JP5321049B2 - Distributed control system - Google Patents

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Description

本発明は、制御バスを介してフィールドコントロールステーションと通信する汎用ＰＣが接続された、高度制御コントローラの機能を備える分散型制御システムに関するものである。
The present invention relates to a distributed control system having a function of an advanced control controller to which a general-purpose PC communicating with a field control station via a control bus is connected .

一般的な構成を備える分散型制御システムについては、特許文献１に技術開示がある。図５は、高度制御コントローラを有する従来の分散型制御システム（以下、ＤＣＳ：Distributed Control System）の基本構成を示す機能ブロック図である。   Regarding a distributed control system having a general configuration, Patent Document 1 discloses a technical disclosure. FIG. 5 is a functional block diagram showing a basic configuration of a conventional distributed control system (hereinafter, DCS: Distributed Control System) having an advanced control controller.

ＤＣＳは、制御バス１０に接続されたフィールドコントロールステーション（以下、ＦＣＳ：Field Control Station）２０と、この制御バス１０を介してＦＣＳ２０と通信する操作監視ステーション３０からなる。操作監視ステーション３０は、表示部３１を備える。   The DCS includes a field control station (hereinafter referred to as “FCS”) 20 connected to the control bus 10 and an operation monitoring station 30 that communicates with the FCS 20 via the control bus 10. The operation monitoring station 30 includes a display unit 31.

さらに、制御バス１０に接続された汎用ＰＣ４０には、高度制御コントローラ５０が実装されており、ＦＣＳ２０と通信してプロセスモデルを用いた予測制御等の高度制御を実行する。汎用ＰＣ４０は、表示部４１を備える。   Furthermore, the general-purpose PC 40 connected to the control bus 10 is equipped with an advanced control controller 50, and executes advanced control such as predictive control using a process model by communicating with the FCS 20. The general-purpose PC 40 includes a display unit 41.

高度制御コントローラ５０が、ＤＣＳを操作するためのタグ情報はＦＣＳ２０上に存在する。しかし高度制御コントローラの機能群や、高度制御コントローラ５０の設定情報は、入出力インターフェイスを介して、そことは切り離された汎用ＰＣ４０上にある。即ち、ＤＣＳと高度制御コントローラ５０は「疎」に結合されている。   Tag information for the advanced controller 50 to operate the DCS exists on the FCS 20. However, the function group of the advanced control controller and the setting information of the advanced control controller 50 are located on the general-purpose PC 40 separated from that via the input / output interface. That is, the DCS and the advanced controller 50 are coupled “sparsely”.

図６は、高度制御コントローラを有する従来の分散型制御システムの具体的な構成例を示す機能ブロック図である。ＦＣＳ２０において、制御部２１は上位装置からダウンロードされて実装されている制御パッケージに基づいて、センサー２２やバルブ２３等のプラントの機器と通信し、プロセス制御を実行している。   FIG. 6 is a functional block diagram showing a specific configuration example of a conventional distributed control system having an advanced control controller. In the FCS 20, the control unit 21 communicates with plant equipment such as the sensor 22 and the valve 23 based on a control package downloaded and installed from a host device, and executes process control.

汎用ＰＣ４０には、高度制御コントローラ５０が実装されている。高度制御コントローラ５０の機能は、高度制御統括部５１、入出力部５２、演算部５３、高度制御コントローラ設定部５４の機能ブロックで構成されている。高度制御コントローラ５０の設定は、汎用ＰＣ４０の表示部４１から行なうことができる。   An advanced controller 50 is mounted on the general-purpose PC 40. The functions of the advanced control controller 50 are configured by functional blocks of an advanced control supervision unit 51, an input / output unit 52, a calculation unit 53, and an advanced control controller setting unit 54. The advanced controller 50 can be set from the display unit 41 of the general-purpose PC 40.

入出力部５２は、制御バスを介して高度制御統括部５１とＦＣＳ２０内の制御部２１との通信を中継する。制御部２１は高度制御コントローラからの処理情報を取得し、制御パラメータ等の設定を実行する。   The input / output unit 52 relays communication between the advanced control supervision unit 51 and the control unit 21 in the FCS 20 via the control bus. The control unit 21 acquires processing information from the advanced control controller and executes setting of control parameters and the like.

高度制御コントローラ５０をＦＣＳ２０内に置かないのは、高度制御の演算処理が大規模データを高速処理する必要上、ＣＰＵ時間のリソースを大きく占める理由による。一般に、ＦＣＳは突発事象に対処するためにＣＰＵ時間のリソースに余裕を持つ必要があるので、高度制御へのリソース配分が困難である。   The reason why the advanced control controller 50 is not placed in the FCS 20 is that the advanced control arithmetic processing needs to process large-scale data at a high speed and occupies a large amount of CPU time resources. In general, since FCS needs to have a sufficient CPU time resource to cope with sudden events, it is difficult to allocate resources to advanced control.

そのため、現状ではＦＣＳ２０とは別の汎用ＰＣ４０上に高度制御コントローラ５０を配置している。従って、ＤＣＳと高度制御コントローラ５０とは、互いに「疎」に結合された形態を取っている。   Therefore, at present, the advanced controller 50 is arranged on a general-purpose PC 40 different from the FCS 20. Accordingly, the DCS and the advanced controller 50 are in a form of being “sparsely” coupled to each other.

図７は、図６の構成における信号処理手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１で、高度制御コントローラの設定を汎用ＰＣ上の画面にて行なう。ステップＳ２で、
高度制御コントローラは入出力インターフェイスを介してＦＣＳからセンサー等の情報を取得する。 FIG. 7 is a flowchart for explaining a signal processing procedure in the configuration of FIG. In step S1, the advanced controller is set on the screen of the general-purpose PC. In step S2,
The advanced controller acquires information such as sensors from the FCS via the input / output interface.

ステップＳ３で、高度制御コントローラは取得した情報を基に演算処理を行なう。ステップＳ４で、高度制御コントローラは演算の結果をもって、ＦＣＳに対して、制御情報の設定を行なう。以下、ステップＳ２〜Ｓ４を繰り返す。   In step S3, the advanced controller performs arithmetic processing based on the acquired information. In step S4, the advanced control controller sets control information for the FCS based on the calculation result. Thereafter, steps S2 to S4 are repeated.

特開２００８−２７６４２８号公報JP 2008-276428 A 横河技報Vol47 No.4(2003)P137〜P140 「高度制御パッケージExasmocR3とExarqeR3の機能連携による超深度脱硫プロセス への高度制御の適用」Yokogawa Technical Report Vol. 47 No. 4 (2003) P137-P140 “Application of advanced control to ultra-deep desulfurization process through functional cooperation of advanced control packages ExasmocR3 and ExarqeR3”

高度制御コントローラとＤＣＳとが「疎」に結合していることに起因して、次のような問題がある。
（１）高度制御コントローラとＦＣＳが一体となっていないことにより、オペレータへの情報の表示や操作性の面で、ＤＣＳとの連続性を持つことが困難である。
Due to the fact that the advanced controller and DCS are sparsely coupled, there are the following problems.
(1) Since the advanced control controller and the FCS are not integrated, it is difficult to have continuity with the DCS in terms of displaying information to the operator and operability.

（２）汎用ＰＣがダウンした場合は、高度制御コントローラそのものがダウンし、ＤＣＳの側からは一切見えなくなる。また高度制御コントローラがダウンしたというメッセージを高度制御コントローラ自身が発報することができない。そのため、安全を確保するために、別途ウォッチドッグ手段等による高度制御コントローラの監視を行い、高度制御コントローラがダウンした場合にはＤＣＳへ処理を移管する等の処理を別に付加する必要がある。
(2) When the general-purpose PC goes down, the advanced controller itself goes down and is completely invisible from the DCS side. Also, the advanced control controller itself cannot issue a message that the advanced control controller has gone down. Therefore, in order to ensure safety, it is necessary to separately monitor the advanced control controller by a watchdog means or the like, and when the advanced control controller goes down, it is necessary to add another processing such as transferring the processing to the DCS.

（３）高度制御コントローラの運用において、ＤＣＳの堅牢性の恩恵を受けられない。ＤＣＳは、ＦＣＳの二重化等、堅牢性を高める仕組みを持っているが、現状の仕組みにおいて、高度制御コントローラに同様のことを求めることは困難である。 (3) In the operation of the advanced controller, the benefits of DCS robustness cannot be obtained. The DCS has a mechanism for improving robustness, such as duplex FCS, but it is difficult to request the same thing from the advanced controller in the current mechanism.

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、高度制御コントローラの機能がＤＣＳと密に結合し、より一体となったオペレーションを可能とするＤＣＳの実現を目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a DCS in which the functions of an advanced control controller are tightly coupled with the DCS to enable a more integrated operation.

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）制御バスを介してフィールドコントロールステーションと通信する汎用ＰＣが接続された、高度制御コントローラの機能を備える分散型制御システムにおいて、
前記フィールドコントロールステーションは、前記高度制御コントローラの処理を統括する高度制御統括部を実装し、前記汎用ＰＣは、前記高度制御コントローラの演算処理を実行する演算部および前記演算部の演算情報に基づく予測監視部を実装し、
前記フィールドコントロールステーションに実装された高度制御統括部は、前記制御バスを介して前記汎用ＰＣに実装された演算部に対して演算処理を命令して演算結果を取得すると共に、前記制御バスを介して前記予測監視部と通信して予測監視情報を取得することを特徴とする分散型制御システム。
In order to achieve such a subject, the present invention has the following configuration.
(1) In a distributed control system having a function of an advanced controller, to which a general-purpose PC communicating with a field control station via a control bus is connected .
The field control station mounts an advanced control control unit that controls the processing of the advanced control controller, and the general-purpose PC executes a calculation unit that executes calculation processing of the advanced control controller and a prediction based on calculation information of the calculation unit Implement the monitoring unit,
The advanced control supervision unit mounted on the field control station instructs the arithmetic unit mounted on the general-purpose PC via the control bus to obtain arithmetic results, and via the control bus A distributed control system for obtaining prediction monitoring information by communicating with the prediction monitoring unit .

（２）前記汎用ＰＣは、多変数モデル予測制御パッケージを実装し、前記演算部及び前記予測監視部は、前記多変数モデル予測制御パッケージが備える演算及び予測監視機能を利用して処理を実行することを特徴とする（１）に記載の分散型制御システム。
 (2) the general purpose PC implements a multivariable model predictive control package, the arithmetic unit and the predictive monitoring unit executes the process by using the calculation and prediction monitoring the multi-variable model predictive control package comprising The distributed control system according to ( 1), characterized in that:

（３）前記フィールドコントロールステーションに実装された前記高度制御統括部は、前記汎用ＰＣに実装された多変数モデル予測制御パッケージに対して、演算機能を具備しない仮想制御ユニットを形成することを特徴とする（２）に記載の分散型制御システム。
 (3) said mounted in a field control station the advanced control overall unit, and characterized by forming a virtual control unit with respect to multivariable model predictive control package mounted in the general-purpose PC, not having an arithmetic function The distributed control system according to ( 2) .

本発明の構成によれば、高度制御コントローラの演算機能を除く主体が、従来構成における汎用ＰＣ上からＦＣＳ内に移り、すなわち高度制御コントローラとＤＣＳが「密」に結合されたことによって、以下の効果を期待することができる。   According to the configuration of the present invention, the main body excluding the calculation function of the advanced control controller moves from the general-purpose PC in the conventional configuration into the FCS, that is, the advanced control controller and the DCS are “tightly” coupled. The effect can be expected.

（１）操作監視ステーションとの密結合：
高度制御コントローラ設定部をＦＣＳ内に移したことにより、高度制御コントローラの設定情報はＦＣＳ情報とともに、操作監視ステーションの表示画面において、表示や設定が可能となる。その結果として、オペレータへの情報の表示や操作性の面で、ＤＣＳとの連続性を持つことが容易となる。
(1) Tight coupling with operation monitoring station:
By moving the advanced controller setting unit into the FCS, the advanced controller setting information can be displayed and set on the display screen of the operation monitoring station together with the FCS information. As a result, it becomes easy to have continuity with DCS in terms of information display to the operator and operability.

（２）ＦＣＳとの密結合：
高度制御コントローラを汎用ＰＣ上から、ＦＣＳ内に移してボックスとして配置し、高性能を要する演算部だけを高度制御コントローラから分離して汎用ＰＣ上に置くことにより、汎用ＰＣがダウンした場合も、高度制御コントローラそのものはダウンしない。 (2) Tight coupling with FCS:
Even if the general-purpose PC goes down by moving the advanced control controller from the general-purpose PC into the FCS and arranging it as a box, and separating only the computing unit that requires high performance from the advanced control controller and placing it on the general-purpose PC, The advanced controller itself does not go down.

（３）高度制御コントローラ自身が、演算部との入出力インターフェイス上の通信の途絶等をもって演算部のダウンを感知することができる。また、高度制御コントローラ自身が演算部のダウンについてメッセージを発報したり、ＤＣＳへの運転の移管や、あるいは汎用ＰＣの再起動等を行なうことができる。 (3) The advanced control controller itself can detect the down of the arithmetic unit due to the interruption of communication on the input / output interface with the arithmetic unit. Further, the advanced control controller itself can issue a message about the down of the arithmetic unit, transfer the operation to the DCS, or restart the general-purpose PC.

（４）高度制御コントローラの運用において、ＤＣＳの堅牢性の恩恵を受けることが可能となる。ＤＣＳにおけるＦＣＳの二重化等が行なわれれば、高度制御コントローラにもそのまま反映される。
(4) In the operation of the advanced control controller, it is possible to benefit from the robustness of DCS. If the FCS is duplicated in the DCS, it is also reflected in the advanced controller.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した高度制御コントローラを有するＤＣＳの基本構成を示す機能ブロック図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing a basic configuration of a DCS having an advanced control controller to which the present invention is applied.

制御バス１００、ＦＣＳ２００、操作監視ステーション３００並びにその表示部３０１、汎用ＰＣ４００とその表示部４０１は、図５に示す従来システムの制御バス１０、ＦＣＳ２０、操作監視ステーション３０とその表示部３１、汎用ＰＣ４０とその表示部４１、と同一機能である。図５との比較で本発明の構成上の特徴部は、ＦＣＳ２００側に高度制御コントローラ５００の本体部が実装され、その演算部５０３のみが汎用ＰＣ４００側に実装されている構成にある。
The control bus 100, FCS 200, operation monitoring station 300 and its display unit 301, general-purpose PC 400 and its display unit 401 are the control bus 10, FCS 20, operation monitoring station 30 and its display unit 31, and general-purpose PC 40 of the conventional system shown in FIG. And its display unit 41. Compared with FIG. 5, the structural feature of the present invention is that the main body of the advanced controller 500 is mounted on the FCS 200 side, and only the arithmetic unit 503 is mounted on the general-purpose PC 400 side.

図２は、本発明を適用した高度制御コントローラを有する分散型制御システムの一実施形態を示す機能ブロック図である。ＦＣＳ２００側に実装されてボックスとして配置された高度制御コントローラ５００の本体部は、高度制御統括部５０１及び汎用ＰＣ４００と通信する入出力部５０２よりなる。高度制御コントローラ５００の演算部５０３は、汎用ＰＣ４００内に実装されている。高度制御統括部５０１は、入出力部５０２を介して、汎用ＰＣ４００内に実装されている演算部５０３と通信し、演算部５０３に演算を命令し、演算結果を取得する。
FIG. 2 is a functional block diagram showing an embodiment of a distributed control system having an advanced control controller to which the present invention is applied. The body portion of the high degree controller 500 arranged as implemented in box FCS200 side consists output unit 502 that communicates with the advanced control overall unit 501 and the general-purpose PC 400. The arithmetic unit 503 of the advanced controller 500 is mounted in the general-purpose PC 400. The advanced control supervision unit 501 communicates with the arithmetic unit 503 mounted in the general-purpose PC 400 via the input / output unit 502, instructs the arithmetic unit 503 to perform arithmetic operations, and acquires the arithmetic results.

本発明の構成によれば、高度制御コントローラ設定部５０４は、ＤＣＳ側と一体のオペレーションが可能であり、オペレータへの情報の表示や操作性の面で、操作監視ステーション３００を利用し、ＤＣＳとの連続性を持たせることが容易となる。
According to the configuration of the present invention, the advanced controller setting unit 504 can be integrated with the DCS side and uses the operation monitoring station 300 in terms of displaying information to the operator and operability. It becomes easy to give the continuity of.

図３は、図２の構成における信号処理手順を説明するフローチャートである。ステップ
Ｓ１で、高度制御コントローラの設定を操作監視ステーション上で行なう。ステップＳ２で、高度制御コントローラはＦＣＳ情報を取得する。 FIG. 3 is a flowchart for explaining a signal processing procedure in the configuration of FIG. In step S1, the advanced controller is set on the operation monitoring station. In step S2, the advanced controller acquires FCS information.

ステップＳ３で、高度制御コントローラは汎用ＰＣ上の演算部に対して演算処理を命令する。ステップＳ４で、高度制御コントローラは汎用ＰＣ上の演算部から演算結果を取得する。ステップＳ５で、高度制御コントローラは取得した演算結果により、ＦＣＳ情報の設定を行なう。以下、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。   In step S3, the advanced controller instructs the arithmetic unit on the general-purpose PC to perform arithmetic processing. In step S4, the advanced control controller acquires a calculation result from the calculation unit on the general-purpose PC. In step S5, the advanced control controller sets FCS information based on the obtained calculation result. Thereafter, steps S2 to S5 are repeated.

図４は、本発明を適用した高度制御コントローラを有するＤＣＳの他の実施形態を示す機能ブロック図である。非特許文献１には、多変数モデル予測制御パッケージと性状予測モデルによる高度制御システムが開示されている。   FIG. 4 is a functional block diagram showing another embodiment of a DCS having an advanced control controller to which the present invention is applied. Non-Patent Document 1 discloses an advanced control system using a multivariable model predictive control package and a property predictive model.

汎用ＰＣ４００内には、多変数モデル予測制御パッケージ６００が実装されている。多変数モデル予測制御パッケージ６００は、大規模データを高速処理できる演算部６０１とその演算結果を取得する予測監視部６０２を備えている。   A multivariable model predictive control package 600 is mounted in the general-purpose PC 400. The multivariable model predictive control package 600 includes a calculation unit 601 that can process large-scale data at high speed and a prediction monitoring unit 602 that acquires the calculation result.

ＦＣＳ２００内に実装された高度制御コントローラ５００の高度制御統括部５０１は、入出力部５０２を介して汎用ＰＣ４００に実装されている多変数モデル予測制御パッケージ６００の演算部６０１に演算を命令し演算結果を取得すると共に、予測監視部６０２の予測監視情報を取得する。   The advanced control supervision unit 501 of the advanced control controller 500 installed in the FCS 200 instructs the operation unit 601 of the multivariable model predictive control package 600 installed in the general-purpose PC 400 via the input / output unit 502 to perform an operation result. And the prediction monitoring information of the prediction monitoring unit 602 is acquired.

このような構成では、ＦＣＳ２００側に実装された高度制御コントローラ５００は、汎用ＰＣ４００に実装された多変数モデル予測制御パッケージ６００に対して、演算機能を具備しない仮想制御ユニットとして機能する。   In such a configuration, the advanced control controller 500 mounted on the FCS 200 side functions as a virtual control unit that does not have an arithmetic function with respect to the multivariable model predictive control package 600 mounted on the general-purpose PC 400.

このように、仮想制御ユニット５００をＦＣＳ２００側で動作させることにより、操作監視ステーション３００上でＦＣＳの情報とシームレスに多変数モデル予測制御パッケージの情報を参照することができる。   In this way, by operating the virtual control unit 500 on the FCS 200 side, it is possible to refer to the multivariable model predictive control package information seamlessly with the FCS information on the operation monitoring station 300.

汎用ＰＣ４００がダウンしても、仮想制御ユニット５００、はそのままＦＣＳ２００や操作監視ステーション３００から参照可能であるため、ＦＣＳ２００側から多変数モデル予測制御パッケージ６００の再起動を行なうことができる。   Even if the general-purpose PC 400 goes down, the virtual control unit 500 can be referred to from the FCS 200 or the operation monitoring station 300 as it is, so that the multivariable model predictive control package 600 can be restarted from the FCS 200 side.

本発明を適用した高度制御コントローラを有するＤＣＳの基本構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the basic composition of DCS which has the advanced control controller to which this invention is applied. 本発明を適用した高度制御コントローラを有するＤＣＳの一実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows one Embodiment of DCS which has the advanced control controller to which this invention is applied. 図２の構成における信号処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the signal processing procedure in the structure of FIG. 本発明を適用した高度制御コントローラを有するＤＣＳの他の実施形態を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows other embodiment of DCS which has an advanced control controller to which this invention is applied. 高度制御コントローラを有する従来のＤＣＳの基本構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the basic composition of the conventional DCS which has an advanced control controller. 高度制御コントローラを有する従来の分散型制御システムの具体的な構成例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the specific structural example of the conventional distributed control system which has an advanced control controller. 図６の構成における信号処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the signal processing procedure in the structure of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 制御バス
２００ ＦＣＳ
２０１ 制御部
２０２ センサー
２０３ バルブ
３００ 操作監視ステーション
３０１ 表示部
４００ 汎用ＰＣ
４０１ 表示部
５００ 高度制御コントローラ
５０１ 高度制御統括部
５０２ 入出力部
５０３ 演算部
５０４ 高度制御コントローラ設定部 100 Control bus 200 FCS
201 Control Unit 202 Sensor 203 Valve 300 Operation Monitoring Station 301 Display Unit 400 General-Purpose PC
401 display unit 500 advanced control controller 501 advanced control control unit 502 input / output unit 503 arithmetic unit 504 advanced control controller setting unit

Claims (3)

制御バスを介してフィールドコントロールステーションと通信する汎用ＰＣが接続された、高度制御コントローラの機能を備える分散型制御システムにおいて、
前記フィールドコントロールステーションは、前記高度制御コントローラの処理を統括する高度制御統括部を実装し、前記汎用ＰＣは、前記高度制御コントローラの演算処理を実行する演算部および前記演算部の演算情報に基づく予測監視部を実装し、
前記フィールドコントロールステーションに実装された高度制御統括部は、前記制御バスを介して前記汎用ＰＣに実装された演算部に対して演算処理を命令して演算結果を取得すると共に、前記制御バスを介して前記予測監視部と通信して予測監視情報を取得することを特徴とする分散型制御システム。 In a distributed control system having a function of an advanced control controller connected to a general-purpose PC that communicates with a field control station via a control bus,
The field control station mounts an advanced control control unit that controls the processing of the advanced control controller, and the general-purpose PC executes a calculation unit that executes calculation processing of the advanced control controller and a prediction based on calculation information of the calculation unit Implement the monitoring unit,
The advanced control supervision unit mounted on the field control station instructs the arithmetic unit mounted on the general-purpose PC via the control bus to obtain arithmetic results, and via the control bus A distributed control system for obtaining prediction monitoring information by communicating with the prediction monitoring unit . 前記汎用ＰＣは、多変数モデル予測制御パッケージを実装し、前記演算部及び前記予測監視部は、前記多変数モデル予測制御パッケージが備える演算及び予測監視機能を利用して処理を実行することを特徴とする請求項１に記載の分散型制御システム。 The general purpose PC implements a multivariable model predictive control package, the arithmetic unit and the predictive monitoring unit, characterized by performing the process using the calculation and prediction monitoring the multi-variable model predictive control package comprising The distributed control system according to claim 1 . 前記フィールドコントロールステーションに実装された前記高度制御統括部は、前記汎用ＰＣに実装された多変数モデル予測制御パッケージに対して、演算機能を具備しない仮想制御ユニットを形成することを特徴とする請求項２に記載の分散型制御システム。 The field control the advanced control overall unit mounted in the station, according to claim wherein the relative multivariable model predictive control package mounted in a general-purpose PC, and forming a virtual control unit not having an arithmetic function 2. A distributed control system according to 2.
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