JP4967939B2 - デジタル指示調節計 - Google Patents

Description

本発明は、入力データを演算した制御データを出力すると共に、外部装置との通信機能を具備するデジタル指示調節計に関するものである。

パネルマウント型の温調計で代表されるデジタル指示調節計は、入力処理部、制御演算部、出力処理部、通信処理部、操作・表示部、データベース等の機能要素が１個の筐体に格納されたコンパクトな構成をとるが、シーケンス処理機能は自身では備えていない。

このような構成の温調計を用いてシーケンス制御を実現するには、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のシーケンサと組み合わせる必要がある。特許文献１には、シーケンサと接続される温調計についての技術開示がある。

図７乃至図９により、外部のシーケンス機能を用いる温調計の実施形態を説明する。図７は、シーケンス機能と組み合わせた温調計の制御特性図であり、熱交換機の暖気運転を対象としている。

時刻ｔ１で制御を開始し、熱交換器自体が暖気される時刻ｔ２までタイマー１によりＭＡＮ固定出力（ＯＵＴ＝Ｕ１）を出し、時刻ｔ２より温調計の調節機能によりＡＵＴで制御し、所定時間経過後の時刻ｔ３で制御を停止する。尚、ＭＡＮ運転中にＡ／ＭキーでＡＵＴの場合は、その時点でＡＵＴ運転になる。

図８は、温調計の警報出力を用いる制御盤の操作説明図である。アナンシエータ警報の発生→復帰しても警報接点出力を保持させ、リセット接点入力信号で警報接点出力を解除している。

図９は、複数の温調計とＰＬＣとを組み合わせたインターロックシステムの構成図であり、次のように動作する。
（１）ゾーン１〜３のいずれかの温度センサーが断線したときに、ゾーン１〜３全ての温調計にインターロックをかける。
（２）外部インターロック指令が入ったときも、ゾーン１〜３全ての温調計にインターロックをかける。
（３）インターロック時にランプを点灯させる。

特開平０７−０１３６３９号公報

図７乃至図９に示した温調計とシーケンサの組み合わせ手法では、次のような問題点がある。

（１）図７に示した運転開始時の立ち上げシーケンスから時刻ｔ２でＰＩＤ制御に入る切換え動作や、切換えに伴う外乱に対するシーケンス処理を行うときは、温調計本体のプログラムを改造し、現場での評価を行うというサイクルをまわしていたため、多くの手間と時間がかかる問題がある。

（２）図１０は、温調計と小型シーケンサを接続した基本的なシステム構成図である。図８に示したアプリケーションを実現するには、図１０のように、アナンシエータの表示／確認操作部の機能を、小型シーケンサと温調計をＤＩ／ＤＯで接続し、ラダープログラムを作成して実現していた。このため、小型シーケンサを取り付け、温調計との配線、プログラムの作成・動作確認を行う必要があり、多くの手間と時間がかかる問題がある。

（３）図１１は、複数の温調計とＰＬＣを接続した基本的なシステム構成図である。図９に示したアプリケーションを実現するには、図１１のように、ＲＳ４８５通信する複数の温調計をオープンネットワーク通信するＰＬＣに対して、ＰＬＣ通信変換器を介して接続すると共に、インターロック機能をＰＬＣでラダープログラムにより作成する。

これに伴い、ＰＬＣの取り付け、温調計との通信配線、通信プログラムの作成、ラダープログラムの作成・動作確認を行う必要があり、多くの手間と時間がかかる問題がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、デジタル指示調節計自身の組み込み機能としてシーケンス演算機能を持たせ、この機能を外部装置からメンテナンス可能なデジタル指示調節計の実現を目的としている。

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）入力データを制御演算したデータを出力すると共に、外部装置との通信機能を具備するデジタル指示調節計において、
前記外部装置で作成されたラダープログラムがダウンロードされるデータベースと、
前記データベースより前記ラダープログラムを取得すると共に、前記制御演算データ、前記データベースに保持される前記入力データ、内部及び外部設定データ、内部及び外部設定パラメータのいずれかを条件入力とするラダープログラムを実行して出力するシーケンス演算部を備えることを特徴とするデジタル指示調節計。

（２）前記シーケンス演算部は、前記制御演算の定周期処理より早い周期で動作することを特徴とする（１）に記載のデジタル指示調節計。

（３）前記ラダープログラムは、前記外部装置により生成され、通信により前記シーケンス演算部にダウンロードされることを特徴とする（１）または（２）に記載のデジタル指示調節計。

（４）前記ラダープログラムは、上記外部装置に用意されているパラメータ設定またはチューニングソフトウェアに組み込まれたラダープログラム構築ソフトウェアにより生成されることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のデジタル指示調節計。

（５）前記ラダープログラムは、動作状態において、前記ラダープログラム構築ソフトウェアによりラダーの実行状況が確認されることを特徴とする（４）に記載のデジタル指示調節計。

（６）前記シーケンス演算部は、他のデジタル指示調節計と機器間通信で接続され、情報を共有してシーケンス動作することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のデジタル指示調節計。

（７）前記シーケンス演算部は、通信で接続された他のデジタル指示調節計からの故障情報を取得し、接続されているデジタル指示調節計に対してインターロックをかけることを特徴とする（１）乃至（６）のいずれかに記載のデジタル指示調節計。

本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）制御特性にシーケンスを加味して制御特性を改善するケースや、立ち上げシーケンスから連続制御に切換える制御ターゲットの段変えや、工程移動に伴う外乱の影響を一時的にシーケンス制御を挟み連続制御に切換えるとき等、試行錯誤による調整いわゆるチューニングを装置開発の技術者が自ら実行することができる。

（２）制御盤との接続、アナンシエータ機能の付加、制御ループ単体あるいは複数ループに関わるインターロックシステムの実現には、温調計の外部のリレー回路や、ＰＬＣを付加することが不可欠であったが、これらの外付け回路をなくすことによって、コスト削減、取り付け工数、配線工数の削減、省スペースを実現することができる。

（３）パネルマウント型温調計内に、外部装置であるＰＣ上でラダープログラムを作成でき、作成したラダープログラムを温調計にダウンロードすることによって、ラダープログラムが直接、温調計の入出力、プロセスデータ、制御パラメータ、その他の設定パラメータ、機器間通信で共有した他ループの各種パラメータにアクセスし、温調計の制御処理を司るパラメータや入出力を直接変更することができる。

（４）温調計の各種パラメータ、制御目標値、制御目標値ＮＯ、警報設定値等の設定値、ＰＶ、アラームステータス等のプロセス値、Auto/Manual, Remote/Local, Run/Stop等の運転操作パラメータ、温調計の実入出力（ＡＩ／ＡＯ、ＤＩ／ＤＯ）、トラッキングフラグやトラッキング入力等の制御演算をコントロールまたはモニタリングするための制御パラメータ、機器間通信によって得られるまたは与える他ループのパラメータや実入出力等の外部パラメータを、内蔵されたラダープログラムによって容易にアクセスすることができる。

（５）この機能により、温調計の制御動作や、温調計の実入出力、ＨＭＩに関わる各種表示器（数値表示、ステータス表示、バーグラフ）、各種操作器（操作キー、ＤＩ端子入力、通信入力、パラメータ）をコントロールすることができる。

（６）温調計のステータスやバーグラフ数値表示部に直接データを書き込む、あるいは入力を読み込むことによって、温調計内部のプログラムをわざわざメーカに持ち込み改造したり結果確認のために実機で動かすサイクルをまわすことなく、セットメーカの技術者の慣れ親しんだラダープログラムを自身で構築、実験を繰り返すことができ、こまめなチューニングを現場で行うことができる。

（７）ユーザ（セットメーカ技術者、エンドユーザ計装担当者）が、普段から慣れ親しんでいるラダープログラムを使用することで、温調計の制御特性の改善や、装置または制御盤としてのＨＭＩ（アナンシエータ、操作ボタン）の構築、異常発生時の異常処理シーケンスの構築を容易に行えるようになる。

（８）ラダープログラムは、従来から用意されている温調計のパラメータ設定、チューニング用ソフトに、ラダープログラム構築ソフトを組み込み、このソフトウエアによってラダープログラムを構築し、構築された実行データを温調計にダウンロードして動作させることができる。

（９）ラダープログラム構築ソフトは、温調計の動作状態において、ラダーの実行状況の確認を行うため、ラダーで使用しているデバイス（パラメータ、入出力）、ラダー命令の入出力を確認するモニタツールとして使用することができる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したデジタル指示調節計の一実施形態を示す機能ブロック図である。以下、温調計に適用した例を説明する。

温調計としての構成要素は、入力処理部１、データアクセスバス２、データベース３、制御演算部４、出力処理部５、通信処理部６、操作・表示部７、データセット・表示バス８よりなる。通信処理部６は通信ネットワーク９を介してＰＣ等の外部装置１０と通信する。

このような温調計の構成要素に追加される本発明の構成上の特徴部は、データアクセスバス２を介してデータベース３と通信すると共に、ラダープログラムＬＰで動作するシーケンス演算部１００を備える点にある。ラダープログラムＬＰは、外部装置１０で生成され、通信ネットワーク９及び通信処理部６を介してダウンロードされる。以下、各要素の機能を説明する。

入力処理部１は、ＰＶ（プロセス入力値）や、ＲＳＰ（リモート設定入力値）等の温度測定値や、電圧、電流等のアナログデータ、並びに、運転モードの切換え、設定値の切換え等のデジタルデータを入力し、リニアライズ演算、スケーリング演算等の入力処理演算を実行する。入力処理部１で処理されたデータは、データアクセスバス２を通して、データベース３に格納される。この場合、演算周期はＴ又はＴ／ｎである（ｎは１以上）。

制御演算部４は、温調計にあらかじめ搭載された制御演算機能で、ＰＩＤ演算、オートチューニング演算、アラーム処理演算等の演算処理を実行する。演算処理は、データアクセスバス２を通してデータベース３に格納された設定データ、プロセス値、運転操作パラメータ、入出力値、制御パラメータ、外部パラメータを参照したり変更したりすることができる。この場合、演算周期はＴである。

シーケンス演算部１００は、予め外部装置１０上で作成されてダウンロードされたラダープログラムＬＰを実行する。シーケンス演算部１００の処理は、データアクセスバス２を通してデータベース３に格納された設定データ、プロセス値、運転操作パラメータ、入出力値、制御パラメータ、外部パラメータを参照したり変更したりすることができる。この場合、演算周期はＴ／ｎである。

出力処理部５は、データベース３に格納されている、制御演算及びシーケンス演算の結果出力すべきパラメータやステータス等の様々な出力情報中から必要なデータをデータアクセスバス２を通して取得し、各種の形態で外部に出力する。この場合、出力演算周期はＴ又はＴ／ｎである。

出力形態は、４〜２０ｍＡ、１〜５Ｖ等のアナログ値、並びに、リレー出力、電圧パルス出力、トライアック出力、トランジスタ出力によるアラーム、イベント、ステータス等のデジタル値である。

データアクセスバス２を通じて、入力処理部１，シーケンス演算部１００，制御演算部４，出力処理部５とデータデータベース３との間で、以下のパラメータのSAVE／LOADが実行される。
（１）設定値 ：制御目標値、制御目標ＮＯ.、警報設定値等
（２）プロセスデータ ：ＰＶ、アラームステータス等
（３）入出力データ ：ＡＩ（ＰＶ，ＲＳＰ等）、ＡＯ（ＭＶ，ＲＥＴ出力値等）
ＤＩ（運転操作信号等）、ＤＯ(アラーム出力、イベント出力、 ステータス出力等)
（４）外部パラメータ ：機器間通信によって得られる他ループの各種パラメータ

通信処理部６は、以下の３機能を備える。
（１）温調計のツール専用通信機能：
ＰＣ等の外部装置１０上で実現した、パラメータ設定，制御のチューニング等のパラメータ群、並びに、ラダープログラム構築ソフトウェアで作成されたラダープログラムを、データセット・表示バス８を通してデータベース３にダウンロードする。逆に、データベース３に存在する各種パラメータを、データセット・表示バス８を通して外部装置１０上のツールに渡してモニタリングさせる。

上位機器との通信機能：
ＰＣ、ＰＬＣ、表示器等の上位機器からの読み出しコマンドに従い、データセット・表示バス８を通してデータベース３より、指定されたデータを読み出す。逆に上位機器からの書き込みコマンドに従い、データセット・表示バス８を通してデータベース３にデータ書き込みを行う。

（３）他ループの調節計との機器間通信機能：
予め自ループに登録された、他ループ調節計のパラメータ取得し、または提供情報に基づき、データセット・表示バス８を通してデータベース３に指定のデータを書き込み、あるいは読み出す。

操作・表示部７は、キー操作で設定したデータをデータセット・表示バス８を通してデータベース３に書き込む。逆に、データをデータセット・表示バス８を通して指定された データをデータセット・表示バス８を通して読み出し、操作・表示部７の数値表示部、ステータス表示部、バーグラフ表示部に表示する。

データセット・表示バス８通じて、以下のパラメータが操作・表示部７からデータベース３に設定され、またはデータベース３から操作・表示部７に表示される。また、通信処理手段６を通じて上位装置からのパラメータ設定、ラダープログラム、チューニングツール、他ループ調節計からデータ設定される。
（１）設定値 ：制御目標値、制御目標ＮＯ.、警報設定値等
（２）プロセスデータ ：ＰＶ、アラームステータス等
（３）入出力データ ：ＡＩ（ＰＶ，ＲＳＰ等）、ＡＯ（ＭＶ，ＲＥＴ出力値等）
ＤＩ（運転操作信号等）、ＤＯ(アラーム出力、イベント出力、 ステータス出力等)
（４）外部パラメータ ：機器間通信によって得られる他ループの各種パラメータ

図２は、本発明を適用したデジタル指示調節計の処理手順を説明するフローチャートである。定周期処理がステップＳ１でスタートすると、入力処理部１の処理を実行した後、ステップＳ３でシーケンス演算部１００の処理を実行する。

更に、ステップＳ４で制御演算部４の処理を実行した後に、ステップＳ５で出力処理部５の処理を実行し、ステップＳ６でこの制御周期の処理を終了する。入力処理部１、制御演算部４、出力処理部５の処理は、一般的なプロセスの応答速度に適合した定常のサンプル周期Ｔで動作するが、シーケンス演算部１００の処理はｎ倍高速のサンプル周期Ｔ／ｎで作動する（ｎは１以上）。シーケンス演算で使用する入力処理、出力処理の一部もＴ／ｎで作動する。

入力処理部１、出力処理部５に関しても、一部分では高速のサンプル周期Ｔ／ｎで動作する。この対象は、例えば、位置比例制御のフィードバック入力や、バルブ開、閉信号出力等である。

図３は、外部装置１０で生成されてシーケンス演算部１００にダウンロードされるラダープログラムの一例を示すラダー図である。このラダープログラムは、図７で説明した熱交換機の暖気運転を対象としたシーケンス制御を実行する。

図４は、外部装置で作成され温調計にダウンロードされたラダープログラムの動作確認を説明するイメージ図である。Ａは外部装置のラダープログラム構築ソフトウェアで作成されて温調計にダウンロードされたラダープログラム作成画面、Ｂは温調計から外部装置のモニタツールに呼び出されたラダープログラム動作確認画面である。

動作確認状態では、温調計を動作状態にして内部のデバイスの値やラダープログラムの状態を読み出してラダー図上に表示させ、正常動作を確認する。外部装置が備えるラダープログラム構築ソフトウェア及びモニタツールは、温調計に対して標準的に装備されているパラメータ設定ツールやチューニングツールと融合させて構築することが可能である。

図５は、機器間通信によるデータ共有とインターロック処理を説明するシステム構成図である。データ共有機能により、センサー断線状態や測定値等のデータ共有が可能になる。この機器間通信機能とラダープログラム機能の組み合わせにより、複数ループのデータをラダープログラムで処理し、複数ループの動作を一括指定することができるので、システムのインターロック機構を容易に構築することができる。

図６は、図５のインターロック処理を実行するラダープログラムのラダー図である。各チャンネルの温調計のセンサー断線を監視し、いずれかの断線または外部インターロック指令の条件成立でインターロックランプを点灯させている。

以上説明した実施形態では、デジタル指示調節計を代表するものとして温調計への適用例を説明したが、本発明は流量、圧力等の他のプロセス量を対象とするデジタル指示調節一般に適用することが可能である。

本発明を適用したデジタル指示調節計の一実施形態を示す機能ブロック図である。 本発明を適用したデジタル指示調節計の信号処理手順を説明するフローチャートである。 図７に示すシーケンス演算を実行するラダープログラムのラダー図である。 外部装置で作成され温調計にダウンロードされたラダープログラムの動作確認を説明するイメージ図である。 機器間通信によるデータ共有とインターロック処理を説明するシステム構成図である。 図５のインターロック処理を実行するプログラムのラダー図である。 シーケンス機能と組み合わせた温調計の制御特性図である。 温調計の警報出力を用いる制御盤の操作説明図である。 複数の温調計とＰＬＣを組み合わせたインターロックシステムの構成図である。 温調計と小型シーケンサを接続した基本的なシステム構成図である。 複数の温調計とＰＬＣを接続した基本的なシステム構成図である。

符号の説明

１ 入力処理部
２ データアクセスバス
３ データベース
４ 制御演算部
５ 出力処理部
６ 通信処理部
７ 操作・表示部
８ データセット・表示バス
９ 通信ネットワーク
１０ 外部装置
１００ シーケンス演算部
ＬＰ ラダープログラム

Claims (7)

1. 入力データを制御演算したデータを出力すると共に、外部装置との通信機能を具備するデジタル指示調節計において、
   前記外部装置で作成されたラダープログラムがダウンロードされるデータベースと、
   前記データベースより前記ラダープログラムを取得すると共に、前記制御演算データ、前記データベースに保持される前記入力データ、内部及び外部設定データ、内部及び外部設定パラメータのいずれかを条件入力とするラダープログラムを実行して出力するシーケンス演算部を備えることを特徴とするデジタル指示調節計。
2. 前記シーケンス演算部は、前記制御演算の定周期処理より早い周期で動作することを特徴とする請求項１に記載のデジタル指示調節計。
3. 前記ラダープログラムは、前記外部装置により生成され、通信により前記シーケンス演算部にダウンロードされることを特徴とする請求項１または２に記載のデジタル指示調節計。
4. 前記ラダープログラムは、上記外部装置に用意されているパラメータ設定またはチューニングソフトウェアに組み込まれたラダープログラム構築ソフトウェアにより生成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デジタル指示調節計。
5. 前記ラダープログラムは、動作状態において、前記ラダープログラム構築ソフトウェアによりラダーの実行状況が確認されることを特徴とする請求項４に記載のデジタル指示調節計。
6. 前記シーケンス演算部は、他のデジタル指示調節計と機器間通信で接続され、情報を共有してシーケンス動作することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデジタル指示調節計。
7. 前記シーケンス演算部は、通信で接続された他のデジタル指示調節計からの故障情報を取得し、接続されているデジタル指示調節計に対してインターロックをかけることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のデジタル指示調節計。