特開 2025-12281 監視制御システム及び監視制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025012281

(43)【公開日】2025-01-24

(54)【発明の名称】監視制御システム及び監視制御方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 9/02 20060101AFI20250117BHJP

   G05B 19/05 20060101ALI20250117BHJP

【ＦＩ】

G05B9/02 B

G05B19/05 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023115008

(22)【出願日】2023-07-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100200218

【弁理士】

【氏名又は名称】沼尾 吉照

(72)【発明者】

【氏名】小宮 慎太郎

【テーマコード（参考）】

5H209

5H220

【Ｆターム（参考）】

5H209AA01

5H209DD11

5H209GG06

5H209HH04

5H209JJ09

5H220AA01

5H220BB09

5H220BB13

5H220CC09

5H220CX09

5H220JJ12

5H220JJ17

5H220JJ28

5H220KK03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】１つのモジュール異常が発生した場合でも、ＰＬＣをエラーダウンさせずに継続した監視制御が可能となり、制御を停止するようなソフトを製作する必要もなく、人為的なミスの発生も防ぐことが可能な監視制御システムを提供する。
【解決手段】プラントの設備機器１８の制御を行う制御システムにおいて、設備機器１８に対する制御信号の入出力装置である複数のモジュール１１と、モジュール１１と設備機器１８の制御との対応関係を記憶する記憶部１５と、モジュール１１の異常を検出する異常検出部１２と、異常検出部１２によってモジュール１１の異常が検出された際、記憶部１５に記憶された前記対応関係に基づいて、対応する設備機器１８の制御を停止する制御部１４とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プラントの設備機器の制御を行う監視制御システムにおいて、
前記設備機器に対する制御信号の入出力装置である少なくとも１つのモジュールと、
前記モジュールと前記設備機器の制御との対応関係を記憶する記憶部と、
前記モジュールの異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部によって前記モジュールの異常が検出された際、前記記憶部に記憶され
た前記対応関係に基づいて、前記設備機器の制御を停止する制御部と、
を備えた監視制御システム。

【請求項2】

前記記憶部に記憶されている前記設備機器の制御に使用される変数から、前記モジュー
ルと連関した前記設備機器の制御を特定する対象制御特定部をさらに備え、
前記制御部は、前記対象制御特定部によって特定された異常が検出された前記モジュー
ルと連関した前記設備機器の制御を停止する、
請求項１記載の監視制御システム。

【請求項3】

前記記憶部は、前記制御の停止が有効か無効かを前記制御と連関して記憶し、
前記制御部は、前記制御の停止が有効であると記憶されているときのみ前記制御の停止
を実行する、
請求項１又は請求項２に記載の監視制御システム。

【請求項4】

前記記憶部に記憶されている、前記モジュールと前記変数と、前記設備機器の制御との
対応関係を表示する表示部をさらに備える、
請求項２に記載の監視制御システム。

【請求項5】

プラントの設備機器の制御を行う制御システムにおいて、
前記設備機器に対する制御信号の入出力装置であるモジュールにおいて少なくとも１つ
のモジュールの異常を検出し、
前記設備機器の制御に使用される変数から前記モジュールと連関した前記設備機器の制
御を特定する対象制御特定部に対して、前記異常に関する情報を出力し、
前記対象制御特定部は、前記異常に関する情報に基づいて、前記モジュールと連関した
制御の有無を特定したうえで、前記制御の停止が有効か無効か判定し、
前記制御の停止が有効である場合に、前記設備機器の制御を実行する制御部が、前記制
御を停止する、
監視制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、監視制御システム及び監視制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

水処理プラント等の監視制御システムのＰＬＣ（Programmable Logic Controller；制
御コントローラ）はディジタル入力モジュール（ＤＩ）、ディジタル出力モジュール（Ｄ
Ｏ）、アナログ入力モジュール（ＡＩ）、アナログ出力モジュール（ＡＯ）等の多数のモ
ジュールで構成される。
このモジュールの構成は対象設備毎に異なるが、ＰＬＣは1つ以上のモジュールが異常と
なる場合にエラーダウンすることが一般的である。
また、モジュール異常の場合に、異常モジュールの信号は前回値を保持したまま、異常モ
ジュールのみを切り離して運転を継続させる機能（以降、ＩＯ縮退機能と称す）を用いる
ことで、異常となったモジュールのみを切り離して運転を継続することも可能である。さ
らに、制御で使用しているモジュールが異常となった際には、制御を停止するようにソフ
トを製作するといった処置を行う場合もある。

【0003】

特許文献１には、ＣＰＵモジュールとリモートＩＯモジュール等を備え、プラントなど
の設備機器の制御を行う制御コントローラであって、ＣＰＵモジュール異常時に制御対象
となる全ての制御機器の制御を停止することが記載されている。

【0004】

特許文献２には、受配電設備を監視制御する機器を、平常時の監視機能を実現する平常
モードと、平常モードと稼働負荷の異なる非平常モードのいずれかを選択的に動作させる
ことができる監視制御装置であって、縮退モードに切り替えるか否かを選択する選択部を
有することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６－９９８７９号公報

【特許文献2】特開２０１９－３２９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

モジュール異常でＰＬＣをエラーダウンさせる場合は工数がかからずかつ安全ではある
が、1つのモジュール異常で全監視制御が出来なくなるため不便である。

【0007】

また、ＩＯ縮退機能を用いた場合、異常となったモジュールの信号の状態が分からなく
なるため、ＰＬＣを運転継続したとしてもＰＬＣで行っている制御が正しく行われていな
い可能性がある。

【0008】

さらに、制御を停止するようなソフトを製作する場合、制御の数が多くなると膨大な工
数がかかる上、人為的なミスが発生する可能性が高くなるため、制御が実装されているＰ
ＬＣではあまり実施されていない。

【課題を解決するための手段】

【0009】

そこで、上記課題を解決するために、実施形態の監視制御システムは、プラントの設備
機器の制御を行う制御システムにおいて、前記設備機器に対する制御信号の入出力装置で
ある複数のモジュールと、前記モジュールと前記設備機器の制御との対応関係を記憶する
記憶部と、前記モジュールの異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部によって前記
モジュールの異常が検出された際、前記記憶部に記憶された前記対応関係に基づいて、対
応する前記設備機器の制御を停止する制御部とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係る監視制御システムの構成図

【図2】実施形態に係るモジュール構成の一例

【図3】実施形態に係るモジュール、変数、信号の表の一例

【図4】実施形態に係る制御に連関する情報の一例

【図5】実施形態に係る監視制御方法のシステムフローの一例

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して発明を実施するための実施形態について説明する。

【0012】

実施形態に係る監視制御システムの構成を図１に示し、以下に図１を参照して実施形態
に係る監視制御システムを説明する。

【0013】

実施形態に係る監視制御システムは、主にＰＬＣ２０で構成される。ＰＬＣ２０は設備
機器１８の制御をおこなう制御コントローラであって、制御信号の入出力装置であるモジ
ュール１１と、モジュール１１の異常を検出する異常検出部１２と、異常が検出されたモ
ジュールとそのモジュールに連関する制御とを特定する対象制御特定部１３と、設備機器
１８に対して制御プログラムを実行する制御部１４と、記憶装置である記憶部１５を備え
る。コンピュータ１０はユーザが操作するための操作部１６といわゆる監視画面である表
示部１７を備える。

【0014】

実施形態に係る監視制御システムは水処理プラント等に設置されている設備機器１８を
監視制御するシステムである。設備機器１８は複数あるのが一般的で、実施形態に係る監
視制御システムは多数の設備機器１８の運転、停止等を制御している。設備機器１８はＰ
ＬＣ２０とケーブルＬで接続され、このケーブルＬを通して制御信号の伝達が行われる。
例えば、設備機器１８がポンプであった場合に、計測されたポンプの吐出流量をＰＬＣ２
０へ入力して、所定の閾値より吐出流量が大きい場合は所定の閾値となるようにＰＬＣ２
０から設備機器１８であるポンプへ吐出量を減少させる指示、制御を行うことが出来る。

【0015】

ここで、実施形態に係るＰＬＣ２０が備えるモジュール１１について、図２のモジュー
ルの構成の一例を使って説明する。図２のモジュールの構成はあくまで一例であって、モ
ジュールの構成はこれに限らない。

【0016】

ＩＦ２１はＩＦモジュールであって、ＩＦ（Inter Face）とはインターフェースの略語
である。ＩＦモジュールはＰＬＣ２０の入出力（Ｉ／Ｏ）を拡張するためのモジュールで
あって、ＰＬＣに接続されることで、ＰＬＣ２０のＩ／Ｏポートを拡張し、外部にある複
数の設備機器１８との接続を可能とする。

【0017】

電源２２は電源モジュールであって、ＰＬＣ２０の各ユニットに電源を供給する役割を
担っている。

【0018】

ＣＰＵ２３はＣＰＵモジュールであって、ＰＬＣ２０のプログラムを実行し、外部入力
信号を監視し、出力信号を制御するための処理を行う。例えば、外部入力信号を読み取り
、プログラムに従って処理し、出力信号を変化させることができる。また、ＣＰＵモジュ
ールは、ＰＬＣ２０内の各モジュール間でデータを転送するための通信機能を有している
場合もある。この場合、例えば、ＡＩ（Analog Input）モジュールであるＡＩ２７から取
得したデータを、プログラムで処理してＡＯ（Analog Output）モジュールであるＡＯ２
８やＤＯ（Digital Output）モジュールであるＤＯ２６に送信することが可能となる。

【0019】

ＤＩ１～ＤＩ８であるＤＩ２４はＤＩモジュール（ディジタル入力モジュール）であっ
て、ＤＩ（Digital Input）はディジタルインプットの略語である。ＤＩモジュールは、
ＰＬＣ２０へのディジタルの入力信号を受取ることができて、例えば、スイッチやセンサ
からの信号を受取りＣＰＵ２３へ送信することができる。また、ＰＬＣ２０へのディジタ
ルの入力信号を処理するためにも使用される。

【0020】

空２５は、いわゆるモジュール用の空きスペースであって、モジュールは実装されてい
ない。改造等で新たに何らかのモジュールが必要になった場合にモジュール追加が可能な
スペースである。

【0021】

ＤＯ１～ＤＯ４であるＤＯ２６はＤＯモジュール（ディジタル出力モジュール）であっ
て、ＤＯ（Digital Output）とはディジタルアウトプットの略語である。ＤＯモジュール
は、ＰＬＣ２０のプログラムに基づいて制御信号を発生させ、外部機器のＯＮ／ＯＦＦな
どの制御を行うためのモジュールである。

【0022】

ＡＩ１～ＡＩ３であるＡＩ２７はＡＩモジュール（アナログ入力モジュール）であって
、ＡＩ（Analog Input）とはアナログインプットの略語である。ＡＩモジュールは、外部
のアナログ信号をＰＬＣに取り込み、ＰＬＣ２０のプログラムによって処理されるための
モジュールである。例えば、アナログ入力モジュールは、一般的にアナログ信号を１～５
Ｖ（ボルト）の電圧または４～２０ｍＡ（ミリアンペア）の電流の形式で受信し、内部の
アナログ－ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）によってディジタル信号に変換された後、
ＰＬＣ２０のプログラムによって処理され、目的に応じた制御処理を行うことができる。

【0023】

ＡＯ１，ＡＯ２であるＡＯ２８はＡＯモジュール（アナログ出力モジュール）であって
、ＡＯ（Analog Output）とはアナログアウトプットの略語である。ＡＯモジュールは、
ＰＬＣ２０からアナログ信号を出力するためのモジュールである。例えば、内部のディジ
タルアナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）によって、ＰＬＣ２０の制御プログラムに基づいて
制御されたアナログ信号を生成し、設備機器１８に対して回転速度や開度等のアナログ信
号を出力することができる。

【0024】

次に、異常検出部１２は、上述した各モジュール１１の動作不良、故障等の異常を検出
することができる機能を有する。異常検出部１２によって異常が検出されると、異常検出
部１２は異常が検出された少なくとも１つのモジュール１１の情報を対象制御特定部１３
に出力する機能も併せ持っている。

【0025】

対象制御特定部１３は、上述した異常検出部１２から出力された異常となったモジュー
ル１１の情報に基づいて、異常となったモジュール１１と連関した制御を特定する。実施
形態においては、例えば、図４に示すように、ある制御Ａがあった場合に、制御Ａに使用
される変数ＸＢ１，ＸＢ２が存在する。変数ＸＢ１，ＸＢ２は図３に示すように、それぞ
れ連関した信号及びモジュールＤＩ１が存在する。変数ＸＢ１，ＸＢ２を介すると、制御
ＡにはモジュールＤＩ１が連関していることが特定される。このように、対象制御特定部
１３は異常があったモジュールに連関した制御を特定することができる。

【0026】

ここで、制御とは、ある設備機器（１台に限らず複数台のこともある）を制御するため
の制御プログラムのことを指す。具体例として、「３台のポンプの台数制御(水位情報な
どから複数のポンプの運転/停止を制御するもの)」という制御があるとすると、その制御
ではＡポンプ、Ｂポンプ、Ｃポンプの信号（変数）を使用する。制御と設備機器とは１対
１に限らず、１対１の時もあれば１対Ｎの時もある。

【0027】

制御部１４は、対象制御特定部１３で特定された制御について予め定められた自動停止
の有効／無効に従って、有効であれば自動停止を実行する。自動停止の有効／無効はユー
ザが予め設定することが可能で、表示部１７の画面上で操作部１６を用いて操作を行って
設定することが出来る。

【0028】

例えば、実施形態においてはＤＩ１モジュールが異常となった場合は、図４に示すよう
に自動停止が有効となっているため、制御部１４が制御Ａについて自動停止する。仮に、
図４に示された自動停止欄が無効となっている場合には、制御Ａは自動停止されずに制御
Ａは継続されることとなる。

【0029】

記憶部１５は、いわゆる記憶装置である。記憶部１５によって記憶されているのは、実
施形態においては、例えば、図３や図４に示されるモジュール、変数、制御等の対応関係
の情報であって、表形式で制御毎に記憶されている。

【0030】

操作部１６は、ユーザが操作する際のツールであって、例えば、キーボード、マウス等
のことをいう。

【0031】

表示部１７は、ユーザがＰＬＣ２０の制御を手動で行う際やプラント状況をリアルタイ
ムに表示し、ユーザが操作するいわゆる監視画面である。実施形態においては、例えば、
図４に示された自動停止を有効から無効に手動で変更する際に操作される。

【0032】

設備機器１８は、プラント等の現場設備であってＰＬＣ２０にて制御される設備機器で
ある。設備機器１８に設置されているスイッチ、センサ等の情報に基づいて、実施形態に
おける制御Ａの内容は決定される。

【0033】

次に、実施形態に係る監視制御方法を図５のシステムフローチャートを用いて説明する
。

【0034】

実施形態においては、まず、異常検出部１２がモジュール１１の動作不良、故障等の異
常を検出する（Ｓ１０１）。

【0035】

次に、検出された異常に関する情報は、異常検出部１２によって対象制御特定部１３に
出力される（Ｓ１０２）。この異常に関する情報とは、異常が検出されたモジュールの識
別情報だけでなく、どのような異常が発生したのか、異常が発生した時刻等の情報が含ま
れていても良い。

【0036】

対象制御特定部１３は、異常が発生したモジュールの識別情報に基づいて、そのモジュ
ールと連関した設備機器の制御の有無を特定する（Ｓ１０３）。これは、例えば、図４の
ような表形式で記憶部１５に記憶されていて、実施形態においては、制御ＡとＤＩ１モジ
ュールとが連関していることを認識可能である。

【0037】

異常が発生したモジュールに連関した制御が無い場合（Ｓ１０３のＮｏ）、実施形態に
おけるシステムフローは終了する。

【0038】

対象となったモジュールに連関した制御が有る場合（Ｓ１０３のＹｅｓ）、その制御の
自動停止が有効か無効か対象制御特定部１３は判定する（Ｓ１０４）。制御の自動停止が
無効である場合は（Ｓ１０４のＮｏ）、実施形態におけるシステムフローは終了する。制
御の自動停止が有効である場合は（Ｓ１０４のＹｅｓ）、対象制御特定部１３から制御部
１４にその情報が出力され、実施形態においては、制御部１４によって制御Ａの自動停止
が実行され（Ｓ１０５）、制御Ａが停止する（Ｓ１０６）。

【0039】

以上より、実施形態によれば、以下に示すような効果が得られる。

【0040】

１つのモジュール異常が発生した場合でも、ＰＬＣをエラーダウンさせずに継続した監
視制御が可能となり、制御を停止するようなソフトを製作する必要もなく、ソフト製作の
膨大な工数を削減し、人為的なミスの発生も防ぐことが可能となる。

【0041】

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。この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。

【符号の説明】

【0042】

１０…コンピュータ、１１…モジュール、１２…異常検出部、１３…対象制御特定部、１
４…制御部、１５…記憶部、１６…操作部、１７…表示部、１８…設備機器、２０…ＰＬ
Ｃ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】