JP6895208B2 - プラント制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プラント制御装置に関する。

鉄鋼プラントなどのプラントの動作を制御するプラント制御装置では、新たな設備に入れ替えるリフレッシュ工事が行われる場合がある。こうしたリフレッシュ工事は、例えば、更新エンジニアリング業務と呼ばれる。

更新エンジニアリング業務では、当該プラントの最新の展開接続図や既設ソフトウェアなどを入手し、改造対象が明確であることを前提としてエンジニアリング業務を開始する。業務の中で最新の展開接続図と実際のハードウェアとに相違点が見つかった場合には、不明点を都度調査し、正しい情報を最新の展開接続図などに反映させる必要がある。

操業を続けているプラントでは、調査を行うことができる期間が限られている。また、調査によって新たな不明点が判明する場合もある。このため、既設プラントの正確な情報を確認するために多くの時間を要する場合がある。

また、従来の更新では、ハードウェアとソフトウェアとを同時に置き換える必要があり、その機能の確認のために、長い停止時間を必要としていた。

更に、ソフトウェアに関しては、最新のソフトウェアを入手して新たなプラント制御装置に適合したプログラムへの変換を行う。この際、何年も操業を続け、設備の改造を繰り返してきたプラントにおいて、存在するソフトウェアのすべてが現在使用されているものか、一部に不要なソフトウェアが含まれているのか、判断をつけることが難しい。不要なソフトを整理する作業は、プラント制御装置を更新する際に行うのが最適なタイミングであるが、判断がつかずにそのまま不要なソフトを残す場合も多い。

このように、プラント制御装置では、更新エンジニアリング業務の際に、一度に長い停止時間が必要となる点、及び不要なソフトウェアを極力排除した完成度の高いソフトウェアに更新することが難しい点において、検討の余地が残されていた。

特開平７−５６４９５号公報

本発明の実施形態は、一度に長い停止時間をプラントに必要とすることなく、より高い完成度のソフトウェアに更新可能なプラント制御装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、第１仕様を有する既設のプラント制御装置から置き換えて使用され、前記第１仕様と異なる第２仕様を有し、前記第２仕様のソフトウェアに基づいてプラントの動作を制御するプラント制御装置において、前記既設のプラント制御装置に組み込まれていた前記第１仕様の第１ソフトウェアを実行可能な第１制御部と、前記第２仕様の第２ソフトウェアを実行可能、かつ前記第２ソフトウェアを更新可能な第２制御部と、前記第１仕様と前記第２仕様との変換を行うことにより、前記既設のプラント制御装置に接続されていた前記第１仕様に対応する既設の入出力装置を前記第１制御部及び前記第２制御部に接続可能とするデバイス変換器と、を備え、前記デバイス変換器は、複数の前記既設の入出力装置と接続され、前記複数の既設の入出力装置のそれぞれを前記第２仕様に対応する入出力装置と個別に更新可能であり、前記第２制御部は、前記第２仕様に対応する入出力装置への更新に対応させて、前記第２ソフトウェアを更新可能であるプラント制御装置が提供される。

一度に長い停止時間をプラントに必要とすることなく、より高い完成度のソフトウェアに更新可能なプラント制御装置が提供される。

図１（ａ）〜図１（ｆ）は、実施形態に係るプラント制御装置及びその更新方法を模式的に表すブロック図である。 図２（ａ）〜図２（ｄ）は、参考のプラント制御装置及びその更新方法を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図１（ａ）〜図１（ｆ）は、実施形態に係るプラント制御装置及びその更新方法を模式的に表すブロック図である。
図１（ａ）は、更新前の既設のプラント制御装置１００を表す。
図１（ｂ）〜図１（ｆ）は、実施形態に係るプラント制御装置１０を表す。すなわち、図１（ｂ）〜図１（ｆ）は、既設のプラント制御装置１００を、実施形態に係るプラント制御装置１０に更新する工程を表している。

既設のプラント制御装置１００は、第１仕様を有する。新設されるプラント制御装置１０は、第１仕様と異なる第２仕様を有する。第１仕様及び第２仕様は、ソフトウェア的な仕様及びハードウェア的な仕様の少なくとも一方を含む。ソフトウェア的な仕様とは、例えば、使用されるプログラミング言語や、プログラミング言語のバージョンなどである。ハードウェア的な仕様とは、例えば、入出力点数、プログラム容量（ステップ数）、命令処理速度、又はメモリ容量などである。

例えば、新設されるプラント制御装置１０では、既設のプラント制御装置１００と比べて、異なるプログラミング言語や、新しいバージョンのプログラミング言語が用いられている可能性が高い。また、新設されるプラント制御装置１０では、既設のプラント制御装置１００と比べて、入出力点数やプログラム容量などのハードウェア構成が増強されている可能性が高い。

このように、プラント制御装置１０は、第１仕様を有する既設のプラント制御装置１００から置き換えて使用され、第１仕様と異なる第２仕様を有し、第２仕様のソフトウェアに基づいてプラントの動作を制御する。

図１（ａ）に表したように、既設のプラント制御装置１００は、制御部１１０を備える。制御部１１０には、例えば、リモートＩＯ１３１、１３２やネットワークステーション１３５などの入出力装置が接続されている。制御部１１０には、例えば、複数の入出力装置が接続される。プラント制御装置１００に接続されるリモートＩＯ１３１、１３２及びネットワークステーション１３５などの入出力装置は、プラント制御装置１００の第１仕様に対応する。

制御部１１０は、リモートＩＯ１３１、１３２を介してプラントの各機器と接続される。制御部１１０は、例えば、リモートＩＯ１３１、１３２を介して各種のセンサと接続されることにより、各種のセンサから制御に必要な情報を取得する。また、制御部１１０は、例えば、リモートＩＯ１３１、１３２を介してモータドライバなどの駆動装置と接続され、センサの情報などに基づいて駆動装置に各種の制御信号を入力することにより、モータなどの駆動部の動作を制御する。

制御部１１０は、ネットワークステーション１３５を介してプラント内のネットワークに接続される。制御部１１０は、例えば、ネットワークステーション１３５及びネットワークを介してプラント内の別の制御装置などと接続される。

制御部１１０は、第１仕様に対応する第１ソフトウェア１２０を有する。制御部１１０は、第１ソフトウェア１２０に基づいて動作することにより、リモートＩＯ１３１、１３２などを介して接続されたプラントの各機器の動作を制御する。

このように、制御部１１０は、リモートＩＯ１３１、１３２及びネットワークステーション１３５を介してプラントの各機器やネットワークと接続され、第１ソフトウェア１２０に基づいて、プラントの動作を制御する。なお、制御部１１０に接続される入出力装置の数は、３つに限ることなく、１つ又は２つでもよいし、４つ以上でもよい。また、入出力装置は、リモートＩＯ１３１、１３２やネットワークステーション１３５に限ることなく、制御部１１０と他の機器との間でのデータの送受を可能にする任意の装置でよい。

図１（ｂ）〜図１（ｆ）に表したように、実施形態に係るプラント制御装置１０は、第１制御部１１と、第２制御部１２と、デバイス変換器１４と、を備える。第１制御部１１は、既設のプラント制御装置１００に組み込まれていた第１仕様の第１ソフトウェア１２０を実行可能である。第２制御部１２は、第２仕様の第２ソフトウェア２０を実行可能、かつ第２ソフトウェア２０を更新可能である。

第１制御部１１は、例えば、既設のプラント制御装置１００の制御部１１０の動作を模倣するエミュレータである。第２制御部１２は、例えば、仮想ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。第１制御部１１及び第２制御部１２は、例えば、同じプロセッサにソフトウェア的に構成される。

このように、プラント制御装置１０では、第１制御部１１と第２制御部１２とを設けることにより、既設の第１ソフトウェア１２０と新設の第２ソフトウェア２０とのいずれか一方で選択的にプラントの各機器の動作を制御できるようにする。例えば、第１制御部１１による制御と、第２制御部１２による制御と、を切り替えながらプラントの各機器を動作させる。これにより、新設の第２ソフトウェア２０が、既設の第１ソフトウェア１２０と同様にプラントの各機器を制御可能であるか否かを容易に確認することができる。

デバイス変換器１４は、第１仕様と第２仕様との変換を行うことにより、既設のプラント制御装置１００に接続されていた第１仕様に対応する既設のリモートＩＯ１３１、１３２及びネットワークステーション１３５を第１制御部１１及び第２制御部１２に接続可能とする。

プラント制御装置１０は、例えば、ネットワークインターフェイス１６を、さらに備える。ネットワークインターフェイス１６は、プラント制御装置１０をプラント内のネットワークに接続する。ネットワークインターフェイス１６は、例えば、第１制御部１１、第２制御部１２、及びデバイス変換器１４と同じ筐体内に組み込まれている。プラント制御装置１０は、これに限ることなく、プラント制御装置１００と同様に、外付け式のネットワークステーション１３５などを介してネットワークと接続してもよい。ネットワークインターフェイス１６は、必要に応じて設けられ、省略可能である。

次に、本実施形態に係るプラント制御装置１０の更新方法について説明する。
既設のプラント制御装置１００をプラント制御装置１０に更新する場合には、図１（ａ）及び図１（ｂ）に表したように、まず、プラント制御装置１００を取り外し、既設のリモートＩＯ１３１、１３２及びネットワークステーション１３５をプラント制御装置１０のデバイス変換器１４に接続することにより、既設のプラント制御装置１００をプラント制御装置１０に置き換える。

そして、プラント制御装置１０の第１制御部１１に既設の第１ソフトウェア１２０を組み込む。これにより、プラント制御装置１０においても、第１制御部１１による制御によって、既設のプラント制御装置１００と同様にプラントの各機器の動作を制御することが可能となる。既設の第１ソフトウェア１２０を第１制御部１１に組み込むタイミングは、プラント制御装置１０をプラント制御装置１００と置き換えた後でもよいし、プラント制御装置１０の置き換え行う前に予め行ってもよい。

図１（ｃ）に表したように、必要に応じて既設のリモートＩＯ１３１を新たなリモートＩＯ３１に更新する。新設のリモートＩＯ３１は、例えば、プラント制御装置１０の第２仕様に対応したリモートＩＯである。このような場合、第１制御部１１は、既設の第１ソフトウェア１２０の更新を可能にする。

プラント制御装置１０は、例えば、第１ソフトウェア１２０を表示するための表示部や、第１ソフトウェア１２０の更新の操作を行うための操作部などをさらに有する（いずれも図示は省略）。更新エンジニアリング業務を行う技術者などは、表示部に表示された第１ソフトウェア１２０を参照しながら操作部を操作することにより、リモートＩＯ３１の更新に対応した第１ソフトウェア１２０の更新を第１制御部１１に指示する。第１制御部１１は、操作部からの指示に応じて第１ソフトウェア１２０を第１ソフトウェア１２１に更新する。

このように、プラント制御装置１０は、リモートＩＯ３１などのハードウェア構成の更新があった場合に、第１制御部１１（エミュレータ上）において既設の第１ソフトウェア１２０の更新を可能にする。これにより、例えば、任意のタイミングでハードウェア構成の更新を行うことが可能になる。例えば、ソフトウェアの更新を行った後に全てのリモートＩＯ１３１、１３２を更新する場合などと比べて、一度に必要となるプラントの停止時間を短くすることができる。

図１（ｄ）に表したように、プラント制御装置１０の第２仕様に対応した第２ソフトウェア２０を第２制御部１２に組み込む。この後、第１制御部１１と第２制御部１２とでプラントの各機器を交互に制御することにより、新設の第２ソフトウェア２０に基づく第２制御部１２が、既設の第１ソフトウェア１２１に基づく第１制御部１１と同様に動作するか否かを確認する。いわゆるパララン運転を行う。

更新エンジニアリング業務を行う技術者などは、第１制御部１１及び第２制御部１２のそれぞれの動作を確認し、第２ソフトウェア２０を適宜更新する。第２制御部１２は、第２ソフトウェア２０の更新を可能にする。このように、パララン運転を行い、第１制御部１１の実行結果と第２制御部１２の実行結果とを比較する。これにより、新設の第２ソフトウェア２０の完成度や品質を高めることができる。例えば、第２ソフトウェア２０内に不要な内容が残ってしまうことを抑制することができる。

図１（ｅ）に表したように、第２制御部１２が適切に動作することをパララン運転によって確認した後、第１制御部１１及び既設の第１ソフトウェア１２１を除去する。これにより、例えば、更新後に誤って第１制御部１１によってプラントの各部を動作させてしまうことなどを抑制することができる。また、次回の更新時などに、第１制御部１１及び第１ソフトウェア１２１が誤って引き継がれてしまうことなどを抑制することもできる。但し、第１制御部１１及び第１ソフトウェア１２１は、そのまま残しておいてもよい。あるいは、第１制御部１１は残しておき、既設の第１ソフトウェア１２１のみを除去（消去）してもよい。

図１（ｆ）に表したように、既設のリモートＩＯ１３２を新たなリモートＩＯ３２に更新する。新設のリモートＩＯ３２は、例えば、プラント制御装置１０の第２仕様に対応したリモートＩＯである。この場合、第２制御部１２は、リモートＩＯ３２の更新に対応させて、第２ソフトウェア２０を第２ソフトウェア２１に更新する。

このように、デバイス変換器１４は、リモートＩＯ１３１、１３２及びネットワークステーション１３５などの複数の既設の入出力装置と接続され、複数の既設の入出力装置のそれぞれを第２仕様に対応する入出力装置と個別に更新可能である。そして、第２制御部１２は、第２仕様に対応する入出力装置への更新に対応させて、第２ソフトウェア２０を更新可能である。

なお、この例では、新設のリモートＩＯ３１、３２をデバイス変換器１４に接続している。プラント制御装置１０の第２仕様に対応するリモートＩＯ３１、３２は、例えば、第２制御部１２に直接接続してもよい。この場合、デバイス変換器１４は、除去してもよい。

また、図１（ｆ）に表したように、例えば、プラント制御装置１０の更新に対応させて新しいネットワークが引かれた場合などには、ネットワークステーション１３５が除去され、ネットワークインターフェイス１６を介して第２制御部１２が新設のネットワークと接続される。以上により、プラント制御装置１００からプラント制御装置１０への更新が完了する。

図２（ａ）〜図２（ｄ）は、参考のプラント制御装置及びその更新方法を模式的に表すブロック図である。
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、既設のプラント制御装置１００を、参考のプラント制御装置２００に更新する工程を表している。

参考のプラント制御装置２００は、制御部２１０と、ネットワークインターフェイス２１６と、を備える。制御部２１０は、ソフトウェア２２０を有する。プラント制御装置２００の仕様は、プラント制御装置１００の仕様と異なる。ソフトウェア２２０は、プラント制御装置２００の仕様に対応したソフトウェアである。ネットワークインターフェイス２１６は、ネットワークインターフェイス１６と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に表したように、プラント制御装置１００をプラント制御装置２００に更新する場合には、まず、プラント制御装置１００の制御部１１０とリモートＩＯ１３１、１３２との間に切替装置２４０が設けられるとともに、プラント制御装置２００の制御部２１０が切替装置２４０を介してリモートＩＯ１３１、１３２と接続される。

切替装置２４０は、制御部１１０からリモートＩＯ１３１、１３２に信号を入力可能とする状態と、制御部２１０からリモートＩＯ１３１、１３２に信号を入力可能とする状態と、を選択的に切り替える。また、切替装置２４０は、リモートＩＯ１３１、１３２から出力される信号を、制御部１１０及び制御部２１０の双方に入力する。この際、切替装置２４０は、プラント制御装置１００の仕様とプラント制御装置２００の仕様との変換を行うことにより、仕様の異なるリモートＩＯ１３１、１３２をプラント制御装置２００の制御部２１０に接続可能とする。

これにより、切替装置２４０の状態を切り替えることで、プラント制御装置１００によってプラントの各機器の動作を制御する状態と、プラント制御装置２００によってプラントの各機器の動作を制御する状態と、を切り替えることができる。すなわち、プラント制御装置１００とプラント制御装置２００とでパララン運転を行うことができる。

更新エンジニアリング業務を行う技術者などは、パララン運転によって制御部２１０の動作を確認し、必要に応じてソフトウェア２２０の書き換えを行う。

図２（ｃ）に表したように、パララン運転によって制御部２１０の動作を確認した後、プラント制御装置１００を除去する。この後、図２（ｄ）に表したように、切替装置２４０を除去し、既設のリモートＩＯ１３１、１３２を、プラント制御装置２００の仕様に対応した新たなリモートＩＯ２３１、２３２に更新する。また、制御部２１０は、リモートＩＯ２３１、２３２の更新に対応させて、ソフトウェア２２０をソフトウェア２２１に更新する。以上により、プラント制御装置１００からプラント制御装置２００への更新が完了する。

既設のプラント制御装置１００では、仕様の異なる新たなリモートＩＯ２３１、２３２を接続し、プラントの各機器の制御を行うことができない。このため、参考のプラント制御装置２００では、既設のリモートＩＯ１３１、１３２を、一度に新たなリモートＩＯ２３１、２３２に更新する必要があるとともに、これにともなうソフトウェア２２０からソフトウェア２２１への更新も一度に行う必要がある。従って、機能の確認のために、プラントを長時間停止させる必要がある。

これに対して、本実施形態に係るプラント制御装置１０では、第１制御部１１と第２制御部１２とデバイス変換器１４とを備えている。これにより、既設のリモートＩＯ１３１、１３２と、新たなリモートＩＯ３１、３２と、のそれぞれを、デバイス変換器１４によって第１制御部１１及び第２制御部１２のそれぞれに接続することができる。これにより、既設のリモートＩＯ１３１、１３２を、個別に新たなリモートＩＯ３１、３２に更新することが可能となる。従って、一度に必要となるプラントの停止時間を短くすることができる。例えば、プラントの改造が可能な時に、小さな単位でリモートＩＯ１３１、１３２などの入出力装置の更新を行うことができる。

また、既設の第１ソフトウェア１２０の実行結果と、新たに更新される第２ソフトウェア２０の実行結果と、を比較しながら第２ソフトウェア２０の更新を行うことができる。これにより、第２ソフトウェア２０の完成度や品質を高めることができる。例えば、第２ソフトウェア２０内に不要な内容が残ってしまうことを抑制することができる。

従って、本実施形態に係るプラント制御装置１０によれば、一度に長い停止時間をプラントに必要とすることなく、より高い完成度のソフトウェアに更新することができる。

また、本実施形態に係るプラント制御装置１０では、第１制御部１１が、第１ソフトウェア１２０を更新可能である。これにより、例えば、図１（ｃ）に表したように、第２制御部１２に第２ソフトウェア２０を組み込む前からリモートＩＯ１３１、１３２の更新を行うことも可能となり、更新の自由度をより高めることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０、１００、２００…プラント制御装置、 １１…第１制御部、 １２…第２制御部、 １４…デバイス変換器、 １６…ネットワークインターフェイス、 ２０、２１…第２ソフトウェア、 ３１、３２…リモートＩＯ、 １１０…制御部、 １２０、１２１…第１ソフトウェア、 １３１、１３２…リモートＩＯ、 １３５…ネットワークステーション、 ２１０…制御部、 ２２０、２２１…ソフトウェア、 ２３１、２３２…リモートＩＯ、 ２４０…切替装置

Claims (3)

1. 第１仕様を有する既設のプラント制御装置から置き換えて使用され、前記第１仕様と異なる第２仕様を有し、前記第２仕様のソフトウェアに基づいてプラントの動作を制御するプラント制御装置において、
   前記既設のプラント制御装置に組み込まれていた前記第１仕様の第１ソフトウェアを実行可能な第１制御部と、
   前記第２仕様の第２ソフトウェアを実行可能、かつ前記第２ソフトウェアを更新可能な第２制御部と、
   前記第１仕様と前記第２仕様との変換を行うことにより、前記既設のプラント制御装置に接続されていた前記第１仕様に対応する既設の入出力装置を前記第１制御部及び前記第２制御部に接続可能とするデバイス変換器と、
   を備え、
   前記デバイス変換器は、複数の前記既設の入出力装置と接続され、前記複数の既設の入出力装置のそれぞれを前記第２仕様に対応する入出力装置と個別に更新可能であり、
   前記第２制御部は、前記第２仕様に対応する入出力装置への更新に対応させて、前記第２ソフトウェアを更新可能であるプラント制御装置。
2. 前記第１制御部は、前記既設のプラント制御装置の動作を模倣するエミュレータである請求項１記載のプラント制御装置。
3. 前記第１制御部は、前記第２仕様に対応する入出力装置への更新に対応させて、前記第１ソフトウェアを更新可能である請求項１又は２に記載のプラント制御装置。

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