JP5717709B2 - Instrumentation system - Google Patents
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Description
本発明は、計装システムに関し、より詳細には、FT(Fault Tolerance)サーバによる集中制御方式を適用した計装システムに関する。 The present invention relates to an instrumentation system, and more particularly to an instrumentation system to which a centralized control method using an FT (Fault Tolerance) server is applied.
従来、製鉄、製紙、精油、発送電などの大規模プラントにおける監視制御システムとして、複数のコントローラをプラント内に分散配置して、監視制御を行う分散制御システム(DCS:Distributed Control System)が知られていた(例えば、特許文献1参照)。DCSは、プラント内の個々の装置、機械に設置されているセンサ、アクチュエータと接続されている複数のコントローラと、マンマシンインタフェースとしてのコンソールとを備えている。コンソールと複数のコントローラとは、専用のネットワークを介して接続されている。コントローラは、専用のネットワークとの通信インタフェース(IF)と、センサ、アクチュエータとの入出力インタフェース(I/O)と、処理装置(CPU)とを備え、個々の装置、機械からのセンサ情報をコンソールに転送し、コンソールからの指令に基づいて個々の装置、機械の制御を行う。 2. Description of the Related Art Conventionally, a distributed control system (DCS: Distributed Control System) that performs supervisory control by distributing a plurality of controllers in a plant is known as a supervisory control system in large-scale plants such as iron making, papermaking, essential oil, and shipping power. (For example, refer to Patent Document 1). The DCS includes individual devices in a plant, sensors installed in a machine, a plurality of controllers connected to actuators, and a console as a man-machine interface. The console and the plurality of controllers are connected via a dedicated network. The controller includes a communication interface (IF) with a dedicated network, input / output interfaces (I / O) with sensors and actuators, and a processing unit (CPU), and consoles sensor information from individual devices and machines. And control individual devices and machines based on commands from the console.
また、コントローラとしてPLC(Programmable Logic Controller)を適用した監視制御システムも知られていた(例えば、特許文献2参照)。PLCは、リレーやタイマーによって構成されていたシーケンス回路を、ラダー論理に基づいた特殊なプログラムをプロセッサ上で実行することにより実現している。 A monitoring control system using a PLC (Programmable Logic Controller) as a controller has also been known (see, for example, Patent Document 2). PLC implement | achieves the sequence circuit comprised by the relay and the timer by running the special program based on ladder logic on a processor.
さらに、近年、コンピュータ、通信ネットワークの高機能化に伴って、専用のネットワークに接続されたサーバ・コンピュータ、クライアント・コンピュータにより、プラントから収集された情報の解析を行い、監視制御の高度化を図ったり、遠隔地からの監視制御を行っている(例えば、特許文献3参照)。 In recent years, with the advancement of computer and communication network functions, server computers and client computers connected to dedicated networks have been used to analyze information collected from plants, and to enhance monitoring and control. Or monitoring control from a remote location (see, for example, Patent Document 3).
図1に、従来の分散制御システムの構成を示す。分散制御システム(DCS)1は、コンソールとして機能する複数のコンピュータ(PC)2a,2bと、複数のコントローラ3a,3b,…3nと、ゲートウェイ(GW)4とが、コントローラネットワーク5を介して接続されている。コントローラ3は、プラント内の個々の装置、機械に設けられているセンサ6、サーボモータ7、調節弁などのアクチュエータ8などに接続されている。コントローラ3は、センサ6、アクチュエータ8等との入出力インタフェース(I/O)31と、処理装置(CPU)32とを備えている。GW4は、LAN、WANなどの外部ネットワーク9とのインタフェースである。
FIG. 1 shows the configuration of a conventional distributed control system. In the distributed control system (DCS) 1, a plurality of computers (PC) 2 a and 2 b functioning as a console, a plurality of
I/O31は、監視制御の対象となる装置、機械に応じて、コントローラ3ごとに増減が可能であり、コントローラ3も、設備の規模に応じて、コントローラネットワーク5上で増減が可能な構成になっている。I/O31は、センサ6、アクチュエータ8等とCPU32との間で、監視信号および制御信号の信号フォーマットの変換(A/D変換、D/A変換)を行っている。CPU32は、個々の装置、機械のセンサ6から監視信号を収集し、PC2に転送する。また、CPU32は、PC2からの指令と監視信号とに基づいて、予め格納されている制御プログラムを実行し、個々の装置、機械の制御を行うための制御信号を生成して、アクチュエータ8等へ送信する。
The I / O 31 can be increased / decreased for each controller 3 depending on the device and machine to be monitored and controlled, and the controller 3 can also be increased / decreased on the
コントローラ3は、高価なコンピュータ・システムであることから、プラント内の計器室などの専用のスペースに配置され、プラント内の環境に応じて、空調設備を備えた計器室に配置される。また、コントローラ3は、信頼性の観点から、コントローラネットワーク5とともに二重化されている。このように、高価なコントローラをプラント内に多数設置しなければならず、DCS1の設置には、莫大な費用がかかるという問題があった。
Since the controller 3 is an expensive computer system, it is arranged in a dedicated space such as an instrument room in the plant, and is arranged in an instrument room equipped with air conditioning equipment according to the environment in the plant. The controller 3 is duplicated together with the
また、多数のコントローラ3を、プラント内に分散配置するので、多数のCPU32に対して、プログラムの更新などのメンテナンスが必要であり、保守運用の面でもコストがかかり、CPU32の数が増えるごとに、信頼性が低下してしまう。さらに、多数のコントローラ3を分散配置するので、設置する場所も広く用意する必要があるという問題もあった。
In addition, since a large number of controllers 3 are distributed in the plant, maintenance such as program updating is necessary for the large number of
コントローラ3に対する監視制御のための信号伝送は、即時性が要求されることから、PC2と複数のコントローラ3とは、専用のネットワークで接続されている。一方、PC2と他のコンピュータとの間の共通操作のための信号伝送は、即時性は不要だが、大容量の情報を転送するため、上記のような専用ネットワークに整合しない。また、他のコンピュータ、ネットワークとの接続には、専用のGW4を介する必要があり、拡張性に欠けるという問題があった。 Since signal transmission for supervisory control with respect to the controller 3 requires immediacy, the PC 2 and the plurality of controllers 3 are connected by a dedicated network. On the other hand, signal transmission for a common operation between the PC 2 and another computer does not need immediacy, but does not match the dedicated network as described above because it transfers a large amount of information. In addition, connection with other computers and networks requires the use of a dedicated GW 4, which has a problem of lack of expandability.
一方、PLCは、主としてON/OFF監視制御システムに特化されたコントローラであり、DCSに比べて二重化が遅れており、信頼性という点ではやや劣る。しかしながら、上述したDCS1のコントローラ3よりも、初期費用が掛からないという利点がある。一方、PLCによる制御では、PLCに特化したプログラミングが必要であり、汎用性に欠けるという問題があった。また、PLCのプロセッサは、一般的に処理容量が小さいために、大規模プラント向けの監視制御システムを構築すると、DCSのコントローラの数より、さらに多くのPLCを設置しなければならない。 On the other hand, the PLC is a controller mainly specialized for an ON / OFF monitoring control system, and duplexing is delayed as compared with DCS, which is slightly inferior in terms of reliability. However, there is an advantage that the initial cost is less than the controller 3 of the DCS 1 described above. On the other hand, in the control by the PLC, there is a problem that programming specialized for the PLC is required and the versatility is lacking. Further, since the PLC processor generally has a small processing capacity, when a monitoring control system for a large-scale plant is constructed, more PLCs must be installed than the number of DCS controllers.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、初期費用と保守運用費用とが共に安価であり、拡張性、汎用性の高い計装システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an instrumentation system having high expandability and versatility because both initial cost and maintenance operation cost are low. It is in.
このような目的を達成するために、一実施態様は、プラントの監視制御を行う計装システムにおいて、通信ネットワークに接続され、前記プラントの監視制御プログラムを実行するコンピュータと、前記プラント内の機器の監視素子および制御素子に接続され、前記監視素子からの監視信号を中継ネットワークに転送し、および前記中継ネットワークからの制御信号を前記制御素子に転送するトランスレータと、前記中継ネットワークを介して前記トランスレータから前記監視信号を受信する第3のCPUと、監視プログラムを実行して前記監視信号から監視情報を生成する第2のCPUと、前記監視情報を前記通信ネットワークを介して前記コンピュータへ送信する第1のCPUとを含むサーバであって、前記第1のCPUは、前記通信ネットワークを介して前記コンピュータから制御情報を受信し、前記第2のCPUは、制御プログラムを実行して前記制御情報から前記制御信号を生成し、前記第3のCPUは、前記制御信号を前記中継ネットワークを介して前記トランスレータへ送信し、前記第3のCPUは、所定の監視制御周期で動作し、前記第2のCPUは、前記監視制御周期とは異なる制御演算周期で動作し、前記第1のCPUは、前記監視制御周期および前記制御演算周期とは非同期で動作するサーバとを備えたことを特徴とする。 In order to achieve such an object, according to one embodiment, in an instrumentation system that performs supervisory control of a plant, a computer that is connected to a communication network and executes the supervisory control program of the plant, and a device in the plant A translator connected to a monitoring element and a control element, transferring a monitoring signal from the monitoring element to a relay network, and transferring a control signal from the relay network to the control element; and from the translator via the relay network A third CPU that receives the monitoring signal; a second CPU that executes a monitoring program to generate monitoring information from the monitoring signal; and a first CPU that transmits the monitoring information to the computer via the communication network. The first CPU is configured to communicate with the communication network. Control information is received from the computer via a network, the second CPU executes a control program to generate the control signal from the control information, and the third CPU relays the control signal to the relay The third CPU operates in a predetermined monitoring control cycle, the second CPU operates in a control calculation cycle different from the monitoring control cycle, and transmits to the translator via the network . The CPU includes a server that operates asynchronously with the monitoring control cycle and the control calculation cycle .
また、前記サーバは、二重化されたFT(Fault Tolerance)サーバとすることができる。 Also, the server may be a duplicated FT (Fault Tolerance) server.
さらに、前記サーバと前記中継ネットワークとの間に挿入されたPLCであって、前記サーバまたは前記プラント内の機器の故障を検出すると、前記サーバと前記トランスレータとの間の通信を遮断するPLCをさらに備えることもできる。 Further, a PLC inserted between the server and the relay network, and further detects a PLC that shuts off communication between the server and the translator when a failure of the server or the equipment in the plant is detected. It can also be provided.
以上説明したように、本発明によれば、従来のコントローラに搭載されていたCPUを、サーバに集約したことから、計装システムを設置するための初期費用を大幅に軽減することができる。トランスレータは、信号の中継のみに機能が特化されているので、装置コストを大幅に軽減することができる。また、信号中継に特化され、即時性が確保されている中継ネットワークとは別に、汎用の通信ネットワークを用いることにより、サーバとコンピュータとを接続することから、即時性が要求されないが、大容量、かつ拡張性、汎用性の高い計装システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, since the CPU mounted on the conventional controller is concentrated on the server, the initial cost for installing the instrumentation system can be greatly reduced. Since the translator is specialized in function only for signal relay, the cost of the apparatus can be greatly reduced. In addition to the relay network that is specialized for signal relay and ensures immediacy, a general-purpose communication network is used to connect the server and the computer. In addition, an instrument system with high expandability and versatility can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2に、本発明の一実施形態にかかる計装システムを示す。計装システム100は、コンソールとして機能する複数のコンピュータ(PC)102a,102bと、FT(Fault Tolerance)サーバ101とが、二重化されたLAN104を介して接続されている。また、LAN104は、WANなどの外部ネットワーク109と接続されている。一方、FTサーバ101と複数のトランスレータ103a,103b,…103nとが、信号中継に特化されたトランスレータネットワーク105を介して接続されている。FTサーバ101には、プログラミング等の保守作業のために、エンジニアリング用のワークステーション(WS)110が接続されている。
FIG. 2 shows an instrumentation system according to an embodiment of the present invention. In the
PC102は、プラント内の個々の装置、機械を監視操作するためのHMI(Human Machine Interface)であり、プラントの監視操作プログラムを実行するコンピュータである。図2では、1台のコンピュータとして示されているが、常用(N)系と待機(E)系とにより二重化したり、複数のコンピュータによる冗長構成をとることもできる。また、監視操作用、データ解析用、および生産管理用などの機能別に、複数のコンピュータを備えることもできる。 The PC 102 is an HMI (Human Machine Interface) for monitoring and operating individual devices and machines in the plant, and is a computer that executes a plant monitoring operation program. In FIG. 2, although shown as one computer, it can be duplicated by a normal (N) system and a standby (E) system, or a redundant configuration with a plurality of computers can be adopted. In addition, a plurality of computers can be provided for each function such as monitoring operation, data analysis, and production management.
トランスレータ103は、プラント内の個々の装置、機械に設けられている監視素子であるセンサ106、制御素子であるサーボモータ107、調節弁などのアクチュエータ108などに接続されている入出力インタフェース(I/O)131を複数備えている。また、複数のI/O131とトランスレータネットワーク105とを接続するための共通制御部(COM)を備えている。I/O131は、監視操作の対象となる装置、機械に応じて、トランスレータごとに増減が可能であり、トランスレータ103も、設備の規模に応じて、トランスレータネットワーク105上で増減が可能な構成になっている。
The translator 103 is an input / output interface (I / O) connected to an individual device in the plant, a
このような構成により、従来のコントローラに搭載されていたCPUを、FTサーバに集約したことから、計装システム100は、集中制御システム(C・C・S(登録商標):Concentrated Control System(登録商標))と称される。FTサーバ101は、高価なコンピュータ・システムであり、プラント内の計器室などの専用のスペースに配置されるが、プラント内に1台で済むことから、計装システム100を設置するための初期費用と設置スペースを、DCSと比較して大幅に軽減することができる。
With such a configuration, the CPU mounted on the conventional controller is concentrated on the FT server, so that the
トランスレータ103は、センサ106などからの監視信号をFTサーバ101に転送したり、FTサーバ101からの制御信号をアクチュエータ107に転送する中継器としての機能のみを有している。信号の中継のみに機能が特化されているので、空調設備のない環境でも動作可能なトランスレータ103を構成することは比較的容易である。従って、プラント内にトランスレータ103を多数設置し、信頼性の観点から二重化したとしても、従来のコントローラと比較して、装置コストだけでなく、設置スペース、設置のための制約条件を大幅に軽減することができる。
The translator 103 has only a function as a relay for transferring a monitoring signal from the
また、従来のDCSでは分散配置されていたCPUを集約したこと、従来のコントローラの設置のための空調装置が不要となることから、それぞれの保守作業が軽減される。一方、プラント内に多数設置されるトランスレータは、機能が特化されていることにより、保守作業を大幅に軽減することができる。 In addition, since the CPUs distributed in the conventional DCS are consolidated and the air conditioner for installing the conventional controller becomes unnecessary, each maintenance work is reduced. On the other hand, since many translators installed in the plant have specialized functions, maintenance work can be greatly reduced.
さらに、LAN104は、Ethernet(登録商標)(1GBPS)、TCP/IPのプロトコルスタックから構成される通信ネットワークであり、二重化されている。LAN104は、汎用の通信ネットワークであることから、PC2およびFTサーバ101と、他のコンピュータおよび外部ネットワーク109との接続が容易であり、遠隔地の他の制御システムからの監視制御が可能になるなど、拡張性が高い。
Further, the
図3に、本発明の一実施形態にかかるFTサーバの構成を示す。FTサーバ101は、常用(N)系とホット・スタンバイ状態の待機(E)系とからなり、完全二重化されたサーバである(以下、各符号のN,Eは省略する)。処理装置(CPU)201−203は、処理する機能に応じて、3階層で構成されている。データベース(DB1−DB3)211−213も、各階層のCPUに対応して3階層で構成され、二重化されている。CPU201−203とデータベース211−213とは、光ファイバ伝送による100Gb/sの二重化されたバス204によって接続されている。さらに、電源(POW)205も二重化され、複数のバッテリー(BATT)206も備えられている。
FIG. 3 shows a configuration of an FT server according to an embodiment of the present invention. The
CPU201は、LAN104と接続され、PC102との間で、監視情報、操作情報のやり取りなどの通信処理を行う。CPU202は、トランスレータ103からの監視信号の警報処理を行って監視情報を生成する監視プログラムと、PC102からの操作情報に基づいて制御信号を生成する制御プログラムとを実行する。CPU203は、トランスレータネットワーク105と接続され、トランスレータ103との間の通信処理を行う。CPU201−203におけるそれぞれの処理の内容については、後述する。
The CPU 201 is connected to the
従来のDCSでは、プラント内の個々の装置、機械に対応して、コントローラを配置していたので、コントローラのCPUは、それぞれの装置、機械に応じた監視制御プログラムを実行していた。すなわち、監視信号を収集し、信号フォーマットの変換、警報処理などを行った上でPCに転送するアップロード処理と、PCからの指令と監視信号とに基づいて、予め格納されている制御プログラムを実行し、個々の装置、機械の制御を行うための制御信号を送信するダウンロード処理とを、個々の装置、機械ごとに実行していた。 In the conventional DCS, since controllers are arranged corresponding to individual devices and machines in the plant, the CPU of the controller executes a monitoring control program corresponding to each device and machine. In other words, monitoring signals are collected, signal format conversion, alarm processing, etc. are performed, and upload processing is transferred to a PC, and a control program stored in advance is executed based on commands from the PC and monitoring signals. The download processing for transmitting a control signal for controlling the individual devices and machines is executed for each individual device and machine.
一方、本実施形態のFTサーバ101は、プラント内の全ての装置、機械と接続され、3階層のCPUによって、1)PCとのインタフェースと、2)監視制御と、3)I/Oとのインタフェースとに機能分散を行っている。
On the other hand, the
なお、本実施形態においては、CPU203とトランスレータネットワーク105との接続の際に、コントローラ(PLC)207を介して接続している。PLC207は、プラント内の個々の装置、機械、トランスレータ103、およびFTサーバ101の故障を検出し、プラント内の装置、機械の運転上の異常を検出している。PLC207は、FTサーバ101またはプラント内の装置、機械の故障を検出すると、CPU203とトランスレータネットワーク105との接続を自律的にシャットダウンして、異常な監視信号が、トランスレータ103からCPU203に転送されるのを防いでいる。また、プラント内の装置、機械の運転上の異常を検出した場合には、異常を検出した装置、機械への制御信号の送出を遮断する。このようにして、不必要な制御信号が、CPU203からトランスレータ103に転送されるのを防いでいる。
In the present embodiment, the CPU 203 and the
この機能は、安全計装(SIS)システムの考え方から、システムの一要素に発生した障害が、他の要素に波及しないようにする。PLC207の制御によれば、故障を検出してからシャットダウンするまでの時間が、CPU202の制御よりも圧倒的に早く、さらに確実に各警報条件により現場のアクチュエータ108等を遮断できるようにした。
This function is based on the concept of a safety instrumented (SIS) system, so that a failure that occurs in one element of the system does not spread to other elements. According to the control of the PLC 207, the time from the detection of the failure to the shutdown is overwhelmingly faster than the control of the CPU 202, and the on-
図4に、FTサーバのデータベースの構成を示す。DB1(211)は、1)CPU202の監視制御を行うためのプログラム情報であるCONFIG311およびパラメータ情報であるPARAM312と、2)監視制御プログラムの実行に伴う異常およびシステム異常に関する情報であるSYS313と、3)PC102を起動するときに使用する、CONFIG、PARAMおよびSYS等の3日分のすべての履歴情報であるSTORE314とを格納している。
FIG. 4 shows the structure of the database of the FT server. DB1 (211) is: 1)
DB2(212)は、CPU202の制御演算のためのレジスタであり、監視制御プログラム情報であるCONFIG321およびパラメータ情報であるPARAM322と、トランスレータ103からの監視信号およびトランスレータ103への制御信号を格納するI/Oレジスタ323とを格納している。
DB2 (212) is a register for the control calculation of the CPU 202, and is an I / O that stores
DB3(213)は、トランスレータ103からの監視信号およびトランスレータ103への制御信号を格納するI/Oレジスタ331と、PLC207からのシステム異常レジスタの情報を格納するSYSレジスタ332と、PLC207へ出力するインターロック機能に関する情報を格納するINTレジスタ333と有している。
DB 3 (213) is an I / O register 331 that stores a monitoring signal from the translator 103 and a control signal to the translator 103, a
従来のDCSにおいて、コントローラは、CPUとメモリで構成されていたので、レジスタとして確保できる記憶領域が限られており、収容できる入出力インタフェース(I/O)の数も限られていた。一方、本実施形態のFTサーバ101は、大容量のデータベースを備えることができるので、接続できるトランスレータの数は、記憶容量によっては制限されない。
In the conventional DCS, since the controller is composed of a CPU and a memory, the storage area that can be secured as a register is limited, and the number of input / output interfaces (I / O) that can be accommodated is also limited. On the other hand, since the
図5に、FTサーバによる処理のシーケンスを示す。図4および図5を参照して、FTサーバによる処理の詳細を説明する。トランスレータ103は、プラント内の個々の装置、機械から、非同期(およそ50−100ms間隔)で監視信号を受信し、レジスタに格納しておく。 FIG. 5 shows a processing sequence by the FT server. Details of processing by the FT server will be described with reference to FIGS. 4 and 5. The translator 103 receives monitoring signals asynchronously (approximately at intervals of 50 to 100 ms) from individual devices and machines in the plant and stores them in a register.
CPU203は、200ms周期(監視制御周期)で動作しており、1周期ごとに監視信号入力(IN)、システム異常監視(SYS)、インターロック(INT)制御信号出力(OUT)の4つの処理を行っている。従って、1sの間に監視信号入力(IN)、制御信号出力(OUT)、システム異常監視(SYS)およびインターロック(INT)を、それぞれ5回実行している。 The CPU 203 operates in a cycle of 200 ms (monitoring control cycle), and performs four processes of monitoring signal input (IN), system abnormality monitoring (SYS), and interlock (INT) control signal output (OUT) every cycle. Is going. Therefore, monitoring signal input (IN), control signal output (OUT), system abnormality monitoring (SYS), and interlock (INT) are each executed five times during 1 s.
システム異常監視(SYS)処理は、CPU203が、PLC207のシステム異常レジスタの情報を読み込んで、DB3(213)のSYSレジスタ332に格納する。
In the system abnormality monitoring (SYS) process, the CPU 203 reads the information of the system abnormality register of the PLC 207 and stores it in the
監視信号入力(IN)処理は、トランスレータ103のレジスタに格納されている監視信号の情報を、PLC207を介して、まとめて受信し、DB3(213)のI/Oレジスタ331に格納する。I/Oレジスタ331には、PLC207のワード(W)レジスタの内容をアナログ監視信号(AI)として、PLC207のビット(B)レジスタの内容をデジタル監視信号(DI)として、分けて格納していく。 In the supervisory signal input (IN) process, supervisory signal information stored in the register of the translator 103 is collectively received via the PLC 207 and stored in the I / O register 331 of DB3 (213). In the I / O register 331, the contents of the word (W) register of the PLC 207 are separately stored as an analog monitoring signal (AI), and the contents of the bit (B) register of the PLC 207 are stored as a digital monitoring signal (DI). .
制御信号出力(OUT)処理は、DB3(213)のI/Oレジスタ331に格納されている制御信号の情報を、PLC207を介して、まとめて送信し、トランスレータ103のレジスタに格納する。すなわち、アナログ制御信号(AO)の内容をPLC207のWレジスタへ、デジタル制御信号(DO)の内容をPLC207のBレジスタへと格納する。 In the control signal output (OUT) process, the control signal information stored in the I / O register 331 of the DB 3 (213) is collectively transmitted via the PLC 207 and stored in the register of the translator 103. That is, the content of the analog control signal (AO) is stored in the W register of the PLC 207, and the content of the digital control signal (DO) is stored in the B register of the PLC 207.
インターロック(INT)処理は、入力フェーズにおいては、トランスレータ103のI/O131に格納されているインターロック情報を、DB3(213)のINTレジスタ333に格納する。FTサーバ101の制御演算のレベルにおけるインターロック機能により発生する警報(SYS313に格納されている)、およびI/O131レベルからの警報信号から、インターロック機能を実行することにより、安全計装の機能を強化している。
In the interlock (INT) process, in the input phase, the interlock information stored in the I / O 131 of the translator 103 is stored in the INT register 333 of the DB3 (213). Functions of safety instrumentation by executing the interlock function from the alarm signal (stored in the SYS 313) generated by the interlock function at the control computation level of the
CPU202は、1s周期(制御演算周期)で動作しており、1周期ごとに上位データ入力フェーズ(Down−DIN)と、下位データ入力フェーズ(Up−DIN)と、制御フェーズ(CONT)と、上位データ出力フェーズ(Up−DOUT)と、下位データ出力フェーズ(Down−DOUT)とを繰り返して動作している。 The CPU 202 operates in a 1 s cycle (control computation cycle), and for each cycle, the upper data input phase (Down-DIN), the lower data input phase (Up-DIN), the control phase (CONT), The data output phase (Up-DOUT) and the lower data output phase (Down-DOUT) are operated repeatedly.
上位データ入力フェーズ(Down−DIN)は、DB1(211)に格納されている監視制御プログラム情報であるCONFIG311およびパラメータ情報であるPARAM312を、DB2(212)に読み込む。監視制御プログラム情報は、制御フェーズにおける制御演算に必要な動作プログラムおよび計算条件であり、CONFIG311とCONFIG321とに書き込まれる。パラメータ情報とは、制御演算で処理される指示入力値およびPC102からの操作用設定値であり、PARAM312とPARAM322との間で読み書きされる。
In the upper data input phase (Down-DIN),
下位データ入力フェーズ(Up−DIN)は、DB3(213)I/Oレジスタ331に格納されている監視信号および制御信号の情報(PLC207からのアナログ監視信号(AI)およびデジタル監視信号(DI))をDB2(212)I/Oレジスタ323に読み込む。このとき、監視信号は、制御演算周期で1周期前に収集された最新の監視信号(計測値)であり、制御信号は、制御演算周期で1周期前に出力された前回の制御信号(前回出力値)である。
The lower data input phase (Up-DIN) is information on the monitoring signal and control signal stored in the DB3 (213) I / O register 331 (analog monitoring signal (AI) and digital monitoring signal (DI) from the PLC 207). Is read into the DB2 (212) I /
制御フェーズ(CONT)においては、DB2(212)I/Oレジスタ323の最新の監視信号(計測値)と、PARAM322のパラメータ情報(指示入力値)と、前回の制御信号(前回出力値)とから、今回の出力値(最新の制御信号)を計算する。最新の制御信号は、DB2(212)I/Oレジスタ323に上書きされる。
In the control phase (CONT), from the latest monitoring signal (measured value) in the DB2 (212) I / O register 323, parameter information (instruction input value) in the
上位データ出力フェーズ(Up−DOUT)は、DB2(212)に格納されている制御演算後の情報をDB1(211)のSTORE314に、履歴情報として格納しておく。DB2(212)CONFIG321は、WS110に書き込まれ、DB2(212)PARAM322により、DB1(211)PARAM312を更新する。
In the upper data output phase (Up-DOUT), information after the control calculation stored in DB2 (212) is stored as history information in
下位データ出力フェーズ(Down−DOUT)は、DB2(212)のI/Oレジスタ323に格納されている最新の制御信号の情報を、DB3(213)のI/Oレジスタ331に書き込む。この制御信号には、制御周期で1周期後に、監視制御周期のタイミングにより、CPU203から出力されるアナログ制御信号(AO)およびデジタル制御信号(DO)が記録されている。 In the lower data output phase (Down-DOUT), the latest control signal information stored in the I / O register 323 of DB2 (212) is written to the I / O register 331 of DB3 (213). In this control signal, an analog control signal (AO) and a digital control signal (DO) output from the CPU 203 are recorded at the timing of the monitoring control cycle after one cycle of the control cycle.
CPU201は、監視制御周期(100ms周期)、制御演算周期(1s周期)とは非同期で動作している。CPU201は、下位のCPU202,203からのデータを、LAN104を介してPC102へ転送する出力フェーズ(Dup)と、下位のCPU202,203へのデータを、PC102から入力する入力フェーズ(Ddown)と、システム異常処理(ALM)とを、PC102からの要求に応じて実行している。本実施形態では、概ね1sごとに繰り返して動作し、複数のPC102から、別々の要求を受け付けている。
The CPU 201 operates asynchronously with the monitoring control cycle (100 ms cycle) and the control calculation cycle (1 s cycle). The CPU 201 includes an output phase (Dup) for transferring data from the lower CPUs 202 and 203 to the
コンソールとして機能するPC102において、プラント内の個々の装置、機械に対する制御は、設備情報、パラメータ情報としてFTサーバ101に送信される(Proc A)。一方、装置、機械の監視は、履歴情報としてFTサーバ101から受信される(Proc B)。また、PC102は、信号中継に特化されたトランスレータネットワーク105とは別に、汎用の通信ネットワークであるLAN104に接続されているので、他のコンピュータおよび外部ネットワーク109を介して、遠隔地の他の制御システムからの監視制御も可能である(Proc C)。
In the
1 分散制御システム(DCS)
2,102 コンピュータ(PC)
3 コントローラ
4 ゲートウェイ(GW)
5 コントローラネットワーク
6,106 センサ
7,107 アクチュエータ
8,108 外部端子
9,109 外部ネットワーク
31,131 入出力インタフェース(I/O)
32,201−203 処理装置(CPU)
100 計装システム
101 FT(Fault Tolerance)サーバ
103 トランスレータ
104 LAN
105 トランスレータネットワーク
110 エンジニアリング用のワークステーション(WS)
130 共通制御部(COM)
204 バス
205 電源(POW)
206 バッテリー(BATT)
211−213 データベース
1 Distributed control system (DCS)
2,102 Computer (PC)
3
5
32, 201-203 Processing unit (CPU)
100
105
130 Common Control Unit (COM)
204 Bus 205 Power supply (POW)
206 Battery (BATT)
211-213 database
Claims (5)
通信ネットワークに接続され、前記プラントの監視制御プログラムを実行するコンピュータと、
前記プラント内の機器の監視素子および制御素子に接続され、前記監視素子からの監視信号を中継ネットワークに転送し、および前記中継ネットワークからの制御信号を前記制御素子に転送するトランスレータと、
前記中継ネットワークを介して前記トランスレータから前記監視信号を受信する第3のCPUと、監視プログラムを実行して前記監視信号から監視情報を生成する第2のCPUと、前記監視情報を前記通信ネットワークを介して前記コンピュータへ送信する第1のCPUとを含むサーバであって、前記第1のCPUは、前記通信ネットワークを介して前記コンピュータから制御情報を受信し、前記第2のCPUは、制御プログラムを実行して前記制御情報から前記制御信号を生成し、前記第3のCPUは、前記制御信号を前記中継ネットワークを介して前記トランスレータへ送信し、前記第3のCPUは、所定の監視制御周期で動作し、前記第2のCPUは、前記監視制御周期とは異なる制御演算周期で動作し、前記第1のCPUは、前記監視制御周期および前記制御演算周期とは非同期で動作するサーバと
を備えたことを特徴とする計装システム。 In an instrumentation system for monitoring and controlling a plant,
A computer connected to a communication network and executing a monitoring control program of the plant;
A translator connected to a monitoring element and a control element of equipment in the plant, transferring a monitoring signal from the monitoring element to a relay network, and transferring a control signal from the relay network to the control element;
A third CPU that receives the monitoring signal from the translator via the relay network, a second CPU that executes a monitoring program to generate monitoring information from the monitoring signal, and transmits the monitoring information to the communication network. A first CPU that transmits to the computer via the communication network, the first CPU receives control information from the computer via the communication network, and the second CPU receives a control program To generate the control signal from the control information, the third CPU transmits the control signal to the translator via the relay network, and the third CPU transmits a predetermined monitoring control cycle. The second CPU operates at a control calculation cycle different from the monitoring control cycle, and the first CPU operates at the monitoring control cycle. Instrumentation system, characterized in that the control cycle and the control operation cycle and a server running asynchronously.
前記コンピュータが接続された通信ネットワークに接続され、前記コンピュータへ監視情報を送信し、および前記コンピュータから制御情報を受信する第1のCPUと、
前記トランスレータからの前記監視信号から前記監視情報を生成する監視プログラムと、前記コンピュータからの前記制御情報から前記制御信号を生成する制御プログラムを実行する第2のCPUと、
前記中継ネットワークに接続され、前記トランスレータから前記監視信号を受信し、および前記トランスレータへ前記制御信号を送信する第3のCPUとを備え、
前記第3のCPUは、所定の監視制御周期で動作し、前記第2のCPUは、前記監視制御周期とは異なる制御演算周期で動作し、前記第1のCPUは、前記監視制御周期および前記制御演算周期とは非同期で動作することを特徴とするサーバ。 In an instrumentation system for monitoring and controlling a plant, it is connected to a computer that executes the monitoring and control program for the plant, and monitoring elements and control elements of equipment in the plant, and transfers monitoring signals from the monitoring elements to a relay network And a server connected to a translator for transferring a control signal from the relay network to the control element,
A first CPU connected to a communication network to which the computer is connected, transmitting monitoring information to the computer, and receiving control information from the computer;
A monitoring program that generates the monitoring information from the monitoring signal from the translator; a second CPU that executes a control program that generates the control signal from the control information from the computer;
A third CPU connected to the relay network, receiving the monitoring signal from the translator, and transmitting the control signal to the translator ;
The third CPU operates at a predetermined monitoring control cycle, the second CPU operates at a control calculation cycle different from the monitoring control cycle, and the first CPU includes the monitoring control cycle and the monitoring control cycle. A server characterized by operating asynchronously with a control calculation cycle .
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