CN101815972A - 设备控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种设备控制系统，具有：管理设备的设备过程计算机(1)、位于过程计算机和设备的机器(3)之间的PLC(2)及根据由PLC(2)接收的计算用数据进行计算处理，并将该结果向PLC(2)发送的通用PC(7)。由PLC(2)执行按顺序的控制逻辑，由通用PC(7)执行复杂的运算，以此方式来分配功能，并且，由PC(7)输出的数据必须经过PLC(2)，由PLC(2)检查计算结果数据的匹配性。由此，向设备控制系统导入通用的个人计算机(通用PC)，使可编程逻辑控制器(PLC)与通用PC分配功能，并且，能够补足在例如定时性的方面的通用PC在工业用途中的可靠性。

Description

设备控制系统及方法
技术领域
本发明涉及一种适用于控制例如炼铁设备(plant)的设备控制系统及方法。
背景技术
在控制例如炼铁设备的设备控制系统中多通过以下方式构成LAN(局域网)：将管理并控制炼铁设备的过程(process)计算机作为上位层，将位于过程计算机与炼铁设备的各种机器之间的可编程逻辑控制器和/或作为用于检测仪表操作的控制器的DCS作为下位层。可编程逻辑控制器主要是通过以下方式来负责进行在数msec(毫秒)～数百msec左右的周期内的高速的实时控制，根据来自过程计算机的输出来对制造装置的促动器类进行控制，或者从用于制造过程的温度、压力及速度等的过程计测的传感器类取得传感器信息。
专利文献1：日本特开2000-137662号公报
然而，虽然可编程逻辑控制器在其动作中确保了安全性和稳定性，但对于伴随着汇流计算(convergence calculation)和学习计算那样的复杂或者大规模的计算处理，存在软件的开发效率低的问题。另一方面，随着近年来的计算机技术的发展，通用的个人计算机的计算处理能力和软件的易开发性不断地得到显著的提高。从以上观点来看，在设备控制系统上向和可编程逻辑控制器的相同的层导入通用的个人计算机，并以此来负责计算处理的优点较多。
然而，通用的个人计算机虽然在计算处理能力和软件的易开发性的方面较为优秀，但由于在工业用途中的定时性等的方面的可靠性不足，若直接与炼铁设备的各种机器连接并对其进行控制，则存在产生故障的危险。
关于这种技术，在专利文献1中公开有以下内容：可编程逻辑控制器不是直接与主机连接，而是经由比该可编程逻辑控制器的计算处理能力更高的、数据通信适应性高的显示装置与主机连接。在专利文献1中，利用该显示装置进行协议变换，能够在主机一侧以共用的程序控制各可编程逻辑控制器。
发明内容
本发明的目的在于，向设备控制系统中导入通用的个人计算机等的高速或者高性能的信息处理装置，以与可编程逻辑控制器和信息处理装置的各自的数据处理能力相对应的方式分配各自应处理的功能，并且，补足在例如构成制造设备的各装置/机器间的动作定时即定时性的方面信息处理装置在工业用途中的可靠性。
为了实现上述目的，本发明的设备控制系统具有：过程计算机，用于管理设备；可编程逻辑控制器，位于上述过程计算机与上述设备的机器之间；以及信息处理装置，根据从上述可编程逻辑控制器接收到的计算用数据执行计算处理，并将该计算结果数据发送给上述可编程逻辑控制器，上述可编程逻辑控制器具有：发送处理单元，从由上述设备的机器输入到上述可编程逻辑控制器的数据中提取计算用数据，并向上述信息处理装置发送；匹配性检查单元，检查与规定的基准的匹配性，该规定的基准用于评价从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的有效性。
本发明的设备控制方法在设备控制系统中被执行，其特征在于，该设备控制系统具有：过程计算机，用于管理设备；可编程逻辑控制器，位于上述过程计算机与上述设备的机器之间；以及信息处理装置，根据从上述可编程逻辑控制器接收到的计算用数据执行计算处理，并将该计算结果数据发送给上述可编程逻辑控制器，上述可编程逻辑控制器执行下述步骤：发送处理步骤，从由上述设备的机器输入到上述可编程逻辑控制器的数据中提取计算用数据，并向上述信息处理装置发送；匹配性检查步骤，检查与规定的基准的匹配性，该规定的基准用于评价从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的有效性。
根据本发明，能够由可编程逻辑控制器执行顺序(sequential)控制逻辑，由通用的个人计算机等的信息处理装置执行复杂的计算处理，通过这样的分配功能，实现了设备控制的高精度化和高速化，并且能够与软件的开发环境分离，提高软件的开发效率。
进而，使从信息处理装置输出的计算结果数据通过可编程逻辑控制器，由可编程逻辑控制器检查了计算结果数据的匹配性，从而能够在例如定时性的方面补足信息处理装置在工业用途中的可靠性。
附图说明
图1是示出本实施方式的设备控制系统的概略结构的图。
图2是示出本实施方式的PLC及通用PC的功能结构的框图。
图3是示出本实施方式的通用PC的硬件结构的例子的框图。
图4是示出本实施方式的PLC的处理动作的流程图。
图5是示出本实施方式的通用PC的处理动作的流程图。
图6A是示出从本实施方式的PLC向通用PC发送的计算用数据文件的结构的例子的图。
图6B是示出从本实施方式的通用PC向PLC发送的计算结果数据文件的结构的例子的图。
图7是说明使用了本发明的设备控制系统的使用例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行说明。
图1示出本实施方式的设备控制系统的概略结构。在本实施方式中，以包括钢铁制造设备的炼铁设备(图示例子是在压延钢板时的用于驱动压延辊的包括主轴、齿轮、轴、马达等的压延设备)为例进行说明。
如图1所示，在设备控制系统中通过上位层的过程计算机1和下位层的可编程逻辑控制器(PLC)2构成Ethernet(注册商标：以太网)规格的LAN。
上位层的过程计算机1管理炼铁设备，例如根据制造计划向操作人员发出制造指示、收集各种传感器信息、向PLC2发送控制时所必需的信息。
下位层的PLC2位于过程计算机1与炼铁设备的各种机器3(促动器类、传感器类等)之间，根据来自过程计算机1的输出来控制促动器类，或从传感器类取得传感器信息。下位层的PLC2主要是负责在数msec～数百msec左右的周期内的高速的实时控制。
在下位层中包括输入输出模块(I/O：input/output)4和人机接口(HMI：human machine interface)5，由此构成了LAN6，该输出模块4是在PLC2与炼铁设备的机器3进行通信时进行数据输入输出的RIO(RemoteInput/Output：远程输入输出)等的输入输出模块(I/O)4，该人机接口5显示与制造设备相关的状态和/或操作指示等的各种信息。此外，根据PLC2的不同，也可以不经由输入输出模块(I/O)4而直接与炼铁设备的机器3连接。
PLC2还经由LAN6与通用的个人计算机(通用PC)7连接。通用PC7是独立于上位层的过程计算机1进行设置的计算机。通用PC7根据从PLC2接收的计算用数据主要执行实时控制所必需的计算处理，并将该计算结果数据向PLC2发送，相当于本发明所指的信息处理装置。在图1中，虽然通用PC7也与过程计算机1连接，但在本发明中通用PC7至少与PLC2连接即可。
此外，在图1中虽然只示出一台PLC2，但不言自明，过程计算机能够与多台PLC2连接。
另外，也可以按每台PLC2来设置通用PC7，也可以由多台PLC2共享通用PC7。在通用PC7由多台PLC2共享的情况下，例如也可以使用从某台PLC2接收的计算用数据和从其它的PLC2接收的计算用数据而进行综合计算，并能够将该计算结果数据向各个PLC2发送。
在此，虽然PLC2是小型计算机的一种，但其动作的方法不同于通常的计算机，所述PLC2将以继电器电路为原型的状态机作为动作模型(model)。虽然PLC2在通过软件进行动作的方面与通常的计算机相同，由于在多数情况下是通过梯形图语言(ladder language)进行编程，因此实装复杂的计算并不容易，但因为其原本就是用于工业用途而开发/使用的，所以能够确保安全性和稳定性。
另一方面，通用PC7使用Windows(注册商标：视窗)等通用操作系统(OS)，虽然在计算处理能力和软件的易开发性的方面较为优秀，但在工业用途中的定时性(保证在指定控制周期内传送信息)等的方面与PLC相比，可靠性大多不好。例如，根据负荷的不同会产生的计算处理时间的差异(ばらつき)。此外，通用PC7没有被考虑为必须进行长时间的连续作业，因而在进行二十四小时作业等的情况下有产生挂起等故障的危险。
在本发明所使用的设备控制系统中，由PLC2执行顺序控制逻辑(各种判断等)，由通用PC7执行复杂的计算处理(汇流计算等的数值计算)，以这种方式分配应处理的功能。然后，使由通用PC7输出的计算结果数据必须通过PLC2，利用PLC2检查计算结果数据的匹配性，从而补足例如在定时性的方面的通用PC7在工业用途中的可靠性。
下面，参照图2对PLC2以及通用PC7的功能结构进行说明。在PLC2中，附图标记21是输入处理部，其从炼铁设备的机器3经由I/O4输入数据。附图标记22主顺序处理部，其执行顺序控制逻辑。
附图标记23是固定周期时钟处理部，按固定周期T(例如每30ms(毫秒))进行计时。附图标记24是发送处理部，其从输入自身的数据中提取规定的计算用数据并向通用PC7发送，典型的该数据就是从炼铁设备的机器3输入的数据。发送处理部24在向通用PC7发送计算用数据时，作为在本发明中所指的时间管理信息，附加在每次发送计算用数据时加1的计数值。
附图标记25是接收处理部，其接收来自通用PC7的计算结果数据。附图标记26是匹配性检查部，其检查用于评价从通用PC7的接收的计算结果数据的有效性的与规定的基准的匹配性，详细内容在后面进行描述。附图标记27是输出处理部，其经由I/O4向炼铁设备的机器3输出数据(例如由主顺序处理部22处理的数据和/或由接收处理部25接收的计算结果数据，此外还有对这些数据进行加减乘除等简单的计算而生成的数据)。
在通用PC7中，附图标记71是接收处理部，其接收来自PLC2的计算用数据。附图标记72是应用程序处理部，其根据从PLC2接收的计算用数据来执行计算处理。应用程序处理部72具有计数值设定部72a，对向PLC2发送的计算结果数据附加计数值，该计数值是将附加在作为计算结果数据的基础的计算用数据上的计数值直接进行设定的计数值。附图标记73是发送处理部，其将计算结果数据向PLC2发送。
在图3中示出了通用PC7的硬件结构的例子。通用PC7具有以下结构：CPU101，控制装置整体的中央处理装置；显示部102，显示各种输入条件和/或解析结果等；存储部103，保存解析结果等的硬盘等；ROM(只读存储器)104，存储控制程序、各种应用程序、数据等；RAM(随机访问存储器)105，CPU101在进行处理时使用的操作区域；输入部106，键盘、鼠标等；以及其它等。
图4是示出在PLC2中的处理动作的流程图。PLC2按固定周期T执行数据的收集等动作。利用输入处理部21从炼铁设备的机器3经由I/O4输入数据(步骤S41)，利用主顺序处理部22执行顺序控制逻辑(步骤S42)。
以下步骤与步骤S42的主序列处理并行进行。利用发送处理部24从由炼铁设备的机器3输入的数据中提取规定的计算用数据(步骤S43)。然后，对计算用数据附加计数值(步骤S44)，并向通用PC7发送(步骤S45)。在此，对例如计算用数据附加计数值X(X是整数)并向通用PC7发送。
然后，在通过接收处理部71接收到来自PLC2的计算用数据的情况下(步骤S46)，检查与规定的基准之间的匹配性，该规定的基准是用于利用匹配性检查部26评价计算结果数据的有效性的基准(步骤S47)。
在此，对步骤S47的匹配性的检查进行说明。如已叙述的那样，在通用PC7中，对向PLC2发送的计算结果数据附加计数值，该计数值是与附加在作为计算结果数据的基础的计算用数据上的计数值相同的计数值。由此，若在步骤S46中接收的计算结果数据上附加的计数值是X，该计算结果数据与最近发送的计算用数据相对应，则能够判断为具有时间上的匹配性(保持固定周期性)。
当然，计算用数据的发送与计算结果数据的接收没有必要设定在相同周期内，根据数据的种类和/或计算的内容等，也可以允许计算结果数据的接收是在数个周期之后。即，若在步骤S46中接收的计算结果数据所附加的计数值是X-n(n是预先指定的整数)，则也可以判断为该计算结果数据具有时间上的匹配性。
此外，在步骤S46中接收的计算结果数据也要检查下述的匹配性，是否在预先设定的上下限值内，以及/或者是否与由PLC2假定的极性(正、负)相同。
对于在步骤S47中的匹配性检查的结果，在判断为没有匹配性的情况下，例如不使用该计算结果数据而放弃。此外，在与计算用数据相对应的计算结果数据长时间未返回的情况下，由于在通用PC7中也有产生几种异常的可能性，也可以将该内容通知操作人员。
在步骤S48中，由输出部27经由I/O4向炼铁设备的机器3输出由主顺序处理部22处理后的数据，若存在由匹配性检查部26判断为具有匹配性的计算结果数据，或者对这些数据进行加减乘除等简单的计算而生成的数据，则将这些数据也加入上述输出的数据中。
将上述步骤S41～S48的处理按照定周期T重复执行直至收到结束指示(步骤S49)。
图5是示出在通用PC7中的处理动作的流程图。通用PC7是以与PLC2的时钟非同步的方式，根据事件的产生进行动作。若利用接收处理部71接收来自PLC2的计算用数据(步骤S51)，则利用应用程序处理部72执行计算处理(步骤S52)。然后，利用计数值设定部72a对向PLC2发送的计算结果数据附加计数值(步骤S53)，该计数值是将附加在作为计算结果数据的基础的计算用数据上的计数值直接进行设定的计数值，并利用发送处理部73向PLC2发送(步骤S54)。
图6A示出了从PLC2向通用PC7的发送的计算用数据文件200的结构的例子，图6B示出了从通用PC7向PLC2发送的计算结果数据文件700的结构的例子。计算用数据文件200以及计算结果数据文件700都包括计数值201、701、握手(handshake)用标志202、702、实际数据(计算用数据203、计算结果数据703)。
握手用标志202、702是用于使在PLC2中的顺序(sequence)处理与在通用PC7中的计算处理可靠地连动。通用PC7进行连动，在应该动作的顺序时对动作附加固有的编号，从而在从PLC2向通用PC7发送计算用数据时(即，通用PC7的动作开始定时)，将其与计算用数据一并发送，锁存(latch)顺序处理。然后，在来自通用PC7的动作结束时，按照与计算结果数据一并发送的编号来解除锁存并进行顺序处理。
如上述那样，能够以由PLC2执行顺序控制逻辑，由通用PC7执行复杂的计算处理的方式进行功能分配，从而实现了设备控制的高精度化和高速化，并且，能够分离软件的开发环境，提高软件的开发效率。
进而，使由通用PC7输出的计算结果数据必须通过PLC2，由PLC2检查计算结果数据的匹配性，从而能够补足例如在定时性的方面通用PC7在工业用途中的可靠性。由此，能够确保不能够保证计算处理的定时性的通用PC7(通用OS)的定时性，从而能够适用于设备控制。
图7是说明用于本发明的设备控制系统的使用例的图。如图7所示，PLC2连接有通用PC的解析PC7a、模拟PC7b、控制PC7c。此外，虽然为了进行功能的说明将三个PC7a～7c图示为不同的计算机，但不一定是不同的PC。本例子是高效地展开下述(1)课题分析、(2)解决方案的开发/离线检验、(3)试制/检验/评价、(4)永久化的各步骤的例子。
(1)课题分析
如图7的状态(a)所示，在解析PC7a中，收集来自炼铁设备的过程数据，并且同步播放来自监视炼铁设备的工业用电视(ITV：industrytelevision)8的图像信息，并实时进行解析。然后，将由解析PC7a解析的数据输入模拟PC7b，进入更高程度的数据解析。在上述实施方式的说明中，虽然是从炼铁设备经由PLC2向通用PC7输入数据，若出于收集过程数据的目的，也可以从炼铁设备直接输入。当然，也可以输入由PLC2进行过取舍选择的过程数据。
(2)解决方案的开发/离线检验
在需要解析的结果、某些应对方案的情况下，如图7的状态(b)所示，进行应对方案的研究模型的开发/检验。更具体地说，将由解析PC7a收集的过程数据与由模拟PC7b模拟的模拟数据进行比较，从而由模拟PC7b通过模拟进行模型检验，并且，通过对不可测定数据的推断进行检验。
(3)试制/检验/评价
接下来，如图7的状态(c)所示，进行使用了易编程的通用PC的检验逻辑的制作。然后，使用模拟PC7b进行并行运行(parallel run)检验，通过与PLC2的协作进行实机试验/检验。
(4)永久化
接下来，如图7的状态(d)所示，将能够确认有效性的逻辑经由PLC2用于实机(I/L和/或上下限检查由PLC2分担、复杂的模型计算由PC分担)。
在上述内容中，虽然对本发明及其实施方式进行说明，但本发明并不仅局限于这些实施方式，而是能够在本发明的范围内进行改动等。例如，在上述实施方式中，在通用PC7中，对PLC2发送的计算结果数据附加计数值，虽然该计数值是根据附加在作为计算结果数据的基础的计算用数据上的计数值直接(即相同的计数值)进行设定的计数值，但也可以对计算结果数据附加与作为计算结果数据的基础的计算用数据所附加的时间管理信息相关联的时间管理信息，没有必要是相同的信息。
工业实用性
在上述实施方式中，虽然是以包括钢铁设备的炼铁设备为例，但本发明可用于控制燃气、食品药品、化学制品、汽车，半导体等各种设备的情况。

Claims (5)

1.一种设备控制系统，其特征在于，
具有：
过程计算机，用于管理设备；
可编程逻辑控制器，位于上述过程计算机与上述设备的机器之间；以及
信息处理装置，根据从上述可编程逻辑控制器接收到的计算用数据执行计算处理，并将该计算结果数据发送给上述可编程逻辑控制器，
上述可编程逻辑控制器具有：发送处理单元，从由上述设备的机器输入到上述可编程逻辑控制器的数据中提取计算用数据，并向上述信息处理装置发送；匹配性检查单元，检查与规定的基准的匹配性，该规定的基准用于评价从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的有效性。
2.如权利要求1所述的设备控制系统，其特征在于，
上述可编程逻辑控制器具有在向上述信息处理装置发送计算用数据时附加时间管理信息的单元，
上述信息处理装置具有对向上述可编程逻辑控制器发送的计算结果数据附加与附加在作为计算结果数据的基础的计算用数据中的时间管理信息相关联的时间管理信息的单元，
上述匹配性检查单元根据附加在从上述信息处理装置接收到的计算结果数据中的时间管理信息，检查时间上的匹配性。
3.如权利要求1所述的设备控制系统，其特征在于，
上述匹配性检查单元检查从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的上下限和极性中的至少一种的匹配性。
4.如权利要求2所述的设备控制系统，其特征在于，
上述匹配性检查单元检查从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的上下限和极性中的至少一种的匹配性。
5.一种设备控制方法，在设备控制系统中被执行，其特征在于，
该设备控制系统具有：
过程计算机，用于管理设备；
可编程逻辑控制器，位于上述过程计算机与上述设备的机器之间；以及
信息处理装置，根据从上述可编程逻辑控制器接收到的计算用数据执行计算处理，并将该计算结果数据发送给上述可编程逻辑控制器，
上述可编程逻辑控制器执行下述步骤：发送处理步骤，从由上述设备的机器输入到上述可编程逻辑控制器的数据中提取计算用数据，并向上述信息处理装置发送；匹配性检查步骤，检查与规定的基准的匹配性，该规定的基准用于评价从上述信息处理装置接收到的计算结果数据的有效性。
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