控制装置以及控制方法与流程

本发明涉及对设置于车间的现场仪器进行控制的控制装置以及控制方法。

本申请针对2015年9月18日申请的日本特许申请第2015-185017号主张优先权，并在此引用其内容。

背景技术：

在车间、工厂等(下面，在对它们进行总称的情况下，简称为“车间”)中，构建有过程控制系统，实现了高级的自动操作。过程控制系统对工业过程中的各种状态量(例如压力、温度、流量等)进行控制。为了确保安全性且进行高级的控制，过程控制系统具备分散控制系统(dcs：distributedcontrolsystem)等控制系统、安全仪表系统(sis：safetyinstrumentedsystem)等安全系统。

在上述分散控制系统中，现场仪器(测定器、操作器)、与对这些现场仪器进行控制的控制装置经由通信单元而连接。在分散控制系统中，控制装置收集由现场仪器测定所得的测定数据，控制装置根据收集到的测定数据而对现场仪器进行操作(控制)，由此进行各种状态量的控制。上述安全仪表系统在紧急时可靠地使车间在安全的状态下停止。由此，事先防止人身事故、环境污染，并且实现了对昂贵设备的保护。

在当前的安全仪表系统中，设置有对气体、火焰、热、烟等进行检测的现场仪器，根据现场仪器的检测结果而输出警报。例如，美国专利第8354935号说明书中公开了具有一氧化碳检测器的火灾检测系统。如果由一氧化碳检测器测定所得的一氧化碳的水平超过阈值，则将警报输出至警报面板。

为了确保车间的安全，分散控制系统以及安全仪表系统要求高度可靠且稳定的动作。因此，对于在控制装置上执行动作的程序(应用逻辑)本身也要求高可靠性以及高维护性。因此，不希望针对取得实际成果的应用逻辑进行大幅变更。根据行业种类、企业等的不同，多数情况下都在形式上或者隐含地使编程实现了规则(策略)化。

另一方面，关于接口模块、现场仪器等的硬件，由于伴随着技术的进步的新部件的采用、中断对部件的制造、削减成本的要求等，要求部件的变更的情况有所增加。因此，在当前的控制装置中，需要与硬件的变更相应地对应用逻辑进行大幅变更、或者放弃一部分由硬件的变更所带来的改善效果而缩小应用逻辑的变更范围。

技术实现要素：

控制装置具有：接口模块，其将电力供给至设置于车间的现场仪器；应用程序执行部，其输出用于对所述现场仪器进行重置的重置信号；以及变换部，其将从所述应用程序执行部输出的所述重置信号变换为适合于所述接口模块的形式。

参照附图并根据下面叙述的实施方式的详细说明，本发明的进一步的特点及方式会变得明了。

附图说明

图1是表示过程控制系统1的整体结构的框图。

图2是表示控制装置200以及监视操作终端300的动作的框图。

图3是表示在控制装置200中所进行的处理的框图。

图4是表示a/i模块210的详细结构的框图。

图5是表示对比例的过程控制系统2的整体结构的框图。

图6是表示控制装置200的处理的流程图。

具体实施方式

参照优选的实施方式对本发明的实施方式进行说明。本领域技术人员能够利用本发明的启示而实现本实施方式的多种代替手段，本发明不限定于这里说明的优选的本实施方式。

本发明的一个方式提供不对应用逻辑进行大幅变更而能够享受由硬件的变更带来的改善效果的控制装置以及控制方法。

下面，参照附图对实施方式的控制装置以及控制方法进行说明。

图1是表示过程控制系统1的整体结构的框图。如图1所示，过程控制系统1具备现场仪器100、控制装置200、监视操作终端300以及工程终端400。过程控制系统1在车间中构建。

作为车间，除化学等工业车间以外，还存在对气田、油田等的井场及其周围进行管理控制的车间；对水力、火力、核能等的发电进行管理控制的车间；对阳光、风力等的环境能源发电进行管理控制的车间；对给排水、堤坝等进行管理控制的车间等。

现场仪器100例如是流量计或温度传感器等传感器仪器、流量控制阀或开闭阀等阀仪器、风扇或电机等致动器仪器、其他设置于车间现场的仪器。现场仪器100与控制装置200连接。

控制装置200、监视操作终端300以及工程终端400与局域网n1连接。局域网n1例如是以太网(注册商标)等网络。监视操作终端300是例如由车间的操作人员操作、且用于对过程的监视的装置。工程终端400是用于制作由控制装置200执行的程序的装置。

控制装置200具有应用程序执行部201、变换部202以及存储部203。存储部203对由应用程序执行部201执行的程序(应用逻辑)进行存储。应用逻辑由工程终端400制作。利用图形用户界面并通过功能框图(fbd：functionalblockdiagram)的形式等对应用逻辑进行记述。控制装置200将由工程终端400制成的应用逻辑作为程序而下载至存储部203。

应用程序执行部201执行下载的程序，从现场仪器100对测定值(过程值)等数据进行收集。应用程序执行部201基于收集到的数据而对操作量进行运算，对其他现场仪器发送驱动信号，对过程进行控制。变换部202将从应用程序执行部201输出的信号变换为适合于接口模块的形式，对此在后文中进行详细叙述。

图2是表示控制装置200以及监视操作终端300的动作的框图。下面，作为安全仪表系统的具体例，对fgs(fireandgassystem)进行说明。

fgs是指为了防止在车间产生的事故的扩大而构建的系统。为了构建fgs而使用的现场仪器100例如是气体检测器、火焰检测器、热检测器、以及烟检测器。在车间中产生异常(烟、火焰等)的情况下，现场仪器100的测定值达到超过规定的阈值的值(警报值)。如果测定值暂时超过阈值，则即使测定值收敛为小于阈值，现场仪器100也持续输出警报值。这是为了可靠地通知车间中所产生的异常。

如图2所示，现场仪器100经由配线l1而与控制装置200连接。控制装置200接收从现场仪器100输出的警报值。然后，控制装置200将表示在现场仪器100中检测到异常的警报信号s1发送至监视操作终端300。

监视操作终端300具有显示部310、输入部320以及通信部330。显示部310例如是液晶显示器等显示装置。输入部320例如是键盘、鼠标等输入装置。通信部330经由局域网n1而与控制装置200通信。

即使将异常的原因消除，现场仪器100也持续输出警报值。为了将现场仪器100的警报解除，需要进行现场仪器100的重置(电源断开以及电源接通)。这是因为，在将异常消除之后，在确认了安全的基础上，需要按照车间的操作人员的意愿而将警报解除。作为用于对现场仪器100进行重置的操作方法，存在电源断开操作和电源接通操作的共计操作2次的情况、和通过1次操作而进行电源断开/电源接通的情况，这取决于在控制装置200中构建的应用程序。

如果通信部330从控制装置200接收到警报信号s1，则显示部310对警报的内容进行显示。由此，车间的操作人员能够掌握车间内的异常的产生场所、异常的内容，能够进行用于将异常消除的处理。

如果车间的操作人员确认到已将成为警报的原因的异常消除，则利用监视操作终端300的输入部320输入用于对现场仪器100进行重置的指示。通信部330根据该指示而将重置指示s2发送至控制装置200。这样，能够从监视操作终端300发出现场仪器100的重置的指示。由此，即使在车间中设置有多个现场仪器100的情况下，也能够使车间的操作人员的作业实现高效化。

图3是表示在控制装置200中所进行的处理的框图。控制装置200具有a/i模块210、应用逻辑(重置逻辑250以及安全逻辑260)、软件模块270以及d/o模块280。

配线l1以及l2是1组配线。a/i模块210是经由配线l1而从现场仪器100接收测定值(模拟输入信号)的接口模块。a/i模块210具有电源单元211，该电源单元211经由配线l2而输出用于将电力供给至现场仪器100的直流电流信号。用于对现场仪器100进行操作的操作信号与经由配线l2而输出的直流电流信号重叠。

变换部202从包含多个软件模块的软件模块库中选择并执行用于进行d/o-a/i变换的软件模块270。软件模块库被存储于图1所示的存储部203内。除了进行d/o-a/i变换的软件模块270以外，软件模块库中还包含进行向其他形式的变换的多个软件模块。

a/i模块210将从现场仪器100接收到的测定值输出至软件模块270。软件模块270具有虚拟a/i端子271、虚拟d/o端子272、虚拟d/o端子273以及变换模块274。虚拟a/i端子271、虚拟d/o端子272以及虚拟d/o端子273是通过软件而安装的虚拟的端子。虚拟a/i端子271将从a/i模块210输出的测定值输出至安全逻辑260。

安全逻辑260是由应用程序执行部201执行的应用逻辑之一。安全逻辑260被存储于图1所示的存储部203内。应用程序执行部201从存储部203读出并执行安全逻辑260。安全逻辑260具有虚拟a/i端子261、功能模块262以及虚拟d/o端子263。虚拟a/i端子261以及虚拟d/o端子263是通过软件而安装的虚拟的端子。从软件模块270的虚拟a/i端子271输出的测定值被输入至虚拟a/i端子261。

安全逻辑260的功能模块262经由局域网n1而将输入至虚拟a/i端子261的测定值发送至监视操作终端300。如果监视操作终端300接收到现场仪器100的测定值，则在图2所示的显示部310对测定值(过程值)进行显示。由此，车间的操作人员能够掌握车间内的各现场仪器100的状态。

在从现场仪器100发送了警报值的情况下，功能模块262将警报信号s1发送至监视操作终端300。如果监视操作终端300接收到警报信号s1，则在显示部310对警报的内容进行显示。

如前所述，如果车间的操作人员确认到成为警报的原因的异常已被消除，则利用监视操作终端300的输入部320将用于对现场仪器100进行重置的指示输入。通信部330根据该指示而将重置指示s2发送至控制装置200。

重置逻辑250是由应用程序执行部201执行的应用逻辑之一。重置逻辑250被存储于图1所示的存储部203内。应用程序执行部201从存储部203读出并执行重置逻辑250。重置逻辑250、安全逻辑260以及软件模块270可以分别存储于不同的存储部。重置逻辑250具有功能模块251、以及虚拟d/o端子252。虚拟d/o端子252是通过软件而安装的虚拟的端子。

与从监视操作终端300接收到重置指示s2相应地，重置逻辑250的功能模块251生成用于将现场仪器100的电源断开以及接通的重置信号。虚拟d/o端子252将由功能模块251生成的重置信号(数字输出信号)输出至软件模块270。

从重置逻辑250的虚拟d/o端子252输出的重置信号被输入至软件模块270的虚拟d/o端子272。变换模块274将输入至虚拟d/o端子272的重置信号变换为适合于a/i模块210的形式。即，变换模块274对输入至虚拟d/o端子272的重置信号进行d/o-a/i变换。变换模块274将变换后的重置信号s3输出至a/i模块210。

图4是表示a/i模块210的详细结构的框图。a/i模块210的电源单元211具有电源212、切断部213以及控制部214。电源212对现场仪器100供给电力。切断部213是切断从电源212向现场仪器100的电力供给的开关。控制部214进行向现场仪器100的操作信号的发送、以及切断部213的接通/断开控制。

如果输入有从变换模块274输出的重置信号s3，则控制部214将切断部213的开关断开，由此切断从电源212向现场仪器100的电力供给。在现场仪器100的电源断开之后，控制部214将切断部213的开关接通，由此恢复从电源212向现场仪器100的电力供给。由此，能够对现场仪器100进行重置，能够将警报解除。

另一方面，在输入至虚拟a/i端子261的现场仪器100的测定值显示出异常值的情况下，安全逻辑260的功能模块262生成用于对警报装置或者切断装置500进行驱动的驱动信号。现场仪器100的测定值显示出异常值的情况，例如为现场仪器100的测定值超过规定的阈值的情况。虚拟d/o端子263将由功能模块262生成的驱动信号(数字输出信号)输出至软件模块270。

从安全逻辑260的虚拟d/o端子263输出的驱动信号被输入至软件模块270的虚拟d/o端子273。软件模块270将输入至虚拟d/o端子273的驱动信号输出至d/o模块280。d/o模块280经由配线l4而将从软件模块270输出的驱动信号发送至警报装置或者切断装置500。警报装置500是用于通过汽笛、红色灯而通知异常的装置。切断装置500是切断器(shutter)等用于强制地使过程停止的装置。

在现场仪器100的测定值显示出异常值的情况下，在现场仪器100的周围产生火焰、烟等。因此，警报装置500根据从d/o模块280接收到的驱动信号而使汽笛鸣响或者将红色灯点亮。由此，能够向车间内的作业人员通报危险。切断装置500根据从d/o模块280接收到的驱动信号而将设置于车间的切断器关闭。由此，能够防止火焰、烟等在车间内扩散。此外，警报装置或者切断装置500可以强制地将车间内的各装置的电源切断、或者驱动喷头而进行灭火。由此，能够不使车间内的受害程度扩大。

图5是表示对比例的过程控制系统2的整体结构的框图。利用图5，对本实施方式所涉及的过程控制系统1与对比例的过程控制系统2的不同点、以及本实施方式所涉及的过程控制系统1的优越性进行说明。

如图5所示，对比例的过程控制系统2在a/i模块210与现场仪器100之间设置有中继器600，并在重置逻辑250与中继器600之间设置有d/o模块290。对比例的过程控制系统2中不存在图3所示的软件模块270。

在对比例的过程控制系统2中，重置逻辑250从虚拟d/o端子252输出用于切断从电源单元211向现场仪器100的电力供给的重置信号。从虚拟d/o端子252输出的重置信号是适合于d/o模块290的形式的信号。

d/o模块290基于从虚拟d/o端子252输出的重置信号并经由配线l3而将电源断开信号发送至中继器600。中继器600根据从d/o模块290接收到的电源断开信号而切断配线l1以及配线l2的通信和电力供给。在现场仪器100的电源断开之后，d/o模块290经由配线l3而将电源接通信号发送至中继器600。中继器600根据从d/o模块290接收到的电源接通信号而恢复配线l1以及配线l2的通信和电力供给。由此，重置动作完毕。

与对比例的过程控制系统2相比，本实施方式的过程控制系统1不需要中继器600、d/o模块290以及配线l3，因此能够降低制造成本。

如果对硬件结构进行变更，则对比例的过程控制系统2需要对在控制装置200上执行动作的程序(重置逻辑250)施加大幅的变更。然而，对于重置逻辑250要求高可靠性以及高维护性，因此不希望从取得实际成果的重置逻辑250进行大幅变更。

另一方面，本实施方式的过程控制系统1具有变换部202，该变换部202将从重置逻辑250输出的信号变换为适合于a/i模块210的形式。由此，无需对重置逻辑250施加大幅的变更而能够对硬件结构进行变更。

在对比例的系统中，作为向现场仪器100的过程输出而将重置指示输出。与此相对，在本实施方式中，为了削减硬件的成本，对a/i模块210输出重置指示，以使得a/i模块210能够直接对内部的电源供给进行切换。

即，在本实施方式中，作为过程输出，并不对现场仪器100输出重置指示，而是对系统的一部分(a/i模块210)输出重置指示。在本实施方式中，通过硬件的变更而变更了重置指示的输出目标，但能够尽量沿用来自当前系统的取得实际成果的应用逻辑(重置逻辑250以及安全逻辑260)，能够将针对系统的重置指示作为与对比例同样的过程输出而执行。

在重置逻辑250以及安全逻辑260的方面，从可观察性以及维护性等角度出发，要求将输入输出明确分离。在本实施方式中，将针对安全逻辑260的输入信号(现场仪器100的测定值)输入至虚拟a/i端子261，将来自重置逻辑250的输出信号(重置信号)从虚拟d/o端子252输出。

另一方面，在图3的结构中，在不具有软件模块270的结构的情况下，不存在d/o模块290，因此虚拟a/i端子261以及虚拟d/o端子252均与a/i模块210连接。因此，对a/i模块210进行输入输出。为了提高可观察性以及维护性，重置逻辑250以及安全逻辑260这方面的输入输出端子分别以1对1的方式具有单一的功能/意义则容易理解，从而为优选。然而，针对a/i模块210的输入输出的分配与此相反。

因此，在本实施方式中，重置逻辑250的虚拟d/o端子252与软件模块270的虚拟d/o端子272连接。变换模块274针对输入至虚拟d/o端子272的信号进行d/o-a/i变换。由此，在重置逻辑250以及安全逻辑260这方面，坚持ai输入以及do输出之类的输入输出分离规则，并且在实际的硬件方面，能够针对a/i模块210进行输入输出。

图6是表示控制装置200的处理的流程图。如果接收到从监视操作终端300发送的重置指示s2(步骤s10)，则应用程序执行部201将用于使现场仪器100的电源断开以及接通的重置信号输出至变换部202(步骤s11)。具体而言，应用程序执行部201利用功能模块251生成重置信号，将生成的重置信号从虚拟d/o端子252输出至软件模块270。

然后，变换部202对从应用程序执行部201输出的重置信号进行d/o-a/i变换(步骤s12)。具体而言，变换部202针对输入至虚拟d/o端子272的重置信号，利用变换模块274进行d/o-a/i变换。

然后，变换部202将变换后的重置信号输出至a/i模块210(步骤s13)。a/i模块210基于从变换部202输出的重置信号而将现场仪器100的电源断开(步骤s14)。具体而言，设置于a/i模块210的控制部214将切断部213的开关断开，由此切断从电源212向现场仪器100的电力供给。

在现场仪器100的电源断开之后，控制部214将现场仪器100的电源接通(步骤s15)。具体而言，控制部214将切断部213的开关接通，恢复从电源212向现场仪器100的电力供给、以及从控制部214向现场仪器100的操作信号的发送。由此，能够对现场仪器100进行重置，能够将警报解除。

如以上说明，本实施方式的控制装置200具有变换部202，该变换部202将从应用程序执行部201输出的重置信号变换为适合于a/i模块210的形式。由此，不对应用逻辑进行大幅变更而能够享受由硬件的变更带来的改善效果。

变换模块274将从重置逻辑250输出的信号变换为适合于a/i模块210的形式并输出，但不局限于此。例如，变换模块274可以将从大于或等于一个的接口模块(例如a/i模块210)输入的信号变换为适合于应用逻辑(例如重置逻辑250或者安全逻辑260)的形式并输出。

这样，本实施方式的软件模块270具有变换模块274，该变换模块274将从应用逻辑(例如重置逻辑250或者安全逻辑260)输出的信号变换为适合于接口模块(例如a/i模块210)的形式并输出、和/或将从接口模块输入的信号变换为适合于应用逻辑的形式并输出。由此，不对应用逻辑进行大幅变更而能够享受由硬件的变更带来的改善效果。

在本说明书中，“前、后、上、下、右、左、垂直、水平、下、横、行以及列”等表示方向的词语是指本发明的装置中的这些方向。因此，本发明的说明书中的这些词语，应当在本发明的装置中进行相对解释。

“构成”这一词语用于表示为了执行本发明的功能而构成、或者装置的结构、要素、部分。

并且，技术方案中作为“手段和功能”而表述的词语，应当包含为了执行本发明中所包含的功能而能够利用的所有构造。

“单元”这一词语用于表示结构要素、单元、硬件或者为了执行期望的功能而编程的软件的一部分。硬件的典型例子是器件、电路，但不局限于此。

以上对本发明的优选实施例进行了说明，但本发明不限定于这些实施例。在未脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的追加、省略、置换以及其他变更。本发明不由前述说明限定，仅由附件的权利要求书限定。