JP7103258B2 - プラント監視制御システム - Google Patents

Description

本発明は、プラント監視制御システムに関する。

工業活動に必要な素材や資源を生産する産業プラント（水処理設備プラント、製紙プラント、鉄鋼プラント、発電プラント、石油プラント、化学プラント等）が知られている。
産業プラントを監視および制御するプラント監視制御システムは、多数のフィールド機器（アクチュエータやセンサを含む）と、フィールド機器を監視制御するプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと記す）と、ヒューマンマシンインターフェース（以下、ＨＭＩと記す）とがネットワークを介して接続された構成を備える。ＨＭＩは、人間のオペレータにプロセスのデータを提示する機構であり、また人間のオペレータがプロセスを制御する際にもそれを経由する。

特許文献１には、監視制御装置が開示されている。この監視制御装置は、監視対象の装置・機器の状態や制御対象であるプロセスの状態を表示する表示機能と、キーボード、マウス又はタッチパネルと行った入力機能と、を備えたＨＭＩを備える。ＨＭＩの画面遷移は、ツリー状に階層化されて定義されている。オペレータは、ボタン押下等の操作により上下関係のあるメニュー画面、グループ画面、ポイント画面を切り替えてＨＭＩを使用する。

図８は、従来のＨＭＩにおける画面遷移の一例を示す図である。図８のＨＭＩでは、オペレータの操作により、計器オーバービュー画面８１から１つの計器グループが選択されると、計器グルーピング画面８２に切り替わる。計器グルーピング画面８２には、複数の計器フェースプレートが表示される。さらに計器グルーピング画面８２から１つの計器が選択されると、計器詳細画面８３に切り替わる。計器詳細画面８３として、選択された計器の詳細な計測データを表示する計測データ表示画面と、計器の設定パラメータを設定するためのパラメータ設定画面と、計器を調整するためのリアルタイムグラフを表示するポイント画面とを切り替えて表示可能である。

特開２０１８－８８０９９号公報

プラント監視制御システムにおいて、省人化・効率化が叫ばれている昨今、如何に必要な情報を迅速かつ効率的に、視覚的に得られるかが重要となってきている。その一方で、情報処理速度、通信速度の飛躍的な向上や記憶媒体の容量アップ、センサの低価格化などにより、重要度合いに関わらず情報量が増えており、従来の監視制御システムでは必要な情報にたどり着くのに時間を要してしまい、特に緊急事態にはその時間遅れがプラントの致命傷、あるいは人的被害といった事態にも繋がりかねない。

上述した図８のＨＭＩでは、オペレータは、所定の計器について、計測データ表示画面とポイント画面とパラメータ設定画面とを切り替えながら、表示値を確認したり、トレンドを確認したり、それらに基づき設定値を調整したりする。選択すべきフェースプレートの詳細を表示するためには、計器オーバービュー画面８１から１つの計器グルーピング画面８２を選択し、計器グルーピング画面８２に並んだ１つのフェースプレートを選択するというトップダウン操作により絞り込む操作が必要である。または、計器ＴＡＧ番号をキーボード等から入力してダイレクトにフェースプレートを選択するＴＡＧサーチ画面の複数回の絞り込み操作が必要である。計器の監視やチューニングを行うために複数の画面を切り替える必要があり、操作が煩雑であるばかりか、オペレータが計器の状態を記憶しながら設定値を調整する必要もあり設定ミスの要因となりえる。

独立した画面を切り替えながら１つ１つの情報を確認するのでは、操作が煩雑かつオペレータの記憶に頼ることとなってしまう。そこで、画面を分割して複数の情報を一度に並べて表示することが考えられる。このように表示する際、関連する情報を互いに隣接して表示させたい要望がある。図９は、関連する情報を隣接するエリアに表示する場合の画面分割例を示す図である。図９の例ではＢ、Ｃ、Ｄ、ＥはいずれもＡとＦに関連し、ＢはＣとＥに関連し、ＣはＢとＤに関連し、ＤはＣとＥに関連し、ＥはＢとＤに関連する。この場合、図９に示すようにＡ、Ｆを重複表示させる必要があり、各画面の表示を小さくせざるをえず、更なる改善が望まれる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、関連する複数の情報を同時に確認でき、かつ情報量を減らさずに大きく表示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。

上記目的の達成のため、本発明に係るプラント監視制御システムは以下のように構成される。

プラント監視制御システムはフィールド機器と信号を送受信するＰＬＣと、ＰＬＣと信号を送受信するＨＭＩ装置とを備える。ＨＭＩ装置は、少なくとも表示部と操作部とを備える。表示部は、回転可能な多面体オブジェクトを仮想三次元空間に表示する。操作部は、多面体オブジェクトを任意方向に回転させる。表示部に表示される多面体オブジェクトの隣接する各面に貼り付けられた産業プラントを構成するフィールド機器に関する情報は、互いに関連する情報である。

１の実施態様では、多面体オブジェクトは、多面体の第１面にフィールド機器による計測データが貼り付けられ、第１面に隣接する第２面に計測データに関連する関連情報が貼り付けられ、第１面と第２面の両方に隣接する第３面に、計測データおよび関連情報の両方に関連する他関連情報が貼り付けられた状態で表示される。

２つの例を挙げる。第１例では、関連情報は、計測データのトレンドグラフであり、他関連情報は、フィールド機器の設定情報である。第２例では、計測データは、複数のフィールド機器のうち第１機器による第１計測データであり、関連情報は、複数のフィールド機器のうち第２機器による第２計測データであり、他関連情報は、複数のフィールド機器のうち第３機器による第３計測データであり、第１計測データと第２計測データと第３計測データとは互いに関連する情報である。

他の実施態様では、産業プラントは複数のフィールド機器を備える。表示部は、角柱である多面体オブジェクトを複数並べた三次元オブジェクトを仮想三次元空間に表示する。三次元オブジェクトは、複数の多面体オブジェクトの底面を向かい合わせて並べられ、複数の多面体オブジェクトのそれぞれは同じ軸周りを回転可能に構成される。複数の多面体オブジェクトのそれぞれは複数のフィールド機器のそれぞれに対応する。複数の多面体オブジェクトの並び順は、産業プラントの工程に沿ったフィールド機器の並び順に対応する。複数の多面体オブジェクトそれぞれの側面には、対応するフィールド機器による計測データと、該フィールド機器の設定情報と、該計測データのトレンドグラフとが表示される。

本発明によれば、ＨＭＩ装置に多面体オブジェクトを表示する。多面体オブジェクトの隣接した面には、産業プラントのフィールド機器に関して、互いに関連する情報が貼り付けられている。そのため、情報量を減らすことなく図９のような重複した情報を削減でき、各情報を大きく表示できる。また、多面体オブジェクトを任意の位置に回転させることができ、図８のような画面切り替えの操作をすることなく、関連する複数の情報を同時に確認できる。

実施の形態１および３における水処理設備プラントの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。 プラント監視制御システムの主要な機能を示すブロック図である。 実施の形態１において、仮想三次元空間に表示される多面体オブジェクトの一例を示す図である。 ＨＭＩ装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における水処理設備プラントの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。 実施の形態２において、仮想三次元空間に表示される多面体オブジェクトの一例を示す図である。 実施の形態３において、仮想三次元空間に表示される三次元オブジェクトの一例を示す図である。 従来のＨＭＩにおける画面遷移の一例を示す図である。 関連する情報を隣接するエリアに表示する場合における画面分割例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。但し、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１に産業プラントの一例を示す。図１は、水処理設備プラントの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。

図１に示す水処理設備プラントは、原水タンクを備える。原水タンクには、原水タンクの水位を測定する原水タンクレベル計１が配置されている。原水タンクの下流には、原水を送水する原水ポンプ２が配置されている。原水ポンプ２の下流には、熱交換器が配置されている。熱交換器には、蒸気を導入するための経路が接続されている。該経路には、原水を適温に温めるために蒸気を調節する蒸気調節弁３と、蒸気調節弁３を使用しない場合に蒸気を遮断する蒸気遮断弁４とが配置されている。熱交換器の下流には、原水の温度を測定する原水温度計５が配置されている。原水温度計５による計測データは、蒸気調節弁３の制御へフィードバックされる。原水温度計５の下流には、ＲＯ膜（逆浸透膜）が配置されている。ＲＯ膜の下流には、処理水の導電率を測定する処理水導電率計６が配置されている。処理水導電率計６の下流には、処理水タンクの水位が一定となるように処理水の流量を調節する処理水流量調節弁７が配置されている。処理水流量調節弁７の下流には、処理水タンクが配置されている。処理水タンクには、処理水タンクの水位を測定する処理水タンクレベル計８が配置されている。

図２は、プラント監視制御システムの主要な機能を示すブロック図である。水処理設備プラントは、ネットワーク９、ＨＭＩ装置１０、ＰＬＣ２０を備える。ＰＬＣ２０は、図１に示す各種フィールド機器（アクチュエータおよびセンサを含む）と信号を送受信する。ＨＭＩ装置１０は、ネットワーク９を介してＰＬＣ２０と接続する。ＨＭＩ装置１０は、ＰＬＣ２０を介して各種フィールド機器（アクチュエータおよびセンサを含む）を監視・制御する。ＨＭＩ装置１０は、記憶部１１、表示部１２、操作部１３を備える。

記憶部１１は、ＨＭＩ装置１０がＰＬＣ２０と送受信した信号を蓄積する。

表示部１２は、回転可能な多面体オブジェクトを仮想三次元空間に表示する。仮想三次元空間は、オペレータが利用する後述する図４の出力装置１０７（モニタ）に表示される。

操作部１３は、オペレータによる後述する図４の入力装置１０６（キーボード、マウス、タッチパネル等）の操作に応じて、多面体オブジェクトを任意方向に回転させ、任意の角度（位置）で止めることができる。これにより複数の面を同時に表示させることができる。また、選択した情報を、多面体オブジェクトの空の面（フェースプレート）にドラッグアンドドロップすることで登録できる。また、多面体オブジェクトの高さ・幅・奥行きを自由に変更できる。

図３は、実施の形態１において仮想三次元空間に表示される多面体オブジェクト３０の一例を示す図である。図３に示す多面体オブジェクト３０は六面体であるが、多面体であればよく、例えば、四面体、八面体、十二面体、二十面体などであってもよい。多面体オブジェクト３０の隣接する各面に貼り付けられた産業プラントを構成するフィールド機器に関する情報は、互いに関連する情報である。

多面体オブジェクト３０は、多面体の第１面３１にフィールド機器による計測データ３１ａが貼り付けられ、第１面３１に隣接する第２面３２に計測データ３１ａに関連する関連情報３２ａが貼り付けられ、第１面３１と第２面３２の両方に隣接する第３面３３に、計測データ３１ａおよび関連情報３２ａの両方に関連する他関連情報３３ａが貼り付けられた状態で表示される。なお、関連する情報が無い面は何も貼り付けなくてよいし、隣接しない面に同一情報を貼り付けることを妨げるものではない。

より具体的には、関連情報３２ａは、計測データ３１ａのトレンドグラフである。他関連情報３３ａは、当該フィールド機器の設定情報（パラメータ設定値など）である。

以上説明したように、本実施形態のプラント監視制御システムによれば、ＨＭＩ装置に多面体オブジェクトを表示する。多面体オブジェクトの隣接した面には、産業プラントのフィールド機器に関して、互いに関連する情報が貼り付けられている。そのため、情報量を減らすことなく図９のような重複した情報を削減でき、各情報を大きく表示できる。また、多面体オブジェクトを任意の位置に回転させ任意の角度で止めることができ、図８のような画面切り替えの操作をすることなく、関連する複数の情報を同時に確認できる。

（ハードウェア構成例）
実施の形態１に係るＨＭＩ装置１０のハードウェア構成について図４を参照しつつ説明する。図４は、ＨＭＩ装置１０が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２に示す各部は、ＨＭＩ装置１０が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、入出力インタフェース１０４、システムバス１０５、入力装置１０６、出力装置１０７、ストレージ１０８、ネットワークＩ／Ｆ（インタフェース）１０９を備えたコンピュータである。

ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２やＲＡＭ１０３に格納されたプログラムやデータなどを用いて各種の演算処理を実行する処理装置である。ＲＯＭ１０２は、コンピュータに各機能を実現させるための基本プログラムや環境ファイルなどを記憶する読み取り専用の記憶装置である。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラムおよび各プログラムの実行に必要なデータを記憶する主記憶装置であり、高速な読み出しと書き込みが可能である。入出力インタフェース１０４は、各種のハードウェアとシステムバス１０５との接続を仲介する装置である。システムバス１０５は、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３および入出力インタフェース１０４で共有される情報伝達路である。

また、入出力インタフェース１０４には、入力装置１０６、出力装置１０７、ストレージ１０８、ネットワークＩ／Ｆ１０９などのハードウェアが接続されている。入力装置１０６は、オペレータによる入力を処理する装置であり、例えばキーボード、マウス、タッチパネル等である。出力装置は、モニタ等である。ストレージ１０８は、プログラムやデータを蓄積する大容量の補助記憶装置であり、例えばハードディスク装置や不揮発性の半導体メモリなどである。ストレージ１０８には、オペレーティングシステム、コンピュータを上述のように機能させるためのプログラムおよびデータが記憶されている。図２の記憶部１１は、ＲＡＭ１０３またはストレージ１０８に情報を蓄積する。ネットワークＩ／Ｆ１０９は、図２のＰＬＣ２０と通信するための通信装置である。

実施の形態２．
次に、図２、図５、図６を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは図２に示す構成において、ＨＭＩ装置１０が後述する図６の多面体オブジェクト６０を表示可能に構成される。

上述した実施の形態１では、多面体オブジェクトの隣接する各面に、１つのフィールド機器の計測データとトレンドグラフと設定情報とを表示することとした。ところで、産業プラントは多数のフィールド機器を備えており、各機器の計測データが相互に関連する場合もある。

そこで、実施の形態２では、複数のフィールド機器の計測データに関して、関係する計測データを多面体オブジェクトの隣接する各面に貼り付けて表示することとした。

図５は、水処理設備プラントの配管計装図（Ｐ＆ＩＤ）である。図５に示す水処理設備プラントは、原水タンクを備える。原水タンクには、原水タンクの水位を測定する原水タンクレベル計５０が配置されている。原水タンクの下流には、原水を送水するインバータ制御ポンプ５１が配置されている。インバータ制御ポンプ５１は、ポンプを駆動するモータと、モータを制御するインバータに接続している。インバータ制御ポンプ５１の下流には、圧力計５２が配置されている。圧力計５２の下流には、流量計５３が配置されている。流量計５３の下流には、処理水タンクが配置されている。処理水タンクには、処理水タンクの水位を測定する処理水タンクレベル計５４が配置されている。

図６は、実施の形態２において仮想三次元空間に表示される多面体オブジェクトの一例を示す図である。図６に示す多面体オブジェクト６０は十二面体である。

多面体オブジェクト６０の隣接する各面には、産業プラントを構成する種々のフィールド機器の計測データのうち互いに関連する測定対象データが貼り付けられている。多面体オブジェクト６０にインバータ制御ポンプ５１に関する情報を表示する例を説明する。

多面体オブジェクト６０は、多面体の第１面６１に原水タンクレベル計５０による第１計測データ６１ａが貼り付けられ、第１面６１に隣接する第２面６２に計測データ６１ａに関連する圧力計５２の第２計測データ６２ａが貼り付けられ、第１面６１と第２面６２の両方に隣接する第３面６３に、計測データ６１ａおよび計測データ６２ａの両方に関連する流量計５３の第３計測データ６３ａが貼り付けられた状態で表示される。

ここでは、多面体オブジェクト６０の第１面６１～第３面６３に貼り付ける計測データついて説明したが、図５のインバータ制御ポンプ５１に関連する測定対象としては、モータ温度、モータ電圧、モータ電流、モータ周波数、インバータ高調波、インバータノイズ、ポンプ回転数、ポンプ騒音、ポンプ振動などもある。これらの計測データを他の面に貼り付けることとしてもよい。

実施の形態２によれば、上述のような多面体オブジェクト６０をＨＭＩ装置１０に表示でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
次に、図１、図２、図７を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは図２の構成において、ＨＭＩ装置１０が後述する図７の三次元オブジェクト７０を表示可能に構成される。

上述した実施の形態１では、多面体オブジェクトの隣接する各面に、１つのフィールド機器の計測データとトレンドグラフと設定情報とを表示することとした。ところで、産業プラントは複数のフィールド機器を備えており、産業プラントの工程に沿って配置された各種フィールド機器の情報を表示したい場合もある。

そこで、実施の形態３では、産業プラントの工程に沿ってフィールド機器に関する多面体オブジェクトを複数並べた三次元オブジェクトを表示することとした。

図７は、実施の形態３において仮想三次元空間に表示される三次元オブジェクトの一例を示す図である。

ＨＭＩ装置１０（図２）の表示部１２は、図７に示すように、角柱である多面体オブジェクト７１～７８を複数並べた三次元オブジェクト７０を仮想三次元空間に表示する。図７において、角柱（多面体オブジェクト）の「底面」とは左右の２面を意味し、「側面」とは手前奥および上下の４面を意味する。図７では多面体オブジェクトを四角柱で表しているが、三角柱や五角柱などであってもよい。

図７に示す複数の多面体オブジェクト７１～７８のそれぞれは図１の複数のフィールド機器のそれぞれに対応している。ここで、多面体オブジェクト７１～７８の並び順は、産業プラントの工程に沿った図１のフィールド機器の並び順に対応している。すなわち、多面体オブジェクト７１～７８は、それぞれ図１の原水タンクレベル計１、原水ポンプ２の電流計、蒸気調節弁３の開度、原水温度計５、処理水導電率計６、処理水流量調節弁７、処理水タンクレベル計８に対応している。

三次元オブジェクト７０は、多面体オブジェクト７１～７８の底面を向かい合わせて並べられ、多面体オブジェクト７１～７８のそれぞれは同じ軸７９周りを回転可能に構成される。

多面体オブジェクト７１～７８それぞれの側面には、対応するフィールド機器による計測データと、該フィールド機器の設定情報と、該計測データのトレンドグラフとが表示されている。具体的には、多面体オブジェクト７１の側面には、図１の原水タンクレベル計１に関連する情報（水位、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７２の側面には、原水ポンプ２に関連する情報（電流値、電圧値、周波数、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７３の側面には、蒸気調節弁３に関連する情報（バルブ開度、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７４の側面には、蒸気遮断弁４に関連する情報（バルブ開度、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７５の側面には、原水温度計５に関連する情報（温度、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７６の側面には、処理水導電率計６に関連する情報（導電率、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７７の側面には、処理水流量調節弁７に関連する情報（バルブ開度、設定情報など）が貼り付けられている。多面体オブジェクト７８の側面には、処理水タンクレベル計に関連する情報（水位、設定情報など）が貼り付けられている。

実施の形態３によれば、上述のような三次元オブジェクト７０をＨＭＩ装置１０に表示でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。さらに、Ｐ＆ＩＤのフローラインの流れに沿って計器情報が表示されるため、監視性能を向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、三次元オブジェクト７０に図１のすべてのフィールド機器を表示しているが、表示不要な一部の多面体オブジェクトを非表示にする機能を備えてもよい。プロセスの流れに沿って並べた多面体オブジェクトから、必要な計器を絞り込んで表示することができる。

上述した実施の形態３においては、三次元オブジェクト７０の多面体オブジェクト７１～７８の底面を向かい合わせて密接して並べられているが、一部または全ての多面体オブジェクト７１～７８の底面間に間隙を設け、底面に表示された情報の一部または全てが視認できるようにしても良い。またオブジェクト間の間隙を自由に変更できるようにしても良い。さらには、多面体オブジェクト７０を複数の平行した回転軸７９をもつグループに分割して、並べて表示しても良い。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 原水タンクレベル計
２ 原水ポンプ
３ 蒸気調節弁
４ 蒸気遮断弁
５ 原水温度計
６ 処理水導電率計
７ 処理水流量調節弁
８ 処理水タンクレベル計
９ ネットワーク
１０ ＨＭＩ装置
１１ 記憶部
１２ 表示部
１３ 操作部
３０ 多面体オブジェクト
３１、３２、３３ 第１面、第２面、第３面
３１ａ、３２ａ、３３ａ 計測データ、関連情報、他関連情報
５０ 原水タンクレベル計
５１ インバータ制御ポンプ
５２ 圧力計
５３ 流量計
５４ 処理水タンクレベル計
６０ 多面体オブジェクト
６１、６２、６３ 第１面、第２面、第３面
６１ａ～６３ａ 計測データ
７０ 三次元オブジェクト
７１～７８ 多面体オブジェクト
７９ 軸
８１ 計器オーバービュー画面
８２ 計器グルーピング画面
８３ 計器詳細画面
１０１ ＣＰＵ
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１０４ 入出力インタフェース
１０５ システムバス
１０６ 入力装置
１０７ 出力装置
１０８ ストレージ
１０９ ネットワークＩ／Ｆ

Claims (1)

1. 回転可能な多面体オブジェクトを仮想三次元空間に表示する表示部と、
   前記多面体オブジェクトを任意方向に回転させる操作部と、を備え、
   前記多面体オブジェクトの隣接する各面に貼り付けられた産業プラントを構成するフィールド機器に関する情報は、互いに関連する情報であり、
   前記産業プラントは複数のフィールド機器を備え、
   前記表示部は、角柱である前記多面体オブジェクトを１つの回転軸上に複数並べた三次元オブジェクトを前記仮想三次元空間に表示し、
   前記三次元オブジェクトは、複数の前記多面体オブジェクトの底面を向かい合わせて接触させた状態で、複数の前記多面体オブジェクトのそれぞれが前記回転軸の周りを回転可能に構成され、
   複数の前記多面体オブジェクトのそれぞれは前記複数のフィールド機器のそれぞれに対応し、
   複数の前記多面体オブジェクトの並び順は、前記産業プラントの工程に沿ったフィールド機器の並び順に対応し、
   複数の前記多面体オブジェクトそれぞれの側面には、対応するフィールド機器による計測データと、該フィールド機器の設定情報と、該計測データのトレンドグラフとが表示されること、
   を特徴とするプラント監視制御システム。

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