JP5876773B2

JP5876773B2 - プロセス制御装置

Info

Publication number: JP5876773B2
Application number: JP2012129525A
Authority: JP
Inventors: 杉森　久容; 久容杉森
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: JP2013254351A

Description

この発明は、分散型制御システム(ＤＣＳ)やプログラマブルロジックコントローラ(ＰＬＣ)に代表される制御システムに対して、ヒューマン・マシン・インタフェース(ＨＭＩ)装置から調節計における設定値(ＳＶ)、操作量(ＭＶ)を設定するプロセス制御装置に関する。

従来のプロセス制御装置における設定値(ＳＶ)、操作量(ＭＶ)を設定する方法は以下に大別される。

１)数値設定
オペレータは、ヒューマン・マシン・インタフェース(ＨＭＩ)装置の画面上に表示されるＳＶ，ＭＶ表示部をマウスなどで選択し、設定すべき値(ＳＶ，ＭＶ)をキーボードから入力する。
ＨＭＩ装置は入力された値が制限値を逸脱していないことの判定を行い、正常値であればコントローラに設定の伝送を行う。逸脱している場合はＨＭＩ画面上に入力値が不正であることの表示を行い、コントローラへの設定値伝送は行わない。制限値の判定には、絶対値(計器レンジ上限、下限など)、その他のパラメータとの相対値(上限、下限警報設定の範囲など)、及び現在値からの変化幅(現在のＳＶ，ＭＶ値から１０％以内など)が用いられる。

２)ソフトウェアリモート操作キーによる漸増、漸減操作
ＨＭＩ装置の画面上に，ＳＶ、ＭＶの増加、減少操作用のボタンを表示する。オペレータは操作したいボタンをマウスなどで選択することで、ＳＶ、ＭＶ値を現在値＋所定の変化幅の値に変更する。所定の変化幅は１０％／秒、１％/秒、０．１％/秒などの切替を行うことができる。
ボタン選択を長く操作し続けることで、ＳＶ，ＭＶの連続的な変更を行う。

なお、下記特許文献１に、ＰＩＤコントローラのＨＭＩ装置に関し、ＰＩＤコントローラのＰＩＤパラメータ設定機能の一部として、オペレータの意図する前回値復帰を行える装置に関して記載されている。

特開２００５−２１５７３０号公報

しかしながら、従来のこの種のプロセス制御装置では、設定値(ＳＶ)、操作量(ＭＶ)の設定の際に、例えば以下のような欠点を含む問題があった。

数値設定の場合の数値入力誤り
オペレータはキーボード入力した数値を、数字表記の状態で確認するため、誤入力に気付かずにコントローラに対して設定してしまう可能性があった。ＨＭＩ装置での入力範囲判定は、判定値以内であれば検出されない。
例えば、計器レンジ０−１０００℃、変化幅チェック１０％の調節計で、ＳＶを１００.０℃から１００．５℃に変更する場合、小数点位置誤設定「１００５．」は検出されるが、誤設定「１０．０５」は検出されない。

ソフトウェアリモート操作キーによる漸増、漸減操作
現在値に対して変化幅分を設定する方式のため、特定の数値に設定することができない、また、変化幅を切替えながら操作するなど煩雑な操作となる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、ＨＭＩ装置から調節計へ設定値(ＳＶ)、操作量(ＭＶ)を設定する場合に、簡便に確実な操作を行うことができるプロセス制御装置を提供することを目的とする。

この発明は、オペレータにより入力が設定されるヒューマン・マシン・インタフェース装置と、制御対象への制御を調節するコントローラと、を備え、前記コントローラが、前記ヒューマン・マシン・インタフェース装置に入力される設定値または操作量に従って前記制御対象の制御を行う際の制御操作量を求めて制御を調整する調節計を有し、前記調節計が、前記設定値または操作量の目標値および前記目標値に到達させるまでの操作時間幅が組み合わせて設定された時に、前記設定値または操作量を前記目標値に対する前記操作時間幅で定まる勾配で漸近処理する漸近処理手段を含み、前記ヒューマン・マシン・インタフェース装置が、入力設定された前記設定値または操作量の目標値および操作時間幅をグラフィカルに表示するディスプレイを含み、前記ディスプレイが、前記コントローラの制御状態を示す機器フェースプレート表示と、前記機器フェースプレート表示に対して前記設定値または操作量の目標値および操作時間幅を入力設定するための計器操作パネル表示を同時に表示し、前記計器操作パネル表示に従った入力設定による制御状態が前記機器フェースプレート表示に表示される、ことを特徴とするプロセス制御装置にある。

この発明ではＨＭＩ装置から調節計に設定値(ＳＶ)、調節計操作量(ＭＶ)を設定する場合に、簡便に確実な操作を行うことができるプロセス制御装置を提供できる。

この発明の一実施の形態によるプロセス制御装置の構成を示す図である。図１のディスプレイの表示例とコントローラの動作フローを示す図である。

以下、この発明によるプロセス制御装置を実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態によるプロセス制御装置の構成を示す図である。図１においてプロセス制御装置は、それぞれ制御対象３００が接続された少なくとも１つのコントローラ２００と、これらのコントローラ２００に接続されてオペレータが制御のための種々の設定値、操作量の設定を行うＨＭＩ装置１００を備える。コントローラ２００とＨＭＩ装置１００はそれぞれコンピュータで構成される。ＨＭＩ装置１００は一例として、演算部やメモリを含む本体部(ＨＭＩ制御部)１００ａ、本体部１００ａに接続されたディスプレイ(表示部)１００ｂ、そして本体部１００ａ上に設けられたキーボート(入力部)１００ｃと本体部１００ａに接続されたマウス(入力部)１００ｄで構成される。なお、本願では説明の便宜上、ディスプレイ１００ｂは、画面(表示部)と画面表示機能制御を含むＨＭＩ機能制御を行う本体部１００ａ(ＨＭＩ制御部)とを含むものとする。

図２には、制御設定時にディスプレイ１００ｂに表示される設定用サブウィンドウの表示の一例と、コントローラ２００の特に調節計２−１の概略的な機能ブロックで示した動作フローを示す。なお、１つのコントローラ２００は複数の調節計２−１を備え得る。調節計２−１は、入力される設定値または操作量の目標値および目標値に到達させるまでの操作時間幅に従って制御対象３００の制御を行う際の制御操作量を求める。
プロセス制御には、設定値ＳＶを入力設定することで該設定値と測定値ＰＶに従って制御操作量ＭＶが自動的に調節されて制御が行われるＳＶ操作と、操作量ＭＶを入力設定すると該操作量に従って制御操作量ＭＶが自動的に調節されて制御が行われるＭＶ操作がある。

図２のディスプレイ１００ｂでは、各コントローラ２００の調節計２−１による制御状態を示す機器フェースプレート表示１−１と、この機器フェースプレート表示１−１に対して設定値または操作量の目標値および(操作)時間幅等を入力して設定するための計器操作パネル表示１−２が同一画面に表示される。設定値または操作量の目標値、操作時間幅、さらに時間単位、漸近動作(ＲＭＰ)実行状態等が表示され、設定値または操作量の目標値、操作時間幅は特に視覚的に分かり易いようにグラフィカル(グラフ化されて)に表示される。なおこの計器操作パネル表示１−２は一例としてＳＶ(設定値)操作の場合のものを示しており、ＭＶ(操作量)操作の場合はＳＶ(設定値)がＭＶ(操作量)となる。

計器フェースプレート表示１−１上の、１−１−１ａはＳＶの制御過程での目標値(表示、以下同様)、１−１−１ｂは設定値、１−１−２ａはＭＶの制御過程での目標値、１−１−２ｂは操作量、１−１−３は制御過程での漸近動作(ＲＭＰ)実行状態、１−１−４はＰＶ測定値を表わす。

計器操作パネル表示１−２上の、１−２−１ａ，１−２−１ｂはＳＶの目標値、１−２−２ａ，１−２−２ｂはＳＶ設定の時間幅設定、１−２−３はＳＶ設定の時間単位設定、１−２−４はＲＭＰ実行状態を表わす。

またコントローラ２００において、２−１はコントローラ２００でプログラム処理に従って実行される調節計処理を示す。ステップＳ１は設定値ＳＶを示し、ステップＳ２はＳＶ漸近処理(漸近処理手段)、ステップＳ３は第１の切替え処理(ＳＷ)、ステップＳ４は調節計制御演算処理である例えばＰＩＤ演算処理(ＰＩＤ演算手段)、ステップＳ５はＭＶ漸近処理(漸近処理手段)、ステップＳ６は第２の切替え処理(ＳＷ)、ステップＳ７は操作量に対して制御対象の操作端の予め設定された動作特性補償処理を行う操作端特性補償処理(操作端特性補償処理手段)、ステップＳ８は制御対象３００の制御のための出力される制御操作量(ＭＶ)、ステップＳ９は制御対象３００の測定値(ＰＶ)を示す。

ＨＭＩ装置１００は複数のコントローラ２００の制御設定を行う場合には、これらを並行処理する。従ってＨＭＩ装置１００は、キーボード１００ｃおよびマウス１００ｄからなら入力部からの入力に従って指定されたコントローラ２００に関する計器フェースプレート表示１−１、計器操作パネル表示１−２からなる設定用サブウィンドウをウィンドウ表示(切換表示、並列表示等)する。計器フェースプレート表示１−１、計器操作パネル表示１−２を別々にウィンドウ表示してもよい。

概略的にＨＭＩ装置１００は、オペレータの入力部からの指示により、指示されたコントローラ(調節計)に対する、設定値(ＳＶ)または操作量(ＭＶ)の目標値、操作時間幅、時間単位の設定、漸近動作状態(ＲＭＰ)の実行、停止の設定をする計器操作パネル表示１−２と、目標値、ＲＭＰ状態を表示する計器フェースプレート表示１−１と、をディスプレイ１００ｂに表示する。

コントローラ２００は目標値と時間幅が設定された時、ＳＶ，ＭＶを時間幅によって定まる勾配で、目標値に漸近させる制御を行う。調節計２−１はその制御のための制御操作量を求めて出力する。

オペレータはディスプレイ１００ｂを見ながら、操作対象の調節計２−１のＳＶまたはＭＶに関して、目標値、および必要な場合は時間幅及び時間単位を入力部から設定する。時間幅を設定しない場合は、時間幅０(１処理周期での変更)として扱う。

目標値、時間幅の数値はスライドバー(１−２−１ａ，１−２−２ａ)または数値入力(１−２−１ｂ，１−２−２ｂ)にて、時間単位は選択ボタン(１−２−３)にて設定する。設定した目標値は、計器フェースプレート表示１−１上にも連動して表示される。

オペレータが、目標値を確認後、ＲＭＰ実行操作(１−２−４)を行うと、ＨＭＩ装置１００は目標値、時間幅、時間単位、ＲＭＰ状態をコントローラ２００に伝送し、コントローラ２００はＳＶ、ＭＶの目標値への漸近処理を開始する。ＳＶ、ＭＶへの目標値への漸近処理が終了した時点で、コントローラ２００はＲＭＰ状態をＯＦＦとする。時間幅が０の場合は、１処理周期でＯＦＦとなる。

ＲＭＰ状態は計器フェースプレート表示１−１上に表示される。オペレータは目標値、ＳＶまたはＭＶ値及びＲＭＰ表示にて、実行状態を確認し、必要な場合は計器フェースプレート表示１−１または計器操作パネル表示１−２からＲＭＰ状態を手入力で(入力部を使用して、またはディスプレイの画面がタッチパネルであればタッチパネルで)ＯＦＦとすることで漸近処理の途中停止を行う。

図１，２を参照して説明すると、オペレータは、キーボード１００ｃおよびマウス１００ｄからなる入力部の操作により、ディスプレイ１００ｂ上のカーソル操作とデータ入力により設定操作を行う。ＨＭＩ装置１００のディスプレイ１００ｂに、選択した操作対象のコントローラ２００の計器フェースプレート表示１−１が表示されている状態で、ＳＶまたはＭＶの設定ボタン(例えば１−１−１ｂ，１−１−２ｂ)を選択すると計器操作パネル表示１−２が表示される。上述のようにここではＳＶを選択したとする。

ＳＶの目標値をスライドバー(１−２−１ａ)または数値入力(１−２−１ｂ)で設定すると、計器フェースプレート表示１−１側に表示(１−１−１ａ)が反映される。数値とスライドバーは互いに連動表示する。

ＳＶ変更を漸近型で行う場合は、必要に応じて計器操作パネル表示１−２上のＳＶ時間単位設定(１−２−３)で時間単位(秒、分、時)を設定変更後に、ＳＶ時間幅設定(１−２−２ａ，１−２−２ｂ)をスライドバー(１−２−２ａ)または数値入力(１−２−２ｂ)で設定する。数値とスライドバーは互いに連動表示する。

ＳＶ目標値、及び必要により時間幅、時間単位を設定後に、ＲＭＰ実行状態(１−２−４)をＯＮ操作する。

ＨＭＩ装置１００はコントローラ２００に対して、ＳＶ目標、時間幅、時間単位、ＲＭＰ状態をコントローラ２００の対象とする調節計２−１に伝送する。

図２の調節計２−１での処理では、ＲＭＰ状態に従って、ＳＶ値をＳＶ目標値に対して時間幅、時間単位で定まる勾配で漸近させる処理(Ｓ２、ＭＶ操作の場合はＳ５)を行う。

すなわち、ＳＶ(設定値)操作の場合、ステップＳ１ではＳＶ(設定値)が設定指示されて処理対象となり、ステップＳ３でＲＭＰ(ＳＶ)設定があれば、ステップＳ２における設定されたＳＶ目標値、時間幅、時間単位に従った漸近処理の結果が採用され、ＲＭＰ(ＳＶ)設定がなければＳＶ(設定値)の目標値がそのまま採用される。ステップＳ４ではステップＳ３で採用された値とステップＳ９のＰＶに対してＰＩＤ演算処理が施され、ステップＳ７で操作端特性補償処理が施されて制御設定値(ＭＶ)として出力される。

ＭＶ(操作量)操作の場合、ステップＳ６でＲＭＰ(ＭＶ)設定があれば、ステップＳ５における設定されたＭＶ目標値、時間幅、時間単位に従った漸近処理の結果が採用され、ＲＭＰ(ＭＶ)設定がなければステップＳ４の出力が採用される。そしてステップＳ７でステップＳ６において採用された値に操作端特性補償処理が施されて制御操作量(ＭＶ)として出力される。

以上のように構成されたこの発明のプロセス制御装置では、まず、数値入力誤りに関し、入力した目標値は、計器フェースプレート表示上にグラフィカルに表示される。入力と別形式で表示されることで、誤入力に気付きやすくなる。
また、設定値の急変によるプロセス状態変動に関し、時間幅を設定することで、１度の操作でプロセス状態に大きな変動を与えない設定が可能となる。

また、数値設定に関し、必要に応じて数値入力を併用できる。
また、大幅変更時の操作時間に関し、時間幅を設定することで、１度の操作でプロセス状態に大きな変動を与えない設定が可能となる。また、設定後のＳＶ，ＭＶ漸近処理はコントローラで実行されるので、ＨＭＩ画面が占有されることはない。

また、非線形動作特性を持つ操作端に対するＭＶ連続操作時の、変化プロセス量が非線形となる。コントローラ内でＭＶ目標値が変更されるので、手動制御に対し、操作端の動作特性補償処理は自動制御の場合と同様に有効となる。

また、設定後のＳＶ，ＭＶ漸近処理はコントローラで実行されるので、複数の調節計を同時に操作することが可能である。
また、機器故障時の異常動作に関し、コントローラに対する伝送はＲＭＰ実行時だけであり、途中故障で過剰操作となることはない。

１００ＨＭＩ装置、１００ａ本体部、１００ｂディスプレイ、１００ｃキーボード、１００ｄマウス、２００コントローラ、３００制御対象、１−１機器フェースプレート表示、１−２計器操作パネル表示、２−１調節計。

Claims

オペレータにより入力が設定されるヒューマン・マシン・インタフェース装置と、
制御対象への制御を調節するコントローラと、
を備え、
前記コントローラが、前記ヒューマン・マシン・インタフェース装置に入力される設定値または操作量に従って前記制御対象の制御を行う際の制御操作量を求めて制御を調整する調節計を有し、
前記調節計が、前記設定値または操作量の目標値および前記目標値に到達させるまでの操作時間幅が組み合わせて設定された時に、前記設定値または操作量を前記目標値に対する前記操作時間幅で定まる勾配で漸近処理する漸近処理手段を含み、
前記ヒューマン・マシン・インタフェース装置が、入力設定された前記設定値または操作量の目標値および操作時間幅をグラフィカルに表示するディスプレイを含み、
前記ディスプレイが、前記コントローラの制御状態を示す機器フェースプレート表示と、前記機器フェースプレート表示に対して前記設定値または操作量の目標値および操作時間幅を入力設定するための計器操作パネル表示を同時に表示し、前記計器操作パネル表示に従った入力設定による制御状態が前記機器フェースプレート表示に表示される、
ことを特徴とするプロセス制御装置。
前記ヒューマン・マシン・インタフェース装置に対して複数の前記コントローラが接続され、前記ディスプレイが入力に従って前記各コントローラのための設定内容を切り換えてウィンドウ表示することを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御装置。
前記調節計が、前記設定値または操作量に対してＰＩＤ制御処理を行うＰＩＤ演算手段を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス制御装置。
前記調節計が、前記設定値または操作量に対して前記制御対象の操作端の予め設定された動作特性補償処理を行う操作端特性補償処理手段を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のプロセス制御装置。