JPH06161502A - 制御演算装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】結合する相手の機能ブロックの内部構造に関す
る知識がなくとも、信号バンプ防止のための初期化処理
を行うことができるようにする。 【構成】各機能ブロックに、当該機能ブロックに与えら
れる信号を受け入れるための入力結合端子と演算結果を
出力する出力結合端子と、当該機能ブロックで実行して
いる演算処理動作や入出力データを監視し、入出力結合
端子に接続される他の機能ブロックで初期化が必要か否
かを判断し、初期化が必要である場合その旨を示すステ
ータス情報を入出力結合端子を経て出力する初期化判断
手段と、当該機能ブロック外から前記入出力結合端子を
経由して与えられる初期化必要を示すステータス情報を
受け、自身の機能ブロックの初期化を行う初期化手段と
を設けて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、計算機を用いてプロセ
ス制御を行うような制御演算装置に関し、更に詳しく
は、入力される信号に所定の演算を施し演算結果を出力
するようなソフトウェア要素からなる機能ブロック（こ
れを一般に内部計器とも呼ぶ）を適宜複数個組み合わせ
ることで所望の制御系を構成する制御演算装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】プロセスを制御する装置として、計算機
を利用した分散形制御システムが広く実用化されてい
る。この様な分散形制御システムは、マンマシンインタ
ーフェース機能を持つ操作監視装置（オペレータステー
ション）と、制御演算を担当する分散配置された制御演
算装置（制御ステーション）とで構成されており、制御
演算装置側には、入力される信号に対して所定の演算を
施し演算結果を出力するようなソフトウェア要素からな
る機能ブロックを、制御対象であるプロセスに適合する
ように適宜複数個ビルディングブロック式に組み合わせ
て構築した制御系がダウンロードされる。

【０００３】制御演算装置に備えられる（ダウンロード
された）この様な制御系には、制御対象であるプロセス
に外乱を与えないように、運転モードの切換えや入出力
信号の切換えなど運転状態の変化に対して制御出力が突
然変化しないように突変（バンプ）防止の機能を、各機
能ブロック毎に組み込んでいる。例えば、一つの機能ブ
ロックで完結する制御系では、機能ブロックからの出力
信号を、現場のローカル操作機器等から操作端へ与えら
れている実出力に一致させる出力トラッキングの機能
や、手動操作時に機能ブロックに与えられる設定値をプ
ロセス量（測定値）に一致させるメジャートラッキング
機能を組み込んでいて、バンプ防止を行うように構成さ
れている。

【０００４】一方、複数の機能ブロックを適宜組み合わ
せて制御系を構成する場合、単一の機能ブロックで閉じ
たバンプ防止を行っただけでは、出力のバンプを完全に
防止することができない。例えば、２つの機能ブロック
をカスケードに接続して構成されるカスケード制御系で
は、１次調節計としての機能ブロックが、２次調節計と
しての機能ブロックの状態を監視していて、例えば２次
側モードを手動調節に切り替える等によりカスケード結
合が切れた場合には、１次側出力値を２次側設定値にト
ラッキングさせるための処理が必要となる。

【０００５】従来、複数の機能ブロツクに跨がってのバ
ンプ防止対策として、以下の手法が採られていた。 （ａ）信号を出力する元の機能ブロック（１次側機能ブ
ロック）が、出力先の機能ブロック（２次側機能ブロッ
ク）の情報を必要に応じて取り出し、初期化（トラッキ
ング等）のタイミングを判断する。 （ｂ）出力バンプが問題となる制御用機能ブロックのす
べてを速度形出力とし、今回演算の変化分しか出力先の
信号値が変化しないようにする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
（ａ）の手法は、初期化タイミング判定に必要な情報を
取り出すために、結合する相手の機能ブロックの内部構
造（データ構造、処理構造等）に関する知識を知らなけ
ればならないという課題がある。他の機能ブロックの知
識を必要とするということは、機能ブロック化の目的の
一つである機能の独立化に反している。

【０００７】さらに、新しい種類の機能ブロックを機能
追加した場合、既存の機能ブロックと新しい機能ブロツ
クとを結合するに際して、既存の機能ブロツクの処理プ
ログラムに新しい機能ブロツクの内部構造を教え、両者
の機能ブロツクで協調動作できるようにするための改造
処理を行う必要があるという不具合いが生ずる。前記
（ｂ）の手法は、速度形出力を行う機能ブロツクで制御
系を構成する場合は問題はない。しかしながら、複雑な
制御系を構成しようとすれば、系の中に本質的に位置形
出力を行う機能ブロツク（例えば、演算器やプログラム
設定器として機能する機能ブロツク）が含まれる可能性
があり、この場合にはその制御系に応じた特別な対応処
理を行う必要がある。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、複数の機能ブロツクを結合して所望の制御系を
構成するに際し、各機能ブロツクの機能独立性を阻害せ
ず、また、機能ブロツクが速度形出力か位置形出力かな
どに依存しないで、出力バンプを防止することのできる
制御演算装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る本発明は、入力される信号に所定の演算を施し演算結
果を出力するソフトウェア要素からなる機能ブロックを
複数個組み合わせて制御系を構成する制御演算装置であ
って、前記各機能ブロックに、当該機能ブロックに与え
られる信号を受け入れるための入力結合端子と演算結果
を出力する出力結合端子と、当該機能ブロックで実行し
ている演算処理動作およびまたは入出力データを監視
し、前記入出力結合端子に接続される他の機能ブロック
側で初期化が必要か否かを判断し、初期化が必要である
場合その旨を示すステータス情報を前記入出力結合端子
を経て出力する初期化判断手段と、前記入出力結合端子
を経由して与えられる初期化が必要である旨を示すステ
ータス情報を受け、自身の機能ブロック内の初期化を行
う初期化手段とを設けたことを特徴とする制御演算装置
である。

【００１０】

【作用】機能ブロツク内の初期化判断手段は、機能ブロ
ツク処理プログラムの動きや入出力データを監視してい
て、例えば自身の運転状態の変化などがあり、その機能
ブロックに結合する他の機能ブロックで初期化が必要と
判断した場合、初期化必要を示すステータス情報を入出
力結合端子を経由して出力する。このステータス情報
は、その機能ブロックに結合する他の機能ブロック側
に、入出力結合端子を経由して情報伝達される。

【００１１】他の機能ブロックの初期化手段は、情報伝
達された初期化必要を示すステータス情報を受け、自身
の初期化処理を行う。

【００１２】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示す構成ブロッ
ク図である。この図では、２つの機能ブロックを結合し
てカスケード制御系を構成した場合を例示する。図にお
いて、ＦＣは計算機を用いた制御演算装置、ＰＲはこの
制御演算装置によって制御されているプロセスを示して
いる。制御演算装置ＦＣにおいて、１は第１の機能ブロ
ックで、ここでは１次調節計として機能するもので、プ
ロセスＰＲに設置してあるセンサＳＮ１からの信号ＰＶ
１を入力する。２は第２の機能ブロックで、２次調節計
として機能するもので、プロセスＰＲに設置してあるセ
ンサＳＮ２からの信号ＰＶ２を入力すると共に、第１の
機能ブロック１からの出力信号ＭＶ１がその設定値ＳＶ
２として与えられ、演算結果（制御出力）ＭＶ２がバル
ブのような操作端ＶＡに送出されるように組み合わされ
ている。

【００１３】第１，第２の機能ブロック１，２におい
て、１０ａ，１０ｂはいずれも入力信号（設定値信号も
入力信号として扱うものとする）が与えられる入出力結
合端子１１は演算結果を出力する出力結合端子である。
これらの各入出力結合端子は、機能ブロックの入力信号
の入力先、出力信号の出力先を定義した情報で構成さ
れ、機能ブロックはこれらの入出力結合端子を通して、
機能ブロック外の信号（データ）を参照または設定が行
えるようになっている。

【００１４】１２は所定の演算、例えば、フィードバッ
ク制御演算、シーケンス制御演算、数値演算、論理演算
等を行うための演算処理手段である。この演算処理手段
１２は、入力結合端子１０ａに印加される信号、例え
ば、測定信号ＰＶ１（ＰＶ２）と、もう一つの入力結合
端子１０ｂに印加される信号、例えば、設定値ＳＶ１
（ＳＶ２）との偏差に、制御演算を施し、演算結果を出
力結合端子１１に出力するようなソフトウェア要素で構
成されている。

【００１５】１３は自身の機能ブロック内で実行してい
る演算動作あるいは入出力データを監視し、例えば、自
身の運転状態の変化などを検出して、入出力端子１０，
１１に結合する他の機能ブロック側で初期化が必要か否
かを判断し、初期化が必要の場合、その旨を示すステー
タス情報を入出力結合端子を経由して自身の機能ブロッ
ク外に出力する初期化判断手段、１４はその機能ブロッ
ク外から与えられる初期化必要を示すステータス情報を
入出力結合端子を経て受けた場合に、このステータス情
報に基づき自身の機能ブロックの初期化を行う初期化手
段である。

【００１６】この例では、第１の機能ブロック１の出力
結合端子１１と第２の機能ブロック２の一つの入力結合
端子１０ｂとの間が接続されており、両者の間では、第
１の機能ブロック１から演算結果のデータが第２の機能
ブロック２に向けて出力されると共に、第２の機能ブロ
ック２内の初期化判断手段１３から第１の機能ブロック
１に向けて、初期化が必要な場合にその旨を示すステー
タス情報が出力されるようになっている。

【００１７】なお、この様に第１の機能ブロックと第２
の機能ブロックとをビルデイング式に組み合わせて所望
の制御系を構築するような作業は、図示してないがビル
ダー機能を有するワークステーションやエンジニアリン
グステーション等を用いて行われるものとする。この様
に構成した装置の動作を次に説明する。

【００１８】図１では、２つの機能ブロック１，２をカ
スケード接続するように組み合わせてカスケード制御系
を構成した例であり、２つの機能ブロック１，２は、い
ずれも、ＰＩＤ制御演算を行うフィードバック制御演算
を行うものが用いてある。カスケード制御状態では、１
次調節計としての第１の機能ブロック１は、センサＳＮ
１からの信号ＰＶ１と設定値ＳＶ１との偏差にＰＩＤ制
御演算を行い、演算結果ＭＶ１を、２次調節計としての
第２の機能ブロック２に設定値ＳＶ２として与えてい
る。第２の機能ブロック２においては、センサＳＮ２か
らの信号ＰＶ２と第１の機能ブロツク１から与えられる
設定値ＳＶ２との偏差にＰＩＤ制御演算を行い、その演
算結果ＭＶ２を操作端ＶＡに出力する動作を行う。

【００１９】この様な通常のカスケード制御状態では、
各機能ブロック内の初期化判断手段１３は、他の機能ブ
ロックにおいて初期化の必要は無いと判断していて、機
能ブロック外に出力するステータス情報の操作を行わな
い。次に、第２の機能ブロック２において、例えば、カ
スケード制御状態をオープンとし、自身の機能ブロック
２の設定値に基づいて制御演算を行うような自動調節状
態にモード変更を行ったとする。

【００２０】この場合、第２の機能ブロック２内の初期
化判断手段１３は、演算処理手段１２の動作を監視して
いて、このモード変更を検出する。そして、このモード
変更（カスケード制御状態から、自動調節状態への変
更）の内容から、第１の機能ブロツク１側で初期化が必
要と判断し、入力結合端子１０ｂを通して第１の機能ブ
ロック１側に出力するステータス情報の操作を行う。こ
こで、このステータス情報の伝達の仕方としては、例え
ば、第２の機能ブロック２の入力結合端子１１ｂに与え
られるデータを受け入れる設定値ＳＶ２を格納するため
のレジスタのデータステータスを操作（セット）し、第
１の機能ブロツク１の初期化手段１４がそのデータステ
ータスの操作を読み返すことで行うようにしてもよい。

【００２１】第１の機能ブロック１において、初期化手
段１４は出力結合端子１１を通して伝達された（読み返
された）初期化必要を示すステータス情報を検知する
と、第１の機能ブロック１の初期化を行うとともに、出
力トラッキングを行う。この出力トラッキング動作は、
第１の機能ブロック１の出力結合端子１１から出力され
る演算値ＭＶ１が、第２の機能ブロック２（自動調節状
態にある）で用いている設定値に追従するような動作で
あり、これは、第１の機能ブロック１が第２の機能ブロ
ック２の入力結合端子１０ｂを通じて、第２の機能ブロ
ック２で用いている設定値を定周期で読み込むことによ
り実現される。

【００２２】これにより、次にカスケードクローズとし
てカスケード制御状態にモードを変更したとき、そのモ
ード変更をバンプレスに行うことができる。図２は、機
能ブロックとして，複数の信号を入力しそのうちの一つ
の信号を自動的に選択するオートセレクタ機能を持つも
のと、ＰＩＤ制御演算機能を持つ機能ブロックとを組み
合わせて、オートセレクタカスケード制御系を構成した
例である。

【００２３】この図において、１はＰＩＤ制御演算機能
ブロックであり、このブロックの出力データをＭＶで表
している。３はオートセレクタ機能ブロックで、３つの
入力データをＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３で表しており、制
御演算機能ブロック１の出力結合端子１１と、オートセ
レクタ機能ブロック３の一つの入力結合端子１０ｂとが
結合している。

【００２４】オートセレクタ機能ブロック３内の初期化
判断手段１３は、スイッチの動作状態を監視しており、
スイッチの切換時に初期化が必要と判断し、その旨を示
すステータス情報を操作する。ここでは、入力結合端子
１０ｂに印加される入力データＲＶ２のデータステータ
スを操作する（例えばアクティブにセットする）。制御
演算機能ブロック１において、初期化手段１４は、入力
データＲＶ２を出力結合端子１１、入力結合端子１０ｂ
を介して読み返すと共に、入力データＲＶ２のデータス
テータスを検知し、演算の初期化を行うとともに、この
制御演算機能ブロック１の出力ＭＶが、入力データＲＶ
２に追従するように出力トラッキング動作を行う。

【００２５】これにより、次に、オートセレクタ機能ブ
ロック３が制御演算機能ブロック１からの出力データを
選択するモードに変更した場合、その切換をバンプレス
で行うことができる。図３は、２つの機能ブロック１，
２をカスケード接続するように組み合わせてカスケード
制御系を構成した場合の構成ブロック図である。この例
では、第２の機能ブロック２において、カスケード設定
データをＣＳＶ、２次調節計に与えられる設定値をＳＶ
で表しており、機能ブロックの外からこの設定値ＳＶを
設定する場合を想定している。

【００２６】この場合、外部データの設定は、外部から
データ設定を行うプログラム（データアクセスプログラ
ム）が、データ値を設定すると共に、初期化必要を示す
ステータス情報を操作する。第１の機能ブロック１にお
いて、初期化手段１４は出力結合端子１１を通して伝達
された初期化必要を示すステータス情報を検知し、第１
の機能ブロック１の初期化を行うとともに、出力トラッ
キングを行う。

【００２７】これにより、第１の機能ブロック１側で関
知しないタイミングでのモード変更や、データ設定が行
われた場合にも、出力バンプを防止することができる。
図４は、機能ブロックとして，例えばセンサＳＮからの
入力信号に対して折れ線関数演算を行うような機能ブロ
ック４（この演算機能ブロックは、自身を初期化するた
めの手段を持っていないものとする）と、この機能ブロ
ック４からの信号を入力するＰＩＤ制御演算機能を持つ
機能ブロック１とを組み合わせて制御系を構成した例で
ある。

【００２８】折れ線関数演算を行う機能ブロック４にお
いて、４０は折れ線関数演算手段であり、初期化判断手
段１３は折れ線関数演算手段４０に入力される信号（プ
ロセス入力）も監視していて、例えば、プロセス入力の
異常状態からの回復時に、機能ブロック１側の初期化が
必要であると判断し、機能ブロック４から出力される演
算出力データＭＶのデータステータス情報を操作する。
機能ブロック１側において、初期化手段１４は自身に伝
達されている機能ブロック４からの演算出力データＭＶ
（このデータは機能ブロック１側ではカスケード設定デ
ータＣＳＶとして扱われている）のデータステータス情
報から、初期化が必要であることを検知し、演算初期
化、出力トラッキング動作を行う。

【００２９】これにより、プロセス入力の異常が回復し
た際、その入力データが突然変化する事態（機能ブッロ
ク４において、通常、プロセス入力が急変すると結果的
にその演算出力データＭＶも急変する）が生じても、機
能ブロック１側において、カスケード設定データＣＳＶ
がバンプするのを防止することができる。なお、上記の
実施例では機能ブロックとして、ＰＩＤ制御演算機能を
持つもの、オートセレクタ機能を持つもの、折れ線関数
演算機能を持つものについて例示したが、シーケンス制
御演算機能やスイッチ機能を持つもの、更に新しく開発
される各種の機能を持つ機能ブロック等を結合させて制
御系を構成する場合にも同様に適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
複数の機能ブッロクを結合して所望の制御系を構成する
場合において、規格化された入出力結合端子を通して、
初期化の必要を示すステータス情報を伝達するように構
成したもので、結合する相手の機能ブロックの内部構造
に関する知識がなくとも、信号バンプ防止のための初期
化処理を容易に行うことができる。従って、各種のプロ
セスに適合した制御系の構築を容易に行うことの可能な
制御演算装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

【図２】２つの機能ブロックを結合してオートセレクタ
カスケード制御系を構成した場合の構成ブロック図であ
る。

【図３】２つの機能ブロックをカスケード接続するよう
に組み合わせてカスケード制御系を構成した場合の構成
ブロック図である。

【図４】機能ブロックとして折れ線関数演算を行うよう
な機能ブロックとＰＩＤ制御演算機能を持つ機能ブロッ
クとを組み合わせて制御系を構成した場合の構成ブロッ
ク図である。

【符号の説明】

ＦＣ 制御演算装置 ＰＲ プロセス １，２，３ 機能ブロック １０ 入力結合端子 １１ 出力結合端子 １２ 演算処理手段 １３ 初期化判断手段 １４ 初期化手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される信号に所定の演算を施し演算結
   果を出力するソフトウェア要素からなる機能ブロックを
   複数個組み合わせて制御系を構成する制御演算装置であ
   って、 前記各機能ブロックに、当該機能ブロックに与えられる
   信号を受け入れるための入力結合端子と演算結果を出力
   する出力結合端子と、 当該機能ブロックで実行している演算処理動作およびま
   たは入出力データを監視し、前記入出力結合端子に接続
   される他の機能ブロック側で初期化が必要か否かを判断
   し、初期化が必要である場合その旨を示すステータス情
   報を前記入出力結合端子を経て出力する初期化判断手段
   と、 前記入出力結合端子を経由して与えられる初期化が必要
   である旨を示すステータス情報を受け、自身の機能ブロ
   ック内の初期化を行う初期化手段とを設けたことを特徴
   とする制御演算装置。