JP5971691B2 - プラント監視制御システム - Google Patents

Description

本発明は各種発電プラントに用いられるプラント監視制御システムに関する。

従来の、プラント監視制御システムを図６、図７により説明する。従来のプラント監視制御システムは、図６に示すように、ネットワーク１と、ネットワーク１に接続された複数の制御装置２−１〜２−ｎ及び操作・監視装置４−１〜４−ｎから構成されている。このように構成されたプラント監視制御システムにおいて、制御装置２−１が統括する複数の監視制御対象機器３−１〜３−ｎからのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎが制御装置２−１に入力され、ネットワーク１を経由して操作・監視装置４−１〜４−ｎに表示される。

ここで、制御装置２−１〜２−ｎの具体例を図７を参照して説明する。監視制御対象機器３−１〜３−ｎのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎを読み取るための電源は、電源装置６にて生成され、外部信号入出力部８を介して各監視制御対象機器３−１〜３−ｎに供給される。供給された電源によりプロセス状態信号は外部信号入出力部８を介して制御装置演算部７に伝えられる。

また、制御装置２−１〜２−ｎに故障等の異常が発生した場合の対策として、コントローラの多重化や、バックアップ制御装置５を準備することが一般的である。制御装置２−１〜２−ｎのいずれかに異常が発生した際には、バックアップ制御装置５が異常が発生した制御装置の代替としてプラント制御を実施し、プラント監視制御は正常に継続される（特許文献１、２）。

特開平９−４４２０３号公報 特開２００１−２０９４０１ 号公報

上述した従来のプラント監視制御システムにおいては、コントローラの多重化やバックアップ制御装置を設置すること等により、一つ又は複数の制御装置に異常が発生した場合でもプラント制御を継続して実施できるような対策が施されている。

しかしながら、全ての制御装置の電源が使用できない全電源喪失事故のような状況が発生した場合、バックアップ制御装置も機能しなくなる。また、バックアップ制御装置用の電源のみ別の電源から供給するようにしたとしても、各種監視制御対象機器はそのプロセス状態信号の読み取りに使用される電源電圧がそれぞれ異なるため、それに対応するために多数の電源や複雑な電源システムが必要となる。また、仮に全ての電源電圧に対応するために種々のバッテリー等からなるバックアップ電源を用意することは、コストや電源容量の点から実施することが困難であった。

さらに、全電源喪失事故時に特定の信号を監視したい場合、作業員が対象とする信号線と接続している端子台および必要な電源を調査し、端子台から直接接続することも考えられるが、そのためには繁雑で時間を要する作業が必要となり、迅速で継続的な監視が困難となるという課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、通常時用電源や緊急時用電源が喪失するような事故時においても、小型の携帯型端末装置を用いることで、プラント監視制御を継続して実施することができるプラント監視制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るプラント監視制御システムは、複数の種別からなる多数の監視制御対象機器との間で電源電圧及びプロセス状態信号を入出力する外部信号入出力部と、電源装置と、電源装置の異常を検出する電源異常監視部と、制御装置演算部と、前記制御装置演算部及び前記電源装置と外部信号入出力部の間に設けられ複数の切替スイッチを有する異常時切替部と、前記電源装置の異常検出時に前記切替スイッチを介して所定の監視制御対象機器に電源電圧を出力する第１の端子選択部と、前記所定の監視制御対象機器からのプロセス状態信号を前記切替スイッチを介して入力する第２の端子選択部と、を備えた複数の制御装置と、前記監視制御対象機器の種別を選択する種別選択部と、電源発生部と、バックアップ監視制御部と、を備えた携帯型端末装置と、を有するプラント監視制御システムであって、前記異常時切替部は前記電源異常監視部が電源装置の異常を検出すると前記複数の切替スイッチを前記電源装置及び制御装置演算部から切り離して前記第１及び第２の端子選択部と接続状態にし、前記携帯型端末装置は前記種別選択部で選択された種別の監視制御対象機器に対応する前記第１の端子選択部の端子に前記電源発生部から当該種別に応じた電源電圧を出力するとともに、当該監視制御対象機器に対応する前記第２の端子選択部の端子からプロセス状態信号をバックアップ監視制御部に入力することを特徴とする。
また、本発明に係るプラント監視制御システムは、複数の種別からなる多数の監視制御対象機器との間で電源電圧及びプロセス状態信号を入出力する外部信号入出力部と、電源装置と、電源装置の異常を検出する電源異常監視部と、制御装置演算部と、前記制御装置演算部及び前記電源装置と外部信号入出力部の間に設けられ複数の切替スイッチを有する異常時切替部と、前記電源装置の異常検出時に前記切替スイッチを介して所定の監視制御対象機器に電源電圧を出力する第１の端子選択部と、前記所定の監視制御対象機器からのプロセス状態信号を前記切替スイッチを介して入力する第２の端子選択部と、を備えた複数の制御装置と、前記監視制御対象機器の種別を選択する種別選択部と、電源発生部と、を備えた携帯型端末装置と、前記携帯型端末装置と通信可能に接続されたバックアップ監視制御部を有するバックアップ監視制御装置と、を有するプラント監視制御システムであって、前記異常時切替部は前記電源異常監視部が電源装置の異常を検出すると前記複数の切替スイッチを前記電源装置及び制御装置演算部から切り離して前記第１及び第２の端子選択部と接続状態にし、前記携帯型端末装置は前記種別選択部で選択された種別の監視制御対象機器に対応する前記第１の端子選択部の端子に前記電源発生部から当該種別に応じた電源電圧を出力するとともに、当該監視制御対象機器に対応する前記第２の端子選択部の端子からプロセス状態信号をバックアップ監視制御部に入力することを特徴とする。

本発明によれば全電源喪失事故時等において、小型の携帯型端末装置を用いることによりプラント監視制御を中断することなく継続して実施することができる。

第１の実施形態に係るプラント監視制御システムの構成図。 第２の実施形態に係るプラント監視制御システムの構成図。 第３の実施形態に係るプラント監視制御システムの構成図。 第４の実施形態に係るプラント監視制御システムの構成図。 第５の実施形態に係るプラント監視制御システムの構成図。 従来のプラント監視制御システムの構成図。 従来の制御装置の構成図。

以下、本発明に係るプラント監視制御システムの実施例形態について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係るプラント監視制御システムを図１により説明する。なお、上述した従来のプラント監視制御システムと同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本第１の実施形態に係るプラント監視制御システムは制御装置２−１〜２−ｎと携帯型端末装置１２からなる。ここでは、図１に示すように、携帯型端末装置１２を制御装置２−１に接続した例について説明する。

制御装置２−１は、制御装置演算部７と、外部信号入出力部８、制御装置演算部７と外部信号入出力部８の間に設置される異常時切替部１０と、端子選択部１１ａ、１１ｂと、電源異常監視部９と、から構成される。制御装置２−１は、当該制御装置２−１が統括する監視制御対象機器３−１〜３−ｎに電源装置６から所定の電源電圧を異常時切替部１０及び外部信号入出力部８を介して供給し、当該監視制御対象機器３−１〜３−ｎからのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎを外部信号入出力部８及び異常時切替部１０を介して受信し制御装置演算部７で演算処理を行う。

異常時切替部１０は各監視制御対象機器３−１〜３−ｎに対応してそれぞれ一対の切替スイッチ１０−１ａ、１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂを備えている。通常時には電源装置６からの電源電圧を各監視制御対象機器３−１〜３−ｎに供給可能とし、また、各監視制御対象機器３−１〜３−ｎからのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎを制御装置演算部７に出力できるように切替スイッチ１０−１ａ、１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂを操作する。

一方、電源異常時には切替スイッチ１０−１ａ、１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂを切り替えて上記接続を切り離し、端子選択部１１ａ、１１ｂの対応する端子と接続可能とする。

携帯型端末装置１２は、種別入力部１３と、種別選択部１４と、異常時に監視制御対象機器３−１〜３−ｎに電源電圧を供給する電源発生部１５と、バックアップ監視制御部１６と、表示部１７と、回路切替部１８と、から構成される。

監視制御対象機器３−１〜３−ｎは、複数の種類、例えば流量センサ、水位センサ、温度センサ等からなり、それぞれ一つ又は複数の機器が制御装置２−１の監視対象となる。これらの機器は種類毎に供給される電源電圧が異なることが通常である。
なお、端子選択部１１は制御装置２−１の内部ではなく外部に設置して、他の制御装置と共用にしてもよい。

このように構成されたプラント監視制御システムにおいて、通常時では、制御装置２−１は当該制御装置２−１が統括する監視制御対象機器３−１〜３−ｎに電源装置６から所定の電源電圧を異常時切替部１０の切替スイッチ１０−１ａ〜１０−ｎａ及び外部信号入出力部８を介して供給し、当該監視制御対象機器３−１〜３−ｎからのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎを外部信号入出力部８及び異常時切替部１０の切替スイッチ１０−１ｂ〜１０−ｎｂを介して受信し制御装置演算部７で演算処理を行う。

一方、制御装置２−１の電源装置６に異常が発生した場合、電源異常監視部９により異常と判定され、異常時切替部１０に異常情報が伝えられると異常時切替部１０が作動して切替スイッチ１０−１ａ、１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂが切り替わり、電源装置６からの電源供給ルート及びプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎからの信号伝達ルートを電源部６及び制御装置演算部７から端子選択部１１側に切り換える。

そして、携帯型端末装置１２では、操作員が種別入力手段１３により、複数種別の監視制御対象機器から監視対象としたい種別を入力し、これにより種別選択手段１４に当該種別の監視制御対象機器が選択される。

この選択された種別信号は制御装置２−１の端子選択部１１及び電源発生部１５に送られる。第１及び第２の端子選択部１１ａ、１１ｂでは、当該種別に属する監視制御対象機器に対応する端子を順次又は同時に選択接続する。
そして、電源発生部１５では当該種別に応じた電源電圧を発生させ、第１の端子選択部１１ａを介して対象とする監視制御対象機器に供給する。

また、電源電圧を供給された監視制御対象機器で計測したプロセス状態信号は、外部信号入力部８、異常時切替部１０の切替スイッチ、第２の端子切替部を介して携帯型端末装置１２に送られる。携帯型端末装置１２ではその信号を回路切替手段１８を経てバックアップ監視制御部１６に送信し演算処理され、表示部１７に表示することによりプラント状態の監視を行う。

ここで回路切替手段１８は、第２の端子切替部１１ｂから送られたプロセス状態信号の種別（入力電圧レベル等）に応じて、バックアップ監視制御部１６が処理可能な信号に変換する機能を有する。

なお、第２の端子切替部１１ｂでは、端子を順次切り換えることによって監視制御対象機器からのプロセス状態信号を受信するか、複数の端子を同時に接続し時系列信号として受信しその後の信号処理によって各プロセス状態信号を得るようにしてもよい。

従来、制御装置の電源装置に異常が発生した場合、複数種別の監視制御対象機器にそれぞれ異なる電源電圧を供給するために大規模な緊急時用の電源装置を必要としたが、本実施形態では監視制御対象とする種別の機器毎に電源電圧を供給する構成としたので、例えば、小規模な電源発生装置を搭載した携帯型端末装置を用いることができる。これにより、通常時用電源や緊急時用電源が喪失するような事故時においても、小型の携帯型端末装置を用いることで、プラント監視制御を継続して実施することができる。

また、バックアップ用の制御装置とは異なり、携帯型端末装置により必要な情報のみを監視対象とすることで、携帯型端末装置の電源消費量を最小限に抑えることが可能となるため、緊急時においても長期にわたってプラント監視制御を実施することができる。
なお、本実施形態では、プロセス状態信号を監視する機器に適用した例を説明したが、これに限定されず、制御信号を出力する各種制御機器に対しても適用できる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係るプラント監視制御システムを図２により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本第２の実施形態は、第１の実施形態のプラント監視制御システムの携帯型端末装置１２に、機器データ選択手段１９及び機器ＤＢ（データベース）２０を追加した構成としている。

機器ＤＢ２０には、監視制御対象機器の名称や当該機器の接続情報及び種別情報等が保存されている。なお、本実施形態では、機器ＤＢ２０は携帯型端末装置１２内に配置されているが、外部に設置してもよい。

このように構成された本実施形態において、機器データ選択手段１９にて、監視対象の機器を選択すると、機器ＤＢ２０から該当する監視制御対象機器の名称や当該機器の接続情報及び種別情報等を取得し、その情報を端子選択部１１、電源発生部１５及び回路切替部１８に送信する。

これにより、電源異常発生時には、監視制御対象の機器に電源発生部１５から適切な電源電圧を第１の端子選択部１１ａ、切替スイッチを介して送信し、当該監視制御対象機器からのプロセス状態信号を切替スイッチ、第２の端子切替部１１ｂ、回路切替部を介してバックアップ監視制御部１６に入力する。

本実施形態によれば、すべての制御装置の電源が使用できない状況でも、携帯型端末で、対象とする監視制御対象機器を選択することにより、信号種別や信号経路を確認するとこなく、当該監視制御対象機器の監視制御を継続して実施することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係るプラント監視制御システムを図３により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本第３の実施形態は、各制御装置２−１〜２−ｎの電源装置６がそれぞれ供給している各監視制御対象機器の電源電圧を認識する供給電源認識部を携帯型端末装置１２に設置した構成としている。

図３において、制御装置２−１は異常時切替部１０と各監視制御対象機器３−１〜３−ｎを接続しているケーブルを分岐する供給電源分岐部２２と第３の端子選択部２４を備え、携帯型端末装置１２は供給電源認識部２１と記憶部２３を備えている。

このように構成された本実施形態において、通常時に各監視制御対象機器３−１〜３−ｎに供給される電源電圧、種別等の情報を供給電源分岐手段２２から第３の端子選択部２４を介して順次供給電源認識手段２１に入力する。第３の端子選択部２４は順次端子を切り替え、各監視制御対象機器３−１〜３−ｎに供給される電源電圧、種別等の情報を供給電源認識部２１に送り、記憶部２３はその情報を記憶する。

同様に各監視制御対象機器３−１〜３−ｎからのプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎについての信号電圧等の情報も供給電源認識微２１に送信され、記憶部２３はその情報を記憶する。

このように、通常時に携帯型端末装置１２を制御装置２−１に接続し、供給電源認識部２１によって、予め各監視制御対象機器３−１〜３−ｎの種別や供給電源電圧、及びプロセス状態信号３３−１〜３３−ｎの信号電圧等を把握認識し、記憶部２３に記憶しておくことで、電源喪失事故等の異常時において、操作員が選択した監視制御対象機器について、携帯型端末装置１２は自動的に当該機器の種別や電源電圧、プロセス状態信号レベル等の情報を認識し、第１及び第２の端子切替部及び回路切替部１８を適切に作動させることができる。これにより、異常時においてプラント監視制御を迅速にかつ継続して実施することができる。

本実施形態によれば、携帯型端末装置が予め監視制御対象機器の電源電圧や種別等の情報を自動認識することで、異常時におけるプラント監視制御を速やかにかつ継続して実施することが可能となる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係るプラント監視制御システムを図４により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

本第４の実施形態はバックアップ監視制御部１６を携帯型端末装置１２と別体構成とし、携帯型端末装置１２と通信手段により接続する構成としている。

図４において、バックアップ監視制御装置３０は通信部３２、バックアップ監視制御部１６と表示部１７とから構成され、携帯型端末装置１２と適宜な通信手段により交信可能に接続されている。

このように構成された本実施形態において、対象とする監視制御対象機器からのプロセス状態信号は、通信手段３１、３２により、バックアップ監視制御装置３０に伝えられる。通信手段３２が受信した状態信号は、バックアップ監視制御装置３０内のバックアップ監視制御手段１６に入力され表示手段１７により表示される。これにより、遠隔地又はアクセスが困難な場所においてプラント監視制御を継続して実施することができる。

本実施形態によれば、直接配線接続が難しい遠隔地等においても、通信手段により監視制御対象機器からプロセス状態信号を受信することができるため、特定の監視制御対象機器の監視制御を継続的に実施することが可能となる。

［第５の実施形態］
第５の実施形態に係るプラント監視制御システムを図５により説明する。なお、上記の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複説明は省略する。
本第５の実施形態は、制御装置２−１に制御装置異常監視部４１と該当信号判定部部４２を追加した構成としている。

このように構成された本実施形態において、制御装置演算部７の異常が発生すると、制御装置異常監視部４１にて異常の判定を行い、その情報が機器判定部４２に伝えられる。機器判定部４２では、制御装置演算部７の異常により監視制御不可となった監視制御対象機器が判定された後、異常時切替手段１０にその情報が伝えられ、対応する切替スイッチを切り替えて、制御装置演算部７で監視制御不可となった監視制御対象機器の監視制御を携帯型端末装置１２で継続して実施する。

例えば、制御装置演算部７が全ての監視制御対象機器の監視制御ができなくなった場合は、機器判定手段４２ではすべての監視制御対象機器３−１〜３−ｎが選択され、全ての切替器１０−１ａ、１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂを携帯型端末装置１２側に切り替えて監視制御を継続する。また、制御装置演算部７の一部の素子等が故障し、一部の監視制御対象機器の監視制御が不可能となった場合には、当該監視制御対象機器に対応する切替スイッチのみを切り替えて携帯型端末装置１２で監視制御を継続する。

本実施形態によれば、制御装置演算部に異常が発生し一部又は全ての監視制御対象機器の監視制御が不可能となった場合でも、携帯型端末装置により当該監視制御対象機器の監視制御を継続して実施することができる。

以上、本発明の実施形態の例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的な対象となる液体金属冷却炉等は、適宜変更可能である。また、実施形態やその変更例に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１…ネットワーク、２−１〜２−ｎ…制御装置、３−１〜３−ｎ…監視制御対象機器、４−１〜４−ｎ…操作・監視装置、５…バックアップアップ制御装置、６…電源装置、７…制御装置演算部、８…外部信号入出力部、９…電源異常監視部、１０…異常時切替部、１０−１ａ，１０−１ｂ〜１０−ｎａ、１０−ｎｂ…切替スイッチ、１１，１１ａ，１１ｂ…端子選択部、１２…携帯型端末装置、１３…種別入力部、１４…種別選択部、１５…電源発生部、１６…バックアップ監視制御部、１７…表示部、１８…回路切替部、１９…信号データ選択部、２０…信号ＤＢ、２１…外部供給電源パターン認識部、２２…供給分岐部、２３…記憶部、２４…信号選択部、３０…バックアップ監視制御装置、３１，３２…通信部、３３−１〜３３−ｎ…プロセス状態信号、４１…制御装置異常監視部、４２…機器判定部。

Claims (5)

1. 複数の種別からなる多数の監視制御対象機器との間で電源電圧及びプロセス状態信号を入出力する外部信号入出力部と、電源装置と、電源装置の異常を検出する電源異常監視部と、制御装置演算部と、前記制御装置演算部及び前記電源装置と外部信号入出力部の間に設けられ複数の切替スイッチを有する異常時切替部と、前記電源装置の異常検出時に前記切替スイッチを介して所定の監視制御対象機器に電源電圧を出力する第１の端子選択部と、前記所定の監視制御対象機器からのプロセス状態信号を前記切替スイッチを介して入力する第２の端子選択部と、を備えた複数の制御装置と、
   前記監視制御対象機器の種別を選択する種別選択部と、電源発生部と、バックアップ監視制御部と、を備えた携帯型端末装置と、を有するプラント監視制御システムであって、
   前記異常時切替部は前記電源異常監視部が電源装置の異常を検出すると前記複数の切替スイッチを前記電源装置及び制御装置演算部から切り離して前記第１及び第２の端子選択部と接続状態にし、
   前記携帯型端末装置は前記種別選択部で選択された種別の監視制御対象機器に対応する前記第１の端子選択部の端子に前記電源発生部から当該種別に応じた電源電圧を出力するとともに、当該監視制御対象機器に対応する前記第２の端子選択部の端子からプロセス状態信号をバックアップ監視制御部に入力することを特徴とするプラント監視制御システム。
2. 前記種別選択部の代わりに機器データ選択部を設け、前記機器データ選択部で選択された監視制御対象機器の情報を機器ＤＢから取得することを特徴とする請求項１記載のプラント監視制御システム。
3. 前記異常時切替部と外部信号入出力部との間に信号分岐部を設けるとともに、前記携帯型端末装置に供給電源認識部と記憶部を設け、
   各監視制御対象機器に出力する電源電圧及び種別等の情報及び各監視制御対象機器から出力されるプロセス状態信号の情報を、前記信号分岐部を介して前記携帯型端末装置の供給電源認識部に出力し、当該情報を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項１又は２記載のプラント監視制御システム。
4. 複数の種別からなる多数の監視制御対象機器との間で電源電圧及びプロセス状態信号を入出力する外部信号入出力部と、電源装置と、電源装置の異常を検出する電源異常監視部と、制御装置演算部と、前記制御装置演算部及び前記電源装置と外部信号入出力部の間に設けられ複数の切替スイッチを有する異常時切替部と、前記電源装置の異常検出時に前記切替スイッチを介して所定の監視制御対象機器に電源電圧を出力する第１の端子選択部と、前記所定の監視制御対象機器からのプロセス状態信号を前記切替スイッチを介して入力する第２の端子選択部と、を備えた複数の制御装置と、
   前記監視制御対象機器の種別を選択する種別選択部と、電源発生部と、を備えた携帯型端末装置と、
   前記携帯型端末装置と通信可能に接続されたバックアップ監視制御部を有するバックアップ監視制御装置と、を有するプラント監視制御システムであって、
   前記異常時切替部は前記電源異常監視部が電源装置の異常を検出すると前記複数の切替スイッチを前記電源装置及び制御装置演算部から切り離して前記第１及び第２の端子選択部と接続状態にし、
   前記携帯型端末装置は前記種別選択部で選択された種別の監視制御対象機器に対応する前記第１の端子選択部の端子に前記電源発生部から当該種別に応じた電源電圧を出力するとともに、当該監視制御対象機器に対応する前記第２の端子選択部の端子からプロセス状態信号をバックアップ監視制御部に入力することを特徴とするプラント監視制御システム。
5. 前記制御装置に前記制御装置演算部の異常を検知する制御装置異常監視部と、前記制御装置異常監視部が監視制御不能となった監視制御対象機器を判定する機器判定部を設け、前記異常時切替部は前記監視制御不能となった監視制御対象機器に対応する切替スイッチを切り替え、当該監視制御対象機器と前記携帯型端末装置とを接続することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載のプラント監視制御システム。

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