JPH0981201A - フィールドバス方式の制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、フィールドバスが切断しても基本的
な制御を継続してプラント運転を継続できる状況に保つ
こと。 【解決手段】センサ部１０−１、操作端部１２−１及び
制御装置部１１−１の間を接続するフィールドバス１３
が切断すると、制御装置２−１から送られてくる目標信
号Ｑを目標値保持部２１によりホールドし、このホール
ドされた目標信号Ｑを簡易制御部２２に渡してセンサ部
１０−１により出力される検出信号Ｐが目標信号Ｑとな
るように操作端３−１に対して操作信号Ｍａを出力し、
簡易の制御で継続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、石油化学、
電力、パルプ、食品、薬品産業等の製造プロセスに適用
するフィールドバス方式の制御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】図３はかかる鉄鋼産業等の製造プロセス
に適用するプロセス制御装置の構成図である。このプロ
セス制御装置は、プロセス量を検出するセンサ（検出
端）１−１〜１−ｎと、これらセンサ１−１〜１−ｎか
ら出力された検出信号（プロセス信号）を目標信号に制
御するための操作信号を出力する制御装置２−１〜２−
ｎと、これら制御装置２−１〜２−ｎから出力された操
作信号を受けて実際にプロセスを操作するバルブ等の操
作端３−１〜３−ｎから構成されている。

【０００３】このうちセンサ１−１〜１−ｎ及び操作端
３−１〜３−ｎは現場に設置され、制御装置２−１〜２
−ｎは中央制御室に設置されている。このプロセス制御
装置は、これらセンサ１−１〜１−ｎ及び各操作端３−
１〜３−ｎと各制御装置２−１〜２−ｎとの間をそれぞ
れ１対１で結んで各制御ループを形成している。

【０００４】例えば、センサ１−１、操作端３−１及び
制御装置２−１間を結んで１つの制御ループを形成し、
かつこの制御ループの現場−中央制御室間をケーブルに
より接続している。又、センサ１−２、操作端３−２及
び制御装置２−２間を結んで１つの制御ループを形成
し、かつこの制御ループの現場−中央制御室間をケーブ
ルにより接続している。

【０００５】図４はかかる１つの制御ループの構成図で
ある。センサ１−１から出力される検出信号Ｐは、制御
装置（ステーション）２−１に入力する。

【０００６】この制御装置２−１は、演算器４が接続さ
れ、この演算器４を通して各種信号５が入力するととも
に演算器４で求められた目標信号（設定値）Ｑが入力
し、センサ１−１からの検出信号Ｐが目標信号Ｑとなる
ような制御演算、例えばＰＩＤ演算を実行し、その演算
結果である操作信号Ｍを操作端３−１に出力する。

【０００７】このようなプロセス制御装置では、各制御
ループ毎に現場−中央制御室間をケーブルにより１対１
で接続しているので、このケーブルや制御装置２−１〜
２−ｎの入出力装置、ケーブルの布設工事に費用を要し
ている。

【０００８】このような費用を低減するために、図５に
示すように各センサ１−１〜１−ｎ、各操作端３−１〜
３−ｎ及び各制御装置２−１〜２−ｎの間を１本のフィ
ールドバス６により接続するフィールドバス方式が開発
されている。

【０００９】しかしながら、フィールドバス方式の制御
装置では、１本のフィールドバス６により接続するの
で、各センサ１−１〜１−ｎと各制御装置２−１〜２−
ｎとの間のフィールドバス６、各制御装置２−１〜２−
ｎと各操作端３−１〜３−ｎとの間のフィールドバス
６、又は演算器４と各制御装置２−１〜２−ｎとの間の
フィールドバス６のいずれかにおいて切断等の異常が起
こると、このフィールドバス６を通る１つの信号又は複
数の信号が同時に不通となり、一度に複数のセンサ１−
１〜１−ｎ、操作端３−１〜３−ｎが各制御装置２−１
〜２−ｎと切り離されて、これら制御装置２−１〜２−
ｎ間において制御不能となってしまう。

【００１０】例えば、操作端３−１とセンサ１−２との
間でフィールドバス６が切断されると、センサ１−２か
ら操作端３−２、…操作端３−ｎに対してプロセス制御
が不能となる。

【００１１】このようなフィールドバス６の切断に対す
る制御不能を防止するために、フィールドバスを二重化
し、一方のバスが切断されても他方のバスを通してバッ
クアップする方法がある。

【００１２】ところが、このような方法では各センサ１
−１〜１−ｎ、各操作端３−１〜３−ｎ及び各制御装置
２−１〜２−ｎに二重化に対応する構成にしなければな
らず経済的でない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにフィール
ドバスが切断されると、センサ１−２から操作端３−
２、…、操作端３−ｎに対して制御不能となる。そこで
本発明は、フィールドバスに切断等の異常が発生して
も、基本的な制御を継続できるフィールドバス方式の制
御システムを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、少な
くとも１つの検出端、操作端及び制御装置により各制御
ループを形成し、かつこれら検出端、操作端及び制御装
置の間を１つのバスにより接続したフィールドバス方式
の制御システムにおいて、制御装置から送られてくる目
標信号をホールドし、検出端により出力される検出信号
が目標信号となるように操作端に操作信号を出力するバ
ックアップ用制御手段、を備えたフィールドバス方式の
制御システムである。

【００１５】このようなフィールドバス方式の制御シス
テムであれば、検出端、操作端及び制御装置の間を接続
するバスが切断すると、バックアップ用制御手段により
制御装置から送られてくる目標信号をホールドし、かつ
検出端により出力される検出信号が目標信号となるよう
に操作信号を操作端に出力する。

【００１６】請求項２によれば、バックアップ用制御手
段は、制御装置から送られてくる目標信号をホールドす
る目標値保持部と、検出端により出力される検出信号が
目標値保持部にホールドされた目標信号となるように簡
易演算して操作信号を求め、この操作信号を操作端に出
力する簡易制御部と、制御装置から送られてくる操作信
号、又は簡易制御部から出力された操作信号を選択して
操作端に出力する操作出力保持部と、を有するフィール
ドバス方式の制御システムである。

【００１７】このようなフィールドバス方式の制御シス
テムであれば、検出端、操作端及び制御装置の間を接続
するバスが切断すると、制御装置から送られてくる目標
信号を目標値保持部によりホールドし、このホールドさ
れた目標信号を簡易制御部に渡す。この簡易制御部は、
検出端により出力される検出信号が目標信号となるよう
に操作端に対して操作信号を出力する。

【００１８】一方、操作出力保持部は、制御装置から送
られてくる操作信号をホールドするとともに操作端に出
力し、又は簡易制御部から操作信号が送られてくればこ
の操作信号を操作端に出力する。

【００１９】請求項３によれば、目標値保持部は、バス
異常のチェック機能を有するフィールドバス方式の制御
システムである。このようなチェック機能を有するフィ
ールドバス方式の制御システムであれば、目標値保持部
は、例えば制御装置から送られてくる目標信号の変化を
チェックし、バスの切断等の異常と判断すると、制御装
置から送られてくる目標信号を目標値保持部によりホー
ルドし、このホールドされた目標信号を簡易制御部に渡
す。この簡易制御部は、検出端により出力される検出信
号が目標信号となるように操作端に対して操作信号を出
力する。

【００２０】請求項４によれば、操作出力保持部は、バ
ス異常のチェック機能を有するフィールドバス方式の制
御システムであるこのようなチェック機能を有するフィ
ールドバス方式の制御システムであれば、操作出力保持
部は、例えば制御装置から送られてくる操作信号の変化
をチェックし、バスの切断等の異常と判断すると、制御
装置から送られてくる操作信号をホールドするとともに
操作端に出力し、又は簡易制御部から操作信号が送られ
てくればこの操作信号を操作端に出力する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。なお、図４と同一部分に
は同一符号を付してある。図１は請求項１〜４に対応す
るフィールドバス方式の制御システムの全体構成図であ
る。

【００２２】複数のセンサ部１０−１〜１０−ｎは、そ
れぞれセンサ１−１〜１−ｎを含むものであり、プロセ
ス量に対応した検出信号Ｐを出力する機能を有してい
る。複数の制御装置部１１−１〜１１−ｎは、それぞれ
各センサ部１０−１〜１０−ｎから送られてくる検出信
号Ｐを入力し、この検出信号Ｐが目標信号Ｑとなるよう
に操作信号Ｍを出力する機能を有している。

【００２３】複数の操作端部１２−１〜１２−ｎは、そ
れぞれバルブ等の操作端３−１〜３−ｎを含むものであ
り、各制御装置部１１−１〜１１−ｎから送られてくる
各操作信号Ｍに従って開閉動作し、プロセス量を制御す
る機能を有している。

【００２４】これらセンサ部１０−１〜１０−ｎ、制御
装置部１１−１〜１１−ｎ及び操作端部１２−１〜１２
−ｎの相互は、１本のフィールドバス１３により接続さ
れている。

【００２５】このように１本のフィールドバス１３によ
り接続することにより、例えばセンサ部１０−１、制御
装置部１１−１及び操作端部１２−１により１つの制御
ループが形成される。

【００２６】この制御ループは、センサ部１０−１〜１
０−ｎ、制御装置部１１−１〜１１−ｎ、操作端部１２
−１〜１２−ｎとの結合の組み合わせが任意に設定可能
であり、例えば、センサ部１０−１、制御装置部１１−
２及び操作端部１２−ｎにより１つの制御ループを形成
してもよく、又センサ部１０−ｎ、制御装置部１１−１
及び操作端部１２−１により１つの制御ループを形成し
てもよい。

【００２７】図２はかかる制御システムにおける１つの
制御ループの構成図である。この制御ループには、バッ
クアップ用制御系２０が設けられている。このバックア
ップ用制御系２０は、フィールドバス１３に切断等の異
常が発生したとき、制御装置部１１−１から送られてく
る目標信号Ｑをホールドし、センサ部１０−１により出
力される検出信号Ｐが目標信号Ｑとなるように操作信号
Ｍａを簡易演算して求め、この操作信号Ｍａを操作端部
１２−１に出力する機能を有するものである。

【００２８】このバックアップ用制御系２０は、具体的
に目標値保持部２１、簡易制御部２２及び操作出力保持
部２３から構成されている。又、このバックアップ用制
御系２０は、各制御ループにそれぞれ設けられている。

【００２９】具体的に１つの制御ループの構成を説明す
ると、センサ部１０−１には、センサ１−１に加えて、
目標値保持部２１及び簡易制御部２２が備えられてい
る。このうち目標値保持部２１は、制御装置部１１−１
の演算器４から送られてくる目標信号Ｑをホールドし、
この目標信号Ｑを簡易制御部２２に送出する機能を有し
ている。

【００３０】又、この目標値保持部２１は、演算器４か
ら送られてくる目標信号Ｑの変化をを監視し、この目標
信号Ｑの変化が通常の変化と異なるときにフィールドバ
ス１３の切断等の異常と判断し、このバス切断を示す信
号を簡易制御部２２に送出するチェック機能を有してい
る。

【００３１】簡易制御部２２は、目標値保持部２１から
バス切断を示す信号を受けると、この目標値保持部２１
から送られてくる目標信号Ｑを入力し、センサ１−１か
ら出力される検出信号Ｐが目標信号Ｑとなるような操作
信号Ｍａを簡易演算して求め、この操作信号Ｍａを操作
端部１２−１に送出する機能を有している。

【００３２】制御装置部１１−１は、制御装置２−１及
び演算器４を備えたもので、演算器４を通して各種信号
５を制御装置２−１に送るとともに演算器４で求めた目
標信号Ｑを入力し、センサ１−１からの検出信号Ｐが目
標信号Ｑとなるような制御演算、例えばＰＩＤ演算を実
行し、その演算結果である操作信号Ｍを操作端部１２−
１に出力する機能を有している。

【００３３】なお、演算器４で求められた目標信号Ｑ
は、センサ部１０−１の目標値保持部２１に送られる。
操作端部１２−１は、操作端３−１に加えて操作出力保
持部２３が備えられている。

【００３４】この操作出力保持部２３は、通常、制御装
置２−１から送られてくる操作信号Ｍを通過させ、この
操作信号Ｍを操作端３−１に送出する機能を有してい
る。又、この操作出力保持部２３は、制御装置２−１か
ら送られてくる操作信号Ｍの変化を監視し、この操作信
号Ｍの変化が通常の変化と異なるときにフィールドバス
１３の切断等の異常と判断し、このときの操作信号Ｍを
ホールドして操作端３−１に送出するチェック機能を有
している。

【００３５】又、操作出力保持部２３の自身のチェック
機能によりバス切断等の異常を判断した場合、制御装置
２−１からの操作信号Ｍを継続ホールドして操作端３−
１に送出するが、このときに簡易制御部２２から操作信
号Ｍａが送られてくると、この操作信号Ｍａに切り替え
て操作端３−１に送出する機能を有している。

【００３６】次に上記の如く構成された制御システムの
作用について説明する。センサ１−１から出力される検
出信号Ｐは、フィールドバス１３を通して制御装置２−
１に入力する。

【００３７】この制御装置２−１は、演算器４を通して
各種信号５が入力するとともに演算器４で求められた目
標信号Ｑが入力し、センサ１−１からの検出信号Ｐが目
標信号Ｑとなるような制御演算、例えばＰＩＤ演算を実
行してその演算結果である操作信号Ｍをフィールドバス
１３を通して操作端部１２−１に出力する。

【００３８】この操作端部１２−１では、操作信号Ｍを
操作出力保持部２３を通して操作端３−１に送出する。
この結果、プロセス量は、目標値に制御される。

【００３９】次にフィールドバス１３に切断等の異常が
発生した場合について説明する。(a) センサ１−１と制
御装置２−１との間のフィールドバス１３が切断される
と、目標値保持部２１は、制御装置部１１−１から送ら
れてくる目標信号Ｑに変化が生じるので、フィールドバ
ス１３に切断等の異常が発生したと判断し、変化する前
の目標信号Ｑをホールドし、これを簡易制御装置部２２
に送出する。

【００４０】これと共に目標値保持部２１は、フィール
ドバス１３が切断されたことを示す信号を簡易制御部２
２に送出する。この簡易制御部２２は、目標値保持部２
１からバス切断を示す信号を受けると、この目標値保持
部２１から送られてくる目標信号Ｑを入力し、センサ１
−１から出力される検出信号Ｐが目標信号Ｑとなるよう
な操作信号Ｍａを簡易演算し求め、この操作信号Ｍａを
操作端部１２−１に送出する。

【００４１】この操作端部１２−１の操作出力保持部２
３は、簡易制御部２２から操作信号Ｍａが送られてくる
と、制御装置２−１から送られてくる操作信号Ｍから操
作信号Ｍａに切り替え、この操作信号Ｍａを操作端３−
１に送出する。

【００４２】これにより、センサ１−１と制御装置２−
１との間のフィールドバス１３が切断したとしても、セ
ンサ１−１、簡易制御部２２及び操作端３−１のバック
アップ用制御系２０によりバックアップされ、プロセス
制御が継続して行われる。(b) 制御装置２−１と操作端
部１２−１との間のフィールドバス１３が切断される
と、操作出力保持部２３は、制御装置２−１から送られ
てくる操作信号Ｍの変化が通常の変化と異なるので、こ
のときにフィールドバス１３の切断と判断し、変化する
前の操作信号Ｍをホールドし、操作端３−１に送出す
る。

【００４３】これにより、操作端３−１は、操作出力保
持部２３によりホールドされた操作信号Ｍに従って開閉
動作し、プロセス量を制御する。この状態に、目標値保
持部２１でもフィールドバス１３の切断が検出されて簡
易制御部２２から操作信号Ｍａが操作出力保持部２３に
入力すると、この操作出力保持部２３は、ホールドして
いる操作信号Ｍから簡易制御部２２から送られてくる操
作信号Ｍａに切り替え、この操作信号Ｍａを操作端３−
１に送出する。

【００４４】これにより、制御装置２−１と操作端部１
２−１との間のフィールドバス１３が切断したとして
も、操作出力保持部２３によりホールドされた操作信号
Ｍ、又は簡易制御部２２から送られてくる操作信号Ｍａ
によりバックアップされ、プロセス制御が継続して行わ
れる。

【００４５】なお、センサ部１０−１と操作端部１２−
１との間が断たれた場合は、操作出力保持部２３により
ホールド出力される操作信号Ｍにより操作端３−１の開
閉動作が行われる。

【００４６】このように上記一実施の形態においては、
センサ部１０−１、操作端部１２−１及び制御装置部１
１−１の間を接続するフィールドバス１３に切断等の異
常が発生すると、制御装置２−１から送られてくる目標
信号Ｑを目標値保持部２１によりホールドし、このホー
ルドされた目標信号Ｑを簡易制御部２２に渡してセンサ
部１０−１により出力される検出信号Ｐが目標信号Ｑと
なるように操作端３−１に対して操作信号Ｍａを出力す
るようにしたので、フィールドバス１３が切断したとし
てもプロセス制御を中断することなくバックアップし
て、簡易制御ながらプロセス制御を継続できる。

【００４７】このバックアップでは、センサ１−１と制
御装置２−１との間のフィールドバス１３、制御装置２
−１と操作端部１２−１との間のフィールドバス１３が
切断されたとしても簡易制御を継続でき、さらにセンサ
部１０−１と操作端部１２−１との間が断たれたとして
もプロセス制御を継続できる。

【００４８】従って、このバックアップによりフィール
ドバス１３のどこの箇所が切断されてもプラント運転を
継続できる状況に保つことができ、フィールドバス１３
の二重化なしで実用化できる。そして、フィールドバス
１３を二重化する必要がないので、費用を低減でき経済
的である。

【００４９】なお、本発明は、上記一実施の形態に限定
されるものでなく次の通り変形してもよい。例えば、上
記一実施の形態では、目標値保持部２１及び操作出力保
持部２３にそれぞれフィールドバス１３の切断のチェッ
ク機能を持たせているが、このフィールドバス１３の切
断のチェック機能を各制御装置部１１−１〜１１−ｎに
持たせてもよい。

【００５０】すなわち、各制御装置部１１−１〜１１−
ｎは、所定の伝送プロトコルに従って相互にプロセスデ
ータや操作データの伝送を行っているので、フィールド
バス１３が切断された場合、これらプロセスデータや操
作データに異常が生じたことを検出することができる。

【００５１】従って、各制御装置部１１−１〜１１−ｎ
においてプロセスデータや操作データの異常からフィー
ルドバス１３の切断を判断し、このフィールドバス１３
の切断を示す信号を目標値保持部２１及び操作出力保持
部２３に送出するようにしてもよい。

【００５２】又、上記一実施の形態では、センサ部１０
−１〜１０−ｎに目標値保持部２１及び簡易制御部２２
を設けたが、これら目標値保持部２１及び簡易制御部２
２を操作端部１２−１〜１２−ｎに設けてもよい。

【００５３】又、各制御装置部１１−１〜１１−ｎの演
算器４の入力が他のステーションから伝送される場合に
は、そのステーションからの伝送が切断されるのに対処
するために、入力毎に保持機能を設けてもよい。

【００５４】

【発明の効果】以上詳記したように本発明の請求項１〜
４によれば、フィールドバスが切断しても、基本的な制
御によりバックアップして、プラント運転を継続できる
状況に保つことができるフィールドバス方式の制御シス
テムを提供できる。

【００５５】又、本発明の請求項３、４によれば、各制
御ループ内でフィールドバスの切断をチェックし、フィ
ールドバスが切断しても簡易な制御によりバックアップ
して、プラント運転を継続できる状況に保つことができ
るフィールドバス方式の制御システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるフィールドバス方式の制御シス
テムの第１の実施の形態を示す全体構成図。

【図２】同制御システムにおける１つの制御ループの具
体的な構成図。

【図３】従来のプロセス制御装置の構成図。

【図４】従来のフィールドバス方式を適用したプロセス
制御装置の構成図。

【図５】同制御システムにおける１つの制御ループの具
体的な構成図。

【符号の説明】

１−１〜１−ｎ…センサ、３−１〜３−ｎ…操作端、４
…演算器、１０−１〜１０−ｎ…センサ部、１１−１〜
１１−ｎ…制御装置部、１２−１〜１２−ｎ…操作端
部、１３…フィールドバス、２０…バックアップ用制御
系、２１…目標値保持部、２２…簡易制御部、２３…操
作出力保持部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの検出端、操作端及び制
   御装置により制御ループを形成し、かつこれら検出端、
   操作端及び制御装置の間を１つのバスにより接続したフ
   ィールドバス方式の制御システムにおいて、 前記制御装置から送られてくる目標信号をホールドし、
   前記検出端により出力される検出信号が前記目標信号と
   なるように前記操作端に操作信号を出力するバックアッ
   プ用制御手段、を具備したことを特徴とするフィールド
   バス方式の制御システム。
2. 【請求項２】 前記バックアップ用制御手段は、前記制
   御装置から送られてくる目標信号をホールドする目標値
   保持部と、 前記検出端により出力される検出信号が前記目標値保持
   部にホールドされた前記目標信号となるように簡易演算
   して操作信号を求め、この操作信号を前記操作端に出力
   する簡易制御部と、 前記制御装置から送られてくる操作信号、又は前記簡易
   制御部から出力された操作信号を選択して前記操作端に
   出力する操作出力保持部と、から構成されることを特徴
   とする請求項１記載のフィールドバス方式の制御システ
   ム。
3. 【請求項３】 目標値保持部は、前記バス異常のチェッ
   ク機能を有することを特徴とする請求項２記載のフィー
   ルドバス方式の制御システム。
4. 【請求項４】 操作出力保持部は、前記バス異常のチェ
   ック機能を有することを特徴とする請求項２記載のフィ
   ールドバス方式の制御システム。