JPH0760322B2

JPH0760322B2 - プラント制御装置

Info

Publication number: JPH0760322B2
Application number: JP15824885A
Authority: JP
Inventors: 敦滝田; 彰菅野; 輝雄村尾; 俊朗細貝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1985-07-19
Publication date: 1995-06-28
Anticipated expiration: 2010-06-28
Also published as: JPS6220001A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はプラント制御装置に係り、特に複数の機器を統
括制御するコントローラのドライブコントロールモジュ
ール（DCM）に関する。

〔発明の背景〕

従来のシーケンス制御装置はリレーまたはソリツドステ
ートによるワイヤドロジツクにより構成されていたが、
少人数によるプラント運転を可能にする為の広範囲自動
化や、燃料転換に伴う石炭火力発電プラントの増加によ
るプラント補機数の増大等によりシステムが高度化、複
雑化しワイヤドロジツクでシステムを構成した場合その
ハード量や配線本数は膨大な規模となる。またシーケン
スの進行表示、渋滞表示、異常診断等の高度のニーズに
対応するには従来のハードワイヤドロジツクによる制御
装置では十分な対応が不可能な為、デイジタルコントロ
ーラによるシーケンス制御装置が普及してきた。

しかしデイジタルコントローラは、その経済的理由によ
りどうしても１台のコントローラで複数の補機を時分割
で処理する構成となる為、CPU故障時には複数の補機の
制御が不能となりプラント運転の継続に重大な障害を発
生することとなる。そこで、コントローラの多重化が必
要になる。また、補機の運転を継続すると補機に損傷を
与えるような状況では強制的に補機を停止してその安全
を確保するインターロツク（以下補機保護インターロツ
クと呼ぶ。）が必要であるが、これは従来デイジタルコ
ントローラを使用する場合でもハードワイヤドロジツク
にて構成している。これは補機保護ロジツクはCPUの動
作・不動作にかかわらず補機の運転中は常に動作してい
る必要があり補機保護ロジツクの不動作が補機の損傷等
の重大事故に直結するからである。

第２図に従来のデイジタルコントローラによる制御装置
の構成を示す。１はデイジタルコントローラであり２の
CPU、3a〜3nのデイジタル入力カード（以下DIカー
ド）、4a〜4nのデイジタル出力カード（以下DOカード）
及びPI/Oバス７より構成される。８は補機保護回路、警
報回路及び手動操作回路であり、９に示す手動操作用ス
イツチからの指令及び10のプラントからのプロセス状態
信号によりデイジタルコントローラ故障時等に手動にて
操作端を制御しプラントの運転を継続可能ならしめ、更
にプラントに損傷を与えるような状況においては補機を
強制停止してプラントの安全を確保するものである。11
は機器であり、複数個によりプラントを構成する。ここ
で主に経済的な理由により、一般的には１台のデイジタ
ルコントローラ１にて複数の機器11を制御することにな
る。

第３図は第２図に示したデイジタルコントローラによる
制御装置を更に詳細に示したものである。20は第２図中
の２のCPU内のメモリに記憶されたソフトウエアにより
実行される回路である。

これらの回路は21,22,23に示すマクロ言語により記述さ
れる。21は論理和マクロ、22は論理積マクロ、23は論理
否定マクロである。26はシーケンシヤル制御ロジツクで
あり、シーケンシヤル起動指令24、シーケンシヤル停止
指令25及びプロセス状態信号27a〜27nを用いてマクロ言
語によりシーケンシヤル制御処理内容が記述されてお
り、プロセス状態を確認しながら予め定められた順序に
従つて各機器への自動起動指令28a〜28n、自動停止指令
29a〜29nをDOより出力する。

80は第２図に示した８の補機保護回路、警報回路及び手
動操作回路の１機器分を示しており、その論理回路はハ
ードワイヤドロジツクにより構成される。92の自動／手
動切替スイツチにより、自動モードが選択されると、手
動操作スイツチ91,93からの指令は81の論理積回路によ
りロツクされるとともに、デイジタルコントローラから
の自動操作出力28a,29aを選択し、プロセス状態信号85
を確認した上で、操作端12を自動操作する。一方手動モ
ードを選択した場合には手動操作スイツチ91,93の操作
に従つてプロセス状態信号85を確認しつつ、手動操作さ
れる。また、87の保護インターロツクは検出端14,15に
て機器の重大異常状態が検出されると、その異常状態信
号86a〜86nを取り込むことにより異常状態を判定し、ど
のような操作指令よりも最優先にて強制的に停止指令を
出力し、機器の安全を確保するものである。

第４図に従来のデイジタルコントローラによるシーケン
ス制御装置の正面観及び側面観を示す。100は制御装置
のシステムキヤビネツト、101は制御電源装置、１はデ
イジタルコントローラ、102はデイジタルコントローラ
の入出力ケーブル、８は103の電磁リレー等から構成さ
れる補機保護、警報、手動操作回路である。104は電磁
リレーを組合せて回路を構成するためのワイヤリング、
105は外部ターミナルブロツク、106は外部ケーブルであ
りプラントに接続される。

以上に述べた様に従来システムではデイジタルコントロ
ーラの故障時に複数の機器の操作が不可能となる弊害を
取り除くためにデイジタルコントローラと同等以上の規
模のハードウエアと膨大な数のワイヤリングにより補機
保護回路、警報回路及び手動操作回路を構成しないと発
電プラントのようにデイジタルコントローラの故障時に
も運転継続が必要なシーケンス制御装置が構成できない
という欠点があつた。

なお、このような従来のシステム公知例として電気学会
雑誌昭和56年10月101巻10号「火力発電所の全自動化
−その動向と展望」、P15及び第２図に記述がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ハードワイヤドロジツクによる複雑に
補機保護インターロツク及び手動操作回路を設けること
なく、デイジタルコントローラのCPU故障時にも保護動
作が確保されるとともに手動操作が可能でかつ、プラン
トを構成する機器に１対１に対応して、必要な入出力点
数を有し、かつ単独にメンテナンス可能な機能PI/Oと、
それにより構成される信頼性が高くかつシンプルなシー
ケンス制御装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、プラントまたはその所定の一部を構成する複
数の機器の運転を制御するプラント制御装置において、
以下のように構成されていることを特徴とする。

すなわち、複数の機器を統括制御するために各機器に必
要な制御指令信号を演算するCPUと、このCPUと複数の機
器間に、複数の機器それぞれに対応して互いに独立に設
けられる複数のDCMと、CPUと複数のDCM間の信号の伝送
路を形成するPI/Oバスを具備し、かつ、DCMは、当該機
器のプロセス信号を含む複数の入力信号および当該機器
の操作端へ出力される前記制御指令信号を含む複数の出
力信号を入出力する入出力手段と、前記CPUによる制御
の監視および／または代替などのバックアップをするバ
ックアップ手段を有していることを特徴とする。

このバックアップは、前記操作端への出力信号に応じた
当該機器の動作状態を表す操作端状態信号（例えば「入
フイードバック」や「切」フイードバック）に基づいて
行なうことを特徴とする。

本発明はこのようにDCMを機器単位に構成しているの
で、入出力手段とバックアップ手段を一枚の基板上でモ
ジュール化でき、さらにはバックアップ手段の多機能化
が可能で、多数のDCMを必要とする大規模なプラント制
御装置のダウンサイジングを実現する。また、機器単位
にDCMを設けることで、メンテナンスも容易になる。

本発明によるバックアップ手段は、受信した操作端状態
信号に対応した表示信号を、前記出力手段を介して外部
の表示装置に出力するように構成しているので、機器制
御の状態を常時、監視できる。さらに、バックアップ手
段は、CPUの異常を検出する手段を有していて、CPUの動
作が異常な場合に、CPUからの前記操作指令信号の前記
操作端への出力を禁止するように構成している。

これによって、CPUの異常時に、DCMはCPUによる誤った
制御を自覚的に停止し、予定のインターロックを行なっ
たり手動操作に切替たりして、システムの信頼性を向上
できる。

さらに本発明は、バックアップ手段に手動モード設定手
段を有しているので、CPUによらずに手動設定による操
作が機器ごとに行なえ、テストやCPU異常時の対応が容
易になる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は、シーケンス制御システムの構成例である。図
中11a〜11nは各々の機器であり、150a〜150nは複数の機
器11からなる機器グループであり、151a〜151nは複数の
機器グループ150からなる系統であり、152は複数系統15
1からなる発電プラントである。153a〜153nはプラント
の機器11a〜11nに１対１に対応した１枚のプリントカー
ドであり、対応する機器の制御に必要な入出力をカバー
できるDCMである。154は複数のDCM153a〜153nを統括制
御するCPUであり、155はそのPI/Oバス、156a〜156nは機
器グループコントローラである。157は複数台の機器グ
ループコントローラ156a〜156nを統括制御する系統コン
トローラである。158は系統コントローラ157と複数台の
機器グループコントローラ156a〜156nを接続する系統内
シリアル信号伝送路である。159a〜159nは系統単位の制
御システムであり、160は複数の系統単位制御システム1
59a〜159nを統括制御するマスタコントローラである。1
61はマスタコントローラと複数台の系統コントローラを
接続するシステムシクアル伝送路である。

第５図は、DCMの詳細を示したものである。200はCPU内
のメモリに記憶されたソフトウエアにて実行される回路
である。201は１枚のDCMのプリント板により実現される
ハードウエア回路である。202はPI/Oバスであり、CPUと
DCMカードはPI/Oバス202を介してインターフエイスがと
られる。200内には203〜206の回路があり、その回路の
制御機能はマクロ言語により記述されている。203のシ
ーケンシヤール自動操作インターロツクは自動モード選
択時に操作端の状態を確認しながら系統内の各操作端に
順次操作指令を出力する。204の操作許可インターロツ
クは入力されたプロセス状態信号から操作端が操作可能
かどうか判定する。205の外部プロセス条件による自動
操作インターロツクは、入力されたプロセス状態信号に
より操作端が自動操作可能な状態にあるかどうかを判断
し、自動操作可能であれば操作指令を出力する。206の
操作端診断回路は操作端への操作指令と操作端の状態信
号を入力することにより、操作端の誤動作及び不動作を
判定して、異常時には異常信号を出力するものである。

１枚のプリント板回路より成る201のDCMカード内には、
250のDI部16点、251のDO部６点、252の基本ロジツク、2
53の保護ロジツク、254のロジツクパターン選択部を内
蔵する。DI,DOの各々のチヤンネルの用途は図に示す通
りである。252の基本ロジツクは操作端の操作回路及び
状態表示回路の内、各操作端に共通な必要最低限のロジ
ツクを固定論理として定型化したもので、PAL（Program
able Array Logic）にて構成される。253の保護ロジツ
クは誤動作、誤不動作による機器の損傷等を防止するた
めのロジツクでありROM（Read Only Memory）にて構成
される。

300は手動操作用スイツチ及び状態表示用のランプから
なる運転員の操作部である。12は操作端13を駆動するモ
ータ、16は駆動用モータ12に動力電源を供給するための
しや断器及びしや断器の制御回路からなるメタクラ、パ
ワーセンタ類である。14は圧力、流量等を検出するスイ
ツチ、15は機器の状態、位置を検出するリミツトスイツ
チである。

第６図に第５図中の253の保護ロジツクの詳細を示す。4
03の記憶装置のアドレスバス402を入力部として、ロジ
ツクパターン選択部254、接点入力信号408、記憶用入力
信号406及びタイマ信号407等の信号を入力する。記憶装
置403ではこれらの入力条件に応じたロジツクパターン
を構成し、この結果をデータバス404を出力部として出
力する。データバス404を介して出力された信号の一部
は、記憶用入力信号406として、また一部はタイマ405を
介して再度アドレスバス402に入力され、それぞれホー
ルド回路と限時動作回路を構成する。以上の構成により
所要のロジツクをロジツクパターン選択部254で選択す
ることにより、接点入力信号408に応じた論理回路が記
憶装置403で構成され、必要に応じて記憶用入力信号40
6、タイマ信号407を加えて所要の出力409が得られる。
第６図ではロジツクパターン選択部254は6bitで表わし
ているが、この場合2⁶＝64パターンのロジツクが選択可
能である。このbit数は必要に応じて選択すれば良く、
例えば256パターンのロジツクが必要であれば8bitとす
れば良い。入力信号408、記憶入力信号406、タイマ入力
407も必要に応じて記憶装置403の入力点数範囲内でその
点数を変えることが可能である。なお、記憶装置403は
第５図ではROMとしているがRAM（Random Access Memor
y），コアメモリ等、いずれも使用できるし、構成する
ロジツクはROMなどで固定しても良いし、RAM、コアメモ
リなどて変更可能にも構成できる。

以上のように構成されるロジツクを第５図に示すように
プリント板上に設置し、モータの軸受油圧低下等の機器
に損傷を与えるような状態信号を接点入力408により入
力し、この入力信号により必要となつたときには強制的
に機器を非常停止させる出力409を発信するような保護
インターロツクをロジツクパターン選択部254にて選択
構成する。これにより、保護インターロツクはCPUを介
していないのでCPU故障特にも確実に動作し、機器の安
全が確保されるため、高信頼度でかつフレキシブルの保
護回路が構成される。

第７図に、第６図で述べたロジツクの具体的な作成方法
を示す。第７図の例では簡単のためロジツクパターン選
択部254は3bit、入力408は２点、タイマ405も２点とす
る。この入力により構成されるロジツクパターンの例を
左下の枠内に示し、このパターン番号を010とする。右
下にこのロジツクによるタイムチヤートを示す。外部入
力ＡがONになると線番414によりタイマT1がタイママウ
ントを開始する。外部入力ＢがONになると線番413によ
り同様にタイマT2がカウントを開始する。外部入力Ｂが
ONした時ＡもONしているので線番415,411を介して出力
ＣがON状態として出力される。またタイマT1がカウント
完了した時には線番412を介して出力ＤがON状態として
出力される。このロジツクをメモリ上に構成する方法を
以下に述べる。メモリ番地をタイマ２点、外部入力２
点、ロジツクパターン選択部３点の計7bitで構成される
ものとし、これらを順にメモリ番地を指令するパラメー
タとして扱う。ロジツクパターン選択部254の選択パタ
ーンを010とすれば、スイツチ選択部に相当するアドレ
スの上位３桁が010のアドレスエリアが選択される。こ
の時外部入力408の２点のON/OFF状態に応じて該当のア
ドレスが選択される。このアドレスに応じ出力部411,41
2,413,414がロジツクパターンに応じてプログラムさ
れ、このプログラムに対応して出力される。出力部413,
414がON状態になるとタイマ405のカウントが開始され、
このタイマのカウント完了の有無によつて再度、記憶部
403に入力され、これに該当するメモリ番地が更にアク
セスされることになり、これらの入力状態に応じて結果
として出力部411,412から出力される。出力部はメモリ
のデータビツトの範囲内で何点でもかまわない。

第８図に第５図中の252の基本ロジツクの詳細を示す。4
20は状態表示ロジツクであり、450は操作指令ロジツク
である。入出力信号の用途は第８図に示した通りであ
り、点線枠の信号はCPUよりの入力信号、実線枠の信号
は保護ロジツクROMよりの入力信号、枠無しの信号は外
部入出力信号を示す。441は「入」ランプ点灯指令出力
信号であり、論理和437の出力である。論理和437は論理
積433,435及びランプテスト信号424のいずれかが成立し
た時に441の「入」ランプ点灯指令を出力する。従つて
制御電源正常信号427がONの時、CPURUN状態であればCPU
からの「入」ランプ点灯信号422に従って「入」ランプ
に点灯指令441が出力され、CPUストツプ状態ではCPUか
らの信号422は論理積433によりロツクされるとともにプ
ロセスよりの「入」フイードバツク信号に従つて点灯指
令441が出力される。また、442の「切」ランプ点灯指令
出力信号も同様のロジツクにて構成される。「自動」ラ
ンプ点灯指令出力信号443及び「手動」ランプ点灯指令
出力信号444は自動／手動モード選択スイツチのON/OFF
状態信号428により直接出力される。以上のように手動
操作に必要なプロセス状態表示及び運転モード表示は、
CPUストツプ時にはCPUを介さずDCMカード内でDIチヤン
ルネルから取り込み、状態表示ロジツク420を介して直
接DOチヤンネルに出力されるため、CPU故障時にも表示
が確保される。

485の「入」指令出力信号は、論理和483により補機保護
が必要な異常状態信号である保護「入」信号451が入力
された場合は最優先にて出力される。また、このような
異常状態ではなく通常の運転時においては、ROMからの
入力である「入」禁止信号452が不成立であつて、CPUか
らの入力である「入」許可信号が成立していることを論
理積481にて確認した上で、自動モード選択時にはCPUか
らの「入」指令456に従い、手動モード選択時には操作
スイツチによる操作信号457に従つて「入」指令出力信
号が出力される。なお、CPUストツプ時には、CPUストツ
プ状態信号458及び論理和477によりCPUからの「入」許
可信号453はバイパスされるため、CPUの動作状態にかか
わらず手動操作及び保護インターロツクが保護される。

第９図に、第６図中の403の保護ロジツクと第８図中の4
20及び450の基本ロジツクとの接続を示す。なお本図
は、第５図に示した201のDCM1枚のプリント板により実
現されるハードウエア回路の詳細図でもある。保護ロジ
ツク403、基本ロジツク420及び450,DI部250、DO部251及
びPI/Oバス202はプリント板上のモード配線により図の
ように接続されている。保護ロジツク403には、保護イ
ンターロツク及び許可条件等を構成するためのプロセス
状態信号がDI部250を介して入力され、保護ロジツクか
らの出力である強制操作指令は論理和ゲートにて突き合
わされた後、450の基本ロジツクに入力される。基本ロ
ジツク450内では、保護ロジツク403からの強制操作指令
は手動操作指令及びCPUからの自動操作指令のどれより
も最優先にてDO部251から出力される。また、手動操作
スイツチ300からの操作指令及び機器の状態フイードバ
ツク信号はともにCPUを介さずにDI部250から直接450,42
0の基本ロジツクに入力され、所定の論理演算を行つた
後DO部251より表示灯300及び操作端へ出力される。一
方、DI部251より入力された外部信号は全てPI/Oバス202
を介してCPUに入力され、シーケンシヤル自動操作イン
ターロツク、操作端異常診断回路等の複雑な演算処理を
行ない、その結果をPI/Oバス202を介して基本ロジツク4
20,450に出力する。基本ロジツク450では運転モード及
び操作許可条件を確認した後、CPUからの操作指令を出
力する。

第10図に本発明による制御装置のシステムキヤビネツト
の実装図を示す。600はシステムキヤビネツト、601はデ
イジタルコントローラ、602はコントローラの入出力ケ
ーブル、605は外部ターミナルブロツク、606は外部ケー
ブルである。このようにデイジタルコントローラ入出力
はリレー等から構成される保護及び手動操作回路を介さ
ずに直接外部のプロセスと接続可能なため、非常にシン
プルでかつ信頼性の高いシステムを構築することが可能
となる。また、DCMカードは図に示す如くプロセスの機
器１台毎に対応した１枚のプリント板回路であり、他の
DCMと独立した交換等のメンテナンスを行えるため、極
めて自律性の高い制御装置を構築することが可能とな
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、発電プラントに対して系統機器単位分
散制御システムを構成する単小単位であるところの機器
１台に対応して入出力点数の入出力機能とCPU故障時の
保護インターロツク及び手動操作機能を１枚のプリント
板回路に内蔵したDCMとして実現し、これを機器単位に
配置し、これらのDCMカードを機器グループコントロー
ラのCPUにより統括制御することによつて、DCMカード毎
に独立してメンテナンスが可能で、かつデイジタルコン
トローラの外部にリレー等から構成される保護インター
ロツク及び手動操作回路を設けることなく信頼性の高い
システムを構築することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例（システム構成）、第２図と第
３図は従来技術の説明図、第４図は従来システムのキヤ
ビネツト実装図、第５図は本発明のDCMカード説明図、
第６図と第７図はDCMカード内の保護ロジツク部構成図
及び説明図、第８図はDCMカード内の基本ロジツク部構
成図、第９図はDCMカードのハードウエア構成図、第10
図は本発明のシステムキヤビネツト実装図。１……デイジタルコントローラ、８……保護回路、警報
回路及び手動操作回路、11……機器、153……DCM（Driv
e Control Module）、156……機器グループコントロー
ラ、157……系統コントローラ、252……基本ロジツク、
253……保護ロジツク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村尾輝雄茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者細貝俊朗茨城県日立市幸町３丁目２番１号日立エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献石井保編「計装制御システム」電気書院

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントまたはその所定の一部を構成する
複数の機器の運転を制御するプラント制御装置におい
て、前記複数の機器を統括制御するために各機器に必要な制
御指令信号を演算する中央処理装置（以下、CPUと呼
ぶ）と、前記CPUと前記複数の機器間に、前記複数の機器それぞ
れに対応して互いに独立に設けられる複数のドライブコ
ントロールモジュール（以下、DCMと呼ぶ）と、前記CPUと前記複数のDCM間の信号の伝送路を形成するPI
/Oバスを具備し、前記DCMは、当該機器のプロセス信号を含む複数の入力
信号および当該機器の操作端へ出力される前記制御指令
信号を含む複数の出力信号を入出力する入出力手段と、
前記CPUによる制御の監視および／または代替などのバ
ックアップをするバックアップ手段を有していることを
特徴とするプラント制御装置。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において前記バック
アップ手段は、前記操作端への出力信号に応じた当該機
器の動作状態を表す操作端状態信号に基づいてバックア
ップを行なうことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項３】特許請求の範囲第１項または第２項におい
て前記DCMは、個別の基板に形成され他のDCMと独立に交
換可能に構成されていることを特徴とするプラント制御
装置。
【請求項４】特許請求の範囲第第１項〜第３項のいずれ
か１において前記バックアップ手段は、受信した前記操
作端状態信号に対応する表示信号を、前記入出力手段を
介して外部の表示装置に出力するように構成されている
ことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項５】特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか
１において前記バックアップ手段は、前記CPUの異常を
検出する手段を有し、そのCPUの異常が検出される場合
に前記操作指令信号の前記操作端への出力を禁止するよ
うに構成されていることを特徴とするプラント制御装
置。
【請求項６】特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれか
１において前記バックアップ手段は、手動モード設定手
段を有し、手動モードが設定される場合に、前記CPUか
らの操作指令信号に代へて外部から入力される所定の手
動操作指令信号を前記操作端に出力するように構成され
ていることを特徴とするプラント制御装置。
【請求項７】特許請求の範囲第６項において前記バック
アップ手段は、前記手動操作指令信号が前記操作端に出
力される場合に、前記操作端状態信号に応じた表示信号
を、前記入出力手段を介して外部の表示装置に出力する
ように構成されていることを特徴とするプラント制御装
置。