JP5237223B2 - 監視制御装置 - Google Patents
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Description
また、通信ネットワーク上で接続され、分散型システムの構成要素であるPLC(PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER)をテストするための従来のテスト支援システムは、通信ネットワーク上のPLCの代わりに、パソコン群とのデータ送受信およびデータ格納機能を模擬するためのPLCエミュレータを備える(例えば、特許文献2参照)。
以下、この発明の実施の形態1による監視制御装置として、例えばプラントの設備、機器等を監視制御対象としたプラント監視制御装置を図に基づいて説明する。図1は、この発明の実施の形態1によるプラント監視制御装置10の構成を示すブロック図である。
図に示すように、プラント監視制御装置10は、プラント20内の各設備、機器(ここでは機器A、B)とケーブルや通信線で接続され、実情報入力部1と入力分離処理部2と制御演算部3と出力分離処理部4と実情報出力部5とA/D変換器8aおよびD/A変換器8bとを備える。そして、プラント20内の機器Aの状態に依存する電圧や電流など物理的な信号である状態情報をA/D変換器8aを介してプラント監視制御装置10内に入力し、入力された状態情報に基づいて制御演算部3にて所定の制御演算を行って、電圧や電流など物理的な信号である制御情報をD/A変換器8bを介してプラント20内の機器Bに出力する。
なお、プラント監視制御装置10は、プラント20内の多数の設備、機器から状態情報を収集して、各設備、機器へ制御情報を出力してプラント20を監視制御するものであるが、この実施の形態では、便宜上、互いに関連する機器A、Bのみで説明する。
実情報入力部1は、物理的な信号である状態情報を機器AからA/D変換器8aを介して入力し、S/Wで処理可能なラベル形式(以後、実情報ラベル形式と称す)に変換して出力する。この実情報ラベル形式に変換された状態情報を、以後、PDIデータと称す。
入力分離処理部2は、実情報入力部1からのPDIデータを入力して、このPDIデータを制御演算部3が扱うラベル形式(以後、分離情報ラベル方式と称す)にラベル変換して出力する。この分離情報ラベル形式にラベル変換された状態情報を、以後、DIデータと称す。
出力分離処理部4は、制御演算部3からのDOデータを入力して、このDOデータを実情報ラベル形式にラベル変換して出力する。この実情報ラベル形式にラベル変換された制御情報を、以後、PDOデータと称す。
実情報出力部5は、出力分離処理部4からのPDOデータを入力して、物理的な信号による制御情報に変換して出力する。そして、制御情報は、D/A変換器8bを介してプラント監視制御装置10から機器Bへ出力される。
制御演算部3は、模擬状態情報(DIデータ)に基づいて制御演算を行って模擬制御情報(DOデータ)を出力し、シミュレータ部6は、この模擬制御情報(DOデータ)を出力分離処理部4を介して受け取って、再度、模擬状態情報(DIデータ)を出力する。このような一連の動作は繰り返し行われる。
また、DIデータ、DOデータの双方とも模擬情報と実際の情報との区別はなく、制御演算部3内では同じ扱いで処理される。
まず、実運用モードと試験(模擬運用)モードとのいずれかの判定を行う(ステップs1)。実運用モード、試験モードの切り換え指令7aは、装置が持つ切替えスイッチで与える、もしくは外部から入力として与える、もしくは外部のマンマシン装置から伝送で与えるなど様々な方法があり、この与えられた指令7aにより切り換え部7から切り換え信号7bを出力して切り換える。
そして実運用モードでは、実情報入力部1が、物理的な信号である状態情報を機器AからA/D変換器8aを介して入力し、S/Wで処理可能な実情報ラベル形式に変換してPDIデータ(例えば、ラベル:PDI01、値:1)を生成する。具体的には、PDIデータのラベル、値を入力データ領域に代入する(ステップs2a:実情報入力処理)。
次いで、プラント監視制御装置10の動作を終了しない場合は(ステップs8)、所定の時間、遅延させて(ステップs9)、ステップs1に戻る。
そして、ステップs1において、試験モードである場合、以下の処理を行う。
実情報入力部1では実情報入力処理が停止され、新たなPDIデータを生成しない(ステップs2b)。
次いで、入力分離処理部2は、試験モードの初回時には、前回(実運用時)のPDIデータからDIデータを生成する。また、試験モードの2回目以降は、後述するステップs7でのシミュレーション処理において生成されたDIデータを採用する(ステップs3b:入力分離処理)。
次いで、出力分離処理部4は、実運用モードの時と同様に、制御演算部3からのDOデータからPDOデータを生成する(ステップs5b:出力分離処理)。
次いで、実情報出力部5では実情報出力処理が停止されているため(ステップs6b)、シミュレータ部6が出力分離処理部4からDOデータを受け取り、機器A、Bをソフトウェア上で模擬して模擬状態情報となるDIデータを生成する。例えば、機器Aは、機器Bへの入力データが0なら1を出力し、機器Bへの入力データが1なら0を出力する機器とする。試験モードの初回時に、DOデータの値は1なので、DIデータの値は0となる(ステップs7:シミュレーション処理)。
試験モードで再実行すると、入力分離処理部2ではシミュレーション処理において生成された模擬状態情報であるDIデータを採用し(ステップs3b)、制御演算部3は、模擬状態情報であるDIデータに基づいて所定の制御演算を行い、模擬制御情報となるDOデータを生成する。このように、模擬状態情報(DIデータ)に基づいて制御演算部3から模擬制御情報(DOデータ)を出力させ、それらを図示しない表示部にて表示させることにより制御演算部3の健全性が試験される。
また、上記実施の形態では、PDIデータとして1つのデータ(ラベル:PDI01、値:1)を示したが、多数のデータがあれば、データラベルはPDI01、PDI02、---と多数になり、それぞれ異なる入力データ領域を有する。そして、対応して各DIデータ、DOデータ、PDOデータもそれぞれ多数となり、それぞれにデータ領域を有するものとなる。
また、制御演算部3が扱うDIデータ、DOデータを、監視制御対象とプラント監視制御装置10との間の入出力に係わるPDIデータ、PDOデータと異なるラベル形式にして分離することで、PDIデータ、PDOデータを制御演算部3に直結させない。このため、制御演算部3への入力元および制御演算部3からの出力先を、試験モード時に内部のシミュレータ部6に切り換えることが、容易に実現できる。また、このような切り換えの実現により、シミュレータ部6をプラント監視制御装置10の内部に設けることができ、装置外部の配線の変更などを要することもなく、装置構成の小型化、簡略化が促進できる。また、実運用モードと試験モードとの切り換えが容易で、制御演算部3の健全性を容易に確認することができる。
また、試験モードの際、実情報入力部1と実情報出力部5では、処理を停止するのみでよく、異なる処理が不要で、プラント監視制御の工程負荷がさらに低減できる。
次に、上記実施の形態1で示したプラント監視制御装置10において、監視制御対象の状態情報あるいは模擬状態情報を強制的に除外する強制除外処理を可能にした場合を説明する。
例えば、プラント20内の機器が故障時にプラント監視制御装置10から警報出力させる場合、修理が完了するまで警報出力が連続するため、管理者が故障確認した後、修理完了するまでの間、その機器からの状態情報の活用を除外させる。この強制除外処理は、外部から指令により行う。
図3は、入力分離処理部2が生成する分離情報ラベル方式の状態情報であるDIデータのラベル構造である。図に示すように、DIデータは、ラベル名T1、入力除外を示すステータスビットT2、データの値を示す出力ビットT3、物理的にデータが格納される物理アドレスT4から構成される。
そして、ステータスビットT2は、外部から強制除外処理の指令がプラント監視制御装置10に入力されると、入力除外が有となる。
まず、入力分離処理部2が生成しようとするDIデータのデータ領域のステータスビットT2を判定し(ステップs31)、入力除外が有でない時、通常の入力分離処理を行う。即ち、実運用実情報入力部1からのPDIデータのラベル、値を、DIデータのデータ領域のラベル名T1、出力ビットT3に代入し、分離情報ラベル方式にラベル変換されたDIデータを生成する。なお、試験モード時においては、シミュレータ部6が生成したDIデータを採用する(ステップs32)。
ステップs31において、入力除外が有の時、実情報入力部1からのPDIデータのラベルをDIデータのデータ領域のラベル名T1に代入し、出力ビットT3の値には、強制的に0を代入する。なお、試験モード時においては、シミュレータ部6が生成したDIデータの出力ビットT3の値に、強制的に0を代入する。(ステップs33:強制除外処理)。
この後、上記実施の形態1と同様に、ステップs4からの処理を行う。
図5は、制御演算部3が生成する分離情報ラベル方式の制御情報であるDOデータのラベル構造である。図に示すように、DOデータは、ラベル名TT1、出力除外を示すステータスビットTT2、データの値を示す出力ビットTT3、物理的にデータが格納される物理アドレスTT4から構成される。
そして、ステータスビットTT2は、外部から強制除外処理の指令がプラント監視制御装置10に入力されると、出力除外が有となる。
まず、出力分離処理部4は、制御演算部3が生成したDOデータのステータスビットTT2を判定し(ステップs51)、出力除外が有でない時、通常の出力分離処理を行う(ステップs52)。
ステップs51において、出力除外が有の時、DOデータの出力ビットTT3の値を強制的に0を代入してから、PDOデータを生成する(ステップs53:強制除外処理)。
この後、上記実施の形態1と同様に、ステップs6a、s6bからの処理を行う。
次に、上記実施の形態1で示したプラント監視制御装置10において、所定の周期毎に生成して更新している情報(PDIデータ、DIデータ、DOデータ、PDOデータ)を保存して利用可能にした場合を説明する。
図7は、この発明の実施の形態3によるプラント監視制御装置10aの構成を示すブロック図である。図に示すように、ある時点でのスナップショットデータ(PDIデータ、DIデータ、DOデータ、PDOデータ)を保存する格納部9を備える。その他の構成は、上記実施の形態1と同様である。
上記実施の形態1の図2で示した動作において、次周期まで所定の時間遅延させるステップs9の処理を、以下のように行う。
まず、スナップショットデータの保存要求を示す指令が与えられたかを判定し(ステップs91)、指令が与えられていれば、入力分離処理部2および出力分離処理部4は、その時点の、即ち前回周期の全情報(PDIデータ、DIデータ、DOデータ、PDOデータ)を取得して(ステップs92)、スナップショットデータとして格納部9に保存する(ステップs93)。
以上の処理を、所定の遅延時間の間に行い、次周期の動作に移る。
なお、ステップs91にてスナップショットデータの保存要求がない場合は、次周期まで所定の時間遅延させるのみの処理である。
ステップs1(図2参照)にて試験モードと判定されると、次のステップs2bの前に、スナップショットデータの展開させるステップs10の処理を以下のように行う。
まず、スナップショットデータの展開要求を示す指令が与えられたかを判定し(ステップs11)、指令が与えられていれば、入力分離処理部2および出力分離処理部4は、格納部9からスナップショットデータを読み出し(ステップs12)、元のデータ領域に戻す、即ち、PDIデータ、DIデータ、DOデータ、PDOデータへ展開する(ステップs13)。
ステップs11において、スナップショットデータの展開要求がない場合は、そのままステップs2bに移行する。
なお、試験モードでは、ステップs2bの実情報入力処理は停止されているので、実際には、その次のステップs3bの処理に続く。
また、試験モード時に、スナップショットデータを格納部9から読み出してPDIデータ、DIデータ、DOデータ、PDOデータへ展開することにより、模擬状態情報および模擬制御情報が瞬時に設定できる。
特定のプラント状態を模擬したい場合、プラント20が規模が大きいほど模擬状態情報、模擬制御情報の生成は容易ではなく、事前に設定する情報も多いものであるが、プラント状態を示すスナップショットデータを格納部9から読み出して用いることができるため、速やかに特定のプラント状態を模擬して制御演算部3の健全性の試験が行える。
図10は、この発明の実施の形態4によるプラント監視制御装置の構成を示すブロック図である。図に示すように、プラント監視制御装置10bは、USB、ネットワーク等を介して通信を行うための機能である保守ツール通信部17を備えて、外部の保守ツール11と接続可能とする。なお、このプラント監視制御装置10bは、上記実施の形態1で示したプラント監視制御装置10内の各部を備えて、プラント20内の監視制御対象を監視制御しているが、便宜上、図示を省略した。
保守ツール11は、制御演算部3で用いる制御演算ロジックを記述した制御演算プログラム14、シミュレータ部6で用いるシミュレーションロジックを記述したシミュレーションプログラム15、各プログラム14、15をプラント監視制御装置10bが実行できる形式に変換するコンパイラ部13、プラント監視制御装置10bにデータをロードするデータロード部12、および入力機能を備えた表示部16を備える。
保守ツール11内の制御演算プログラム14およびシミュレーションプログラム15は、同じ言語で記述された更新後のプログラムとする。保守ツール11をプラント監視制御装置10bと接続して、保守ツール11に変更指令を入力すると、制御演算プログラム14およびシミュレーションプログラム15がコンパイラ部13で同時にコンパイルされ、データロード部12と保守ツール通信部17とを介して、プラント監視制御装置10b内の制御演算プログラムおよびシミュレーションプログラムの保持領域にロードされ、制御演算プログラムおよびシミュレーションプログラムを変更する。
なお、保守ツール11内の表示部16は、通常の監視制御動作の状態情報や制御情報の確認、および試験モード時の結果の表示に用いても良い。
5 実情報出力部、6 シミュレータ部、7 切り換え部、9 格納部、
10,10a,10b プラント監視制御装置、11 保守ツール、16 表示部。
Claims (8)
- 外部の監視制御対象から収集した状態情報に基づいて所定の制御演算を行って上記監視制御対象を制御する監視制御装置において、
物理信号である上記状態情報を上記監視制御対象から入力してS/Wで処理可能な実情報ラベル形式に変換する実情報入力部と、
実情報ラベル形式に変換後の上記状態情報を、分離情報ラベル形式にラベル変換して出力する入力分離処理部と、
分離情報ラベル形式にラベル変換後の上記状態情報に基づいて上記所定の制御演算を行い、分離情報ラベル形式の制御情報を出力する制御演算部と、
上記制御演算部からの上記制御情報を、実情報ラベル形式にラベル変換する出力分離処理部と、
実情報ラベル形式にラベル変換後の上記制御情報を、物理信号に変換して上記監視制御対象へ出力する実情報出力部と、
上記制御演算部からの出力である分離情報ラベル形式の上記制御情報を入力として、上記監視制御対象を模擬して分離情報ラベル形式の模擬状態情報を出力するシミュレータ部と、
上記監視制御対象を監視制御する実運用と、上記シミュレータ部を動作させる模擬運用とを切り換える切り換え手段とを備えることを特徴とする監視制御装置。 - 上記制御演算部は、入力側が上記入力分離処理部に接続され、出力側が上記出力分離処理部に接続され、
上記シミュレータ部は、入力側が上記出力分離処理部に、出力側が上記入力分離処理部に切り換え可能に接続され、
上記切り換え手段は、模擬運用時に、上記シミュレータ部と上記出力分離処理部、上記入力分離処理部との間で情報授受するように切り換えて、上記制御演算部への入力元および該制御演算部からの出力先を上記シミュレータ部に切り換えることを特徴とする請求項1に記載の監視制御装置。 - 模擬運用時に、上記実情報入力部での処理および上記実情報出力部での処理が停止されることを特徴とする請求項1または2に記載の監視制御装置。
- 上記入力分離処理部で生成する分離情報ラベル形式の上記状態情報は、出力ビットと、外部から設定可能で入力除外を示すステータスビットとを有し、上記ステータスビットが入力除外を示すとき、上記入力分離処理部は、上記出力ビットの値を強制的に0とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の監視制御装置。
- 所定の周期で繰り返し、実運用/模擬運用のいずれかの動作により実情報ラベル形式および分離情報ラベル形式の各情報の更新を行い、ある時点の全情報を外部からの要求により格納部に格納することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の監視制御装置。
- 外部からの要求により上記格納部の情報を読み出して模擬運用に用いることを特徴とする請求項5に記載の監視制御装置。
- 上記制御演算部で用いる制御演算プログラムおよび上記シミュレータ部で用いるシミュレーションプログラムを変更する外部の保守ツールを該監視制御装置に接続可能とし、上記保守ツールにより制御演算プログラムの変更および上記シミュレーションプログラムの変更を並行して処理可能としたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の監視制御装置。
- 実情報ラベル形式および分離情報ラベル形式の各情報を表示する表示部を備え、該表示部は上記保守ツールの表示部を兼用することを特徴とする請求項7に記載の監視制御装置。
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