石油化学プラントのバルブ制御装置
【課題】冗長設計された制御部の切替時であっても、応答遅れが発生することなく適正なプラントの運転状態を維持することができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供する。
【解決手段】開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力されるバルブの制御指令値に基づいて制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、バルブを制御している制御部２０に異常が発生したときに、他の制御部３０によりバルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、各制御部が常に制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている。
【解決手段】開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力されるバルブの制御指令値に基づいて制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、バルブを制御している制御部２０に異常が発生したときに、他の制御部３０によりバルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、各制御部が常に制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置等の石油化学プラントに組み込まれたバルブを制御するバルブ制御装置に関し、異常の発生時に直ちに代替制御可能な複数の制御部を備えた石油化学プラントのバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油化学プラントでは、被制御流体に対する制御の誤りにより爆発等の危険を招く虞があることや、機器の異常により運転を一旦停止すると、運転の再開には機器の点検等に手数を要することから、使用するバルブ及びバルブ制御装置には、高い信頼性が求められる。
【０００３】
従来、石油化学プラントのバルブ制御装置は、プラントを構成する各行程に配置されたバルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力されるバルブの制御指令値に基づいて、バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部によりバルブを制御するように切り替え可能に構成されていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、入力信号を受けてバルブの開度を制御するための出力信号を出力する一対のコントローラを有し、入力信号および出力信号の各入出力端子と双方のコントローラの同位の入出力ポートとを接続する各信号線の途中に、各入出力端子に接続するコントローラを選択して切換える切換スイッチを設け、各切換スイッチへ切換指示信号を出力する切換信号発信手段を設け、切換信号発信手段を起動する起動スイッチを設けたことを特徴とする二重化コントローラを有するバルブ制御装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ＰＷＲプラントの主給水制御弁の制御方式として、空気調節部を制御側と待機側に２重化された二重化空気調節部の切替方式に関し、空気調節部を制御側から待機側に切換える際に、制御信号を一次的にトラッキングしてから切り替えることを特徴とする二重化空気調節部の切替方式が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−８８１３０号公報
【特許文献２】特開平１０−６１８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前者の場合、待機中のコントローラに切換スイッチで切り替えられた入力信号に基づいて制御を開始するために、その際に発生する応答遅れにより制御状態が一時的に変動して安定性を損なう虞があるという問題があった。
【０００７】
また、後者の場合、待機側の空気調節部に切り替える際に、制御信号を一次的にトラッキングしてから切り替えるために、制御側の空気調節部に何らかの異常が発生した状態で待機側の空気調節部に切り替えると、異常状態にトラッキングされ、適切な制御が困難になる虞があった。
【０００８】
さらに、石油化学プラントのバルブ制御装置では、制御部を二重化するのみならず、各制御部に入力される制御状態を検出するセンサをも含めて二重化することも提案されているが、制御部とセンサを一対で二重化するものであるため、一方のセンサに異常が発生すると制御部が切り替えられ、プラントの運転継続の確率をそれほど上昇させることができないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、冗長設計された制御部の切替時であっても、応答遅れが発生することなく適正なプラントの運転状態を維持することができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による石油化学プラントのバルブ制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、前記バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記バルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、前記バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部により前記バルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、各制御部が、前記開度センサから入力されるバルブ開度値と前記主制御装置から入力される前記制御指令値に基づいて前記制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記アクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている点にある。
【００１１】
制御権を持つ制御部のみならず制御権を持たないバックアップ用の制御部も、開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される制御指令値に基づいてバルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するため、制御権が切り替えられた場合であっても、応答遅れ無く直ちに適切に制御を継続することができるようになる。この場合、バックアップ用の制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されているため、制御権を持つ制御部から出力される制御信号とバックアップ用の制御部から出力される制御信号の衝突が回避される。
【００１２】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記バルブに複数設けられた開度センサからのバルブ開度値が各制御部に入力され、各開度センサに設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、各制御部が何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、前記制御値を算出するように構成されている点にある。
【００１３】
上述の構成によれば、バルブの開度を検出する開度センサが複数設けられ、夫々の開度センサにより検出されるバルブの開度値が各制御部に冗長入力されるため、何れかの開度センサが故障しても他の開度センサにより検出される開度値に基づいて適正に制御できるようになるため、信頼性が一層向上する。この場合、各制御部は、各開度センサから入力される複数の開度値のうち、所定の優先権設定条件に基づいて、何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して制御値を算出する。
【００１４】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、各制御部に自身の異常を検出する異常検出部を備え、制御権を持つ制御部が前記異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するとともに、他の制御部に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている点にある。
【００１５】
上述の構成によれば、制御権を持つ制御部に備えた異常検出部により、当該制御部に異常が発生したことが検出されると、アクチュエータに出力されている制御信号が遮断されるとともに、他の制御部に制御権引渡し信号が出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００１６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記異常検出部にハードウェアによるウォッチドッグ回路を備え、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、前記ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００１７】
上述の構成によれば、異常検出部に設けたハードウェアによるウォッチドッグ回路により制御部の異常が検出されると、制御部の制御状態にかかわらず、ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号が遮断され、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００１８】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四特徴構成に加えて、前記異常検出部にソフトウェアによるウォッチドッグタイマを備え、前記ウォッチドッグタイマがオーバーフローすると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００１９】
上述の構成によれば、異常検出部に設けたソフトウェアによるウォッチドッグタイマが何らかの原因でオーバーフローすると、制御部から出力される異常信号により自身の制御信号が遮断され、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２０】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第三から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出部に前記開度センサ、前記アクチュエータ、前記制御指令値の何れかの異常を検出する信号判別部を備え、前記信号判別部により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００２１】
上述の構成によれば、異常検出部に備えた信号判別部により、開度センサ、アクチュエータ、制御指令値の何れかの異常が検出されると、異常信号が出力されて自身の制御信号が遮断されるとともに、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２２】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第三から第六の何れかの特徴構成に加えて、制御権を持つ制御部から異常信号を受けて、前記制御権引渡し信号を他の制御部に出力する制御権取得回路を備えている点にある。
【００２３】
上述の構成によれば、制御権を持つ制御部から異常信号を受けた制御権取得回路が制御権引渡し信号を他の制御部に出力するので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２４】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、制御権を持つ制御部は、各開度センサから入力されるバルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に対して、制御部間で過大な差分があると、制御権を切り替えること無く警報を出力する点にある。
【００２５】
上述の構成によれば、制御部間で、バルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に過大な差分がある場合に、冗長設計された何れかの系に異常が発生している可能性があると判断して、制御を継続しながら警報を出力して、メンテナンスの必要性があることを報知することにより、不都合な事態が発生することを未然に回避することができる。
【００２６】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、各制御部に通信バスで接続された共有メモリを夫々備え、制御情報を共有するように構成されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、共有メモリを介して各制御部に対する制御情報を効率的に設定することができるようになる。
【００２８】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第九特徴構成に加えて、各制御部による前記バルブの制御状態を表示する表示部を備えるとともに、通信バスで接続された共有メモリを前記表示部及び各制御部に備え、前記表示部は前記共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて、前記バルブの制御状態を表示するように構成されている点にある。
【００２９】
上述の構成によれば、表示部が、共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて制御部によるバルブの制御状態を把握して表示できるようになるので、制御部に表示処理のための負荷を掛けることによる制御の遅延を招くことなく、円滑に表示することが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明した通り、本発明によれば、冗長設計された制御部の切替時であっても、応答遅れが発生することなく適正なプラントの運転状態を維持することができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、石油化学プラントの一例である石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置に組み込まれたバルブ制御装置を説明する。図１に示すように、バルブの制御装置１は、プラントに組み込まれたバルブＶの近傍に配置された油圧ユニットＵに組み込まれ、プラントの主制御装置ＣＴから入力されたバルブＶに対する目標開度信号と開度センサＳで検出されたバルブの開度信号に基づいて、油圧機構ＶＤを制御してバルブＶの開度を調整し、主制御装置ＣＴにバルブＶの開度状態を表す位置信号を出力する制御装置である。
【００３２】
図２に示すように、油圧ユニットＵは、油圧ポンプとアキュムレータとアクチュエータとしての油圧制御用のサーボ弁等を備えた油圧機構ＶＤと、制御装置１が収容される防爆構造のケーシングＣと、ケーシングＣ内に防爆用の空気を圧入するエアユニットＡＵ等を備えている。
【００３３】
ケーシングＣの扉は透明ガラスが配され、内部の制御装置１に備えた液晶表示パネルの画面が外部から認識可能に構成されている。また、扉には複数の防爆型のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が取り付けられている。
【００３４】
スイッチＳＷ１は回転式の多接点スイッチまたは押しボタン式スイッチで、当該スイッチＳＷ１の回転操作または押圧操作により、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、液晶表示パネルの表示画面を切り替え操作することが可能になっている。
【００３５】
また、スイッチＳＷ２は押しボタン式スイッチで本発明による制御モード切替操作部となり、当該スイッチＳＷ２を操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、制御装置１がローカル制御モードとリモート制御モードに切り替えられる。
【００３６】
さらに、スイッチＳＷ３は可変抵抗器を内蔵したダイアルスイッチで本発明による手動操作部となり、ローカル制御モードで当該スイッチＳＷ３を回転操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、バルブＶの開度を手動制御することが可能となる。
【００３７】
制御装置１は、バルブＶの開度を検出する開度センサＳから入力されるバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力されるバルブＶの制御指令値、つまり目標開度信号に基づいて、バルブＶを駆動するサーボ弁に対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブＶの開度をフィードバック制御するための複数の制御部を備えている。
【００３８】
図３に示すように、制御対象であるバルブＶは、プラントの運転状態に応じて流路Ｐを所定の開度に調整するスライドバルブＶで、サーボ弁を介して供給される圧油により駆動される油圧シリンダＳＬのピストンに連結された弁棒Ｖ２を介して弁体Ｖ１がスライド駆動される。ピストンと弁棒Ｖ２の間にはカップリングを介して一対の磁歪式の開度センサＳ（Ｓ１，Ｓ２）が組み込まれ、開度センサＳの出力が制御装置１に入力されている。尚、制御対象であるバルブＶは、スライドバルブＶに限るものではなく、プラグ弁、バタフライ弁等の他のバルブでも同様である。
【００３９】
磁歪式の開度センサＳとは、ピストンの進退移動に伴なって、センサロッド上を非接触で移動するマグネットにより発生するねじり歪の伝播時間を計測することによりマグネットの位置、つまりバルブＶの開度を計測するセンサである。
【００４０】
図４に示すように、制御装置１は、二枚の制御部基板２，３と、表示部基板４と、端子基板５等を備え、夫々が単一または複数のコネクタで接続されている。二枚の制御部基板２，３の夫々により本発明による二つの制御部２０，３０が構成され、表示部基板４により表示部４０が構成されている。
【００４１】
制御部基板２，３及び表示部基板４は、端子基板５を介して、主制御装置ＣＴ及び制御対象であるバルブ駆動機構との間で各種の信号が入出力される。
【００４２】
具体的に、端子基板５を介して主制御装置ＣＴから制御部２０，３０にバルブＶの制御指令値が入力されるとともに、制御部２０，３０から主制御装置ＣＴにバルブＶの位置信号が出力される。また、端子基板５を介して一対の開度センサＳからのバルブ開度値が入力され、制御部２０，３０からサーボ弁に制御信号が出力される。
【００４３】
図６に示すように、一対の制御部２０，３０及び表示部４０には、夫々ＣＰＵと、ＣＰＵにより実行される制御プログラムが記憶されたＲＯＭと、ワーキング領域として使用されるＲＡＭが内蔵されたマイクロコンピュータ、及び周辺回路が搭載され、当該制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、所期のバルブ制御機能等が実現される。
【００４４】
制御部２０，３０及び表示部４０には、通信バスとして機能する、例えばＣＵ ｎｅｔ（株式会社ステップテクニカの登録商標）等のローカルネットワークで接続された共有メモリＣＭが夫々設けられ、各制御部２０，３０による制御情報、制御パラメータ、表示データ等が共有メモリＣＭを介して共有されるように構成されている。
【００４５】
表示部基板４には、カラー液晶表示ユニット４５が組み込まれ、共有メモリＣＭを介して収集された制御情報に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５に図５に示すようなバルブの制御状態等を示すモニタ画面が表示される。
【００４６】
表示部基板４には、電池バックアップされたＳＲＡＭ４４が搭載され、共有メモリＣＭを介して得られた各制御部２０，３０による制御情報がリングバッファ形式で格納されるように構成され、その内容をバックアップ記憶する着脱自在なＳＤメモリ４６が搭載されている。
【００４７】
また、表示部基板４には、ＬＡＮを介して遠隔地に配置されたパーソナルコンピュータとの間で通信を行ない、カラー液晶表示ユニット４５に表示される制御状態等を当該パーソナルコンピュータに送信する通信インタフェース４２、防爆構造のケーシングＣを介して外部のパーソナルコンピュータと通信可能な赤外線インタフェース４３を備えている。
【００４８】
赤外線インタフェース４３は、防爆構造のケーシングＣの扉を開放することなく制御部１と通信して、各種の初期設定用の制御パラメータを設定するとともに、異常情報を含む制御情報や表示データ等を読み出すメンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣと接続するために設けられている。
【００４９】
メンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣから入力された制御パラメータは、表示部４０のマイクロコンピュータ４１を介して共有メモリＣＭに書き込まれ、ローカルネットワークを介して他の制御部基板に搭載された共有メモリＣＭに同様に書き込まれる。
【００５０】
制御パラメータには、二系統の制御部２０，３０の何れが初期の制御権を有するかを設定する制御権パラメータ、二重化された開度センサＳの何れを初期に選択するかを設定するセンサ選択パラメータ、主制御装置ＣＴから制御部２０，３０に入力されるバルブＶの制御指令値に対する信号レベル（例えば、開度０％から開度１００％までを、４ｍＡから２０ｍＡで規定する電流仕様や、０Ｖから１０Ｖで規定する電圧仕様等）、開度センサＳから入力される開度信号の信号レベル、油圧シリンダのスラスト圧の信号レベルや上下限値、サーボ弁に対する出力信号レベル、主制御装置ＣＴに出力する位置信号の信号レベル、制御部２０，３０で検出される開度センサＣの異常判定基準値等、システムを稼動させるのに必要な所定の制御パラメータが含まれる。
【００５１】
図６に示すように、各制御部２０，３０には、入力信号処理部２６，３６を介して主制御装置ＣＴからの制御指令値がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるとともに、開度信号処理部２２，３２を介して一対の開度センサＳ１，Ｓ２の出力信号の夫々がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるように構成されている。
【００５２】
入力信号処理部２６，３６及び開度信号処理部２２，３２は、信号を電気的に分離するアイソレーションアンプと、アイソレーションアンプのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。
【００５３】
また、各制御部２０，３０には、マイクロコンピュータ２１，３１から出力されたサーボ弁ＳＶに対する制御値が、サーボ出力部２３，３３を介してサーボ弁ＳＶに出力され、マイクロコンピュータ２１，３１から出力された主制御装置ＣＴへのバルブＶの開度位置が、位置信号出力部２４，３４を介して出力されるように構成されている。
【００５４】
サーボ出力部２３，３３は、デジタルの制御値情報をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、その出力を増幅するドライバ回路を備えている。また、位置信号出力部２４，３４は、デジタルの開度位置情報を電気的に分離するアイソレーション回路と、アイソレーション回路の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を備えている。
【００５５】
上述した制御パラメータに基づいて制御権が設定された制御部（ここでは、制御部２０とする。）は、開度センサＳ１，Ｓ２から入力されるバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいて電磁式のサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。
【００５６】
制御権を有していない待機中の制御部（ここでは、制御部３０となる。）も、同様に、開度センサＳ１，Ｓ２から入力される何れかのバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。
【００５７】
その後、各制御部２０，３０は、各開度センサＳ１，Ｓ２に設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、制御値を算出する。
【００５８】
所定の優先権設定条件とは、上述したセンサ選択パラメータ以外に、制御指令値に基づく制御信号に対応してバルブ開度値が所定範囲に収束しない状態が所定時間継続するフィードバックロスの発生の有無、制御指令値とバルブ開度値の偏差が増大する方向に変化する状態が所定時間継続する逆ＤＥＶ値の発生の有無をいう。フィードバックロスは開度センサの劣化等による異常、逆ＤＥＶ値は誤配線による異常を検出するものである。これらは、後述する信号判別部２６０（図７参照）で検出される。
【００５９】
各制御部２０，３０は、センサ選択パラメータで選択された開度センサＳに、夫々フィードバックロスまたは逆ＤＥＶ値が発生したと判断すると、他方の開度センサＳに切り替えるとともに、現在選択中の開度センサ情報、異常発生した開度センサの異常情報等を自身の共有メモリＣＭに記憶する。
【００６０】
夫々の共有メモリＣＭに記憶された情報は、ローカルネットワークを介して表示部４０の共有メモリに書き込まれ、表示部４０は、自身の共有メモリＣＭの内容に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５にモニタ表示するとともに、ＳＲＡＭ４４、ＳＤメモリ４６に記憶する。
【００６１】
さらに、夫々の開度センサＳに対して、制御指令値とバルブ開度値の偏差であるＤＥＶ値の偏差が異常判定閾値以上になると、開度センサＳを切り替えずに制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。
【００６２】
尚、開度センサＳ等に対する各種の異常判定閾値（信号レベル閾値及び継続時間等）は、予めメンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣで設定され、各共有メモリＣＭに記憶されている。
【００６３】
図７に示すように、制御部２０には、自身がサーボ弁に出力した制御信号をサーボ弁ＳＶに接続するか否かを切り替えるリレー回路２５０ａ、及び、主制御装置ＣＴに出力した位置信号の信号線を主制御装置ＣＴへの信号線に接続するか否かを切り替えるリレー回路２５０ｂでなるスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）が設けられ、自身が制御権を持つ場合に自身のスイッチ回路２５０をオンし、自身が制御権を持たない場合に自身のスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）をオフするように構成されている。制御部３０も同様に構成されている。
【００６４】
従って、制御権を持つ制御部（２０または３０）からのみ、サーボ弁ＳＶに対する駆動電流が出力され、主制御装置ＣＴへバルブＶの位置信号が出力されるようになり、信号の干渉が生じないように構成されている。
【００６５】
制御権を持つ制御部（２０または３０）に異常が発生すると、制御権引渡し信号が待機中の制御部（３０または２０）に出力され、待機中の制御部（３０または２０）は、制御権引渡し信号を検出すると、自身のスイッチ回路２５０をオンして、バルブに対する制御を継続するように構成されている。
【００６６】
以下、制御部２０を例にして制御権の引渡しについて詳述するが、制御部３０も同様である。制御部２０に自身の異常を検出する複数の異常検出部を備えている。制御権を持っている場合に、異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するようにスイッチ回路２５０をオフするとともに、他の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている。さらにそのときに、制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。
【００６７】
図７に示すように、異常検出部としてハードウェアによるウォッチドッグ回路２２０、ソフトウェアによるウォッチドッグタイマ２１０を備えている。
【００６８】
ウォッチドッグ回路２２０は、マイクロコンピュータ２１から所定周期で入力されるウォッチドッグパルス（以下、「ＷＤパルス」と記す。）によりリセットされるカウンタ回路と、カウンタ回路が所定値より大きくなると異常信号を出力するゲート回路を備えており、マイクロコンピュータ２１のＣＰＵに何らかの原因で暴走等の異常が発生し、ＷＤパルスが入力されない状態が所定時間継続するとカウンタ回路が所定値より大きくなり、異常信号が出力される。
【００６９】
ウォッチドッグタイマ２１０は、マイクロコンピュータ２１の内部タイマにより自動カウントされるカウンタを備えたファームウェアと、当該カウンタの値をソフトウェアによりリセットするプログラムで構成され、ＣＰＵの暴走等でプログラムによるリセットが所定時間行なわれないときに、ファームウェアにより異常信号（図中、「オーバーフロー」と記載された信号）が出力される。
【００７０】
ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから異常信号が入力されるとその状態を保持するラッチ回路を有するウォッチドッグエラー回路２３０を備え、ウォッチドッグエラー回路２３０から待機中の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号（図中、「制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号で、正常時はハイレベル、異常時はローレベルとなる。）が出力される。
【００７１】
図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号がマイクロコンピュータ２１に入力されているが、この信号は他方の制御部３０に備えたウォッチドッグエラー回路からの信号である。
【００７２】
上述したスイッチ回路２５０は、ＡＮＤゲートを備えた出力切替回路２４０により制御される。つまり、制御権を持つマイクロコンピュータ２１から出力されるハイレベルの制御切替信号と、ウォッチドッグエラー回路２３０から出力されるハイレベルの制御権引渡し信号が入力されているときにスイッチ回路２５０がオンされて制御信号及び位置信号が出力され、制御切替信号と制御権引渡し信号の少なくとも何れか一方の信号レベルがローレベルであるときにスイッチ回路２５０がオフされる。従って、制御権を持たない待機中のマイクロコンピュータ２１から出力されるローレベルの制御切替信号によりスイッチ回路２５０はオフされる。
【００７３】
従って、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから出力される異常信号により自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部３０に出力される。
【００７４】
さらに、異常検出部として、開度センサＳ、サーボ弁ＳＶ、制御指令値の何れかの異常を、ＣＰＵで実行される制御プログラムに基づいて検出する機能ブロックである信号判別部２６０を備えている。
【００７５】
信号判別部２６０は、開度センサＳから入力されるバルブＶの開度値、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値、ＰＩＤ演算の結果に基づいて出力されるサーボ弁ＳＶに対する電流値、主制御装置ＣＴに出力されるバルブＶの位置信号の夫々について、共有メモリＣＭに記憶された上下限の何れかの異常判定閾値を超える状態が所定時間継続したときに異常と判断して、その結果を共有メモリＣＭに記憶する。尚、電流値は、図７に示す電流検出部によって、サーボ出力部２３からの出力値がモニタされてマイクロコンピュータ２１に入力されるように構成されている。
【００７６】
信号判別部２６０により上述した何れかの異常が検出されると、マイクロコンピュータ２１から正常時にハイレベルで出力されるＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替わり、ローレベルのＣＰＵ異常信号がウォッチドッグエラー回路２３０に入力されて、ウォッチドッグエラー回路２３０でローレベルにラッチされた制御権引渡し信号が待機中の制御部３０に出力される。尚、ＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替えられると、ウォッチドッグ回路２２０の動作は停止する。
【００７７】
つまり、信号判別部２６０により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号及び位置信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号を制御権引渡し信号として他の制御部に出力するように構成されている。
【００７８】
また、制御部２０，３０間で、共有メモリＣＭに記憶されたバルブ開度値や制御値等の制御情報に基づいて、バルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に過大な差分があると判断したときに、冗長設計された何れかの系に異常が発生している可能性があると判断して、制御を継続、つまり、制御権を引き渡さずに、警報部から警報を出力して、メンテナンスの必要性があることを報知する。
【００７９】
上述したウォッチドッグ回路２２０、ウォッチドッグタイマ２１０、ウォッチドッグエラー回路２３０と、マイクロコンピュータ２１に割り付けられたそれらの入出力信号ポート等により、制御権を持つ制御部２０，３０から異常信号を受けて、制御権引渡し信号を他の制御部３０，２０に出力する制御権取得回路２５，３５が構成されている。
【００８０】
制御権を持つ制御部３０の制御権取得回路３５から待機中の制御部２０に、ローレベルの制御権引渡し信号（図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」信号）が入力されると、制御部２０に制御権が引き渡される。制御部２０は、出力切替回路２４０に対する制御切替信号をローレベルからハイレベルに切り替えて、スイッチ回路２５０をオンしてバルブＶに対する制御を継続する。
【００８１】
以上、説明したように、制御権を持つ制御部のみならず制御権を持たないバックアップ用の制御部も、開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される制御指令値に基づいてバルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するため、制御権が切り替えられた場合であっても、応答遅れ無く直ちに適切に制御を継続することができるようになる。
【００８２】
制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０の信号判別部２６０により同様の異常が検出されていることを共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて認識すると、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。
【００８３】
また、制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０から入力される制御権引渡し信号がローレベル、つまり、何らかの異常が発生していると判断できる場合には、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。
【００８４】
さらに、信号判別部２６０には、上述の制御権引渡しのための異常検出のみならず、油圧機構ＶＤを構成するポンプの圧力、アキュムレータの圧力、ＥＳＤ油圧、油液レベル、油圧シリンダＳＬのスラスト押し圧力または引き圧力（圧力センサにより検出される）等に異常が発生しているか否かを、予め共有メモリＣＭに記憶された制御パラメータに含まれる異常判定閾値や判定時間に基づいて判断し、異常と判断した場合に警報部を作動するように構成されている。
【００８５】
スラスト押し圧力または引き圧力の異常について説明する。制御対象であるバルブ１が反応搭の底部に配置され、底部開口部の面積を調整することで流量調整するプラグ弁である場合、プラント始動時に常温から温度が上昇するまでの間、当該プラグ弁が閉塞され、その後、開度が制御される。
【００８６】
プラグ弁は先窄まりの円錐台形状で、反応搭の底部水平面に形成された開口の周部に立設された筒状ガイドに嵌入するように配置されている。この状態で反応塔が熱膨張してプラグ弁側に力が作用すると、先端側が筒状ガイドに咬み込んで、座屈変形する虞があるため、全閉時に筒状ガイドとプラグ弁との隙間が生じることなく、また、過剰な力が作用することの無い状態に維持される必要がある。
【００８７】
図６に示すように、各制御部２０，３０にはプラグ弁Ｖを駆動する油圧シリンダのスラスト押し圧力及び引き圧力を検出する圧力センサの検出値が入力されている。各制御部２０，３０は、入力された圧力値と受圧面積を乗算することにより、押し側圧力及び引き側圧力を算出し、制御パラメータとして予め設定されたスラスト圧の上下限値を超えそうになる場合に、それを抑制するスラスト制御を実行する。そして、制御権を有する制御部がスラスト制御中のとき、警報部から警報を出力するためのリレー接点を出力するように構成されている。
【００８８】
各制御部２０，３０は、通常、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、プラグ弁の開度、つまり位置をフィードバック制御するのであるが、上述の押し側圧力及び引き側圧力が上下限値を超えそうになると、位置のフィードバック制御に加えて、押し側圧力及び引き側圧力が上下限値を超えないようにサーボバルブＳＶを制御することにより、プラグ弁の座屈変形等の発生を回避するのである。
【００８９】
例えば、スラスト圧の上限値を３ｔｏｎに設定すると、各制御部２０，３０は、３ｔｏｎ以上のスラスト圧がプラグ弁に作用したと判断するときに、スラスト圧が３ｔｏｎ未満に収まるように位置制御を加減するのである。
【００９０】
制御権を取得している制御部が何れであるか、制御のために選択されている開度センサが何れであるか、バルブの制御状態、上述した各種の異常状態等の各種の情報は、共有メモリＣＭを介して表示部４０に備えたカラー液晶表示ユニット４５に表示され、或は、通信インタフェース４２を介して接続されたパーソナルコンピュータＰＣの画面に表示される。
【００９１】
各制御部２０，３０は、予め設定された制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ．周期）で、制御指令値や開度センサＳからの開度値等の読込処理、ＰＩＤ制御演算処理、サーボ弁に対する制御信号や位置信号等の出力処理、異常検出処理等の一連の処理を繰り返し実行し、その結果を自身の共有メモリＣＭに記憶する。
【００９２】
各共有メモリＣＭ間を接続するローカルネットワークにより、上述の制御周期とほぼ同一の周期で相互のデータが読み書きされて互いにデータを共有する。
【００９３】
表示部４０は、共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて表示処理を行ない、さらに、予め設定された制御情報を上述の制御周期より長い周期（例えば１秒周期）で時刻情報と共にＳＲＡＭ４４に書き込むとともに、ＳＤメモリ４６に書き込む。ＳＲＡＭ４４にはリングバッファ方式で４時間程度の制御情報が記憶され、ＳＤメモリ４６には数年に亘る制御情報が記憶される。
【００９４】
このように、バルブＶに対する制御シーケンスを実行する制御部２０，３０と、その結果を表示する表示部４０とを、共有メモリＣＭを介することにより機能分散しているため、制御部２０，３０に表示処理のための負荷を掛けることによる制御の遅延を招くことなく、円滑に表示処理することが可能となる。
【００９５】
上述した実施形態では、バルブＶを制御する制御部が二つの制御部により冗長制御される場合を説明したが、三つ以上の制御部により冗長制御されるように構成してもよい。この場合、各制御部に優先順位を設定し、優先順位が上位の制御部から下位の制御部に制御権が引き渡されるように構成することができる。
【００９６】
上述した実施形態では、バルブＶの開度を検出する開度センサＳを二つ設けた例を説明したが、開度センサＳを三つ以上設けて、夫々の出力が各制御部に入力されるように構成してもよい。
【００９７】
上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、本発明による作用効果を奏する範囲で各部の具体的な回路構成等は適宜変更設計できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明による制御装置が組み込まれたシステムのブロック構成図
【図２】油圧ユニットの説明図
【図３】バルブ、油圧シリンダ、開度センサの説明図
【図４】油圧ユニットに組み込まれた制御装置を構成する基板の説明図
【図５】表示部によりカラー液晶表示ユニットに表示される画面の説明図
【図６】制御装置を構成する二つの制御部と表示部の機能ブロック構成図
【図７】制御部の要部の構成図
【符号の説明】
【００９９】
１：制御装置
２０，３０：制御部
４０：表示部
ＣＴ：主制御装置
Ｓ，Ｓ１，Ｓ１：開度センサ
ＳＶ：アクチュエータ（サーボ弁）
Ｖ：バルブ
ＶＤ：油圧機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置等の石油化学プラントに組み込まれたバルブを制御するバルブ制御装置に関し、異常の発生時に直ちに代替制御可能な複数の制御部を備えた石油化学プラントのバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油化学プラントでは、被制御流体に対する制御の誤りにより爆発等の危険を招く虞があることや、機器の異常により運転を一旦停止すると、運転の再開には機器の点検等に手数を要することから、使用するバルブ及びバルブ制御装置には、高い信頼性が求められる。
【０００３】
従来、石油化学プラントのバルブ制御装置は、プラントを構成する各行程に配置されたバルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力されるバルブの制御指令値に基づいて、バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部によりバルブを制御するように切り替え可能に構成されていた。
【０００４】
例えば、特許文献１には、入力信号を受けてバルブの開度を制御するための出力信号を出力する一対のコントローラを有し、入力信号および出力信号の各入出力端子と双方のコントローラの同位の入出力ポートとを接続する各信号線の途中に、各入出力端子に接続するコントローラを選択して切換える切換スイッチを設け、各切換スイッチへ切換指示信号を出力する切換信号発信手段を設け、切換信号発信手段を起動する起動スイッチを設けたことを特徴とする二重化コントローラを有するバルブ制御装置が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、ＰＷＲプラントの主給水制御弁の制御方式として、空気調節部を制御側と待機側に２重化された二重化空気調節部の切替方式に関し、空気調節部を制御側から待機側に切換える際に、制御信号を一次的にトラッキングしてから切り替えることを特徴とする二重化空気調節部の切替方式が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−８８１３０号公報
【特許文献２】特開平１０−６１８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前者の場合、待機中のコントローラに切換スイッチで切り替えられた入力信号に基づいて制御を開始するために、その際に発生する応答遅れにより制御状態が一時的に変動して安定性を損なう虞があるという問題があった。
【０００７】
また、後者の場合、待機側の空気調節部に切り替える際に、制御信号を一次的にトラッキングしてから切り替えるために、制御側の空気調節部に何らかの異常が発生した状態で待機側の空気調節部に切り替えると、異常状態にトラッキングされ、適切な制御が困難になる虞があった。
【０００８】
さらに、石油化学プラントのバルブ制御装置では、制御部を二重化するのみならず、各制御部に入力される制御状態を検出するセンサをも含めて二重化することも提案されているが、制御部とセンサを一対で二重化するものであるため、一方のセンサに異常が発生すると制御部が切り替えられ、プラントの運転継続の確率をそれほど上昇させることができないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、冗長設計された制御部の切替時であっても、応答遅れが発生することなく適正なプラントの運転状態を維持することができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的を達成するため、本発明による石油化学プラントのバルブ制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の書類の請求項１に記載した通り、バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、前記バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記バルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、前記バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部により前記バルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、各制御部が、前記開度センサから入力されるバルブ開度値と前記主制御装置から入力される前記制御指令値に基づいて前記制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記アクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている点にある。
【００１１】
制御権を持つ制御部のみならず制御権を持たないバックアップ用の制御部も、開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される制御指令値に基づいてバルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するため、制御権が切り替えられた場合であっても、応答遅れ無く直ちに適切に制御を継続することができるようになる。この場合、バックアップ用の制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されているため、制御権を持つ制御部から出力される制御信号とバックアップ用の制御部から出力される制御信号の衝突が回避される。
【００１２】
同第二の特徴構成は、同請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記バルブに複数設けられた開度センサからのバルブ開度値が各制御部に入力され、各開度センサに設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、各制御部が何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、前記制御値を算出するように構成されている点にある。
【００１３】
上述の構成によれば、バルブの開度を検出する開度センサが複数設けられ、夫々の開度センサにより検出されるバルブの開度値が各制御部に冗長入力されるため、何れかの開度センサが故障しても他の開度センサにより検出される開度値に基づいて適正に制御できるようになるため、信頼性が一層向上する。この場合、各制御部は、各開度センサから入力される複数の開度値のうち、所定の優先権設定条件に基づいて、何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して制御値を算出する。
【００１４】
同第三の特徴構成は、同請求項３に記載した通り、上述の第一または第二特徴構成に加えて、各制御部に自身の異常を検出する異常検出部を備え、制御権を持つ制御部が前記異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するとともに、他の制御部に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている点にある。
【００１５】
上述の構成によれば、制御権を持つ制御部に備えた異常検出部により、当該制御部に異常が発生したことが検出されると、アクチュエータに出力されている制御信号が遮断されるとともに、他の制御部に制御権引渡し信号が出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００１６】
同第四の特徴構成は、同請求項４に記載した通り、上述の第三特徴構成に加えて、前記異常検出部にハードウェアによるウォッチドッグ回路を備え、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、前記ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００１７】
上述の構成によれば、異常検出部に設けたハードウェアによるウォッチドッグ回路により制御部の異常が検出されると、制御部の制御状態にかかわらず、ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号が遮断され、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００１８】
同第五の特徴構成は、同請求項５に記載した通り、上述の第三または第四特徴構成に加えて、前記異常検出部にソフトウェアによるウォッチドッグタイマを備え、前記ウォッチドッグタイマがオーバーフローすると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００１９】
上述の構成によれば、異常検出部に設けたソフトウェアによるウォッチドッグタイマが何らかの原因でオーバーフローすると、制御部から出力される異常信号により自身の制御信号が遮断され、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２０】
同第六の特徴構成は、同請求項６に記載した通り、上述の第三から第五の何れかの特徴構成に加えて、前記異常検出部に前記開度センサ、前記アクチュエータ、前記制御指令値の何れかの異常を検出する信号判別部を備え、前記信号判別部により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する点にある。
【００２１】
上述の構成によれば、異常検出部に備えた信号判別部により、開度センサ、アクチュエータ、制御指令値の何れかの異常が検出されると、異常信号が出力されて自身の制御信号が遮断されるとともに、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部に出力されるので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２２】
同第七の特徴構成は、同請求項７に記載した通り、上述の第三から第六の何れかの特徴構成に加えて、制御権を持つ制御部から異常信号を受けて、前記制御権引渡し信号を他の制御部に出力する制御権取得回路を備えている点にある。
【００２３】
上述の構成によれば、制御権を持つ制御部から異常信号を受けた制御権取得回路が制御権引渡し信号を他の制御部に出力するので、直ちに他の制御部により当該アクチュエータに適切な制御信号が出力されるようになる。
【００２４】
同第八の特徴構成は、同請求項８に記載した通り、上述の第一から第七の何れかの特徴構成に加えて、制御権を持つ制御部は、各開度センサから入力されるバルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に対して、制御部間で過大な差分があると、制御権を切り替えること無く警報を出力する点にある。
【００２５】
上述の構成によれば、制御部間で、バルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に過大な差分がある場合に、冗長設計された何れかの系に異常が発生している可能性があると判断して、制御を継続しながら警報を出力して、メンテナンスの必要性があることを報知することにより、不都合な事態が発生することを未然に回避することができる。
【００２６】
同第九の特徴構成は、同請求項９に記載した通り、上述の第一から第八の何れかの特徴構成に加えて、各制御部に通信バスで接続された共有メモリを夫々備え、制御情報を共有するように構成されている点にある。
【００２７】
上述の構成によれば、共有メモリを介して各制御部に対する制御情報を効率的に設定することができるようになる。
【００２８】
同第十の特徴構成は、同請求項１０に記載した通り、上述の第九特徴構成に加えて、各制御部による前記バルブの制御状態を表示する表示部を備えるとともに、通信バスで接続された共有メモリを前記表示部及び各制御部に備え、前記表示部は前記共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて、前記バルブの制御状態を表示するように構成されている点にある。
【００２９】
上述の構成によれば、表示部が、共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて制御部によるバルブの制御状態を把握して表示できるようになるので、制御部に表示処理のための負荷を掛けることによる制御の遅延を招くことなく、円滑に表示することが可能となる。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明した通り、本発明によれば、冗長設計された制御部の切替時であっても、応答遅れが発生することなく適正なプラントの運転状態を維持することができる石油化学プラントのバルブ制御装置を提供することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に、石油化学プラントの一例である石油精製のためのＦＣＣ装置やＲＦＣＣ装置に組み込まれたバルブ制御装置を説明する。図１に示すように、バルブの制御装置１は、プラントに組み込まれたバルブＶの近傍に配置された油圧ユニットＵに組み込まれ、プラントの主制御装置ＣＴから入力されたバルブＶに対する目標開度信号と開度センサＳで検出されたバルブの開度信号に基づいて、油圧機構ＶＤを制御してバルブＶの開度を調整し、主制御装置ＣＴにバルブＶの開度状態を表す位置信号を出力する制御装置である。
【００３２】
図２に示すように、油圧ユニットＵは、油圧ポンプとアキュムレータとアクチュエータとしての油圧制御用のサーボ弁等を備えた油圧機構ＶＤと、制御装置１が収容される防爆構造のケーシングＣと、ケーシングＣ内に防爆用の空気を圧入するエアユニットＡＵ等を備えている。
【００３３】
ケーシングＣの扉は透明ガラスが配され、内部の制御装置１に備えた液晶表示パネルの画面が外部から認識可能に構成されている。また、扉には複数の防爆型のスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３が取り付けられている。
【００３４】
スイッチＳＷ１は回転式の多接点スイッチまたは押しボタン式スイッチで、当該スイッチＳＷ１の回転操作または押圧操作により、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、液晶表示パネルの表示画面を切り替え操作することが可能になっている。
【００３５】
また、スイッチＳＷ２は押しボタン式スイッチで本発明による制御モード切替操作部となり、当該スイッチＳＷ２を操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、制御装置１がローカル制御モードとリモート制御モードに切り替えられる。
【００３６】
さらに、スイッチＳＷ３は可変抵抗器を内蔵したダイアルスイッチで本発明による手動操作部となり、ローカル制御モードで当該スイッチＳＷ３を回転操作することにより、ケーシングＣの防爆状態を維持した状態で、バルブＶの開度を手動制御することが可能となる。
【００３７】
制御装置１は、バルブＶの開度を検出する開度センサＳから入力されるバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力されるバルブＶの制御指令値、つまり目標開度信号に基づいて、バルブＶを駆動するサーボ弁に対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてバルブＶの開度をフィードバック制御するための複数の制御部を備えている。
【００３８】
図３に示すように、制御対象であるバルブＶは、プラントの運転状態に応じて流路Ｐを所定の開度に調整するスライドバルブＶで、サーボ弁を介して供給される圧油により駆動される油圧シリンダＳＬのピストンに連結された弁棒Ｖ２を介して弁体Ｖ１がスライド駆動される。ピストンと弁棒Ｖ２の間にはカップリングを介して一対の磁歪式の開度センサＳ（Ｓ１，Ｓ２）が組み込まれ、開度センサＳの出力が制御装置１に入力されている。尚、制御対象であるバルブＶは、スライドバルブＶに限るものではなく、プラグ弁、バタフライ弁等の他のバルブでも同様である。
【００３９】
磁歪式の開度センサＳとは、ピストンの進退移動に伴なって、センサロッド上を非接触で移動するマグネットにより発生するねじり歪の伝播時間を計測することによりマグネットの位置、つまりバルブＶの開度を計測するセンサである。
【００４０】
図４に示すように、制御装置１は、二枚の制御部基板２，３と、表示部基板４と、端子基板５等を備え、夫々が単一または複数のコネクタで接続されている。二枚の制御部基板２，３の夫々により本発明による二つの制御部２０，３０が構成され、表示部基板４により表示部４０が構成されている。
【００４１】
制御部基板２，３及び表示部基板４は、端子基板５を介して、主制御装置ＣＴ及び制御対象であるバルブ駆動機構との間で各種の信号が入出力される。
【００４２】
具体的に、端子基板５を介して主制御装置ＣＴから制御部２０，３０にバルブＶの制御指令値が入力されるとともに、制御部２０，３０から主制御装置ＣＴにバルブＶの位置信号が出力される。また、端子基板５を介して一対の開度センサＳからのバルブ開度値が入力され、制御部２０，３０からサーボ弁に制御信号が出力される。
【００４３】
図６に示すように、一対の制御部２０，３０及び表示部４０には、夫々ＣＰＵと、ＣＰＵにより実行される制御プログラムが記憶されたＲＯＭと、ワーキング領域として使用されるＲＡＭが内蔵されたマイクロコンピュータ、及び周辺回路が搭載され、当該制御プログラムがＣＰＵにより実行されることにより、所期のバルブ制御機能等が実現される。
【００４４】
制御部２０，３０及び表示部４０には、通信バスとして機能する、例えばＣＵ ｎｅｔ（株式会社ステップテクニカの登録商標）等のローカルネットワークで接続された共有メモリＣＭが夫々設けられ、各制御部２０，３０による制御情報、制御パラメータ、表示データ等が共有メモリＣＭを介して共有されるように構成されている。
【００４５】
表示部基板４には、カラー液晶表示ユニット４５が組み込まれ、共有メモリＣＭを介して収集された制御情報に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５に図５に示すようなバルブの制御状態等を示すモニタ画面が表示される。
【００４６】
表示部基板４には、電池バックアップされたＳＲＡＭ４４が搭載され、共有メモリＣＭを介して得られた各制御部２０，３０による制御情報がリングバッファ形式で格納されるように構成され、その内容をバックアップ記憶する着脱自在なＳＤメモリ４６が搭載されている。
【００４７】
また、表示部基板４には、ＬＡＮを介して遠隔地に配置されたパーソナルコンピュータとの間で通信を行ない、カラー液晶表示ユニット４５に表示される制御状態等を当該パーソナルコンピュータに送信する通信インタフェース４２、防爆構造のケーシングＣを介して外部のパーソナルコンピュータと通信可能な赤外線インタフェース４３を備えている。
【００４８】
赤外線インタフェース４３は、防爆構造のケーシングＣの扉を開放することなく制御部１と通信して、各種の初期設定用の制御パラメータを設定するとともに、異常情報を含む制御情報や表示データ等を読み出すメンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣと接続するために設けられている。
【００４９】
メンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣから入力された制御パラメータは、表示部４０のマイクロコンピュータ４１を介して共有メモリＣＭに書き込まれ、ローカルネットワークを介して他の制御部基板に搭載された共有メモリＣＭに同様に書き込まれる。
【００５０】
制御パラメータには、二系統の制御部２０，３０の何れが初期の制御権を有するかを設定する制御権パラメータ、二重化された開度センサＳの何れを初期に選択するかを設定するセンサ選択パラメータ、主制御装置ＣＴから制御部２０，３０に入力されるバルブＶの制御指令値に対する信号レベル（例えば、開度０％から開度１００％までを、４ｍＡから２０ｍＡで規定する電流仕様や、０Ｖから１０Ｖで規定する電圧仕様等）、開度センサＳから入力される開度信号の信号レベル、油圧シリンダのスラスト圧の信号レベルや上下限値、サーボ弁に対する出力信号レベル、主制御装置ＣＴに出力する位置信号の信号レベル、制御部２０，３０で検出される開度センサＣの異常判定基準値等、システムを稼動させるのに必要な所定の制御パラメータが含まれる。
【００５１】
図６に示すように、各制御部２０，３０には、入力信号処理部２６，３６を介して主制御装置ＣＴからの制御指令値がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるとともに、開度信号処理部２２，３２を介して一対の開度センサＳ１，Ｓ２の出力信号の夫々がマイクロコンピュータ２１，３１に入力されるように構成されている。
【００５２】
入力信号処理部２６，３６及び開度信号処理部２２，３２は、信号を電気的に分離するアイソレーションアンプと、アイソレーションアンプのアナログ出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えている。
【００５３】
また、各制御部２０，３０には、マイクロコンピュータ２１，３１から出力されたサーボ弁ＳＶに対する制御値が、サーボ出力部２３，３３を介してサーボ弁ＳＶに出力され、マイクロコンピュータ２１，３１から出力された主制御装置ＣＴへのバルブＶの開度位置が、位置信号出力部２４，３４を介して出力されるように構成されている。
【００５４】
サーボ出力部２３，３３は、デジタルの制御値情報をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器と、その出力を増幅するドライバ回路を備えている。また、位置信号出力部２４，３４は、デジタルの開度位置情報を電気的に分離するアイソレーション回路と、アイソレーション回路の出力をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器を備えている。
【００５５】
上述した制御パラメータに基づいて制御権が設定された制御部（ここでは、制御部２０とする。）は、開度センサＳ１，Ｓ２から入力されるバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいて電磁式のサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。
【００５６】
制御権を有していない待機中の制御部（ここでは、制御部３０となる。）も、同様に、開度センサＳ１，Ｓ２から入力される何れかのバルブ開度値のうちセンサ選択パラメータで選択された開度センサのバルブ開度値と主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、デジタルＰＩＤ演算を行なってバルブＶに対する制御値を算出し、算出した制御値に基づいてサーボ弁ＳＶに制御信号を出力する。
【００５７】
その後、各制御部２０，３０は、各開度センサＳ１，Ｓ２に設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、制御値を算出する。
【００５８】
所定の優先権設定条件とは、上述したセンサ選択パラメータ以外に、制御指令値に基づく制御信号に対応してバルブ開度値が所定範囲に収束しない状態が所定時間継続するフィードバックロスの発生の有無、制御指令値とバルブ開度値の偏差が増大する方向に変化する状態が所定時間継続する逆ＤＥＶ値の発生の有無をいう。フィードバックロスは開度センサの劣化等による異常、逆ＤＥＶ値は誤配線による異常を検出するものである。これらは、後述する信号判別部２６０（図７参照）で検出される。
【００５９】
各制御部２０，３０は、センサ選択パラメータで選択された開度センサＳに、夫々フィードバックロスまたは逆ＤＥＶ値が発生したと判断すると、他方の開度センサＳに切り替えるとともに、現在選択中の開度センサ情報、異常発生した開度センサの異常情報等を自身の共有メモリＣＭに記憶する。
【００６０】
夫々の共有メモリＣＭに記憶された情報は、ローカルネットワークを介して表示部４０の共有メモリに書き込まれ、表示部４０は、自身の共有メモリＣＭの内容に基づいて、カラー液晶表示ユニット４５にモニタ表示するとともに、ＳＲＡＭ４４、ＳＤメモリ４６に記憶する。
【００６１】
さらに、夫々の開度センサＳに対して、制御指令値とバルブ開度値の偏差であるＤＥＶ値の偏差が異常判定閾値以上になると、開度センサＳを切り替えずに制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。
【００６２】
尚、開度センサＳ等に対する各種の異常判定閾値（信号レベル閾値及び継続時間等）は、予めメンテナンス用のパーソナルコンピュータＰＣで設定され、各共有メモリＣＭに記憶されている。
【００６３】
図７に示すように、制御部２０には、自身がサーボ弁に出力した制御信号をサーボ弁ＳＶに接続するか否かを切り替えるリレー回路２５０ａ、及び、主制御装置ＣＴに出力した位置信号の信号線を主制御装置ＣＴへの信号線に接続するか否かを切り替えるリレー回路２５０ｂでなるスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）が設けられ、自身が制御権を持つ場合に自身のスイッチ回路２５０をオンし、自身が制御権を持たない場合に自身のスイッチ回路２５０（２５０ａ，２５０ｂ）をオフするように構成されている。制御部３０も同様に構成されている。
【００６４】
従って、制御権を持つ制御部（２０または３０）からのみ、サーボ弁ＳＶに対する駆動電流が出力され、主制御装置ＣＴへバルブＶの位置信号が出力されるようになり、信号の干渉が生じないように構成されている。
【００６５】
制御権を持つ制御部（２０または３０）に異常が発生すると、制御権引渡し信号が待機中の制御部（３０または２０）に出力され、待機中の制御部（３０または２０）は、制御権引渡し信号を検出すると、自身のスイッチ回路２５０をオンして、バルブに対する制御を継続するように構成されている。
【００６６】
以下、制御部２０を例にして制御権の引渡しについて詳述するが、制御部３０も同様である。制御部２０に自身の異常を検出する複数の異常検出部を備えている。制御権を持っている場合に、異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するようにスイッチ回路２５０をオフするとともに、他の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている。さらにそのときに、制御装置１に設けた警報部を作動して鳴動させる。
【００６７】
図７に示すように、異常検出部としてハードウェアによるウォッチドッグ回路２２０、ソフトウェアによるウォッチドッグタイマ２１０を備えている。
【００６８】
ウォッチドッグ回路２２０は、マイクロコンピュータ２１から所定周期で入力されるウォッチドッグパルス（以下、「ＷＤパルス」と記す。）によりリセットされるカウンタ回路と、カウンタ回路が所定値より大きくなると異常信号を出力するゲート回路を備えており、マイクロコンピュータ２１のＣＰＵに何らかの原因で暴走等の異常が発生し、ＷＤパルスが入力されない状態が所定時間継続するとカウンタ回路が所定値より大きくなり、異常信号が出力される。
【００６９】
ウォッチドッグタイマ２１０は、マイクロコンピュータ２１の内部タイマにより自動カウントされるカウンタを備えたファームウェアと、当該カウンタの値をソフトウェアによりリセットするプログラムで構成され、ＣＰＵの暴走等でプログラムによるリセットが所定時間行なわれないときに、ファームウェアにより異常信号（図中、「オーバーフロー」と記載された信号）が出力される。
【００７０】
ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから異常信号が入力されるとその状態を保持するラッチ回路を有するウォッチドッグエラー回路２３０を備え、ウォッチドッグエラー回路２３０から待機中の制御部３０に制御権を引き渡す制御権引渡し信号（図中、「制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号で、正常時はハイレベル、異常時はローレベルとなる。）が出力される。
【００７１】
図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」と記載された信号がマイクロコンピュータ２１に入力されているが、この信号は他方の制御部３０に備えたウォッチドッグエラー回路からの信号である。
【００７２】
上述したスイッチ回路２５０は、ＡＮＤゲートを備えた出力切替回路２４０により制御される。つまり、制御権を持つマイクロコンピュータ２１から出力されるハイレベルの制御切替信号と、ウォッチドッグエラー回路２３０から出力されるハイレベルの制御権引渡し信号が入力されているときにスイッチ回路２５０がオンされて制御信号及び位置信号が出力され、制御切替信号と制御権引渡し信号の少なくとも何れか一方の信号レベルがローレベルであるときにスイッチ回路２５０がオフされる。従って、制御権を持たない待機中のマイクロコンピュータ２１から出力されるローレベルの制御切替信号によりスイッチ回路２５０はオフされる。
【００７３】
従って、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、ウォッチドッグ回路２２０またはウォッチドッグタイマ２１０の何れかから出力される異常信号により自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号が制御権引渡し信号として他の制御部３０に出力される。
【００７４】
さらに、異常検出部として、開度センサＳ、サーボ弁ＳＶ、制御指令値の何れかの異常を、ＣＰＵで実行される制御プログラムに基づいて検出する機能ブロックである信号判別部２６０を備えている。
【００７５】
信号判別部２６０は、開度センサＳから入力されるバルブＶの開度値、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値、ＰＩＤ演算の結果に基づいて出力されるサーボ弁ＳＶに対する電流値、主制御装置ＣＴに出力されるバルブＶの位置信号の夫々について、共有メモリＣＭに記憶された上下限の何れかの異常判定閾値を超える状態が所定時間継続したときに異常と判断して、その結果を共有メモリＣＭに記憶する。尚、電流値は、図７に示す電流検出部によって、サーボ出力部２３からの出力値がモニタされてマイクロコンピュータ２１に入力されるように構成されている。
【００７６】
信号判別部２６０により上述した何れかの異常が検出されると、マイクロコンピュータ２１から正常時にハイレベルで出力されるＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替わり、ローレベルのＣＰＵ異常信号がウォッチドッグエラー回路２３０に入力されて、ウォッチドッグエラー回路２３０でローレベルにラッチされた制御権引渡し信号が待機中の制御部３０に出力される。尚、ＣＰＵ異常信号がローレベルに切り替えられると、ウォッチドッグ回路２２０の動作は停止する。
【００７７】
つまり、信号判別部２６０により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号及び位置信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号及び位置信号を遮断するとともに、当該異常信号を制御権引渡し信号として他の制御部に出力するように構成されている。
【００７８】
また、制御部２０，３０間で、共有メモリＣＭに記憶されたバルブ開度値や制御値等の制御情報に基づいて、バルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に過大な差分があると判断したときに、冗長設計された何れかの系に異常が発生している可能性があると判断して、制御を継続、つまり、制御権を引き渡さずに、警報部から警報を出力して、メンテナンスの必要性があることを報知する。
【００７９】
上述したウォッチドッグ回路２２０、ウォッチドッグタイマ２１０、ウォッチドッグエラー回路２３０と、マイクロコンピュータ２１に割り付けられたそれらの入出力信号ポート等により、制御権を持つ制御部２０，３０から異常信号を受けて、制御権引渡し信号を他の制御部３０，２０に出力する制御権取得回路２５，３５が構成されている。
【００８０】
制御権を持つ制御部３０の制御権取得回路３５から待機中の制御部２０に、ローレベルの制御権引渡し信号（図７中、「他制御ＣＰＵ異常／正常」信号）が入力されると、制御部２０に制御権が引き渡される。制御部２０は、出力切替回路２４０に対する制御切替信号をローレベルからハイレベルに切り替えて、スイッチ回路２５０をオンしてバルブＶに対する制御を継続する。
【００８１】
以上、説明したように、制御権を持つ制御部のみならず制御権を持たないバックアップ用の制御部も、開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される制御指令値に基づいてバルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するため、制御権が切り替えられた場合であっても、応答遅れ無く直ちに適切に制御を継続することができるようになる。
【００８２】
制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０の信号判別部２６０により同様の異常が検出されていることを共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて認識すると、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。
【００８３】
また、制御権を持つ制御部２０の信号判別部２６０により異常が検出され、待機中の制御部３０に制御権を引き渡す必要が生じた場合であっても、待機中の制御部３０から入力される制御権引渡し信号がローレベル、つまり、何らかの異常が発生していると判断できる場合には、制御不能状態と判断して、制御権を引き渡すことなく、バルブＶが閉塞するようにサーボ電流値をゼロに設定するフェールセーフ動作を実行する。
【００８４】
さらに、信号判別部２６０には、上述の制御権引渡しのための異常検出のみならず、油圧機構ＶＤを構成するポンプの圧力、アキュムレータの圧力、ＥＳＤ油圧、油液レベル、油圧シリンダＳＬのスラスト押し圧力または引き圧力（圧力センサにより検出される）等に異常が発生しているか否かを、予め共有メモリＣＭに記憶された制御パラメータに含まれる異常判定閾値や判定時間に基づいて判断し、異常と判断した場合に警報部を作動するように構成されている。
【００８５】
スラスト押し圧力または引き圧力の異常について説明する。制御対象であるバルブ１が反応搭の底部に配置され、底部開口部の面積を調整することで流量調整するプラグ弁である場合、プラント始動時に常温から温度が上昇するまでの間、当該プラグ弁が閉塞され、その後、開度が制御される。
【００８６】
プラグ弁は先窄まりの円錐台形状で、反応搭の底部水平面に形成された開口の周部に立設された筒状ガイドに嵌入するように配置されている。この状態で反応塔が熱膨張してプラグ弁側に力が作用すると、先端側が筒状ガイドに咬み込んで、座屈変形する虞があるため、全閉時に筒状ガイドとプラグ弁との隙間が生じることなく、また、過剰な力が作用することの無い状態に維持される必要がある。
【００８７】
図６に示すように、各制御部２０，３０にはプラグ弁Ｖを駆動する油圧シリンダのスラスト押し圧力及び引き圧力を検出する圧力センサの検出値が入力されている。各制御部２０，３０は、入力された圧力値と受圧面積を乗算することにより、押し側圧力及び引き側圧力を算出し、制御パラメータとして予め設定されたスラスト圧の上下限値を超えそうになる場合に、それを抑制するスラスト制御を実行する。そして、制御権を有する制御部がスラスト制御中のとき、警報部から警報を出力するためのリレー接点を出力するように構成されている。
【００８８】
各制御部２０，３０は、通常、主制御装置ＣＴから入力される制御指令値に基づいて、プラグ弁の開度、つまり位置をフィードバック制御するのであるが、上述の押し側圧力及び引き側圧力が上下限値を超えそうになると、位置のフィードバック制御に加えて、押し側圧力及び引き側圧力が上下限値を超えないようにサーボバルブＳＶを制御することにより、プラグ弁の座屈変形等の発生を回避するのである。
【００８９】
例えば、スラスト圧の上限値を３ｔｏｎに設定すると、各制御部２０，３０は、３ｔｏｎ以上のスラスト圧がプラグ弁に作用したと判断するときに、スラスト圧が３ｔｏｎ未満に収まるように位置制御を加減するのである。
【００９０】
制御権を取得している制御部が何れであるか、制御のために選択されている開度センサが何れであるか、バルブの制御状態、上述した各種の異常状態等の各種の情報は、共有メモリＣＭを介して表示部４０に備えたカラー液晶表示ユニット４５に表示され、或は、通信インタフェース４２を介して接続されたパーソナルコンピュータＰＣの画面に表示される。
【００９１】
各制御部２０，３０は、予め設定された制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ．周期）で、制御指令値や開度センサＳからの開度値等の読込処理、ＰＩＤ制御演算処理、サーボ弁に対する制御信号や位置信号等の出力処理、異常検出処理等の一連の処理を繰り返し実行し、その結果を自身の共有メモリＣＭに記憶する。
【００９２】
各共有メモリＣＭ間を接続するローカルネットワークにより、上述の制御周期とほぼ同一の周期で相互のデータが読み書きされて互いにデータを共有する。
【００９３】
表示部４０は、共有メモリＣＭに記憶された制御情報に基づいて表示処理を行ない、さらに、予め設定された制御情報を上述の制御周期より長い周期（例えば１秒周期）で時刻情報と共にＳＲＡＭ４４に書き込むとともに、ＳＤメモリ４６に書き込む。ＳＲＡＭ４４にはリングバッファ方式で４時間程度の制御情報が記憶され、ＳＤメモリ４６には数年に亘る制御情報が記憶される。
【００９４】
このように、バルブＶに対する制御シーケンスを実行する制御部２０，３０と、その結果を表示する表示部４０とを、共有メモリＣＭを介することにより機能分散しているため、制御部２０，３０に表示処理のための負荷を掛けることによる制御の遅延を招くことなく、円滑に表示処理することが可能となる。
【００９５】
上述した実施形態では、バルブＶを制御する制御部が二つの制御部により冗長制御される場合を説明したが、三つ以上の制御部により冗長制御されるように構成してもよい。この場合、各制御部に優先順位を設定し、優先順位が上位の制御部から下位の制御部に制御権が引き渡されるように構成することができる。
【００９６】
上述した実施形態では、バルブＶの開度を検出する開度センサＳを二つ設けた例を説明したが、開度センサＳを三つ以上設けて、夫々の出力が各制御部に入力されるように構成してもよい。
【００９７】
上述の各種の実施形態は、本発明の一実施例であり、本発明による作用効果を奏する範囲で各部の具体的な回路構成等は適宜変更設計できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明による制御装置が組み込まれたシステムのブロック構成図
【図２】油圧ユニットの説明図
【図３】バルブ、油圧シリンダ、開度センサの説明図
【図４】油圧ユニットに組み込まれた制御装置を構成する基板の説明図
【図５】表示部によりカラー液晶表示ユニットに表示される画面の説明図
【図６】制御装置を構成する二つの制御部と表示部の機能ブロック構成図
【図７】制御部の要部の構成図
【符号の説明】
【００９９】
１：制御装置
２０，３０：制御部
４０：表示部
ＣＴ：主制御装置
Ｓ，Ｓ１，Ｓ１：開度センサ
ＳＶ：アクチュエータ（サーボ弁）
Ｖ：バルブ
ＶＤ：油圧機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、前記バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記バルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、前記バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部により前記バルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、
各制御部が、前記開度センサから入力されるバルブ開度値と前記主制御装置から入力される前記制御指令値に基づいて前記制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記アクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項２】
前記バルブに複数設けられた開度センサからのバルブ開度値が各制御部に入力され、各開度センサに設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、各制御部が何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、前記制御値を算出するように構成されている請求項１記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項３】
各制御部に自身の異常を検出する異常検出部を備え、制御権を持つ制御部が前記異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するとともに、他の制御部に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている請求項１または２記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項４】
前記異常検出部にハードウェアによるウォッチドッグ回路を備え、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、前記ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項５】
前記異常検出部にソフトウェアによるウォッチドッグタイマを備え、前記ウォッチドッグタイマがオーバーフローすると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３または４記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項６】
前記異常検出部に前記開度センサ、前記アクチュエータ、前記制御指令値の何れかの異常を検出する信号判別部を備え、前記信号判別部により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３から５の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項７】
制御権を持つ制御部から異常信号を受けて、前記制御権引渡し信号を他の制御部に出力する制御権取得回路を備えている請求項３から６の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項８】
制御権を持つ制御部は、各開度センサから入力されるバルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に対して、制御部間で過大な差分があると、制御権を切り替えること無く警報を出力する請求項１から７の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項９】
各制御部に通信バスで接続された共有メモリを夫々備え、制御情報を共有するように構成されている請求項１から８の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項１０】
各制御部による前記バルブの制御状態を表示する表示部を備えるとともに、通信バスで接続された共有メモリを前記表示部及び各制御部に備え、前記表示部は前記共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて、前記バルブの制御状態を表示するように構成されている請求項９記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項１】
バルブの開度を検出する開度センサから入力されるバルブ開度値と主制御装置から入力される前記バルブの制御指令値に基づいて、前記バルブを駆動するアクチュエータの制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記バルブの開度をフィードバック制御可能な複数の制御部を備え、前記バルブを制御している制御部に異常が発生したときに、他の制御部により前記バルブを制御するように切り替え可能な石油化学プラントのバルブ制御装置であって、
各制御部が、前記開度センサから入力されるバルブ開度値と前記主制御装置から入力される前記制御指令値に基づいて前記制御値を算出し、算出した制御値に基づいて前記アクチュエータに制御信号を出力するとともに、制御権を持つ制御部が自身の制御信号を前記アクチュエータに出力し、制御権を持たない制御部が自身の制御信号を遮断するように構成されている石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項２】
前記バルブに複数設けられた開度センサからのバルブ開度値が各制御部に入力され、各開度センサに設定されている所定の優先権設定条件に基づいて、各制御部が何れか一つの開度センサからのバルブ開度値を選択して、前記制御値を算出するように構成されている請求項１記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項３】
各制御部に自身の異常を検出する異常検出部を備え、制御権を持つ制御部が前記異常検出部により自身の異常を検出すると、自身の制御信号を遮断するとともに、他の制御部に制御権を引き渡す制御権引渡し信号を出力するように構成されている請求項１または２記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項４】
前記異常検出部にハードウェアによるウォッチドッグ回路を備え、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、前記ウォッチドッグ回路から出力される異常信号により自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項５】
前記異常検出部にソフトウェアによるウォッチドッグタイマを備え、前記ウォッチドッグタイマがオーバーフローすると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３または４記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項６】
前記異常検出部に前記開度センサ、前記アクチュエータ、前記制御指令値の何れかの異常を検出する信号判別部を備え、前記信号判別部により何れかの異常を検出すると、自身の制御信号の出力状態にかかわらず、異常信号を出力して自身の制御信号を遮断するとともに、当該異常信号を前記制御権引渡し信号として他の制御部に出力する請求項３から５の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項７】
制御権を持つ制御部から異常信号を受けて、前記制御権引渡し信号を他の制御部に出力する制御権取得回路を備えている請求項３から６の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項８】
制御権を持つ制御部は、各開度センサから入力されるバルブ開度値及び各バルブ開度値に基づく制御値に対して、制御部間で過大な差分があると、制御権を切り替えること無く警報を出力する請求項１から７の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項９】
各制御部に通信バスで接続された共有メモリを夫々備え、制御情報を共有するように構成されている請求項１から８の何れかに記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【請求項１０】
各制御部による前記バルブの制御状態を表示する表示部を備えるとともに、通信バスで接続された共有メモリを前記表示部及び各制御部に備え、前記表示部は前記共有メモリを介して取得した制御情報に基づいて、前記バルブの制御状態を表示するように構成されている請求項９記載の石油化学プラントのバルブ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３２６９（Ｐ２０１０−３２６９Ａ）
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１６３７９０（Ｐ２００８−１６３７９０）
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月７日（２０１０．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２３日（２００８．６．２３）
【出願人】（０００００１０５２）株式会社クボタ (4,415)
【Ｆターム（参考）】
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