JPH0782367B2 - プロセス制御装置 - Google Patents
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- JPH0782367B2 JPH0782367B2 JP2233467A JP23346790A JPH0782367B2 JP H0782367 B2 JPH0782367 B2 JP H0782367B2 JP 2233467 A JP2233467 A JP 2233467A JP 23346790 A JP23346790 A JP 23346790A JP H0782367 B2 JPH0782367 B2 JP H0782367B2
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Description
るための装置に関するものであり、更に詳しくいえば、
選択可能な複数の各種の信号をプロセス制御装置とイン
ターフエイスするインターフエイス装置に関するもので
ある。
をプロセス制御装置へ接続するためにインターフェイス
装置が利用されている。その異なる種類の信号とは、高
レベルアナログ信号、低レベルアナログ信号、デジタル
信号、・・・である。現在のインターフェイス装置は融
通性のない構造であるので、予め定められた特定の数と
特定の種類の信号のみが接続できるだけである。そのた
め現在のインターフェイス装置を使用して得られる装置
の構造は本質的に固定される。
く適合させようとすることが制限される。すなわち、イ
ンターフェイス装置に接続できるタスクの数と種類が制
限される。
ーフエイスする装置を得ることである。
にインターフェイス装置する装置を得ることである。
装置にインターフエイス装置を得ることである。
セツサ装置にインターフエイスする装置を得ることであ
る。
号をプロセツサ装置にインターフエイスする装置を得る
ことである。
択可能な量の種々の所定の種々の信号をプロセツサ装置
にインターフエイスする装置を得ることである。
を持たせることである。
スする装置が本発明により得られる。プロセス制御装置
においては、制御されるプロセスを全体的に監視するプ
ラント制御ネットワークがある。そのプラント制御ネッ
トワークは、対応するインターフエイス装置をプラント
制御ネットワークへ作動的に接続するための少くとも1
つの外部パスを有する。更に、各インターフエイス装置
は少くとも1つの所定の現場装置とインターフエイスす
る。各現場装置は対応する所定の信号の種類を有する形
式のものである。インターフエイス装置は、インターフ
エイス装置の入力/出力(I/O)を制御するためにバス
へ作動的に接続される制御器を有する。この制御器へ作
動的に接続される少くとも1つのI/Oモジュールが、I/O
モジュールへ接続される所定の現場装置との間でやりと
りされる情報信号を前処理する。この前処理は、現場装
置の信号を制御器に適合する信号への変換を含む。
ことを制御信号の入出力から本質的に分離したので、イ
ンターフェイスされる入出力信号の融通性を増すことが
できる。それによって、ユーザは、以前の装置のような
制限無しに、所望の制御戦略に適合するようにシステム
を構築することができる。
処理を全くなくすことができる。この場合には、インタ
ーフエイスの外部の装置により制御の処理が行われ、し
たがつてインターフエイス装置がデータ獲得装置として
機能できるようにし、それにより構成に融通性を加え
る。
ンターフエイス装置を利用できるシステム環境を理解す
る助けとなるであろう。まず、本発明の装置を見出すこ
とができるプロセス制御装置10のブロツク図が示されて
いる第1図を参照する。このプロセス制御装置はプラン
ト制御ネットワーク11を含む。このプラント制御ネット
ワークはデータハイウエイ12を介してプロセス制御器2
0′へ接続される。プロセス制御装置10においては、付
加プロセス制御器20′を、対応するハイウエイゲートウ
エイ601と対応するデータハイウエイ12を介して、プラ
ント制御ネットワーク11へ作動的に接続される。本発明
のインターフエイス装置であるプロセス制御器20は、ユ
ニバーサル制御ネットワーク(UCN)14を介してプラン
ト制御ネットワーク11のネットワークインターフエイス
モジュール(NIM)602へ作動的に接続される。プロセス
制御装置10の好適な実施例においては、付加プロセス制
御器20を対応するUCN14を介してプラント制御ネットワ
ーク11の対応するNIM602へ作動的に接続できる。プロセ
ス制御器20,20′はアナログの入力信号と出力信号およ
びデジタルの入力信号と出力信号(A/I,A/O,D/I,D/O)
を、弁、圧力スイツチ、圧力計、熱電対等を含む各種の
現場装置(図示せず)からプロセス制御装置10へインタ
ーフエイスする。
監視をプラントのオペレータとともに行い、監視機能を
行うために必要な全ての情報を得、オペレータに対する
インターフエイスを含む。プラント制御ネットワーク11
は、ユニバーサルオペレータステーシヨン(US)122
と、アプリケーシヨンモジュール(AM)124と、ヒスト
リーモジュール(HM)126と、コンピュータモジュール
(CM)128と、被制御プロセスの求められている制御/
監視機能を行うために必要なそれらのモジュールと同様
のモジュール(および付加モジュール(図示せず))を
含む複数の物理的モジュールを含む。それらの各物理的
モジュールは、各モジュールが必要に応じて互いに通信
できるようにするローカル制御ネットワーク(LCN)120
へ作動的に接続される。NIM602とHG601はLCN120とUCN14
の間と、LCN120とデータハイウエイ12との間のインター
フエイスを行う。プラント制御ネットワーク11と物理的
モジュールについてのより完全な説明については、米国
特許第4,607,256号を参照できる。プロセス制御器20′
のより完全な説明については、米国特許第4,296,464号
を参照できる。
フエイス装置、のブロツク図が示されている第2図を参
照する。本発明の好適な実施例のプロセス制御器20は制
御器A30と制御器B40を含む。それらの制御器は主制御器
および第2の制御器として実効的に作動する。制御器A3
0と制御器B40はUCN14へ接続される。本発明の好適な実
施例においては、UCN14は、通信冗長目的のために、UCN
(A)14AとUCN(B)14Bを有する。入力/出力(I/O)
モジュール21は現場装置とインターフエイスする。現場
装置は各種の弁、圧力スイツチ、圧力計、熱電対等であ
つて、アナログ入力(AI)、アナログ出力(AO)、デジ
タル入力(DI)、デジタル出力(DO)を発生できる。制
御器A30は各I/Oモジュール21へバスA22を介してインタ
ーフエイスし、制御器B40はバスB23を介して各I/Oモジ
ュール21とインターフエイスする。また、通信冗長目的
のために、制御器A30はバスB23へ接続され、制御器B40
はバスA22へ接続される。
ク13と、バスA22およびバスB23との3つの媒体を介して
互いに通信できる。本発明の好適な実施例においては、
バスAとBは直列I/Oリンクである。1つの制御器(制
御器A30または制御器B40)は主制御器として動作し、他
の制御器は第2の制御器として動作する(バツクアツプ
ではなくて留保モードで、すなわち、制御器A30が故障
したとすると、制御器Bは始動時間すなわち初期化時間
をほとんど要することなしに制御器Bが制御機能を行う
ことができる)。所定の時間を基にして、主制御器と名
づけられている制御器により現場装置をその目標点へ到
達させるまたは目標点を維持する点処理が行われ、I/O
モジュール21と通信する。また、主制御器として動作す
る制御器はプラント制御ネツトワーク11と通信して、オ
ペレータからの指令のような、制御ネツトワークからの
状態とヒストリーを報告し、入力をユニバーサルステー
シヨン122を介して受ける。また主制御器により維持さ
れているデータベースがリンク13を介して第2の制御器
へ通信させられる。第2の制御器におけるデータベース
の更新は前記関連出願(a)と(b)に更に記載されて
いる。好適な実施例においては、前記のように1つの制
御器が第2の制御器として動作するが、第2の制御器は
プロセス制御器20のためには不要であることが当業者に
は理解されるであろう。本発明の好適な実施例において
は、第2の制御器は希望に応じて設けることができ、本
発明により意図されるモードで動作する。更に、制御器
A30とB40をUCN14Aと14Bとインターフエイスするために
各種の構成が存在できることが当業者は理解されるであ
ろう。制御器A30はUCN14Aとインターフエイスでき、制
御器B40はUCN14Bとインターフエイスできる。しかし、
この場合には、UCN14Aに障害を起させるバス(UCN)事
象がバツクアツプ制御器、すなわち、制御器B40へ切換
えさせる。しかし、好適な実施例においては、制御器A3
0はUCN14Aと14Bへ接続される。同様に、制御器B40はUCN
14Aと14Bへ接続される。この構成においては、通信事象
は装置にプロセツサに障害を生じさせる状況にしない。
図を参照する。モデム50がUCN14へ接続される。このモ
デムは2つの入力端子を有し、1つの入力端子はUCN14A
へ接続され、別の入力端子はUCN14Bへ接続される。本発
明の好適な実施例においては、モデムはコンコード・デ
ータ・システムズ(Concord Data Systems)の5メガビ
ツト・キヤリヤバンドモデムであつて、UCN14AとUCN14B
にインターフエイスできるようにする2つのポートを有
する。モデムは通信装置(COMM)60とインターフエイス
し、このCOMM60は大城メモリ70と、I/Oインターフエイ
ス装置80と、制御器90とに大城バス72を介してインター
フエイスする。通信装置60は通信制御器を含む。好適な
実施例においては、その通信制御器は、モトローラ(Mo
torola)68824型トークンバス制御器(TBC)61であつ
て、ローカルバス62へ接続される。ローカルバス62へは
(通信機能を行う)プロセツサA63と、ローカルメモリA
64とが接続される。プロセツサA63はTBC61とモデム50を
介してプラント制御ネツトワーク11と通信する。ローカ
ルメモリA64は、プロセツサA63とTBC61により使用する
ために、プラント制御ネツトワーク11からダウンロード
されるパーソナリテイ映像を含む情報を格納する。大城
メモリ70はプロセツサA63とB91に共通の情報を格納する
とともに、バスA22とB23から受けた全てのデータを格納
する。大城メモリ70はプロセツサA63とB91の間のプロセ
ツサ間通信配送手段としても機能する。制御装置90はプ
ロセツサB91とローカルメモリB92とを含む。プロセツサ
B91は現場装置に関連する制御機能(すなわち、制御処
理)を行う。これは点処理を実行することと、ローカル
メモリB92と大城メモリ70を更新することを含む。制御
装置90のローカルバスはトラツク装置94も接続される。
トラツク装置はデータベースをプロセス制御装置20の他
の制御器30、40ヘリンク13を介して転送するために用い
られる。トラツク装置94の詳しい説明は米国特許願第07
/299,857号および同第07/299,859を参照できる。I/Oイ
ンターフエイス装置80は受信器−送信器装置を含む。本
発明の好適な実施例においては、この装置はUART(ユニ
バーサル非同期受信器/送信器)81である。好適な実施
例においては、利用されるUARTはインテル(Intel)80C
31マイクロコントローラ内の回路である。UART81はドラ
イバ82,83をそれぞれ介してバスA22とB23へ結合され
る。(前記したように、制御装置90はなくすことがで
き、その場合、制御処理は、AM124のような、プラント
制御ネツトワーク11内の別のプロセツサにより行われ
る。この構成においては、本発明のインターフエイス装
置はデータ獲得装置として機能する。) プロセツサB91は各種の現場装置からのデータを大城メ
モリ70を介して受け、必要な点処理と制御機能を行い、
要求に応じてローカルメモリB92と大城メモリ70を更新
する。通信装置60は、制御装置90から大城メモリ70を介
して供給される指令に応じて、I/Oモジュール21(I/Oイ
ンターフエイス80を介して)と大城メモリ70の間でデー
タの入力と出力を行い、それにより制御装置90をI/Oモ
ジュールを管理するという負担から開放する。このよう
にして、取付けられている所定の現場装置に対する制御
処理がプロセス制御器20内の制御装置90により行われ、
通信(すなわち、I/O制御)がUARTを介して通信装置60
により取扱われる。
ク図が示されている第4図を参照する。トランシーバ
(防ジヤツバ回路)201がバスA22、B23とインターフエ
イスする。このトランシーバは米国特許願第07/121,548
号および同第07/121,561号に記載されている種類のもの
である。トランシーバ201はマイクロ制御器(μ制御
器)202とインターフエイスする。この実施例において
はマイクロ制御器202はインテル(Intel)80C31型であ
る。マイクロ制御器はローカルバス203へ結合され、EPR
OM204とRAM205を含む。EPROM204とRAM205もローカルバ
ス203へ結合される。RAM25は、I/Oモジュール21のため
のデータベースを構成する情報を含む。EPROM204はマイ
クロ制御器202により利用されるプログラム情報を含
む。(EPROMとRAMは、記憶装置であり、マイクロ制御器
202とインターフエイスできる任意の種類の記憶装置を
利用できることが当業者はわかるであろう。)ローカル
バス203にはI/Oリンク(バスA22とバスB23)からI/Oリ
ンクアドレス情報を受ける入力バツフア接続される。入
力バツフア(BUFFER IN)206へ、ハードウエアと、ハー
ドウエアの変更を検証するためにマイクロ制御器202に
より読出すことができるI/Oモジュール21の変更とを識
別するハードウエア変更コード装置207が接続される。
出力バツフア(BUFFER OUT)208もローカルバス203へ接
続される。アプリケーシヨン特定回路209もローカルバ
ス203へ接続され、入力バツフア206と、出力バツフア20
8と、マイクロ制御器202とへローカルバス203を介して
インターフエイスする。I/Oモジュールに接続する現場
装置に応じてアプリケーション特定回路を換える。現場
装置がデジタル入力を要する種類のものであれば、アプ
リケーション特定回路は、デジタル入力を他の残りのI/
Oモジュールとインターフェイスできる所定のフォーマ
ットに置き換えるための論理を有している。同様に現場
装置がアナログ入力を要する種類のものであれば、アプ
リケーション特定回路は(A/D変換器により)アナログ
入力信号を所定のフォーマットへ変換する論理を有す
る。マイクロ制御器202はアプリケーション特定回路209
のためのI/O処理(すなわち前処理)を行う。この前処
理は各I/Oモジュールの種類(すなわち、A/I、A/O等)
に応じてことなる。前処理は、アプリケーション特定回
路からの信号を制御器30、40(具体的には制御装置90)
に適合するフォーマットへ変換し、制御器30と40からの
信号をI/Oモジュール21に適合するフォーマットに変換
することである。行われる前処理のあるものは零ドリフ
ト、直線化(熱電対を直線的にする)、ハードウエア修
正、補償(利得補償と零補償)、基準結合点補償、較正
修正、変換、警報の点検(限界)、所定の大きさを有す
る信号を所定のフオーマットで発生することを含む。本
発明の好適な実施例においては、7種類のアプリケーシ
ヨン特定回路が設けられる。それらの回路は高レベルア
ナログ入力と、低レベルアナログ入力と、アナログ出力
と、デジタル入力と、デジタル出力と、スマート送信器
インターフエイスと、パルス入力カウンタとを含む。た
とえば、低レベルアナログ入力アプリケーシヨン特定回
路の詳しい説明が米国特許願第07/259,064号,同様07/1
53,753号および同第07/147,962号に記載されている。
御装置の別の実施例のブロツク図が示されている第5図
を参照する。ネツトワークインターフエイスモジユール
(NIM)602がユニバーサル制御ネツトワーク(UCN)14
へ結合される。このUCN14へは複数のプロセス制御器(P
C)20A,20B・・・20N、本発明のインターフエイス装置
である、も結合される。プロセス制御器20A,20B・・・2
0Nはプラント制御ネツトワーク11との通信を開始でき、
または、前記プロセス制御器20′とは異なり、UCN14へ
結合されている他の任意のプロセス制御器と通信でき
る。それら前記プロセス制御器20′はハイウエイゲート
ウエイ(HG)601へ従属させられ、HG601からのメツセー
ジに応じて通信できるだけであつた。したがつて、本発
明のプロセス制御器20A,20B,・・・20Nは任意の通信を
行う。
きなかつたある程度の融通性を有することがわかる。制
御される特定のプロセスのための現場装置が全てアナロ
グ入力形であるとすると、I/Oモジユール21A,21B,21C,2
1Dは全て同じI/Oモジユールの種類とすることができ
る。しかし、本発明の好適な実施例においては、I/Oモ
ジュール21のためのアプリケーシヨン特定回路は、現場
装置により供給される信号と適正にインターフエイスす
るために変えられる。このようにして、プロセス制御器
20は、正しいモジユール、すなわち、現場装置に適合す
る種類のI/Oモジユール、を挿入するだけで、現場装置
の構成に合わせることができる。したがつて、本発明の
インターフエイス装置のアーキテクチヤにより、I/Oモ
ジユールを受けることを割当てられているスロツトの中
に求められているI/Oモジユールを挿入するだけで、イ
ンターフエイス装置対して電気的、機械的または物理的
の変更を何ら加えることなしに、システムをプロセスに
適合させる融通性をユーザーが持つことができることが
わかる。
ロセス制御装置のブロツク図、第2図は本発明のインタ
ーフエイス装置の好適な実施例であるプロセス制御装置
のブロツク図、第3図は本発明の好適な実施例のプロセ
ス制御器の制御器のブロツク図、第4図は本発明の好適
な実施例のI/Oモジユールのブロツク図、第5図は本発
明のインターフエイス装置を含むプロセス制御装置の別
の実施例のブロツク図である。 11……プラント制御ネツトワーク、14……ユニバーサル
制御ネツトワーク、20……プロセス制御器、30,40……
制御器、21……I/Oモジュール、50……モデム、63,64,9
1,92……プロセツサ、80……I/Oインターフエイス、90
……制御装置、122……ユニバーサルオペレータステー
シヨン、124……アプリケーシヨンモジユール、126……
ヒストリーモジユール、128……コンピユータモジユー
ル。
Claims (9)
- 【請求項1】制御されるプロセスの全体の監視を行うプ
ラント制御ネットワーク(11)を有し、このプラント制
御ネットワークは、対応するインターフェイス装置(2
0)を前記プラントネットワークへ接続させるための少
なくとも1つの外部バス(14)を有し、各インターフェ
イス装置は、情報を送信する送信器と情報を受信する受
信器とをそれぞれが有していて、複数のしかも異なる種
類の現場装置と接続され、前記受信器はアナログ(A/
O)またはデジタル(D/O)のいずれかの形で情報信号を
受信し、前記送信器はアナログ(A/I)またはデジタル
(D/I)のいずれかの形で情報信号を送り出すようにさ
れているプロセス制御装置において、前記インターフェ
イス装置は、 a)前記外部バス(14)へ接続され、前記インターフェ
イス装置の入力/出力(I/O)動作を制御するために前
記プラント制御ネットワークと通信を行う制御器(30)
と、 b)それぞれが前記制御器に接続されるとともに少なく
とも一つの現場装置に接続され、情報信号を送信する送
信器または受信する受信器を備え、その送信器は接続さ
れた現場装置へアナログ(A/O)またはデジタル(D/O)
のいずれかの形で情報信号を送り出し、受信器は接続さ
れた現場装置からアナログ(A/I)またはデジタル(D/
I)のいずれかの形で情報信号を受信する入出力(I/O)
モジュール(21−A、B、C、D)とを有し、 前記入出力モジュールと現場装置とはアナログ信号送信
器を有するものはアナログ受信器を有するものというよ
うに情報信号の形および情報信号の伝送方向が対応する
もの同士が接続させられ、 かつ入出力モジュールに、それと接続された現場装置と
の間で送信又は受信される情報信号を前処理する前処理
手段を設けた ことを特徴とするプロセス制御装置。 - 【請求項2】前記制御器が、 a)前記インターフェイス装置と前記プラント制御ネッ
トワークとの間及び前記インターフェイス装置と現場装
置との間の通信を制御するために前記外部バス(14)に
接続された通信装置(60)と、 b)情報を記憶するため前記通信装置に接続されたメモ
リ(70)と、 c)制御されるプロセスの現場装置を制御するために前
記メモリ(70)と前記通信装置とに接続される制御装置
(90)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。 - 【請求項3】前記制御器(30)が、前記制御器とI/Oモ
ジュールとの間の情報の流れを制御するために、前記制
御装置に接続されるI/Oインターフェイス(80)と、前
記メモリと、前記制御装置とを有することを特徴とする
請求項2記載のプロセス制御装置。 - 【請求項4】前記I/Oモジュールが、 a)前記制御器と通信するため前記制御器と接続される
受信器(201)と、 b)前記受信器に接続されるとともに、少なくとも一つ
の接続された現場装置に関する特定の種類の信号を受信
又は伝送するための入出力端子を有し、現場装置で用い
られている信号を前記制御器(30)のための信号に変換
するマイクロ制御器(202)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。 - 【請求項5】前記制御器(30)が、 a)前記インターフェイス装置と前記プラント制御ネッ
トワークとの間及び前記インターフェイス装置と現場装
置との間の通信を制御するために前記外部バス(14)に
接続された通信装置(60)と、 b)情報を記憶するために前記通信装置に接続されたメ
モリ(70)と、 c)制御されるプロセスの現場装置を制御するために前
記メモリ(70)と前記通信装置とに接続される制御装置
(90)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。 - 【請求項6】前記制御器(30)が、前記制御器とI/Oモ
ジュールとの間の情報の流れを制御するために、前記制
御装置に接続されるI/Oインターフェイス(80)と、前
記メモリと、前記制御装置とを有することを特徴とする
請求項5記載のプロセス制御装置。 - 【請求項7】前記I/Oモジュールが、 a)前記制御器と通信するため前記制御器と接続される
受信器(201)と、 b)前記受信器に接続されるとともに、少なくとも一つ
の接続された現場装置に関する特定の種類の信号を受信
又は伝送するための入出力端子を有し、現場装置で用い
られている信号を前記制御器(30)のための信号に変換
するマイクロ制御器(202)と を有することを特徴とする請求項6記載のプロセス制御
装置。 - 【請求項8】制御されるプロセスの全体の監視を行うプ
ラント制御ネットワーク(11)を有し、このプラント制
御ネットワークは、対応するインターフェイス装置(2
0)を前記プラントネットワークへ接続するための外部
ネットワーク(14)を有し、前記外部ネットワークは第
1バス(14−A)と第2バス(14−B)とで構成され、
各インターフェイス装置は、情報を送信する送信器また
は受信する受信器をそれぞれが有していて、複数のしか
も異なる種類の現場装置と接続され、前記受信器はアナ
ログ(A/O)またはデジタル(D/O)のいずれかの形で情
報信号を受信し、前記送信器はアナログ(A/I)または
デジタル(D/I)のいずれかの形で情報信号を送り出す
ようにされているプロセス制御装置において、前記イン
ターフェイス装置は、 a)そのインターフェイス装置の入力/出力(I/O)動
作を制御するために前記プラント制御ネットワークと通
信を行うよう前記第1及び第2バスに接続されたされた
第1制御器(30)と、 b)前記第1制御器に障害が認められたときに前記イン
ターフェイス装置の入力/出力(I/O)動作を制御する
ために前記プラント制御ネットワークと通信するように
第1バス及び第2バスに接続される第2制御器(40)
と、 c)それぞれが前記第1及び第2制御器に接続されると
ともに 情報信号を送信する送信器または受信する受信器を備
え、その送信器は接続された現場装置へアナログ(A/
O)またはデジタル(D/O)のいずれかの形で情報信号を
送り出し、受信器は接続された現場装置からアナログ
(A/I)またはデジタル(D/I)のいずれかの形で情報信
号を受信する入出力(I/O)モジュール(21−A、B、
C、D)とを有し、 前記入出力モジュールと現場装置とはアナログ信号送信
器を有するものはアナログ受信器を有するものというよ
うに情報信号の形および情報信号の伝送方向が対応する
もの同士が接続させられ、 かつ入出力モジュールに、それと接続された現場装置と
の間で送信又は受信される情報信号を前処理する前処理
手段を設けた ことを特徴とするプロセス制御装置。 - 【請求項9】前記第1及び第2制御器との間に接続され
た通信リンク(13)を有することを特徴とする請求項8
記載のプロセス制御装置。
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