特許 7380451 ヒューマンマシンインターフェース装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-07

(45)【発行日】2023-11-15

(54)【発明の名称】ヒューマンマシンインターフェース装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 23/02 20060101AFI20231108BHJP

【ＦＩ】

G05B23/02 X

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020114125

(22)【出願日】2020-07-01

(65)【公開番号】P2022012337

(43)【公開日】2022-01-17

【審査請求日】2022-08-02

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100082175

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 守

(74)【代理人】

【識別番号】100106150

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 英樹

(72)【発明者】

【氏名】安藤 数馬

【審査官】仁木 学

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８９１６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５９０２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０７２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－００８９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２８０７１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０５Ｂ ２３／０２

Ｇ０５Ｂ １９／４１８

Ｇ０６Ｆ ３／００

Ｇ０９Ｇ ５／００ － ５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

製造プラントを構成する機器群から各種プロセス信号を受信し、受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を表示可能な工程作業画面を備えるヒューマンマシンインターフェース装置であって、
前記工程作業画面は、指定された工程毎に切り替え可能であって、前記各種プロセス信号のうち少なくとも１つのプロセス信号に関連付けられた各種図面からオペレータにより選択された複数の図面を表示する図面領域と、当該指定された工程での作業方法と当該作業方法で実施される複数の作業の手順についての手順書を表示する手順書領域と、を有し、
前記図面領域に表示中の前記複数の図面のそれぞれについて、前記受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を、当該プロセス信号に関連付けられた図面上に表示する機器状態表示手段と、
前記手順書領域に表示されている手順書データに含まれる前記手順を編集可能な手順書編集手段と、
現工程を終了する際に、前記工程作業画面に表示されている前記複数の図面の図面組合せデータと前記現工程の工程識別子とを関連付けた情報、および前記工程作業画面に表示されている前記手順書データと前記工程識別子とを関連付けた情報を、記憶装置に記憶させる工程終了処理手段と、
前記工程識別子を入力可能な工程識別子入力手段と、
前記工程識別子入力手段により入力された前記工程識別子に関連付けられた前記図面組合せデータ、および前記工程識別子に関連付けられた前記手順書データを前記記憶装置から取得して、前記工程作業画面に初期表示として配置する工程開始処理手段と、
を備えることを特徴とするヒューマンマシンインターフェース装置。

【請求項2】

前記工程識別子は、１つの工程につき複数の方法パターンがある場合に、工程番号と方法パターン番号とを組合せて特定されること、
を特徴とする請求項１記載のヒューマンマシンインターフェース装置。

【請求項3】

前記手順書データを外部装置との間で入出力可能な手順書入出力手段、
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のヒューマンマシンインターフェース装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラント監視制御システムに適用されるヒューマンマシンインターフェース装置に関する。

【背景技術】

【0002】

製造プラント（食品プラント、石油プラント、製紙プラント、鉄鋼プラントなど）を監視・制御する監視制御システムが知られている。大規模な監視制御システムは、分散制御システムとして構築されている。

【0003】

監視制御システムは、コンピュータネットワークを介して、プラントを構成する多数のフィールド機器（アクチュエータやセンサを含む）に接続するヒューマンマシンインタフェース（以下、ＨＭＩ）を備える。ＨＭＩは、ディスプレイ、キーボード、マウスなどを備え、オペレータは、ＨＭＩを用いて監視および制御のための操作を行う。

【0004】

オペレータは、ＨＭＩのディスプレイ上でプロセス全体の状況ならびに各個別ループの状況をリアルタイムに確認する。例えば、ビール製造プラントにおいて、プロセスは、仕込工程、発酵工程、熟成工程、濾過工程などである。個別ループは、例えば、タンクの液面を一定の高さに制御するためのフィードバック処理などである。

【0005】

オペレータは操業時に、
（１）操業全体の工程もしくはスケジュール進捗画面
（２）操業対象とするプロセスを描画した画面
（３）操業中のプロセス画面に関連する計器のグループ画面
（４）計器個々の詳細画面
（５）アラームや動作記録などの履歴画面
などから選択した画面をディスプレイに表示させる。

【0006】

ある１つの作業や工程は、基本的に標準化された手順書に沿って実施される。特許文献１（特開２０１３－２０４２６号公報）には、手順書を簡便に編集するために、紙媒体の手順書を監視装置に読み込んで編集可能にするシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１３－２０４２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

従来、オペレータは、工程ごとに必要な画面を手順書で確認し、必要な画面をＨＭＩのディスプレイ上に並べてから、各工程での作業を開始していた。すなわち、各工程の作業開始までに準備時間を要していた。そのため、準備時間の短縮が望まれる。

【0009】

また、必ずしも手順書が標準化されているとは限らない。新たな作業や工程が発生する新製品の製造においては、手順書が標準化されていない場合もある。例えば、アルコール飲料の新製品を製造する場合には、気温や湿度などの外的要因によって発酵状態が変化するため、熟練したオペレータによる手順書にない制御操作が必要な場合がある。このような、熟練したオペレータによる作業手順を他のオペレータに早く引き継げるようにするため、手順書の作成工数を減らす仕組みが望まれる。

【0010】

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、工程終了時にＨＭＩの画面情報および編集された手順書を記憶でき、次に当該工程が開始される際に、記憶した画面情報および手順書を初期表示として自動的に準備できるＨＭＩ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記目的の達成のため、本発明に係るＨＭＩ装置は以下のように構成される。

【0012】

ＨＭＩ装置は、製造プラントを構成する機器群から各種プロセス信号を受信し、受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を表示可能な工程作業画面を備える。

【0013】

工程作業画面は、指定された工程毎に切り替え可能であって、図面領域と手順書領域とを有する。図面領域は、前記各種プロセス信号のうち少なくとも１つのプロセス信号に関連付けられた各種図面からオペレータにより選択された複数の図面を表示する。手順書領域は、当該指定工程での作業方法と当該作業方法で実施される複数の作業の手順についての手順書を表示する。

【0014】

ＨＭＩ装置は、機器状態表示手段と、手順書編集手段と、工程終了処理手段と、工程識別子入力手段と、工程開始処理手段とを備える。

【0015】

機器状態表示手段は、前記図面領域に表示中の前記複数の図面のそれぞれについて、前記受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を、当該プロセス信号に関連付けられた図面上に表示する。

【0016】

手順書編集手段は、前記手順書領域に表示されている手順書データに含まれる前記手順を編集可能である。

【0017】

工程終了処理手段は、現工程を終了する際に、前記工程作業画面に表示されている前記複数の図面の図面組合せデータと前記現工程の工程識別子とを関連付けた情報、および前記工程作業画面に表示されている前記手順書データと前記工程識別子とを関連付けた情報を、記憶装置に記憶させる。

【0018】

工程識別子入力手段は、前記工程識別子を入力可能である。

【0019】

工程開始処理手段は、前記工程識別子入力手段により入力された前記工程識別子に関連付けられた前記図面組合せデータ、および前記工程識別子に関連付けられた前記手順書データを前記記憶装置から取得して、前記工程作業画面に初期表示として配置する。

【0020】

１つの好ましい態様では、前記工程識別子は、１つの工程につき複数の方法パターンがある場合に、工程番号と方法パターン番号とを組合せて特定される。

【0021】

他の１つの好ましい態様では、ＨＭＩ装置は、前記手順書データを外部装置との間で入出力可能な手順書入出力手段、をさらに備える。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、工程終了時に図面組合せおよび編集された手順書を記憶し、次回以降に当該工程を開始する際に、記憶された図面組合せおよび手順書を工程作業画面に初期表示として配置できる。当該工程に必要な画面が自動的に準備されるため、作業開始までの準備時間を短縮できる。

【0023】

また、本発明によれば、工程作業画面上に、機器状態を表示する図面領域と共に手順書を表示する手順書領域を有し、工程作業中に簡便に手順書を編集できるため、手順書作成の工数を減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施の形態１に係る監視制御システムを説明するための図である。

【図2】本発明の実施の形態１に係る図面組合せテーブルの一例である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る手順書テーブルの一例である。

【図4】本発明の実施の形態１に係る工程識別子を入力するためのウィンドウの一例である。

【図5】本発明の実施の形態１に係るＨＭＩ装置において、各工程終了時に実行される処理のフローチャートである。

【図6】ＨＭＩ装置において、工程を開始するにあたって工程作業画面の初期表示を準備する処理のフローチャートである。

【図7】本発明の実施の形態１に係るＨＭＩ装置が有するハードウェア構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0026】

実施の形態１．
＜システム構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る監視制御システムを説明するための図である。製造プラントの監視制御システムは、ＨＭＩ装置１を備える。

【0027】

ＨＭＩ装置１は、コンピュータネットワークを介して、製造プラントを構成する監視対象機器群２に接続する。監視対象機器群２は、プラントを構成するフィールド機器、およびプログラマブルロジックコントローラを含む。ＨＭＩ装置１は、処理部３、ディスプレイ７３、入出力インタフェース７４、ネットワークインタフェース７５を備える。

【0028】

ＨＭＩ装置１は、監視対象機器群２から各種プロセス信号を受信する。ＨＭＩ装置１は、受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を表示可能な工程作業画面４をディスプレイ７３に表示する。

【0029】

工程作業画面４は、工程を監視・制御するための画面であり、工程毎に切り替え可能である。工程作業画面４は、各種図面からオペレータにより選択された複数の図面を表示する図面領域と、当該工程についての手順書を表示する手順書領域とを有する。各種図面には、各種プロセス信号のうち少なくとも１つのプロセス信号に関連付けられた表示パーツが配置されている。工程作業画面４には、工程終了ボタン５が配置されている。

【0030】

処理部３は、図番号入力部１１、図面表示部１２、図面移動部１３、機器状態表示部１４、手順書編集部１５、工程終了処理部１６、工程識別子入力部１７、工程開始処理部１８、手順書入出力部１９、データベース２０を備える。処理部３は、後述する図７のプロセッサ７１が記憶装置７２に記憶された各種プログラムを実行することにより、各部の機能を実現する。

【0031】

図番号入力部１１は、入出力インタフェース７４から入力された図番号を図面表示部１２へ送信する。例えば、オペレータは、工程作業画面４に表示したい図面の番号を、キーボードを用いて入力する。

【0032】

図面表示部１２は、図番号入力部１１から図番号を受信する。図面表示部１２は、図番号を検索キーとして、データベース２０の図面テーブル２１から図番号に対応する図面を取得し、当該図面を工程作業画面４に表示する。図面テーブル２１には、図番号と図面データとが関連付けられた情報が格納されている。

【0033】

図面移動部１３は、工程作業画面４に表示されている各図面の位置（座標）を、入出力インタフェース７４の操作により変更する機能を有する。例えば、オペレータは、マウスのドラッグアンドドロップ操作により図面の位置を変更する。

【0034】

機器状態表示部１４は、図面領域に表示中の複数の図面のそれぞれについて、受信したプロセス信号の値に応じた機器状態を、当該プロセス信号に関連付けられた図面上にリアルタイムに表示する。例えば、機器状態表示部１４は、受信したプロセス信号の値に応じて、当該プロセス信号に対応する表示パーツに数値や文字を表示したり、表示パーツの色、位置、形状を変更したりする。

【0035】

手順書編集部１５は、工程作業画面４の手順書領域に表示されている手順書データを、現工程の作業中に編集可能である。例えば、オペレータは、キーボードを用いて工程作業画面４に表示中の手順書に新たな作業手順を追加できる。

【0036】

工程終了処理部１６は、オペレータが工程作業画面４の工程終了ボタン５を押下すると実行される。工程終了処理部１６は、現工程終了時に表示されている図面領域の図面組合せデータをデータベース２０に記憶させる。具体的には、工程終了処理部１６は、現工程を終了する際に、工程作業画面４に表示されている複数の図面の図面組合せデータと現工程の工程識別子とを関連付けた情報を、データベース２０の図面組合せテーブル２２に記憶させる。

【0037】

例えば、工程識別子は、工程番号で特定される。１つの工程につき複数の方法パターンがある場合には、工程識別子は、工程番号と方法パターン番号とを組合せて特定される。また、図面組合せデータは、図番号組合せ、図配置、図大きさを含む。図２は、図面組合せテーブル２２の一例である。工程番号と方法パターン番号との組合せにより、１つの工程につき複数の図面組合せデータを記憶できる。

【0038】

図２において、例えば、工程１（方法Ａ）に対応する列にて、図面番号組み合わせを示す行で示される欄内の、ａ１は、工程作業画面４上に、図面を表示する領域ａ１を示している。ここでａ１の１は例えば工程１であるということを示している。０５は図面番号である。ａ１＝０５とは図面を表示する領域ａ１に表示する図面の番号は０５であるということを示している。ｂ１＝０７とは図面を表示する領域ｂ１に表示する図面の番号は０７であるということを示している。他も同様である。

【0039】

図２において、例えば、工程１（方法Ａ）に対応する列にて、図配置を示す行で示される欄内の、Ｘａ１は、工程作業画面４上に、図面を表示する領域ａ１の表示座標のＸ軸の値を示している。ここでａ１は図面を表示する領域ａ１を示している。Ｙａ１は、工程作業画面４上に、図面を表示する領域ａ１の表示座標のＹ軸の値を示している。他も同様である。

【0040】

図２において、例えば、工程１（方法Ａ）に対応する列にて、図大きさを示す行で示される欄内の、Ｌａ１は、工程作業画面４上に、図面を表示する領域ａ１の縦方向の大きさの値を示している。ここでａ１は図面を表示する領域ａ１を示している。Ｗａ１は、工程作業画面４上に、図面を表示する領域ａ１の横方向の大きさの値を示している。他も同様である。

【0041】

さらに、工程終了処理部１６は、現工程において手順書編集部１５により編集された最新の手順書データをデータベース２０に記憶させる。具体的には、工程終了処理部１６は、現工程を終了する際に、工程作業画面４に表示されている手順書データと現工程の工程識別子とを関連付けた情報を、データベース２０の手順書テーブル２３に記憶させる。

【0042】

手順書データは、ある工程での作業方法と手順についてのテキスト情報（手順１～手順ｎ）を含む。図３は、手順書テーブル２３の一例である。図面組合せテーブル２２と同様に、工程番号と方法パターン番号との組合せにより、１つの工程につき複数の手順書データを記憶できる。

【0043】

工程識別子入力部１７は、入出力インタフェース７４から入力された工程識別子を工程開始処理部１８へ送信する。例えば、オペレータはキーボードを用いて、次に開始する工程の工程番号および方法パターン番号を入力する。

【0044】

図４は、工程識別子を入力するためのウィンドウの一例である。このウィンドウは、工程番号入力エリア４１、方法パターン番号入力エリア４２、ＯＫボタン４３を備える。オペレータは、工程番号入力エリア４１に工程番号を、方法パターン番号入力エリア４２に方法パターン番号を入力して、ＯＫボタン４３を押下する。

【0045】

工程開始処理部１８は、工程識別子入力部１７から受信した工程識別子を検索キーにして、データベース２０から初期表示すべき図面および手順書を取得し、工程作業画面４に配置する。具体的には、工程開始処理部１８は、工程識別子入力部１７により入力された工程識別子に関連付けられた図面組合せデータを、データベース２０の図面組合せテーブル２２から取得する。上述したように図面組合せデータは、図番号組合せと配図置・図大きさを含む。工程開始処理部１８は、この図面組合せデータに基づいて、対応する図面を工程作業画面４の図面領域に初期表示として配置する。

【0046】

さらに、工程開始処理部１８は、工程識別子入力部１７により入力された工程識別子に関連付けられた手順書データを、データベース２０の手順書テーブル２３から取得し、工程作業画面４の手順書領域に初期表示として配置する。

【0047】

このように、過去に実施した工程の終了時に記憶した図面の組み合わせと手順書が、次回以降の当該工程の開始時に呼び出され、必要な図面と手順書が工程作業画面４に自動的に展開される。

【0048】

手順書入出力部１９は、手順書データを外部装置との間で入出力可能である。外部装置は、手順書データを紙媒体に印刷可能なプリンタ、紙媒体の手順書を電子データに変換してＨＭＩ装置１へ入力可能なスキャナ、手順書データを電子ファイルとして入出力可能な記憶メディア、ＰＣなどである。

【0049】

＜処理フロー＞
次に、図５を参照して、工程終了時に工程作業画面４の図面組合せデータおよび手順書データを保存する処理フローについて説明する。図５は、本実施形態のＨＭＩ装置１において、各工程終了時に実行される処理のフローチャートである。

【0050】

ステップＳ１００において、オペレータは、現工程を終了する場合に工程作業画面４の工程終了ボタン５を押下する。

【0051】

ステップＳ１１０において、終了選択ウィンドウが表示される。終了選択ウィンドウは、工程終了とする（ＹＥＳ）か工程終了しない（ＮＯ）かを選択可能である。ＹＥＳが選択された場合は、ステップＳ１２０の処理に進む。ＮＯが選択された場合は本処理フローを終了する。

【0052】

ステップＳ１２０において、保存選択ウィンドウが表示される。保存選択ウィンドウは、工程作業画面４に表示されている図面の組合せと手順書を保存する（ＹＥＳ）か保存しない（ＮＯ）かを選択可能である。ＹＥＳが選択された場合は、ステップＳ１３０の処理に進む。ＮＯが選択された場合は本処理フローを終了する。

【0053】

ステップＳ１３０において、工程終了処理部１６は、現工程終了時の図面組合せデータおよび手順書データをデータベース２０に保存する。

【0054】

次に、図６を参照して、工程開始時に、過去に実施した当該工程終了時に保存した図面と手順書を、工程作業画面４の初期表示として配置する処理フローについて説明する。図６は、本実施形態のＨＭＩ装置１において、工程を開始するにあたって工程作業画面４の初期表示を準備する処理のフローチャートである。

【0055】

ステップＳ２００において、オペレータは、工程を開始するにあたって工程識別子（工程番号、方法パターン番号）を上述した図４のウィンドウに入力する。

【0056】

ステップＳ２１０において、工程開始処理部１８は、データベース２０から工程識別子に対応する図面組合せデータを取得する。

【0057】

ステップＳ２２０において、工程開始処理部１８は、データベース２０から工程識別子に対応する手順書データを取得する。

【0058】

ステップＳ２３０において、工程開始処理部１８は、取得した図面と手順書を工程作業画面の初期表示として配置する。具体的には、工程開始処理部１８は、図面組合せデータに基づいて、対応する図面を工程作業画面４の図面領域に初期表示する。工程開始処理部１８は、手順書データを工程作業画面４の手順書領域に初期表示として配置する。

【0059】

以上説明したように、本実施形態に係るＨＭＩ装置１によれば、工程終了時に図面組合せおよび編集された手順書を記憶し、次回以降に当該工程を開始する際に、記憶された図面組合せおよび手順書を工程作業画面４に初期表示として配置できる。当該工程に必要な画面が自動的に準備されるため、作業開始までの準備時間を短縮できる。

【0060】

また、ＨＭＩ装置１によれば、工程作業画面４に手順書を表示する手順書領域を有し、工程作業中に簡便に手順書を編集できる。その結果、手順書に熟練のオペレータが作業ノウハウを蓄積しやすくなり、他のオペレータがこれに従って適切に作業を実施することができる。

【0061】

また、工程識別子として、工程番号に方法パターン番号を組み合わせることで、１つの工程に複数の作業パターンを記憶させることができる。それにより、各工程で状況に応じた運転を記録できる。さらに、各課・各班の作業方法（作業に掛かった工数や作業ポイント）の比較をすることで、標準方法の改善を期待できる。

【0062】

＜変形例＞
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、工程識別子を工程番号と方法パターン番号の組合せとしているが、これに限定されるものではない。工程識別子は少なくとも工程番号を含めばよい。

【0063】

＜ハードウェア構成例＞
図７は、ＨＭＩ装置１が有するハードウェア構成例を示すブロック図である。ＨＭＩ装置１は、プロセッサ７１、記憶装置７２、ディスプレイ７３、入出力インタフェース７４、ネットワークインタフェース７５が接続して構成されている。

【0064】

記憶装置７２は、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの主記憶装置、およびＨＤＤ、ＳＳＤなどの補助記憶装置を含む。入出力インタフェース７４は、キーボード、マウスなどの入力デバイス、ＨＭＩ装置１と外部装置との間で手順書ファイルを入出力可能なデバイスを含む。外部装置は、例えばプリンタ、スキャナ、記憶メディア、ＰＣなどである。ネットワークインタフェース７５は、監視対象機器群２と接続して信号を送受信可能なデバイスである。ＨＭＩ装置１は、プロセッサ７１が記憶装置７２に記憶された各種プログラムを実行することにより、ＨＭＩ装置１の各処理を実現する処理回路として機能する。

【0065】

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

【符号の説明】

【0066】

１ ヒューマンマシンインターフェース装置
２ 監視対象機器群
３ 処理部
４ 工程作業画面
５ 工程終了ボタン
１１ 図番号入力部
１２ 図面表示部
１３ 図面移動部
１４ 機器状態表示部
１５ 手順書編集部
１６ 工程終了処理部
１７ 工程識別子入力部
１８ 工程開始処理部
１９ 手順書入出力部
２０ データベース
２１ 図面テーブル
２２ 図面組合せテーブル
２３ 手順書テーブル
４１ 工程番号入力エリア
４２ 方法パターン番号入力エリア
４３ ＯＫボタン
７１ プロセッサ
７２ 記憶装置
７３ ディスプレイ
７４ 入出力インタフェース
７５ ネットワークインタフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】