JP5523939B2 - 制御システムを変更する方法、及び変換装置 - Google Patents
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Description
CPUカードは、制御システムを動作させるプログラムを実行する装置である。
IOカードは、センサやアクチュエータと通信する端子ボードと接続し、入出力処理を行う装置である。そして、CPUカードとIOカードとは、所定の通信プロトコルを用いて情報のやりとりを行う。
以下、図面を参照しながら本発明の第1の実施形態について詳しく説明する。
図1は、第1の実施形態におけるCPUカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとを2つずつ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ及びアクチュエータを備える。
CPUカード変更前のタービン制御システムは、ガスタービン500(制御対象機器)と通信状態にあり、既設CPUカード901(既設の制御装置)、既設IOカード902−1〜902−4(既設の入出力装置:以下、既設IOカード902−1〜902−4を総称する場合は既設IOカード902と表記する)、既設端子ボード903−1〜903−4(以下、既設端子ボード903−1〜903−4を総称する場合は既設端子ボード903と表記する)、アクチュエータ300−1、300−3、センサ300−2、300−4(以下、アクチュエータ300−1、300−3、センサ300−2、300−4を総称する場合はセンサ・アクチュエータ300と表記する)を備える。
既設IOカード902は、ガスタービン500との間で情報の入出力を行う。また、既設IOカード902は、第1の通信プロトコルを用いて通信を行うことができる。
アクチュエータ300−1、300−3は、既設端子ボード903を介して入力する情報に基づいてガスタービン500を駆動させる。
センサ300−2、300−4は、ガスタービン500から所定の物理量を計測し、当該物理量を示す信号を既設端子ボード903に出力する。
既設CPUカード901は、既設IOカード902、既設端子ボード903、センサ・アクチュエータ300の組のそれぞれと、既設IOカード902と第1の通信プロトコルを用いて通信する。
まず、既設CPUカード901を、新設CPUカード201に交換する(第1のステップ)。新設CPUカード201は、ガスタービン500の状態を示すセンシング情報を収集し、当該センシング情報に基づいてガスタービン500の動作を制御する機能を有する。また、新設CPUカード201は、第2の通信プロトコル(例えば、Ethernet(登録商標))を用いて通信を行う機能を有する。
次に、第1のステップで設けた新設CPUカード201と既設IOカード902との間に、第1の通信プロトコルと第2の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ100を設ける(第2のステップ)。
コンバータ100は、第1の通信部101−1、101−2(以下、第1の通信部101−1、101−2を総称する場合は第1の通信部101と表記する)、DMAC(メモリアクセスユニット:Direct Memory Access Controller)102−1、102−2(以下、DMAC102−1、102−2を総称する場合はDMCA102と表記する)、変換部103、第2の通信部104を備える。
第2の通信部104は、新設CPUカード201と第2の通信プロトコルで通信する。
また、変換部103は、第1の通信部101に出力する情報及び第2の通信部104に出力する情報を記憶するメモリ(図示せず)を備え、当該メモリは、第1の通信部101に送信する情報を蓄積する第1の記憶領域と、第2の通信部104に送信する情報を蓄積する第2の記憶領域とを有する。
なお、本実施形態では、コンバータ100が第1の通信部101を2つ有する場合を例に説明するが、これに限られず、第1の通信部101を3つ以上備えるようにしても良い。
まず、新設CPUカード201がアクチュエータ300−1、300−3に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
図3は、新設CPUカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第1のタイムチャートである。
そして、第1の通信部101は、自身の送信バッファに記録された制御情報を既設IOカード902に送信する。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ100の代わりに、第1の通信部101を1つだけ備える通常のコンバータを用いてCPUカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、新設CPUカード201がアクチュエータ300−1、300−3に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
図5は、新設CPUカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第2のタイムチャートである。
既設IOカード902−2、902−4は、それぞれ既設端子ボード903−2、903−4を介してセンサ300−2、300−4から物理量を示す信号を入力すると、第1の通信部101−1、101−2に当該信号を送信する。
次に、変換部103は、メモリの第2の記憶領域に記憶する情報の通信プロトコルを、順次第2の通信プロトコルに変換する。そして、第2の通信部104は、変換部103が変換した情報を順に新設CPUカード201に転送する。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ100の代わりに、第1の通信部101を1つだけ備える通常のコンバータを用いてCPUカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、センサ300−2、300−4が新設CPUカード201にセンシング情報を出力する場合の動作を説明する。
第1の通信部101は、信号を受信した順に、変換部103に当該信号が示す情報を出力する。次に、変換部103は、第1の通信部101から入力した情報の通信プロトコルを、順次第2の通信プロトコルに変換する。そして、第2の通信部104は、変換部103が変換した情報を順に新設CPUカード201に転送する。
他方、本実施形態によれば、タービン制御システムの変更において、第1の通信部101を複数個備えるコンバータ100を設けることで、ボトルネックとなる既設IOカードとの通信処理を並列処理することができる。これにより、図3、図5に示すように、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができる。
図7は、ガスタービンの概略構成図である。
ガスタービン500は、大気(外部空気)から圧縮機501へと吸い込まれる吸込空気Aを圧縮機501によって圧縮して燃焼器502に供給し、燃焼器502で燃料Fと混合して燃焼させて燃焼ガスGを生成し、これをタービン503内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ504を回転させて発電機505で発電を行うことが可能である。
回転数センサ302は、ガスタービン500のロータ504の回転数を計測するセンサである。
空気流量制御装置303は、ガスタービン500の圧縮機501に設けられる入口ガイドベーンの開度を制御することで、圧縮機501へ吸い込まれる吸込空気Aの流量の調整を行うアクチュエータである。
電力計304は、ガスタービン500の発電機505による出力電力量を計測するセンサである。
排ガス温度センサ305は、ガスタービン500のタービン503から排出される排ガスの温度を計測するセンサである。
空気温度センサ306は、ガスタービン500の圧縮機501へ吸い込まれる吸込空気Aの温度を計測するセンサである。
燃料圧力・温度センサ307は、ガスタービン500の燃焼器502に供給される燃料Fの圧力、及び燃料Fの温度を計測するセンサである。
圧縮空気圧力センサ308は、ガスタービン500の圧縮機501が圧縮した吸込空気の圧力を計測するセンサである。
ガスタービン500が稼動開始すると、回転数センサ302、電力系304、排ガス温度センサ305、空気温度センサ306、燃料圧力・温度センサ307、圧縮空気圧力センサ308は、それぞれガスタービン500から物理量を計測し、既設端子ボード903、既設IOカード902を介してコンバータ100に当該物理量を示すセンシング情報を、第1の通信プロトコルを用いて送信する。
なお、ここで説明した燃料流量及び空気流量の決定方法は、一例であり、その他の方法によって決定を行っても良い。
コンバータ100の第2の通信部104が新設CPUカードから制御情報を受信すると、変換部103は、当該制御情報の通信プロトコルを第1の通信プロトコルに変換する。次に、第1の通信部101は、変換部103が変換した制御情報を、第1のプロトコルを用いて、既設IOカード902−1、902−3に送信する。
既設IOカード902−1は、受信した制御情報を燃料流量制御装置301に出力し、燃料流量制御装置301は、入力した制御情報に基づいてガスタービン500の燃料流量を制御する。また、既設IOカード902−3は、受信した制御情報を空気流量制御装置303に出力し、空気流量制御装置303は、入力した制御情報に基づいてガスタービン500の空気流量を制御する。
以下、図面を参照しながら本発明の第2の実施形態について詳しく説明する。
第1の実施形態では、CPUカードを1つ備えるタービン制御システムの変更方法について説明した。ここで、第2の実施形態では、CPUカードを複数備えるタービン制御システムの変更方法について説明する。
第2の実施形態におけるCPUカード変更前のタービン制御システムは、複数の既設CPUカード901−1〜901−3を備える。また、既設CPUカード901−1〜901−3同士は、既設バス401を介して相互に接続され、第1の通信プロトコルで通信することができる。
また、既設CPUカード901−1〜901−3はそれぞれ、第1の実施形態におけるCPUカード変更前のタービン制御システムの構成と同様に、複数の既設IOカード902と接続される。
なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとをそれぞれ3つずつ有し、CPUカードを3つ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ・アクチュエータ及びCPUカードを備える。
図10は、第2の実施形態におけるCPUカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、複数の既設CPUカード901−1〜901−3を、それぞれ新設CPUカード201−1〜201−3に交換する(第1のステップ)。
次に、第1のステップで設けた新設CPUカード201−1〜201−3と既設IOカード902との間に、新設CPUカード201−1〜201−3それぞれと対応してコンバータ100−1〜100−3を設ける。なお、コンバータ100−1〜100−3は、第1の実施形態のコンバータ100と同じものである。そして、新設CPUカード201−1〜201−3とコンバータ100−1〜100−3との間に新設バス402を設け、新設CPUカード201−1〜201−3とコンバータ100−1〜100−3とをそれぞれ新設バス402により接続する(第2のステップ)。つまり、コンバータ100−1〜100−3の第2の通信部104は、新設バス402を介して、新設CPUカード201−1〜201−3と第2の通信プロトコルを用いて通信することができる。
具体的には、例えば図9に示すCPUカード変更前のタービン制御システムにおいて、既設CPUカード901−1がセンサ300−6からセンシング情報を取得する場合、以下に示す処理を実行する必要がある。
まず、既設CPUカード901−1は、既設バス401を介して既設CPUカード901−3に、センサ300−6のセンシング情報の取得依頼を送信する。既設CPUカード901−3は、センシング情報の取得依頼を受信すると、既設IOカード902−6を介してセンサ300−6からセンシング情報を取得する。そして、既設CPUカード901−3は、既設バス401を介して既設CPUカード901−1に当該センシング情報を送信する。これにより、既設CPUカード901−1は、センサ300−6のセンシング情報を取得することができる。
まず、新設CPUカード201−1は、新設バス402を介してコンバータ100−3に、センサ300−6のセンシング情報の取得依頼を出力する。次に、コンバータ100−3は、当該取得依頼の通信プロトコルを変換し、センサ300−6からセンシング情報を取得する。そして、コンバータ100−3は、新設バス402を介して新設CPUカード201−1に当該センシング情報を送信する。
このとき、新設バス402は、第2の通信プロトコルを用いて新設CPUカード201−1とコンバータ100−3とを接続するため、既設バス401を介した通信と比較して高速な通信を可能とする。したがって、新設CPUカード201−1〜201−3とコンバータ100−1〜100−3とを新設バス402を介して接続することで、処理のさらなる高速化を図ることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第3の実施形態について詳しく説明する。
上述した第1の実施形態及び第2の実施形態では、タービンの動作に対する影響を最小限にするためCPUカードのみを変更する方法について説明した。しかし、CPUカードの変更の後、タービンの動作に問題が無いことを確認した後には、IOカード及び端子ボードも新しいものに変更することが好ましい。
第3の実施形態では、CPUカードの変更の後に、IOカード及び端子ボードの変更を行うタービン制御システムの変更方法について説明する。
第3の実施形態におけるCPUカード変更前のタービン制御システムの構成は、第1の実施形態におけるCPUカードのタービン制御システムの構成(図1を参照)と同じである。
初めに、既設CPUカード901を、新設CPUカード201に交換する(第1のステップ)。次に、第1のステップで設けた新設CPUカード201と既設IOカード902との間に、第1の通信プロトコルと第2の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ110を設ける(第2のステップ)。
ここで、第3の実施形態におけるコンバータ110は、第1の実施形態におけるコンバータ100の構成に加えて、第3の通信部105と切替部106を更に備えるものである。
第3の通信部105は、第2の通信部104を介して新設CPUカード201と接続し、後述する新設IOカード202と第2の通信プロトコルで通信する。
切替部106は、既設IOカード902及び新設IOカード202と接続し、既設IOカード902及び新設IOカード202の何れか一方から入力した情報を、新設CPUカード201に出力する。
図12は、第3の実施形態におけるIOカード及び端子ボードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、図12に示すように、既設端子ボード903−1、903−2を新設端子ボード203−1、203−2(以下、新設端子ボード203−1、203−2を総称する場合は、新設端子ボード203と表記する)に変更する。新設端子ボード203は、新設IOカード202及び既設IOカード902と接続し、新設IOカード202及び既設IOカード902の何れか一方から入力した情報をセンサ・アクチュエータ300に出力する。
新設端子ボード203は、新設IOカード202の入力端子、既設IOカード902の入力端子、センサ・アクチュエータ300への出力端子、スイッチ、切替部を備える。
スイッチは、新設IOカード202の入力端子または既設IOカード902の入力端子の何れかから入力した信号をセンサ・アクチュエータ300への出力端子へ出力する。
切替部は、外部から通信先切換信号を入力し、当該通信先切換信号が示すIOカードの入力端子にスイッチを接続させる。
新設IOカード202は、既設IOカード902と同じセンサ・アクチュエータ300に対する入出力処理を行う機能を有する。また、新設IOカード202は、第2の通信プロトコルを用いてコンバータ110と通信を行う機能を有する。
そして、コンバータ110の切替部106、及び新設端子ボード203−1によって、新設CPUカード201と通信を行うIOカードを、新設IOカード202及び既設IOカード902の何れかに切り替える(第4のステップ)。
また、新設IOカード202は、新設CPUカード201と第2の通信プロトコルで通信を行うことができる。これにより、コンバータ110の切換部106、及び新設端子ボード203がIOカードを新設IOカード202に切り替えることで、タービン制御システムの処理速度をさらに向上させることができる。
以下に、コンバータ110及び新設端子ボード203による接続先の切り換えを自動で行う方法を説明する。
まず、コンバータ110による接続先の切り換え方法を説明する。
センサ300−2がガスタービン500から所定の物理量を計測すると、センサ300−2は、新設端子ボード203−2に計測した物理量を示す信号を出力する。新設端子ボード203−2は、センサ300−2から入力した信号を、新設IOカード202−2及び既設IOカード902−2に出力する。
そして、新設IOカード202−2は、入力した信号が示すセンシング情報を、第2の通信プロトコルを用いて第3の通信部105に送信する。第3の通信部105は、受信したセンシング情報を第2の通信部104に出力する。
他方、切換部106は、第2の通信部104が変換部103から入力したセンシング情報と、第3の通信部105から入力したセンシング情報とが異なる値を示す場合、新規CPUカード201との接続先を、既設IOカード902に切り替える。
これにより、切換部106は、新設IOカード202の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
新設CPUカード201がアクチュエータ300−1への制御情報を出力すると、第2の通信部104は、当該制御情報を受信し、変換部103及び第3の通信部105に転送する。
第3の通信部105は、第2の通信部104から転送された制御情報を、新設IOカード202−1に送信し、新設IOカード202−1は、受信した制御情報を新設端子ボード203−1に出力する。このとき、新設端子ボード203−1は、受信した制御情報を内蔵する記憶回路に記憶しておく。
他方、新設端子ボード203−1は、記憶回路に記憶している制御情報と既設IOカード902−1から入力した制御情報とが異なる値を示す場合、アクチュエータ300−1との接続先を、既設IOカード902に切り替える。
これにより、新設端子ボード203は、新設IOカード202の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
例えば、本実施形態では、コンバータ110がDMAC102を備え、DMAC102が変換部103と第1の通信部101とのメモリ情報の転送処理を行う場合を説明したが、これに限られず、コンバータ110は、DMAC102を必ずしも備えていなくても良い。
Claims (6)
- 制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、
前記入出力装置との間で第1の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第1のステップと、
前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第1の通信プロトコルと第2の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第2のステップと、
前記新たな入出力装置を前記変換装置に接続させる第3のステップと、
前記新たな制御装置との通信先を切り替える第4のステップと
を備え、
前記変換装置は、
1つまたは複数の前記入出力装置と前記第1の通信プロトコルで通信する複数の第1の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第2の通信部と、
前記第1の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第2の通信部と接続されて、前記第1の通信プロトコルと前記第2の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と
前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第3の通信部と、
前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置か前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部と
を有し、
前記第4のステップでは、前記変換装置の切替部によって前記新たな制御装置との通信先を通信先を切り替える
ことを特徴とする制御システムを変更する方法。 - 前記第4のステップでは、前記第1の通信手段が出力する情報と前記第3の通信手段が出力する情報が一致する場合に、前記切替部によって前記新たな入出力装置に接続先を切り替え、前記第1の通信部が出力する情報と前記第3の通信部が出力する情報が一致しない場合に、前記切替部によって前記既設の入出力装置に接続先を切り替える
ことを特徴とする請求項2に記載の制御システムを変更する方法。 - 制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、
前記入出力装置との間で第1の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第1のステップと、
前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第1の通信プロトコルと第2の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第2のステップとを備え、
前記変換装置は、
1つまたは複数の前記入出力装置と前記第1の通信プロトコルで通信し、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備える複数の第1の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第2の通信部と、
前記第1の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第2の通信部と接続されて、前記第1の通信プロトコルと前記第2の通信プロトコルとを相互に変換し、前記第1の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備える変換部と、
前記第1の通信部のバッファと前記変換部のメモリとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットと
を有することを特徴とする制御システムを変更する方法。 - 前記制御システムは既設の制御装置を複数備え、
前記第1のステップでは、複数の既設の制御装置を前記新たな制御装置に交換し、
前記第2のステップでは、前記変換装置を前記新たな制御装置それぞれと対応して設けるとともに、前記複数の新たな制御装置と前記複数の変換装置とをバスにより接続すること
を特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の制御システムを変更する方法。 - 制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第1の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、
1つまたは複数の前記入出力装置と前記第1の通信プロトコルで通信する複数の第1の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第2の通信部と、
前記第1の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第2の通信部と接続されて、前記第1の通信プロトコルと前記第2の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と、
前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第3の通信部と、
前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置か前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部と
を有することを特徴とする変換装置。 - 制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第1の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、
1つまたは複数の前記入出力装置と前記第1の通信プロトコルで通信し、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備える複数の第1の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第2の通信プロトコルで通信する第2の通信部と、
前記第1の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第2の通信部と接続されて、前記第1の通信プロトコルと前記第2の通信プロトコルとを相互に変換し、前記第1の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備える変換部と、
前記第1の通信部のバッファと前記変換部のメモリとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットと
を有することを特徴とする変換装置。
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