JP4659467B2 - 制御装置の更新方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置の更新方法に関し、例えば製鐵所における生産設備のように連続操業が要求される制御システムにおいて既設の制御装置を新たな制御装置に更新する場合等に利用して好適なものである。

例えば製鐵所における生産設備からのデータ収集、生産設備の監視や制御等を行なうための制御システムでは、図６（Ａ）に示すように、制御装置１０１につながる複数の信号線１０２と、設備１０３につながる複数の信号線１０４とが端子台１０５に接続されている。

かかる制御システムにおいて、技術進歩に伴う操業の改善等に対応するため、既設の制御装置１０１を新たな制御装置１０６に更新する必要が生ずることがある。この場合に、設備１０３を長時間停止させることが可能であれば、停止させた上で制御装置を入れ替えることができるが、例えば製鐵所における生産設備では、休止時間はあるものの連続操業が要求されるため、長時間停止させることができないという実状がある。

そのため、既設の制御装置１０１を新たな制御装置１０６に更新する場合、概ね以下に述べるような手順により更新が行なわれている。すなわち、図６（Ｂ）に示すように、まず端子台１０５とは別に切替盤１０７を設置する。切替盤１０７は、端子１０７ａをスイッチ１０７ｄにより端子１０７ｂ、１０７ｃに接続することのできる切替部を複数具備するものであり、各切替部の端子１０７ｂに新たな制御装置１０６につながる複数の信号線１０８をそれぞれ結線する。

そして、休止時間を利用して、既設の制御装置１０１につながる信号線１０２を端子台１０５から解線して、切替盤１０７の各端子１０７ｃに結線し、また、設備１０３につながる信号線１０４を端子台１０５から解線して、切替盤１０７の各端子１０７ａに結線する。

この場合に、端子台１０５の位置と切替盤１０７の位置とが異なるため、信号線１０２、１０４を延長する等しなければならず、各信号線の端子処理やそれに伴う配線チェック等が必要となることがある。信号線１０２、１０４は数百本から場合によっては数千本になることもあるので、この解線・結線作業は、例えば数百本ずつ分けて数回の休止時間を利用して行なう。

なお、スイッチ１０７ｄが端子１０７ｃ側にあれば、既設の制御装置１０１による通常の操業は可能である。

信号線１０２、１０４を切替盤１０７にすべて結線したならば、次に休止時間を利用して、スイッチ１０７ｄを端子１０７ｂ側に切り替えて、新たな制御装置１０６の試運転を行なう。何度かの休止時間を利用して試運転を繰り返した後、問題がなければ、スイッチ１０７ｄを端子１０７ｂ側に切り替えて、新たな制御装置１０６の運転を開始する。

新たな制御装置１０６の運転開始後、図６（Ｃ）に示すように、既設の制御装置１０１につながる信号線１０２を切替盤１０７からすべて解線して、既設の制御装置１０１や端子台１０５を撤去する。以上の手順により、既設の制御装置１０１を新たな制御装置１０６に更新する作業が終了する。

また、以上述べた手順とは異なる方法として、例えば特許文献１にプロセスコンピュータの更新方法が開示されている。

特開平８−３２８６０７号公報

しかしながら、上記従来の更新方法では、上述したように、端子台１０５の位置と切替盤１０７の位置とが異なるため、各信号線の端子処理等が必要となることから、解線・結線作業を数回の休止時間を利用して行なわざるをえない。そのため、既設の制御装置１０１を新たな制御装置１０６に更新する工期が長期間化してしまい、コストアップの要因となってしまう。また、更新後は切替盤１０７が端子台として機能するが、その切替機能が以後利用されることはなく、無駄となってしまう。

また、特許文献１に開示されているプロセスコンピュータの更新方法でも、既設のプロセスコンピュータが入出力装置を介して外部機器群と接続されたプロセス制御システムにおいて、その入出力装置と外部機器群との間に新たな入出力装置やステーションを介在させるようにしているため、空間的な制約から新たな入出力装置やステーションを別の場所に設置しなければならず、新たな信号線を用いる必要があり配線作業を簡易化することはできない。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、既設の制御装置を新たな制御装置に更新するための工期を短縮化し、コストダウンを図ることを目的の一つとする。

本発明による制御装置の更新方法は、既設の制御装置につながる複数の信号線と設備につながる複数の信号線とが端子台に接続された制御システムにおいて上記既設の制御装置を新たな制御装置に更新するための制御装置の更新方法であって、上記既設の制御装置につながる複数の信号線と上記設備につながる複数の信号線とを上記端子台からすべて解線して、上記端子台を撤去する第１の手順と、上記解線した既設の制御装置につながる複数の信号線を接続することのできる複数の端子と上記解線した設備につながる複数の信号線を接続することのできる複数の端子とが配列され、これら各端子に接続する複数本の芯線をまとめた多芯ケーブルを有した新たな端子台を上記端子台の跡に設置し、その新たな端子台に、上記解線した既設の制御装置につながる複数の信号線と上記解線した設備につながる複数の信号線とを結線する第２の手順と、上記第２の手順の前或いは後において、上記新たな制御装置と通信可能とされたアイソレータに上記多芯ケーブルを接続し、上記設備側からの信号を上記新たな端子台を介して上記アイソレータに入力して電気的に分離して、上記新たな制御装置と、上記新たな端子台を介して上記既設の制御装置とに出力する構成とする第３の手順と、上記新たな端子台及び上記アイソレータを介して上記既設の制御装置による操業を続行させつつ、上記新たな制御装置の上記設備側からの入力信号による試運転を同時に行なう第４の手順と、上記端子台から上記既設の制御装置につながる信号線をすべて解線して、上記既設の制御装置を撤去する第５の手順とを有する点に特徴を有する。

本発明によれば、既設の制御装置につながる信号線を接続することのできる端子と設備につながる信号線を接続することのできる端子とが複数配列され、既設の制御装置と設備との間で信号が中継可能とされるとともに、新たな制御装置とも通信可能とされた入出力装置を端子台の跡に設置したり、既設の制御装置につながる信号線を接続することのできる端子と設備につながる信号線を接続することのできる端子とが複数配列され、これら各端子に接続する複数本の芯線をまとめた多芯ケーブルが接続する新たな端子台を端子台の跡に設置するとともに、その多芯ケーブルを新たな制御装置と通信可能とされたアイソレータに接続したりするので、解線・結線作業を１回の休止時間を利用して行なうことができ、既設の制御装置を新たな制御装置に更新する工期を短縮化し、コストダウンを図ることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
本実施形態では、図１（Ａ）に示すように、制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とが端子台５に接続された制御システムにおいて既設の制御装置１を新たな制御装置６に更新する場合、以下に述べる手順を実行する。

まず、休止時間を利用して、図１（Ｂ）に示すように、既設の制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とを端子台５からすべて解線して、端子台５を撤去する。

続いて、図１（Ｃ）に示すように、信号線２を接続することのできる端子と、信号線４を接続することのできる端子とが複数配列された入出力装置７を端子台５の跡に設置する。入出力装置７の端子配列は端子台５と同様に配列され、端子台５に結線するのと同じ配線関係で複数の信号線２、４を結線することができるものであり、この入出力装置７に、既設の制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とをすべて結線する。

この場合に、端子台５の跡に入出力装置７を設置するので、図１（Ｂ）に示したように解線した信号線２、４をそのまま結線することができ、この解線・結線作業は１回の休止時間を利用して行なうことが可能で、解線・結線ミスが発生する可能性も激減する。

ここで、入出力装置７は、既設の制御装置１と設備３との間で信号が中継可能とされるとともに、新たな制御装置６ともネットワーク８を介してデジタル通信可能とされたものである。この例では、新たな制御装置６とはイーサネット（登録商標）(Ethernet（登録商標)によるシリアル通信が行なわれるようにされている。

より詳しくは、入出力装置７は、図２に示すように、各種Ｉ／Ｏ（ＡＩ，ＡＯ，ＤＩ，ＤＯ等）に応じた入力端子及び出力端子を具備するブロック状の入出力モジュール７ａを基台７ｂに組み付ける構成とされたものであり、入出力モジュール７ａを適宜選択することにより１ノード内で各種Ｉ／Ｏを任意に組み合わせることができる。なお、図２に示す各入出力モジュール７ａ中の白丸が入力端子及び出力端子を表わし、簡単のため１つずつしか記載していないが、実際は各入出力モジュール７ａに入力端子及び出力端子はそれぞれ複数存在する。

このようにした各入出力モジュール７ａを端子台５と同様の端子配列となるように組み合わせておき、端子台５に代わる入出力装置７を構成しておく。基台７ｂは、各入出力モジュール７ａと信号をやり取りするとともに、ネットワーク端子７ｄを介して新たな制御装置６とデジタル通信するための制御を行なうＣＰＵ等からなる制御部７ｃを具備し、デジタルデータを多チャンネル分転送することができる。

図３、４には、各種入出力モジュール７ａのうち制御装置側に信号を入力するためのＤＩ回路、ＡＩ回路の構成例を示す。同図に示すＤＩ回路、ＡＩ回路では、設備３側からの信号を既設の制御装置１に中継するとともに、その信号を取り出して制御部７ｃに送出する構成とされている。また、具体的には図示しないが、制御装置側からの信号を出力するためのＤＯ回路、ＡＯ回路では、既設の制御装置１側からの信号及び新たな制御装置６側からの信号のいずれかを設備３側に出力する構成とされている。

図１に説明を戻すと、図１（Ｃ）に示すように、入出力装置７に信号線２、４をすべて結線するとともに、新たな制御装置６と通信可能とした後、入出力装置７を介して既設の制御装置１による操業を続行させつつ、新たな制御装置６の試運転を行なう。

この場合、図３、４に示すように、設備３側からの信号を既設の制御装置１に直接中継する構成であれば、通常時には新たな制御装置６の電源を切って、既設の制御装置１を稼動させて操業を続行させる一方、休止時間を利用しての試運転時には既設の制御装置１の電源を切って、新たな制御装置を稼動させる。

なお、図示例では、設備３側からの信号を既設の制御装置１に直接中継する構成としたが、一旦電気的に分離（アイソレーション）して既設の制御装置１に中継する構成としてもよい。その場合、上記のように制御装置１、６のいずれかの電源を切る必要なくなる。回路構成としては図示例のほうがシンプルでよいが、制御系の切り替え前後で電源入切管理が煩わしいことに加え、電気的にアイソレーションされていないことによる制御系電源混触の不安が残ることがあるため、特に重要設備では電気的にアイソレーションする構成を採用するのが望ましい。

新たな制御装置６の試運転の後、問題がなければ、図１（Ｄ）に示すように、入出力装置７から既設の制御装置１につながる信号線２をすべて解線して、既設の制御装置１を撤去する。以上の手順により、既設の制御装置１を新たな制御装置６に更新する作業が終了する。図３、４に示す回路構成例においては、更新前は内部共通電源を切っておき、更新後は内部共通電源を入れればよい。

既設の制御装置１を撤去した後は、信号線２が結線されていた端子を利用して、例えば図３（Ｂ）、図４（Ｂ）に示すように、二重化（デュアル）回路構成を実現することも可能である。図３に示すＤＩ回路では、二重化が必要ない場合、端子ｔ₅が不要で総端子数は４つになり、二重化が必要な場合は、図３（Ｂ）に示すようにマスター側の入出力モジュール７ａにスレーブ側の入出力モジュール７ａ´を接続すればよい。図４に示すＡＩ回路では、二重化が必要ない場合、端子ｔ₅、ｔ₆が不要で総端子数は４つになり、二重化が必要な場合は、マスター側の端子ｔ₅、ｔ₆に設けられたジャンパー線を切り離して、図４（Ｂ）に示すようにマスター側の入出力モジュール７ａにスレーブ側の入出力モジュール７ａ´を接続すればよい。

以上述べたように、入出力装置７を端子台５の跡に設置して、解線・結線作業を１回の休止時間を利用して行なうことができるようにしたので、既設の制御装置を新たな制御装置に更新する工期を短縮化し、コストダウンを図ることができる。また、上述した入出力装置７を用いることにより、制御システムのＰＬＣ(Programable Logic Controller)／ＤＣＳ(Distributed Control System)化を図ることができる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では端子台５の跡に入出力装置７を設置するようにしたが、中継機能のみを有する端子台５のサイズに比べて入出力装置７のサイズが大きくなってしまうこともありえる。特に複数の端子台５を並べて設置しているような場合、それらに置き換える入出力装置７のサイズが大きくなると、すべての端子台５を入出力装置７に置き換えることができなくなるおそれもある。

そこで、本実施形態では、１台の入出力装置７を用いるのではなく、コネクタ９ａを装備した端子台９及び端子台９とは別置きのアイソレータ１０により、入出力装置７と同等の機能を持たせるようにしたものである。

本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とが端子台５に接続された制御システムにおいて既設の制御装置１を新たな制御装置６に更新する場合、以下に述べる手順を実行する。なお、第１の実施形態で説明した構成要素と同等のものには同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

まず、休止時間を利用して、図５（Ｂ）に示すように、既設の制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とを端子台５からすべて解線して、端子台５を撤去する。

続いて、図５（Ｃ）に示すように、信号線２を接続することのできる端子９ｂと、信号線４を接続することのできる端子９ｃとが複数配列された端子台９を端子台５の跡に設置する。端子台９は、例えば端子台５がネジ式端子台であれば同じくネジ式端子台とし、端子台５に結線するのと同じ配線関係で複数の信号線２、４を結線することができるものであり、この端子台９に、既設の制御装置１につながる複数の信号線２と、設備３につながる複数の信号線４とをすべて結線する。

この場合に、端子台５の跡に端子台９を設置するので、図５（Ｂ）に示したように解線した信号線２、４をそのまま結線することができ、この解線・結線作業は１回の休止時間を利用して行なうことが可能で、解線・結線ミスが発生する可能性も激減する。

ここで、端子台９には、多芯ケーブルを接続することのできるコネクタ９ａが装備されており、多芯ケーブル１１が接続する。説明を簡単にするため、例えば信号線２を結線する端子９ｂが１０個、信号線４を結線する端子９ｃが１０個あったとする。この場合、多芯ケーブル１１は、これら２０個の端子９ｂ、９ｃそれぞれに接続する２０本の芯線をまとめたものを使用する。

また、端子台９とは別置きのアイソレータ１０が設置される。アイソレータ１０には、多芯ケーブルを接続することのできるコネクタ１０ａが装備されており、多芯ケーブル１１が接続する。

アイソレータ１０は、１入力２出力機能を有し、新たな制御装置６ともアイソレーションされた信号のままコネクタケーブルを介してやり取りすることもできるし、デジタル変換した後にネットワーク８を介してデジタル通信することもできる。この例では、新たな制御装置６とはイーサネット（登録商標）(Ethernet（登録商標）)によるシリアル通信が行なわれるようにされている。

図５（Ｃ）に示す状態では、例えば設備３側から信号の入力があると、その信号は、端子台９の端子９ｃから多芯ケーブル１１を介してアイソレータ１０に入力される（図中矢印Ｉ₁）。アイソレータ１０では、入力された信号を電気的に分離（アイソレーション）して、その一方を多芯ケーブル１１を介して端子台９の端子９ｂから既設の制御装置１に戻し（図中矢印Ｏ₁）、他方をネットワーク８を介して新たな制御装置６に出力する（図中矢印Ｏ₂）。

図５（Ｃ）に示すように、新たな制御装置６と通信可能なアイソレータ１０に接続する端子台９に信号線２、４をすべて結線した後、端子台９及びアイソレータ１０を介して既設の制御装置１による操業を続行させつつ、新たな制御装置６の試運転を行なう。例えば、図中矢印Ｉ₁，Ｏ₁，Ｏ₂に示したように、既設の制御装置１で計測制御しながら、新たな制御装置６でもデータを取り込んでデバッグ等を実施することができる。

新たな制御装置６の試運転の後、問題がなければ、図５（Ｄ）に示すように、端子台９から既設の制御装置１につながる信号線２をすべて解線して、既設の制御装置１を撤去する。以上の手順により、既設の制御装置１を新たな制御装置６に更新する作業が終了する。

以上述べたように、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に解線・結線作業を１回の休止時間を利用して行なうことができるようにしたので、既設の制御装置を新たな制御装置に更新する工期を短縮化し、コストダウンを図ることができる。

しかも、コネクタ９ａを装備するだけの端子台９のサイズは、端子台５のサイズと略同等とすることができるので、端子台５の跡に確実に設置することができる。

以上、本発明を実施形態とともに説明したが、それに限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。例えば、上記実施形態では、入出力装置、或いは、端子台９及びアイソレータ１０を、制御装置を更新する場合に利用する例を説明したが、それ以外の用途に用いることも可能である。例えば、入出力装置７の端子に制御装置と設備とを接続して、その間での信号を中継するとともに、デジタル通信によりデータロガーにデータを蓄積していくようなシステムにも利用することができる。

第１の実施形態における制御装置の更新手順を説明するための図である。 入出力装置を説明するための図である。 ＤＩ回路の構成例を示す図である。 ＡＩ回路の構成例を示す図である。 第２の実施形態における制御装置の更新手順を説明するための図である。 従来の制御装置の更新手順を説明するための図である。

符号の説明

１ 既設の制御装置
２ 信号線
３ 設備
４ 信号線
５ 端子台
６ 新たな制御装置
７ 入出力装置
７ａ 入出力モジュール
７ｂ 基台
７ｃ 制御部
７ｄ ネットワーク端子
８ ネットワーク
９ 端子台
９ａ コネクタ
１０ アイソレータ
１０ａ コネクタ
１１ 多芯ケーブル

Claims (1)

1. 既設の制御装置につながる複数の信号線と設備につながる複数の信号線とが端子台に接続された制御システムにおいて上記既設の制御装置を新たな制御装置に更新するための制御装置の更新方法であって、
   上記既設の制御装置につながる複数の信号線と上記設備につながる複数の信号線とを上記端子台からすべて解線して、上記端子台を撤去する第１の手順と、
   上記解線した既設の制御装置につながる複数の信号線を接続することのできる複数の端子と上記解線した設備につながる複数の信号線を接続することのできる複数の端子とが配列され、これら各端子に接続する複数本の芯線をまとめた多芯ケーブルを有した新たな端子台を上記端子台の跡に設置し、その新たな端子台に、上記解線した既設の制御装置につながる複数の信号線と上記解線した設備につながる複数の信号線とを結線する第２の手順と、
   上記第２の手順の前或いは後において、上記新たな制御装置と通信可能とされたアイソレータに上記多芯ケーブルを接続し、上記設備側からの信号を上記新たな端子台を介して上記アイソレータに入力して電気的に分離して、上記新たな制御装置と、上記新たな端子台を介して上記既設の制御装置とに出力する構成とする第３の手順と、
   上記新たな端子台及び上記アイソレータを介して上記既設の制御装置による操業を続行させつつ、上記新たな制御装置の上記設備側からの入力信号による試運転を同時に行なう第４の手順と、
   上記端子台から上記既設の制御装置につながる信号線をすべて解線して、上記既設の制御装置を撤去する第５の手順とを有することを特徴とする制御装置の更新方法。

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