JPH04332001A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機を用い、所定の
制御機能をソフトウェアで実行する複数の機能ブロック
を組み合わせて制御系を構築するようにしたプロセス制
御装置に関し、さらに詳しくは、ユーザが望む制御特性
を全体に影響を与えないで部分的に機能ブロックの実行
順序を変更することができるようにしたプロセス制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機を用い、所定の制御機能をソフト
ウェアで実行する複数の機能ブロックを組み合わせて制
御系を構築するようにしたプロセス制御装置が、従来よ
り分散形制御システムとして実用化されている。複数の
機能ブロックとしては、例えばフィードバック制御を実
行する制御計器として機能するブロック、シーケンス制
御を実行するシーケンス制御計器として機能する機能ブ
ロック、各種の演算を実行する演算機能ブロックなどが
あり、これらを適用するプロセスに応じて適宜組合わせ
、大きな制御系（ループ）を構築するようになっている
。この様な各種の機能ブロックを実行する計算機は、理
想的には並列実行できるものが望ましいが、現在のディ
ジタルコンピュータ上で実現する限りでは、何等かの順
序で逐次実行することになる。このとき、実行順序の選
び方によって制御系の動特性が異なることが一般的で、
最悪の場合は、望む制御特性が得られない場合もある。 したがって、計算機によって実現するプロセス制御装置
においては、ユーザが望む制御特性を得るために、任意
の順序で機能ブロックを実行できるようにすることが必
要になる。図５及び図６は、この種のプロセス制御装置
において、従来の機能ブロックの実行順序の制御手法を
示す概念図である。図５は、定義順実行方式を示すもの
で、図示するように、機能ブロックＢＫ１，ＢＫ２…の
ように並び順（番号が付されていれば番号順）に実行す
る方式である。　　図６は、実行順序定義テーブル方式
を示すもので、各機能ブロックには、図示するようにそ
の機能ブロックを代表する番号が付されていて、実行順
序を定義した定義テーブルＴＬを用意し、その定義順に
実行する方式である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す定義順実行方式は、単純であるという利点があるが
初期の制御系を構築した後、稼動状況に応じて機能ブロ
ックを追加しようとすると、次のような問題点が生ずる
。 （ａ）　新しく追加する機能ブロックは、既に存在する
機能ブロックの一番最後になってしまう。この為に、ユ
ーザが希望する実行順序はほとんど得られない。 （ｂ）　どうしても、実行順序を変更したい場合、各機
能ブロックに付したブロック番号を順次変更して、追加
する機能ブロックを挿入するという複雑な手間が必要に
なる。この場合、ブロック番号を順次変更したことによ
り、それらの機能ブロックを利用している他の制御ルー
プでの定義情報も変更する必要が生じ、部分的な修正が
他へ影響することとなる。 （ｃ）　この様な影響を回避するために、当初機能ブロ
ックを割り付けるときに、増設用に適宜空きブロック番
号を挾み込んでおけばよいが、この場合、不要な機能ブ
ロックを予め用意することとなり、ソフトウェア資源の
無駄使いになる。 図６に示した実行順序定義テーブル方式は、任意の順序
で機能ブロックを実行できるために、後から追加した機
能ブロックでも既設の機能ブロックの間に自由に挟み込
むことができ、図５の方式の問題点を解決することがで
きる。ところが、制御系の規模が大きくなる場合、次の
ような問題を生ずる。 （ａ）　極めて局所的に実行順序を変更したいときでも
、全機能ブロックの実行順序定義テーブルを入れ替える
ことになる。実行順序テーブルの修正は、機能ブロック
の実行処理プログラムに影響を与えるので、少なくとも
テーブルのローディング直前には、実行を停止する必要
がある。この為に局所的な変更でも、制御系全体の制御
動作に影響を与えてしまう。 （ｂ）　制御系が大規模化すると、ユーザは制御系全体
を均一に認識しなくなる。その理由は、対象プロセスの
区切りに合わせてグルーピングを行い、一つのプロセス
領域に対する局所的な保守と、制御系全体を見る大局的
な保守とを区別して認識するようになるからである。全
体を一括して取り仕切る実行順序定義テーブルは、制御
系全体の構成を変更するものである。この為に一つの領
域に対する局所的な保守操作が、他の領域に対する保守
に干渉する恐れが生じてくる。 本発明は、これらの点に鑑みてなされたもので、機能ブ
ロックを組み合わせて大規模な制御系を構築する場合、
局所的な変更が制御系全体の動作に影響を与えず、また
、大局的保守や局所的な保守からなる階層的な保守のア
プローチをとるユーザに対しても、局所的な保守による
操作が制御系内の他の領域の保守に与える干渉を最小限
にできるプロセス制御装置を提供することを目的とする
。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この様な目的を達成する
本発明は、所定の制御機能をソフトウェアで実行する複
数の機能ブロックを組み合わせて制御系を構築するプロ
セス制御装置において、前記機能ブロックを複数個組み
合わせてひとまとまりの制御系を実現する制御ドローイ
ングと、前記制御ドローイングを複数個集合して一つの
制御系統を実現する複数の制御エリアと、前記制御エリ
ア毎に用意され、前記制御ドローイングの実行順序を規
定するドローイング実行制御テーブルと、このドローイ
ング実行制御テーブルにリンクしていて、当該ドローイ
ング内の機能ブロックの実行順序を規定する機能ブロッ
ク実行制御テーブルとを備え、各制御エリアの中での制
御ドローイング，機能ブロックは各実行制御テーブルの
定義に従って逐次実行されるようにしたことを特徴とす
るプロセス制御装置である。

【０００５】

【作用】制御装置内には、複数の制御エリアが用意され
ている。これらの制御エリア内には、制御ドローイング
を単位にして制御系が組まれている。さらに、各制御ド
ローイングは、複数の機能ブロックを組合わせて形成さ
れている。各制御エリア内での、制御ドローイング，機
能ブロックは、ドローイング実行制御テーブルとこのテ
ーブルにリンクしている機能ブロック実行制御テーブル
の定義にしたがって逐次実行される。

【０００６】

【実施例】以下図面を用いて、本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の装置の一実施例を示す構成
概念図である。図においてＣＳはプロセス制御装置で、
フィールドに設置した各センサからのプロセス信号ＰＶ
を入力し、これらのプロセス信号に対して制御装置内に
複数の機能ブロックを組合わせて構築された制御系を経
て制御出力ＭＶを求め、それをバルブ等に出力するもの
である。この中には、フィードバック制御演算機能を持
つ機能ブロックやシーケンス制御を行う機能ブロック、
数値・論理演算などを行う機能ブロック等の各機能ブロ
ック１が複数個用意されている。プロセス制御装置ＣＳ
において、２ａ，２ｂ，２ｃ…は機能ブロック１を複数
個組み合わせてひとまとまりの制御系を実現する制御ド
ローイングである。この制御ドローイングは、ひとまと
まりの制御単位とみなすことができる機能ブロックの最
小の集合で、プロセス制御で定義されている「機器（Ｅ
ｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍｏｄｕｌｅ）」程度の規模の制御
系を想定している。３ａ，３ｂ…は制御ドローイング２
を複数個集合して一つの独立な制御系を実現する制御エ
リアである。この制御エリアは、数個の「装置（Ｕｎｉ
ｔ）を包含する系統（Ｔｒａｉｎ）　あるいはエリア（
Ａｒｅａ）」程度の範囲の制御系を実現する規模を想定
している。４は制御エリア３ａ，３ｂ毎に用意され、制
御ドローイング２の実行順序を規定するドローイング実
行制御テーブル、５はドローイング実行制御テーブル４
にリンクしていて、ドローイング２内の機能ブロック１
の実行順序を規定する機能ブロック実行制御テーブルで
ある。各制御エリア３の中での制御ドローイング２，機
能ブロック１は各実行制御テーブル４，５の定義に従っ
て逐次実行されるように構成されている。

【０００７】図２は、制御ドローイング２と機能ブロッ
クとの関係を示す概念図である。ここでは、（ａ）に示
すような重合釜の温度を外釜に供給する加熱流体の流量
を調節することで制御を行う制御系の例を示している。 この様なひとまとまりの制御系を構築するために、複数
の機能ブロック１を（ｂ）に示すように組合わせて、一
つの制御ドローイング２が構成される。この制御ドロー
イング２において、１１（タグ名ＴＩＣ１０２）は、釜
内の温度信号（Ｔ１ＩＮ）を入力とする温度調節計とし
て機能する機能ブロックであり、１２（タグ名Ｘ１０３
）は温度調節計としての機能ブロック１１からの信号と
、釜に導入される原材料の流量信号（Ｆ１ＩＮ）とを入
力する演算器として機能する機能ブロックであり、１３
は加熱流体の流量信号（Ｆ２ＩＮ）、圧力信号（ＰＩＮ
）、温度信号（Ｔ２ＩＮ）を入力する演算器として機能
する機能ブロックである。また、１４（タグ名ＦＩＣ１
０１）は演算器として機能する機能ブロック１２からの
信号が設定値ＳＶとして印加され、演算器として機能す
る機能ブロック１３からの信号がプロセス信号ＰＶとし
て印加される流量調節計として機能する機能ブロックで
、ここからの出力ＭＶ（ＶＯＵＴ）は、バルブなどの操
作端に出力されるようになっている。この様な制御系で
形成される制御ドローイング２は、例えば釜内に投入し
た原材料の加熱制御を行うための制御単位となっている
。

【０００８】図１において、制御エリア３ａに含まれて
いる各制御ドローイングは、この様なひとまとまりの制
御を実行するものであり、例えば制御ドローイング２ａ
が加熱制御を実行し、制御ドローイング２ｂは、例えば
釜内の材料の攪拌制御を実行するものであり、制御ドロ
ーイング２ｃは、例えば攪拌済みの材料を釜から払出す
制御を実行するものとなっていて、これら制御エリア内
の各制御ドローイングの実行により、ひとつの系統のプ
ロセス制御が実現される。図３は、各エリア３ａ，３ｂ
…と、これらの各エリアが担当するプロセス制御系との
関係を示す図である。エリア３ａは第１系統のプロセス
制御を担当し、エリア３ｂは第１系統と独立した第２系
統のプロセス制御を担当するもので、各制御エリアは、
それぞれ非同期で実行される。

【０００９】図４は、各制御エリアの中で、制御ドロー
イング，機能ブロックの実行順序を管理する各テーブル
の構成概念図である。制御ドローイング実行制御テーブ
ル４は、制御ドローイングの処理順序を指定するもので
、その処理の順番は、先頭ドローイング番号（先頭ＤＲ
Ｗ＃）ポインタが指す制御ドローイングから処理が開始
され、ひとつのドローイング内の処理が全て終わったら
次に１次リンク方向に指定されているドローイングが指
定されるように構成してある。機能ブロック実行制御テ
ーブル５は、機能ブロックの実行順序を指定するもので
、その処理の順番は、先頭ブロック番号ポインタが指す
機能ブロックから処理を始め、その機能ブロックでの処
理が終了すると、２次リンク（ブロックリンク）に従っ
て、次の機能ブロックが処理されるように構成されてい
る。ここで各機能ブロックが用いる各種のデータベース
は、それぞれ制御エリアごとに構築されるようになって
いる。

【００１０】このように構成した装置の動作を、次に制
御実行時の動作と、機能ブロック実行順序を変更する時
の動作とに分けて説明する。 （制御実行時の動作）各制御エリアの機能ブロック処理
を実行するプログラムは、それぞれ独立タスクとして動
作している。また、機能ブロック処理を実行するプログ
ラムは、定周期で、ドローイング実行制御テーブル４で
示される先頭ドローイング番号（先頭ＤＲＷ＃）ポイン
タが指す制御ドローイングから処理を開始する。各制御
ドローイングでの処理では、１次リンクノードの先頭ブ
ロック番号ポインタが指す機能ブロックから処理が開始
される。その機能ブロックの処理が完了すると、機能ブ
ロック実行テーブル５の２次リンク（ブロックリンク）
に従って順次、次の機能ブロックを処理する。ある制御
ドローイング内の全ての機能ブロックの処理が完了する
と、ドローイング実行制御テーブル４の１次リンク（ド
ローイングリンク）に従って、次の制御ドローイングが
指定される。１次リンクに繋がれた全ての制御ドローイ
ングの処理が完了すると、その周期の制御エリア処理を
終了する。

【００１１】（機能ブロック実行順序変更操作時の動作
）機能ブロックの実行順序を変更する場合、機能ブロッ
ク実行制御テーブル５の内容を変更する。この様な変更
は、制御系を構築するビルダにおいて行えるもので、ビ
ルダから制御エリアを示す制御エリア番号、制御ドロー
イング番号を特定し、機能ブロック実行制御テーブル５
の修正データ（その制御ドローイング内の実行順序に沿
ってブロック番号が列挙されているリストデータ）を制
御装置ＣＳに転送する。この様なリストデータを受けた
制御装置ＣＳは、その修正データに従い、該当する制御
エリアの制御ドローイングの２次リンク（ブロックリン
ク）を修正する。機能ブロックの追加や削除等を行う場
合（制御ドローイングの構成を変化させる場合）も、ビ
ルダから同様にして機能ブロック実行制御テーブル５の
修正データを制御装置に送ることにより実現できる。

【００１２】なお、この実施例では、制御エリア処理を
行うプログラムは、各制御エリアごとに別タスクである
ことを想定したが、例えば時分割スケジューリングする
ことにより同一タスクであっても同等に機能させること
が可能である。また、制御ドローイング実行制御テーブ
ル４および機能ブロック実行制御テーブル５について、
いずれも双方向にリンクするものを例示したが、双方向
リンクすることにより、リンク内の要素を特定しての追
加、削除，検索を高速に行えるメリットがある。しかし
、この様なメリットを希望しない場合は、例えば２次リ
ンク（ブロックリンク）について片方向リンクとしても
よい。

【００１３】

【効果】以上詳細に説明したように、本発明は、一つの
制御エリアごとに制御エリア内の制御ドローイングの実
行順序を指定する制御ドローイング実行制御テーブルを
用意すると共に、各制御ドローイングごとにも独立した
機能ブロック実行制御テーブルを用意したもので、これ
により、ある制御ドローイングの機能ブロックの追加，
削除，実行順序の変更等の局所的な保守を、他の制御ド
ローイングの構成や実行に影響を一切与えないで行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置の一実施例を示す構成概念図であ
る。

【図２】制御ドローイングと機能ブロックとの関係を示
す概念図である。

【図３】各制御エリアとこれらの各エリアが担当するプ
ロセス制御系との関係を示す図である。

【図４】各制御エリアの中で、制御ドローイング，機能
ブロックの実行順序を管理する各テーブルの構成概念図
である。

【図５】従来の機能ブロックの実行順序の制御手法を示
す概念図である。

【図６】従来の機能ブロックの実行順序の制御手法を示
す概念図である。

【符号の説明】

ＣＳ　　プロセス制御装置 １　　機能ブロック ２　　制御ドローイング ３　　制御エリア ４　　ドローイング実行制御テーブル ５　　機能ブロック実行制御テーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定の制御機能をソフトウェアで実行する
   複数の機能ブロックを組み合わせて制御系を構築するプ
   ロセス制御装置において、前記機能ブロックを複数個組
   み合わせてひとまとまりの制御系を実現する制御ドロー
   イングと、前記制御ドローイングを複数個集合して一つ
   の制御系統を実現する複数の制御エリアと、前記制御エ
   リア毎に用意され、前記制御ドローイングの実行順序を
   指定するドローイング実行制御テーブルと、このドロー
   イング実行制御テーブルにリンクしていて、当該ドロー
   イング内の機能ブロックの実行順序を指定する機能ブロ
   ック実行制御テーブルとを備え、各制御エリアの中での
   制御ドローイング，機能ブロックは各実行制御テーブル
   の定義に従って逐次実行されるようにしたことを特徴と
   するプロセス制御装置。