JPH06125584A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、ワンループコントローラの分
散化機能を備え、かつ容易に制御ループの二重化を図る
ことができるプロセス制御装置の提供にある。 【構成】本発明のプロセス制御装置は、複数の制御ルー
プに対して各々コントローラ２，３が割付けられ、各コ
ントローラ２，３が対応する制御ループのプロセス信号
から操作信号を算出するものにおいて、少なくとも１つ
のコントローラ２に、他のコントローラ３から操作信号
を読込むための入力手段１５と、この入力手段１５で取
込んだ操作信号と自コントローラで算出した操作信号と
から１つの操作信号を予め設定された選択条件に基づい
て選択する選択手段１９，２０とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電所・石油化学・上
下水道などの各種プラントにおける温度、圧力、流量な
どの制御を行うプロセス制御装置に係り、さらに詳しく
は制御ループのバックアップ機能の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロセス制御では、温度制御、圧
力制御、流量制御などの複数の制御ループを１台のコン
トローラで制御する制御方式が採用されていた。しか
し、この制御方式は、１台のコントローラが故障すると
全制御ループに影響がでるといった不都合があった。

【０００３】そこで、プロセス制御の分散化の究極の形
として、１台のコントローラで１つの制御ループを制御
するワンループコントローラが考えられている。このワ
ンループコントローラタイプでは、１台のコントローラ
が故障しても、その影響はその制御対象である１つの制
御ループのみに留まりプロセスへの影響を最小限に抑え
ることができる。しかし、ワンループコントローラであ
っても、コントローラが故障した場合に対象制御ループ
に対する影響は避けることができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のワ
ンループコントローラタイプのプロセス制御装置は、コ
ントローラが故障した場合に対象制御ループに対する影
響は避けることができず、最小限度ではあるが制御ルー
プに影響が生じていた。

【０００５】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、１台のコントローラが故障してもプロセスに
対して何等影響を与えないような制御システム構成にす
ることが可能なプロセス制御装置を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に対応するプロセス制御装置は、複数の制御
ループに対して各々コントローラが割付けられ、前記各
コントローラが対応する制御ループのプロセス信号から
当該プロセス信号を目標値に近付ける操作信号を算出す
るものにおいて、少なくとも１つのコントローラに、他
のコントローラから操作信号を読込むための入力手段
と、この入力手段で取込んだ操作信号と自コントローラ
で算出した操作信号とから１つの操作信号を予め設定さ
れた選択条件に基づいて選択する選択手段とを備えた。

【０００７】また請求項２に対応するプロセス制御装置
は、前記他のコントローラに、自己の制御ループに対す
る制御機能の他に、バックアップされる前記コントロー
ラの制御機能とを備えた。

【０００８】請求項３に対応するプロセス制御装置は、
バックアップされる前記コントローラを、互いに着脱可
能な端子台部と本体部とから構成し、前記選択手段を前
記端子台部に内蔵した。

【０００９】

【作用】請求項１に対応するプロセス制御装置では、他
のコントローラによってバックアップされる少なくとも
１つのコントローラは、対応する制御ループからプロセ
ス信号を入力して操作信号を生成する。一方、当該コン
トローラにはバックアップする他のコントローラから操
作信号が入力手段を介して入力される。そして、自己の
コントローラ内で生成した操作信号と入力手段を介して
入力された操作信号とからいずれか１つの操作信号が選
択手段で所定の選択条件に基づいて選択され制御ループ
へ送出される。

【００１０】請求項２に対応するプロセス制御装置で
は、バックアップする他のコントローラにおいて、自己
の制御ループに対する操作信号を算出すると共に、バッ
クアップするコントローラの制御ループからプロセス信
号を取込んで当該制御ループに対する操作信号を生成し
て、バックアップされるコントローラへ送出する。

【００１１】請求項３に対応するプロセス制御装置で
は、バックアップされるコントローラが端子台部と本体
部とに分離可能になっており、かつ選択手段が端子台部
に内蔵されるため、端子台部を取外すことにより従来の
ワンループコントローラとして使用することができ、シ
ステムの柔軟性が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【００１３】図１には一実施例に係るプロセス制御装置
の概略構成が示されている。本実施例のプロセス制御装
置は、炉１を制御対象としており、２つの制御ループか
ら構成されている。各制御ループには第１コントローラ
２及び第２コントローラ３が割付けられている。第１コ
ントローラ２は炉１の温度制御を対象とした制御機能を
備え、第２コントローラ３は炉１の流量制御を対象とし
た制御機能を備えている。

【００１４】第１コントローラ２のプロセス入力（Ｐ
Ｖ）端子には、炉１内に挿入された温度センサである熱
電対４ａの出力端子が接続され、その第１コントローラ
１の操作出力（ＭＶ）端子が、炉１の加熱用ヒータ４ｂ
の制御入力端子に接続されている。

【００１５】第２コントローラ３のプロセス入力（Ｐ
Ｖ）端子には、炉内に流体を循環させる配管５に取り付
けられた流量計６ａの出力端子が接続され、その第２コ
ントローラ３の操作出力（ＭＶ）端子が、配管５の制御
バルブ６ｂの制御入力端子に接続されている。

【００１６】またバックアップ用として、第１コントロ
ーラ２のＰＶ端子から第２コントローラ３のバックアッ
プ用ＰＶ（ＡＰＶ）端子へ配線が接続され、第２コント
ローラ３のＰＶ端子から第１コントローラ２のバックア
ップ用ＰＶ（ＡＰＶ）端子へ配線が接続されている。

【００１７】さらに、第１コントローラ２のバックアッ
プ用ＭＶ（ＡＭＶ−ＯＵＴ）出力端子からは第２コント
ローラ３のバックアップ用ＭＶ（ＡＭＶ−ＩＮ）入力端
子へ配線が接続され、第２コントローラ３のバックアッ
プ用ＭＶ（ＡＭＶ−ＯＵＴ）出力端子からは第１コント
ローラ２のバックアップ用ＭＶ（ＡＭＶ−ＩＮ）入力端
子へ配線が接続されている。

【００１８】上記第１コントローラ２のハードウエア構
成が図２，図３に示されている。なお、第１コントロー
ラ２及び第２コントローラ３のハードウエア構成は、同
様の構成であるので、ここでは第１コントローラ２につ
いてのみ詳述する。

【００１９】第１コントローラ２は、全体の制御を司る
マイクロプロセッサ１１に、温度制御ループの制御機能
を実現するプログラム及びその他のデータを格納するＲ
ＯＭ１２、作業領域となるＲＡＭ１３が、バス１４を介
して接続されている。また第１コントローラ２は、ＰＶ
端子，ＡＰＶ端子，バックアップ用ＭＶ入力端子（ＡＭ
Ｖ−ＩＮ），基準電圧端子からのアナログ入力を選択的
に取り込むためのマルチプレクサ１５を備えている。こ
のマルチプレクサ１５の出力側には、マルチプレクサ１
５によって選択された１つの入力を増幅するためのアン
プ１６と、ＡＤコンバータ１７との直列回路が接続さ
れ、ＡＤコンバータ１７の出力端子がバス１４に接続さ
れている。さらに第１コントローラ２は、内部操作出力
ＡＭＶ−ＩＮＴやＡＭＶ−ＯＵＴ（他のコントローラの
バックアップ用操作出力）などのアナログ出力のための
ＤＡコンバータ１８、ＡＭＶ−ＩＮＴとＡＭＶ−ＩＮ
（他のコントローラからのバックアップ用操作入力）の
２つから１つを選択するリレー１９、リレー１９を制御
するリレー制御回路２０、リレー制御回路２０の入力信
号を生成するための出力ポート２１、ウォッチドッグタ
イマ（ＷＤＴ）回路２２、電源監視回路２３を有してい
る。

【００２０】また図３に示すように、第１コントロー２
は互いに着脱可能な端子台部３１と本体部３２とから成
っている。第１コントローラ２の駆動源である外部交流
電源３３からは端子台部３１を通して本体部３２の電源
３４に交流電圧が供給されている。電源３４からは２次
側として各種直流電圧が生成されているが、ここではリ
レー１９に直接関係する２４Ｖのみ図示している。この
２４Ｖのマイナス側はリレー１９のコイルを励磁するト
ランジスタ３５のエミッタに接続され、プラス側はリレ
ー１９のコイルの一方の極に接続されている。リレー１
９のコイルの他方の極はトランジスタ３５のコレクタに
接続されている。

【００２１】よって、トランジスタ３５がオン状態であ
るとリレー１９のコイルは励磁されＡ側がオンし、トラ
ンジスタ３５がオフ状態であるとリレー１９のコイルは
非励磁となりＢ側がオンすることになる。

【００２２】トランジスタ３５のベースには、抵抗３６
（端子台側），３７（本体側）を介して３入力ＡＮＤゲ
ート３８の出力が接続されている。その３入力ＡＮＤゲ
ート３８の入力端には、電源監視回路２３（同図には不
図示）からの信号であるＰＳ−ＭＯＮＩ（これはコント
ローラの内部電源電圧が正常の値であるときのみ１とな
る）と、ウォッチドッグタイマ回路２２（同図には不図
示）からの信号であるＷＤＴ信号をワンショットマルチ
バイブレータ３９に通したもの（これはマイクロプロセ
ッサが正常に動作しているときのみ１となる）と、自己
診断信号ＤＧＳ（これはマイクロプロセッサがコントロ
ーラを自己診断した結果であり、コントローラの各部、
例えばＡＤコンバータなどが全て正常であるときのみ１
となる）とが入力されている。次に、以上のように構成
された本実施例の動作について説明する。

【００２３】炉内の温度が熱電対４ａによって電圧に変
換され、第１コントローラ２にＰＶ入力として読込まれ
る。そして後述する処理が行われ、その処理結果として
操作出力ＭＶが出力されて炉１の加熱用バーナーが制御
される。

【００２４】一方で、熱電対４ａの出力信号は第２コン
トローラ３のＡＰＶ端子（バックアップ用）にも入力さ
れ、これが第２コントローラ内で設定値ＳＶに一致する
べくＰＩＤ制御などの処理が行われてバックアップ用操
作出力（ＡＭＶ−ＯＵＴ）が出力され、第１コントロー
ラ２にバックアップ用操作出力（ＡＭＶ−ＩＮ）として
読込まれる。また、配管５の流量制御については、上記
と同様の動作が第１コントローラ２と第２コントローラ
３とを入れ換えたかたちで行われる。

【００２５】第１コントローラ２から出力される操作出
力ＭＶについては、第１コントローラ２が正常である間
は、第１コントローラ２自身の制御処理結果が出力され
るが、第１コントローラ２に異常が発生した場合には、
第２コントローラ３から入力されたバックアップ用ＭＶ
（ＡＭＶ−ＩＮ）が出力される。この切換動作について
は後述する。次に、第１コントローラ１の動作を図５
（ａ）（ｂ）及び図６を参照して説明する。

【００２６】マイクロプロセッサ１１は全体の動作を制
御するものであり、そのプログラムやデータとして用い
るテーブル類がＲＯＭ１２に格納され、ＲＡＭ１３が作
業領域として用いられる。

【００２７】先ず、図５（ａ）に示すように、プロセス
入力ＰＶはマルチプレクサ１５によって時分割方式で選
択されてアンプ１６により適切な電圧レベルに増幅さ
れ、ＡＤコンバータ１７によりアナログ／ディジタル変
換された後、マイクロプロセッサ１１に読み込まれる。
なお、制御の目標値となる設定値ＳＶについては図示し
ない手段によってマイクロプロセッサ１１に与えられて
いるものとする。

【００２８】そして上記ＰＶ入力に対して予め設定され
たＰＩＤ制御などの制御処理をマイクロプロセッサ１１
が行い、結果として決定される操作出力をＤＡコンバー
タ１８によってアナログ電圧値に変換して内部操作出力
ＭＶ−ＩＮＴとしてリレー１９のＡ端子とマルチプレク
サ１５の１つの入力端子に供給する。

【００２９】第１コントローラ２が正常であれば、ＡＮ
Ｄゲート３８の３入力はいずれも１であり出力も１とな
ってトランジスタ３５がオンするためリレー１９はＡ側
がオンしており、このＭＶ−ＩＮＴがそのまま第１コン
トローラ２の操作出力ＭＶとして外部へ出力される。

【００３０】一方、第２コントローラ３から入力される
バックアップ用操作出力ＡＭＶ−ＩＮが、リレー１９の
Ｂ端子とマルチプレクサ１５の１つの入力端子に供給さ
れる。第１コントローラ２に異常が発生した時には、リ
レー１９のＢ側がオンすることによって第１コントロー
ラ２の操作出力ＭＶとしてこのバックアップ用操作出力
ＡＭＶ−ＩＮが出力されることになる。

【００３１】リレー１９はリレー制御回路２０によって
制御されており、リレー制御回路２０に入力される出力
ポート２１とＷＤＴ回路２２と電源監視回路２３の出力
信号の論理積が１となる時にのみＡ側がオンする。

【００３２】また同時に図５（ｂ）に示すような他のコ
ントローラのバックアップ用制御処理も行われる。すな
わち、第２コントローラ３のＰＶ端子から並列に入力さ
れるバックアップ用ＰＶ入力（ＡＰＶ）はやはりマルチ
プレクサ１５、アンプ１６、ＡＤコンバータ１７を通し
てマイクロプロセッサ１１に読み込まれ、上記ＰＶの処
理とは独立に、ＡＰＶの制御対象に対して予め設定され
たＰＩＤ制御などの制御処理を行い、結果として決定さ
れる操作出力をＤＡコンバータ１８によってアナログ電
圧値に変換して、バックアップ用操作出力（ＡＭＶ−Ｏ
ＵＴ）として出力する。このＡＭＶ−ＯＵＴは第２コン
トローラ３のバックアップ用に利用されるものである。

【００３３】これによって、本体部３２の内部電源３４
に異常があれば、ＰＳ−ＭＯＮＩが０となることによっ
て、またマイクロプロセッサ１１の動作に異常があれ
ば、マルチバイブレータ３９の出力が０になることによ
って、またＡＤコンバータ１７などコントローラの各部
に異常があれば、ＤＧＳ信号が０になることによって、
ＡＮＤゲート３８の出力が０になりトランジスタ３５が
オフしてリレー１９のコイルが非励磁となりＢ側接点が
オンしてバックアップ用操作出力ＡＭＶ−ＩＮが第１コ
ントローラ２の操作出力ＭＶとして外部に出力されるこ
とになる。

【００３４】また、マイクロプロセッサ１１は、図６に
示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ、ＭＶ−ＩＮＴをマルチ
プレクサ１５を介して順に取込み、ＡＤコンバータ異常
及びＭＶリードバック異常を判断する。その結果、両判
断に対して異常結果が出た場合には、ＤＧＳ信号を０に
して、トランジスタ３５をオフ状態にする。

【００３５】ここで、ＷＤＴ回路２２について簡単に説
明する。ＷＤＴ信号は一般に、マイクロプロセッサ１１
が正常に動作しない場合、図４に示すように周期的に
１、０を繰り返す信号となる。

【００３６】この周期信号をそのままＡＮＤゲート３８
に入力したのでは、リレーが周期的に動作してしまう。
そこで、ＷＤＴ信号をその１、０の変化周期よりも長い
パルス幅を持った、再トリガ可能なワンショットマルチ
バイブレータ３９に入力することによって正常時に常に
１、異常時に０となる出力を得るようにしている。

【００３７】また、第１コントローラ２の本体部３２を
端子台部３１から外した場合には、リレー１９の駆動電
源である２４Ｖが供給されなくなるためリレー１９は非
励磁状態となりＢ側の接点がオンしてやはりバックアッ
プ用操作出力ＡＭＶ−ＩＮが操作出力ＭＶとして出力さ
れることは明らかである。本実施例によれば、次のよう
な効果が得られる。 （１）従来のワンループコントローラにわずかな回路を
付加するだけで、相互にバックアップ可能な２重化シス
テム用コントローラを実現できる。 （２）回路異常時などの他、メンテナンス時などでコン
トローラを着脱する場合にもバックアップ動作するの
で、従来のバイパスユニットが不要になる。

【００３８】なおバイパスユニットとは、従来コントロ
ーラを取り外すときに制御出力を保持して被制御プロセ
スに影響を与えないようにするものであるが、専用のユ
ニットが必要であるばかりか、基本的に一定値保持であ
り制御動作は行えないという欠点を有していた。

【００３９】（３）信頼性よりもコストパフォーマンス
を重視する用途には、バックアップ用の制御機能を別ル
ープの制御に用いることにして、２ループコントローラ
として使用することが可能。すなわち、ＡＰＶに対する
処理も通常の制御処理であるから、特に他のコントロー
ラの制御用に用途を限定されるものではなく、全く別の
（他の制御を受けていない）ループの制御にも利用でき
るのである。

【００４０】上記実施例ではＭＶの切換機をコントロー
ラの端子台部に設けたが、これはコントローラ本体内部
に設けることも可能であるし、また外部に設けることも
可能である。

【００４１】上記実施例では２台のコントローラ２，３
で相互にバックアップするシステムを示したが、バック
アップ対象は自分自身以外であればどのコントローラに
対して行うようにしても良い。例えば３台（Ａ，Ｂ，
Ｃ）からなるシステムで、ＡがＢをバックアップし、Ｂ
がＣをバックアップし、ＣがＡをバックアップするよう
にしてもよい。また、バックアップが不要なループにつ
いてはバックアップ無しにしてもよい。上記実施例では
ＭＶの切り換えは自動的になされるものとしたが、単な
る切り換えスイッチにして人手で切り換えるようにして
もよい。

【００４２】自己診断機能の１つとして、通常時にＭＶ
−ＩＮＴとＡＭＶ−ＩＮの差が一定値以下であることを
チェックするようにして、そうでない場合にはなんらか
の表示や出力で警報を行うようにしても良い。

【００４３】上記実施例では、ＡＭＶ−ＩＮは唯ひとつ
でありこれとＭＶ−ＩＮＴとの２者択一であったが、Ａ
ＭＶ−ＩＮを複数入力しこれらとＭＶ−ＩＮＴを含めた
３以上の複数の候補から出力すべき１つを選択するよう
なコントローラを構成しても良い。例えば、選択論理と
して２ out of ３（ツーアウトオブスリー）論理、中間
値、多数決などが考えられる。

【００４４】上記実施例で、コントローラが異常状態か
ら正常に復帰する際、リレーがＢ接点からＡ接点に切り
換わるのであるが、無条件には切り換えずにＭＶ−ＩＮ
ＴがＡＭＶ−ＩＮとあまり差がないことを確認してから
切り換えるようにすることも可能である。

【００４５】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、ワ
ンループコントローラの分散化機能を備え、かつ容易に
制御ループの二重化を図ることができるプロセス制御装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るプロセス制御装置の全
体構成図である。

【図２】上記一実施例に備えられたコントローラの機能
ブロック図である。

【図３】上記一実施例に備えられたリレー制御回路の詳
細を示す図である。

【図４】上記一実施例に備えられたリレー制御回路の動
作説明図である。

【図５】プロセス入力に対する制御処理、他のコントロ
ーラのバックアップ処理を示すフローチャートである。

【図６】自己診断処理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

２…第１コントローラ、３…第２コントローラ、１１…
マイクロプロセッサ、１９…リレー、２０…リレー制御
回路、３１…端子台部、３２…本体、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の制御ループに対して各々コントロ
   ーラが割付けられ、前記各コントローラが対応する制御
   ループのプロセス信号から当該プロセス信号を目標値に
   近付ける操作信号を算出するプロセス制御装置におい
   て、 少なくとも１つのコントローラは、他のコントローラか
   ら操作信号を読込むための入力手段と、この入力手段で
   取込んだ操作信号と自コントローラで算出した操作信号
   とから１つの操作信号を設定された選択条件に基づいて
   選択する選択手段とを有することを特徴とするプロセス
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記他のコントローラは、自己の制御ル
   ープに対する制御機能と、バックアップされる前記コン
   トローラの制御機能とを有することを特徴とする請求項
   １記載のプロセス制御装置。
3. 【請求項３】 バックアップされる前記コントローラ
   は、互いに着脱可能な端子台部と本体部とから成り、前
   記選択手段が前記端子台部に内蔵されたことを特徴とす
   る請求項１記載のプロセス制御装置。