JPS6049321B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

プロセス制御装置

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JPS6049321B2
JPS6049321B2 JP6339176A JP6339176A JPS6049321B2 JP S6049321 B2 JPS6049321 B2 JP S6049321B2 JP 6339176 A JP6339176 A JP 6339176A JP 6339176 A JP6339176 A JP 6339176A JP S6049321 B2 JPS6049321 B2 JP S6049321B2
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修 多田
裕 若狭
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Yokogawa Hokushin Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は計算器を用いたプロセス制御装置に関するもの
である。
さらに詳しくは計算機故障時のバックアップ手段を備え
たプロセス制御装置に関するものである。計算機を用い
たプロセス制御装置において、計算機は複数の制御対象
を時分割で制御するので、計算機が故障するとその影響
するところが大きい。
そこで、計算機故障の影響を軽減するためにバックアッ
プ装置が設けられる。バックアップ装置としては通常ア
ナログ調節計が用いられ、バックアップを要する個々の
制御ループごとに設置される。計算機故障時にバックア
ップが円滑に行なえるようにするために、各アナログ調
節計はそれ”ぞれ計算機の制御出力にトラッキングして
おり、かつバックアップ移行後にも同じ制御を維持する
ために、計算機と同じ制御パラメータをもつ必要がある
。このような従来装置においては、バックアップ・を要
する各制御対象につき、計算機とアナログ調節計とに同
一の制御パラメータが与えられなければならないが、計
算機とアナログ調節計とはそれぞれ異質な装置なので、
それぞれに合つた方法で別々に与えなければならず煩雑
である。
また計算)機とアナログ調節計とでは共通部分が少ない
ので、バックアップを施したときハードウェアの必要量
が大きくなり経済的でない。プロセス制御計算機に上位
の計算機が組み合わされる場合には、プロセス制御計算
機の故障時の7バックアップを上位の計算機によつて行
なうようにすることがある。
この場合、2つの計算機は、バックアップとそれからの
復帰を円滑に行なうために、プロセス制御に関して、同
じ内容のデータベースを持たねばならない。しかし、2
つの計算機はメモリが別々であるから、故障発生前には
プロセス制御計算機のデータベースを上位の計算機にア
ップロードし、故障回復後には上位計算機のデータベー
スをプロセス制御計算機にダウンロードするなど、デ−
タベースー致化のための特別な操作が必要である。本発
明の目的は、複数のループを制御する計算機を、マイク
ロプロセッサを用いた単一ループ用の制御ユニットで、
ループごとにバックアップするようにしたとき、データ
ベースの一致化のための合理的なメモリ構成をもつプロ
セス制御装置を提供することにある。
対等な関係の2つの計算機の間で、メモリの内容を一致
させる方法としては、両計算機で共通のメモリを利用す
る方法が知られている。
この方法を、上位と下位の関係にある2つの計算機に適
用すれば、両計算機のデータベースを一致させることが
可能であるが、上位の計算機と下位の計算機とでは、自
ずから役割が異なるので、それぞれの役割に応じた合理
的なメモリの共用が望まれる。以下図面によつて本発明
を説明する。第1図は本発明実施例の外観図である。第
1図において、1は制御装置本体で、11はそのターミ
ナルボード●キユービクル、12はコントロール●キユ
ービクルである。2は表示・操作装置であつて、21は
CRTディスプレイ、22はバックアップ表.示・操作
器である。
制御装置本体1と表示・操作装置2は床下配線されたケ
ーブルによつて結ばれている。3は被制御プロセスであ
る。
被制御プロセス3は計装配線4を通じて制御装置本体1
と結ばれる。制御装置本体1の内部接続および制御装置
本体1、表示・操作装置2、被制御プロセス3相互間の
接続系統図を第2図に示す。
ただし第2図には本発明の説明に必要な部分のみを示し
てある。制御装置本体1のターミナルボード●キユービ
クルク11にはアナログコントロール・ボードACBが
含まれる。アナログコントロール・ボードACBは制御
対象に対応した複数の入出力変換器RGCをもつている
。コントロール●キユービクル12には計算?CUとそ
のインタフェイスAGNが含まれる。インタフェイスA
GNは制御ループに対応して複数のループ●ユニットA
BOをもつている。これらループ・ユニットABOは表
示・操作装置2におけるバックアップ表示・操作器22
に接続される。バックアップ表示・操作器22はループ
・ユニットABOに対応した複数の表示・操作ユニット
ABUをもつている。表示・操作ユニットABUはアナ
ログ調節計の表示・操作器と同様に、入力指示計,出力
指示計,出力操作器等をもつている。表示・操作装置2
2におけるCRTディスプレイ21は計算機SCUに接
続される(図略)。第2図における信号系統図を第3図
に示す。
ア)ナログコントロール●ボードACBにおける入出力
変換器RGCは、プロセスの検出端から与えられるアナ
ログの測定信号を中間信号に変換してループ●ユニット
M刀に伝達するとともに、ループ・ユニットABOから
与えられる中間信号をア・ナログの操作信号に変換して
プロセスの操作端に伝達する。中間信号としてここでは
パルス幅信号が用いられている。ループ・ユニットAB
Oは、入力切換器正L1出力マルチプレクサMPXlメ
モリ入力変換器PW/C1メモリ出力変換器C/PWl
メモリM1マイクロプロセッサμ、アイソレーシヨン・
ブロックISOlおよび補助入出力スイッチSWをもつ
ている。入出力変換器RGCから与えられる中間信号は
入力切換器SELを通じてメモリ入力変換器PW/Cに
与えられ、ここでディジタル信号に変換されてメモリM
に入力MEASとして書き込まれる。メモリM内の出力
データ0UTPUTはメモリ出力変換器C/PWによつ
て中間信号に変換され出力マルチプレクサMPXを通じ
て入出力変換器RGCに与えられる。メモリM内には入
出力データの他に設定催?ET..PID定数等の制御
パラメータ、およびステータス情報がデータベース構造
をとつて記憶され、計算機SCUのメモリの一部をなし
ている。計算機SCUはメモリMのデータを使用してそ
のループの制御演算を行ない、得られた結果を出力0U
TPUTとしてメモリに書き込む。計算機SCUはまた
ループ・ユニットN℃内の各種データ処理を行なう。計
算鄭CUはこのような動作を各ループ・ユニットについ
て順番に行なうとともに複数ループにまたがる総合的な
データ処理を行なつて、プロセス制御を遂行する。マイ
クロプロセッサμは計算機SCUのバックアップ用イン
テリジエンスで、計算鄭CUが故障したとき、それにか
わつてメモリMのデータを使用し、ループの制御演算お
よびループ・ユ三ツトABO内のデータ処理を行なう。
メモリMは、計算機SCUのメモリの一部を構成すると
ともに、ループ●ユニットABOのメモリにもなつてい
る。
すなわち、メモリMは、ループ・ユニット.ABOの内
部に配置されつつ、計算機SCUとマイクロプロセッサ
μとの共用のメモリとなつている。このような共用のメ
モリMは、そのループに関するデータベースを記憶して
いるので、計算機SCUにとつても、マイクロプロセッ
サμにとつても、そのループに関するデータ処理をする
うえで必要十分である。アイソレーシヨン●ブロックI
SOはパルス幅●電圧変換器PW/Vl,PW/V2に
よつてマルチプレクサMPXの2つの出力をそれぞれア
ナログ電−圧に変換しかつ絶縁して出力する。
パルス幅・電圧変換器PW/V1によつて入力MEAS
l設定値SETl定数P,I,Dlまたはその他の制御
パラメータのいずれかが出力され、パルス幅・電圧変換
器PW/■2によつて出力0UTPUTが出力される。
アイソレーシヨン・ブロックISOはまたステータス出
力器STOによつてメモリM内のステータス情報を絶縁
して出力するとともに、ステータス入力器STIによつ
て外部ステータス信号を絶縁してメモリMに与える。ア
イソレーシヨン●ブロックISOの入出力は表示●操作
ユニットABUに接続される。補助入出力スイッチSW
は外部入力を入力切換器SELに与えたり、マルチプレ
クサ■■の出力を外部に出力するもので、他のループ●
ユニットとのカスケード接続等を可能にするものである
。ループ●ユニットABOの構成により詳細に示せば、
第4図のようになる。
第4図において、第3図と同様な部分には同一の記号を
つけてあるが、作図の都合上、図形の配置を一部変えて
いる。第3図で省略されていて第4図によつてはじめて
示されるものは、メモリのデータバスDBlデータセレ
クタDSLlメモリのアドレスバス鳩、アドレスセレク
タASLlタイミング発生器TMlおよび各種の制御信
号線である。メモリMに読み書きされるデータは、デー
タバスDB上を伝送される。
データバスDBには、データセレクタDSLを通じて、
計算機SCUの書込みデータとメモリ入力変換器PW/
Cの書込みデータが結合される。データセレクタDSL
は、マイクロプロセッサμによつて制御され、どちらか
一方のデータを選択するようになつている。データバス
DBには、ステータス入力器STIの書込みデータも結
合される。データバスDI3l.の読出しデータは、計
算機SCUと、メモリ出力変換器C/PWと、ステータ
ス出力鄭TOに結合される。メモリ出力変換器C/PW
とステータス出力器STOに対する読出しデータのセッ
トは、マイクロプロセッサμによつて制御される。デー
タバスDBには、マイクロプロセッサμの読み書きデー
タも結合される。
メモリMにデータを読み書きするためのアドレスは、計
算機SCUとマイクロプロセッサμから、アドレスバス
ADとアドレスセレクタASLを通じてメモリMに与え
られる。
アドレスセレクタASLは、マイクロプロセッサμによ
つて制御されて、計算機SCUから与えられるアドレス
と、マイクロプロセッサμから与えられるアドレスの、
どちらかを選択する。メモリMには、リード/フイト制
御信号が、マイクロプロセッサμによつて与えられる。
計算機SCUとマイクロプロセッサμの間には、制御信
号が交信される。
この制御信号はメモロノアクセス要求を互いに相手に通
知して、メモリ使用の競合を回避するためのものである
。また、計算機SCUからマイクロプロセッサμには、
フェイル信号が与えられ、マイクロプロセッサμによる
プロセス制御のバックアップ開始と、その解7除の条件
としている。タイミング発生器TMは、同期信号とクロ
ック信号を発生し、同期信号をマイクロプロセッサμと
入力切換器SELと出力マルチプレクサMPXに与え、
クロック信号をメモリ入力変換器PW/Cフとメモリ出
力変換器C/PWに与えるようになつている。
同期信号は、たとえば商用交流電源の周期と同程度の周
期を持つ矩形波とされ、クロック信号はそれに比べては
るかに周期の短いパルスとされる。入力切換器SELと
出力マルチプレクサMPXは、同期信号によつて制御さ
れて、その半周期ごとにそれぞれ2つの入(出)力信号
を交互に切り換える。
メモリ入力変換器PW/Cとメモリ出力変換器C/PW
は、クロック信号を利用して、それぞれパルス幅からコ
ードへの変換およびコードからパルス幅への変換を行な
う。マイクロプロセッサPは、同期信号に基づき、入力
切換?ELと出力マルチプレクサMPXの周期的動作に
合わせて、メモリ入力変換器PW/Cの入力データの書
込みと、メモリ出力変換器C/PWのための出力データ
の読出し、およびデータセレクタDSLの切り換え制御
を行なう。
マイクロプロセッサμは、ステータス入(出)力器ST
I,STOのデータの読み書きも、同期信号に基づき、
所定のタイミングで周期的に行なう。
メモリMのデータの読み書きは、マイクロプロセッサμ
からメモリMに与えられるリード/ライト制御信号によ
つて制御される。このような入出力データの読み書きを
行なう時、アドレスセレクタASLは、マイクロプロセ
ッサμが与えるアドレスを選択するように制御される。
その他の時期は、計算機が与えるアドレスを選択するよ
うに制御される。データセレクタDSLも、同様に、メ
モリ入力変換器PW/Cのデータを、周期的にメモリM
に書込むときだけ、メモリ入力変換器PW/Cのデータ
を選択し、その他の時期は、計算機SCUから与えられ
るデータを選択するようになつている。計算機SCUが
正常である間は、マイクロプロセッサμは、上記のよう
な周期的なデータの入出力だけを行なつており、プロセ
ス制御のためのデータ処理は、計算機SCUにより、メ
モリMのデータベースに基づいて行なわれている。
計算機SCUが、そのデータ処理過程において、メモリ
Mにアクセスを行なうときは、計算機SCUからマイク
ロプロセッサμに制御信号を与えて、マイクロプロセッ
サμに、メモリMに対するリード/ライト制御信号を発
生させる。計算機SCUが故障したとき、フェイル信号
にク基づいて、マイクロプロセッサμは、プロセス制御
をバックアップするためのデータ処理を開始し、上記の
ような周期的なデータの読み書きの他に、プロセス制御
用のデータ処理のためのメモリアクセスをも行なう。
第3図に戻つて表示・操作ユニットは2種類あり、必要
に応じて使い分けられる。
ABUは標準形、ABU″は複数パラメータのチューニ
ング機構付のものである。標準形の表示・操作ユニット
ABUにおいて、221はステータス切換スイッチ、2
22は入力指示計、223はチューニング・スイッチ、
224はステータス表示器、225は出力指示計、22
6は操作スイッチである。)入力指示計222および出
力指示計225は、アイソレーシヨン●ブロックISO
のパルス幅●電圧変換器PW/Vl,PW/V2の出力
をそれぞれ指示する。ステータス切換スイッチ221は
制御モードを切り換えるもので、計算器SCUによる制
御・モードCTLlバックアップ手動モードBMlおよ
びバックアップ自動モードBAの3位置をもつ。チュー
ニング・スイッチ223は設定値のチューニングを可能
にするもので、バックアップ手動モードBMまたはバッ
クアップ自動モードBAにおい゛てこのスイッチを押す
と、入力指示計222には入力MEASにかわつて設定
値SETが指示され、この状態で操作スイッチ226を
操作すると設定値SETを増減することができる。操作
スイッチ226は中立位置をもつたノンロックの3位置
スイッチであつて、バックアップ手動モードBMまたは
バックアップ自動モードBAにおいて、それを上に倒せ
ば操作量を増加でき下に倒せば減少できる。操作量はチ
ューニング・スイッチ223が押されないうちは出力0
UTPUT1それが押され/
これたときは前記のように設定値SE
Tである。ら各スイッチの接点状態はループ・ユニット
M幻に外部ステータス情報として与えられ、計算機SC
Uまたはマイクロプロセッサμの動作を規定する。ルー
プ・ユニットABOからのステータス情報はステータス
表示器224に表示される。ステータス表示器224は
ループの制御権が計算機SCUの手を放れたとき、すな
わち計算機SCUに故障が生じて出力凍結になつたり、
バックアップ手動モードBMまたはバックアップ自動モ
ードBAになつたとき点灯してこれを表示する。複数パ
ラメータのチューニング機構をもつ表示・操作ユニット
ABU″も同様な構造になつているが、さらにパラメー
タ・セレクタ227をもつている。
パラメータ●セレクタ227はサムホィール・スイッチ
からなり、これによつてチューニングの対象を設定イμ
SETl定数P,I,Dまたはその他のパラメータのう
ちから任意の1つを選べるようになつている。パラメー
タ●スイッチ227の接点状態はループ・ユニットAB
Oに外部ステータス情報として与えられる。バックアッ
プ手動モードBMまたはバックアップ自動モードBAに
おいてチューニング・スイッチ223″を押すと、入力
指示計222″にはパラメータ・セレクタ227によつ
て選ばれたパラメータの値が指示され、そこで操作スイ
ッチ226″を操作するとそのパラメータの値を調整す
ることができる。このように構成された装置の動作は次
のとおりである。プロセスの検出端から与えられたアナ
ログの測定信号はアナログコントロール・ボードACB
の入出力変換器RGCで中間信号に変換され、ループ●
ユニットABOのメモリ入力変換器PW/Cでディジタ
ル信号に変換され、メモリMに入力MEASとして書き
込まれる。メモリMに記憶された出力0UTPUTはメ
モリ出力変換器C/PWによつて中間信号に変換され、
出力マルチプレクサ■■を通じてアナログコントロール
・ボードACBの入入出力変換器RGCに与えられ、こ
こて絶縁されたアナログの操作信号に変換されてプロセ
スの操作端に与えられる。このような、プロセスに対す
るメモリ・データの入出力は、メモリMがループ・ユニ
ット内に配置されているので、きわめてやりやすい。す
なわち、共用のメモリをループ・ユニット内に配置する
ことは合理的てある。メモリ内の出力0UTPUTは計
算機SCUの演算により、入力MEASの値を設定値S
ETに一致させるような値になつているので、そのルー
プの制御対象は設定値に一致するように制御される。同
様な動作がすべてのループ・ユニットにおいて行なわれ
、プロセスの制御が遂行される。計算機SCUはこのよ
うに各ループ●ユニットN力のメモリMにあるデータベ
ースを使用して各ループの操作出力を演算してやるとと
もに、総合的なプロセス制御のための各種のデータ処理
を行なう。オペレータは計算機SCUに接続されたCR
Tディスプレイによつて総合的なプロセスの監視・操作
を行なう。各ループ●ユニットABOの状態はバックア
ップ表示・操作器22の各表示・操作ユニットABU(
またはABU″)によつてもそれぞれ表示される。
計算機SCUがループを制御している間は、入力指示計
222には入力MEASが指示され、出力指示計225
には出力0UTPUTが指示されている。このときステ
ータス切換スイッチ221はCTLに入つている。計算
機SCUが故障すると各ループの制御権はそれぞれのル
ープ●ユニットABO内のマイクロプロセッサPに移る
このとき各マイクロプロセッサμはメモリMのデータを
引き継いでそのループの制御演算およびその他のデータ
処理を代行する。メモリMのデータはそれまで計算機S
CUが使用していたものであるから、それを引き継いで
制御をすることにより、バンプレスなバックアップが行
なえる。またマイクロプロセッサμが使用するハードウ
ェアも、計算機SCUがそれまで使用していたループ●
ユニット以下のハードウェアがそのまま使用される。制
御権がマイクロプロセッサPに移つたとき、バックアッ
プ表示・操作器22の各表示・操作ユニットABUのス
テータス表示器224が点灯する。
オペレータはそれによつてバックアップ状態になつたこ
とを知る。計算機SCUが故障するとそれに接続されて
いるCRTディスプレイ22による監視・操作ができな
くなるから、以後はオペレータは表示・操作ユニットA
BUによつて監視・操作を行なうことになる。計算機S
CUの故障に伴い制御権がマイクロプ)口セッサμに移
つたとき、いつたん出力を凍結する場合と、直ちにバッ
クアップ自動モードに移つて制御を継続する場合とがあ
り、どちらにするかはあらかじめ定められている。
出力が凍結される場合、オペレータはステータス表示器
が点灯した5ら、状況を判断してバックアップ手動また
は自動モードへの切換え、あるいは凍結継続のいずれか
を選択する必要がある。バックアップ自動モードBAに
おいては、マイクロプロセッサμは入力MEASと設定
値SETのO差に応じて出力の0UTPUTの演算を行
ない、自動制御を遂行する。
制御出力をオペレータが手動で操作したい場合は、表示
・操作ユニットABUのステータス切換スイッチ221
をBMに切り換える。
そうするとループ●ユニットABOに与えられるステー
タス信号が変わり、マイクロプ5口セッサμは制御演算
を停止して手動操作に応じられるようになる。そこで操
作スイッチ226を操作して増減指令を与えると、マイ
クロプロセッサμは指令が継続している間、メモリM内
の出力0U′IPUTを一定の割合で増加あるいは減少
させる。メモリM内の出力0UTPUTは出力指示計2
25で指示されているので、オペレータは出力0UTP
UTの変化を見ながら操作を行なえる。手動モードにお
いてもメモリM内の出力0UTPUTはそのまま引き継
がれるので、切換えはバンプレスに行なわれる。ステー
タス切換スイッチ221をBAに切り換えるとバックア
ップ自動モードBAにもどり、メモリMの内容が引き継
がれてバンプレスに自動制御に切り換わる。
バックアップ手動または自動モードにおいて、オペレー
タが制御パラメータを変更したいときは、チューニング
・スイッチ223を押す。
そうすると入力指示計222には入力MEASにかわつ
−て設定値SETが指示される。この状態で操作スイッ
チ226によつて増減指令を与えると、メモリMの設定
値SETが増減し、それが逐一人力指示計222で指示
されるので、オペレータは所望の値まで設定値SETを
変化させることができ,る。表示・操作ユニットとして
ABU″を用いたときは、定数P,I,D等をも変更で
きる。計算機SCUの故障が直つたらステータス切換ス
イッチ221をCTLにもどす。
これによつてメモリMの内容は計算機SCUによつて引
き継が5れ、バンプレスに計算機モードに復帰する。な
おバックアップモードへの切換えは計算機SCUの故障
時ばかりでなく、ステータス切換スイッチ221によつ
てオペレータが随意に行なうことができる。このように
、本発明によれば、複数のループを制御する計算機を、
マイクロプロセッサを用いた単一ループ用の制御ユニッ
トでループごとにバックアップするようにしたとき、デ
ータベースの一致化のための合理的なメモリ構成をもつ
プロセス制御装置が実現できる。
また常時はループ・ユニットM℃が制御演算・を行なつ
て各ループを制御するように動作し、計算機SCUは全
体の状況を判断しつつ各ループ・ユニットM℃の制御パ
ラメータの設定あるいは変更を可能にする論理的構造を
有しているので、単なるバックアップ・コントロールに
とどまらず、SPCコントロールまたはアダブテイブ●
コントローラとしての発展性も考えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の外観図、第2図はその要部の接
続系統図、第3図はその信号系統図、第4図は第3図の
一部の詳細図である。 1・・・・・・制御装置本体、11・・・・・・ターミ
ナルボード●キユービクル、12・・・・・●コントロ
ール●キユービクル、2・・・・・・表示・操作装置、
21・・・CRTディスプレイ、22・・・・・・バッ
クアップ表示・操作部、3・・・・・・被制御プロセス
、ACB・・アナログコントロール●ボード、RGC・
・・・・・入出力変換器、SCU・・・・計算機、AG
N・・・・・・インタフェイス、ABO・・・・・ルー
プ●ユニット、ABU・・・゜表示・操作ユニット、S
EL・・・・・・入力切換器、■■・・・・・・出力マ
ルチプレクサ、PW/C・・・・・・メモリ入力変換器
、C/PW・・・・・・メモリ出力変換器、M・・・・
・・メモリ、μ・・・・・・マイクロプロセッサ、IS
O・・アイソレーシヨン●ブロック。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 プロセス制御の単位ループごとに設けられたループ
    ・ユニットと、このループ・ユニットごとに設けられた
    表示・操作ユニットと、前記ループ・ユニットの複数固
    についてプロセス制御のためのデータ処理を行なう計算
    機とを有するプロセス制御装置であつて、前記ループ・
    ユニットは、 単位ループについての入出力データと制御パラメータと
    をデータベース構造により記憶して前記計算機のメモリ
    の一部をなすメモリと、前記計算機がこの単位ループに
    ついてのデータ処理をしなくなつたとき、このメモリの
    使用権を得て単位ループについての制御演算を含むデー
    タ処理を行なうプロセッサと、前記メモリの入出力デー
    タを制御対象に結合する手段と、前記メモリのデータを
    前記表示・操作ユニットに結合する手段とを有すること
    を特徴とするプロセス制御装置。
JP6339176A 1976-05-31 1976-05-31 プロセス制御装置 Expired JPS6049321B2 (ja)

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JPS52147287A JPS52147287A (en) 1977-12-07
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