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【発明の名称】 無線端末によるプラントの操作方法およびプラント制御の無線システム
【発明者】 【氏名】鈴木 修

【氏名】大西 秀雄

【氏名】鈴木 裕幸
【要約】 【課題】プラント機器に異常が発生した場合に、端末から高信頼に非常操作のできる無線システムを提供する。

【解決手段】基地局１０から各無線端末１に割り当てた通信時間に、自端末１で受け付けた通常操作指令を送信し、受信した基地局１０がコントローラ１１に指令を伝送する。コントローラ１１は指令を一旦、格納エリア２に記憶し、指令に付加された指令番号が操作機器１〜ｎの１つに対応するとき、該当するＩ／Ｏエリア４ａ〜４ｎを介して、対象機器の入指令５ａまたは切指令５ｂをオンする。一方、自端末１で非常操作指令を受け付けると、空中電力をチエックし他局の無通信を確すると、割込みで非常操作指令を送信する。コントローラ１１は受信した指令の指令番号が非常操作を示すとき、非常動作データベース３の指令番号３ａと照合し、設定されている１つまたは複数の対象機器に非常操作指令を出力する。非常操作は通常操作との論理和で、機器を強制的に停止させる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の無線端末が自局に順番に割り当てられた通信時間に通常操作指令を送信し、基地局を介して前記通常操作指令を受信したコントローラが前記指令に付与された指令コードから対応する機器に操作指令を出力するプラントの操作方法において、前記無線端末が非常用指令コードを付与した非常操作指令を受け付けたとき、他局の通信の有無を判定し、他局の通信がないときは直ちに前記非常操作指令を送信し、一方、前記非常操作指令の送信で自局の通信時間の少なくとも一部を占有された他の通信端末は、次のタイミングまで自局の通常操作指令の送信を停止することを特徴とする無線端末によるプラントの操作方法。
【請求項２】 請求項１において、前記コントローラは前記非常操作指令の受信を判別すると、前記非常用指令コードに対し予め設定されている操作対象機器を検出し、前記非常操作指令を出力することを特徴とする無線端末によるプラントの操作方法。
【請求項３】 自局の通信時間に通常操作指令を送信する複数の無線端末と、各無線端末の通信時間をサイクリックに管理すると共に前記端末から受信した操作指令をプラント機器のコントローラに伝送する基地局を備えるプラント制御の無線システムにおいて、前記無線端末は通常操作指令の指示手段、割込みにより送信する非常操作指令の指示手段、前記操作指令に付加する指令コードの付与手段を備え、前記コントローラは、非常操作の指令コード毎に１または複数の操作対象機器を登録した非常操作テーブルを備え、基地局を介して受信した操作指令の前記指令コードから通常操作か非常操作かを判定し、非常操作の場合に前記テーブルから検出した操作対象機器に対し非常操作指令を出力することを特徴とするプラント制御の無線システム。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠方からプラント機器の監視・操作をする無線システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】プラント機器を遠方から無線で監視、操作する無線制御システムが実用されている。無線制御システムは、ポンプや弁などのプラント機器を動作あるいは監視する接触器やリミットスイッチ等と入出力を行うＩ／Ｏと、Ｉ／Ｏの入出力を制御するコントローラと、操作指令を送信したり機器状態を受信する無線端末と、無線端末と無線通信するとともにコントローラと有線通信する基地局から構成されている。
【０００３】この無線システムにおいて、監視員がプラント機器への操作指令を出力する場合には、同じデータを無線端末の送信周期に合わせて２回以上送信し、基地局で同一操作場所から連続して同じ操作指令が受信されたかをチェックする。また、複数の監視員が無線端末から異なるプラント機器への操作指令を出力した場合に、電波衝突による誤操作を防止するために、各無線端末からの操作指令を受け付ける時間を分割し、サイクリックに割当る時分割通信を行なっている。
【０００４】しかし、プラント異常などによる緊急停止などの非常操作は、誤操作の場合のプラント全体に与える影響が重大なため、ハードウェアのスイッチを設けて、監視員が直接、プラント機器を停止させている。
【０００５】非常停止スイッチは異常要因によってプラント停止機器を切り分ける必要があるが、非常停止スイッチの設置場所や非常停止スイッチからシーケンスリレーまでの直送信号ケーブルの敷設などの制約、さらには非常停止スイッチが多すぎると緊急時の操作の確実性に欠けるので、プラント機器単位または設備単位などに纏めて設けられている。この場合、異常要因に関係の無い機器も一緒に停止されるため、停止後に無関係な機器を再起動させる措置がとられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来のプラント制御作の無線システムは信頼性の上から、プラント機器の監視と通常運転操作に限られていた。このため、非常操作は依然、ハードスイッチに頼らざるを得ず、緊急時にベテランの監視員が現場を走り回ってスイッチを切るなどの負担が大きく、その間にプラントの異常がより悪化してしまう場合もあった。また、非常停止のハードスイッチは機器ないし設備単位に設けられるため、異常要因に関係ない機器まで停止されることになり、プラント動作に悪影響を及ぼしたり、再起動の措置が必要になるなどの問題があった。
【０００７】本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を克服し、無線端末による非常操作指令を確実に送信でき、遠方からの非常操作を確実に無線端末で実現できるプラントの操作方法および無線システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明は、複数の無線端末が自局に順番に割り当てられた通信時間に通常操作指令を送信し、基地局を介して前記通常操作指令を受信したコントローラが前記指令に付与された指令コードから対応する機器に操作指令を出力するプラントの操作方法において、前記無線端末が非常用指令コードを付与した非常操作指令を受け付けたとき、他局の通信の有無を判定するとともに、他局の通信がないときは直ちに前記非常操作指令を送信し、一方、前記非常操作指令の送信で自局の通信時間の少なくとも一部を占有された他の通信端末は、次のタイミングまで自局の通常操作指令の送信を停止することを特徴とする。
【０００９】これによれば、各無線端末の通信間隔または空き時間に非常操作指令を送信することで、非常操作指令を安全に、優先的に送信させる。他局の通信の有無は空中電力の測定結果に基づくので、電波の干渉による非常操作指令の化けを生じることがなく、誤信号による誤操作を確実に防止できる。
【００１０】また、前記コントローラは前記非常操作指令の受信を判別すると、前記非常用指令コードに対し予め設定されている操作対象機器を検出し、前記非常操作指令を出力することを特徴とする。これによれば、非常操作指令が受け付けられた場合、対象機器または機器群に対してのみ非常操作指令が出力されるようにケースに応じて特定できるので、非常操作が必要な範囲に限定される。
【００１１】本発明の方法を適用するプラント制御の無線システムは、自局の通信時間に通常操作指令を送信する複数の無線端末と、各無線端末の通信時間をサイクリックに管理すると共に前記端末から受信した操作指令をプラント機器のコントローラに伝送する基地局を備えるものであって、前記無線端末は通常操作指令の指示手段、割込みにより送信する非常操作指令の指示手段、前記操作指令に付加する指令コードの付与手段を備え、前記コントローラは、非常操作の指令コード毎に１または複数の操作対象機器を登録した非常操作テーブルを備え、基地局を介して受信した操作指令の前記指令コードから通常操作か非常操作かを判定し、非常操作の場合に前記テーブルから検出した操作対象機器に対し非常操作指令を出力することを特徴とする。
【００１２】上記した本発明の構成では、各監視員の無線端末に設けられている電波衝突を回避するため端末間の送信間隔時間を大きめに設定しておく。監視員が無線端末から非常操作指令を出力した場合、仮りに次の端末が通常操作を受付けていても送信間隔時間に容易に割り込むことができ、非常操作指令の優先処理が可能になる。もちろん、他局に割り当てられた通信時間帯が無通信であれば、非常操作指令の送信は可能である。
【００１３】なお、非常操作指令の割込みによって、自局の通信時間帯の一部または全部が占有された無線端末は、そのタイミングにおける操作指令の送信は休止となる。この休止した操作指令が通常操作であれば、次サイクルの通信タイミングを待つ。しかし、非常操作であれば、再び他局の通信の有無を判定し、無通信期間に割り込んでその非常操作指令を送信する。
【００１４】また、コントローラからの非常操作指令は通常操作指令との論理和を取って操作するので、仮りに、複数の監視員が異常要因のある機器に対して通常操作と非常停止操作を行った場合でも、基地局から出力された通常指令と非常動作テーブルからの非常操作指令との論理和をとることで、機器を強制的に非常操作指令通りに制御できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図２に、一実施例によるプラント制御の無線システムを示し、無線による通常操作と非常操作の概略の動作を説明する。
【００１６】本無線システムは、従来の現場盤１３に替えて無線端末１を適用したもので、ポンプ井１７、封水ポンプ１８、配水ポンプ１９、吐出弁２０等のプラント機器の監視・操作が、複数の無線端末１から可能になる。
【００１７】配水ポンプ１９や吐出弁２０は機器動作のための接触器１４、封水ポンプ１８、配水ポンプ１９、吐出弁２０は機器状態を取得するためのリミットスイッチ１５、ポンプ井１７は水位を検出するための検出器１６が設けられ、コントローラ１１の入出力装置（Ｉ／Ｏ）１２ａ〜１２ｄに接続されている。コントローラ１１は入出力装置１２ａ〜１２ｄから取得したプラント機器状態を基に、シーケンスプログラムにしたがって自動制御を行なっている。
【００１８】コントローラ１１と基地局１０、コントローラ１１と入出力装置１２は専用の制御ケーブルで接続され、入出力装置１２と接触器１４、リミットスイッチ１５及び検出器１６は信号ケーブルで直接またはリレーを介して接続されている。
【００１９】無線端末１は監視員が現場盤１３で監視していたプラント機器の状態を表わすランプ、プラント機器を操作するためのスイッチを取込んだもので、詳細な構成は後述する。プラント状態は、コントローラ１１に接続されている基地局１０から一定周期で送信されるデータから所望の機器情報を選別し、画面上に文字若しくはグラフィックで表示される。この情報を参照して、監視員が無線端末１より選択した機器に対して操作を行う。
【００２０】無線端末１から通常操作を行なう場合、基地局１０の送信信号の終了後に、各無線端末１の端末番号順に自己の送信開始時間を算出し、自局の送信時間でかつ電波障害の無いときに、２回連続して同一データを基地局１０に送信する。基地局１０は端末１からの操作指令の受信をトリガーとするイベント処理により、同一端末から同一データを２度受信したら、無線端末１からの操作指令と判断してコントローラ１１に伝送する。一方、非常操作指令は自局の送信タイミングに関係なく、後述のように各端末の送信タイミングの合い間に割り込んで送信される。このとき、割り込まれた次の端末の通常操作指令は次サイクルまで待たされる。非常操作指令も２回連続して送信される。
【００２１】コントローラ１１は基地局１０から受信した操作指令について、付与されている指令番号から通常操作と非常操作の分別を行ない、通常操作の場合は指令番号の対応する入出力装置１２ａ〜１２ｄに伝送する。一方、非常操作の場合は後述のように、非常操作の対象機器または組を確認して、該当する入出力装置１２ａ〜１２ｄに伝送する。例えば、１号ポンプにのみ非常停止の操作をしたり、１号ポンプの関連機器である２号ポンプや３号ポンプにも非常停止を操作することができる。
【００２２】図１は、本無線システムの要部を詳細に示した構成図である。無線端末１からの操作指令は、コントローラ１１に接続されている基地局１０で一括して受信し、連続して２回、同じ端末から同一の指令が受信された場合、受信した指令に付加された指令番号を参照して、コントローラ１１の指令格納メモリ２の機器指令格納エリア２ａ〜２ｎに一時保存する。例えば、無線端末１が操作対象機器として機器１を選択して操作指令を出力した場合、無線端末１からの操作指令には指令番号１が付与されるので、コントローラ１１は機器指令格納エリア２ａに操作指令を保存する。
【００２３】機器指令格納エリア２ａ〜２ｎに格納された操作指令はその指令番号により、コントローラ１１で通常操作指令と非常操作指令に分別される。本実施例では、通常操作指令の指令番号と対象機器の機器番号が直接対応するので、通常指令は対応する入出力装置４ａ〜４ｎに送信される。
【００２４】一方、非常操作指令は付与されている指令番号は、例えばＡ〜Ｇなどと付与され、機器番号と直接対応しない。コントローラ１１は指令番号から非常操作指令と判断すると、予め登録してある非常動作データベース３の内容を参照する。非常動作データベース３には、指令番号３ａ欄のＡ〜Ｇに対応して、機器１〜ｎ欄に非常操作の実行の有無が登録されている。コントローラ１１は指令番号をキーにデータベース３を参照し、指令番号に登録されている非常操作の対象機器の１つまたは組を決定し、それら操作対象機器と接続する入出力装置４ａ〜４ｎに対して出力指令を出す。
【００２５】例えば、機器１を通常操作している無線端末１から、指令番号Ｂを付加した非常操作指令が送信された場合、コントローラ１１は非常操作であることを判別すると、データベース３の指令番号３ａのＢを参照し、非常操作指令を機器２に出力する。つまり、機器１を操作している無線端末１から、機器２に対して非常操作を出力する。また、指令番号Ｄであれば、機器１と機器２の双方に対して非常操作を出力する。これによれば、非常操作指令を出力する対象機器が真に必要な範囲に限定できるので、プラントに悪影響を与えることがなく、また、再起動の操作も必要なくなる。
【００２６】入出力装置４ａ〜４ｎに対して送られた操作指令は、通常操作と非常操作の論理和がとられる。通常操作の場合は入指令５ａまたは切指令５ｂの一方のみオンとなる。しかし、非常操作指令がある場合には入指令５ａと切指令５ｂが同時に出力され、その指令によって機器、例えばモータ９を駆動する接触器７ｂを投入・遮断するリレー７ａを入／切してモータ９の電源を制御する。
【００２７】図１では、モータ９を非常操作指令で停止させるために、モータ９を制御するリレー７ａの条件が切指令５ｂ優先ロジックで構成され、通常操作では指令内容に応じてモータ９を運転または停止させる。また、ハードロックの保護機能としてモード切換えスイッチ６や負荷継電器８などを設け、モータ９等の点検中は点検モードに切り替え、他の端末からの非常操作指令や通常操作指令をロックし、点検中に他の端末から予想外の操作による事故発生を未然に防止している。
【００２８】図３は、無線端末の一実施例による画面表示例である。無線端末１の画面は大別して、操作対象機器選択画面２１、通常操作画面２２、非常操作画面２３に分かれている。 無線端末１は、一つのプラントにおいて理論上複数台の使用が可能で、一台の無線端末１で無線端末１に予め登録されている機器のうち、一つの機器を選択して機器の監視・操作を行う。
【００２９】無線端末１で、監視員が監視・操作対象機器を選択するために、最初に操作対象機器選択画面２１が開かれる。画面上部に表示されている画面項目（ここでは、操作場所）２４、操作機器の画面に切換えるための機器名称２５ａ〜２５ｅ、機器名称が多数の場合に名称を替えるための前頁２６、次頁２７、プラント故障を表示するための故障速報エリア２８が設けられている。この画面２１で、監視員が監視・操作したい機器名称２５ａ〜２５ｅを触る事で、通常操作画面２２に切換る。
【００３０】通常操作画面２２では、選択された機器名称２５ａ〜２５ｅに応じて画面項目２４の機器名称が変わる。画面２２では、監視・操作対象となる機器に関する状態表示２９ａ〜２９ｂと通常操作が行える。機器操作を行う場合には、通常操作として停止３０ａ又は運転３０ｂを触った後、操作指令を出力するときは実行３１ｂ、操作を取消すときは取消３１ａを触る。
【００３１】無線端末１はプラント機器の操作内容を入力されると、その情報を図示していない無線端末メモリに一旦、格納する。その後、基地局１０の送信終了を受信すると、各無線端末１に予め割り当てられている順番（端末番号順）を基に、自己の送信開始時間を算出し、送信開始時間に合わせて２回に別けて無線端末メモリに格納された操作指令を送信する。
【００３２】通常操作画面２２から操作場所３２ａを触ると、操作対象機器選択画面２１に切換り、非常操作３２ｂを触ると非常操作画面２３に切換る。非常操作画面２３では、操作対象機器及びその関連機器に対して非常操作指令が出力でき、操作方法は通常操作画面２２と同様である。
【００３３】非常操作画面２３に登録されている非常操作３３ａ〜３３ｃは、図１の非常動作データベース３の指令番号３ａに対応して設定された情報である。例えば、操作場所が１号ポンプの非常停止３３ａは、機器番号１の非常操作であるから指令番号Ａとなる。また、共通機器停止３３ｃは機器番号１〜３までの非常操作であり、指令番号Ｇとなる。
【００３４】図４は、無線端末における操作指令の送信処理を示すフローチャートである。無線端末１は送信タイミングに達したかの確認を行う（Ｓ１）。自局が送信タイミングであれば、自局の操作指令を送信するために、送信している他局があるかチエックする（Ｓ３）。具体的には空中電力の測定を行なう。他局の電波が出力されていない場合には、操作指令を出力するために電波送信を開始する（Ｓ５）。この手順で、通常操作指令が基地局１０に送信される。他局の電波が出力されている場合は電波衝突による誤操作を回避するため、当該タイミングでの送信を取りやめ、次の電波送信タイミングを待つ（Ｓ４）。なお、自端末１に送信指令の受付けがない場合も、ステップＳ４に移行する。
【００３５】一方、ステップＳ１で自局の送信タイミングでない場合に、自端末１が非常操作指令を受け付けているかチエックする（Ｓ２）。これは、図３の非常操作画面２３で実行３４ｂがオンされたかの判定となる。非常操作を受け付けている場合は、送信している他局があるかチエックし（Ｓ３）、他に送信している局がなければ、直ちに２回連続して非常操作指令を送信する（Ｓ５）。これによれば、自無線端末１が送信タイミングでない場合にも、他局が送信していなければ、他局の送信時間帯に割り込んで、緊急かつ確実に非常操作指令を送信することができる。
【００３６】図５は、本無線システムの全体動作を示すタイムチャートである。非常操作と通常操作の電波送信について、基地局１０と無線端末１−１〜１−ｎの送信タイミングを示している。無線は各端末１より同時に電波を発生した場合、電波同士の干渉により正常な信号を送信できなくなる。このため、各端末１から電波を発信する場合に、空中電力を測定し、基地局１０や他の端末１が送信していないことを確認してから送信する必要がある。
【００３７】本無線システムでは、基地局１０と各端末１の送信タイミングを順番に、サイクリックに割当てる。各端末１は基準局１０からの信号を受信すると、予め定められている端末間インターバルから、自局の送信タイミングを算出する。図示のように、端末１−１は基地局１０からの電波を受信すると、基地局送信信号３４の送信時間と通信間隔３５を加算したインターバル３６ａ経過後の送信タイミングに、自己の通常操作指令３６ｂを送信する。また、端末１−１は送信後に非常操作を受け付けると、直ちに通信間隔３５を利用して割込み、非常操作指令３６ｃを送信する。
【００３８】端末１−２はインターバル３７ａの経過後の送信タイミングに、自己の通常操作指令３７ｂを送信しようとするが、このとき電波３６ｃが検出されるため、送信を取り止めて次サイクルの送信待ちを行なう。なお、本実施例では通常操作指令のみの場合に比べ通信間隔３５を長くして、非常操作の優先割込みを容易にしている。
【００３９】
【発明の効果】本発明によれば、従来は非常停止スイッチにより非常操作していたものを、無線端末から非常操作指令を他との干渉を回避して操作できるので、プラント機器の非常時の操作が緊急かつ容易に行なえる。これにより、非常停止操作までの時間のロスによる事態の悪化を防ぐ事が可能となる。
【００４０】また、無線の操作指令に付与した指定番号により、操作対象機器を個別ないし組に限定して停止できるので、プラントに対する影響が少なく、再起動の操作も必要なくなる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１０年７月３日（１９９８．７．３）
【代理人】 【識別番号】１０００６１８９３
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 明夫 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−２３２６８（Ｐ２０００−２３２６８Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２１日（２０００．１．２１）
【出願番号】 特願平１０−１８９１４７