JP2016095844A - プロセス制御システムならびにその構成のためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2Aは、産業プラント230(図示せず)における機器210に対する例示的なプロセス制御システム200の図である。本例では、機器210は原油炉である。プロセス制御システム200は、機器210の異なるパーツを制御するためのパーツ220、222、224、226、228である。パーツ220、222、224、226、228はそれぞれサブパーツからなる。本例では、パーツ220はサブパーツ・フィールド装置202、204および制御ロジック206を有する。制御ロジック206は産業プラント230内のプロセス232(図示せず)を制御するためのコントローラ212(図9で示す)内で実施される。本例では制御ロジック206は産業プラント230に対する設計データ234(図示せず)に従ってフィールド装置202、204を制御するためのものである。
「産業プラントの一部」というフレーズの状況における「パーツ」という用語は、「全体ではない」、産業プラントを構成する部分の1つを意味する。産業プラントの一部としてのプロセス制御ターゲットというフレーズの状況での「パーツ」という用語は、プロセス制御システムにより実施されるプロセス制御を受けるターゲットを意味する。当該「パーツ」または当該「プロセス制御ターゲット」はハードウェア単体、ソフトウェア単体、またはその両者を組み合わせたものでありうる。「パーツ」または「プロセス制御ターゲット」の幾つかの例示的な例は、フィールド装置、機能ブロック、コネクタ、コントローラ、HMIスクリーンを含んでもよいがこれらに限られない。「パーツ関連データ」という用語は上述のパーツまたは「プロセス制御ターゲット」に関連するデータを意味する。「パーツ」がフィールド装置である場合、パーツ関連データは当該フィールド装置に関連する1組のデータを意味する。
設計データ234は産業プラント230の設計仕様であり、プロセス232向けのプロセス制御システム200の構成に関するデータを含む。設計データ234は、フィールド装置202、204、制御ロジック206、機器210、コントローラ212、機能ブロック205、207、コネクタ209および各コンポーネントに固有なデータのようなコンポーネントに関するデータを含む。
プロセス制御システム200およびその構成システムは複数のハードウェアとソフトウェア・コンポーネントを備える。定義モジュール300は、メモリに存在する追加のソフトウェア・コンポーネントである。定義モジュール300は、プロセス制御システム200での使用に適している。定義モジュール300は、本発明の幾つかの実施形態に従うプロセス制御システム200に対する構成システムでの使用に適している。あるいは、アプリケーション・モジュール440は、定義モジュール300のインスタンスであり、メモリ上のソフトウェア・コンポーネントである。アプリケーション・モジュール400は、プロセス制御システム200およびプロセス制御システム200の構成システムのうち少なくとも1つのソフトウェア・コンポーネントである。
プロパティ・ファイル310は、定義モジュール300のモジュール・プロパティを含む。プロパティ・ファイル310は、ユーザおよび定義モジュール300の利用を検索して特定するために使用される。当該プロパティの例には、定義モジュール300に一意な識別子、定義モジュール300の修正に必要なアクセス許可、定義モジュール300の外部検索を容易にするための少なくとも1つのキーワード、および、直近の更新を示すかまたは次の保守をスケジュールするための参照として作用する最終更新日がある。
制御ロジック定義ファイル320は、パーツ220に対する制御ロジック定義322、アラーム定義326のうち1つを含む。制御ロジック定義322は制御ロジック206からなり、これは入出力(I/O)信号の処理アルゴリズムである。フィールド装置202からの入力信号は、制御ロジック206に対する制御ロジック定義322に適用されるように定義され、制御ロジック206はフィールド装置204に対する出力信号を生成するように定義される。I/O信号の例には、センサ202から受信した値と制御バルブ204に送信された値のようなプロセス変数がある。プロセス変数は、温度、圧力、力、供給、流量、化学組成、加重、位置および速度のような測定値が存在する変数である。
制御ロジック定義322内の処理アルゴリズムはさらに調節パラメータを含む。調節パラメータとは、プロセス232を制御するために制御ロジック206内で生成され適用される変数である。制御ロジックに対する以下の汎用アルゴリズムを有する比例積分微分(PID)コントローラの1例を用いると、
Kpは比例利得、即ち、調節パラメータであり、Kiは積分利得、即ち、調節パラメータであり、Kdは微分利得、即ち、調節パラメータであり、eは、誤差=セットポイント−プロセス変数であり、tは時刻または瞬時(現時点)であり、Tは積分変数であり、時刻0から現時点tまでの値をとる。
データ定義ファイル330は、パーツ220に対する制御ロジック定義322に関連する設計データ234を格納する。制御ロジック定義322は、設計データ234が更新されたときに更新される。これにより、プロセス232に対して実行された制御データ510が設計データ234と一貫することが保証される。
データ定義ファイル330は、本発明の幾つかの実施形態に従うルール定義328ファイルを含む。ルール定義328は、パーツ220または他のパーツ、フィールド装置202、204に関するパラメータ設定324値を更新または変更するために適用される。制御ロジック定義322内のパラメータ設定324値は、設計データ234に関連する被参照データの変更に従って変更される。被参照データは、顧客、ベンダからのような、ユーザが構成し編集可能なデータであり、特定の機器、プロセスまたは製品に固有である。当該被参照データは、フィールド装置に対する構成もしくは設定データであり、または、制御ロジック定義322、アラーム定義326内にある。
データ定義ファイル330は、本発明の幾つかの実施形態に従う、ドキュメント・データ332を格納するドキュメント定義ファイル331(図示せず)を含む。ドキュメント・データ332は、プラント・ドキュメント530を生成するのに必要な設計データ234を含む。パラメータ設定324、アラーム設定325のようなドキュメント・データ332は実装中には使用されず、パーツ220、サブパーツのフィールド装置202、204、制御ロジック206、機能ブロック205、207、コネクタ209、ネットワーク装置208における直接的な設定または構成に対しては、ドキュメント・データ332は本発明の幾つかの実施形態に従う定義モジュール300のためのテスト手続きまたはテスト・データを含む。ドキュメント・データ332は、産業プラント230仕様、命令マニュアル、制御ロジック定義322仕様、アラーム定義326仕様および産業プラント230に関連する任意のかかるドキュメントのような、プラント・ドキュメント530を生成するために使用される。ドキュメント・データ332には、テスト機能データ、HMIスクリーン217の実際のまたは代表的な画像、パーツ220、サブパーツのフィールド装置202、204、制御ロジック206、ネットワーク装置208の実際のまたは代表的な画像、および他の任意の情報が含まれるがこれらに限られない。他の情報には、産業プラント230または制御ロジック定義322の説明または例示であるテキスト・ファイルまたはビデオが含まれる。
定義モジュール300、制御ロジック定義ファイル320、アラーム定義326ファイル、データ定義ファイル330、ルール定義328ファイル、ドキュメント定義ファイル331は、同一のパーツ220または異なるパーツ222、224、226、228に対して再利用または更新するために取り出すように構成した後、リポジトリ1300に格納される。リポジトリ1300は、定義モジュール300に対するエディタ・ツールとして同一のコンピュータ上にある。リポジトリ1300は、本発明の幾つかの実施形態に従う別々のサーバ、コンピューティング・クラウドのような安全な位置に配置される。これにより、多くのユーザがリポジトリ1300を安全に利用することができる。ユーザはリポジトリ1300にアクセスする。これにより、異なるパーツ222、224、226、228に対して同様な制御ロジック212を定義するための不要な反復作業が削減される。制御ロジック212を定義する作業は、機器210の定義モジュール300において5回ではなく1回だけ行われる。
本発明は、オブジェクト指向プログラミングの概念を用いてエディタ・ツール400で実装される。定義モジュール300は、それが基底ジュールであるとき、親クラスである。定義モジュールは、子定義モジュールが親定義モジュール300を継承するとき、子クラスである。親クラスの変更は自動的に子クラスで更新される。したがって、子定義モジュール300が自動的に更新されるので、親定義モジュール300が変更されたとき、当該子定義モジュールは対応する手動の更新を必要としない。
図4Aは図9のプロセス制御構成システム900における例示的なエディタ・ツール400を示し、図5はプロセス制御システム200に使用されるように構成されたエディタ・ツール400の例示的なブロック図を示す。エディタ・ツール400は、産業プラント230、プロセス232または機器210向けのプロセス制御システム200の設計仕様234に基づいて定義モジュール300を準備、保守、および修正するために使用される。準備された定義モジュール300はデータベース430のモジュール・ライブラリ432に格納される。データベース430は、本発明の幾つかの実施形態に従うエディタ・ツール400とは異なる。これらの実施形態では、エディタ・ツール400は、データベース430を含むリポジトリ1300と通信するように構成される。
エディタ・ツール400は計算制御コンポーネント410を備える。計算制御コンポーネント410は、本発明の幾つかの実施形態に従うシステム1000のプロセッサ1100に存在する。計算制御コンポーネント410は、エディタ・ツール400内の他の全てのコンポーネントを制御して定義モジュール300およびアプリケーション・モジュール440を操作する。当該操作は、アプリケーション・モジュール440を生成するための定義モジュール300の準備、保守、修正、およびインストール、ならびに、アプリケーション・モジュール440の修正を含む。
エディタ・ツール400はモジュール生成コンポーネント412を備える。モジュール生成コンポーネント412は、後述の1つまたは複数の機能を実施するように構成される。図6Aは、アプリケーション・モジュール440を生成するための機能に関するワークフロー610である。S612で、モジュール生成コンポーネント412は、モジュール・ライブラリ432に格納された定義モジュール300を取り出す。
エディタ・ツール400はリンク生成コンポーネント414を備える。リンク生成コンポーネント414は、以下の1つまたは複数の機能を実施するように構成される。
エディタ・ツール400は、ドキュメント・レイアウト構成コンポーネント418を備える。ドキュメント・レイアウト構成コンポーネント418が、レイアウト419を定義するための後述する1つまたは複数の機能を実施するように構成される。レイアウト419は、プラント・ドキュメント530に対する設定または構成である。レイアウト419は当該設定のリストを含み、当該リストの例には、プラント・ドキュメント530のコンテンツ・リストまたはコンテンツ・テーブルがある。プラント・ドキュメント530はレイアウト419に基づいて生成される。
エディタ・ツール400はプラント・ドキュメント生成コンポーネント420を備える。プラント・ドキュメント生成コンポーネント420は、仕様、命令マニュアル、制御ロジック定義のようなプラント・ドキュメント530を生成するように構成される。プラント・ドキュメント生成コンポーネント420は、定義モジュール300、アプリケーション・モジュール440、リンク416およびレイアウト419をデータベース430から取り出す。プラント・ドキュメント生成コンポーネント420は、制御ロジック定義322、リンク416、417およびレイアウト419を適用して、プラント・ドキュメント530を生成する。生成されたプラント・ドキュメント530はデータベース430に格納される。
プロセス制御システム200の準備または保守の間にテスト動作が行われる。当該テスト動作の間、制御ロジック206からの生成物を改良するために産業プラント230が変更される。かかる変更の例には、パーツ機器210、サブパーツ・フィールド装置202、204および他の任意の関連するパーツ関連情報のパラメータ設定324がある。テスト動作の間の生成物を改良する以外に、同じ変更に関する他の理由には、産業プラント230の仕様変更や修正すべき誤りがある。
エディタ・ツール400はマス・エディタ・コンポーネント424を含む。マス・エディタ・コンポーネント424は、全ての関連するモジュールまたはファイルにおけるパラメータ変更を更新する。マス・エディタ・コンポーネント424は、エディタ・ツール400内の任意のエディタまたは構成コンポーネントで起動されるように構成される。
図8Aは、ステップS802で選択された機器210の仕様234に基づいて、エディタ・ツール400を用いてプロセス制御システム200をセットアップまたは構成するためのワークフロー800である。ステップS804で、機器210の定義モジュール301を識別する。定義モジュール301は、入れ子レベルのない定義モジュール300または複数の入れ子レベルを有する定義モジュール301であると識別される。定義モジュール301は、モジュール生成コンポーネント412を用いて準備されるか、または、エディタ・ツール400内の検索機能を用いてデータベース430から検索される。
図9は、本発明の幾つかの実施形態に従うプロセス制御のためのシステム構成900である。フィールド装置202、204はフィールド・ネットワーク106に接続される。フィールド装置202、204は、入出力(I/O)ユニットを通じて制御ネットワーク110内のコントローラ212に接続される。エディタ・ツール400は、上述の定義モジュール300を準備するために制御ネットワーク110レベルで構成される。制御ネットワーク110は、一般的な通信機能を取り込み高信頼、リアルタイム、かつ安定な通信を可能とするプロセス制御システムに適している。当該制御ネットワークの例には、汎用目的の通信にIPインターネット・プロトコルを使用しIEC 61784−2で定義されたリアルタイムEthernet(RTE)通信プロファイルのCPF−10に従うVnet/IPがある。
図13Aは、定義モジュール・ファイル300が生成されリポジトリ1300内に格納される本発明の1実施形態を表すワークフローである。
1200 入力装置
1300 記憶域
1400 ディスプレイ
1500 出力装置
1600 変換器
Claims (20)
- プロセス制御を実施するように構成されたプロセス制御システムのための構成システムであって、
少なくとも1つのメモリと前記メモリに格納された1つまたは複数の定義モジュールを備えたリポジトリであって、各定義モジュールは関連付けられたコンポーネントを制御するための制御ロジックを備える、リポジトリと、
産業システム内の特定のコンポーネントの1つまたは複数のプロパティを識別するためのユーザ入力を受信し、
前記リポジトリ内から定義モジュールの選択を可能とする、
ように構成されたリポジトリ・コントローラであって、前記選択された定義モジュールは、前記識別された1つまたは複数のコンポーネント・プロパティを有する関連付けられたコンポーネントを制御するための制御ロジックを備える、リポジトリ・コントローラと、
を備える、構成システム。 - 前記リポジトリ・コントローラはさらに、前記特定のコンポーネントを制御するために、前記定義モジュールの実装されたインスタンスを生成するように構成され、前記実装されたインスタンスは、前記選択された定義モジュール内の制御ロジックに基づいて生成されたバイナリ制御ロジックを備える、請求項1に記載の構成システム。
- 前記リポジトリ・コントローラは、修正された制御ロジックに基づいて前記バイナリ制御ロジックを生成するように構成され、
前記修正された制御ロジックは、前記選択された定義モジュール内の制御ロジックを、前記特定のコンポーネントに対応する設計仕様データに基づいて修正することによって生成される、
請求項2に記載の構成システム。 - 前記選択された定義モジュールは、前記関連付けられたコンポーネントへの入力または前記関連付けられたコンポーネントからの出力のうち少なくとも1つを制御するための制御ロジックを備える、請求項1に記載の構成システム。
- 前記リポジトリはさらに1つまたは複数のプロセス・テンプレートを含み、各プロセス・テンプレートは1組のコンポーネントの動作を制御するための処理データを含み、
前記リポジトリ・コントローラは、
前記産業システムのサブシステムと関連付けられた1つまたは複数のプロパティを識別するユーザ入力を受信し、
前記リポジトリの内部からプロセス・テンプレートを選択できるようにする
ように構成され、
前記選択されたプロセス・テンプレートは、前記サブシステムに関連付けられた前記識別された1つまたは複数のプロパティを有する1組のコンポーネントを制御するための制御ロジックを含む、
請求項1に記載の構成システム。 - 前記リポジトリ・コントローラはさらに、前記サブシステムを制御するためのバイナリ制御ロジックを生成するように構成され、前記生成されたバイナリ制御ロジックは前記選択されたプロセス・テンプレート内部の処理データに基づく、請求項5に記載の構成システム。
- 前記リポジトリはさらに、1つまたは複数のヒューマン・マシン・インタフェース(HMI)パーツを含み、各HMIパーツは、前記産業システムの少なくとも1つのコンポーネントに関連付けられたHMIを生成するための情報を含み、
前記リポジトリ・コントローラは、
生成されることを意図したHMIに関連付けられた1つまたは複数のプロパティを識別するユーザ入力を受信し、
前記リポジトリからHMIパーツを選択できるようにし、
前記選択されたHMIパーツ内部の情報に基づいてHMIをユーザに表示するために描画する
ように構成され、
前記選択されたHMIパーツは、生成されることを意図した前記HMIに関連付けられた前記識別された1つまたは複数のプロパティを有するHMIを生成するための情報を含む、
請求項1に記載の構成システム。 - 前記リポジトリの内部のHMIパーツは、前記産業システムの少なくとも1つのコンポーネントのユーザ・インタフェース・ベースの制御を可能とするように構成された1つまたは複数のグラフィック・ウィンドウ・テンプレートを備える、請求項7に記載の構成システム。
- 前記リポジトリの内部のHMIパーツは1つまたは複数のリンク・パーツを含み、各リンク・パーツは、
HMIを生成するためのHMIサブコンポーネントと、
1組の関連付けられたプロパティであって、前記関連付けられたプロパティは、生成されたHMI内部に含まれる前記リンク・パーツの各インスタンスに伝達される、プロパティと、
を含む、
請求項7に記載の構成システム。 - 前記リポジトリ・コントローラは、リンク・パーツの前記関連付けられたプロパティの何れかに対する修正が、各生成されたHMI内部の前記リンク・パーツの各インスタンスのプロパティの対応する修正をもたらすように構成される、請求項9に記載の構成システム。
- 前記リポジトリの内部のHMIパーツは1つまたは複数のカスタム・フェースプレートを含み、各カスタム・フェースプレートは特に定義モジュールに関連付けられ、
前記関連付けられた定義モジュールの実装されたインスタンスが必要とするユーザ入力を受信するために特に構成された1つまたは複数の要素、または
前記関連付けられた定義モジュールの実装されたインスタンスにより生成された出力をユーザに提供するために特に構成された1つまたは複数の要素
を備える、
請求項7に記載の構成システム。 - 定義モジュールの実装されたインスタンスの生成に応答して、HMIは、当該定義モジュールに特に関連付けられたカスタム・フェースプレートに基づいて生成される、請求項11に記載の構成システム。
- 前記リポジトリ・コントローラはさらに、
前記リポジトリの内部の既存の定義モジュールまたは既存のプロセス・テンプレート・モジュールを、ユーザ入力に基づいて修正するか、または、
既存の定義モジュールの実装されたインスタンスもしくは既存のプロセス・テンプレートの実装されたインスタンスから情報を抽出し、追加された定義モジュールまたは追加されたプロセス・テンプレートを前記抽出された情報に基づいて生成するか、または、
前記産業システムの内部で実装されたバイナリ制御ロジックから情報を抽出し、前記追加された定義モジュールを前記抽出された情報に基づいて生成する
ことによって、定義モジュールまたはプロセス・テンプレートのうち少なくとも1つを前記リポジトリに追加するように構成された、
請求項2に記載の構成システム。 - 前記追加された定義モジュールまたは前記追加されたプロセス・テンプレートを生成するための前記ユーザ入力または前記抽出された情報は、前記産業システムの内部の1つまたは複数のコンポーネントに対応する制御ロジック、プロパティ定義または調節パラメータのうち少なくとも1つを含んでもよい、請求項13に記載の構成システム。
- 前記リポジトリ・コントローラは、
前記リポジトリに追加された各定義モジュールまたは各プロセス・テンプレートに一意な識別子を割り当てるか、または、
前記リポジトリの内部で修正された各定義モジュールまたは各プロセス・テンプレートに対応するバージョン番号を割り当てる
ように構成された、
請求項13に記載の構成システム。 - 前記リポジトリ・コントローラはさらに、以前に前記リポジトリからダウンロードしたデータを有するユーザとインタフェースし、前記ダウンロードしたデータに対する以降のリポジトリ更新に関する情報をかかるユーザに提供するように構成された、請求項1に記載の構成システム。
- プロセス制御を実施するためのプロセス制御システムを構成するための方法であって、
少なくとも1つのメモリを含むリポジトリに1つまたは複数の定義モジュールを格納するステップであって、各定義モジュールは関連付けられたコンポーネントを制御するための制御ロジックを含み、前記制御ロジックは関連付けられたコンポーネントに対応する入力パラメータおよび出力パラメータの少なくとも1つに基づいて生成されるステップと、
産業システム内の特定のコンポーネントの1つまたは複数のプロパティを識別するユーザ入力を受信するステップと、
前記リポジトリの内部から定義モジュールを選択するステップであって、前記選択された定義モジュールは、前記識別された1つまたは複数のコンポーネント・プロパティを有する前記関連付けられたコンポーネントを制御するための制御ロジックを含むステップと、
を含む、方法。 - 前記特定のコンポーネントを制御するために、前記定義モジュールの実装されたインスタンスを生成するステップをさらに含み、前記実装されたインスタンスは、前記選択された定義モジュール内の制御ロジックに基づいて生成されたバイナリ制御ロジックを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記リポジトリの内部の既存の定義モジュールまたは既存のプロセス・テンプレート・モジュールを、ユーザ入力に基づいて修正するか、または、
既存の定義モジュールの実装されたインスタンスまたは既存のプロセス・テンプレートの実装されたインスタンスから情報を抽出し、追加された定義モジュールまたは追加されたプロセス・テンプレートを前記抽出された情報に基づいて生成するか、または、
前記産業システムの内部で実装されたバイナリ制御ロジックから情報を抽出し、前記追加された定義モジュールを前記抽出された情報に基づいて生成する
ことによって、定義モジュールまたはプロセス・テンプレートのうち少なくとも1つを前記リポジトリに追加するステップをさらに含む、請求項18に記載の方法。 - 前記リポジトリに追加された各定義モジュールまたは各プロセス・テンプレートに一意な識別子を割り当てるステップ、または、
前記リポジトリの内部で修正された各定義モジュールまたは各プロセス・テンプレートに対応するバージョン番号を割り当てるステップ
をさらに含む、請求項19に記載の方法。
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