ間の値の参照などを同じブロック番号どうしで行うことができる。例えば、保守ツールよりブロック番号１に対応する入出力データに対して模擬値設定の要求があった場合、入出力アイソレーションデータ管理メモリ１０１のブロック番号１のブロックに、入出力アイソレーションデータが格納され、入出力アイソレーションデータ管理メモリ１０１から模擬値格納メモリ１０２と切替えスイッチメモリ１０４のブロック番号１のブロックが書き換えられることにより、模擬値が出力される。

次に、図４を参照して、伝送データへの模擬値の設定や解除に関連する、メモリ構造について説明する。この伝送データ用のメモリは、上述した入出力データ用の各メモリ１０１，１０２，１０３，１０４とは別に、それぞれの制御装置１０，２０，・・に設けられている。
本実施の形態においては、制御装置では、メモリ容量の制約により、入出力データと同様のメモリ構造とはしていない。即ち、伝送データ用の模擬値格納メモリ１１２と実データ格納メモリ１１３と切替えスイッチメモリ１１４については、入出力データ用の対応メモリ１０２，１０３，１０４と同様の構造であり、ブロック数も伝送データ点数分を用意している。

これに対して、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１については、ブロック数を伝送データ分用意してなく、メモリ容量を削減した構成としてある。

このようにブロック数を伝送データ分用意していないことで、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１のブロック数と他のメモリ１１２，１１３，１１４とブロック数が異なり、そのままでは、ブロック番号どうしでのデータの参照ができなくなる。
ここで本実施の形態においては、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１に、他の３つのメモリ１１２，１１３，１１４のブロック番号に対応するブロック番号を格納する。この格納したブロック番号を参照することで、制御装置内で、一括して伝送データの模擬値を設定できるようになる。このようにすることで、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１から他のメモリを参照する場合には、ブロック番号をキーにして簡単かつ確実に探すことが可能になる。

また、伝送アイソレーションデータを伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１に書き込む際には、メモリの空きブロックを検索しなければならず、そのままでは、使用中ブロック数が大きい場合には、ブロック番号の検索が規定された制御周期内に終わらない可能性がある。この空きブロックの検索は、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１のブロック数と、伝送データの総点数が一致しないために、模擬値設定の要求があった伝送データに関する情報のみを空きブロックに次々に入れていくために必要である。

ここで本実施の形態においては、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１に、リスト構造を採用して、使用中リストと空きリストを作成して、使用中のブロックと空きブロックと管理することができるメモリ構造とする。このようにすることで検索時間を短縮することができ、規定された制御周期内に検索を終わらすことが可能となる。

具体的には、例えば保守ツール８０よりある伝送データに対して模擬値設定の要求があった場合、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１の空きリストに基づいて、空きブロック番号を検索して、伝送アイソレーションデータを格納する。このとき、伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１には、模擬値設定要求のあった伝送データに対応した、他の３つのメモリ１１２，１１３，１１４のブロック番号が格納される。伝送アイソレーションデータ管理メモリ１１１は、格納されたブロック番号をキーにして、模擬値格納メモリ１１２と切替えスイッチメモリ１１４の対応するブロック番号のブロックに格納されている値を書換え、模擬値が実データの代わりに出力されるようにする。

このようにして模擬値を出力させることができることで、時間をかけない少ない処理で模擬値に変更することができる。また、模擬値から実データに戻す際にも同様の処理を行うことで、実データに戻す際にも、時間をかけない少ない処理で変更することができる。
なお、図４の例では、実データを模擬値に切替える場合の処理例について説明したが、模擬値を実データに戻す切替時にも、同様の処理を行ってもよい。

また、ここまでの説明では、伝送データの模擬値に対して処理を行う例について説明したが、例えば図３に示した入出力データの模擬値への切り替え時、及びその切り替えられた模擬値を実データに戻す際にも、同様の処理を行う構成としてもよい。

１…ネットワーク、２…システムバス、３…メタルケーブル、１０…制御装置、１１…ＣＰＵ（中央制御ユニット）、１２…制御指令入出力部、１３…プラントデータ入出力部、１４…制御機器、１５…計測機器、２０…制御装置、２１…ＣＰＵ、８０…保守ツール、８１…制御論理図編集部、８２…演算過程モニタ部、８３…アイソレーション機能部、８４…ロジック図、８５…一覧表、９０…操作監視装置、９１…運転員操作指令生成部、９２…プラント状態監視部、１０１…入出力アイソレーションデータ管理メモリ、１０２…模擬値格納メモリ、１０３…実データ格納メモリ、１０４…切替えスイッチメモリ、１１１…伝送アイソレーションデータ管理メモリ、１１２…模擬値格納メモリ、１１３…実データ格納メモリ、１１４…切替えスイッチメモリ

Claims (3)

1. プラントの状態を表す計測値を取り込み、前記計測値及び／又は運転員による操作指令に基づいて前記プラントに対して制御指令を出力する制御装置と、前記制御装置の保守を行う保守ツールと、前記プラントに対する操作指令を前記制御装置に出力し、前記プラントの状態を表示するプラント監視装置とを有するプラント監視制御システム用の制御装置において、
   前記プラントから得た計測値を入力し前記プラントに対する制御指令を入力するデータ入出力手段と、
   ネットワークで接続された前記制御装置及び前記プラント監視装置との間でデータの伝送を行うデータ伝送手段と、
   前記データ入出力手段が扱うデータ及び／又は前記データ伝送手段で扱うデータを、前記保守ツールにて一覧表で管理されている模擬値へと一括で設定すると共に、前記一覧表で設定されている模擬値を一括解除する模擬値一括設定解除手段とを備え、
   前記模擬値一括設定解除手段は、前記保守ツールから伝送された模擬値の一括設定指令又は模擬値の一括解除指令に基づいて、設定又は解除を行うものであり、
   前記模擬値の一括設定又は一括解除に必要な情報であるアイソレーションデータを管理するアイソレーションデータ管理メモリと、前記模擬値を格納する模擬値格納メモリと、前記データ入出力手段又は前記データ伝送手段が扱うデータを格納する実データ格納メモリと、模擬値と実際のデータとを切替える切替えスイッチメモリとを、前記データ入出力手段が扱う入出力データ用と、前記データ伝送手段が扱う伝送データ用とで個別に設け、
   前記伝送データ用のアイソレーションデータ管理メモリに、模擬値格納メモリと実データ格納メモリと切替えスイッチメモリの、ブロック番号を格納することを特徴とするプラント監視制御システム用の制御装置。
2. 請求項１記載のプラント監視制御システム用の制御装置において、
   前記アイソレーションデータ管理メモリは、リスト構造を採用し、使用中リストと空きリストを作成したことを特徴とするプラント監視制御システム用の制御装置。
3. 請求項１記載のプラント監視制御システム用の制御装置において、
   模擬値の設定箇所を示したロジック図からの選択により、前記保守ツールで生成された模擬値の一括設定指令又は一括解除指令の供給で、前記設定又は解除を行うことを特徴とするプラント監視制御システム用の制御装置。

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