JPH10307606A - プラント制御システム及びプロセスコントローラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作端ドライブモジュールの入出力点を固定せ
ず、多様な補機に対応して任意に組み替えできるコント
ローラと、それを用いた配線数の少ないプラント制御装
置を提供する。 【解決手段】制御用コントローラ１００に付属したＰＤ
ＣＭ（操作端ドライブモジュール）２００にＣＰＵ２０
２、不揮発性メモリ２０３、シリアルＩ／Ｆ２０４を設
け、シリアル信号線３００とＲＴＢ４００を介して、対
象補機の関連機器とシリアル信号で送受信する。ＰＤＣ
Ｍ２００のメモリ２０３には、操作端に固有の保護機能
などのプログラムを記憶し、コントローラ１００のダウ
ン時、ＣＰＵ２０２によって操作端５００のホールドを
行う。また、空気源５１０の異常時には操作端をフェイ
ルセーフ側（全開／全閉）に操作する。ＰＤＣＭ２００
の入出力点はハード的に固定しないので、機能の増設や
変更が任意に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラント制御システ
ムに係り、特にプラントを直接制御するプロセスコント
ローラと、そのプロセス機器との接続方式、及び操作端
に固有の処理方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大規模プラントの制御システムで
は、複数のプロセス系統をそれぞれ制御する分散制御が
普及している。例えば、火力発電プラント制御システム
では、マスタ計算機によって統括されるボイラ系統、タ
ービン系統、発電系統など、概ね主機に対応した複数の
系統コントローラを備え、プラントの負荷追従性や制御
精度の向上、シビアな排ガス規制などを実現している。

【０００３】各系統コントローラの下に、プラントのプ
ロセス機器を直接制御する複数のプロセスコントローラ
が設けられている。プロセスコントローラは一つのプロ
セッサ（ＣＰＵ）を備え、その演算処理によって複数の
機器を統括して制御するので、複雑な制御や最適化を容
易にする。また、コントローラのコンパクト化やコスト
低減などの効果を持たらしている。

【０００４】しかし、複数の機器が一つのコントローラ
によって操作される場合、そのＣＰＵや入出力手段が故
障すると、そのコントローラの下にある全ての機器の制
御が不可能になり、通常はプラント運転の継続を困難に
する。

【０００５】この問題点を解決するために、本出願人は
特公平６−３７８４５号公報（引用例１）に記載のドラ
イブコントロールモジュール（ＤＣＭ）を備える方式を
提案し、以前から実用に供している。ここでは、１つの
ＣＰＵにより複数のプロセス機器（操作端を含む）を直
接制御するコントローラに、各機器に対応しかつ互いに
独立したＤＣＭを設け、このＤＣＭにアナログ及びデジ
タルの入出力部や、ＣＰＵの異常時に現状の制御指令値
をホールドして手動調整を可能にするバックアップ手段
を設けている。また、機器側に故障のあるときに、現状
の操作量にロックアップする手段も付加している。

【０００６】ところで、従来のプラント制御システムは
現場の振動や温湿度あるいはノイズなどの制約から、上
位制御装置やプロセスコントローラを制御機器室に配備
し、そこから配線を引き回してプロセス側（現場）と接
続している。火力発電プラントなどでは、制御機器室と
プロセスの距離は数十〜数百ｍにもおよび、全ての操作
端及び計装品について１本ずつ配線する必要があるた
め、配線数が膨大になり配線作業に多大な時間を要して
いる。このため、システム変更の自由度が低く保守性も
劣っていた。このため、特開平８−３１４５０５号公報
（引用例２）に記載のように、機器を直接制御するコン
トローラを現場の操作端の近くに配置する提案がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】引用例１に記載の方式
は、機器コントローラにその制御下の各機器と１対１に
対応するＤＣＭを設けることで、機器コントローラの信
頼性と保守性を向上し、発電制御システムに広く適用さ
れている。本出願人による改良はその後も続き、例えば
「最近の火力発電技術（日立評論 Vol.79 1997/3 pp29-
32）」に紹介されているように、上記のＤＣＭにＣＰＵ
と不揮発性メモリを搭載し、操作端インタフェースとと
もに、コントローラのダウン時にも動作可能なプラント
補機類の保護機能を内蔵したプログラマブルコントロー
ルモジュール（ＰＣＭ）を実現している。

【０００８】上記のＤＣＭやＰＣＭが１対１に対応する
操作対象のプロセス機器は、一般には補機と呼ばれ、弁
やポンプなどの操作端とその周辺機器からなる。周辺機
器には操作端の制御量（プロセス量）や操作量の計器、
全閉／全開などを検知するリミットスイッチ、操作端の
駆動源等の異常を監視するリレーやスイッチなど、多種
の計器類が含まれる。また、手動調整のために必要な信
号や、関連する他の操作端のインターロック信号などの
入力手段が含まれることもある。さらに、１つの操作端
のみではなく、連動して流量を制御する大弁と小弁のよ
うに、特別の連動関係にある複数の操作端とその周辺機
器を操作対象とする場合もある。

【０００９】しかし、上記のように制御性や信頼性の向
上のために、操作端の制御・保護機能が追加されるに伴
って、コントローラの入出力点は増え、配線数が益々増
加する。また、個々の操作端に固有の処理機能は、ＤＣ
Ｍの入出力点の構成を個々に固定して、入出力点の組替
えによるシステムの設計や変更を複雑にする。また、シ
ステムの変更は、たとえ端子台や計装品のタイプ変更で
あっても、入出力点の増減や組替えに連なる場合は、Ｄ
ＣＭコネクタの接続と現場の配線作業を伴うので簡単に
は実現できない。さらに、入出力点の増大は、ドライブ
コントロールモジュールの基板サイズに合わせた標準仕
様のコネクタの変更を余儀なくする。コネクタサイズの
増大は、そのままコントローラの大型化となる。

【００１０】なお、引用例２のように、コントローラを
その操作端の近くに配置して、制御機器室から現場まで
の配線を減少する方式は、最近のシステムではコスト面
からも有効である。しかし、コントローラを現場に配置
するために空調室を設けるなど、現場環境に対応するた
めの新たな課題が発生する。空調なしでコントローラを
現場配置すると故障率が高くなる。このため、クロック
を下げて演算能力を下げたり、高価な特殊部品を用いた
りする必要があり、実用には供しえない。

【００１１】本発明の目的は、上記した現状の問題点を
克服し、ドライブコントロールモジュールの入出力点が
補機によって固定されず、多様な補機に対応して任意な
組替えができるプロセスコントローラと、それを用いた
プラント制御システムを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、複数のプロセス機器を制御する複数のプ
ロセスコントローラをネットワークにより結合して中央
制御機器室に設置し、前記コントローラに付属して１以
上の操作端ドライブモジュールを設け、前記モジュール
と前記プロセス機器を伝送手段を介して接続し、前記プ
ロセス機器を制御するプラント制御システムにおいて、
前記操作端ドライブモジュールに、シリアル／パラレル
変換が双方向に可能なシリアル通信手段を設け、前記プ
ロセス機器における操作端の制御指令値やプロセス量の
計測値などの複数のデータを、シリアル信号線を経由し
て入出力できるように構成したことを特徴とする。

【００１３】また、前記操作端ドライブモジュールに、
対象操作端に固有の処理機能をソフトウェア化して格納
する不揮発性のメモリと、前記ソフトウェアを前記プロ
セスコントローラと独立して実行するＣＰＵを設け、前
記固有の処理機能に必要なデータを前記シリアル信号線
を経由して入出力することを特徴とする。

【００１４】前記固有の処理機能は、例えば対象操作端
のホールドやフェイルセーフ操作を行う保護（インター
ロック）機能である。あるいは、後述する連動制御機能
などである。

【００１５】また、前記プロセス機器の近傍に、双方向
のシリアル／パラレル変換をして前記シリアル信号線と
送受信するシリアル通信手段と、前記プロセス機器の駆
動手段や計器と並列接続して前記データを入出力する入
出力点端子を含む、リモート端子台モジュールを設けた
ことを特徴とする。

【００１６】前記リモート端子台モジュールは、従来の
ＤＣＭからＣＰＵやメモリなどによる機能を除いたもの
で、ハードウェアの回路手段によって構成され、現場に
おける耐環境性を向上してプロセス機器の近傍への配置
を可能にしている。

【００１７】前記リモート端子台モジュールは、前記プ
ロセス機器とアナログデータを入出力するものと、ディ
ジタルデータ（接点信号など）を入出力するものとに分
け、前記シリアル信号線を介してディジタルのデータを
送受信できるように構成してもよい。この場合、アナロ
グタイプの端子台モジュールには、アナログ／ディジタ
ル変換手段およびディジタル／アナログ変換手段が設け
られる。

【００１８】また、前記リモート端子台モジュールが入
出力点の数または信号の種別などから複数に分割される
場合、各リモート端子台モジュール間をマルチドロップ
で接続することを特徴とする。これにより、入出力点数
の増大などに簡単に対応できる。なお、入出力点数の上
限は、プラントの制御周期などから許容されるシリアル
信号の通信量によって規制される。

【００１９】さらに、前記操作端ドライブモジュールと
前記リモート端子台モジュール間を、２重化シリアル回
線で構成することを特徴とする。これにより、システム
の信頼性を向上できる。

【００２０】本発明は、特定のプロセス量を制御するた
めに複数の操作端間で連動制御を行う場合に、前記連動
制御の処理手順を前記操作端ドライブモジュールの前記
メモリに格納し、前記ＣＰＵで各操作端の個別の制御指
令値を演算し、前記シリアル信号線を通じて各操作端に
シリアルに伝送する。このような例に、弁開度サイズの
異なる大流量弁と小流量弁の２つの操作端による２弁連
動制御がある。あるいは、供給容量の異なる複数の給水
ポンプ等の連動制御がある。

【００２１】また、前記メモリに前記操作端を連動保護
する処理手順を格納し、前記ＣＰＵが操作端の異常動作
を監視するデータを各操作端から前記シリアル信号線を
通じて受信し、何れかの操作端の動作に異常が認められ
る場合に、当該操作端の全部または一部をフェイルセー
フ側に動作させる。

【００２２】本発明のプロセスコントローラは、プロセ
ス機器の制御演算を行う第１のＣＰＵと、前記ＣＰＵと
バスを介して接続される複数の操作端ドライブモジュー
ルを設け、前記モジュールと前記プロセス機器を伝送手
段を介して接続し、前記プロセス機器を制御するものに
おいて、前記操作端ドライブモジュールに、対象操作端
の固有の処理機能をソフトウェアで化して書き換え可能
に格納する不揮発性メモリと、前記ソフトウェアを前記
第１のＣＰＵと独立して実行す第２のＣＰＵを設け、前
記第１のＣＰＵの制御演算に必要なデータと前記第２の
ＣＰＵの固有の処理に必要なデータを、前記シリアル信
号線を経由して入出力できるように構成されてなる。

【００２３】本発明の構成によれば、以下のような作
用、効果が実現される。前記操作端ドライブモジュール
は、プロセス機器との入出力をシリアル伝送によって行
うので、その入出力点の構成が対象機器毎に固定され
ず、入出力点の増減や組替えがアドレスの設定によって
自由に行えるので、対象機器に応じた固有の処理を簡単
に付加できる。

【００２４】例えば、操作端ドライブモジュールにソフ
トウェアの保護機能を設け、プロセスコントローラのＣ
ＰＵがダウンしたときに、操作端ドライブモジュールの
ＣＰＵで対象操作端を現状保持したり、プロセス機器側
に異常があるときに操作端をフェイルセーフ側に動作さ
せることができる。また、複数の操作端の連動制御をハ
ード的に分割せずにひと纏めにして処理することもでき
る。しかも、このようなプロセス機器に固有の処理を設
けても、制御機器室と現場の配線を変更する必要はな
い。

【００２５】前記操作端ドライブモジュールと対象プロ
セス機器の配線は、前記端子台モジュールを介して、１
本のシリアル信号線で接続できる。また、プロセス機器
の入出力点数が増加したときなどは、端子台モジュール
を増設してその間をマルチドロップ接続すればよいの
で、従来の膨大な配線量と配線作業に対する抜本的な解
決を与えることができる。

【００２６】このように、本発明によれば、プロセスコ
ントローラの標準化と、個々の操作端に固有のインター
ロックや連動処理を簡単に設けることができ、制御性能
や信頼性を向上できる。また、制御機器室と現場の配線
を大幅に削減できるので、プラントシステムの構築や変
更あるいはメンテナンスを容易にする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１及び第２の実
施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】図２に、本発明を適用する発電プラントの
一例として、一軸型コンバインドサイクルプラントの構
成を示す。コンバインドサイクルプラントは圧縮機、タ
ービン、燃焼器からなるガスタービン、このガスタービ
ンの排熱を回収し蒸気タービンへ供給する排熱回収ボイ
ラ、ガスタービンと１軸で直結され回転する蒸気タービ
ン及び発電機の各主機と、その操作や計測のための補機
類から構成される。図示の加減弁は操作端で、タービン
の補機の一つである。

【００２９】図３は、図２のコンバインドサイクルプラ
ントによる発電所のレイアウトを示す。図示例は４軸分
を一つの系列（グループ）とし、２系列で一つの発電所
を構成している。このプラントの配置スペースは一辺が
３００ｍ程度にもなる。一方、プラントの各設備を制御
するプラント制御装置は、ふつう中央操作室に近い制御
機器室と呼ばれる部屋に設置される。従来は、この制御
機器室から現場の各補機の操作端や計測点まで、数十〜
数百ｍの距離を１本ずつ配線している。ちなみに、４軸
セット×２系列のコンバインドサイクルの場合、システ
ム全体ではこのような配線を数千本も必要としていた。

【００３０】図４は、火力発電プラント制御システムの
概略の構成を示す。図示の制御システムは、図２の１系
列４軸分の構成を示している。中央操作室には系列制御
盤と大型スクリーン、系列共通制御装置、集中保守ツー
ルなどが配置される。一方、制御機器室は中央操作室と
系列ネットワークで接続され、各軸別に軸マスタ計算機
や各主機の制御装置などが配置される。本発明で直接の
対象となる制御用コントローラは、例えばガスタービン
・蒸気タービン制御装置やボイラ制御装置などである。

【００３１】図１は、本発明の第１の実施形態による制
御用コントローラと、その制御対象補機との接続を示す
プラント制御装置の構成である。

【００３２】制御用コントローラ１００は、ＣＰＵ１０
１、メモリ１０２、ＰＩＯインタフェース１０４を備
え、コントローラ内部バス１０５によって接続してい
る。ＣＰＵ１０１は対象主機、例えばボイラの全体プロ
セスまたは部分プロセスを制御する。通常は伝送インタ
フェース１０３を有し、他の制御用コントローラと接続
して分散制御する。

【００３３】さらに、ＰＩＯインタフェース１０４から
ＰＩＯ拡張バス１０６を介して、複数のドライブコント
ロールモジュール２００−１〜２００−ｎを設けてい
る。各々のドライブコントロールモジュール２００はＰ
ＩＯインタフェース２０１、ＣＰＵ２０２、メモリ２０
３及びシリアルインタフェース２０４を基板上に実装し
たカードでなる。メモリ２０３は書き換え可能な不揮発
性メモリで、従来はハードウェアで構成していた操作端
毎の保護機能を、ソフトウェア（プログラム）によって
構成して格納している。このように、プログム可能なド
ライブコントロールモジュール２００を、以後はＰＤＣ
Ｍ（Programmable Drive Control Module）と呼ぶ。

【００３４】本実施例のＰＤＣＭ２００は、制御対象と
なる現場の補機と１対１に対応し、操作端とその周辺機
器を１本のシリアル信号線３００によって接続する。こ
のために、シリアルインタフェース２０４を備え、ＣＰ
Ｕ２０２からのパラレルデータをシリアルデータに変換
し、また、シリアル信号線３００からのシリアルデータ
をパラレルデータに変換する。

【００３５】図１のように、シリアル信号線３００はＲ
ＴＢ（Remote Terminal Box）４００を介して、操作端
を含む対象補機と入出力する。図５に示すように、シリ
アル信号線３００はツイストペア・シリアル・ケーブル
３０１の両端に、ツイストペアケーブルコネクタ３０
２、３０３を接続したものからなり、制御機器室のＰＤ
ＣＭ２００と現場のＲＴＢ４００をコネクタ接続する。
従来のように、入出力点数分の配線の１本々々に圧着端
子を設けてネジ止めするのに比べて、配線作業が簡単で
保守点検も容易になる。

【００３６】また、ケーブル３０１とコネクタ３０２、
３０３を追加するのみで、シリアル回線の２重化が簡単
に実現できる。この、２重化したシリアル回線で、ケー
ブル３０１の配置ルートを別々にすると、火災や地震な
どによる被害を片系に止めて、システムの復旧を容易に
することもできる。

【００３７】シリアルツイストペアケーブルは１本のケ
ーブルで、制御演算周期から許容されるシリアル通信容
量の範囲で、Ｐ／Ｓ変換した複数の信号を伝送できる。
また、対象補機の入出力点数などの必要から、図１のよ
うに複数のＲＴＢ４００−１、４００−２を使用する場
合は、ＲＴＢ間をマルチドロップによってシリアル接続
するので、現場と制御機器室間を接続するシリアル信号
線を増加する必要は無い。なお、ＲＴＢ４００の構成に
ついては後述する。

【００３８】図１における対象補機は、空気式調節弁５
００を操作端とする流量制御弁とその周辺機器からな
る。電空変換器（Ｅ／Ｐ）５０３は、ＲＴＢ４００−１
のアナログ出力部（ＡＯ）のチャネルから出力される
操作量の電流値（Ｅ）に比例して移動するソレノイドノ
ズルによって、空気圧源５１０から供給される空気量を
調節し、操作量（Ｅ）に対応する空気圧（Ｐ）に変換す
る。空気圧・バルブ位置変換器（Ｐ／Ｐ）５０２は、空
気圧源５１０から供給されて、空気圧（Ｐ）に対応した
バルブ位置に弁５００の開度を調節する。Ｐ／Ｐ５０２
に設けられた弁開度計５０７により、操作端の弁開度が
アナログ入力部（ＡＩ）のチャネルに入力される。ま
た、操作端で制御されたプロセス流量が流量計５０１で
測定され、ＡＩのチャネルに入力される。

【００３９】リミットスイッチ５０６は、操作端５００
の全開または全閉を検出し、その検出信号をＲＴＢ４０
０−２のディジタル入力部（ＤＩ）のチャネルに、ま
た、空気圧監視圧力ＳＷ５０８、５０９は、空気圧源５
１０からの空気の供給をそれぞれ監視し、空気圧が異常
低下（空気喪失）したとき、空気圧異常信号をＤＩのチ
ャネルまたはに入力する。ＲＴＢ４００−２のディ
ジタル出力部（ＤＯ）のチャネルから出力されるイン
ターロック信号は、強制動作電磁弁５０４を動作して操
作端５００を全開または全閉する。また、チャネルか
ら出力されるホールド信号は、開度保持電磁弁５０５を
動作して操作端５００の開度を現状に保持する。

【００４０】図６は、アナログ信号及びディジタル信号
の入出力を行うＲＴＢの構成を示す。本実施例のＲＴＢ
は、引用例などに記載のある従来のドライブコントロー
ルモジュールから、そのＣＰＵやメモリにより実現する
機能を除き、対象機器とのインターフェース機能をハー
ドウェア回路によって構成して、対象機器の近傍に配置
している。

【００４１】ＲＴＢ４００は、シリアル信号線３００を
介して送受信するデータを、シリアル（Ｓ）からパラレ
ル（Ｐ）にまたはその逆に変換（Ｐ⇔Ｓ）するシリアル
Ｉ／Ｆ４０１、ＲＴＢ４００が扱う信号のアドレスを設
定するアドレス設定器４０２、ＲＴＢ４００の動作のク
ロック信号を出力する発信回路４０３を有している。

【００４２】対象補機の関連機器とは端子台２００で接
続し、そのＤＩ信号はレベルチェンジャ４０７を介し
て、信号レベルを変更して取り込む。また、ＡＩ信号は
２次変換器を介して取り込み、ＭＰＸ（マルチプレク
サ）４０６、Ａ／Ｄ変換器４０５によりディジタルデー
タに変換する。これらの入力データは、シリアルＩ／Ｆ
４０１で順番にシリアル信号に変換され、このときアド
レスを付与されて、所定のタイミングでシリアル信号線
３００に送出される。

【００４３】一方、シリアルＩ／Ｆ４０１が受信したシ
リアル信号は、シリアル接続のＲＴＢが複数の場合に自
局宛のアドレスのみ取り込む。インターロックなどのＤ
Ｏ信号は、ラッチ回路４１１の該当のアドレス部にラッ
チしたのち、レベルチエンジャ４１２、端子台４２０を
介して対応する操作機器に出力する。操作端指令のＡＯ
信号はＤ／Ａ変換器４１３、ＤＥ−ＭＰＸ４１４を介し
てアナログデータに変換し、アンプ４１５で増幅して出
力する。なお、図１のように、アナログ信号とディジタ
ル信号の入出力を別々のＲＴＢで分担する場合は、一方
の機能のみを備えればよい。

【００４４】ＲＴＢ４００における上記の動作は、それ
ぞれ入力制御回路４０４と出力制御回路４１０によって
制御される。制御回路４０４、４１０は、ＬＳＩなどの
ハード回路により構成され、発信回路４０３のクロック
で歩進しながら、所定のシーケンスにより各回路の動作
を進行させる。ＲＴＢと制御用コントローラの動作は非
同期に行われてよいが、シリアル接続している全てのＲ
ＴＢの一連の入出力周期は、制御用コントローラ１００
の制御周期に制約される。また、ＲＴＢ４００のその他
の機器や回路もハード鋼製されているので、高温や塵埃
あるいはノイズなどの多い現場の環境下でも誤動作が少
ない。

【００４５】このように、本実施例のＲＴＢはＣＰＵや
メモリを持たず、ハードウェアのみによって耐環境性を
向上しているので、空調室などを用いることなく現場の
対象機器近くに設置できる。また、１本のツイストペア
シリアルケーブルによって簡単にマルチドロップ接続し
て、入出力点を必要に応じて増やすことができるので、
システムの構築や変更あるいはＲＴＢ内部の機器の変更
が容易になる。

【００４６】次に、第１の実施形態によるプラント制御
装置の動作を説明する。まず、シリアル信号の送受信処
理から説明する。図７は、シリアル信号のフォーマット
とその送受信処理フローを示している。（ａ）に示すよ
うに、シリアル信号はスタートフラグ、データ、アドレ
ス、エンドフラグなどの後に、それらを反転した反転デ
ータが付加されている。ＰＤＣＭ２００とＲＴＢ４００
の間では、各々のシリアルＩ／２０４、４０１で共に使
用している専用ＬＳＩによって、送受信を折り返しなが
ら処理する。

【００４７】同図（ｂ）に示すように、ＰＤＣＭ２００
がデータ送受信処理をスタートすると（ｓ１０１）、送
信シリアル信号を作成し（ｓ１０３）、ＲＴＢ４００側
へ送信する（ｓ１０３）。ＲＴＢ４００はシリアル信号
を受信すると（ｓ１０４）、データの合理性チエックに
よるデータ受信処理を行なう（ｓ１０５）。合理性チエ
ックは反転データ比較処理、反転フラグチエック、タイ
ムアウト判断を行なう（ｓ１０５１）。この結果、ＲＴ
Ｂからの受信が正常であれば、該当のアドレスへデータ
を渡し（ｓ１０５２）、異常があればデータを廃棄する
（ｓ１０５３）。その後、ＲＴＢ４００側からＰＤＣＭ
２００側へ、折り返しデータ送信処理が自動スタートす
る（ｓ１０６）。ＲＴＢ４００は送信シリアル信号を作
成し（ｓ１０７）、ＰＤＣＭ２００側へ送信する（ｓ１
０８）。ＰＤＣＭ２００は折り返し信号を受信すると
（ｓ１０９）、ステップｓ１０５と同様の合理性チエッ
クによるデータ受信処理を行ない、正常受信の場合にデ
ータを該当アドレスに取り込む（ｓ１１０）。

【００４８】図８に、シリアル信号のアドレスを説明す
る。（ａ）のように、ＰＤＣＭ２００とＲＴＢ４００が
シリアル接続しているとき、ＲＴＢ４００の入出力デー
タのアドレスは、例えば（ｂ）のテーブルのように設定
される。すなわち、ＰＤＣＭ２００からＲＴＢ４００−
１に送信される出力１、出力２のアドレスは、ＲＴＢ
（１）の出力データアドレスの１、２となる。例えば、
出力データアドレス１は操作端の制御指令値である。図
示のアドレス３、４は未使用で、欠番となっている。一
方、ＲＴＢ４００−１からＰＤＣＭ２００に送信される
入力１、入力２のアドレスは、ＲＴＢ（１）の入力デー
タアドレスの１、２となる。例えば、入力データアドレ
ス１はプロセス量の計測値である。

【００４９】シリアル信号には上記の対応表によるアド
レスが付与され、アドレス順に送信される。通常、Ａ
Ｉ，ＡＯのアナログ信号はディジタル化され、複数ビッ
トによって表現されるので、１フレームに１個で伝送さ
れる。しかし、ＤＩ，ＤＯのディジタル信号は１フレー
ムに複数のアドレスをまとめて伝送することが多い。

【００５０】図９に、ＰＤＣＭが行うプラント保護動作
の処理フローを示す。この処理プログラムはＰＤＣＭ２
００のメモリ２０３に格納され、ＣＰＵ２０２によって
実行される。通常の自動制御が行われている場合に、Ｃ
ＰＵ２０２は制御周期毎に以下の手順で処理する。

【００５１】まず、ＣＰＵ１０１の正常信号を参照し、
コントローラ１００が正常に動作しているかチエックす
る（ｓ２０１）。正常であれば、弁開度計５０７の測定
値を参照し、弁開度信号に対しＲＴＢ正常診断を行なう
（ｓ２０２）。ＲＴＢ正常診断は上記受信処理時の合理
性判定チエックである。弁開度計信号が正常であれば指
令値通りに動作しているかチエックする（ｓ２０３）。
正常に動作していれば、操作端の弁開度のリミットスイ
ッチ５０６の測定値を参照し、そのＲＴＢ正常診断（ｓ
２０４）の結果が正常であれば、開度ＬＳ信号の値が正
常側（１／０）であるかチエックする（ｓ２０５）。正
常であれば、空気圧監視圧力ＳＷ５０８、５０９の測定
値を参照し、そのＲＴＢ正常診断（ｓ２０６）の結果が
正常であれば、空気圧に異常がないかチエックする（ｓ
２０７）。異常がなければ、当該周期の処理を終了す
る。

【００５２】一方、ｓ２０１で異常と判定されると、コ
ントローラ異常とみてホールド信号を出力し（ｓ２０
８）、開度保持電磁弁５０５によって操作端５００の開
度を現状に保持し、手動モードを可能にする（ｓ２１
１）。また、ｓ２０２などによるＲＴＢ正常診断の結果
が異常のとき（）、ＲＴＢ異常とみてインターロック
信号を出力し（ｓ２０９）、強制動作電磁弁５０４によ
って操作端５００をフェイルセーフの方向（全開または
全閉）に操作する。さらに、ｓ２０３、ｓ２０５及びｓ
２０７の何れかで異常な場合には、操作端異常とみてイ
ンターロック信号を出力し（ｓ２１０）、ｓ２１２でフ
ェイルセーフの方向（全開または全閉）に操作し、プラ
ント事故の発生や拡大を防止する。

【００５３】このように、制御用コントローラ１００の
異常時に、ＰＤＣＭ２００のＣＰＵ２０２が独自に制御
演算を行い、操作端のインターロックを行うことができ
る。上記の処理で、ＲＴＢ正常診断などはシリアルＩ／
Ｆ２０４の専用ＬＳＩによって行なってもよい。また、
メモリ２０３に記憶しているソフトウェアによる保護回
路を、図４の保守ツール（ワークステーション）のＣＲ
Ｔにビジュアル化し、その動作状態を監視することも可
能である。

【００５４】以上、第１の実施形態によれば、シリアル
接続によりＰＤＣＭの入出力点が固定されないので、イ
ンタロックやホールドなど、操作端毎に異なる固有の処
理に対応して、標準のＰＤＣＭを用いた自由な組替えが
でき、任意のシステム設計を容易に行なえる。また、マ
ルチドロップにより複数台のＲＴＢをシリアル接続でき
るので、対象補機の入出力点数、操作端や計装品のタイ
プ等の多様化にも柔軟に対応できる。当然の結果とし
て、ＰＤＣＭと現場の対象補機は、原理的には１本のシ
リアル信号線によって接続できるので、現場配線が大幅
に削減される。

【００５５】もちろん、対象補機とのシリアル信号線は
１本に限られるものではない。上述のように、シリアル
信号線を２重化してもよい。また、プラント制御システ
ムでは、全体への影響が著しいプロセスデータなどの喪
失を回避するために、該当の計測点を２重化構成にする
ことも行われる。

【００５６】図１０は、ＰＤＣＭと対象補機を複数のシ
リアル信号線で接続する、他の実施例を示したものであ
る。図１との相違は、２重化されたプロセス流量計５０
１ａ、５０１ｂの測定値（ＡＩ）のそれぞれを、専用の
ＲＴＢ４００−１ａ，１ｂ及びＤＰＣＭ２００−１ａ，
１ｂを介して、制御用コントローラ１００に入力してい
る点である。

【００５７】本実施例では、対象補機の入出力を１つの
ＰＤＣＭに一括せず、特定の信号を専用に入出力するＰ
ＤＣＭを別置し、専用のシリアル信号線とＲＴＢを介し
て接続している。これによっても、従来の配線数を大幅
に削減しながら、システムの信頼性を維持している。こ
の場合、ＰＤＣＭ独自の保護機能などは一つのＤＰＣＭ
に一括されるので、それらの入出力点が固定化されるこ
とはなく、機能の増設や変更あるいは補機側の機種変更
などに柔軟に対応した組替えが可能である。

【００５８】このように、シリアル回線の２重化によ
り、片系（主系）が断線などの異常を起こしても、残り
の片系に機能を引き継ぐことができる。さらに、災害に
備えて２重化したシリアル回線を、発電所内で別ルート
で配線すると、一層、システムの信頼性を向上できる。
本実施形態によれば、シリアル通信によって配線が大幅
に削減され、入出力点も固定されないので、このような
冗長構成が容易に実現できる。

【００５９】次に、本発明の第２の実施形態を説明す
る。上記した第１の実施形態では、ＰＤＣＭは対象補機
の操作端と１対１に対応し、制御用コントローラ１００
の制御指令はＰＤＣＭを経由して対応する操作端に出力
される。しかし、本来は１つの制御機能でありがら、複
数の操作端に分担して処理される場合がある。例えば、
広いレンジの流量を全ての範囲で精度よく制御するため
には、大きいサイズの弁と小さいサイズの弁を並置し、
両者を連動しながら調整する必要がある。ちなみに、石
炭火力発電所では３つの弁を連動して操作するケースが
ある。

【００６０】従来、このような連動制御は、制御用コン
トローラで各操作端の個別指令を演算し、各々のドライ
ブコントロールモジュールを通じて出力していた。すな
わち、機能的にはひと纏まりの構成でありながら、ハー
ドウェアを分割して処理していた。本実施形態では、こ
のよな機能的にはひと纏まりの連動制御を、以下のよう
に１つのＰＤＣＭによって実行する。

【００６１】図１１は、２弁連動制御を行うプラント制
御装置の概略図である。制御装置の基本的な構成は図１
と同様になるが、ＰＤＣＭ２００の対象操作端は大流量
弁６００と小流量弁７００になる。各弁の周辺機器につ
いては図示を省略しているが、図１とほぼ同じになる。

【００６２】ＣＰＵ１００からトータルの流量制御指令
を受け取ったＰＤＣＭ２００は、２弁連動制御プログラ
ムを実行して大流量弁６００及び小流量弁７００開度指
令を出力し、シリアル信号線３００とＲＴＢ４００−１
〜４を経由して制御する。ＲＴＢ４００−１（ＡＩ／
Ｏ）、４００−２（ＤＩ／Ｏ）は大流量弁６００及びそ
の周辺機器と、ＲＴＢ４００−３（ＡＩ／Ｏ）、４００
−４（ＤＩ／Ｏ）は小流量弁７００及びその周辺機器
と、それぞれ接続している。

【００６３】ＰＤＣＭ２００は、上記の２弁連動制御と
ともに、インターロックロジックの制御演算を実行し、
プラントを保護する。なお、２弁連動制御の手順やイン
タロックのロジックは、メモリ２０３にプログラムで記
憶されている。

【００６４】図１２に、２弁連動制御の特性図の一例を
示す。流量の５０％以下では、小流量弁７００の弁開度
のみを流量に比例して制御し、この間大流量弁６００を
全閉にする。一方、流量の５０％以上では、小流量弁７
００を全開に保持し、大流量弁６００の弁開度を流量に
比例して制御する。本例のＰＤＣＭ２００は、コントロ
ーラ１００からの制御指令にしたがって、大流量弁６０
０と小流量弁７００それぞれの弁開度を演算し、シリア
ル伝送によって各々に指令する。これにより、流量の０
〜１００％の範囲を精度よく制御できる。

【００６５】図１３に、インターロックロジックの処理
フローを示す。通常の自動制御時、まずコントローラ正
常信号によってコントローラ１００が正常か判断する。
コントローラ異常と認められる場合は操作端の開度保持
指令を出力し、手動モードに切り替える（ｓ３０８，ｓ
３１２）。一方、コントローラ１００が正常動作してい
る場合は、各操作端からの計測信号をＲＴＢ正常診断
（ｓ３００）を経て参照し、以下のインターロックロジ
ックによる判定を行う。

【００６６】まず、小流量弁７００側の動作チエックを
行う。小流量弁７００の開度計信号を参照し、小流量弁
７００が指令値通りに動作しているかチエックする（ｓ
３０２）。正常であれば、小流量弁７００のリミットス
イッチ信号を参照し、小流量弁７００が連動関係に従っ
て正常に動作しているかチエックする（ｓ３０３）。リ
ミットスイッチ信号が正常であれば、空気源圧力ＳＷ信
号を参照し、空気圧源が正常かチエックする（ｓ３０
４）。上記ｓ３０２〜ｓ３０４のいずれかで小流量弁７
００の異常が検知されると（ｓ３１０）、大流量弁・小
流量弁全閉（または全開）の電磁弁出力を発行し、フェ
イルセーフ操作を行う（ｓ３１３）。小流量弁７００側
の各判定が正常であれば、次に大流量弁６００側につい
て、ステップｓ３０５〜ｓ３０７により、小流量弁７０
０側と同様に動作チエックを行い、異常が検知されると
フェイルセーフ操作を行う。ただし、連動制御操作端の
一方のみをフェイルセーフ操作することもある。

【００６７】上記のインターロックの処理手順はメモリ
２０３に格納されるが、これを図４の保守ツールでシー
ケンス図または論理回路図に変換し、ＣＲＴでその動作
状態を監視することができる。

【００６８】以上のように、本実施形態では制御機能が
同じで連動関係にある複数の流量弁の各制御指令を、１
つのＰＤＣＭに格納したプログラムによって演算し、Ｐ
ＤＣＭからのシリアル接続によって各々の弁を連動制御
する。また、それら各弁のインターロックも、ＰＤＣＭ
に格納したロジックにより連動処理する。これにより、
本来はひと纏まりの機能をハードウェアを分割すること
なく簡単に構成できるので、システムの制御性能を向上
でき、またシステムのフェイルセーフな設計を容易にす
る。

【００６９】なお、上記実施例では大流量弁と小流量弁
の連動制御を示したが、本発明はこれに限られない。た
とえば、火力発電プラントでは、この他に給水ポンプ、
再循環ポンプ、制御油ポンプ、燃料ポンプ、重油ポンプ
等の大型補機で、その周辺機器との間で同様な連動制御
が行われている。本発明はこのような連動制御にも適用
でき、実施例の場合と同様な効果を奏することができ
る。

【００７０】また、本例のような連動制御に関わる範囲
は、保護機能を含む入出力点数は２０以上の多数になる
ことが多い。しかし、本ＰＤＣＭはシリアル接続によっ
て多数の入出力点を可能にしているので、従来のように
特別仕様のコネクタを用いる必要がなくなり、システム
設計が容易で保守性も向上できる。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、制御用コントローラに
付属し、プラントの対象補機との入出力を行う操作端ド
ライブモジュールにシリアルＩＦを設けて、対象補機と
１本のシリアル信号線によって接続しているので、現場
配線が大幅に削減でき、操作端ドライブモジュールの標
準化が可能になるなど、システムの構築を容易にし、そ
のコストを低減できる効果がある。

【００７２】また、操作端ドライブモジュールに制御用
コントローラと独立して演算するＣＰＵを搭載して、対
象補機のインターロックなど操作端に固有の処理を実行
する場合に、上記のシリアル接続によって、操作端ドラ
イブモジュール複数の入出力点がハード的に固定される
ことがないので、入出力点の自由な組替えによる機能の
追加や変更を容易に行なうことができ、システムの制御
性と信頼性を向上できる効果がある。

【００７３】さらに、複数の操作端が本来１つの機能を
達成する連動関係にある場合に、これら操作端を１つの
操作端ドライブモジュールを通じてハード的に分割する
ことなく制御できるので、システムの制御性能の向上と
フェイルセーフな設計を容易にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラント制御装置の一実施例を示す構
成図。

【図２】本発明を適用するプラントの一例を示す概略
図。

【図３】図２のプラントのレイアウトを示す説明図。

【図４】図２のプラントの全体的な監視制御を行う監視
制御システムの構成図。

【図５】シリアル信号線とその接続の一実施例を示す説
明図。

【図６】ＲＴＢの一実施例を示す構成図。

【図７】ＰＤＣＭとＲＴＢ間のシリアル信号と、その送
受信処理を示す説明図。

【図８】ＲＴＢ側における入出力データとその設定アド
レスの説明図。

【図９】ＰＤＣＭによるインターロック処理の一実施例
を示すフローチャート。

【図１０】図１を変形し、シリアル接続を多重化したプ
ラント制御装置の構成図。

【図１１】本発明のプラント制御装置の他の実施例で、
連動制御を示す構成図。

【図１２】大流量弁と小流量弁の連動制御で、流量に対
する分担を示す説明図。

【図１３】図１０の連動制御で、ＰＤＣＭによるインタ
ーロックを示すフローチャート。

【符号の説明】

１００…制御用コントローラ、１０１…ＣＰＵ、１０２
…メモリ、１０３…伝送インタフェース、１０４…ＰＩ
／Ｏインタフェース、１０５…内部バス、２００…ＰＤ
ＣＭ（Programmable Drive Cnotrol Module）、２０１
…ＰＩ／Ｏインタフェース、２０２…ＣＰＵ、２０３…
不揮発性メモリ、２０４…シリアルＩ／Ｆ、３００…シ
リアル信号線、４００…ＲＴＢ（Remote Terminal Bo
x）、４０１…シリアルＩ／Ｆ、４０２…アドレス設定
器、４０３…発信回路、４０４…入力制御回路、４０５
…Ａ／Ｄ変換器、４０６…ＭＰＸ、４０７…レベルチェ
ンジャ、４０８…２次変換器、４１０…出力制御回路、
４１１…ラッチ回路、４１２…レベルチェンジャ、４１
３…Ｄ／Ａ変換器、４１４…ＤＥ−ＭＰＸ、４１５…ア
ンプ回路、４２０…端子台、５００…空気式調節弁（操
作端）、５０１…プロセス流量計、５０２…Ｐ／Ｐ変換
器、５０３…Ｅ／Ｐ変換器、５０４…強制動作電磁弁、
５０５…開度保持電磁弁、５０６…開度監視リミットＳ
Ｗ、５０７…弁開度計、５０８，５０９…空気圧監視圧
力ＳＷ、５１０…空気源、６００…大流量弁、７００…
小流量弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 勝人 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のプロセス機器を制御する複数のプ
   ロセスコントローラをネットワークにより結合して中央
   制御機器室に設置し、前記コントローラに付属して１以
   上の操作端ドライブモジュールを設け、前記モジュール
   と前記プロセス機器を伝送手段を介して接続し、前記プ
   ロセス機器を制御するプラント制御システムにおいて、 前記操作端ドライブモジュールに、シリアル／パラレル
   変換が双方向に可能なシリアル通信手段を設け、前記プ
   ロセス機器における操作端の制御指令値やプロセス量の
   計測値などの複数のデータを、シリアル信号線を経由し
   て入出力するように構成したことを特徴とするプラント
   制御システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記操作端ドライブモジュールに、対象操作端に固有の
   処理機能をソフトウェア化して格納する不揮発性のメモ
   リと、前記ソフトウェアを前記プロセスコントローラと
   独立して実行するＣＰＵを設け、前記固有の処理機能に
   必要なデータを前記シリアル信号線を経由して入出力す
   ることを特徴とするプラント制御システム。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記固有の処理機能が保護機能で、対象操作端をホール
   ドおよび／またはフェイルセーフ操作するプラント制御
   システム。
4. 【請求項４】 請求項１、２または３において、 前記プロセス機器の近傍に、双方向のシリアル／パラレ
   ル変換をして前記シリアル信号線と送受信するシリアル
   通信手段と、前記プロセス機器の駆動手段や計器と並列
   接続して前記データを入出力する入出力点端子を含むリ
   モート端子台モジュールを設けたことを特徴とするプラ
   ント制御システム。
5. 【請求項５】 請求項４において、 前記リモート端子台モジュールは、前記プロセス機器と
   アナログデータを入出力するものと、ディジタルデータ
   （接点信号など）を入出力するものとに分けられ、前記
   シリアル信号線を介してディジタルのデータを送受信で
   きるように構成したことを特徴とするプラント制御シス
   テム。
6. 【請求項６】 請求項４または５において、 前記リモート端子台モジュールがＣＰＵやメモリを持た
   ず、ハードウェアの回路手段によって構成されているプ
   ラント制御システム。
7. 【請求項７】 請求項４、５または６において、 前記リモート端子台モジュールが入出力点の数または信
   号の種別などから複数に分割される場合、各リモート端
   子台モジュール間をマルチドロップで接続することを特
   徴とするプラント制御システム。
8. 【請求項８】 請求項４、５、６または７において、 前記操作端ドライブモジュールと前記リモート端子台モ
   ジュール間を、２重化シリアル回線で構成することを特
   徴とするプラント制御システム。
9. 【請求項９】 中央制御機器室にネットワークを介して
   結合する計算機とプラントの複数のプロセス機器を制御
   するプロセスコントローラを設置し、前記コントローラ
   に付属して複数の操作端ドライブモジュールを設け、前
   記モジュールと前記プロセス機器を伝送手段を介して接
   続し、前記プロセス機器を制御するプラント制御システ
   ムにおいて、 前記操作端ドライブモジュールに、対象操作端に固有の
   処理機能をソフトウェアにより格納する不揮発性のメモ
   リと、前記ソフトウェアを前記プロセスコントローラと
   独立して実行するＣＰＵと、双方向のシリアル／パラレ
   ル変換が可能なシリアル通信手段を設け、 特定のプロセス量を制御するために複数の操作端間で連
   動制御を行う場合に、前記連動制御の処理手順を前記メ
   モリに格納し、前記ＣＰＵで各操作端の個別の制御指令
   値を演算し、前記シリアル信号線を通じて各操作端にシ
   リアルに伝送するように構成したことを特徴とするプラ
   ント制御システム。
10. 【請求項１０】 請求項９において、 前記メモリに前記操作端を連動保護する処理手順を格納
    し、前記ＣＰＵが操作端の異常動作を監視するデータを
    各操作端から前記シリアル信号線を通じて受信し、何れ
    かの操作端の動作に異常が認められる場合に、当該操作
    端の全部または一部をフェイルセーフ側に動作させるこ
    とを特徴とするプラント制御システム。
11. 【請求項１１】 請求項９または１０において、 前記メモリに格納されている前記連動制御および／また
    は前記連動保護の処理手順をビジュアル化し、前記ＣＰ
    Ｕによる処理動作を表示する監視手段を前記中央制御機
    器室の前記ネットワークに結合し、前記計算機によって
    統括制御されることを特徴とするプラント制御システ
    ム。
12. 【請求項１２】 請求項９、１０または１１において、 前記連動制御を行う複数の操作端は、弁開度サイズの異
    なる複数の流量弁あるいは供給容量の異なる複数の流量
    ポンプ等であるプラント制御システム。
13. 【請求項１３】 中央制御機器室に複数のプロセス機器
    の制御演算を行う第１のＣＰＵと、前記ＣＰＵとバスを
    介して接続される複数の操作端ドライブモジュールを設
    け、前記モジュールと前記プロセス機器を伝送手段を介
    して接続し、前記プロセス機器を制御するプロセスコン
    トローラにおいて、 前記操作端ドライブモジュールに、対象操作端の固有の
    処理機能をソフトウェアで作成して書き換え可能に格納
    する不揮発性メモリと、前記ソフトウェアを前記第１の
    ＣＰＵと独立して実行する第２のＣＰＵを設け、前記第
    １のＣＰＵの制御演算に必要なデータと前記第２のＣＰ
    Ｕの固有の処理に必要なデータを、前記シリアル信号線
    を経由して入出力できるように構成したことを特徴とす
    るプロセスコントローラ。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、 前記固有の処理機能は、対象操作端のインターロックお
    よび／または複数の操作端間の連動制御であることを特
    徴とするプロセスコントローラ。