JP2006209528A - Integrated control system - Google Patents

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Yasunori Okazaki
保憲 岡崎
Yasuhiko Yamashiro
靖彦 山城
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an integrated control system capable of connecting a control system and a safety system on the same control bus without mutual interference. <P>SOLUTION: In this integrated control system comprising a control station executing control of a plant and a safety control station executing a stop operation to a trip request from the plant, which are connected to the common control bus to communicate with a host station, the safety control station comprises a stop frame receiving prohibiting means arresting CPU stoppage by a stop frame inputted through the control bus. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プラントの制御を実行する制御ステーションと、プラントからのトリップ要求に対して停止操作を実行する安全制御ステーションとが共通の制御バスに接続されて上位ステーションと通信する統合制御システムに関する。   The present invention relates to an integrated control system in which a control station for controlling a plant and a safety control station for executing a stop operation in response to a trip request from the plant are connected to a common control bus and communicate with a host station.

プラントからのトリップ要求に対して停止操作を実行する安全制御ステーションを有する安全システムに関連する先行技術文献としては次のようなものがある。   Prior art documents related to a safety system having a safety control station that executes a stop operation in response to a trip request from a plant include the following.

特開２００４−２３４６５５号公報JP 2004-234655 A

プラントの制御を実行する制御ステーションを有する制御システムと前記安全システムは、エンジニアリングの効率や設備にかかるコストを考えた場合、同一制御バス上に接続された統合環境にあった方がよい。一方、両者は互いに干渉しないようにシステム上分離することがIEC61508の規約で定義されている。   The control system having a control station for executing control of the plant and the safety system should be in an integrated environment connected on the same control bus in view of engineering efficiency and cost of equipment. On the other hand, it is defined in the IEC61508 convention that the two are separated on the system so as not to interfere with each other.

図５は、従来の統合制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。１は制御対象のプラント、２はこのプラントの制御を実行する制御ステーションである。３は制御バスであり、制御ステーション２及びこの制御ステーションと通信する上位ステーション４が接続されている。   FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of a conventional integrated control system. Reference numeral 1 denotes a plant to be controlled, and reference numeral 2 denotes a control station that executes control of the plant. Reference numeral 3 denotes a control bus, to which a control station 2 and an upper station 4 that communicates with the control station are connected.

これら要素により、分散型の制御システムが構成されている。上位装置４は、制御システム専用のエンジニアリングツールであり、制御システム専用のアプリケーションソフトをエンジニアリングして制御ステーション２にダウンロードする。   These elements constitute a distributed control system. The host device 4 is an engineering tool dedicated to the control system, and engineering application software dedicated to the control system is downloaded to the control station 2.

５は安全制御ステーションであり、プラント１からのトリップ要求に対して停止操作を実行する。６は安全制御バスであり、安全制御ステーション５及びこの安全制御ステーションと通信する上位ステーション７が接続されている。   A safety control station 5 executes a stop operation in response to a trip request from the plant 1. Reference numeral 6 denotes a safety control bus, to which a safety control station 5 and an upper station 7 communicating with the safety control station are connected.

これら要素により、安全システムが構成されている。上位ステーション７は、安全システム専用のエンジニアリングツールであり、安全システム専用のアプリケーションソフトをエンジニアリングして安全制御ステーション５にダウンロードする。   These elements constitute a safety system. The upper station 7 is an engineering tool dedicated to the safety system, and engineering application software dedicated to the safety system is downloaded to the safety control station 5.

このように、プラントの制御システムと安全システムとは、夫々専用のアプリケーションソフトで稼動し、専用の制御ステーション（ハードウェア）を備えている。これら両システムを統合し、同一ネットワークに接続するためには、制御バス３と安全制御バス６間に接続されるバスコンバータ８を必要とする。バスコンバータ８は、これら制御バス間のプロトコルやデータの変換を行うゲートウェイ機能を有する。   As described above, the plant control system and the safety system are each operated by dedicated application software and have a dedicated control station (hardware). In order to integrate these two systems and connect them to the same network, a bus converter 8 connected between the control bus 3 and the safety control bus 6 is required. The bus converter 8 has a gateway function for converting protocols and data between these control buses.

制御システムと安全システムが同一制御バス上に接続されていないことにより、次のような問題点ある。
（１）制御システムと安全システム間のデータの変換が困難で、監視・制御などを一元管理することができない。 Since the control system and the safety system are not connected on the same control bus, there are the following problems.
(1) It is difficult to convert data between the control system and the safety system, and monitoring and control cannot be centrally managed.

（２）制御システムと安全システムのプロセスアラームやイベントを一元管理できないので、監視・制御の効率が悪い。 (2) Since the process alarms and events of the control system and the safety system cannot be centrally managed, the efficiency of monitoring and control is poor.

（３）制御システムと安全システムで、別々の監視アプリケーションを用いなければならず、ユーザが操作を覚えるのに負担がかかる。 (3) Separate monitoring applications must be used for the control system and the safety system, which puts a burden on the user to learn the operation.

（４）同一制御バス上に接続するためにはバスコンバータが必要になり、コストがかかる。 (4) A bus converter is required to connect on the same control bus, which is costly.

同一制御バス上に接続した場合には、次のような問題点がある。
（５）制御システムと安全システムが互いのデータを干渉する虞がある。 When connected on the same control bus, there are the following problems.
(5) The control system and the safety system may interfere with each other's data.

（６）制御システムのエンジニアリングツールでの誤操作により、安全システムを停止させてしまう虞がある。 (6) There is a possibility that the safety system may be stopped due to an erroneous operation with the engineering tool of the control system.

従って本発明が解決しようとする課題は、制御システムと安全システムとが互いに干渉されることなく同一制御バス上に接続できる統合制御システムを実現することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize an integrated control system in which the control system and the safety system can be connected on the same control bus without interfering with each other.

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）プラントの制御を実行する制御ステーションと、プラントからのトリップ要求に対して停止操作を実行する安全制御ステーションとが共通の制御バスに接続されて上位ステーションと通信する統合制御システムにおいて、
前記安全制御ステーションは、前記制御バスを介して入力されるストップフレームによるＣＰＵ停止を阻止するストップフレーム受信禁止手段を備えたことを特徴とする統合制御システム。 In order to achieve such an object, the configuration of the present invention is as follows.
(1) In an integrated control system in which a control station that performs plant control and a safety control station that performs a stop operation in response to a trip request from a plant are connected to a common control bus and communicate with a host station.
2. The integrated control system according to claim 1, wherein the safety control station comprises stop frame reception prohibiting means for preventing the CPU from being stopped by a stop frame input via the control bus.

（２）前記ストップフレーム受信禁止手段は、前記上位ステーションより安全システムソフトがダウンロードされたときに機能することを特徴とする（１）に記載の統合制御システム。 (2) The integrated control system according to (1), wherein the stop frame reception prohibition unit functions when safety system software is downloaded from the upper station.

（３）前記ストップフレーム受信禁止手段は、前記安全システムソフトのダウンロードを検出する通信ソフトにより立てられるフラグの状態により受信禁止機能が制御されることを特徴とする（２）に記載の統合制御システム。 (3) The integrated control system according to (2), wherein the stop frame reception prohibiting unit controls a reception prohibiting function according to a flag set by communication software that detects download of the safety system software. .

（４）前記ストップフレームは、前記上位ステーションの操作により発行されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の統合制御システム。 (4) The integrated control system according to any one of (1) to (3), wherein the stop frame is issued by an operation of the upper station.

（５）前記ストップフレームは、前記制御バスを介して他の機器より発行されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の統合制御システム。 (5) The integrated control system according to any one of (1) to (3), wherein the stop frame is issued from another device via the control bus.

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば制御システムと安全システムの統合環境が実現できることから次のような効果がある。
（１）制御システムと安全システム間のデータの変換が容易である。 As is apparent from the above description, according to the present invention, since an integrated environment of the control system and the safety system can be realized, the following effects can be obtained.
(1) It is easy to convert data between the control system and the safety system.

（２）エンジニアリング・監視などの操作に対し、ユーザの慣れた環境の提案ができる。 (2) It is possible to propose an environment familiar to the user for operations such as engineering and monitoring.

（３）データ監視、システム状態監視などを一元管理できる。 (3) Centralized management of data monitoring, system status monitoring, and the like.

（４）制御システムのプロセスアラームと安全システムのイベント記録の統合が可能である。 (4) Integration of process system process alarms and safety system event records is possible.

（５）バスコンバータを必要としないため、工数やコストの削減につながる。 (5) Since no bus converter is required, man-hours and costs are reduced.

（６）制御システムと安全システムの干渉を避け、システムを分離することで、誤動作による安全システムの停止を防止することができる。 (6) By avoiding the interference between the control system and the safety system and separating the systems, it is possible to prevent the safety system from being stopped due to a malfunction.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した統合制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来システムと同一要素には同一符号を付して説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of an integrated control system to which the present invention is applied. The same elements as those in the conventional system described with reference to FIG. Hereinafter, the characteristic part of the present invention will be described.

図１において、１００は本発明が適用された安全制御ステーションであり、制御ステーション２と共に共通の制御バス３に接続されている。２００は統合環境での上位ステーションであり、同じく制御バス３に接続されて制御ステーション２及び安全制御ステーション１００と通信する。   In FIG. 1, reference numeral 100 denotes a safety control station to which the present invention is applied, and is connected to a common control bus 3 together with the control station 2. Reference numeral 200 denotes an upper station in an integrated environment, which is also connected to the control bus 3 and communicates with the control station 2 and the safety control station 100.

統合環境においてこの上位ステーション２００は、制御システム並びの安全システムの共通エンジニアリングツール及び共通操作・監視ステーションとして機能する。   In the integrated environment, the upper station 200 functions as a common engineering tool and a common operation / monitoring station for the safety system along with the control system.

安全制御ステーション１００の機能構成説明に先立ち、統合環境構築上の問題点につき説明する。制御システム並びの安全システムを共通の制御バスに接続した環境において、両者は互いに干渉しないようにシステム上分離することがIEC61508の規約を順守する上で必須要件となる。   Prior to the description of the functional configuration of the safety control station 100, problems in the integrated environment construction will be described. In an environment where safety systems of control systems are connected to a common control bus, it is an essential requirement for the two systems to be separated from each other so as not to interfere with each other in order to comply with the IEC61508 regulations.

安全通信の世界では、データ通信におけるセキュリティ確保という観点で欧州規格EN50159-2がある。
その中で、以下に記す安全通信に対する脅威を挙げている。
（１）repetition：過去のメッセージを繰り返す
（２）deletion：必要なメッセージを削除する
（３）insertion：不要なメッセージを挿入する
（４）re-sequence：メッセージの順番を変更する
（５）corruption：メッセージ内容を変更する
（６）delay：メッセージが遅れて届く、あるいは届かない
（７）masquerade：正規の送受信元になりすましてメッセージを送受信する In the world of safe communication, there is the European standard EN50159-2 from the viewpoint of ensuring security in data communication.
Among them, the following threats to secure communication are cited.
(1) repetition: repeat past messages (2) deletion: delete necessary messages (3) insertion: insert unnecessary messages (4) re-sequence: change the order of messages (5) corruption: Change message contents (6) delay: Message arrives late or does not arrive (7) masquerade: Sends / receives a message as a legitimate sender / receiver

制御システムと安全システムが同一制御バス上に接続されるシステムにおいては、上記の脅威に対して対策を講じることが、システムの分離を実現するためには必要である。
（１）乃至（６）に対しては、シーケンスナンバーやＣＲＣをデータに付加することによりデータの喪失や重複、ノイズによる影響等の対策をとることが容易である。 In a system in which a control system and a safety system are connected on the same control bus, it is necessary to take measures against the above-described threats in order to realize system separation.
With respect to (1) to (6), it is easy to take measures such as data loss, duplication, and influence of noise by adding a sequence number and CRC to the data.

又、ソース＆デスティネーションアドレスを設けることで、制御システムと安全計装システムとで誤ったデータを送受することを阻止することが容易である。   In addition, by providing the source and destination address, it is easy to prevent erroneous data from being transmitted and received between the control system and the safety instrumented system.

上記の脅威（７）のmasqueradeに関して、悪意を持った第三者やエンジニアの不注意により発生する意図しないストップフレームにより、安全システムが停止してしまうことを防ぐ対策が必要である。   Regarding the masquerade of the above threat (7), it is necessary to take measures to prevent the safety system from being stopped due to an unintentional stop frame generated by carelessness of a malicious third party or engineer.

ストップフレームは、制御バスを介して特定ステーションのシステムを停止することができる通信コマンドである。例えば、遠隔地にある制御システム系を、システムの不具合やシステムの変更などの際に、特定ステーションを停止させるため等に使用する。   The stop frame is a communication command that can stop the system of a specific station via the control bus. For example, a remote control system is used to stop a specific station in the event of a system malfunction or system change.

ストップフレームは、エンジニアリングツール上から発行できるために、エンジニアの不注意により、不用意に送信してしまう危険性がある。又、悪意をもった第三者が制御バスを介して送信しうる可能性がある。   Since the stop frame can be issued from the engineering tool, there is a risk that the stop frame may be inadvertently transmitted due to the carelessness of the engineer. It is also possible that a malicious third party can transmit over the control bus.

安全制御ステーション１００において、１１０はＣＰＵ、１２０は通信コントローラであり、制御バス３と内部制御バス１３０をインターフェースする。１４０は、内部制御バス１３０に接続されたシステムコントローラであり、メモリ手段１５０と通信する。   In the safety control station 100, 110 is a CPU and 120 is a communication controller, which interface the control bus 3 and the internal control bus 130. A system controller 140 is connected to the internal control bus 130 and communicates with the memory means 150.

通常の処理では、ＣＰＵ１１０は、システムコントローラ１４０を介して、メモリ手段１５０と通信し、これに保持されている制御ソフト１５１を実行することで安全システムの制御が行われる。   In normal processing, the CPU 110 communicates with the memory means 150 via the system controller 140 and executes control software 151 held therein to control the safety system.

メモリ手段１５０に保持されている通信ソフト１５２は、安全制御システムが電源投入で起動するときに上位装置からダウンロードされる制御システムソフト及び安全システムソフトを監視しており、ダウンロード中である場合に信号Ｐを出力する。   The communication software 152 held in the memory means 150 monitors the control system software and the safety system software downloaded from the host device when the safety control system is started up when the power is turned on, and signals when it is being downloaded. P is output.

１４１は、システムコントローラ１４０内に形成されたストップフレーム受信禁止手段であり、フラグ手段１４２及び論理回路１４３により構成されている。   Reference numeral 141 denotes a stop frame reception prohibiting unit formed in the system controller 140, and includes a flag unit 142 and a logic circuit 143.

図２は、通信ソフト１５２の出力Ｐで操作されるフラグ手段１４２のクリア及びセット条件を示した表である。フラグ手段の出力を“０”の初期値にクリアする条件は、制御システムソフトをダウンロードした場合であり、フラグ手段の出力を“１”にセットする条件は、安全システムソフトをダウンロードした場合である。   FIG. 2 is a table showing clearing and setting conditions of the flag means 142 operated by the output P of the communication software 152. The condition for clearing the output of the flag means to the initial value of “0” is when the control system software is downloaded, and the condition for setting the output of the flag means to “1” is when the safety system software is downloaded. .

制御バス３より入力されたストップフレームは、通信コントローラ１２０、内部制御バス１３０を経由してシステムコントローラ１４０に入力される。さらにこのストップフレームはストップフレーム受信禁止手段１４１に渡され、２入力の論理積を演算する論理回路１４３の一方に与えられる。   The stop frame input from the control bus 3 is input to the system controller 140 via the communication controller 120 and the internal control bus 130. Further, this stop frame is transferred to the stop frame reception prohibiting means 141 and given to one of the logic circuits 143 for calculating the logical product of two inputs.

論理回路１４３の他方の入力は、フラグ手段１４２の出力状態を反転した信号が入力されている。従って、フラグ手段１４２の出力が“０”の初期値にクリアされた条件では、ストップフレームを通過させてＣＰＵを停止操作できるが、フラグ手段１４２の出力が
“１”にセットされた条件では、ストップフレームの通過を阻止し、ＣＰＵ１１０の停止操作を実行することができない。 The other input of the logic circuit 143 receives a signal obtained by inverting the output state of the flag unit 142. Therefore, under the condition that the output of the flag unit 142 is cleared to the initial value of “0”, the CPU can be stopped by passing the stop frame, but under the condition that the output of the flag unit 142 is set to “1”, The stop frame cannot be passed and the stop operation of the CPU 110 cannot be executed.

通信ソフト１５２の出力Ｐで操作されるフラグ手段１４２の出力を“１”にセットする条件は、前記したように安全システムソフトをダウンロードした場合であるから、安全制御システムが電源投入で起動するときに上位装置から安全システムソフトダウンロードされる場合には、フラグ手段１４２の出力は“１”にセットされるので、以後の稼動中にストップフレームが安全制御ステーション１００に入力されてもＣＰＵ１１０を停止させる虞は排除される。   The condition for setting the output of the flag means 142 operated by the output P of the communication software 152 to “1” is the case where the safety system software is downloaded as described above. When the safety system software is downloaded from the host device, the output of the flag means 142 is set to “1”, so that the CPU 110 is stopped even if a stop frame is input to the safety control station 100 during the subsequent operation. The fear is eliminated.

図３は、本発明の信号処理手順を示すフローチャートである。ステップＳ１の電源投入後のステップＳ２で安全システムソフトのダウンロードがチェックされ、ダウンロード中（Ｙ）であるの場合にはストップフレーム禁止フラグを“０”→“１”にセットする。   FIG. 3 is a flowchart showing a signal processing procedure of the present invention. In step S2, after the power is turned on in step S1, the download of the safety system software is checked.

一旦“１”にセットされた以降のステップＳ４ではストップフレームは受け付けない。ステップＳ２のチェックで、安全システムソフトのダウンロード中でない（Ｎ）場合にはストップフレーム禁止フラグは“０”であり、以降のステップＳ５ではストップフレーム
を受付ける。 In step S4 after it is once set to "1", no stop frame is accepted. If it is determined in step S2 that the safety system software is not being downloaded (N), the stop frame prohibition flag is “0”, and a stop frame is accepted in the subsequent step S5.

このように、ストップフレーム受信禁止手段１４１を備えることにより、仮に制御システムのエンジニアリングツールの誤操作により、システムの停止要求コマンドによりストップフレームが発行されても、安全システムが停止してしまうのを防ぐことができ、システムの分離を可能にする。   Thus, by providing the stop frame reception prohibiting means 141, even if a stop frame is issued by a system stop request command due to an erroneous operation of the control system engineering tool, the safety system is prevented from stopping. Can be separated.

ストップフレームは、上位ステーション２００から発行される場合以外に、制御バス３に接続されている他の機器３００より発行される場合も本発明で対応できる。更に、図示していないが制御バス３と通信可能な汎用通信バスに接続された他の機器から発行されるストップフレームにも対応することができる。   In addition to the case where the stop frame is issued from the upper station 200, the present invention can also deal with the case where the stop frame is issued from another device 300 connected to the control bus 3. Furthermore, although not shown, it is possible to cope with a stop frame issued from another device connected to a general-purpose communication bus that can communicate with the control bus 3.

本発明により、安全制御ステーション１００はストップフレームに対してプロテクト機能を具備するので、共通の制御バス３に接続できる機器を制御ステーション２以外に拡張することができる。   According to the present invention, since the safety control station 100 has a protection function for the stop frame, devices that can be connected to the common control bus 3 can be expanded to other than the control station 2.

図４は本発明の他の実施形態を示す統合制御システムを示す機能ブロック図である。構成上の特徴点は、制御バス３に高速・高度制御システムの制御ステーション４００を接続した点である。プラントの制御システムよりも高速で高度な処理を必要とする産業分野との統合環境を実現することができる。   FIG. 4 is a functional block diagram showing an integrated control system showing another embodiment of the present invention. A characteristic point in the configuration is that a control station 400 of a high-speed / advanced control system is connected to the control bus 3. It is possible to realize an integrated environment with an industrial field that requires advanced processing at a higher speed than a plant control system.

本発明を適用した統合制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one Embodiment of the integrated control system to which this invention is applied. 通信ソフトの出力で操作されるフラグ手段のクリア及びセット条件を示した表である。It is the table | surface which showed the clearing and setting conditions of the flag means operated by the output of communication software. 本発明の信号処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the signal processing procedure of this invention. 本発明の他の実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows other embodiment of this invention. 従来の統合制御システムの構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structural example of the conventional integrated control system.

符号の説明Explanation of symbols

１ プラント
２ 制御ステーション
３ 制御バス
１００ 安全制御ステーション
１１０ ＣＰＵ
１２０ 通信コントローラ
１３０ 内部制御バス
１４０ システムコントローラ
１４１ ストップフレーム受信禁止手段
１４２ フラグ手段
１４３ 論理回路
１５０ メモリ手段
１５１ 制御ソフト
１５２ 通信ソフト
２００ 統合環境上位ステーション
３００ 他の機器
1 Plant 2 Control Station 3 Control Bus 100 Safety Control Station 110 CPU
120 communication controller 130 internal control bus 140 system controller 141 stop frame reception prohibition means 142 flag means 143 logic circuit 150 memory means 151 control software 152 communication software 200 integrated environment upper station 300 other equipment

Claims (5)

プラントの制御を実行する制御ステーションと、プラントからのトリップ要求に対して停止操作を実行する安全制御ステーションとが共通の制御バスに接続されて上位ステーションと通信する統合制御システムにおいて、
前記安全制御ステーションは、前記制御バスを介して入力されるストップフレームによるＣＰＵ停止を阻止するストップフレーム受信禁止手段を備えたことを特徴とする統合制御システム。 In an integrated control system in which a control station that executes control of a plant and a safety control station that executes stop operation in response to a trip request from the plant are connected to a common control bus and communicate with a host station.
2. The integrated control system according to claim 1, wherein the safety control station comprises stop frame reception prohibiting means for preventing the CPU from being stopped by a stop frame input via the control bus. 前記ストップフレーム受信禁止手段は、前記上位ステーションより安全システムソフトがダウンロードされたときに機能することを特徴とする請求項１に記載の統合制御システム。   The integrated control system according to claim 1, wherein the stop frame reception prohibiting unit functions when safety system software is downloaded from the host station. 前記ストップフレーム受信禁止手段は、前記安全システムソフトのダウンロードを検出する通信ソフトにより立てられるフラグの状態により受信禁止機能が制御されることを特徴とする請求項２に記載の統合制御システム。   The integrated control system according to claim 2, wherein the stop frame reception prohibiting unit controls a reception prohibiting function according to a state of a flag set by communication software that detects download of the safety system software. 前記ストップフレームは、前記上位ステーションの操作により発行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の統合制御システム。   The integrated control system according to claim 1, wherein the stop frame is issued by an operation of the upper station. 前記ストップフレームは、前記制御バスを介して他の機器より発行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の統合制御システム。
The integrated control system according to claim 1, wherein the stop frame is issued from another device via the control bus.
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