制御システムを変更する方法、及び変換装置
【課題】既設ＣＰＵカードを、当該既設ＣＰＵカードと異なる通信プロトコルで通信する新設ＣＰＵカードに変更し、タービン制御システム全体の処理速度を向上させる。
【解決手段】新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４との間に、通信プロトコルを相互に変換するコンバータ１００を設ける。コンバータ１００は、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４と通信する第１の通信部１０１−１、１０１−２を備え、コンバータ１００の変換部１０３は、第１の通信部１０１−１、１０１−２のそれぞれと接続されるとともに、第２の通信部１０４と接続され、通信プロトコルを相互に変換する。
【解決手段】新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４との間に、通信プロトコルを相互に変換するコンバータ１００を設ける。コンバータ１００は、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４と通信する第１の通信部１０１−１、１０１−２を備え、コンバータ１００の変換部１０３は、第１の通信部１０１−１、１０１−２のそれぞれと接続されるとともに、第２の通信部１０４と接続され、通信プロトコルを相互に変換する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力手段との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法、及び入出力装置と制御装置とを接続する変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン等の発電用タービンの運用には、当該ガスタービンの動作を監視、制御するタービン制御システムを用いている（例えば、特許文献１を参照）。タービン制御システムは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）カード、ＩＯ（Input Output）カード、端子ボード、センサ、アクチュエータを備える。
ＣＰＵカードは、制御システムを動作させるプログラムを実行する装置である。
ＩＯカードは、センサやアクチュエータと通信する端子ボードと接続し、入出力処理を行う装置である。そして、ＣＰＵカードとＩＯカードとは、所定の通信プロトコルを用いて情報のやりとりを行う。
【０００３】
このようなタービン制御システムで用いられるＣＰＵカードやＩＯカード（以下、処理装置と呼ぶ）は、情報技術の発展とともに新たな製品が生産される。そして、タービン制御システムの既設の処理装置を新たな処理装置に変更することで、新たな制御アプリケーションを用いることができ、制御性の改善やシステム機能の拡張など、顧客にとってよりコスト効果のあるタービン運転を実施することができる。また、時代の変化による電子部品の入手困難化から、既設の処理装置が再生産できなくなることがある。そのため、タービン制御システムにおいて、既設の処理装置が古くなった場合には、既設の処理装置を新たな処理装置に変更する必要がある。
【０００４】
このとき、既設の処理装置が用いる通信プロトコル（例えばＡＲＣＮＥＴ（登録商標）、）がレガシープロトコルとなり、当該通信プロトコルが新たな処理装置においてサポートされなくなっていることがある。その場合、既設のＣＰＵカードを新たなＣＰＵカードに変更するとき、既設のＩＯカードを、新たなＣＰＵカードが用いる通信プロトコル（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））に対応する新たなＩＯカードに変更する必要がある。しかしながら、タービンの動作に対する影響を最小限にするため、変更を行うパーツを最小限に抑えることが望まれており、ＣＰＵカードとＩＯカードとを同時に変更することは好ましくない。
【０００５】
これに対する一つの解決法として、既設のＣＰＵカードを新たなＣＰＵカードに変更し、新たなＣＰＵカードと既設のＩＯカードとの間に、通信プロトコルの変換を行うコンバータを設置することで、ＣＰＵカードのみを変更する方法が考えられる。コンバータは、ＩＯカードと通信する第１の通信部と、ＣＰＵカードと通信する第２の通信部と、通信プロトコルの変換を行う変換部とを備える。この方法を用いることで、タービン制御システムの変更箇所を最小限に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２６１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、新たな処理装置で用いる通信プロトコルは、既設の処理装置で用いる通信プロトコルより高速なネットワークと接続できる通信プログラムに対応していることが多い。そのため、単にコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った場合、コンバータとＣＰＵカードとの通信では高速なネットワークを用いることができるが、コンバータとＩＯカードとの通信では低速なネットワークを用いざるを得ない。そのため、コンバータとＩＯカードとの間の通信がボトルネックとなり、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、前記入出力装置との間で第１の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第１のステップと、前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第２のステップとを備え、前記変換装置は、１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記変換装置は、前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第３の通信部と、前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置及び前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部とを備え、前記新たな入出力装置を前記変換装置に接続させる第３のステップと、前記変換装置の切替部によって、前記新たな制御装置との通信先を切り替える第４のステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記制御システムは既設の制御装置を複数備え、前記第１のステップでは、複数の既設の制御装置を前記新たな制御装置に交換し、前記第２のステップでは、前記変換装置を前記新たな制御装置それぞれと対応して設けるとともに、前記複数の新たな制御装置と前記複数の変換装置とをバスにより接続することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記変換装置の変換部は、前記第１の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備え、前記第１の通信部は、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備え、前記変換装置は、前記第１の通信部のメモリと変換部のバッファとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明において、前記第４のステップでは、前記第１の通信手段が出力する情報と前記第３の通信手段が出力する情報が一致する場合に、前記切替部によって前記新たな入出力装置に接続先を切り替え、前記第１の通信部が出力する情報と前記第３の通信部が出力する情報が一致しない場合に、前記切替部によって前記既設の入出力装置に接続先を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第１の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入出力装置と通信する第１の通信部を複数備える変換装置を、入出力装置と新たな制御装置との間に設ける。これにより、ボトルネックとなる入出力装置との通信処理を複数の第１の通信部で並列処理することができるため、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図３】新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【図４】第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【図５】新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
【図６】第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
【図７】ガスタービンの概略構成図である。
【図８】第１の実施形態による方法によって変更したタービン制御システムの構成例を示す概略ブロック図である。
【図９】第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】第２の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】第３の実施形態におけるＩＯカード及び端子ボードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１３】新設端子ボードの構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとを２つずつ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ及びアクチュエータを備える。
ＣＰＵカード変更前のタービン制御システムは、ガスタービン５００（制御対象機器）と通信状態にあり、既設ＣＰＵカード９０１（既設の制御装置）、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４（既設の入出力装置：以下、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４を総称する場合は既設ＩＯカード９０２と表記する）、既設端子ボード９０３−１〜９０３−４（以下、既設端子ボード９０３−１〜９０３−４を総称する場合は既設端子ボード９０３と表記する）、アクチュエータ３００−１、３００−３、センサ３００−２、３００−４（以下、アクチュエータ３００−１、３００−３、センサ３００−２、３００−４を総称する場合はセンサ・アクチュエータ３００と表記する）を備える。
【００１７】
既設ＣＰＵカード９０１は、ガスタービン５００の状態を示すセンシング情報を収集し、当該センシング情報に基づいてガスタービン５００の動作を制御する。また、既設ＣＰＵカード９０１は、第１の通信プロトコル（例えば、ＡＲＣＮＥＴ（登録商標））を用いて通信を行うことができる。
既設ＩＯカード９０２は、ガスタービン５００との間で情報の入出力を行う。また、既設ＩＯカード９０２は、第１の通信プロトコルを用いて通信を行うことができる。
【００１８】
既設端子ボード９０３は、ＩＯカードとセンサ・アクチュエータ３００との物理的入出力端子結合点を備える。例えば、既設ＩＯカード９０２は、その既設端子ボード９０３と接続することにより、センサ・アクチュエータ３００と通信することができる。
アクチュエータ３００−１、３００−３は、既設端子ボード９０３を介して入力する情報に基づいてガスタービン５００を駆動させる。
センサ３００−２、３００−４は、ガスタービン５００から所定の物理量を計測し、当該物理量を示す信号を既設端子ボード９０３に出力する。
既設ＣＰＵカード９０１は、既設ＩＯカード９０２、既設端子ボード９０３、センサ・アクチュエータ３００の組のそれぞれと、既設ＩＯカード９０２と第１の通信プロトコルを用いて通信する。
【００１９】
以下に、上述した構成を有するタービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１（新たな制御装置）に変更する方法を示す。
まず、既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に交換する（第１のステップ）。新設ＣＰＵカード２０１は、ガスタービン５００の状態を示すセンシング情報を収集し、当該センシング情報に基づいてガスタービン５００の動作を制御する機能を有する。また、新設ＣＰＵカード２０１は、第２の通信プロトコル（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））を用いて通信を行う機能を有する。
次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ１００を設ける（第２のステップ）。
【００２０】
図２は、第１の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
コンバータ１００は、第１の通信部１０１−１、１０１−２（以下、第１の通信部１０１−１、１０１−２を総称する場合は第１の通信部１０１と表記する）、ＤＭＡＣ（メモリアクセスユニット：Direct Memory Access Controller）１０２−１、１０２−２（以下、ＤＭＡＣ１０２−１、１０２−２を総称する場合はＤＭＣＡ１０２と表記する）、変換部１０３、第２の通信部１０４を備える。
【００２１】
第１の通信部１０１は、１つまたは複数の既設ＩＯカード９０２と第１の通信プロトコルで通信する。また、第１の通信部１０１は、既設ＩＯカード９０２に送信する情報を記憶する送信バッファ（図示せず）、及び既設ＩＯカード９０２から受信した情報を記憶する受信バッファ（図示せず）を備える。
第２の通信部１０４は、新設ＣＰＵカード２０１と第２の通信プロトコルで通信する。
【００２２】
変換部１０３は、ＤＭＡＣ１０２を介して第１の通信部１０１のそれぞれと接続されるとともに、第２の通信部１０４と接続されて、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する。つまり、変換部１０３は、新設ＣＰＵカード２０１から入力した第１の通信プロトコルによる信号を、第２の通信プロトコルに変換して既設ＩＯカード９０２に出力する。他方、変換部１０３は、既設ＩＯカード９０２から入力した第２の通信プロトコルによる信号を、第１の通信プロトコルに変換して新設ＣＰＵカード２０１に出力する。
また、変換部１０３は、第１の通信部１０１に出力する情報及び第２の通信部１０４に出力する情報を記憶するメモリ（図示せず）を備え、当該メモリは、第１の通信部１０１に送信する情報を蓄積する第１の記憶領域と、第２の通信部１０４に送信する情報を蓄積する第２の記憶領域とを有する。
【００２３】
ＤＭＡＣ１０２は、変換部１０３のメモリの第１の記憶領域のうち、自身が接続する第１の通信部１０１に転送する情報を格納する記憶領域の情報を、第１の通信部１０１の送信バッファに転送する。また、ＤＭＡＣ１０２は、第１の通信部１０１の受信バッファが記憶する情報を、変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。
なお、本実施形態では、コンバータ１００が第１の通信部１０１を２つ有する場合を例に説明するが、これに限られず、第１の通信部１０１を３つ以上備えるようにしても良い。
【００２４】
次に、ＣＰＵカード変更後のタービン制御システムの動作を説明する。
まず、新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１、３００−３に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
図３は、新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【００２５】
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を順番に受信し、変換部１０３に転送する。第２の通信部１０４が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れか１つの転送を完了すると、変換部１０３は、転送が完了した制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。また、変換部１０３は、１つの制御情報の変換を完了すると、当該制御情報の次に受信した制御情報に対して変換処理を行う。
【００２６】
また、ＤＭＡＣ１０２は、変換部１０３のメモリの第１の記憶領域のうち、自身が接続する第１の通信部１０１に転送する情報を格納する記憶領域に制御情報が記録されると、当該制御情報を第１の通信部１０１の送信バッファに転送する。
そして、第１の通信部１０１は、自身の送信バッファに記録された制御情報を既設ＩＯカード９０２に送信する。
【００２７】
図４は、第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ１００の代わりに、第１の通信部１０１を１つだけ備える通常のコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１、３００−３に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
【００２８】
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を順番に受信し、変換部１０３に転送する。第２の通信部１０４が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れか１つの転送を完了すると、変換部１０３は、転送が完了した制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。また、変換部１０３は、１つの制御情報の変換を完了すると、当該制御情報の次に受信した制御情報に対して変換処理を行う。
【００２９】
変換部１０３が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れかに対する変換処理を完了すると、第１の通信部１０１は、変換処理が完了した制御情報を既設ＩＯカード９０２に送信する。また、変換部１０３は、一の制御情報の送信が完了した後に、当該制御情報の次に受信した制御情報の送信を行う。
【００３０】
次に、センサ３００−２、３００−４が新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を出力する場合の動作を説明する。
図５は、新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４は、それぞれ既設端子ボード９０３−２、９０３−４を介してセンサ３００−２、３００−４から物理量を示す信号を入力すると、第１の通信部１０１−１、１０１−２に当該信号を送信する。
【００３１】
第１の通信部１０１は、受信した信号が示す情報を受信バッファに記録する。そして、ＤＭＡＣ１０２は、第１の通信部１０１の受信バッファに記録された情報を変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。つまり、第１の通信部１０１−１、１０１−２の処理、及びＤＭＡＣ１０２−１、１０２−２の処理は、それぞれ並行して実行される。
次に、変換部１０３は、メモリの第２の記憶領域に記憶する情報の通信プロトコルを、順次第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、変換部１０３が変換した情報を順に新設ＣＰＵカード２０１に転送する。
【００３２】
図６は、第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ１００の代わりに、第１の通信部１０１を１つだけ備える通常のコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、センサ３００−２、３００−４が新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を出力する場合の動作を説明する。
【００３３】
既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４は、それぞれ既設端子ボード９０３−２、９０３−４を介してセンサ３００−２、３００−４から物理量を示す信号を入力すると、第１の通信部１０１に当該信号を送信する。このとき、第１の通信部１０１は、既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４が出力する信号を順番に受信する。
第１の通信部１０１は、信号を受信した順に、変換部１０３に当該信号が示す情報を出力する。次に、変換部１０３は、第１の通信部１０１から入力した情報の通信プロトコルを、順次第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、変換部１０３が変換した情報を順に新設ＣＰＵカード２０１に転送する。
【００３４】
上述したように、コンバータ１００が備える第１の通信部１０１の数が１である場合、既設ＩＯカード９０２との通信を並列化できず、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができない。
他方、本実施形態によれば、タービン制御システムの変更において、第１の通信部１０１を複数個備えるコンバータ１００を設けることで、ボトルネックとなる既設ＩＯカードとの通信処理を並列処理することができる。これにより、図３、図５に示すように、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができる。
【００３５】
また、図２に示すように、第１の通信部１０１−１が接続するアクチュエータとセンサの比及び個数と、第１の通信部１０１−２が接続するアクチュエータとセンサの比及び個数との差が少ないことが望ましい。例えば、第１の通信部１０１−１にセンサ３００−２、３００−４が接続され、第１の通信部１０１−２にアクチュエータ３００−１、３００−３が接続される場合、新設ＣＰＵカード２０１によるセンシング情報の取得時には、第１の通信部１０１−１に処理が集中する一方、第１の通信部１０１−２がアイドル状態となり、効率が改善されない。同様に、新設ＣＰＵカード２０１による制御情報の出力時には、第１の通信部１０１−２に処理が集中する一方、第１の通信部１０１−１がアイドル状態となり、効率が改善されない。そのため、第１の通信部１０１−１、１０１−２でアクチュエータ及びセンサの個数を分散して接続することが望ましい。
【００３６】
第１の実施形態の構成を用いた具体的な実施例を説明する。
図７は、ガスタービンの概略構成図である。
ガスタービン５００は、大気（外部空気）から圧縮機５０１へと吸い込まれる吸込空気Ａを圧縮機５０１によって圧縮して燃焼器５０２に供給し、燃焼器５０２で燃料Ｆと混合して燃焼させて燃焼ガスＧを生成し、これをタービン５０３内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ５０４を回転させて発電機５０５で発電を行うことが可能である。
【００３７】
ガスタービン５００の出力は、吸気温度や圧力により変化する。例えば、吸込空気Ａの温度が上昇すると、吸込空気Ａの密度が小さくなり、空気の従量流量が減少するため、ガスタービン５００の出力が減少する。このように、ガスタービン５００の出力は、様々な外的要因によって変化するため、タービン制御システムは、ガスタービン５００から得られるセンシング情報を用いてガスタービン５００の吸込空気Ａの流量や燃料Ｆの流量を制御することで、ガスタービン５００の出力を一定の値に保つ。
【００３８】
また、タービン制御システムは、センサ・アクチュエータ３００として、それぞれ燃料流量制御装置３０１、回転数センサ３０２、空気流量制御装置３０３、電力計３０４、排ガス温度センサ３０５、空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、圧縮空気圧力センサ３０８を備える。
【００３９】
燃料流量制御装置３０１は、ガスタービン５００の燃焼器５０２に設けられる燃料調整弁の開度を制御することで、燃焼器５０２に供給される燃料Ｆの流量の調整を行うアクチュエータである。
回転数センサ３０２は、ガスタービン５００のロータ５０４の回転数を計測するセンサである。
空気流量制御装置３０３は、ガスタービン５００の圧縮機５０１に設けられる入口ガイドベーンの開度を制御することで、圧縮機５０１へ吸い込まれる吸込空気Ａの流量の調整を行うアクチュエータである。
電力計３０４は、ガスタービン５００の発電機５０５による出力電力量を計測するセンサである。
排ガス温度センサ３０５は、ガスタービン５００のタービン５０３から排出される排ガスの温度を計測するセンサである。
空気温度センサ３０６は、ガスタービン５００の圧縮機５０１へ吸い込まれる吸込空気Ａの温度を計測するセンサである。
燃料圧力・温度センサ３０７は、ガスタービン５００の燃焼器５０２に供給される燃料Ｆの圧力、及び燃料Ｆの温度を計測するセンサである。
圧縮空気圧力センサ３０８は、ガスタービン５００の圧縮機５０１が圧縮した吸込空気の圧力を計測するセンサである。
【００４０】
図８は、第１の実施形態による方法によって変更したタービン制御システムの構成例を示す概略ブロック図である。
ガスタービン５００が稼動開始すると、回転数センサ３０２、電力系３０４、排ガス温度センサ３０５、空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、圧縮空気圧力センサ３０８は、それぞれガスタービン５００から物理量を計測し、既設端子ボード９０３、既設ＩＯカード９０２を介してコンバータ１００に当該物理量を示すセンシング情報を、第１の通信プロトコルを用いて送信する。
【００４１】
既設ＩＯカード９０２が出力するセンシング情報は、コンバータ１００の第１の通信部１０１により並列に受信され、変換部１０３は、第１の通信部１０１が受信したセンシング情報の通信プロトコルを第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、第２の通信プロトコルを用いて新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を送信する。
【００４２】
新設ＣＰＵカード２０１は、受信したセンシング情報とガスタービン５００の現在の空気流量及び燃料流量とを用いて、ガスタービン５００の出力電力量が一定となるような空気流量及び燃料流量を算出する。例えば、新設ＣＰＵカード２０１は、まず排ガス温度センサ３０５から入力したセンシング情報に基づいて、ガスタービン５００の効率を算出する。次に、新設ＣＰＵカード２０１は、当該算出した効率と空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、及び圧縮空気圧力センサ３０８から入力したセンシング情報に基づいて燃料流量と空気流量との比率を決定する。次に、新設ＣＰＵカード２０１は、回転数センサ３０２、電力計３０４から入力したセンシング情報に基づいて、ガスタービン５００の出力電力量の増減を決定する。そして、新設ＣＰＵカード２０１は、決定した燃料流量と空気流量との比率と出力電力量の増減とに基づいて、燃料流量及び空気流量を決定する。
なお、ここで説明した燃料流量及び空気流量の決定方法は、一例であり、その他の方法によって決定を行っても良い。
【００４３】
新設ＣＰＵカード２０１は、決定した燃料流量及び空気流量を示す制御情報を生成し、当該制御情報を第２の通信プロトコルを用いてコンバータ１００に送信する。
コンバータ１００の第２の通信部１０４が新設ＣＰＵカードから制御情報を受信すると、変換部１０３は、当該制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、第１の通信部１０１は、変換部１０３が変換した制御情報を、第１のプロトコルを用いて、既設ＩＯカード９０２−１、９０２−３に送信する。
既設ＩＯカード９０２−１は、受信した制御情報を燃料流量制御装置３０１に出力し、燃料流量制御装置３０１は、入力した制御情報に基づいてガスタービン５００の燃料流量を制御する。また、既設ＩＯカード９０２−３は、受信した制御情報を空気流量制御装置３０３に出力し、空気流量制御装置３０３は、入力した制御情報に基づいてガスタービン５００の空気流量を制御する。
【００４４】
このように、タービン制御システムでは、ガスタービン５００の燃料流量及び空気流量を、フィードバック制御によって決定している。そして、本実施形態によれば、センサ・アクチュエータ３００と新設ＣＰＵカード２０１との間の通信を高速に行うことができるため、入力されたセンシング情報に対するフィードバックを迅速に行うことができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
第１の実施形態では、ＣＰＵカードを１つ備えるタービン制御システムの変更方法について説明した。ここで、第２の実施形態では、ＣＰＵカードを複数備えるタービン制御システムの変更方法について説明する。
【００４６】
図９は、第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムは、複数の既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を備える。また、既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３同士は、既設バス４０１を介して相互に接続され、第１の通信プロトコルで通信することができる。
また、既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３はそれぞれ、第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成と同様に、複数の既設ＩＯカード９０２と接続される。
なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとをそれぞれ３つずつ有し、ＣＰＵカードを３つ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ・アクチュエータ及びＣＰＵカードを備える。
【００４７】
以下に、上述した構成を有するタービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を、それぞれ新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３に変更する方法を示す。
図１０は、第２の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、複数の既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を、それぞれ新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３に交換する（第１のステップ）。
次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３と既設ＩＯカード９０２との間に、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３それぞれと対応してコンバータ１００−１〜１００−３を設ける。なお、コンバータ１００−１〜１００−３は、第１の実施形態のコンバータ１００と同じものである。そして、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３との間に新設バス４０２を設け、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とをそれぞれ新設バス４０２により接続する（第２のステップ）。つまり、コンバータ１００−１〜１００−３の第２の通信部１０４は、新設バス４０２を介して、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３と第２の通信プロトコルを用いて通信することができる。
【００４８】
このように、ＣＰＵカードを複数備えるタービン制御システムにおいて、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とを新設バス４０２を介して接続することで、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３は、より柔軟にセンサ・アクチュエータ３００と通信を行うことができる。
具体的には、例えば図９に示すＣＰＵカード変更前のタービン制御システムにおいて、既設ＣＰＵカード９０１−１がセンサ３００−６からセンシング情報を取得する場合、以下に示す処理を実行する必要がある。
まず、既設ＣＰＵカード９０１−１は、既設バス４０１を介して既設ＣＰＵカード９０１−３に、センサ３００−６のセンシング情報の取得依頼を送信する。既設ＣＰＵカード９０１−３は、センシング情報の取得依頼を受信すると、既設ＩＯカード９０２−６を介してセンサ３００−６からセンシング情報を取得する。そして、既設ＣＰＵカード９０１−３は、既設バス４０１を介して既設ＣＰＵカード９０１−１に当該センシング情報を送信する。これにより、既設ＣＰＵカード９０１−１は、センサ３００−６のセンシング情報を取得することができる。
【００４９】
他方、図１０に示すＣＰＵカード変更後のタービン制御システムにおいて、新設ＣＰＵカード２０１−１がセンサ３００−６からセンシング情報を取得する場合、以下に示す処理を実行する。
まず、新設ＣＰＵカード２０１−１は、新設バス４０２を介してコンバータ１００−３に、センサ３００−６のセンシング情報の取得依頼を出力する。次に、コンバータ１００−３は、当該取得依頼の通信プロトコルを変換し、センサ３００−６からセンシング情報を取得する。そして、コンバータ１００−３は、新設バス４０２を介して新設ＣＰＵカード２０１−１に当該センシング情報を送信する。
このとき、新設バス４０２は、第２の通信プロトコルを用いて新設ＣＰＵカード２０１−１とコンバータ１００−３とを接続するため、既設バス４０１を介した通信と比較して高速な通信を可能とする。したがって、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とを新設バス４０２を介して接続することで、処理のさらなる高速化を図ることができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、タービンの動作に対する影響を最小限にするためＣＰＵカードのみを変更する方法について説明した。しかし、ＣＰＵカードの変更の後、タービンの動作に問題が無いことを確認した後には、ＩＯカード及び端子ボードも新しいものに変更することが好ましい。
第３の実施形態では、ＣＰＵカードの変更の後に、ＩＯカード及び端子ボードの変更を行うタービン制御システムの変更方法について説明する。
第３の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成は、第１の実施形態におけるＣＰＵカードのタービン制御システムの構成（図１を参照）と同じである。
【００５１】
まず、タービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に変更する方法を示す。
初めに、既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に交換する（第１のステップ）。次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ１１０を設ける（第２のステップ）。
【００５２】
図１１は、第３の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
ここで、第３の実施形態におけるコンバータ１１０は、第１の実施形態におけるコンバータ１００の構成に加えて、第３の通信部１０５と切替部１０６を更に備えるものである。
第３の通信部１０５は、第２の通信部１０４を介して新設ＣＰＵカード２０１と接続し、後述する新設ＩＯカード２０２と第２の通信プロトコルで通信する。
切替部１０６は、既設ＩＯカード９０２及び新設ＩＯカード２０２と接続し、既設ＩＯカード９０２及び新設ＩＯカード２０２の何れか一方から入力した情報を、新設ＣＰＵカード２０１に出力する。
【００５３】
次に、タービン制御システムの既設ＩＯカード９０２（既設の入出力装置）及び既設端子ボード９０３を、新設ＩＯカード（新たな入出力装置）２０２及び新設端子ボード２０３に変更する方法を示す。
図１２は、第３の実施形態におけるＩＯカード及び端子ボードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、図１２に示すように、既設端子ボード９０３−１、９０３−２を新設端子ボード２０３−１、２０３−２（以下、新設端子ボード２０３−１、２０３−２を総称する場合は、新設端子ボード２０３と表記する）に変更する。新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２と接続し、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２の何れか一方から入力した情報をセンサ・アクチュエータ３００に出力する。
【００５４】
図１３は、新設端子ボードの構成を示す概略ブロック図である。
新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２の入力端子、既設ＩＯカード９０２の入力端子、センサ・アクチュエータ３００への出力端子、スイッチ、切替部を備える。
スイッチは、新設ＩＯカード２０２の入力端子または既設ＩＯカード９０２の入力端子の何れかから入力した信号をセンサ・アクチュエータ３００への出力端子へ出力する。
切替部は、外部から通信先切換信号を入力し、当該通信先切換信号が示すＩＯカードの入力端子にスイッチを接続させる。
【００５５】
次に、新設端子ボード２０３とコンバータ１１０の第３の通信部１０５の間に、新設ＩＯカード２０２−１、２０２−２（以下、新設ＩＯカード２０２−１、２０２−２を総称する場合は、新設ＩＯカード２０２と表記する）を接続する（第３のステップ）。
新設ＩＯカード２０２は、既設ＩＯカード９０２と同じセンサ・アクチュエータ３００に対する入出力処理を行う機能を有する。また、新設ＩＯカード２０２は、第２の通信プロトコルを用いてコンバータ１１０と通信を行う機能を有する。
そして、コンバータ１１０の切替部１０６、及び新設端子ボード２０３−１によって、新設ＣＰＵカード２０１と通信を行うＩＯカードを、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２の何れかに切り替える（第４のステップ）。
【００５６】
これにより、ＩＯカード及び端子ボードの変更を短時間で実現可能となる。特に、既設ＩＯカード９０２を残したまま新設ＩＯカード２０２のテストを行うことができるため、新設ＩＯカード２０２と既設ＩＯカード９０２との入出力の比較を容易に行うことができ、テストに要する時間を短縮することができる。
また、新設ＩＯカード２０２は、新設ＣＰＵカード２０１と第２の通信プロトコルで通信を行うことができる。これにより、コンバータ１１０の切換部１０６、及び新設端子ボード２０３がＩＯカードを新設ＩＯカード２０２に切り替えることで、タービン制御システムの処理速度をさらに向上させることができる。
【００５７】
なお、コンバータ１１０の切替部１０６及び新設端子ボード２０３は、スイッチ素子を備え、管理者等の操作によって通信先の切り替えを行っても良いし、外部装置から通信先切替信号を入力し、当該通信先切替信号に基づいて通信先の切り替えを行っても良い。また、コンバータ１１０の切替部１０６と新設端子ボード２０３とが電気的に接続され、コンバータ１１０が通信先の切り替えを行う際に新設端子ボード２０３に通信先切替信号を出力し、新設端子ボード２０３当該通信先切り替え信号に合わせて通信先の切り替えを行っても良い。
【００５８】
また、コンバータ１１０及び新設端子ボード２０３は、外部からの入力によって接続先を切り替えるだけでなく、自動的に接続先の切り換えを行っても良い。
以下に、コンバータ１１０及び新設端子ボード２０３による接続先の切り換えを自動で行う方法を説明する。
まず、コンバータ１１０による接続先の切り換え方法を説明する。
センサ３００−２がガスタービン５００から所定の物理量を計測すると、センサ３００−２は、新設端子ボード２０３−２に計測した物理量を示す信号を出力する。新設端子ボード２０３−２は、センサ３００−２から入力した信号を、新設ＩＯカード２０２−２及び既設ＩＯカード９０２−２に出力する。
そして、新設ＩＯカード２０２−２は、入力した信号が示すセンシング情報を、第２の通信プロトコルを用いて第３の通信部１０５に送信する。第３の通信部１０５は、受信したセンシング情報を第２の通信部１０４に出力する。
【００５９】
他方、既設ＩＯカード９０２−２は、入力した信号が示すセンシング情報を、第１の通信プロトコルを用いて第１の通信部１０１−１に送信する。次に、ＤＭＡＣ１０２−１は、第１の通信部１０１−１が受信して受信バッファに記録したセンシング情報を、変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。そして、変換部１０３は、第２の記憶領域に記憶するセンシング情報を第２の通信プロトコルに変換し、当該センシング情報を、第２の通信部１０４に出力する。
【００６０】
次に、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とを比較する。そして、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とが同一の値を示す場合、新規ＣＰＵカード２０１との接続先を、新設ＩＯカード２０２に切り替える。
他方、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とが異なる値を示す場合、新規ＣＰＵカード２０１との接続先を、既設ＩＯカード９０２に切り替える。
これにより、切換部１０６は、新設ＩＯカード２０２の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
【００６１】
次に、新設端子ボード２０３による接続先の切り換え方法を説明する。
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を受信し、変換部１０３及び第３の通信部１０５に転送する。
第３の通信部１０５は、第２の通信部１０４から転送された制御情報を、新設ＩＯカード２０２−１に送信し、新設ＩＯカード２０２−１は、受信した制御情報を新設端子ボード２０３−１に出力する。このとき、新設端子ボード２０３−１は、受信した制御情報を内蔵する記憶回路に記憶しておく。
【００６２】
他方、変換部１０３は、第２の通信部１０４から転送された制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。次に、第１の通信部１０１は、変換部１０３のメモリの第１記憶領域に記憶されている制御情報を既設ＩＯカード９０２−１に送信する。そして、既設ＩＯカード９０２−１は、受信した制御情報を新設端子ボード２０３−１に出力する。
【００６３】
次に、新設端子ボード２０３−１は、新設ＩＯカード２０２−１から入力し、記憶回路に記憶している制御情報と、既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とを比較する。そして、新設端子ボード２０３−１は、記憶回路に記憶している制御情報と既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とが同一の値を示す場合、アクチュエータ３００−１との接続先を、新設ＩＯカード２０２に切り替える。
他方、新設端子ボード２０３−１は、記憶回路に記憶している制御情報と既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とが異なる値を示す場合、アクチュエータ３００−１との接続先を、既設ＩＯカード９０２に切り替える。
これにより、新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
【００６４】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、コンバータ１１０がＤＭＡＣ１０２を備え、ＤＭＡＣ１０２が変換部１０３と第１の通信部１０１とのメモリ情報の転送処理を行う場合を説明したが、これに限られず、コンバータ１１０は、ＤＭＡＣ１０２を必ずしも備えていなくても良い。
【００６５】
また、上述のコンバータ１００は内部に、コンピュータシステムを有しており、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるものとしても良い。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００６６】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１００、１１０…コンバータ １０１、１０１−１、１０１−２…第１の通信部 １０２、１０２−１、１０２−２…ＤＭＡＣ １０３…変換部 １０４…第２の通信部 １０５…第３の通信部 １０６…切換部 ２０１、２０１−１〜２０１−３…新設ＣＰＵカード ２０２、２０２−１、２０２−２…新設ＩＯカード ２０３、２０３−１、２０３−２…新設端子ボード ３００…センサ・アクチュエータ ３００−１、３００−３、３００−５…アクチュエータ ３００−２、３００−４、３００−６…センサ ３０１…燃料流量制御装置 ３０２…回転数センサ ３０３…空気流量制御装置 ３０４…電力計 ３０５…排ガス温度センサ ３０６…空気温度センサ ３０７…燃料圧力・温度センサ ３０８…圧縮空気圧力センサ ４０１…既設バス ４０２…新設バス ５００…タービン ９０１、９０１−１〜９０１−３…既設ＣＰＵカード ９０２、９０２−１〜９０２−８…既設ＩＯカード ９０３、９０３−１〜９０３−８…既設端子ボード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力手段との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法、及び入出力装置と制御装置とを接続する変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガスタービン等の発電用タービンの運用には、当該ガスタービンの動作を監視、制御するタービン制御システムを用いている（例えば、特許文献１を参照）。タービン制御システムは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）カード、ＩＯ（Input Output）カード、端子ボード、センサ、アクチュエータを備える。
ＣＰＵカードは、制御システムを動作させるプログラムを実行する装置である。
ＩＯカードは、センサやアクチュエータと通信する端子ボードと接続し、入出力処理を行う装置である。そして、ＣＰＵカードとＩＯカードとは、所定の通信プロトコルを用いて情報のやりとりを行う。
【０００３】
このようなタービン制御システムで用いられるＣＰＵカードやＩＯカード（以下、処理装置と呼ぶ）は、情報技術の発展とともに新たな製品が生産される。そして、タービン制御システムの既設の処理装置を新たな処理装置に変更することで、新たな制御アプリケーションを用いることができ、制御性の改善やシステム機能の拡張など、顧客にとってよりコスト効果のあるタービン運転を実施することができる。また、時代の変化による電子部品の入手困難化から、既設の処理装置が再生産できなくなることがある。そのため、タービン制御システムにおいて、既設の処理装置が古くなった場合には、既設の処理装置を新たな処理装置に変更する必要がある。
【０００４】
このとき、既設の処理装置が用いる通信プロトコル（例えばＡＲＣＮＥＴ（登録商標）、）がレガシープロトコルとなり、当該通信プロトコルが新たな処理装置においてサポートされなくなっていることがある。その場合、既設のＣＰＵカードを新たなＣＰＵカードに変更するとき、既設のＩＯカードを、新たなＣＰＵカードが用いる通信プロトコル（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））に対応する新たなＩＯカードに変更する必要がある。しかしながら、タービンの動作に対する影響を最小限にするため、変更を行うパーツを最小限に抑えることが望まれており、ＣＰＵカードとＩＯカードとを同時に変更することは好ましくない。
【０００５】
これに対する一つの解決法として、既設のＣＰＵカードを新たなＣＰＵカードに変更し、新たなＣＰＵカードと既設のＩＯカードとの間に、通信プロトコルの変換を行うコンバータを設置することで、ＣＰＵカードのみを変更する方法が考えられる。コンバータは、ＩＯカードと通信する第１の通信部と、ＣＰＵカードと通信する第２の通信部と、通信プロトコルの変換を行う変換部とを備える。この方法を用いることで、タービン制御システムの変更箇所を最小限に抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２６１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、新たな処理装置で用いる通信プロトコルは、既設の処理装置で用いる通信プロトコルより高速なネットワークと接続できる通信プログラムに対応していることが多い。そのため、単にコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った場合、コンバータとＣＰＵカードとの通信では高速なネットワークを用いることができるが、コンバータとＩＯカードとの通信では低速なネットワークを用いざるを得ない。そのため、コンバータとＩＯカードとの間の通信がボトルネックとなり、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、前記入出力装置との間で第１の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第１のステップと、前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第２のステップとを備え、前記変換装置は、１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明において、前記変換装置は、前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第３の通信部と、前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置及び前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部とを備え、前記新たな入出力装置を前記変換装置に接続させる第３のステップと、前記変換装置の切替部によって、前記新たな制御装置との通信先を切り替える第４のステップとを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明において、前記制御システムは既設の制御装置を複数備え、前記第１のステップでは、複数の既設の制御装置を前記新たな制御装置に交換し、前記第２のステップでは、前記変換装置を前記新たな制御装置それぞれと対応して設けるとともに、前記複数の新たな制御装置と前記複数の変換装置とをバスにより接続することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記変換装置の変換部は、前記第１の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備え、前記第１の通信部は、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備え、前記変換装置は、前記第１の通信部のメモリと変換部のバッファとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットを有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明において、前記第４のステップでは、前記第１の通信手段が出力する情報と前記第３の通信手段が出力する情報が一致する場合に、前記切替部によって前記新たな入出力装置に接続先を切り替え、前記第１の通信部が出力する情報と前記第３の通信部が出力する情報が一致しない場合に、前記切替部によって前記既設の入出力装置に接続先を切り替えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第１の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、入出力装置と通信する第１の通信部を複数備える変換装置を、入出力装置と新たな制御装置との間に設ける。これにより、ボトルネックとなる入出力装置との通信処理を複数の第１の通信部で並列処理することができるため、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図２】第１の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図３】新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【図４】第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【図５】新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
【図６】第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
【図７】ガスタービンの概略構成図である。
【図８】第１の実施形態による方法によって変更したタービン制御システムの構成例を示す概略ブロック図である。
【図９】第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】第２の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】第３の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１２】第３の実施形態におけるＩＯカード及び端子ボードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
【図１３】新設端子ボードの構成を示す概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとを２つずつ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ及びアクチュエータを備える。
ＣＰＵカード変更前のタービン制御システムは、ガスタービン５００（制御対象機器）と通信状態にあり、既設ＣＰＵカード９０１（既設の制御装置）、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４（既設の入出力装置：以下、既設ＩＯカード９０２−１〜９０２−４を総称する場合は既設ＩＯカード９０２と表記する）、既設端子ボード９０３−１〜９０３−４（以下、既設端子ボード９０３−１〜９０３−４を総称する場合は既設端子ボード９０３と表記する）、アクチュエータ３００−１、３００−３、センサ３００−２、３００−４（以下、アクチュエータ３００−１、３００−３、センサ３００−２、３００−４を総称する場合はセンサ・アクチュエータ３００と表記する）を備える。
【００１７】
既設ＣＰＵカード９０１は、ガスタービン５００の状態を示すセンシング情報を収集し、当該センシング情報に基づいてガスタービン５００の動作を制御する。また、既設ＣＰＵカード９０１は、第１の通信プロトコル（例えば、ＡＲＣＮＥＴ（登録商標））を用いて通信を行うことができる。
既設ＩＯカード９０２は、ガスタービン５００との間で情報の入出力を行う。また、既設ＩＯカード９０２は、第１の通信プロトコルを用いて通信を行うことができる。
【００１８】
既設端子ボード９０３は、ＩＯカードとセンサ・アクチュエータ３００との物理的入出力端子結合点を備える。例えば、既設ＩＯカード９０２は、その既設端子ボード９０３と接続することにより、センサ・アクチュエータ３００と通信することができる。
アクチュエータ３００−１、３００−３は、既設端子ボード９０３を介して入力する情報に基づいてガスタービン５００を駆動させる。
センサ３００−２、３００−４は、ガスタービン５００から所定の物理量を計測し、当該物理量を示す信号を既設端子ボード９０３に出力する。
既設ＣＰＵカード９０１は、既設ＩＯカード９０２、既設端子ボード９０３、センサ・アクチュエータ３００の組のそれぞれと、既設ＩＯカード９０２と第１の通信プロトコルを用いて通信する。
【００１９】
以下に、上述した構成を有するタービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１（新たな制御装置）に変更する方法を示す。
まず、既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に交換する（第１のステップ）。新設ＣＰＵカード２０１は、ガスタービン５００の状態を示すセンシング情報を収集し、当該センシング情報に基づいてガスタービン５００の動作を制御する機能を有する。また、新設ＣＰＵカード２０１は、第２の通信プロトコル（例えば、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標））を用いて通信を行う機能を有する。
次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ１００を設ける（第２のステップ）。
【００２０】
図２は、第１の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
コンバータ１００は、第１の通信部１０１−１、１０１−２（以下、第１の通信部１０１−１、１０１−２を総称する場合は第１の通信部１０１と表記する）、ＤＭＡＣ（メモリアクセスユニット：Direct Memory Access Controller）１０２−１、１０２−２（以下、ＤＭＡＣ１０２−１、１０２−２を総称する場合はＤＭＣＡ１０２と表記する）、変換部１０３、第２の通信部１０４を備える。
【００２１】
第１の通信部１０１は、１つまたは複数の既設ＩＯカード９０２と第１の通信プロトコルで通信する。また、第１の通信部１０１は、既設ＩＯカード９０２に送信する情報を記憶する送信バッファ（図示せず）、及び既設ＩＯカード９０２から受信した情報を記憶する受信バッファ（図示せず）を備える。
第２の通信部１０４は、新設ＣＰＵカード２０１と第２の通信プロトコルで通信する。
【００２２】
変換部１０３は、ＤＭＡＣ１０２を介して第１の通信部１０１のそれぞれと接続されるとともに、第２の通信部１０４と接続されて、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する。つまり、変換部１０３は、新設ＣＰＵカード２０１から入力した第１の通信プロトコルによる信号を、第２の通信プロトコルに変換して既設ＩＯカード９０２に出力する。他方、変換部１０３は、既設ＩＯカード９０２から入力した第２の通信プロトコルによる信号を、第１の通信プロトコルに変換して新設ＣＰＵカード２０１に出力する。
また、変換部１０３は、第１の通信部１０１に出力する情報及び第２の通信部１０４に出力する情報を記憶するメモリ（図示せず）を備え、当該メモリは、第１の通信部１０１に送信する情報を蓄積する第１の記憶領域と、第２の通信部１０４に送信する情報を蓄積する第２の記憶領域とを有する。
【００２３】
ＤＭＡＣ１０２は、変換部１０３のメモリの第１の記憶領域のうち、自身が接続する第１の通信部１０１に転送する情報を格納する記憶領域の情報を、第１の通信部１０１の送信バッファに転送する。また、ＤＭＡＣ１０２は、第１の通信部１０１の受信バッファが記憶する情報を、変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。
なお、本実施形態では、コンバータ１００が第１の通信部１０１を２つ有する場合を例に説明するが、これに限られず、第１の通信部１０１を３つ以上備えるようにしても良い。
【００２４】
次に、ＣＰＵカード変更後のタービン制御システムの動作を説明する。
まず、新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１、３００−３に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
図３は、新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
【００２５】
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を順番に受信し、変換部１０３に転送する。第２の通信部１０４が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れか１つの転送を完了すると、変換部１０３は、転送が完了した制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。また、変換部１０３は、１つの制御情報の変換を完了すると、当該制御情報の次に受信した制御情報に対して変換処理を行う。
【００２６】
また、ＤＭＡＣ１０２は、変換部１０３のメモリの第１の記憶領域のうち、自身が接続する第１の通信部１０１に転送する情報を格納する記憶領域に制御情報が記録されると、当該制御情報を第１の通信部１０１の送信バッファに転送する。
そして、第１の通信部１０１は、自身の送信バッファに記録された制御情報を既設ＩＯカード９０２に送信する。
【００２７】
図４は、第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第１のタイムチャートである。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ１００の代わりに、第１の通信部１０１を１つだけ備える通常のコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１、３００−３に制御情報を出力する場合の動作を説明する。
【００２８】
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を順番に受信し、変換部１０３に転送する。第２の通信部１０４が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れか１つの転送を完了すると、変換部１０３は、転送が完了した制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。また、変換部１０３は、１つの制御情報の変換を完了すると、当該制御情報の次に受信した制御情報に対して変換処理を行う。
【００２９】
変換部１０３が、アクチュエータ３００−１への制御情報及びアクチュエータ３００−３への制御情報の何れかに対する変換処理を完了すると、第１の通信部１０１は、変換処理が完了した制御情報を既設ＩＯカード９０２に送信する。また、変換部１０３は、一の制御情報の送信が完了した後に、当該制御情報の次に受信した制御情報の送信を行う。
【００３０】
次に、センサ３００−２、３００−４が新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を出力する場合の動作を説明する。
図５は、新設ＣＰＵカードがアクチュエータに制御情報を出力する際の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４は、それぞれ既設端子ボード９０３−２、９０３−４を介してセンサ３００−２、３００−４から物理量を示す信号を入力すると、第１の通信部１０１−１、１０１−２に当該信号を送信する。
【００３１】
第１の通信部１０１は、受信した信号が示す情報を受信バッファに記録する。そして、ＤＭＡＣ１０２は、第１の通信部１０１の受信バッファに記録された情報を変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。つまり、第１の通信部１０１−１、１０１−２の処理、及びＤＭＡＣ１０２−１、１０２−２の処理は、それぞれ並行して実行される。
次に、変換部１０３は、メモリの第２の記憶領域に記憶する情報の通信プロトコルを、順次第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、変換部１０３が変換した情報を順に新設ＣＰＵカード２０１に転送する。
【００３２】
図６は、第１の通信部を１つだけ備えるコンバータを設けた場合の各処理部における処理時間を示す第２のタイムチャートである。
本実施形態によるタービン制御システムを変更する方法との比較として、本実施形態で用いるコンバータ１００の代わりに、第１の通信部１０１を１つだけ備える通常のコンバータを用いてＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの動作を説明する。ここでは、センサ３００−２、３００−４が新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を出力する場合の動作を説明する。
【００３３】
既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４は、それぞれ既設端子ボード９０３−２、９０３−４を介してセンサ３００−２、３００−４から物理量を示す信号を入力すると、第１の通信部１０１に当該信号を送信する。このとき、第１の通信部１０１は、既設ＩＯカード９０２−２、９０２−４が出力する信号を順番に受信する。
第１の通信部１０１は、信号を受信した順に、変換部１０３に当該信号が示す情報を出力する。次に、変換部１０３は、第１の通信部１０１から入力した情報の通信プロトコルを、順次第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、変換部１０３が変換した情報を順に新設ＣＰＵカード２０１に転送する。
【００３４】
上述したように、コンバータ１００が備える第１の通信部１０１の数が１である場合、既設ＩＯカード９０２との通信を並列化できず、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができない。
他方、本実施形態によれば、タービン制御システムの変更において、第１の通信部１０１を複数個備えるコンバータ１００を設けることで、ボトルネックとなる既設ＩＯカードとの通信処理を並列処理することができる。これにより、図３、図５に示すように、タービン制御システム全体の処理速度を向上することができる。
【００３５】
また、図２に示すように、第１の通信部１０１−１が接続するアクチュエータとセンサの比及び個数と、第１の通信部１０１−２が接続するアクチュエータとセンサの比及び個数との差が少ないことが望ましい。例えば、第１の通信部１０１−１にセンサ３００−２、３００−４が接続され、第１の通信部１０１−２にアクチュエータ３００−１、３００−３が接続される場合、新設ＣＰＵカード２０１によるセンシング情報の取得時には、第１の通信部１０１−１に処理が集中する一方、第１の通信部１０１−２がアイドル状態となり、効率が改善されない。同様に、新設ＣＰＵカード２０１による制御情報の出力時には、第１の通信部１０１−２に処理が集中する一方、第１の通信部１０１−１がアイドル状態となり、効率が改善されない。そのため、第１の通信部１０１−１、１０１−２でアクチュエータ及びセンサの個数を分散して接続することが望ましい。
【００３６】
第１の実施形態の構成を用いた具体的な実施例を説明する。
図７は、ガスタービンの概略構成図である。
ガスタービン５００は、大気（外部空気）から圧縮機５０１へと吸い込まれる吸込空気Ａを圧縮機５０１によって圧縮して燃焼器５０２に供給し、燃焼器５０２で燃料Ｆと混合して燃焼させて燃焼ガスＧを生成し、これをタービン５０３内に供給することで、図示しない翼構造によりロータ５０４を回転させて発電機５０５で発電を行うことが可能である。
【００３７】
ガスタービン５００の出力は、吸気温度や圧力により変化する。例えば、吸込空気Ａの温度が上昇すると、吸込空気Ａの密度が小さくなり、空気の従量流量が減少するため、ガスタービン５００の出力が減少する。このように、ガスタービン５００の出力は、様々な外的要因によって変化するため、タービン制御システムは、ガスタービン５００から得られるセンシング情報を用いてガスタービン５００の吸込空気Ａの流量や燃料Ｆの流量を制御することで、ガスタービン５００の出力を一定の値に保つ。
【００３８】
また、タービン制御システムは、センサ・アクチュエータ３００として、それぞれ燃料流量制御装置３０１、回転数センサ３０２、空気流量制御装置３０３、電力計３０４、排ガス温度センサ３０５、空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、圧縮空気圧力センサ３０８を備える。
【００３９】
燃料流量制御装置３０１は、ガスタービン５００の燃焼器５０２に設けられる燃料調整弁の開度を制御することで、燃焼器５０２に供給される燃料Ｆの流量の調整を行うアクチュエータである。
回転数センサ３０２は、ガスタービン５００のロータ５０４の回転数を計測するセンサである。
空気流量制御装置３０３は、ガスタービン５００の圧縮機５０１に設けられる入口ガイドベーンの開度を制御することで、圧縮機５０１へ吸い込まれる吸込空気Ａの流量の調整を行うアクチュエータである。
電力計３０４は、ガスタービン５００の発電機５０５による出力電力量を計測するセンサである。
排ガス温度センサ３０５は、ガスタービン５００のタービン５０３から排出される排ガスの温度を計測するセンサである。
空気温度センサ３０６は、ガスタービン５００の圧縮機５０１へ吸い込まれる吸込空気Ａの温度を計測するセンサである。
燃料圧力・温度センサ３０７は、ガスタービン５００の燃焼器５０２に供給される燃料Ｆの圧力、及び燃料Ｆの温度を計測するセンサである。
圧縮空気圧力センサ３０８は、ガスタービン５００の圧縮機５０１が圧縮した吸込空気の圧力を計測するセンサである。
【００４０】
図８は、第１の実施形態による方法によって変更したタービン制御システムの構成例を示す概略ブロック図である。
ガスタービン５００が稼動開始すると、回転数センサ３０２、電力系３０４、排ガス温度センサ３０５、空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、圧縮空気圧力センサ３０８は、それぞれガスタービン５００から物理量を計測し、既設端子ボード９０３、既設ＩＯカード９０２を介してコンバータ１００に当該物理量を示すセンシング情報を、第１の通信プロトコルを用いて送信する。
【００４１】
既設ＩＯカード９０２が出力するセンシング情報は、コンバータ１００の第１の通信部１０１により並列に受信され、変換部１０３は、第１の通信部１０１が受信したセンシング情報の通信プロトコルを第２の通信プロトコルに変換する。そして、第２の通信部１０４は、第２の通信プロトコルを用いて新設ＣＰＵカード２０１にセンシング情報を送信する。
【００４２】
新設ＣＰＵカード２０１は、受信したセンシング情報とガスタービン５００の現在の空気流量及び燃料流量とを用いて、ガスタービン５００の出力電力量が一定となるような空気流量及び燃料流量を算出する。例えば、新設ＣＰＵカード２０１は、まず排ガス温度センサ３０５から入力したセンシング情報に基づいて、ガスタービン５００の効率を算出する。次に、新設ＣＰＵカード２０１は、当該算出した効率と空気温度センサ３０６、燃料圧力・温度センサ３０７、及び圧縮空気圧力センサ３０８から入力したセンシング情報に基づいて燃料流量と空気流量との比率を決定する。次に、新設ＣＰＵカード２０１は、回転数センサ３０２、電力計３０４から入力したセンシング情報に基づいて、ガスタービン５００の出力電力量の増減を決定する。そして、新設ＣＰＵカード２０１は、決定した燃料流量と空気流量との比率と出力電力量の増減とに基づいて、燃料流量及び空気流量を決定する。
なお、ここで説明した燃料流量及び空気流量の決定方法は、一例であり、その他の方法によって決定を行っても良い。
【００４３】
新設ＣＰＵカード２０１は、決定した燃料流量及び空気流量を示す制御情報を生成し、当該制御情報を第２の通信プロトコルを用いてコンバータ１００に送信する。
コンバータ１００の第２の通信部１０４が新設ＣＰＵカードから制御情報を受信すると、変換部１０３は、当該制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、第１の通信部１０１は、変換部１０３が変換した制御情報を、第１のプロトコルを用いて、既設ＩＯカード９０２−１、９０２−３に送信する。
既設ＩＯカード９０２−１は、受信した制御情報を燃料流量制御装置３０１に出力し、燃料流量制御装置３０１は、入力した制御情報に基づいてガスタービン５００の燃料流量を制御する。また、既設ＩＯカード９０２−３は、受信した制御情報を空気流量制御装置３０３に出力し、空気流量制御装置３０３は、入力した制御情報に基づいてガスタービン５００の空気流量を制御する。
【００４４】
このように、タービン制御システムでは、ガスタービン５００の燃料流量及び空気流量を、フィードバック制御によって決定している。そして、本実施形態によれば、センサ・アクチュエータ３００と新設ＣＰＵカード２０１との間の通信を高速に行うことができるため、入力されたセンシング情報に対するフィードバックを迅速に行うことができる。
【００４５】
（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
第１の実施形態では、ＣＰＵカードを１つ備えるタービン制御システムの変更方法について説明した。ここで、第２の実施形態では、ＣＰＵカードを複数備えるタービン制御システムの変更方法について説明する。
【００４６】
図９は、第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムは、複数の既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を備える。また、既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３同士は、既設バス４０１を介して相互に接続され、第１の通信プロトコルで通信することができる。
また、既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３はそれぞれ、第１の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成と同様に、複数の既設ＩＯカード９０２と接続される。
なお、本実施形態によるタービン制御システムはアクチュエータとセンサとをそれぞれ３つずつ有し、ＣＰＵカードを３つ有するが、これに限られず、実際には更に多くのセンサ・アクチュエータ及びＣＰＵカードを備える。
【００４７】
以下に、上述した構成を有するタービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を、それぞれ新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３に変更する方法を示す。
図１０は、第２の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、複数の既設ＣＰＵカード９０１−１〜９０１−３を、それぞれ新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３に交換する（第１のステップ）。
次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３と既設ＩＯカード９０２との間に、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３それぞれと対応してコンバータ１００−１〜１００−３を設ける。なお、コンバータ１００−１〜１００−３は、第１の実施形態のコンバータ１００と同じものである。そして、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３との間に新設バス４０２を設け、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とをそれぞれ新設バス４０２により接続する（第２のステップ）。つまり、コンバータ１００−１〜１００−３の第２の通信部１０４は、新設バス４０２を介して、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３と第２の通信プロトコルを用いて通信することができる。
【００４８】
このように、ＣＰＵカードを複数備えるタービン制御システムにおいて、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とを新設バス４０２を介して接続することで、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３は、より柔軟にセンサ・アクチュエータ３００と通信を行うことができる。
具体的には、例えば図９に示すＣＰＵカード変更前のタービン制御システムにおいて、既設ＣＰＵカード９０１−１がセンサ３００−６からセンシング情報を取得する場合、以下に示す処理を実行する必要がある。
まず、既設ＣＰＵカード９０１−１は、既設バス４０１を介して既設ＣＰＵカード９０１−３に、センサ３００−６のセンシング情報の取得依頼を送信する。既設ＣＰＵカード９０１−３は、センシング情報の取得依頼を受信すると、既設ＩＯカード９０２−６を介してセンサ３００−６からセンシング情報を取得する。そして、既設ＣＰＵカード９０１−３は、既設バス４０１を介して既設ＣＰＵカード９０１−１に当該センシング情報を送信する。これにより、既設ＣＰＵカード９０１−１は、センサ３００−６のセンシング情報を取得することができる。
【００４９】
他方、図１０に示すＣＰＵカード変更後のタービン制御システムにおいて、新設ＣＰＵカード２０１−１がセンサ３００−６からセンシング情報を取得する場合、以下に示す処理を実行する。
まず、新設ＣＰＵカード２０１−１は、新設バス４０２を介してコンバータ１００−３に、センサ３００−６のセンシング情報の取得依頼を出力する。次に、コンバータ１００−３は、当該取得依頼の通信プロトコルを変換し、センサ３００−６からセンシング情報を取得する。そして、コンバータ１００−３は、新設バス４０２を介して新設ＣＰＵカード２０１−１に当該センシング情報を送信する。
このとき、新設バス４０２は、第２の通信プロトコルを用いて新設ＣＰＵカード２０１−１とコンバータ１００−３とを接続するため、既設バス４０１を介した通信と比較して高速な通信を可能とする。したがって、新設ＣＰＵカード２０１−１〜２０１−３とコンバータ１００−１〜１００−３とを新設バス４０２を介して接続することで、処理のさらなる高速化を図ることができる。
【００５０】
（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態では、タービンの動作に対する影響を最小限にするためＣＰＵカードのみを変更する方法について説明した。しかし、ＣＰＵカードの変更の後、タービンの動作に問題が無いことを確認した後には、ＩＯカード及び端子ボードも新しいものに変更することが好ましい。
第３の実施形態では、ＣＰＵカードの変更の後に、ＩＯカード及び端子ボードの変更を行うタービン制御システムの変更方法について説明する。
第３の実施形態におけるＣＰＵカード変更前のタービン制御システムの構成は、第１の実施形態におけるＣＰＵカードのタービン制御システムの構成（図１を参照）と同じである。
【００５１】
まず、タービン制御システムの既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に変更する方法を示す。
初めに、既設ＣＰＵカード９０１を、新設ＣＰＵカード２０１に交換する（第１のステップ）。次に、第１のステップで設けた新設ＣＰＵカード２０１と既設ＩＯカード９０２との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換するコンバータ１１０を設ける（第２のステップ）。
【００５２】
図１１は、第３の実施形態におけるＣＰＵカードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
ここで、第３の実施形態におけるコンバータ１１０は、第１の実施形態におけるコンバータ１００の構成に加えて、第３の通信部１０５と切替部１０６を更に備えるものである。
第３の通信部１０５は、第２の通信部１０４を介して新設ＣＰＵカード２０１と接続し、後述する新設ＩＯカード２０２と第２の通信プロトコルで通信する。
切替部１０６は、既設ＩＯカード９０２及び新設ＩＯカード２０２と接続し、既設ＩＯカード９０２及び新設ＩＯカード２０２の何れか一方から入力した情報を、新設ＣＰＵカード２０１に出力する。
【００５３】
次に、タービン制御システムの既設ＩＯカード９０２（既設の入出力装置）及び既設端子ボード９０３を、新設ＩＯカード（新たな入出力装置）２０２及び新設端子ボード２０３に変更する方法を示す。
図１２は、第３の実施形態におけるＩＯカード及び端子ボードの変更を行った後のタービン制御システムの構成を示す概略ブロック図である。
まず、図１２に示すように、既設端子ボード９０３−１、９０３−２を新設端子ボード２０３−１、２０３−２（以下、新設端子ボード２０３−１、２０３−２を総称する場合は、新設端子ボード２０３と表記する）に変更する。新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２と接続し、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２の何れか一方から入力した情報をセンサ・アクチュエータ３００に出力する。
【００５４】
図１３は、新設端子ボードの構成を示す概略ブロック図である。
新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２の入力端子、既設ＩＯカード９０２の入力端子、センサ・アクチュエータ３００への出力端子、スイッチ、切替部を備える。
スイッチは、新設ＩＯカード２０２の入力端子または既設ＩＯカード９０２の入力端子の何れかから入力した信号をセンサ・アクチュエータ３００への出力端子へ出力する。
切替部は、外部から通信先切換信号を入力し、当該通信先切換信号が示すＩＯカードの入力端子にスイッチを接続させる。
【００５５】
次に、新設端子ボード２０３とコンバータ１１０の第３の通信部１０５の間に、新設ＩＯカード２０２−１、２０２−２（以下、新設ＩＯカード２０２−１、２０２−２を総称する場合は、新設ＩＯカード２０２と表記する）を接続する（第３のステップ）。
新設ＩＯカード２０２は、既設ＩＯカード９０２と同じセンサ・アクチュエータ３００に対する入出力処理を行う機能を有する。また、新設ＩＯカード２０２は、第２の通信プロトコルを用いてコンバータ１１０と通信を行う機能を有する。
そして、コンバータ１１０の切替部１０６、及び新設端子ボード２０３−１によって、新設ＣＰＵカード２０１と通信を行うＩＯカードを、新設ＩＯカード２０２及び既設ＩＯカード９０２の何れかに切り替える（第４のステップ）。
【００５６】
これにより、ＩＯカード及び端子ボードの変更を短時間で実現可能となる。特に、既設ＩＯカード９０２を残したまま新設ＩＯカード２０２のテストを行うことができるため、新設ＩＯカード２０２と既設ＩＯカード９０２との入出力の比較を容易に行うことができ、テストに要する時間を短縮することができる。
また、新設ＩＯカード２０２は、新設ＣＰＵカード２０１と第２の通信プロトコルで通信を行うことができる。これにより、コンバータ１１０の切換部１０６、及び新設端子ボード２０３がＩＯカードを新設ＩＯカード２０２に切り替えることで、タービン制御システムの処理速度をさらに向上させることができる。
【００５７】
なお、コンバータ１１０の切替部１０６及び新設端子ボード２０３は、スイッチ素子を備え、管理者等の操作によって通信先の切り替えを行っても良いし、外部装置から通信先切替信号を入力し、当該通信先切替信号に基づいて通信先の切り替えを行っても良い。また、コンバータ１１０の切替部１０６と新設端子ボード２０３とが電気的に接続され、コンバータ１１０が通信先の切り替えを行う際に新設端子ボード２０３に通信先切替信号を出力し、新設端子ボード２０３当該通信先切り替え信号に合わせて通信先の切り替えを行っても良い。
【００５８】
また、コンバータ１１０及び新設端子ボード２０３は、外部からの入力によって接続先を切り替えるだけでなく、自動的に接続先の切り換えを行っても良い。
以下に、コンバータ１１０及び新設端子ボード２０３による接続先の切り換えを自動で行う方法を説明する。
まず、コンバータ１１０による接続先の切り換え方法を説明する。
センサ３００−２がガスタービン５００から所定の物理量を計測すると、センサ３００−２は、新設端子ボード２０３−２に計測した物理量を示す信号を出力する。新設端子ボード２０３−２は、センサ３００−２から入力した信号を、新設ＩＯカード２０２−２及び既設ＩＯカード９０２−２に出力する。
そして、新設ＩＯカード２０２−２は、入力した信号が示すセンシング情報を、第２の通信プロトコルを用いて第３の通信部１０５に送信する。第３の通信部１０５は、受信したセンシング情報を第２の通信部１０４に出力する。
【００５９】
他方、既設ＩＯカード９０２−２は、入力した信号が示すセンシング情報を、第１の通信プロトコルを用いて第１の通信部１０１−１に送信する。次に、ＤＭＡＣ１０２−１は、第１の通信部１０１−１が受信して受信バッファに記録したセンシング情報を、変換部１０３のメモリの第２の記憶領域に転送する。そして、変換部１０３は、第２の記憶領域に記憶するセンシング情報を第２の通信プロトコルに変換し、当該センシング情報を、第２の通信部１０４に出力する。
【００６０】
次に、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とを比較する。そして、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とが同一の値を示す場合、新規ＣＰＵカード２０１との接続先を、新設ＩＯカード２０２に切り替える。
他方、切換部１０６は、第２の通信部１０４が変換部１０３から入力したセンシング情報と、第３の通信部１０５から入力したセンシング情報とが異なる値を示す場合、新規ＣＰＵカード２０１との接続先を、既設ＩＯカード９０２に切り替える。
これにより、切換部１０６は、新設ＩＯカード２０２の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
【００６１】
次に、新設端子ボード２０３による接続先の切り換え方法を説明する。
新設ＣＰＵカード２０１がアクチュエータ３００−１への制御情報を出力すると、第２の通信部１０４は、当該制御情報を受信し、変換部１０３及び第３の通信部１０５に転送する。
第３の通信部１０５は、第２の通信部１０４から転送された制御情報を、新設ＩＯカード２０２−１に送信し、新設ＩＯカード２０２−１は、受信した制御情報を新設端子ボード２０３−１に出力する。このとき、新設端子ボード２０３−１は、受信した制御情報を内蔵する記憶回路に記憶しておく。
【００６２】
他方、変換部１０３は、第２の通信部１０４から転送された制御情報の通信プロトコルを第１の通信プロトコルに変換する。次に、変換部１０３は、変換した制御情報をメモリの第１の記憶領域に記録する。次に、第１の通信部１０１は、変換部１０３のメモリの第１記憶領域に記憶されている制御情報を既設ＩＯカード９０２−１に送信する。そして、既設ＩＯカード９０２−１は、受信した制御情報を新設端子ボード２０３−１に出力する。
【００６３】
次に、新設端子ボード２０３−１は、新設ＩＯカード２０２−１から入力し、記憶回路に記憶している制御情報と、既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とを比較する。そして、新設端子ボード２０３−１は、記憶回路に記憶している制御情報と既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とが同一の値を示す場合、アクチュエータ３００−１との接続先を、新設ＩＯカード２０２に切り替える。
他方、新設端子ボード２０３−１は、記憶回路に記憶している制御情報と既設ＩＯカード９０２−１から入力した制御情報とが異なる値を示す場合、アクチュエータ３００−１との接続先を、既設ＩＯカード９０２に切り替える。
これにより、新設端子ボード２０３は、新設ＩＯカード２０２の接続が正しく完了した際に自動的に接続先の変更を行うことができる。
【００６４】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、本実施形態では、コンバータ１１０がＤＭＡＣ１０２を備え、ＤＭＡＣ１０２が変換部１０３と第１の通信部１０１とのメモリ情報の転送処理を行う場合を説明したが、これに限られず、コンバータ１１０は、ＤＭＡＣ１０２を必ずしも備えていなくても良い。
【００６５】
また、上述のコンバータ１００は内部に、コンピュータシステムを有しており、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われるものとしても良い。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００６６】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１００、１１０…コンバータ １０１、１０１−１、１０１−２…第１の通信部 １０２、１０２−１、１０２−２…ＤＭＡＣ １０３…変換部 １０４…第２の通信部 １０５…第３の通信部 １０６…切換部 ２０１、２０１−１〜２０１−３…新設ＣＰＵカード ２０２、２０２−１、２０２−２…新設ＩＯカード ２０３、２０３−１、２０３−２…新設端子ボード ３００…センサ・アクチュエータ ３００−１、３００−３、３００−５…アクチュエータ ３００−２、３００−４、３００−６…センサ ３０１…燃料流量制御装置 ３０２…回転数センサ ３０３…空気流量制御装置 ３０４…電力計 ３０５…排ガス温度センサ ３０６…空気温度センサ ３０７…燃料圧力・温度センサ ３０８…圧縮空気圧力センサ ４０１…既設バス ４０２…新設バス ５００…タービン ９０１、９０１−１〜９０１−３…既設ＣＰＵカード ９０２、９０２−１〜９０２−８…既設ＩＯカード ９０３、９０３−１〜９０３−８…既設端子ボード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、
前記入出力装置との間で第１の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第１のステップと、
前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第２のステップとを備え、
前記変換装置は、
１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、
前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と
を有することを特徴とする制御システムを変更する方法。
【請求項２】
前記変換装置は、
前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第３の通信部と、
前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置及び前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部と
を備え、
前記新たな入出力装置を前記変換装置に接続させる第３のステップと、
前記変換装置の切替部によって、前記新たな制御装置との通信先を切り替える第４のステップと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項３】
前記制御システムは既設の制御装置を複数備え、
前記第１のステップでは、複数の既設の制御装置を前記新たな制御装置に交換し、
前記第２のステップでは、前記変換装置を前記新たな制御装置それぞれと対応して設けるとともに、前記複数の新たな制御装置と前記複数の変換装置とをバスにより接続すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項４】
前記変換装置の変換部は、前記第１の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備え、
前記第１の通信部は、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備え、
前記変換装置は、前記第１の通信部のメモリと変換部のバッファとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項５】
前記第４のステップでは、前記第１の通信手段が出力する情報と前記第３の通信手段が出力する情報が一致する場合に、前記切替部によって前記新たな入出力装置に接続先を切り替え、前記第１の通信部が出力する情報と前記第３の通信部が出力する情報が一致しない場合に、前記切替部によって前記既設の入出力装置に接続先を切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項６】
制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第１の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、
１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、
前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と
を有することを特徴とする変換装置。
【請求項１】
制御対象機器との間で情報の入出力を行う複数の入出力装置と当該入出力装置との通信を行う制御装置とを有する制御システムを変更する方法であって、
前記入出力装置との間で第１の通信プロトコルで通信する既設の制御装置を、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する新たな制御装置に交換する第１のステップと、
前記新たな制御装置と前記入出力装置との間に、第１の通信プロトコルと第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換装置を設ける第２のステップとを備え、
前記変換装置は、
１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、
前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と
を有することを特徴とする制御システムを変更する方法。
【請求項２】
前記変換装置は、
前記既設の入出力装置と同じ制御対象機器との間で情報の入出力を行う新たな入出力装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第３の通信部と、
前記新たな制御装置との通信先を、前記既設の入出力装置及び前記新たな入出力装置の何れかに切り替える切替部と
を備え、
前記新たな入出力装置を前記変換装置に接続させる第３のステップと、
前記変換装置の切替部によって、前記新たな制御装置との通信先を切り替える第４のステップと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項３】
前記制御システムは既設の制御装置を複数備え、
前記第１のステップでは、複数の既設の制御装置を前記新たな制御装置に交換し、
前記第２のステップでは、前記変換装置を前記新たな制御装置それぞれと対応して設けるとともに、前記複数の新たな制御装置と前記複数の変換装置とをバスにより接続すること
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項４】
前記変換装置の変換部は、前記第１の通信プロトコルに変換した情報を蓄積するメモリを備え、
前記第１の通信部は、前記入出力装置に送信する情報を記憶するバッファを備え、
前記変換装置は、前記第１の通信部のメモリと変換部のバッファとの間で情報を転送するメモリアクセスユニットを有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項５】
前記第４のステップでは、前記第１の通信手段が出力する情報と前記第３の通信手段が出力する情報が一致する場合に、前記切替部によって前記新たな入出力装置に接続先を切り替え、前記第１の通信部が出力する情報と前記第３の通信部が出力する情報が一致しない場合に、前記切替部によって前記既設の入出力装置に接続先を切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の制御システムを変更する方法。
【請求項６】
制御対象機器との間で情報の入出力を行い、第１の通信プロトコルで通信する入出力装置と、前記第１の通信プロトコルとは異なる第２の通信プロトコルで通信する制御装置とを接続する変換装置であって、
１つまたは複数の前記入出力装置と前記第１の通信プロトコルで通信する複数の第１の通信部と、
前記新たな制御装置と前記第２の通信プロトコルで通信する第２の通信部と、
前記第１の通信部のそれぞれと接続されるとともに、前記第２の通信部と接続されて、前記第１の通信プロトコルと前記第２の通信プロトコルとを相互に変換する変換部と
を有することを特徴とする変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５９３００（Ｐ２０１１−２５９３００Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３３１１９（Ｐ２０１０−１３３１１９）
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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