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技術 プラント監視制御装置及びプログラム

出願人 株式会社東芝
発明者 稲田浩
出願日 2013年7月26日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2013-155828
公開日 2015年2月5日 (4年10ヶ月経過) 公開番号 2015-026279
状態 未査定
技術分野 プログラマブルコントロ-ラ 制御系の安全装置
主要キーワード プロセス制御信号 信号選択装置 C言語 補助機器 プラント制御装置 アプリソフト プラント機器 システマティック
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2015年2月5日)のものです。
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図面 (7)

課題

システマティックフェイラに対する信頼性を向上させる。

解決手段

仮想化オペレーティングシステムにより複数の仮想化コントローラを作成するコントローラ10と、各仮想化コントローラに対応して設けられ、仮想化コントローラにより生成された第1プラント制御信号を出力する複数の入出力部12a、12b、12cと、複数の入出力部から出力された第1プラント制御信号に基づいて第2プラント制御信号を生成し、第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信する信号選択部13と、を備える。各仮想化コントローラは、プラント機器状態信号を用いて制御演算を行い、第1プラント制御信号を生成する。各仮想化コントローラでは互いに異なるオペレーティングシステムが動作する。

概要

背景

発電プラントタービン機器監視・制御を行う監視制御装置は、多重化されたコントローラを有し、各コントローラが蒸気加減弁補助機器等のタービンプロセスを制御する演算を行っている。そして、信号選択装置が各コントローラの演算結果の中間値又は多数決をとって制御信号を出力し、タービンプロセスを制御している。

このような従来の監視制御装置は、コントローラが多重化(冗長化)されているため、ハードウェア故障等のランダムフェイラに対する信頼性が高かった。しかし、ソフトウェア内在する不適合等のシステマティックフェイラに対する信頼性は向上出来ていなかった。

概要

システマティックフェイラに対する信頼性を向上させる。仮想化オペレーティングシステムにより複数の仮想化コントローラを作成するコントローラ10と、各仮想化コントローラに対応して設けられ、仮想化コントローラにより生成された第1プラント制御信号を出力する複数の入出力部12a、12b、12cと、複数の入出力部から出力された第1プラント制御信号に基づいて第2プラント制御信号を生成し、第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信する信号選択部13と、を備える。各仮想化コントローラは、プラント機器状態信号を用いて制御演算を行い、第1プラント制御信号を生成する。各仮想化コントローラでは互いに異なるオペレーティングシステムが動作する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、システマティックフェイラに対する信頼性を向上させたプラント監視制御装置及びプログラムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

仮想化オペレーティングシステムにより複数の仮想化コントローラを作成するコントローラと、各仮想化コントローラに対応して設けられ、仮想化コントローラにより生成された第1プラント制御信号を出力する複数の入出力部と、前記複数の入出力部から出力された前記第1プラント制御信号に基づいて第2プラント制御信号を生成し、前記第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信する信号選択部と、を備え、各仮想化コントローラは、プラント機器状態信号を用いて制御演算を行い、前記第1プラント制御信号を生成し、各仮想化コントローラでは互いに異なるオペレーティングシステムが動作することを特徴とするプラント監視制御装置

請求項2

各仮想化コントローラのオペレーティングシステム上でミドルウェアアプリケーションソフトウェアを実行して前記第1プラント制御信号が生成され、各仮想化コントローラのオペレーティングシステム、ミドルウェア、及びアプリケーションソフトウェアは互いに異なることを特徴とする請求項1に記載のプラント監視制御装置。

請求項3

前記信号選択部は、各仮想化コントローラにより生成された前記第1プラント制御信号の中間値又は多数決をとって前記第2プラント制御信号を生成することを特徴とする請求項1又は2に記載のプラント監視制御装置。

請求項4

仮想化オペレーティングシステムにより複数の第2仮想化コントローラを作成する第2コントローラをさらに備え、各第2仮想化コントローラは、前記状態信号を用いて制御演算を行い、第3プラント制御信号を生成し、前記信号選択部は、前記第1プラント制御信号及び前記第3プラント制御信号に基づいて前記第2プラント制御信号を生成することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のプラント監視制御装置。

請求項5

仮想化オペレーティングシステムにより、複数の第1仮想化コントローラと、第2仮想化コントローラとを作成するコントローラを備え、各第1仮想化コントローラは、プラント機器の状態信号を用いて制御演算を行い、第1プラント制御信号を生成し、前記第2仮想化コントローラは、各第1仮想化コントローラにより生成された前記第1プラント制御信号に基づいて第2プラント制御信号を生成し、前記第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信し、各第1仮想化コントローラでは互いに異なるオペレーティングシステムが動作することを特徴とするプラント監視制御装置。

請求項6

仮想化オペレーティングシステムにより、互いに異なるオペレーティングシステムが動作する複数の仮想化コントローラを作成するステップと、各仮想化コントローラが、各仮想化コントローラに対応して設けられた複数の入出力部を介してプラント機器の状態信号を受信するステップと、各仮想化コントローラが前記状態信号を用いて制御演算を行い、第1プラント制御信号を生成するステップと、前記複数の入出力部を介して前記第1プラント制御信号を出力するステップと、前記複数の入出力部から出力された前記第1プラント制御信号の中間値又は多数決をとって第2プラント制御信号を生成するステップと、前記第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信するステップと、をコンピュータに実行させるプログラム

技術分野

0001

本発明の実施形態は、プラント監視制御装置及びプログラムに関する。

背景技術

0002

発電プラントタービン機器監視・制御を行う監視制御装置は、多重化されたコントローラを有し、各コントローラが蒸気加減弁補助機器等のタービンプロセスを制御する演算を行っている。そして、信号選択装置が各コントローラの演算結果の中間値又は多数決をとって制御信号を出力し、タービンプロセスを制御している。

0003

このような従来の監視制御装置は、コントローラが多重化(冗長化)されているため、ハードウェア故障等のランダムフェイラに対する信頼性が高かった。しかし、ソフトウェア内在する不適合等のシステマティックフェイラに対する信頼性は向上出来ていなかった。

先行技術

0004

特開2009−180188号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明が解決しようとする課題は、システマティックフェイラに対する信頼性を向上させたプラント監視制御装置及びプログラムを提供することである。

課題を解決するための手段

0006

本実施形態によれば、プラント監視制御装置は、仮想化オペレーティングシステムにより複数の仮想化コントローラを作成するコントローラと、各仮想化コントローラに対応して設けられ、仮想化コントローラにより生成された第1プラント制御信号を出力する複数の入出力部と、前記複数の入出力部から出力された前記第1プラント制御信号に基づいて第2プラント制御信号を生成し、前記第2プラント制御信号をプラント制御機器へ送信する信号選択部と、を備える。各仮想化コントローラは、プラント機器状態信号を用いて制御演算を行い、前記第1プラント制御信号を生成する。各仮想化コントローラでは互いに異なるオペレーティングシステムが動作する。

図面の簡単な説明

0007

本実施形態に係るプラント監視制御システム概略構成図である。
本実施形態に係るプラント監視制御装置のハードウェア構成図である。
本実施形態に係るタービンプロセス制御部の論理構成図である。
変形例によるタービンプロセス制御部の論理構成図である。
変形例によるタービンプロセス制御部の論理構成図である。
変形例によるタービンプロセス制御部の論理構成図である。

実施例

0008

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

0009

図1は本実施形態に係るプラント監視制御システムの概略構成を示す。図1に示すように、プラント監視制御システムは、プラント監視制御装置1と、プラント2とを備える。プラント2には、プラント機器や、プラント機器の状態を検出し、状態信号を出力する各種センサ、プラント機器を制御するプラント制御機器などが設けられている。プラント制御装置1は、プラント2の各種センサから状態信号を受け取り、プラント制御信号を出力してプラント制御機器を制御する。

0010

例えば、プラント2が発電プラントである場合、プラント機器として、ボイラ、タービン、発電機等が設置されている。各種センサは、状態信号として、例えば、タービンに供給される蒸気圧力タービン回転数、発電機の出力等を検出する。プラント監視制御装置1は、センサから取得した状態信号に基づき、例えば、蒸気流量を調整するバルブ開度を制御するプラント制御信号を生成し、出力する。以下では、タービンプロセスを監視・制御する例について説明する。

0011

図2は、プラント監視制御装置1のハードウェア構成図である。図2に示すように、プラント監視制御装置1は、コントローラ10、第1入出力部12a〜12c、信号選択部13、及び第2入出力部14を備えている。第2入出力部14は、外部の通信回線に接続され、プラント2の各種センサが検出した状態信号が入力される。また、第2入出力部14は、プラント制御信号をプラント2のプラント制御機器へ出力する。第1入出力部12a〜12cは、後述する仮想化コントローラ110a〜110cに対応して設けられている。

0012

コントローラ10は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)を有している。CPUは、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、プログラムを実行することで、タービンプロセス制御部を実現する。

0013

図3に、CPUがプログラムを実行することで実現されるタービンプロセス制御部の論理構成を示す。プログラムの実行により、コントローラ10上に仮想化オペレーティングシステム(以下、“仮想化OS”という)100が動作し、この仮想化OS100上で仮想化コントローラ110a〜110cが作成される。

0014

仮想化コントローラ110aは、仮想化OS100及び第1入出力部12aを介して状態信号を取得する。仮想化コントローラ110aは、オペレーティングシステム(以下、“OS”という)112a及びタービンプロセス制御ミドルウェア114aを実装し、OS112a上でタービンプロセス制御ミドルウェア114aがタービンプロセス制御アプリソフトアプリケーションプログラム)116aを実行する。

0015

タービンプロセス制御アプリソフト116aを実行することで、状態信号に基づいてタービンプロセスを制御するための演算が行われ、タービンプロセス制御信号が生成される。例えば、状態信号が示すタービン回転数と、タービン回転数の目標値とが比較され、比較結果に基づいて、蒸気流量を調整するためのタービンプロセス制御信号が生成される。仮想化コントローラ110aは、仮想化OS100及び第1入出力部12aを介して、生成したタービンプロセス制御信号を信号選択部13へ出力する。

0016

仮想化コントローラ110bは、仮想化OS100及び第1入出力部12bを介して状態信号を取得する。仮想化コントローラ110bは、OS112b及びタービンプロセス制御ミドルウェア114bを実装し、OS112b上でタービンプロセス制御ミドルウェア114bがタービンプロセス制御アプリソフト116bを実行する。

0017

タービンプロセス制御アプリソフト116bを実行することで、状態信号に基づいてタービンプロセスを制御するための演算が行われ、タービンプロセス制御信号が生成される。仮想化コントローラ110bは、仮想化OS100及び第1入出力部12bを介して、生成したタービンプロセス制御信号を信号選択部13へ出力する。

0018

仮想化コントローラ110cは、仮想化OS100及び第1入出力部12cを介して状態信号を取得する。仮想化コントローラ110cは、OS112c及びタービンプロセス制御ミドルウェア114cを実装し、OS112c上でタービンプロセス制御ミドルウェア114cがタービンプロセス制御アプリソフト116cを実行する。

0019

タービンプロセス制御アプリソフト116cを実行することで、状態信号に基づいてタービンプロセスを制御するための演算が行われ、タービンプロセス制御信号が生成される。仮想化コントローラ110cは、仮想化OS100及び第1入出力部12cを介して、生成したタービンプロセス制御信号を信号選択部13へ出力する。

0020

仮想化コントローラ110a〜110cが実装するOS112a〜112cはそれぞれ異なるものである。例えば、OS112a〜112cには、Windows CE(登録商標)、VxWorks(登録商標)、μITRONなど互いに異なるものが用いられる。

0021

同様に、仮想化コントローラ110a〜110cが実装するタービンプロセス制御ミドルウェア114a〜114cも互いに異なるものである。

0022

また、タービンプロセス制御アプリソフト116a〜116cも、同じ制御ロジックを異なるミドルウェアで実行するために異なる言語で構築される。

0023

仮想化コントローラ110a〜110cは、同じ状態信号が入力し、同じ制御ロジックを実行するため、OS112a〜112c、タービンプロセス制御ミドルウェア114a〜114c、タービンプロセス制御アプリソフト116a〜116cが正常である場合は、同じタービンプロセス制御信号を生成して出力する。

0024

信号選択部13は、第1入出力部12a〜12cを介して、仮想化コントローラ110a〜110cにより作成された3つのタービンプロセス制御信号(第1プラント制御信号)を取得する。そして、信号選択部13は、3つのタービンプロセス制御信号の中間値又は多数決をとってタービンプロセス制御信号(第2プラント制御信号)を生成し、第2入出力部14を介してプラント2のプラント制御機器へ出力する。

0025

本実施形態では、それぞれ異なるOS、ミドルウェア、アプリソフトを実装する複数の仮想化コントローラ110a〜110cが作成されている。言い換えれば、ソフトウェアが多重化(冗長化)されている。そのため、例えば、仮想化コントローラ110a上のOS、ミドルウェア、アプリソフトに不適合(例えば、C言語コンパイラミスがある等のバグ)が内在されている場合でも、他の仮想化コントローラ110b、110cからは正常なタービンプロセス制御信号が出力される。信号選択部13は、これらのタービンプロセス制御信号に基づいて、正常なプラント制御信号をプラント制御機器へ出力することができる。

0026

信号選択部13は、異常なプラント制御信号を出力する仮想化コントローラが存在している場合、この仮想化コントローラのOS、ミドルウェア、アプリソフトに不適合が在外していることをオペレータ報知するようにしてもよい。

0027

このように本実施形態では、1つのコントローラの仮想化OS100上に複数の仮想化コントローラ110a〜110cを実現し、各仮想化コントローラ110a〜110cのOS、ミドルウェア、アプリソフトを異なるものにすることで、ソフトウェアの冗長化を図り、ソフトウェアに内在する不適合等のシステマティックフェイラに対する信頼性を向上させることができる。

0028

上記第1の実施形態では、仮想化OS100上に、互いに異なるOS、ミドルウェア、アプリソフトを実装する3つの仮想化コントローラ110a〜110cが作成される例について説明したが、仮想化コントローラは2つでもよいし、4つ以上でもよい。仮想化コントローラの数が多い程、システマティックフェイラに対する信頼性を向上させることができる。

0029

仮想化コントローラが2つ作成され、そのうちの一方のアプリソフトに不適合が内在し、信号選択部13が受信する2つのタービンプロセス制御信号が互いに異なる制御を示す場合、信号選択部13は、2つのタービンプロセス制御信号のうち、タービンの安全運転につながるタービンプロセス制御信号を選択して出力することが好ましい。

0030

例えば、2つのタービンプロセス制御信号の一方がバルブの開度を大きくして蒸気流量を増やす制御を示し、他方がバルブの開度を小さくして蒸気流量を減らす制御を示す場合、信号選択部13は、バルブの開度を小さくして蒸気流量を減らす制御を示すタービンプロセス制御信号を選択して出力する。仮想化コントローラが2つの場合は、多数決をとることができず、どちらの仮想化コントローラのタービンプロセス制御信号が正常であるか判定できないためである。

0031

上記実施形態では、1つのコントローラ10上で仮想化OS100が動作し、この仮想化OS上に複数の仮想化コントローラ110a〜110cを作成していたが、このようなコントローラ10を複数設けてもよい。図4は、コントローラ10を2つ設け、各仮想化コントローラに対応した第1入出力部を設けた例を示している。図4に示す構成では、信号選択部は、信号選択部13_1及び13−2と、信号選択部13_3との2段階に配置される。

0032

信号選択部13_1は、一方のコントローラ10の仮想化コントローラ110a〜110cから出力される3つのタービンプロセス制御信号(第1プラント制御信号)を取得し、取得した3つのタービンプロセス制御信号の中間値をとり、信号選択部13_3へ出力する。また、信号選択部13_2は、他方のコントローラ10の仮想化コントローラ110a〜110cから出力される3つのタービンプロセス制御信号(第3プラント制御信号)を取得し、取得した3つのタービンプロセス制御信号の中間値又は多数決をとり、信号選択部13_3へ出力する。

0033

信号選択部13_3は、信号選択部13_1及び13_2から受け取った値の中間値をとるか、又はタービンの安全運転につながる値を選択してタービンプロセス制御信号(第2プラント制御信号)を生成し、第2入出力部14(図示せず)を介してプラント2のプラント制御機器へ出力する。このようにコントローラ10を複数設けることで、ハードウェア故障等のランダムフェイラに対する信頼性を向上させることができる。

0034

上記実施形態では、ハードウェアで構成された信号選択部13が、仮想化コントローラ110a〜110cから出力されたタービンプロセス制御信号の中間値又は多数決をとり、プラント制御機器へタービンプロセス制御信号を送信していたが、図5に示すように、仮想化コントローラ110dをさらに作成し、この仮想化コントローラ110dが信号選択部13の処理を行い、信号選択部13を省略してもよい。この場合、仮想化コントローラ110a〜110cにより作成されたタービンプロセス制御信号はコントローラ10の外部へは出力されないため、第1入出力部は1つ(第1入出力部12d)設ければよい。

0035

仮想化コントローラ110dは、OS112d及ミドルウェア114dを実装し、OS112d上でミドルウェア114dが信号選択アプリソフト116dを実行する。

0036

信号選択アプリソフト116dを実行することで、仮想化コントローラ110a〜110cにより作成されたタービンプロセス制御信号(第1プラント制御信号)を取得し、これらの中間値又は多数決をとり、タービンプロセス制御信号(第2プラント制御信号)が生成される。仮想化コントローラ110dは、第1入出力部12dを介して、生成したタービンプロセス制御信号を第2入出力部14へ出力し、第2入出力部14がこのタービンプロセス制御信号をプラント2のプラント制御機器へ出力する。

0037

また、仮想化コントローラ110a〜110dが作成されるコントローラ10を複数設けてもよい。図6は、コントローラ10が3つ設けられている例を示している。図6に示す構成では、コントローラ10の数に対応して、第1入出力部12dが3つ設けられており、各コントローラ10の仮想化コントローラ110dにより生成されたタービンプロセス制御信号が、対応する第1入出力部12dを介して出力される。また、信号選択部13が設けられ、信号選択部13は、3つのコントローラ10の仮想化コントローラ110dにより生成された3つのタービンプロセス制御信号を取得し、これらの中間値又は多数決をとってタービンプロセス制御信号を生成し、第2入出力部14(図示せず)を介してプラント2のプラント制御機器へ出力する。

0038

このような構成にすることで、システマティックフェイラ及びランダムフェイラに対する信頼性を向上させることができる。

0039

上記実施形態では、仮想化コントローラ110a〜110cに同一の状態信号が入力される例について説明したが、プラント機器の状態を複数のセンサで検出し、各センサで検出した状態信号を対応する仮想化コントローラ110に与えてもよい。例えば、タービン回転数を第1〜第3センサで検出し、第1センサから出力された状態信号を仮想化コントローラ110aに入力し、第2センサから出力された状態信号を仮想化コントローラ110bに入力し、第3センサから出力された状態信号を仮想化コントローラ110cに入力してもよい。あるいはまた、各仮想化コントローラ110a〜110cが、第1〜第3センサから出力された状態信号を取得し、これらの平均値又は中間値に基づいて、プラント制御信号を生成してもよい。

0040

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、システマティックフェイラに対する信頼性を向上させることができる。

0041

上述した実施形態で説明したプログラムは、フレキシブルディスクCD−ROM等の記録媒体収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスク光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置メモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、このプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。

0042

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

0043

1プラント監視制御装置
2プラント
10コントローラ
11 記憶部
12a〜12c 第1入出力部
13信号選択部
14 第2入出力部
100仮想化オペレーティングシステム
110a〜110c 仮想化コントローラ
112a〜112c オペレーティングシステム
114a〜114cタービンプロセス制御ミドルウェア
116a〜116c タービンプロセス制御アプリソフト

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