JP2020013296A - 監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】新しい種別のセンサを追加したとき、プロファイルに応じた監視画面およびＰＯＬを自動設定するようにした監視制御システムを提供する。【解決手段】特有のプロファイルを有するセンサ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄと、センサとデータの送受信を行うＩ／Ｆカード２ａおよびＰＯＬプログラムを実行するＣＰＵカード２ｂを有する制御装置２と、ＰＯＬプログラムを作成するエンジニアリングツール機能部４ｂおよび計装パネルにより監視制御を行うＨＭＩ機能部４ａを有する監視端末４とを備え、これらを制御ネットワーク３で接続してなる監視制御システム１００であって、センサを監視制御システムに追加した際、制御装置はセンサのプロファイルを読み出して監視端末に送信し、監視端末は受信したセンサのプロファイルに基づき、ＰＯＬプログラムおよび計装パネルを自動設定する。【選択図】図１

Description

本願は、センサネットワークを利用してプラント監視制御を行う監視制御システムに関するものである。

従来のセンサネットワークを利用した監視制御システムにおいては、下位レベルの情報モデルに相当するセンサと、上位モデルのデータ更新モジュールに相当する監視装置の情報収集サーバと、これらを制御するディレクトリサーバとをネットワークを介して接続し、新たにセンサが追加されたとき、ディレクトリサーバがポーリングにより、これを検知し、センサから取得したセンサの種別、必要なインスタンス（通信用のモジュール、監視用のＧＵＩなど）を下位レベルのセンサおよび上位レベルの情報収集サーバに送信し、さらに、インスタンスを利用して情報収集サーバが追加されたセンサからデータを収集し、監視用のＧＵＩ（Graphical User Interface）に表示するように構成されており、この動作により、プラグアンドプレイ（ＰｎＰ）を実現している。（特許文献１参照）

特許第５９１２０１８号公報

上述のような従来のセンサネットワークを利用した監視制御システムにおいては、センサに対応するクラスを上位システムであるディレクトリサーバに用意しておく必要があった。このため、クラスなどの情報が設定されていない新たなセンサが追加されると、そのセンサに対応する設定を追加する必要があり、完全なプラグアンドプレイを実現することができていないものであった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたもので、センサ側にセンサに対応したプロファイルを設けることによって、センサが追加された際、このセンサのプロファイルを読み出し、プロファイルに応じた監視画面およびＰＯＬを自動設定するようにした監視制御システムを提供するものである。

本願に開示される監視制御システムは、特有のプロファイルを有するセンサと、前記センサとデータの送受信を行うＩ／ＦカードおよびＰＯＬプログラムを実行するＣＰＵカードを有する制御装置と、前記ＰＯＬプログラムを作成するエンジニアリングツール機能部および計装パネルにより監視制御を行うＨＭＩ機能部を有する監視端末とを備え、前記センサ、前記制御装置および前記監視端末とを制御ネットワークで接続してなる監視制御システムであって、前記センサを前記監視制御システムに追加した際、前記制御装置は前記センサのプロファイルを読み出して前記監視端末に送信し、前記監視端末は受信した前記センサのプロファイルに基づき、前記ＰＯＬプログラムおよび前記計装パネルを自動設定することを特徴としたものである。

本願に開示される監視制御システムによれば、新たにセンサが追加された際、このセンサのプロファイルを読み出し、プロファイルに応じた監視画面およびＰＯＬプログラムを自動設定することが可能となる。

実施の形態１に係る監視制御システムの全体構成を示す概要図である。 実施の形態１におけるセンサのプロファイルの一例を示す図である。 実施の形態１におけるセンサのＰＯＬシートの一例を示す図である。 実施の形態１における制御装置のハードウエア構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるＨＭＩ機能部の計装パネルの一例を示す図である。 実施の形態１におけるエンジニアリングツール機能部の信号定義の一例を示す図である。 実施の形態１に係る監視制御システムの動作を説明するためのワークフロー図である。 実施の形態２に係る監視制御システムの全体構成を示す概要図である。 実施の形態２に係る監視制御システムの動作を説明するためのワークフロー図である。 実施の形態３に係る監視制御システムの全体構成を示す概要図である。 実施の形態３に係る監視制御システムの動作を説明するためのイメージ図である。 実施の形態４に係る監視制御システムの全体構成を示す概要図である。

実施の形態１．
以下、本願における実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施の形態１に係る監視制御システムの要部構成を示す概要図で、図において、監視制御システム１００は、監視対象となるプラント機器にそれぞれ取り付けられ、相互に直接、接続して構成されるアドホックなセンサネットワークを形成する複数のセンサ１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、このセンサネットワークに接続された制御装置２と、この制御装置２に制御ネットワーク３を介して接続された監視端末４とから構成されている。

ここで、センサ１ａ〜１ｄは、センサそれぞれに対応した特有のプロファイルを有するもので、図２に一例を示すように、センサ１ａ〜１ｄの入力信号としてアナログ信号ＡＩ１０４を１点、ＰＯＬ（Problem Oriented Language）プログラムとしてＩＮ命令とＭＯＮＩ命令を組み合わせたプログラムを１枚、ＨＭＩ（Human Machine Interface）機能部４ａの計装パネルとしてＳＭＯＮＩ型の計装パネルを１点備えている。なお、ＩＤは、システムにユニークなＩＤで、このＩＤによりプロファイルの属性を特定する。また、プロファイルは、センサメーカ間で決められた規約に基づき作成されるものである。
このようなプロファイルのＰＯＬプログラムの属性に合せて、図３に示すような、ＩＮ命令とＭＯＮＩ命令を接続し、アナログ信号ＡＩ１０４を入力としたＰＯＬシートが自動的に生成される。

また、制御装置２は、センサネットワークに対して入出力を行うセンサネットワークＩ／Ｆ（インタフェース）カード２ａと、ＰＯＬプログラムを実行するＣＰＵカード２ｂとを備え、センサ１ａ〜１ｄからの情報を収集してＰＯＬプログラムで演算し、アクチュエータに結果を出力するように構成されている。

この制御装置２における各構成は、ハードウエア構成の一例を図４に示すように、各種センサの検出値を入力する入力回路２０ａと、制御プログラムが格納された記憶装置（ＲＯＭ）２０ｂと、データを一時的に保存する揮発性記憶装置（ＲＡＭ）２０ｃと、各種データに基づき演算処理を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）２０ｄと、演算結果を出力する出力回路２０ｅとを備えて構成されている。
すなわち、センサネットワークから制御装置２に転送されたＰＯＬシートの情報は、制御装置２のＣＰＵカード２ｂにおいて実行される。

なお、このＰＯＬシートは、アナログ信号ＡＩ１０４からＰＯＬプログラムで使用できる０から１００％までの信号への変換、またはアナログ信号ＡＩ１０４の値が異常値になったときのアラームの発生処理を行なわせることになる。

さらに、監視端末４は、汎用的なパーソナルコンピュータで構成され、プラントを模した画面上にセンサ１ａ〜１ｄによるプラントのモニタデータを表示する系統図およびプラントの計器の値を表示する計装パネル、プラント機器に制御信号を送るための操作パネルを供えたＨＭＩ（Human Machine Interface）機能部４ａと、制御装置２におけるＰＯＬ（Problem Oriented Language）プログラミングを実行させ、プラントの機器およびＨＭＩ機能部４ａと入出力を行うための信号定義を備えたエンジニアリングツール機能部４ｂとから構成されている。
ここで、センサ１ｄが追加された場合、図５に示すようにＨＭＩ機能部４ａの計装パネルにセンサ１ｄ用のパネルが追加され、プロファイルで指定されたＳＭＯＮＩ型のパネルが自動的に追加されている。なお、計装パネルは、監視対象のＡＩに応じて種々のタイプとすることができる。また、監視端末４は、複数の端末をネットワークに接続することによって複数の取付け位置において、同様に動作させることができる。

また、エンジニアリングツール機能部４ｂの信号定義にセンサ１ｄの監視用の信号Ｓ４−ＡＩ１０４が追加された一例を図６に示し、ＰＯＬプログラムおよび計装パネルは、この信号定義を利用して制御装置２のＣＰＵカード２ｂからデータを収集する。すなわち、信号Ｓ４−ＡＩ１０４のユニークな記号により制御ネットワーク上でデータを取得するための通信ＩＤを特定し、センサ１ｄによるデータを収集することになる。

次に、上述のような構成の監視制御システムにおいて、センサを新たに追加する場合の動作について、図７を用いて説明する。
図において、センサ１ｄを新規にプラント機器に取付けた場合（ステップＳ１）、センサ１ｄは、予め定められたプロトコルで自動的にセンサネットワークを更新し、送受信可能となる（ステップＳ２）。これに伴って制御装置２は、Ｉ／Ｆカード２aによってセンサ１ｄの追加を検出し、同時にセンサ１ｄからセンサ１ｄのプロファイルをセンサネットワーク経由で取得する（ステップＳ３）。

次に、Ｉ／Ｆカード２ａは、ＣＰＵカード２ｂにセンサ１ｄの追加があったことを通知するとともにセンサ１ｄのプロファイルを送信し（ステップＳ４）、さらに、ＣＰＵカード２ｂは、制御ネットワーク３を介して監視端末４のＨＭＩ機能部４ａとエンジニアリングツール機能部４ｂに、センサ１ｄの追加の通知およびセンサ１ｄのプロファイルを送信する（ステップＳ５）。

その後、エンジニアリングツール機能部４ｂは、受信したセンサ１ｄのプロファイルから必要なＰＯＬプログラムと、監視制御に必要な信号定義を自動的に追加し（ステップＳ６）、さらに、ＨＭＩ機能部４ａは、プロファイルから必要な表示を自動的に作成して操作パネル画面上に追加表示する（ステップＳ７）。

以上説明したように、特有のプロファイルを備えたセンサ１ａ〜１ｄを用い、このセンサ１ａ〜１ｄのプロファイルから自動的に監視端末４に必要な情報を追加するように構成することによって、監視端末４側に予めセンサ情報が記録されていない新たなセンサを追加する場合もセンサ情報を入力することなく、追加したセンサによる監視を行わせることができる。

実施の形態２．
上述の実施の形態１においては、新たにセンサが追加されると、制御装置２、ＨＭＩ機能部４ａおよびエンジニアリングツール機能部４ｂに自動的に設定が行われ、センサのデータを収集するように構成しているが、実際の現場では、センサが接続された後、センサが正常に動作しているか、正常に通信できているかをテストする必要がある。すなわち、センサが壊れていると、正しくデータを収集することができないだけでなく、間違った制御信号を出力し、プラントを誤動作させる原因となる。従来、このようなテストは手動で行われていたが、本願の実施の形態２においては、自動的に行うようにしたものである。

図８は、実施の形態２に係る監視制御システムの全体構成を示す概要図である。
図において、監視制御システムに追加される新たなセンサ１ｄは、リードバック機能を有するものが用いられており、その他のハードウエア構成は、実施の形態１と同じものである。

次に、実施の形態２に係る監視制御システムの動作を図９に示すワークフローを用いて説明する。
まず、新たなセンサ１ｄの追加に伴い、監視端末４にＰＯＬプログラムおよび信号定義が自動追加される動作は、図７に示すステップＳ１からステップＳ７までと同様に行われる。

次に、センサ１ｄをテストするため、エンジニアリングツール機能部４ｂのＡＩ１０４に信号を自動設定し（ステップＳ１１）、さらに、制御ネットワーク３を経由して制御装置２のＣＰＵカード２ｂに値を設定する（ステップＳ１２）。このＣＰＵカード２ｂがＩ／Ｆカード２ａの該当エリアにこの値を設定すると、Ｉ／Ｆカード２ａは、センサ１ｄに値を設定する（ステップＳ１３）。

次に、センサ１ｄは、設定した値に対する出力をリードバック機能によりリードバックし、Ｉ／Ｆカード２ａは、このリードバック値を読み出す（ステップＳ１４）。さらに、Ｉ／Ｆカード２ａは、読み出した値をＣＰＵカード２ｂに書き込み（ステップＳ１５）、ＣＰＵカード２ｂは、制御ネットワーク３を経由してエンジニアリングツール機能部４ｂに値を返す（ステップＳ１６）。

最後に、エンジニアリングツール機能部４ｂは、リードバック値と最初に設定した設定値を比較し、所定の誤差範囲内（例えば０．５％未満）であるか判定する（ステップＳ１７）。ここで、両者が所定の誤差範囲内にある場合、センサ１ｄは合格であると判定し、所定の誤差範囲を越えている場合、センサ１ｄは不合格であると判定する。これを、例えば、センサ１ｄに、０％、２５％、５０％、１００％のデータを設定し、それぞれのリードバック値と差分をとり、全てについて許容誤差に収まっている場合、追加したセンサ１ｄが正常であると判断し、これをＨＭＩ機能部４ａの操作パネルなどに表示する。
具体的には、温度センサとして−１０℃〜３７０℃（デジタル値０〜４０９６）の場合は、０、１０２４、２０４８、４０９６に設定し、リードバック値が−１０℃、８５℃、１８０℃、３７０℃になるかを確認する。

このように、リードバック機能を用いることにより、新規に追加したセンサ１ｄの動作チェックを自動化することができ、センサ追加時の作業を効率化することができる。

実施の形態３．
上述の実施の形態１においては、制御ネットワーク３により接続された工場内の監視制御を自動的に実施することが可能となるが、近年ではインターネットを経由してリモート配置された工場を監視制御する場合もあり、このようなときには、新しいセンサの追加をリモートサーバに手動で設定する必要があった。実施の形態３においては、このようなリモートサーバの設定も自動的に行わせるようにしたものである。

図１０は、実施の形態３に係る監視制御システムを示す概要図で、監視端末４にインターネット１０を介して接続されたリモートサーバ１１およびリモート監視装置１２を備えて構成されている。なお、リモートサーバ１１にはデータベース１３が接続されている。
その他の構成は、実施の形態１と同じであるため、同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態３に係る監視制御システムの動作について説明する。
まず、新たなセンサ１ｄの追加に伴い、監視端末４にＰＯＬプログラムおよび信号定義が自動追加される動作は、実施の形態１（図７）に示すステップＳ１からステップＳ７までと同様に行われる。
次に、監視端末４のＨＭＩ機能部４ａは、新しいセンサ１ｄの追加を検出すると、インターネット１０を経由して、センサ１ｄの追加があったことをリモートサーバ１１に通知するとともに、センサ１ｄのプロファイル信号情報も送信し、リモートサーバ１１は、この信号を受けてデータベース１３にセンサ１ｄのデータを蓄積する。また、データベース１３には、センサ１ａ〜１ｄからの出力が制御装置２、監視端末４およびリモートサーバ１１を介して供給され、監視対象のデータを蓄積する。
このようにして蓄積されたデータは、リモート監視装置１２により選択して表示される。

図１１は、リモートサーバ１１に収集されたデータをリモート監視装置１２でモニタするイメージ図である。
リモート監視装置１２は、リモートサーバ１１の信号リストを参照することができ、この中から、蓄積されたデータをトレンドグラフ等に表示することができる。
したがって、信号リストから選択したデータをリモート監視装置１２の画面にドラッグ＆ドロップすることによって、モニタウィンドウなどに簡単に表示することができる。
このように、実施の形態３においては、リモートサーバ１１の設定も自動化し、リモートの工場のデータを自動的に収集可能としたので、リモート配置された監視端末による監視作業も効率化することができる。

実施の形態４．
上述の実施の形態１においては、センサ追加時、プロファイルで自動的に監視、制御のための設定をすることができたが、例えば、センサのマニュアルなどは、サイズが大きいため、センサ１ｄに格納することができず、従前では、センサメーカのホームページなどから手動でダウンロードし、これを利用することが必要となっていた。このため、実施の形態４では、この手順を自動化するようにしたものである。

図１２は、実施の形態４に係る監視制御システムを示す概要図で、監視端末４にインターネット１０を介して接続されたＷｅｂサーバ１４およびデータベース１５を備えて構成されている。
図１２において、監視端末４のエンジニアリングツール機能部４ｂは、新たなセンサ１ｄの追加に伴ってＰＯＬプログラムおよび信号が自動追加されることになるが、これら自分自身の設定が完了すると、追加されたセンサ１ｄに関係する情報をインターネット１０上のメーカのＷｅｂサーバ１４のホームページでデータを検索し、マニュアルなどを見つけると、これを監視端末４に自動的にダウンロードする。このため、新たに追加センサ１ｄの情報を監視端末４によって参照することが可能となる。
これらの操作は、汎用的なパーソナルコンピュータで構成された監視端末４にプログラムすることによって行わせることができる。
このように、実施の形態４によれば、センサの関連情報を自動的に収集し、参照することができるため、ユーザが情報収集する手間を省くことができる。

本開示には、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１ａ・１ｂ・１ｃ・１ｄ:センサ、 ２：制御装置、 ２ａ：Ｉ／Ｆカード、
２ｂ：ＣＰＵカード、 ３：制御ネットワーク、 ４：監視端末、
４ａ：ＨＭＩ機能部、 ４ｂ：エンジニアリングツール機能部、
１０：インターネット、 １１:リモートサーバ、 １２：リモート監視装置、
１３：データベース、 １４：Ｗｅｂサーバ、 １５：データベース

Claims (4)

1. 特有のプロファイルを有するセンサと、前記センサとデータの送受信を行うＩ／ＦカードおよびＰＯＬプログラムを実行するＣＰＵカードを有する制御装置と、前記ＰＯＬプログラムを作成するエンジニアリングツール機能部および計装パネルにより監視制御を行うＨＭＩ機能部を有する監視端末とを備え、前記センサ、前記制御装置および前記監視端末とを制御ネットワークで接続してなる監視制御システムであって、
   前記センサを前記監視制御システムに追加した際、前記制御装置は前記センサのプロファイルを読み出して前記監視端末に送信し、前記監視端末は受信した前記センサのプロファイルに基づき、前記ＰＯＬプログラムおよび前記計装パネルを自動設定することを特徴とした監視制御システム。
2. 前記センサはリードバック機能を有するものからなり、前記センサを前記監視制御システムに追加し、前記ＰＯＬプログラムおよび前記計装パネルを自動設定した後、前記エンジニアリングツール機能部は前記センサに対して値を送信し、前記センサが読み出したリードバック値を読み出し、リードバック値が正常範囲にあるか否かを判定する自動テスト機能を備えたことを特徴とする請求項１に記載の監視制御システム。
3. 前記監視端末にインターネットを介して接続されたリモートサーバおよびリモートサーバに蓄積されたデータを表示するリモート監視装置をさらに備え、前記センサを追加した際、前記監視端末に加え、前記インターネットを介して前記リモートサーバに前記センサの追加を通知するとともにプロファイルを送信し、前記リモートサーバにおいて前記センサのデータを収集するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の監視制御システム。
4. 前記監視端末のエンジニアリングツール機能部は、前記センサの追加による前記ＰＯＬプログラムおよび前記計装パネルを自動設定した後、前記センサのマニュアル情報を前記インターネットを介して収集し、前記監視端末において前記センサのマニュアル情報を参照するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の監視制御システム。

Images