JPH08106301A - プラントプロセス制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】２重系と３重系の制御ループを併存させ、極
力、簡易かつ安価なハードウエア構成で、合理的なプラ
ント制御を行なう手段を提供すること。 【構成】各制御ループに対して予め定められた処理を行
なう３重系の処理装置と、各処理装置に接続する３重系
のデータ伝送路と、プラントプロセスとの間で信号を送
受信する複数の端末装置とを備える。そして、全端末装
置のうちの一部は、３重系のデータ伝送路の各々と接続
される３重系の装置であり、残りの端末装置は、３重系
のデータ伝送路のうち２系のデータ伝送路と接続される
２重系の装置である。この際、各制御ループは、処理装
置、データ伝送路、端末装置、および、プラントプロセ
スを含んで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】プラントプロセスを制御するため
に、冗長化された、端末装置、伝送路、および処理装置
を少なくとも含んで構成される制御システムに係り、特
に、冗長構成が異なる端末装置を備えるシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラントプロセスを制御するため
の制御システムを冗長構成とし、システムの一部に故障
が発生しても、その機能を喪失することがないように制
御を行なうシステムが提案されていた。

【０００３】かかるシステムの構成例として、プラント
プロセスとの間で信号を送受信する端末装置に、光多重
伝送路を接続し、さらに、光多重伝送路を制御処理装置
に接続した構成が一般的である。そして、制御処理装
置、光多重伝送路および端末装置の、各々を３重の冗長
構成としている。

【０００４】その結果、プラントプロセスからの信号を
端末装置が入力し、該信号を光多重伝送路を介して制御
処理装置に送り、さらに、制御処理装置は、送られてき
たプラントプロセスからの出力信号に基づいて、予め定
めた処理を行ない、処理結果に応じた信号を、光多重伝
送路、端末装置を介して、プラントプロセスへ与える、
一連の制御を行なう制御ループも３重の冗長構成となっ
ていた。

【０００５】この場合、すべての制御ループを３重の冗
長構成とすることによって、システムの一部に故障が発
生しても、プラント全体として機能を喪失することがな
いように運用を行なうことによって、フォールトトレラ
ンス機能を実現していた。

【０００６】このフォールトトレランス機能により、例
えば、３重系のうちの１系が故障した場合には、３重系
から２重系へと縮退運用を行なうことになる。なお、こ
のような技術は、公知、公用の技術であり、制御ループ
を３重系の冗長構成とするプラント制御システムは、化
学、原子力等の各種の産業分野において採用されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような、制御ループを３重系の冗長構成とするプラント
制御システムにおいては、優れたフォールトトレランス
機能を有するものの、当然のことながら、システムのハ
ードウエアの規模が増大し、システム全体のスマート化
を行なうことができない。また、システムコストも高く
なってしまうという問題点があった。

【０００８】また、すべての制御ループを、フォールト
トレランス機能を実現するための最低限の冗長数であ
る、２重系で冗長構成することも考えられるが、この場
合、上述のような、全ての制御ループを３重系の冗長構
成とするシステムに比べて、システム規模の増大や、コ
ストの上昇は招かないものの、信頼度の面で劣ることに
なる。

【０００９】特に、化学プラントや原子力プラント等に
おいて、制御ループに対する制御動作が異常になると、
プラント全体としての機能の喪失、あるいは、低下に直
結する制御ループに対しては、３重系の冗長構成とする
ことがよく行なわれる。

【００１０】そこで、本発明の目的は、制御系の特質等
を参照して、適宜制御ループの冗長数を変えた構成と
し、異なる冗長構成、すなわち３重系と２重系の冗長構
成を混在させ、上記問題点を解決する手段を提供するこ
とにある。

【００１１】また、このような手段において提案されて
いなかった、プラントを運用しながらの保守、点検作業
のための手段も提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、本発
明の目的を達成するための手段として、以下の手段が考
えられる。

【００１３】すなわち、複数の制御ループを有し、各制
御ループが、制御対象であるプラントプロセスと信号を
送受信してプラントプロセスの制御を行なうシステムで
あって、各制御ループに対して予め定められた処理を行
なう３重系の処理装置と、各処理装置に接続する３重系
のデータ伝送路と、プラントプロセスとの間で信号を送
受信する複数の端末装置とを備えた手段とする。

【００１４】さらに、前記全端末装置のうちの一部は、
前記３重系のデータ伝送路の各々と接続される３重系の
装置として構成し、また、残りの端末装置は、前記３重
系のデータ伝送路のうち２系のデータ伝送路と接続され
る２重系の装置として構成し、前記各制御ループは、処
理装置、データ伝送路、端末装置、および、プラントプ
ロセスを含んで構成した手段である。

【００１５】さらに、以下のような態様も考えられる。

【００１６】すなわち、上記手段に対してさらに、各制
御ループに対して、プラントプロセスとの間の電気的接
続状態を示す予め用意された少なくとも１以上のモード
のうち、いずれかのモードを設定するモード設定手段
と、モードが設定されると、設定されたモードに対して
予め定めた電気的接続状態となるように、対応する制御
ループを構成する端末装置とプラントプロセスとの間の
電気的接続状態を、所定の状態にする状態設定手段とを
備えた手段である。

【００１７】

【作用】複数の制御ループを有し、各制御ループが、制
御対象であるプラントプロセスと信号を送受信してプラ
ントプロセスの制御を行なう。

【００１８】ここで、各制御ループは、処理装置、デー
タ伝送路、端末装置、および、プラントプロセスを含ん
で構成される。

【００１９】そして、３重系とした処理装置は、各制御
ループに対して予め定められた処理を行ない、また、複
数の端末装置は、プラントプロセスとの間で信号を送受
信する。

【００２０】すなわち、処理装置からの指示に従って、
端末装置は、プラントプロセスからの信号を受け取り、
これをデータ伝送路を介して、処理装置に与える。処理
装置は、与えられた信号に基づいて、予め定められてい
る所定の処理を行ない、処理結果に対応した信号をデー
タ伝送路、端末装置を介して、プラントプロセスに与
え、プラントプロセスの制御を行なう。

【００２１】そして、全端末装置うち、３重系のデータ
伝送路の各々と接続される３重系の装置は、制御ループ
が３重化された装置として機能する。

【００２２】また、３重系のデータ伝送路のうち２系の
データ伝送路と接続される２重系の装置は、制御ループ
が２重化された装置として機能する。

【００２３】特に重要な制御に係っている端末装置を３
重系の装置とし、２重系の端末装置と混在した構成とす
ることにより、合理的、経済的なシステムを実現可能と
し、ハードウエアの規模のスマート化も行なえる。

【００２４】また、モード設定手段により所望のモード
を選択、設定し、状態設定手段によって、制御ループを
構成する端末装置とプラントプロセスとの間の電気的接
続状態を、所定の状態にする。これにより、例えば、制
御ループを構成する端末装置とプラントプロセスとの間
の信号の送受信を行ない両者を電気的に接続する（オン
ラインモード）ことや、制御ループを構成する端末装置
とプラントプロセスとの間の信号の送受信を止め両者を
電気的に分離する（バイパスモード）こと等が可能とな
り、プラントの保守・点検作業等の容易化が図れる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明にかかる実施例について、図面
を参照して説明する。

【００２６】図１に、本発明にかかるシステム全体の構
成例を示す。

【００２７】本実施例は、３重系の処理装置１と、これ
らに接続される３重系の光多重伝送路２と、該光多重伝
送路２に接続される、３重系用現場端末装置４および２
重系用現場端末装置５と、前記処理装置と接続され、プ
ラントプロセス３との間の電気的接続状態等を制御する
ための操作パネルを有して構成される。

【００２８】また、３重系用現場端末装置４（以下、適
宜、単に現場端末装置４と記す）は、３重系ボータ８と
プロセス信号インターフェイス１０を有して構成され、
一方、２重系用現場端末装置５（以下、適宜、単に現場
端末装置５と記す）は、２重系ボータ９とプロセス信号
インターフェイス１１を有して構成されている。

【００２９】そして、制御対象であるプラントプロセス
３と、３重系用現場端末装置４および２重系用現場端末
装置５とは、信号をやりとりして、本システムがプラン
トプロセス３を制御している。

【００３０】また、図示しないがプラントプロセスは、
プラントの状態を示す物理量（プラントプロセスデー
タ）を検出するセンサー、および、プラントの状態を所
望の状態にするためのアクチェータを、複数個備える。

【００３１】そして、各センサーの出力信号は、プラン
トプロセスからの出力信号となり、３重系用現場端末装
置４および２重系用現場端末装置５のいづれかの装置が
備えるプロセス信号インターフェイスが、入力信号とし
て受け付ける。また、各アクチェータに与える信号は、
プラントプロセスへの入力信号として、３重系用現場端
末装置４および２重系用現場端末装置５のいづれかの装
置が備えるプロセス信号インターフェイスが供給する。

【００３２】なお、各センサーの出力信号は、対応する
端末装置、光多重伝送路を介して、自動的に、各処理装
置が備えるメモリ内の所定領域に格納されていき、セン
サーの出力信号のデータは、逐次、更新されていく。同
様に、センサ信号に基づいて、各処理装置が行なう、予
め定めたプログラムによる処理結果も、メモリ内の所定
領域に格納されていき、この格納結果が自動的に、対応
する端末装置、光多重伝送路を介して、アクチェータの
制御信号として、アクチェータに供給される。

【００３３】本実施例の構成において特徴となっている
のは、３重系用現場端末装置４と２重系用現場端末装置
５とが併存し、プラントプロセスの制御を行なっている
ことである。

【００３４】さて、処理装置１は、複数ある制御ループ
Ａ、Ｂ、Ｃ…、…Ｎの各々について予め定めたアルゴリ
ズムにしたがう演算処理を行なう。ここで、処理装置
は、３重の冗長構成となっており、３つの処理装置１
は、各々、全く同様な構成を有し、同様の演算処理を行
なっている。

【００３５】ここで「制御ループ」とは、プラントプロ
セスの状態信号を取込み、それに基づいて所定のアルゴ
リズムにしたがった演算処理を行ない、その演算結果に
対応して、プラントプロセスが備えるアクチュエータに
制御信号を出力することにより、プラントプロセスを制
御する閉ループ系のことをいう。

【００３６】すなわち、本実施例における制御ループ
は、センサと、センサの出力信号を受け取り、また、ア
クチュエータに制御信号を与える端末装置と、各種の信
号を伝送する光多重伝送路と、各種の演算処理を行なう
機能を少なくとも有する処理装置とを含んで構成されて
いる。

【００３７】そして、制御ループごとに、３重系用現場
端末装置４または２重系用現場端末装置５を割り当てる
ことによって、各制御ループの冗長構成を、３重系また
は２重系としている。例えば、制御ループＡに対して
は、３重系用現場端末装置４を割り当て、３重系の冗長
構成とし、残りの制御ループＢ、Ｃ…、…Ｎに対して
は、２重系用現場端末装置５を割り当て、２重系の冗長
構成とすることが、一例として考えられる。

【００３８】また、仮に、制御ループの数が、現場端末
装置の数より多いとしても、１つの現場端末装置が、複
数の制御ループを割り当てるように構成しておけば良
い。

【００３９】一般に、プラントを制御しながら自動運転
を行なうためには、多数の制御ループを、リアルタイム
かつ連続的に動作させる必要があり、プラントの起動、
定常運転、停止動作、異常時対応動作等に対応して、予
め定められているアルゴリズムにしたがって制御が実行
される。一例として、原子力プラントを例にとると、通
常、数千個以上の制御ループを有している。

【００４０】通常、制御ループが有する動作モードに
は、オンラインモード、フェイルセーフ又はフェイルア
ズイズモード、オフラインモード、バイパスモードがあ
る。

【００４１】各モードについての詳細な説明は後述する
が、これらのモードは、操作パネル１２の操作によって
制御ループごとに設定する。

【００４２】具体的には、制御ループに対して、設定す
るモードに対応するスイッチ７をオン状態とすることに
よりモード設定を行なう。なお、モードが設定されたこ
とを、ＬＥＤ等で構成される状態表示灯の点灯により確
認可能な構成としている。

【００４３】さて、上述のように処理装置１は、３重系
の冗長構成を有しており、各制御ループＡ、Ｂ、…、Ｎ
に対する演算処理を順番に実行している。

【００４４】一方、本制御システムにおいて、プラント
プロセスと現場端末装置４、５とが電気的に接続され、
プラントプロセスの状態を表す信号である状態信号の取
込み（即ち、センサー信号の取得）や、アクチュエータ
の制御信号の供給を行なっている。

【００４５】また、処理装置１と、現場端末装置４、５
との各種信号のやりとりは、３重系の冗長構成を有する
光多重伝送２を介して行なわれる。

【００４６】したがって、現場端末装置４、５は、３重
系の光多重伝送と適宜接続する必要が生じるが、これ
は、下記に示すように行なう。

【００４７】即ち、プラントプロセスの状態信号を取り
込み場合、現場端末装置４、５が備えるプロセス信号イ
ンターフェイスは、センサーから出力されたアナログ信
号をデジタル信号に変換し、さらに、デジタル信号を並
・直列変換し、シリアルデジタル信号を、電気／光変換
し、３重系の光多重伝送路に送出する。

【００４８】一方、プラントプロセスへ信号を出力する
場合、現場端末装置４、５が備えるプロセス信号インタ
ーフェイスは、３重系または２重系の光多重伝送路２を
介して受け取った、処理装置１からの光信号を電気信号
に光電変換し、電気信号を直・並列変換し、ボータ８
（処理装置１からの光信号の送信先が現場端末装置４の
場合）、ボータ９（処理装置１からの光信号の送信先が
現場端末装置５の場合）に与える。

【００４９】なお、図示しないが、各処理装置１は、イ
ンターフェイス回路を備え、該インターフェイス回路
は、現場端末装置側から送られてくる光信号を電気信号
に変換し、メモリ内の所定の記憶領域に格納する機能
や、処理結果であるデータに対応した光信号を生成し、
現場端末装置側に送る機能を少なくとも有する。

【００５０】ボータ８、９は、各々、３個（現場端末装
置４）、２個（現場端末装置４）のデータに基づいて、
多数決論理を用いた処理を行い、その処理結果に基づい
て、プラントプロセスが備えるアクチュエータを動作さ
せるための制御信号を供給する。なお、ボータ８、９が
処理に用いる、多数決論理としては各種の方法が考えら
れ、その一例について図５を参照して後に説明する。

【００５１】さて、上述のように、本発明にかかる制御
システムにおいては、３重系の光多重伝送路を備える現
場端末装置４と、２重系の光多重伝送路を備える現場端
末装置５とが混在し、光多重伝送路２を共有している。
このような構成にするのは、制御ループの冗長構成の使
いわけを行なうためである。

【００５２】すなわち、制御ループとして重要な系につ
いては３重系、これ以外の制御ループについては２重系
の冗長構成としている。

【００５３】一般に、全制御ループのうち、３重系の冗
長構成とする必要のある制御ループの割合は小さく、２
重系の制御ループを適宜配置すること、即ち、３重系の
光多重伝送路を備える現場端末装置４と、２重系の光多
重伝送路を備える現場端末装置５とを併存させること
は、システム規模の増大化やシステムコストの上昇を抑
制しつつ、特に重要な制御系に対するフォールトトレラ
ンス機能を維持できる効果がある。

【００５４】また、１つの制御ループに関するプラント
プロセスの信号量と、処理装置による処理応答の時間
も、このようなシステムの構築を行なう際には、重要な
パラメータとなる。

【００５５】即ち、プラントプロセスの信号量が多くな
ると、プラントプロセスとの間で信号をやりとりする回
数も多くなり、現場端末装置を構成するハードウエアの
規模が増大化を招き、場合によっては、現場端末装置の
設置台数の増加によって対応せざるを得ない場合も発生
に、また、光多重伝送路を伝送するデータの伝送速度
も、現場端末装置の台数の増加に伴い、結局は、処理装
置による処理応答の時間も大きな値になってしまう。

【００５６】また、プラントプロセスの信号の変化の度
合いが大きくなると、データサンプリング周波数を高く
しなければならず、光多重伝送路中を伝送するデータ量
も多くなり、処理装置による処理応答性は劣化する。

【００５７】したがって、現場端末装置の冗長構成とし
て、３重系を採用するか、あるいは、２重系を採用する
か、即ち、ある制御ループを、３重系とするか、また
は、２重系とするかは、当該制御ループの制御系におけ
る重要度はもちろんのこと、プラントプロセスデータの
信号量、該信号の変化速度、制御系に求められている応
答性等の各種のパラメータを考慮して決定する必要があ
り、最適なエンジニアリングジャッジによって、システ
ム構築が行なわれる。

【００５８】なお、制御ループの制御系における重要度
は、当該制御ループに異常が発生したときの制御系全体
に及ぼす影響の大きさによって判断される。

【００５９】さて、図１に示される制御システムによる
制御の動作の一例を以下に示す。

【００６０】制御ループＡは、本制御システムにおいて
は、重要な制御ループであるとして３重系として動作
し、今、オンラインモードにモード設定されているとす
る。

【００６１】また、制御系ループＢは、２重系で動作
し、今、オンラインモードにモード設定されており、さ
らに、制御系ループＣ（図示せず）は、２重系で動作
し、今、バイパスモードにモード設定されているとす
る。モード設定については、後に詳しく述べるが、簡単
に述べておくと、オンラインモードは、通常の制御動作
を行なわせるモードであり、バイパスモードは、現場端
末装置とプラントプロセスの電気的接続を分離し、プラ
ントプロセスに対する制御動作を行なわせないモードで
ある。

【００６２】制御ループＡには、現場端末装置４を割当
て、３重系の制御ループを構成し、また、制御系ループ
Ｂ、Ｃには、それぞれ、現場端末装置５を１台づつ割当
て、２重系の制御ループを構成するものとする。

【００６３】なお、上述の、各制御ループＡ、Ｂ、Ｃに
対するのモードの設定は、操作パネル１２の操作によっ
て、制御ループごとに行なう。具体的には、制御ループ
の設定モードに対応するスイッチ７をオン状態とする。
設定が正確に行なわれたか否かは、状態表示灯の点灯に
より確認する。

【００６４】３台の処理装置１は、同時に、制御ループ
Ａと制御ループＢに対する処理アルゴリズムにしたがっ
て所定の演算処理を行ない、各々の制御ループに対応す
る現場端末装置４、５と、光多重伝送路２を介して、信
号のやりとりを行なう。

【００６５】まず、プラントプロセス３の状態信号（プ
ラントに設けられたセンサの出力信号）は、自動的に、
例えば、所定時間ごとに、現場端末装置４、５、およ
び、光多重伝送路２を介して、各処理装置１が備えるメ
モリ内の所定の記憶領域に送られ格納される。

【００６６】処理装置１は、プラントプロセス３から送
られ、格納されている信号に基づき、制御ループＡ、制
御ループＢの各々に対して予め定められているアルゴリ
ズムにしたがって演算処理を行い、その処理結果をアク
チュエータの制御信号として、メモリ内の所定の記憶領
域に格納する。

【００６７】各処理装置１が備えるインターフェイス回
路は、格納されているアクチュエータの制御信号を光多
重伝送路２と介して、現場端末装置４、５に送る。

【００６８】そして、ボータ８、９は、多数決論理を用
いた処理結果を、アクチュエータの制御信号として、プ
ラントプロセスが備えるアクチュエータに供給する。

【００６９】このような動作を繰り返すことによって、
制御ループＡ、制御ループＢが、プラントプロセスの制
御を実行している。

【００７０】一方、制御ループＣについては、本ループ
がバイパスモードに設定されているため、バイパスモー
ドに設定されている旨を光多重伝送路２を介して、本制
御ループに割り当てた現場端末装置５に伝える。現場端
末装置５は、制御ループＣがバイパスモードに設定され
ていることを把握して、制御ループＣに関するプラント
プロセスとの電気的接続状態を分離状態にする。なお、
バイパスモードに設定されている旨を通知するために
は、処理装置１が、バイパスモード設定を表す、予め定
めたデータを現場端末装置５のプロセス信号インターフ
ェイス１１に伝送し、プロセス信号インターフェイス１
１が受け取ったデータを解釈し、バイパスモード設定を
検出する構成にしておけば良い。なお、他のモード設定
についても、同様な構成により、現場端末装置に制御ル
ープに対しての設定モードを通知するようにしておけば
よい。

【００７１】なお、処理装置１は、制御ループＣに対す
るアルゴリズムにしたがって行なわれる演算処理を行な
わないようにプログラミングしておいても良いし、制御
ループＣに対するアルゴリズムにしたがって、最も新し
いデータ（バイパスモード設定直前のデータ：システム
立ち上げと同時にバイパスモードを設定した場合には、
予め設定している初期値）をメモリから取りだし、アル
ゴリズムにしたがって行なった演算処理結果を、メモリ
に格納する処理を繰り返す、すなわち、通常と変わらな
い処理を行なわせる構成にしておくことも考えられる。
もちろん、バイパスモードが設定されているため、処理
結果を使用した制御動作は行なわれない。

【００７２】なお、２重系の制御ループに対して行なわ
れる、３重系の処理装置の演算についても、これと同様
な考え方を採用すれば良い。つまり、制御ループが３重
系の場合には、３つの処理装置に演算を行なわせる意味
があるが、制御ループが２重系の場合には、３重系の光
多重伝送路に接続された３つの処理装置のうち、現場端
末装置に接続されるのは、２つの処理装置であるため、
３つの処理装置に演算を行なわせることに意味がない。

【００７３】このように、２重系の制御ループに対して
は、当該制御ループに対して、予め２つの処理装置を割
当て、割り当てた２つの処理装置の演算結果を利用し、
残りの、処理装置は、最も新しいデータをメモリから取
りだし、アルゴリズムにしたがって行なった演算処理結
果を、メモリに格納する通常の処理を繰り返す構成にし
ておけばよい。もちろん、この処理装置の処理結果を使
用した制御動作は行なわれなく、他の処理装置との処理
タイミングの同期をとるための、制御動作に関係しない
演算を繰返し行なわせておく。

【００７４】上述のようにして、２重系および３重系の
制御ループが併存する制御システムの動作が行なわれ
る。

【００７５】さて、多数の制御ループを有する場合も、
本システムで制御動作を行なうことは可能である。この
とき、現場端末装置４、５を、各制御系ループごとに設
けることで対応するとすると、現場端末装置の数が、制
御ループ数に比例して増加し、ハードウエアの規模の増
大を招き、システムコストアップの要因となる。

【００７６】一方、無原則に、複数の制御ループが、１
台の現場端末装置を共有する構成とすると、コストの上
昇はさほど招かないものの、保守点検作業時の操作性が
悪くなる。

【００７７】特定の制御ループを、バイパスモードに設
定し、保守・点検を行なうためには、当該制御ループに
関するプラントプロセス３と現場端末装置との電気的接
続状態を分離する必要があるが、同じ現場端末装置を共
用している、他の制御ループについての、プラントプロ
セス３と現場端末装置との電気的接続状態をも分離して
しまい不都合を生じてしまう。

【００７８】そこで、プラントプロセスの動作を考慮し
て、同時に保守できる、即ち、同時にバイパスモードを
設定して、保守作業を行なうことができる制御ループ
を、全制御ループから選択して、制御ループを、いくつ
かのグループに分けるグループ化を行なっておく。そし
て、グループごとに、各グループに割り当てる現場端末
装置を決定し、システム構築を行なうのが望ましい。

【００７９】即ち、保守作業の単位となる、言うなれば
同時にバイパスモードを設定して保守作業が可能な制御
ループを、まとめてグループ化し、一つのグループに割
り当てる現場端末装置を決めて、システム構築を行なう
のが好ましい。

【００８０】また、一般に、プラントプロセス３は、プ
ラントとしての運転機能を維持するための必須工程につ
いては、冗長構成を採用している。

【００８１】このため、仮に、必須工程に故障が発生し
たとしても、冗長構成を採用しているため、通常は冗長
な工程部分を待機中とし、故障発生時にはこれを採用す
るように切替え処理をすることや、あるいは、性能レベ
ルを落して、プラントの運転を継続する。

【００８２】この場合、冗長構成された工程について、
該当する制御ループについて、グループごとのパイパス
管理、即ち、グループに属する全制御ループについて、
操作パネル１２の操作によりバイパスモードの設定を行
って、保守作業等を行なえば良い。

【００８３】次に、制御ループに対して設定可能な各種
モードについて説明する。

【００８４】まず、各処理装置１が備えるメモリ内に
は、モードの制御を行うためのモード制御プログラム
と、各制御ループに対して予め定められたアルゴリズム
したがった演算処理を行うためのプラント制御プログラ
ムが格納されている。

【００８５】以下、モード制御プログラムにしたがって
行なう処理装置（図２）と現場端末装置（図３）の動作
について述べる。なお、図２では、各モードにおける処
理装置１の動作の説明を行ない、図３では、現場端末装
置４、５の動作の説明を行なっている。

【００８６】まず、モード制御プログラムが起動される
ことによって、各制御ループ毎に、オンライン、オフラ
イン、フェイルセーフ又はフェイルアズイズ、バイパス
の各モードの設定が可能となる。オペレータは、システ
ムの起動後、操作パネルのスイッチを操作し、各制御ル
ープごとモード設定を行なう。

【００８７】そして、処理装置１は、図２のステップ１
００において、操作パネルのスイッチの設定状態を読み
込み、いずれのモードが設定されたかを把握する。

【００８８】一方、制御ループを構成する現場端末装置
は、図３のステップ２００において、光多重伝送路を介
して、処理装置から送られてくる、設定モードを示すデ
ータを受け取り、設定されたモードの内容を受信し把握
する。

【００８９】設定されたモードがオンラインモードの場
合には、図２ステップ１１０にブランチし、処理装置１
は、制御ループを構成する現場端末装置を介して、プラ
ントプロセスと電気的に接続し、プラント制御プログラ
ムの実行を行なう。

【００９０】一方、現場端末装置は、図３ステップ２１
０において、プラントプロセスと電気的に接続し、プロ
セスからの信号を受信し処理装置１に送る動作と、処理
装置１からの信号をプロセスへ出力する通常の制御動作
を行なう。

【００９１】次に、設定されたモードがフェイルセーフ
／フェイルアズイズモードの場合には、図２ステップ１
２０にブランチし、処理装置１は、プラント制御プログ
ラムの実行をするとともに、対応する現場端末装置にフ
ェイルセーフ／フェイルアズイズモードが設定されたこ
とを指示する。

【００９２】一方、現場端末装置は、図３ステップ２２
０において、プラントプロセスからの全ての入力信号を
電気的に分離する。そして、プラントプロセスの制御動
向が安定方向となるように、プラントに与える出力信号
の状態を、予め定めた状態にする。

【００９３】具体的には、フェイルセーフ設定の制御ル
ープに対しては、プラントプロセスとの電気的な分離を
行ない、また、フェイルアズイズ設定の制御ループに対
しては、予め定めた出力信号を、プラントプロセスに電
気的に印加する動作を行なう。

【００９４】フェイルアズイズは、例えば、次のような
動作をプラントに行なわせるためのモードである。水の
流れる配管に電磁弁バルブを備えて、該電磁弁バルブを
制御して水流を制御するプラントを想定したとき、電磁
弁バルブに供給する電源が、何らかの異常の発生により
喪失され、水流を遮断する動作をするとする。このと
き、プロセスとしては、むしろ水が常時配管中を流れる
方が、プラントの安定方向である場合、操作パネル１２
の操作によりフェイルアズイズモードの設定が行なわれ
ておれば、現場端末装置４、５は、いかなる場合にも電
磁弁バルブへの供給電源が喪失しないように、電磁弁バ
ルブに電流を供給するように制御動作を行なうことが、
フェイルアズイズ動作となる。

【００９５】次に、設定されたモードがオフラインモー
ドの場合には、図２ステップ１３０にブランチし、処理
装置１は、対応する現場端末装置と、プラントプロセス
とが、電気的に分離するように現場端末装置に指示す
る。そして、処理装置１は、予め記憶している模擬的な
プラントプロセスデータを用いて、上述のプラント制御
プログラムの実行を行なう。

【００９６】一方、現場端末装置は、図３ステップ２３
０において、プラントプロセスとの、入力信号および出
力信号を、電気的に分離する動作を行なう。

【００９７】なお、処理装置１における、模擬的プラン
トプロセスデータを用いて行なう、プラント制御プログ
ラムの実行について説明する。

【００９８】このモードは、例えば、プラント制御プロ
グラムの変更時において、変更したプラント制御プログ
ラムが、正確に機能するか否かの確認を行なうために使
用する。

【００９９】すなわち、模擬的なプラントプロセスデー
タを予め設定しておき、このデータを用いて、所期の演
算と出力信号の生成が行なわれるか否かを確認するのに
用いられるモードである。

【０１００】ここで、模擬的なプラントデータについ
て、その具体例を述べる。一般に、プラントプロセス
は、起動運転、定常運転、停止動作運転、異常時運転、
停止時監視運転等の運転モードを有している。そして、
各々の運転モードに対して、各々のプラント制御プログ
ラムが存在する。そこで、典型的なプラント状態を表す
データと、このデータを使用してプラント制御プログラ
ムを実行させたときの、正常な出力データとを予め作成
しておき、これを模擬的なプラントデータとする。

【０１０１】つまり、入力データと、入力データを与え
たとき、プラント制御プログラムが正常であれば出力さ
れるであろう出力データとを、模擬的なプラントプロセ
スデータとし、該模擬的なプラントプロセスデータを用
いて行なわれる、プラント制御プログラムの実行結果に
基づき、プログラムの妥当性を調べる。

【０１０２】なお、プログラムが、妥当でないと判断し
たとき、操作パネルの所定位置に、その旨の警告を行な
うようにし、表示灯を設けた構成にしておけば良い。

【０１０３】次に、設定されたモードがバイパスモード
の場合には、図２ステップ１４０にブランチし、処理装
置１は、プラント制御プログラムの実行を停止するとと
もに、対応する現場端末装置にバイパスモードが設定さ
れたことを指示する。

【０１０４】一方、現場端末装置は、オフラインモーと
同様に、図３ステップ２３０において、プラントプロセ
スとの、入力信号および出力信号を、電気的に分離する
動作を行なう。

【０１０５】このモードの主たる用途は、当該制御ルー
プに対するプラント制御プログラムの実行を停止して、
当該制御ループを構成する、プラントプロセスの保守、
点検作業を行なうことにある。

【０１０６】特に、プラント全体は運転状態にあって、
ある特定の制御ループに異常が発生した場合、この制御
ループを構成する部分をプラントプロセスから切り離
し、しかしながら、プラントの運転自体は継続状態とし
ながら、異常状態にある制御ループに関する部分の保
守、点検、例えば、修理後における修理内容の妥当性を
確認する場合等に使用する。なお、原子力プラント等に
おいては、通常、重要な構成部分を冗長構成としている
場合が多く、異常状態が発生した、プラントの構成部分
を切り離しても、いわゆる縮退運転を行なって、プラン
ト全体の運転を継続可能としている。

【０１０７】図４は、現場端末装置４、５が備える、プ
ロセス信号インターフェイス１０、１１の構成例を示す
構成図である。

【０１０８】図４を参照して、特に、プラントプロセス
３との電気的分離状態を生成するメカニズムを説明す
る。今、バイパスモードが設定されているものとする。

【０１０９】今、特に、現場端末装置４を考えると、現
場端末装置４が、３重系の光多重伝送路２を介して、操
作パネル１２からのバイパスモード設定の旨の信号を受
信すると、光信号と電気信号とのインターフェイス機能
を有する光多重伝送制御部１３は、受け取った光信号を
電気信号に変換し、変換信号を、ボータプロセッサ１４
に与える。

【０１１０】また、ボータプロセッサ１４は、バッファ
アンプを介して、ゲート回路１６と接続されている。

【０１１１】また、ゲート回路１６において、現場端末
装置へのプロセスからの入力信号であるプロセス入力信
号１０１、現場端末装置からのプロセスへの出力信号で
あるプロセス出力信号１０２毎に、リレー駆動部を備え
た構成になっている。

【０１１２】ボータプロセッサ１４は、バイパスモード
設定の旨の信号を受信すると、バイパス指令信号１５
を、ゲート回路１６が備える所定のリレー駆動部に与え
る。

【０１１３】バイパス指令信号１５が与えられたリレー
駆動部は、プロセス入力信号１０１、プロセス出力信号
１０２を伝送する信号線と、バッファアンプに接続され
た信号線との電気的接続状態を分離する。なお、図４
は、３重系の現場端末装置４について説明してあるが、
２重系の現場端末装置５についても同様な動作を行な
う。

【０１１４】図５に、現場端末装置４、５における冗長
化制御のフローを示す。

【０１１５】なお、このような処理プログラムは、各現
場端末装置４、５が備えており、各現場端末装置４、５
は、備えられた処理プログラムにしたがった動作を行な
う。

【０１１６】まず、ステップ５００において、現場端末
装置に対する、光多重伝送路の構成が、２重系であるか
３重系であるかを判定する。

【０１１７】これにより、現場端末装置に接続された光
多重伝送路が、３重系であるか２重系であるかがわか
り、以下、冗長度に応じて制御動作が変わる。

【０１１８】光多重伝送路が３重系である場合、ステッ
プ５１０にブランチし、３重系の制御ループのうち１系
が異常か否かを判定する。

【０１１９】全系正常な場合には、現場端末装置へのプ
ロセスプロセスからの入力信号は、３系統、すなわち、
３重系の光多重伝送路に、工学値データ（入力信号が示
す物理量）を伝送する。そして、ディジタル信号に対し
ては、２アウトオブ３論理を用いて、現場端末装置から
のプラントプロセスへの出力信号を生成し、アナログ信
号に対しては、３系統の工学値データの中間値を、出力
信号とする（ステップ５２０）。

【０１２０】３重系のうちの１系が異常、または、２重
系の全系が正常であるか否かを判定し（ステップ５３
０）、結果として２重系で制御動作を行なっている場合
は、現場端末装置へのプラントプロセスからの入力信号
は、正常な２系統、すなわち、２重系の光多重伝送路
に、工学値データを伝送する。

【０１２１】そして、プラントプロセスへの出力信号
は、予め定めた規則に従って出力されるようにする。

【０１２２】具体的には、ディジタル信号に対しては、
ＡＮＤ論理またはＯＲ論理を使用して、現場端末装置か
らのプラントプロセスへの出力信号を生成し、アナログ
信号に対しては、二者の工学値データのうち、高値（よ
り大きな値）または低値（より小さな値）を、出力信号
とする（ステップ５４０）。

【０１２３】また、ステップ５５０において、３重系、
２重系の制御ループを設けたにもかかわらず、結果とし
て、単一系のみ正常と判断された場合には、正常な系で
ある前記単一系を使用して、プラントプロセス入力信
号、プラントプロセス入力信号のやりとりを行なう（ス
テップ５６０）。

【０１２４】なお、重要な制御ループとして、冗長構成
以外での制御は許可しないとしておいたとき、即ち、単
一系での制御動作を禁止している場合には、ステップ５
７０に示す、全系異常のケースと同様な制御動作を行な
う。

【０１２５】次に、ステップ５５０において、全系異常
と判断された場合は、プラントプロセスを安定方向に保
持する必要があるので、予め定められた設定、即ち、フ
ェイルセーフ、または、フェイルアズイズ動作となるよ
うに、各プラントプロセスへ信号を出力する。

【０１２６】また、現場端末装置へのプラントプロセス
からの入力信号は、全て電気的に分離し、受け付けない
（ステップ５７０）。

【０１２７】なお、処理装置内において、データの送出
が行なわれたときに立てる送出フラグと、応答データが
戻ってきたときに立てる受信フラグが立てる構成とし、
送出フラグが立ったにもかかわらず、所定時間内に、受
信フラグが立たない状態を把握することにより、制御ル
ープ内の故障の発生を検出することができ、故障を検出
した旨の情報を、当該制御ループを構成する現場端末装
置に送っておくことにより、現場端末装置は、自装置の
冗長構成の故障状態を把握することができる。

【０１２８】次に、図６に、処理装置１において、各制
御ループに対応する演算が、順番に実行されていく様子
を示す。

【０１２９】各制御ループ演算実行は、各制御ループに
対応して予め定められているプラント制御プログラムに
したがって行なわれる。また、制御ループ状態テーブル
は、各制御ループ演算実行の結果が、制御ループごとに
設けた記憶領域に格納されるように構成されている。ま
た、前記記憶領域には、プラントプロセスデータ（セン
サにより検出したデータ）が、制御ループごとにインタ
ーフェイス回路によって自動的に格納され、また、処理
結果は、インターフェイス回路によって自動的に、プラ
ントプロセスが備えるアクチュエータに与えられる。

【０１３０】したがって、各制御ループに対応するプラ
ント制御プログラムの実行により、対応する記憶領域に
格納された、プラントプロセスデータを読み出し、この
データを用いた所定の処理によって得られたデータを、
制御ループ状態テーブルの対応領域に格納する処理を、
順次行なっていく。

【０１３１】これにより、各制御ループに対して行なわ
れる処理間の時間的同期を取ることについて配慮する必
要はなくなり、演算実行の順番を意識するだけでよい。

【０１３２】この様子を図６に示しており、”制御ルー
プＡ”に対する演算実行の次に、”制御ループＢ”に対
する演算を実行し、さらに、その次に、”制御ループ
Ｃ”に対する演算の実行を行なっていく処理を、予め定
められた順番にしたがって実行する。

【０１３３】これに対し、各々の制御ループに対して演
算処理を行なうハードウエアを分割した構成とすると、
演算処理の非同期化現象の発生を招いてしまい、”制御
ループＡ”の次に、”制御ループＣ”、次に、”制御ル
ープＢ”、…、というように演算処理の順番が、所望の
順番とならずに乱れてしまうことも考えられる。

【０１３４】図６に示すように、各制御ループの状態
（演算結果）、あるいは、他の制御ループへの送信デー
タ等は、予め定めたテーブルの所定エリアの中に書き込
み、また、他の制御ループから受け取るデータは、当該
のエリアから読出すことにより、各種処理の同期をとる
ことを意識することなく、システム設計を行なうことが
できる。

【０１３５】従来では、制御ループ毎に、演算処理を行
なうハードウエアを設けており、各ハードウエアは、個
別の時計で演算を行なっており、しかも、制御ループ間
のデータのやりとりが非同期に行なわれるため、各種処
理の同期をとることを考慮した手段が必要となるが、こ
のような手段は、一般に複雑となる。

【０１３６】しかも、各種処理の同期をとるために、時
間マージンを十分に考慮しなければならない。特に、冗
長構成されたシステムにおいて、各種処理の同期をとり
つつ、異常時に対する対応も行なうためには、複雑なハ
ードウエアやソフトウエアによる対処手段が必要とな
る。本発明によれば、極めて単純な構成とすることが可
能となる。

【０１３７】以上述べてきたように本発明によれば、２
重系と３重系の制御系ループを併存させ、極力、簡易か
つ安価なハードウエア構成で、合理的なプラント全体の
制御を行なうことが可能となる。

【０１３８】また、プラントプロセスと制御系との電気
的接続状態を所望の状態にすることが可能となり、プラ
ントプロセスの特定部分の保守、点検作業の容易化を実
現することが可能となる。

【０１３９】さらにまた、各制御ループに対して行なわ
れる所定の処理は、順次行なわれていくため、各処理装
置の行なう処理に対して同期をとる等の配慮は不要とな
る。

【０１４０】

【発明の効果】２重系と３重系の制御ループを併存さ
せ、極力、簡易かつ安価なハードウエア構成で、合理的
なプラント全体の制御を行なうことが可能となる。

【０１４１】また、プラントプロセスと制御系との電気
的接続状態を所望の状態にすることが可能となり、プラ
ントプロセスの特定部分の保守、点検作業の容易化を実
現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるシステム全体構成例を示す構成
図である。

【図２】各モードに対して行なわれる処理の説明図であ
る。

【図３】各モードに対して行なわれる現場端末装置の処
理の説明図である。

【図４】現場端末装置とプラントプロセスと接続部の構
成図である。

【図５】現場端末装置における冗長化制御処理を示すフ
ローチャートである。

【図６】処理装置が行なう処理手順の説明図である。

【符号の説明】

１…処理装置、２…光多重伝送路、３…プラントプロセ
ス、４…３重系現場端末装置、５…２重系現場端末装
置、６…状態表示灯、７…スイッチ、８…３重系ボー
タ、９…２重系ボータ、１０…プロセス信号インターフ
ェイス、１１…プロセス信号インターフェイス、１２…
操作パネル、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高原 和子 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の制御ループを有し、各制御ループ
   が、制御対象であるプラントプロセスと信号を送受信し
   てプラントプロセスの制御を行なうシステムであって、 各制御ループに対して予め定められた処理を行なう３重
   系の処理装置と、各処理装置に接続する３重系のデータ
   伝送路と、プラントプロセスとの間で信号を送受信する
   複数の端末装置とを備え、 前記全端末装置のうちの一部は、前記３重系のデータ伝
   送路の各々と接続される３重系の装置であり、また、残
   りの端末装置は、前記３重系のデータ伝送路のうち２系
   のデータ伝送路と接続される２重系の装置であり、さら
   に、前記各制御ループは、処理装置、データ伝送路、端
   末装置、および、プラントプロセスを含んで構成される
   ことを特徴とするプラントプロセス制御システム。
2. 【請求項２】請求項１において、さらに、各制御ループ
   に対して、プラントプロセスとの間の電気的接続状態を
   示す予め用意された少なくとも１以上のモードのうち、
   いずれかのモードを設定するモード設定手段と、モード
   が設定されると、設定されたモードに対して予め定めた
   電気的接続状態となるように、対応する制御ループを構
   成する端末装置とプラントプロセスとの間の電気的接続
   状態を、所定の状態にする状態設定手段とを備えること
   を特徴とするプラントプロセス制御システム。
3. 【請求項３】請求項２において、前記モードは、対応す
   る制御ループを構成する端末装置とプラントプロセスと
   の間の信号の送受信を行ない両者を電気的に接続するオ
   ンラインモードと、対応する制御ループを構成する端末
   装置とプラントプロセスとの間の信号の送受信を止め両
   者を電気的に分離するバイパスモードとを、少なくとも
   含むことを特徴とするプラントプロセス制御システム。
4. 【請求項４】請求項１において、前記端末装置のうちの
   ２重系の装置に対して、制御ループを構成しない、１つ
   の処理装置は、他の処理装置と同一の予め定められた処
   理を行なうことを特徴とするプラントプロセス制御シス
   テム。