過程控制裝置、過程控制系統、及過程控制方法

2023-05-06 08:23:56

過程控制裝置、過程控制系統、及過程控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種過程控制裝置，其包含：虛擬機，其以硬體為基礎，作為硬體的替代而進行動作；第1、第2控制部，它們以虛擬機為基礎進行動作，對多個現場儀器的動作進行控制；輸入分配部，其設置在虛擬機中，將來自現場儀器的信號分配給第1、第2控制部；以及輸出獲取部，其設置在虛擬機中，獲取第1、第2控制部的輸出，將某一個輸出向多個現場儀器中的至少一個現場儀器輸出。
【專利說明】過程控制裝置、過程控制系統、及過程控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種過程控制裝置、過程控制系統、及過程控制方法。
[0002]本申請基於2012年7月3日在日本申請的特願2012 — 149352號並主張其優先權，將其內容引用在本申請中。
【背景技術】
[0003]目前，在工廠等中，構建有用於對工業過程中的各種狀態量(例如壓力、溫度、流量等)進行控制的過程控制系統，實現高級的自動作業。現有的過程控制系統，例如下述專利文獻I的圖7 (專利文獻2、3的圖1 (FIG.1))所示，是將流量計或溫度計等多個傳感器及閥門等的致動器直接與控制器連接的結構，控制器通過對應於傳感器的檢測結果對致動器進行控制，從而實現上述各種狀態量的控制。
[0004]在這裡，工廠壽命大多設計為大約30年，但構成過程控制系統的各種儀器(上述的控制器、傳感器、致動器)由於大多使用通用的電子部件，因此，其壽命由電子部件的壽命決定而大約為10年左右。傳感器即使壽命結束也能夠進行個體更換，但由於在作為控制器的接口部的I/o卡上搭載有通用的電子部件，因此，控制器的壽命被限制為10年左右，從而過程控制系統的壽命也受到限制。
[0005]如上所述，由於構成過程控制系統的各種儀器的壽命均比工廠短，因此在工廠達到壽命之前，必須對過程控制系統進行更換(重新構建)。因此，如下述專利文獻I的圖1(專利文獻2、3的圖2 (FIG.2))所示，考慮使構成過程控制系統的各種儀器與同一網絡連接，通過不使用上述的I/O卡而使過程控制系統的壽命延長。
[0006]專利文獻1:日本特許第4399773號公報
[0007]專利文獻2:國際公開第2005/050336號
[0008]專利文獻3:美國專利申請公開第2007/0078980號說明書

【發明內容】

[0009]在構成過程控制系統的各種儀器中，控制器的除了 I/O卡以外的部分也使用通用的電子部件。另外，近年來，在過程控制系統中使用的作業系統(OS)或應用程式等軟體的可供給時間縮短為5至10年左右。因此，如上所述，即使能夠通過不使用I/O卡而使過程控制系統的壽命延長，結果從硬體及軟體兩方面考慮，也必須進行過程控制系統的更換。
[0010]另外，近年來，不僅是維持過程控制系統的功能，出於多種目的(例如，實現節能的目的、應對環境限制的目的、或者實現生產效率提高的目的)，也要求積極地提高過程控制系統的功能。為了滿足上述要求，需要在工廠達到壽命之前，將工廠中已構建的過程控制系統更換為新的過程控制系統。
[0011]在這裡，在對過程控制系統進行更換的情況下，期望一種穩定、安全的更換步驟，以在確保更換前後的控制性的基礎上實現功能提高及進行新功能導入。因此，在更換後仍需要保證更換前的過程控制系統的控制性。因此，在進行了過程控制系統的更換的情況下，必須充分地對進行更換後的過程控制系統的控制性進行評價，而評價需要長時間且需要高成本。
[0012]在對過程控制系統進行更換時，如果使已有系統和新的系統暫時共存而對各個系統的控制性進行評價，並在評價結束後將已有系統去除，則認為也能夠縮短上述評價的時間。但是，在使新舊2個系統共存的情況下，必須以不同的標籤名稱對在各個系統中使用的各種儀器(例如控制器)進行管理，從而很難進行去除已有系統後的操作。
[0013]本發明的一個方式中的過程控制裝置，其對在工廠中實現的工業過程進行控制，其中，該過程控制裝置包含:虛擬化部，其以硬體為基礎，作為所述硬體的替代而進行動作；第1、第2控制部，它們以所述虛擬化部為基礎而進行動作，對多個現場儀器的動作進行控制，這些現場儀器進行所述工業過程控制所需的測定及操作中的至少一個；輸入分配部，其設置在所述虛擬化部中，將來自所述現場儀器的信號分配給所述第1、第2控制部；以及輸出獲取部，其設置在所述虛擬化部中，獲取所述第1、第2控制部的輸出，將某一個輸出向所述多個現場儀器中的至少一個現場儀器輸出。
[0014]所述過程控制裝置也可以包含比較部，該比較部對所述輸出獲取部獲取的所述第
1、第2控制部的輸出進行比較。
[0015]在所述過程控制裝置中，所述第1、第2控制部，包含以所述虛擬化部為基礎而進行動作的作業系統、以及以所述作業系統為基礎而進行動作的應用程式。
[0016]本發明的另一方式中的過程控制系統，其對在工廠實現的工業過程進行控制，其中，該過程控制系統包含:網絡，其設置在所述工廠中；多個現場儀器，它們與所述網絡連接，進行所述工業過程控制所需的測定及操作中的至少一個；以及過程控制裝置，其與所述網絡連接，所述過程控制裝置包含:虛擬化部，其以硬體為基礎，作為所述硬體的替代而進行動作；第1、第2控制部，其以所述虛擬化部為基礎而進行動作，對所述多個現場儀器的動作進行控制；輸入分配部，其設置在所述虛擬化部中，將來自所述現場儀器的信號分配給所述第1、第2控制部；以及輸出獲取部，其設置在所述虛擬化部中，獲取所述第1、第2控制部的輸出，將某一個輸出向所述多個現場儀器中的至少I個現場儀器輸出。
[0017]該過程控制系統包含輸出比較裝置，該輸出比較裝置與所述網絡連接，對由所述過程控制裝置的所述輸出獲取部獲取的所述第1、第2控制部的輸出進行比較。
[0018]所述過程控制系統中也可以構成為，所述過程控制裝置的所述輸出獲取部，將所獲取的所述第1、第2控制部的輸出經由所述網絡發送至所述輸出比較裝置。
[0019]本發明的另一方式所涉及的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中，該過程控制方法包含:獲取第I數據的工序，該第I數據是由多個現場儀器中的第I現場儀器測定得到的；將第I數據分配給第I過程控制裝置中包含的第I和第2控制部的工序；從所述第I和第2控制部獲取第I和第2信號的工序，該第I和第2信號由所述第I和第2控制部基於所述第I數據生成，用於對所述多個現場儀器進行控制；以及將所述第I和第2信號中的至少一個輸出至所述多個現場儀器中的所述第2現場儀器的工序。
[0020]該過程控制方法還包含下述工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個的工序之後，基於所述輸出的第I和第2信號中的至少一個，對所述第2現場儀器進行控制。
[0021]該過程控制方法還包含下述工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個的工序之前，對所述第I和第2信號進行比較，以判斷是否使所述第I控制部停止。[0022]在所述過程控制方法中，對所述第I和第2信號進行比較的工序，包含獲取所述第I和第2信號的控制性的差的工序、以及對所述差是否處於基準值之內進行判斷的工序，該過程控制方法還包含在所述差處於基準值之內的情況下使所述第I控制部停止的工序。
[0023]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含以下工序:在獲取所述第I數據的工序之前，將第I軟體安裝在所述第I控制部中的工序；以及在獲取所述第I數據的工序之前，將版本比所述第I軟體新的第2軟體安裝在所述第2控制部中的工序。
[0024]在用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法中，對所述第I和第2信號中的至少一個進行輸出的工序，包含在使所述第I控制部停止的工序之後對所述第2信號進行輸出的工序。
[0025]在用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法中，獲取所述第I數據的工序，包含經由連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡而從所述第I現場儀器獲取所述第I數據的工序，對所述第I和第2信號中的至少一個進行輸出的工序，包含經由所述網絡而將所述第I和第2信號中的至少一個輸出至所述第2現場儀器的工序。
[0026]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含以下工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個之前，將所述第I和第2信號輸出至與所述網絡連接的輸出比較裝置的工序；經由所述網絡獲取由所述輸出比較裝置對所述第I和第2信號的控制性的差是否處於基準值以內的判斷結果的工序；以及在所述結果表示所述差處於所述基準值以內的情況下使所述第I控制部停止的工序。
[0027]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含下述工序:在獲取所述第I數據之前，將第2過程控制裝置更換為所述第I過程控制裝置，其中，該第2過程控制裝置與連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡連接，且包含有所述第I控制部。
[0028]在用於所述第I控制裝置的過程控制方法中，對所述第I數據進行分配的工序，包含下述工序:將所述第I數據分配給在所述第I過程控制裝置中包含的第3控制部，獲取所述第I和第2信號的工序包含獲取第3信號的工序，其中，該第3信號是由所述第3控制部基於所述第I數據生成的，用於對所述多個現場儀器進行控制。
[0029]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含以下工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個之前，對所述第I和第3信號進行比較，以判斷是否使所述第I控制部停止；以及在輸出所述第I和第2信號之前，對所述第2和第3信號進行比較，以判斷是否使所述第2控制部停止。
[0030]在用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法中，對所述第I和第3信號進行比較的工序包含:獲取所述第I和第3信號的控制性的第I差的工序；以及對所述第I差是否處於基準值以內進行判斷的工序，對所述第2和第3信號進行比較的工序包含:獲取所述第2和第3信號的控制性的第2差的工序；以及對所述第2差是否處於所述基準值以內進行判斷的工序，該過程控制方法還包含:在所述第I差處於所述基準值以內的情況下使所述第I控制部停止的工序；以及在所述第2差處於所述基準值以內的情況下使所述第2控制部停止的工序。
[0031]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含以下工序:在獲取所述第I數據的工序之前，將第I軟體安裝在所述第I控制部中的工序；在獲取所述第I數據的工序之前，將第2軟體安裝在所述第2控制部中的工序；以及在獲取所述第I數據的工序之前，將版本比所述第I及第2軟體新的第3軟體安裝在所述第3控制部中的工序。
[0032]用於所述第I過程控制裝置的過程控制方法也可以還包含以下工序:在獲取所述第I數據之前，從連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡中將第3過程控制裝置拆下的工序，其中，該第3過程控制裝置與所述網絡連接，且包含有所述第I控制部；以及使所述第I過程控制裝置與所述網絡連接的工序。
[0033]發明的效果
[0034]根據本發明的方式，能夠由第1、第2控制部中的某一個對工業過程中的狀態量進行控制，並且，使用通過輸出獲取部獲取的第1、第2控制部的輸出，容易地對將已有系統更換為新的系統時的控制性進行評價。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是表示本發明的第I實施方式所涉及的過程控制系統的要部結構的框圖。
[0036]圖2A至圖2C是用於說明本發明的第I實施方式中的控制器的更換步驟的概要的圖。
[0037]圖3是表示本發明的第I實施方式中的控制器的動作的流程圖。
[0038]圖4A及圖4B是表示本發明的第I實施方式中的控制器內的數據流的圖。
[0039]圖5是表示本發明的第2實施方式所涉及的過程控制系統的要部結構的框圖。
[0040]圖6是表示本發明的第2實施方式中的控制器內的數據流的圖。
[0041 ]圖7A至圖7C是用於說明本發明的第1、第2實施方式所涉及的過程控制系統的第I應用例的圖。
[0042]圖8A至圖SC是用於說明本發明的第1、第2實施方式所涉及的過程控制系統的第2應用例的圖。
[0043]標號的說明
[0044]1、2過程控制系統
[0045]10現場儀器
[0046]20控制器(第I過程控制裝置)
[0047]20a、20b 控制器
[0048]21 硬體
[0049]22虛擬機(虛擬化部)
[0050]23a、23b 作業系統
[0051]24a、24b 應用程式
[0052]41輸入分配部
[0053]42輸出獲取部
[0054]42a輸出比較部
[0055]43輸出獲取部
[0056]50輸出比較裝置
[0057]NI現場網絡【具體實施方式】
[0058]下面，參照附圖，對本發明的實施方式所涉及的過程控制系統詳細地進行說明。
[0059]〔第I實施方式〕
[0060]圖1是表示本發明的第I實施方式所涉及的過程控制系統的要部結構的框圖。如圖1所示，本實施方式的過程控制系統I具有現場儀器10、控制器20 (過程控制裝置)、及監視裝置30，通過在監視裝置30的監視下由控制器20對現場儀器10進行控制，從而進行對在工廠(圖示省略)中實現的工業過程的控制。
[0061]在這裡，現場儀器10及控制器20與現場網絡NI連接，控制器20及監視裝置30與控制網絡N2連接。現場網絡NI例如是在工廠現場鋪設的有線網絡。另一方面，控制網絡N2例如是將工廠現場和監控室之間連接的有線網絡。另外，上述現場網絡NI及控制網絡N2也可以是無線網絡。
[0062]現場儀器10例如是流量計或溫度傳感器等傳感器設備、流量控制閥或開閉閥等閥設備、風扇或電動機等致動器設備、及其他設置在工廠現場的儀器。另外，在圖1中，為了便於理解而圖示出用於測定工廠中設置的現場儀器10中的流體流量的傳感器設備11 (第I現場儀器)、和用於對流體的流量進行控制(操作)的閥設備12 (第2現場儀器)。
[0063]現場儀器10進行與從控制器20經由現場網絡NI發送來的控制數據相對應的動作。例如，在從控制器20將測定數據(表示流體流量的測定結果的數據)的發送請求發送至傳感器11的情況下，傳感器設備11經由現場網絡NI向控制器20發送測定數據。另外，在控制數據(對開度進行控制的數據)從控制器20發送至閥設備12的情況下，閥設備12使流體通過的閥的開度成為由控制數據所指示的開度。
[0064]控制器20在監視裝置30的監視下對來自現場儀器10 (例如傳感器設備11)的測定數據進行收集，並且基於收集到的測定數據對現場儀器10 (例如閥設備12)進行控制。另外，控制器20也對表示現場儀器10的狀態的狀態量進行收集。該控制器20的功能通過由計算機讀入軟體，並使軟體和硬體資源協同動作而實現。
[0065]具體地說,控制器20的功能通過由MPU (Micro-Processing Unit:微處理器)或存儲器等構成的硬體21執行所安裝的程序而實現。在這裡，在控制器20上安裝有:實現虛擬機22 (虛擬化部)的程序、實現作業系統(OS) 23a (第I控制部)的程序、實現作業系統
(OS)23b (第2控制部)的程序、實現應用程式24a (第I控制部)的程序、以及實現應用程式24b (第2控制部)的程序。
[0066]上述虛擬機22的設置目的為，以硬體21為基礎，作為硬體的替代而虛擬地進行動作，以能夠不對作業系統23a、23b及應用程式24a、24b進行變更而實現硬體21的更換。另夕卜，虛擬機22的設置目的還包括，分別使作業系統23a及應用程式24a、作業系統23b及應用程式24b獨立動作。
[0067]S卩，即使將硬體21變更為使MPU布局、存儲器大小、快速緩衝貯存區大小、存儲器映射、設備接口等不同，虛擬機22也能夠將與變更前相同的接口提供給作業系統23a、23b。由此，以虛擬機22為基礎而進行動作的作業系統23a、23b由於不會受到硬體21的變更的影響，因此能夠使之前使用的作業系統23a、23b及應用程式24a、24b直接以新的硬體21為基礎而進行動作。
[0068]另外，通過設置虛擬機22，能夠使作業系統23a、23b及應用程式24a、24b如下所述進行動作。
[0069].僅作業系統23a及應用程式24a動作
[0070].僅作業系統23b及應用程式24b動作
[0071].作業系統23a及應用程式24a、和作業系統23b及應用程式24b獨立動作
[0072]如圖1所示，虛擬機22具有輸入分配部41 (分配部)及輸出獲取部42 (獲取部)。輸入分配部41將來自現場儀器10 (例如傳感器設備11)的測定數據及狀態量數據(第I數據)分別經由作業系統23a、23b分配給應用程式24a、24b。輸出獲取部42分別獲取從應用程式24a、24b輸出而經由作業系統23a、23b傳送的控制數據(第I和第2信號)，並將獲取的控制數據中的某一個(在這裡設為從應用程式24a輸出的控制數據)向現場儀器10 (例如閥設備12)輸出。並且，基於輸出的控制數據對現場設備10 (例如閥設備12)進行控制。在這裡，輸出獲取部42具有輸出比較部42a，該輸出比較部42a對獲取的控制數據(從應用程式24a、24b輸出的控制數據)進行比較。具體如後所述，之所以將上述輸入分配部41及輸出獲取部42設置在虛擬機22中，是為了便於對將已有系統更換為新的系統時的控制性進行評價。
[0073]作業系統23a、23b以虛擬機22為基礎而獨立動作，例如，分別進行使應用程式24a、24b動作所需的過程管理或存儲器管理等各種管理。應用程式24a、24b以作業系統23a、23b為基礎而各自獨立地動作，分別進行為了進行過程控制所需的現場儀器10的控制(例如，來自傳感器設備11的測定數據等的收集或控制數據向閥設備12的發送等)。
[0074]監視裝置30例如通過計算機實現，由操作者操作而用於過程監視。具體地說，監視裝置30對由控制器20使之動作的作業系統23a、23b及應用程式24a、24b動作狀態進行監視或管理，對應於該監視等的結果(或者對應於操作者的操作指令)而對控制器20進行控制。
[0075]下面，對於上述結構中的設置在過程控制系統I中的控制器的更換(replace)步驟進行說明。另外，控制器的更換例如在要提高控制器的處理能力、或在控制器中追加新的功能等的情況下進行。圖2A至圖2C是用於對本發明的第I實施方式中的控制器的更換步驟的概要進行說明的圖。另外，在圖2A至圖2C中，省略圖1中的監視裝置30及控制網絡N2的圖示。
[0076]在這裡，前述的作業系統23a及應用程式24a是在更換前的現有控制器(圖2A中示出的控制器100 ;第2過程控制裝置)中使用的軟體(第I軟體)。與此相對，前述的作業系統23b及應用程式24b是在更換後的新的控制器(圖1、圖2B、及圖2C中示出的控制器20 ；第I過程控制裝置)中使用的軟體(第2軟體)。
[0077]如果控制器的更換作業開始，則首先由現場的作業者進行指定要更換的控制器的作業。在這裡，作為要更換的控制器，指定圖2A中示出的控制器100。該控制器100以硬體101為基礎而使作業系統23a及應用程式24a動作。
[0078]然後，由作業者進行將所指定的現有控制器100從現場網絡NI中拆下而將新的控制器20連接到現場網絡NI中的作業。該控制器20安裝有:實現虛擬機22的程序、實現作業系統23a、23b的程序、以及實現應用程式24a、24b的程序。
[0079]在上述作業結束之後，如果作業者將控制器20的電源接通，則執行所安裝的程序，如圖2B所示，以硬體21為基礎而使虛擬機22、作業系統23a、23b、及應用程式24a、24b動作。由此，在控制器20中，在現有的控制器100中使用的第I軟體(作業系統23a及應用程式24a)被安裝在第I控制部中，版本比第I軟體新的第2軟體(作業系統23b及應用程式24b)被安裝在第2控制部中，這些軟體為各自獨立執行的狀態。
[0080]圖3是表示本發明的第I實施方式中的控制器的動作的流程圖。另外，圖4A及圖4B是表示本發明的第I實施方式中的控制器內的數據流的圖。另外，圖3中示出的流程圖是在作業者進行的更換作業結束並將控制器20的電源接通後，在輸入了來自傳感器設備11的測定數據或狀態量數據(第I數據)時開始。
[0081]如果圖3所示的流程圖的處理開始，則首先進行將來自傳感器設備11的測定數據分配給新舊應用程式的處理(步驟S11)。具體地說，如圖4A所示，從傳感器設備11輸出而經由現場網絡NI輸入至控制器20的測量數據通過輸入分配部41分配，分別經由作業系統23a,23b輸入至應用程式24a、24b。
[0082]如果輸入了來自現場儀器10 (第I現場儀器)的測定數據(第I數據)，則與所輸入的測定數據相對應的閥設備12 (第2現場儀器)的控制量分別由應用程式24a、24b求出，表示該控制量的控制數據(用於對現場儀器進行控制的第I和第2信號)分別從應用程式24a、24b輸出。從而，依次進行獲取新舊應用程式的輸出(第I和第2信號)的處理(步驟S12)、將獲取的舊應用程式的輸出(第I信號)輸出至閥設備12的處理(步驟S13)、以及對新舊應用程式的輸出進行比較的處理(步驟S14)。
[0083]具體地說，如圖4B所示，由輸出獲取部42分別獲取從應用程式24a、24b輸出而經由作業系統23a、23b傳送的控制數據(第I和第2信號)。並且，所獲取的控制數據中的來自應用程式24a的控制數據(第I信號)從輸出獲取部42經由現場網絡NI輸出至閥設備12。並且，由閥設備12基於輸出的控制數據進行控制。另外，由輸出獲取部42獲取的來自應用程式24a、24b的控制數據被輸入至輸出比較部42a，在輸出比較部42a中對控制值及輸出定時進行比較。
[0084]然後，輸出比較部42a對步驟S14的比較結果、即新應用程式與舊應用程式的控制性的差(控制數據的控制值或輸出定時的差)是否處於預先規定的基準內進行判斷(步驟S15)。在判斷為控制性的差處於預先規定的基準內的情況(步驟S15的判斷結果為「是」的情況)下，通過虛擬機22進行將舊應用程式切換為新應用程式的處理(步驟S16)。
[0085]具體地說，進行使實現作業系統23a及應用程式24a (第I控制部)的程序執行停止的處理(使第I控制部停止的處理)。通過該處理，如圖2C所示，成為以控制器20的虛擬機22為基礎，僅執行實現作業系統23b及應用程式24b (第2控制部)的程序的狀態。另夕卜，從舊應用程式向新應用程式的切換，也可以在得到對監視裝置30進行操作的操作者的允許切換的指令之後進行。在將舊應用程式切換為新應用程式之後，來自應用程式24b的控制數據(第2信號)從輸出獲取部42經由現場網絡NI輸出至閥設備12。並且，基於輸出的控制數據對閥設備12進行控制。
[0086]與此相對，在判斷為控制性的差處於預先規定的基準以外的情況(步驟S15的判斷結果為「否」的情況)下，進行將在步驟S14中進行的比較結果通知給監視裝置30的處理(步驟S17)。如果進行了該通知，則對監視裝置30進行操作的操作者參照通知的比較結果，對於是否指示新舊應用程式的切換、或者是否在對與新應用程式相關的參數進行變更而改善控制性之後指示新舊應用程式的切換等進行判斷。另外，在由操作者指示了新舊應用程式切換的情況下，進行與步驟16的處理同樣的處理，進行新舊應用程式的切換。
[0087]如上所述，在本實施方式中，以硬體21為基礎，作為硬體的替代而使虛擬機22動作，將來自傳感器設備11的測定數據等通過輸入分配部41分配給以虛擬機22為基礎進行動作的應用程式24a、24b，然後獲取來自這些應用程式24a、24b的輸出，將某一個的輸出(應用程式24a的輸出)輸出至閥設備12，並且，對所獲取的輸出進行比較。由此，在將舊系統中使用的應用程式(應用程式24a)切換為新系統中使用的應用程式(24b)時，能夠容易地對控制性進行評價。而且，由於能夠由在舊系統中使用的應用程式(應用程式24a)對工業過程中的狀態量進行控制，並且進行上述的控制性評價，因此能夠更加安全且短時間地進行工廠更新。
[0088]〔第2實施方式〕
[0089]圖5是表示本發明的第2實施方式所涉及的過程控制系統的要部結構的框圖。另夕卜，在圖5中對與圖1所示的結構相同的模塊標記相同的標號。如圖5所示，本實施方式的過程控制系統2是在控制器20的外部對從應用程式24a、24b輸出的控制數據進行比較。具體地說，過程控制系統2構成為，取代圖1中所示的輸出獲取部42而設有輸出獲取部43，並新追加了輸出比較裝置50。
[0090]輸出獲取部43與圖1所示的輸出獲取部42同樣地，分別獲取從應用程式24a、24b輸出而經由作業系統23a、23b傳送的控制數據，將所獲取的控制數據的某一個(從應用程式24a輸出的控制數據)輸出至現場儀器10 (例如閥設備12)。但是，輸出獲取部43省略輸出比較部42a而將所獲取的控制數據的兩者向輸出比較裝置50發送，這一點與圖1所示的輸出獲取部42不同。
[0091]輸出比較裝置50與現場網絡NI連接，對從控制器20經由現場網絡NI發送來的控制數據(從應用程式24a、24b輸出的控制數據)進行比較。該輸出比較裝置50不一定始終與現場網絡NI連接，例如，僅在進行新舊應用程式切換時的控制性評價的情況下與現場網絡NI連接。另外，輸出比較裝置50可以與現場網絡NI連接，也可以與控制網絡N2連接。
[0092]上述結構中的過程控制系統2的動作，除了由設置在控制器20外部的輸出比較裝置50對從應用程式24a、24b輸出的控制數據進行比較這一點之外，與圖1所示的過程控制系統I的動作是同樣的。即，如圖3的流程圖所示，首先進行將來自傳感器設備11的測定數據分配給新舊應用程式的處理(步驟S11)。由此，從應用程式24a、24b輸出表示與所分配的控制數據相對應的控制量的控制數據。
[0093]然後，依次進行獲取新舊應用程式的輸出的處理(步驟S12)、將獲取的舊應用程式的輸出向閥設備12輸出的處理(步驟S13)、以及對新舊應用程式的輸出進行比較的處理(步驟S14)。具體地說，如圖6所示，由輸出獲取部43分別獲取從應用程式24a、24b輸出而經由作業系統23a、23b傳送的控制數據。並且，所獲取的控制數據中的來自應用程式24a的控制數據，從輸出獲取部43經由現場網絡NI輸出至閥設備12。另外，由輸出獲取部43獲取的來自應用程式24a、24b的控制數據，經由現場網絡NI發送至輸出比較裝置50，在輸出比較裝置50中對控制值及輸出定時進行比較。圖6是表示本發明的第2實施方式中的控制器內的數據流的圖。
[0094]如果上述處理結束，則通過輸出比較裝置50對新應用程式與舊應用程式的控制性的差(控制數據的控制值或輸出定時的差)是否處於預先規定的基準內進行判斷(步驟S15)。並且，在判斷為控制性的差處於預先規定的基準內的情況(步驟S15的判斷結果為「是」的情況)下，通過虛擬機22進行將舊應用程式切換為新應用程式的處理(步驟S16)。與此相對，在判斷為控制性的差處於規定的基準以外的情況(步驟S15的判斷結果為「否」的情況)下，進行下述處理:將在步驟S14中進行的比較結果，經由將網絡N1、N2連接的網關(未圖示)，通知給監視裝置30 (步驟S17)。
[0095]如上所述，在本實施方式中，雖然由設置在控制器20外部的輸出比較裝置50對來自應用程式24a、24b的輸出進行比較這一點不同，但與第I實施方式同樣地，以硬體21為基礎而使虛擬機22動作，進行由輸入分配部41對測定數據等的分配、來自應用程式24a、24b的輸出的獲取等。因此，與第I實施方式同樣地，在將舊系統中使用的應用程式(應用程式24a)切換為新系統中使用的應用程式(24b)時，能夠容易地進行控制性的評價。而且，由於能夠由在舊系統中使用的應用程式(應用程式24a)對工業過程中的狀態量進行控制，並且進行上述的控制性的評價，因此能夠更加安全且短時間地進行工廠更新。
[0096]〔應用例〕
[0097]下面，對於上述第1、第2實施方式所涉及的過程控制系統的應用例進行說明。前述的第1、第2實施方式如圖2B所示，通過使用可以使虛擬機22動作、並可以以虛擬機22為基礎而使2個應用程式24a、24b動作的控制器20，從而將現有的I臺控制器100 (參照圖2A)更換為新的I臺控制器20 (參照圖2C)。與此相對，本應用例是通過使虛擬機22動作、以虛擬機22為基礎實現大於或等於3個的應用程式的動作，從而將現有的多臺控制器更換為至少I臺新的控制器。
[0098]〔第I應用例〕
[0099]圖7A至圖7C是用於對本發明的第1、第2實施方式所涉及的過程控制系統的第I應用例進行說明的圖。如圖7A至圖7C所示，本應用例通過使用可以使虛擬機22動作、並可以以虛擬機22為基礎使4個應用程式(舊APl至舊AP3、新AP)動作的控制器20，從而將現有的3臺控制器111至113更換為I臺新的控制器20。另外，在圖7A至圖7C中，為便於標記，將應用程式記為「AP」。另外，圖7A至圖7C中的輸出獲取部42、43表示圖1中所示的輸出獲取部42或圖5中所示的輸出獲取部43。
[0100]現有的控制器111至113是以硬體為基礎而使I個作業系統及I個應用程式動作的裝置。具體地說，如圖7A所示，控制器111使作業系統(舊0S1)及應用程式(舊API)動作，控制器112使作業系統(舊0S2)及應用程式(舊AP2)動作，控制器113使作業系統(舊0S3)及應用程式(舊AP3)動作。
[0101]將上述現有的3臺控制器111至113從現場網絡NI中拆下，使新的控制器20與現場網絡NI連接。在這裡，新的控制器20安裝有實現虛擬機22的程序、實現作業系統(舊OSl至舊0S3、新OS)的程序、以及實現應用程式(舊APl至舊AP3、新AP)的程序。
[0102]在上述更換結束後，如果將控制器20的電源接通，則執行所安裝的程序，如圖7B所示，以硬體21為基礎，虛擬機22、作業系統((舊OSl至舊0S3、新OS)的程序、以及應用程式(舊APl至舊AP3、新AP)動作。另外，虛擬機22內的輸入分配部41將來自傳感器設備11的測定數據或狀態量分配給應用程式(舊APl至舊AP3、新AP)。另外，虛擬機22內的輸出獲取部42、43獲取應用程式(舊APl至舊AP3、新AP)的輸出，將所獲取的輸出中的應用程式(舊APl至舊AP3)的輸出向閥設備12輸出。[0103]在圖7B所示的狀態下，能夠通過對應用程式(舊APl至舊AP3)的輸出和應用程式(新AP)的輸出進行比較，從而對進行切換時的控制性進行評價。然後，如果使實現作業系統(舊OSl至舊0S3)及應用程式(舊APl至舊AP3)的程序停止，則成為以控制器20的虛擬機22為基礎，僅執行實現作業系統(新OS)及應用程式(新AP)的程序的狀態(參照圖7C)。
[0104]〈第2應用例〉
[0105]圖8A至圖SC是用於對本發明的第1、第2實施方式所涉及的過程控制系統的第2應用例進行說明的圖。如圖8A至圖SC所示，本應用例通過使用控制器20a和控制器20b(第I過程控制裝置)而將現有的5臺控制器121至125 (控制器124、125與第2過程控制裝置、第3過程控制裝置相對應)更換為2臺新的控制器20a、20b，其中，這兩臺控制器20a和控制器20b分別使虛擬機22動作，控制器20a能夠以虛擬機22為基礎而使4個應用程式(舊APl至舊AP3、新AP11)動作，控制器20b能夠以虛擬機22為基礎而使3個應用程式(舊AP4、舊AP5、新AP12)動作。另外，在圖8A至圖8C中也同樣地，為了便於標記而將應用程式記為「AP」，圖8A至圖8C中的輸出獲取部42、43，表示圖1中所示的輸出獲取部42或圖5中所示的輸出獲取部43。
[0106]現有的控制器121至125以硬體為基礎而使I個作業系統及I個應用程式動作。具體地說，如圖8A所示，控制器121使作業系統(舊0S1)及應用程式(舊API)動作，控制器122使作業系統(舊0S2)及應用程式(舊AP2)動作，控制器123使作業系統(舊0S3)及應用程式(舊AP3)動作。另外，控制器124使作業系統(舊0S4)及應用程式(舊AP4)(第I控制部)動作，控制器125使作業系統(舊0S5)及應用程式(舊AP5)(第I控制部)動作。
[0107]將上述現有的5臺控制器121至125 (控制器124、125與第2過程控制裝置、第3過程控制裝置相對應)從現場網絡NI中拆下，將新的控制器20a、20b連接到現場網絡NI中。在這裡，新的控制器20a安裝有:實現虛擬機22的程序、實現作業系統(舊OSl至舊0S3、新0S11)的程序、以及實現應用程式(舊APl至舊AP3、新AP11)的程序。另外，新的控制器20b安裝有:實現虛擬機22的程序、實現作業系統(舊0S4、舊0S5、新0S12)的程序、以及實現應用程式(舊AP4、舊AP5、新AP12)的程序。由此，控制器20b的狀態為，在現有控制器124中使用的第I軟體(作業系統(舊0S4)及應用程式(舊AP4))安裝在第I控制部中，在現有控制器125中使用的第2軟體(作業系統(舊0S5)及應用程式(舊AP5))安裝在第2控制部中，版本比第I和第2軟體新的第3軟體(作業系統(新0S12)及應用程式(新AP12))安裝在第3控制部中，各自獨立地執行上述第I至第3軟體。
[0108]在上述更換結束後，如果將控制器20a、20b的電源接通，則執行所安裝的程序。即，如圖SB所示，在控制器20a中，以硬體21為基礎而使虛擬機22、作業系統(舊OSl至舊0S3.fr 0S11)及應用程式(舊APl至舊AP3、新AP11)動作。另外，在控制器20b中，以硬體21為基礎而使虛擬機22、作業系統(舊0S4、舊0S5、新0S12)及應用程式(舊AP4、舊AP5、新AP12)動作。
[0109]另外，基於控制器20a而動作的虛擬機22內的輸入分配部41，將來自傳感器設備11的測定數據或狀態量分配給應用程式(舊APl至舊AP3、新AP11)。另外，虛擬機22內的輸出獲取部42、43獲取應用程式(舊APl至舊AP3、新AP11)的輸出，並將所獲取的輸出中的應用程式(舊APl至舊AP3)的輸出向閥設備12輸出。
[0110]同樣地，基於控制器20b而動作的虛擬機22內的輸入分配部41將來自傳感器設備11的測定數據或狀態量(第I數據)分配給應用程式(舊AP4、舊AP5、新AP12)。另外，虛擬機22內的輸出獲取部42、43獲取應用程式(舊AP4、舊AP5、新AP12)的輸出，並將所獲取的輸出中的應用程式(舊AP4、舊AP5)的輸出(第I和第2信號)輸出至閥設備12。
[0111]在圖8B所示的狀態下，對控制器20a中的應用程式(舊APl至舊AP3)的輸出和應用程式(新AP11)的輸出進行比較，對控制器20b中的應用程式(舊AP4、舊AP5)的輸出(第I和第2信號)和應用程式(新AP12)的輸出(第3信號)進行比較。由此，能夠進行切換時的控制性的評價。更具體地說，對舊應用程式(舊AP4)的輸出(第I信號)和新應用程式(新AP12)的輸出(第3信號)的控制性的差(第I差)是否處於預先規定的基準內進行判斷。並且，在判斷為控制性的差(第I差)處於預先規定的基準內的情況下，進行將舊應用程式(舊AP4)切換為新應用程式(新AP12)的處理(使第I控制部停止的處理)。同樣地，對新應用程式(新AP12)與舊應用程式(舊AP5)的控制性的差(第2差)是否處於預先規定的基準內進行判斷。並且，在判斷為控制性的差(第2差)處於預先規定的基準內的情況下，進行將舊應用程式(舊AP5)切換為新應用程式(新AP12)的處理(使第2控制部停止的處理)。
[0112]然後，如果在控制器20a中使實現作業系統(舊OSl至舊0S3)及應用程式(舊APl至舊AP3)的程序停止，則成為以控制器20a的虛擬機22為基礎，僅執行用於實現作業系統(新0S11)及應用程式(新AP11)的程序的狀態。另外，如果在控制器20b中使實現作業系統(舊0S4、舊0S5)及應用程式(舊AP4、舊AP5)的程序停止(如果使第I控制部和第2控制部停止)，則成為以控制器20b的虛擬機22為基礎，僅執行用於實現作業系統(新0S12)及應用程式(新AP12)的程序的狀態(僅第3控制部動作的狀態)(參照圖SC)。
[0113]以上對於本發明的實施方式所涉及的過程控制系統進行了說明，但本發明並不限定於上述實施方式，能夠在本發明的範圍內自由地進行變更。例如，在上述實施方式中，對於在控制器20、20a、20b中通過虛擬機22實現可使多個作業系統或應用程式動作的虛擬環境的例子進行了說明，但實現上述虛擬環境的單元並不限定於虛擬機22。例如，也可以通過硬體實現上述的虛擬環境。
[0114]另外，在上述的第1、第2實施方式及其應用例中，對於離線進行(使過程控制系統暫時停止而進行)控制器更換(replace)的例子進行了說明，但也能夠在線進行(不使過程控制系統停止而進行)控制器更換。具體地說，如果在現有的控制器與現場網絡NI連接的狀態下將新的控制器連接到現場網絡NI中，在接通電源而使新的控制器動作之後將現有的控制器從現場網絡NI上拆下，則能夠不使過程控制系統停止而進行更換。
[0115]另外，在控制器冗餘的情況下，也能夠在線進行冗餘的控制器的更換。具體地說，在冗餘的現有控制器(控制控制器及待機控制器)與現場網絡NI連接的狀態下，首先將新的控制器連接到現場網絡NI中並使其動作，將待機控制器從現場網絡NI中拆下。然後，將另一個新的控制器連接到現場網絡NI中並使其動作，將控制控制器的控制權轉讓給新的控制器中的一個，然後，將控制控制器從現場網絡NI中拆下。由此，在控制器冗餘的情況下，也能夠不使過程控制系統停止而進行更換。
[0116]另外，在上述實施方式中，以現場儀器10能夠進行經由現場網絡NI的數字通信的情況為例進行了說明，但也能夠使用進行模擬信號輸入/輸出的現場儀器。在使用這種現場儀器的情況下，只要使進行由現場儀器進行輸入/輸出的信號(模擬信號)和經由現場網絡NI進行通信的信號(數位訊號)的變換的IO節點與現場網絡NI連接，使該IO節點和現場儀器由模擬傳送路徑(例如用於「4至20mA」信號傳送的傳送線)連接即可。
[0117]此外，也能夠將所述的第1、第2實施方式組合，構成為使設有圖1所示的輸出比較部42a的控制器和圖5所示的輸出比較裝置50與現場網絡NI連接。根據該結構，能夠選擇由輸出比較部42a和輸出比較裝置50中的哪一個進行比較，從而能夠實現與系統結構相對應的靈活運用。
【權利要求】
1.一種過程控制裝置，其對在工廠中實現的工業過程進行控制，其中， 該過程控制裝置包含: 虛擬化部，其以硬體為基礎，作為所述硬體的替代而進行動作； 第1、第2控制部，它們以所述虛擬化部為基礎而進行動作，對多個現場儀器的動作進行控制，這些現場儀器進行所述工業過程控制所需的測定及操作中的至少一個； 輸入分配部，其設置在所述虛擬化部中，將來自所述現場儀器的信號分配給所述第1、第2控制部；以及 輸出獲取部，其設置在所述虛擬化部中，獲取所述第1、第2控制部的輸出，將某一個輸出向所述多個現場儀器中的至少一個現場儀器輸出。
2.根據權利要求1所述的過程控制裝置，其中， 包含輸出比較部，其對所述輸出獲取部獲取的所述第1、第2控制部的輸出進行比較。
3.根據權利要求1或2所述的過程控制裝置，其中， 所述第1、第2控制部，包含以所述虛擬化部為基礎而進行動作的作業系統、以及以所述作業系統為基礎而進行動作的應用程式。
4.一種過程控制系統，其對在工廠實現的工業過程進行控制，其中， 該過程控制系統包含: 網絡，其設置在所述工廠中； 多個現場儀器，它們與所述網絡連接，進行所述工業過程控制所需的測定及操作中的至少一個；以及 過程控制裝置，其與所述網絡連接， 所述過程控制裝置包含: 虛擬化部，其以硬體為基礎，作為所述硬體的替代而進行動作； 第1、第2控制部，其以所述虛擬化部為基礎而進行動作，對所述多個現場儀器的動作進行控制； 輸入分配部，其設置在所述虛擬化部中，將來自所述現場儀器的信號分配給所述第1、第2控制部；以及 輸出獲取部，其設置在所述虛擬化部中，獲取所述第1、第2控制部的輸出，將某一個輸出向所述多個現場儀器中的至少I個現場儀器輸出。
5.根據權利要求4所述的過程控制系統，其中， 該過程控制系統包含輸出比較裝置，該輸出比較裝置與所述網絡連接，對由所述過程控制裝置的所述輸出獲取部獲取的所述第1、第2控制部的輸出進行比較。
6.根據權利要求5所述的過程控制系統，其中， 所述過程控制裝置的所述輸出獲取部，將所獲取的所述第1、第2控制部的輸出經由所述網絡發送至所述輸出比較裝置。
7.一種用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法包含: 獲取第I數據的工序，該第I數據是由多個現場儀器中的第I現場儀器測定得到的； 將所述第I數據分配給第I過程控制裝置中包含的第I和第2控制部的工序； 從所述第I和第2控制部獲取第I和第2信號的工序，該第I和第2信號由所述第I和第2控制部基於所述第I數據生成，用於對所述多個現場儀器進行控制；以及 將所述第I和第2信號中的至少一個輸出至所述多個現場儀器中的所述第2現場儀器的工序。
8.根據權利要求7所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含下述工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個的工序之後，基於所述輸出的第I和第2信號中的至少一個，對所述第2現場儀器進行控制。
9.根據權利要求7所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含下述工序:在輸出所述第I和第2信號中的至少一個的工序之前，對所述第I和第2信號進行比較，以判斷是否使所述第I控制部停止。
10.根據權利要求9所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 對所述第I和第2信號進行比較的工序，包含獲取所述第I和第2信號的控制性的差的工序、以及對所述差是否處於基準值之內進行判斷的工序， 該過程控制方法還包含在所述差處於基準值之內的情況下使所述第I控制部停止的工序。
11.根據權利要求10所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含以下工序: 在獲取所述第I數據的工序`之前，將第I軟體安裝在所述第I控制部中的工序；以及在獲取所述第I數據的工序之前，將版本比所述第I軟體新的第2軟體安裝在所述第2控制部中的工序。
12.根據權利要求10所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 對所述第I和第2信號中的至少一個進行輸出的工序，包含在使所述第I控制部停止的工序之後對所述第2信號進行輸出的工序。
13.根據權利要求7所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 獲取所述第I數據的工序，包含經由連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡而從所述第I現場儀器獲取所述第I數據的工序， 對所述第I和第2信號中的至少一個進行輸出的工序，包含經由所述網絡而將所述第I和第2信號中的至少一個輸出至所述第2現場儀器的工序。
14.根據權利要求13所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含以下工序: 在輸出所述第I和第2信號中的至少一個之前，將所述第I和第2信號輸出至與所述網絡連接的輸出比較裝置的工序； 經由所述網絡獲取由所述輸出比較裝置對所述第I和第2信號的控制性的差是否處於基準值以內的判斷結果的工序；以及 在所述結果表示所述差處於所述基準值以內的情況下使所述第I控制部停止的工序。
15.根據權利要求7所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含下述工序:在獲取所述第I數據之前，將第2過程控制裝置更換為所述第I過程控制裝置，其中，該第2過程控制裝置與連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡連接，且包含有所述第I控制部。
16.根據權利要求7所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中，對所述第I數據進行分配的工序，包含下述工序:將所述第I數據分配給在所述第I過程控制裝置中包含的第3控制部， 獲取所述第I和第2信號的工序包含獲取第3信號的工序，其中，該第3信號是由所述第3控制部基於所述第I數據生成的，用於對所述多個現場儀器進行控制。
17.根據權利要求16所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含以下工序: 在輸出所述第I和第2信號中的至少一個的工序之前，對所述第I和第3信號進行比較，以判斷是否使所述第I控制部停止；以及 在輸出所述第I和第2信號的工序之前，對所述第2和第3信號進行比較，以判斷是否使所述第2控制部停止。
18.根據權利要求17所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 對所述第I和第3信號進行比較的工序包含: 獲取所述第I和第3信號的控制性的第I差的工序；以及 對所述第I差是否處於基準值以內進行判斷的工序， 對所述第2和第3信號進行比較的工序包含: 獲取所述第2和第3信號的控制性的第2差的工序；以及 對所述第2差是否處於所述基準值以內進行判斷的工序， 該過程控制方法還包含:` 在所述第I差處於所述基準值以內的情況下使所述第I控制部停止的工序；以及 在所述第2差處於所述基準值以內的情況下使所述第2控制部停止的工序。
19.根據權利要求18所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含以下工序: 在獲取所述第I數據的工序之前，將第I軟體安裝在所述第I控制部中的工序；在獲取所述第I數據的工序之前，將第2軟體安裝在所述第2控制部中的工序；以及在獲取所述第I數據的工序之前，將版本比所述第I及第2軟體新的第3軟體安裝在所述第3控制部中的工序。
20.根據權利要求16所述的用於第I過程控制裝置的過程控制方法，其中， 該過程控制方法還包含以下工序: 在獲取所述第I數據之前，從連接有所述第I過程控制裝置及所述多個現場儀器的網絡中將第2過程控制裝置和第3過程控制裝置拆下的工序，其中，該第2過程控制裝置與所述網絡連接，且包含有所述第I控制部，該第3過程控制裝置與所述網絡連接，且包含有所述第2控制部；以及 使所述第I過程控制裝置與所述網絡連接的工序。
【文檔編號】G05B19/418GK103529768SQ201310272410
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年7月1日 優先權日:2012年7月3日
【發明者】神戶隆宏, 山本光浩 申請人:橫河電機株式會社