成套设备监视控制系统的制作方法

1.本发明涉及成套设备监视控制系统。


背景技术：

2.工业成套设备(钢铁成套设备、造纸成套设备、发电成套设备、石油成套设备、化学成套设备、水处理设备成套设备等)生产工业活动所必要的原材料或资源。近年来，在对工业成套设备进行监视及控制的成套设备监视控制系统中，使用人机接口(hmi)系统。hmi系统经由计算机网络而与可编程逻辑控制器(plc)以及构成工业成套设备的多个现场设备连接。操作员使用监视器、键盘、鼠标等进行用于工业成套设备的监视及控制的操作。
3.以往，操作员的操作通过配置在工作台上的硬件开关来实施。硬件开关是杠杆控制器、按钮、旋转开关、拨动开关等。但是，以操作监视功能的扩充、部件追加等的改造的容易性、有寿命部件的经年劣化所引起的操作故障的解决等为目的，操作员的操作被置换为hmi系统上的部件的操作。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第6552775号公报
7.专利文献2：日本特开2018－46726号公报


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题
9.在进行实时性高的电气控制的工业成套设备中，为了确保产品质量和安全，要求对操作员的操作进行高速响应。关于hmi系统的高响应性，有专利文献1。
10.在专利文献1中，对于在web浏览器上构筑使hmi画面动作的scada(supervisory control and dataacquisition：数据采集与监视控制系统)hmi时的dom gc(garbage collection：垃圾回收)引起的显示延迟，通过混合web gl(web graphics library)渲染和svg渲染，使plc(programmable logic controller)输出到hmi的信号的显示高速化。
11.通过专利文献1的方法，对于hmi系统上的多个部件，能够实现确保产品质量和安全所必要的高速响应。但是，对于具有仅在操作员进行操作的期间使现场设备动作的功能的部件，要求更高速的响应。
12.因此，对于具有仅在操作员进行操作的期间使现场设备动作的功能的部件，不是使用hmi系统上的部件，而是如以往那样使用硬件开关。
13.在工厂内存在许多仅在操作员操作部件的期间动作的现场设备。因此，使用将共同的硬件开关配置在工作台上，并通过hmi系统上的部件来选择与共同的硬件开关建立关联的现场设备的方法。
14.将共同的硬件开关与现场设备建立关联的hmi系统上的部件称为通用操作部件(general purpose part)。
15.如果在通过通用操作部件选择了错误的现场设备的状态下操作了共同的硬件开关，则与操作员的意图不同的现场设备动作，是危险的。因此，需要防止人为错误。
16.作为防止人为错误的方法，提出了例如专利文献2的方法。但是，在专利文献2的方法中，通用操作部件被其他部件(例如窗部件)隐藏，操作员难以视觉辨认现场设备与硬件开关的关联建立状态的状态下，无法防止人为错误。
17.本发明是为了解决上述技术问题而完成的。本发明的目的在于，提供一种成套设备监视控制系统，在操作员难以视觉辨认现场设备与硬件开关的关联建立状态的状态下，能够防止人为错误。
18.用于解决技术问题的手段
19.为了实现上述目的，本发明的成套设备监视控制系统如下构成。
20.本发明的成套设备监视控制系统具备硬件开关、可编程逻辑控制器和hmi子系统。
21.所述硬件开关输出用于控制构成工业成套设备的现场设备的控制信号。该现场设备是仅在操作员操作硬件开关期间应该动作的致动器。
22.所述可编程逻辑控制器与所述现场设备以及所述硬件开关连接。该可编程逻辑控制器管理所述现场设备与所述硬件开关的关联建立状态信息。该可编程逻辑控制器在所述现场设备与所述硬件开关被建立了关联的关联建立状态的情况下，根据从所述硬件开关输出的所述控制信号来控制所述现场设备。
23.所述hmi子系统与所述可编程逻辑控制器连接。所述hmi子系统在hmi画面上显示第一软件部件和第二软件部件。第一软件部件是在画面上显示所述关联建立状态信息的所述通用操作部件。第二软件部件是在所述hmi画面内可自由变更显示位置的窗部件。
24.另外，在所述hmi画面上所述第二软件部件与所述第一软件部件的至少一部分重叠的情况下，该可编程逻辑控制器解除所述关联建立状态。所述关联建立状态被解除，从而所述现场设备和所述硬件开关成为未被建立关联的非关联建立状态。因此，从所述硬件开关输出的所述控制信号不从所述可编程逻辑控制器向所述现场设备发送。
25.优选的是，所述可编程逻辑控制器在从所述hmi子系统定期地接收健康检查信号的期间，维持所述关联建立状态。所述可编程逻辑控制器在所述健康检查信号的定期接收中断的情况下，解除所述关联建立状态。所述hmi子系统在所述第二软件部件与所述第一软件部件的至少一部分重叠的情况下，停止所述健康检查信号的发送。
26.优选的是，所述可编程逻辑控制器在与所述hmi子系统的通信被切断的情况下，解除所述关联建立状态。
27.发明的效果
28.根据本发明，在hmi画面上第二软件部件与对现场设备与硬件开关的关联建立状态信息进行表示的第一软件部件的至少一部分重叠的情况下，可编程逻辑控制器解除关联建立状态。因此，在操作员难以视觉确认现场设备与硬件开关的关联建立状态的状态下，能够防止人为错误。
附图说明
29.图1是用于说明本发明的实施方式1的成套设备监视控制系统的结构的图。
30.图2是用于说明本发明的实施方式1的成套设备监视控制系统的结构的图。
31.图3是用于说明将硬件开关与现场设备建立关联的处理的流程图。
32.图4是用于说明硬件开关操作时的处理的流程图。
33.图5是用于说明基于健康检查的关联解除处理的流程图。
34.图6是用于说明基于部件的重叠的关联解除处理的流程图。
35.图7是用于说明通用操作部件与窗部件的重叠的图。
36.图8是表示hmi客户端、hmi服务器、plc各自的硬件结构例的框图。
具体实施方式
37.以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。但是，在以下所示的实施方式中提及各要素的个数、数量、量、范围等的数字的情况下，除了特别明示的情况或原理上明确地确定为该数字的情况以外，本发明并不限定于该提及的数字。另外，在以下所示的实施方式中说明的构造等，除了特别明示的情况或原理上明确地确定于此的情况以外，在本发明中未必是必须的。另外，对各图中共同的要素标注相同的符号，并省略重复的说明。
38.实施方式1.
39.图1及图2是用于说明本发明的实施方式1的成套设备监视控制系统的结构的图。
40.成套设备监视控制系统具备监视装置1、控制网络hub4、人机接口(hmi)服务器5、可编程逻辑控制器(plc)6、i/o装置7、现场网络hub8、驱动装置9及多个现场设备10。监视装置1具备hmi客户端2、硬件开关3。
41.参照图1来说明各装置的连接关系。hmi客户端2经由控制网络hub4而与hmi服务器5连接。硬件开关3经由i/o装置7及现场网络hub8而与plc6连接。hmi服务器5经由控制网络hub4而与plc6连接。驱动装置9经由现场网络hub8而与plc6连接。多个现场设备10与驱动装置9连接。
42.如图2所示，plc6与硬件开关3、hmi子系统30、多个现场设备10电连接。hmi子系统30包括hmi客户端2和hmi服务器5。
43.参照图2，对硬件开关3、hmi子系统30(hmi客户端2、hmi服务器5)以及plc6进行说明。特别对通用操作部件、现场设备10与硬件开关3的关系进行说明。
44.(硬件开关3)
45.硬件开关3当被操作员操作时，输出用于对构成工业成套设备的现场设备10进行控制的控制信号。现场设备10是电动机、电磁阀等致动器。控制信号经由i/o装置7及现场网络hub8而被输入到plc6。
46.(hmi客户端2)
47.hmi客户端2在监视器上显示hmi画面21。hmi客户端2作为显示软件而执行例如网页浏览器20，在网页浏览器20上显示hmi画面21。
48.在hmi画面21上配置通用操作部件22和通用操作部件23。通用操作部件22是用于在每次选择时变更现场设备a(10a)与硬件开关3的关联建立状态的部件。另外，通用操作部件22是对现场设备a(10a)与硬件开关3的关联建立设定信息进行显示的第一软件部件。同样，通用操作部件23是用于在每次被选择时对现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立状态进行变更的部件。另外，通用操作部件23是对现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立设定信息进行显示的第一软件部件。关联建立设定信息是对是现场设备10与硬件开关3被建
立了关联的“关联建立状态”、还是现场设备10与硬件开关3没有被建立关联的“非关联建立状态”进行表示的信息。
49.另外，在hmi画面21上配置窗部件24，该窗部件24通过操作员的操作而能够在hmi画面21内自由地变更显示位置。窗部件24是第二软件部件。
50.当操作员使用鼠标或触摸屏等输入装置对hmi画面21上的部件进行操作时，hmi的操作信号被发送到hmi服务器5。hmi的操作信号包括对于hmi屏幕21的每个部件唯一的项目名和操作值。项目名例如将配置有该部件的hmi画面21的画面名称与依次向该hmi画面21内的部件分配的编号组合，并在hmi系统内唯一地被确定。
51.当操作员操作通用操作部件22或23时，关联变更信号作为hmi的操作信号被发送到hmi服务器5。在关联变更信号中包含该通用操作部件的项目名和操作值。此外，hmi客户端2从hmi服务器5接收反馈信号作为对关联变更信号的响应。反馈信号包括上述关联建立设定信息。例如，在关联建立设定信息是表示现场设备a(10a)与硬件开关3被建立了关联的关联建立状态的信息的情况下，hmi客户端2使与现场设备a(10a)有关的通用操作部件22进行闪烁。通过闪烁，操作员能够识别出现场设备a(10a)与硬件开关3处于关联建立状态。关于通用操作部件23也是同样的。
52.另外，hmi客户端2在窗部件24与通用操作部件22的至少一部分重叠的情况下，向hmi服务器5发送关联解除信号，该关联解除信号用于解除现场设备a(10a)与硬件开关3被建立了关联的关联建立状态。同样地，在窗部件24与通用操作部件23的至少一部分重叠的情况下，向hmi服务器5发送关联解除信，该关联解除信用于解除现场设备b(10b)与硬件开关3被建立了关联的关联建立状态。
53.(hmi服务器5)
54.hmi服务器5预先存储用于对hmi客户端2的项目名和plc6的plc地址进行变换的变换表。hmi服务器5从hmi客户端2接收到关联变更信号时，根据关联变更信号中包含的通用操作部件(22或23)的项目名，从变换表中取得plc地址，将该plc地址作为发送目的地，将操作值发送给plc6。
55.此外，hmi服务器5从plc6接收反馈信号作为关联变更信号的响应。反馈信号中包括上述的关联建立设定信息。在关联建立设定信息是表示现场设备10(10a或10b)与硬件开关3被建立了关联的关联建立状态的信息的情况下，hmi服务器5开始向plc6定期发送与该现场设备a(10a或10b)有关的健康检查信号。健康检查信号是值定期变化的信号。作为健康检查信号，例如使用按每个控制周期使数值递增的健康计数器(healthy counter)，或按每个控制周期交替变更0和1的心跳(heartbeat)。
56.另外，hmi服务器5从hmi客户端2接收到与现场设备10(10a或10b)有关的关联解除信号时，停止向plc6发送与该现场设备10有关的健康检查信号。
57.(plc6)
58.plc6通过plc6的处理器以固定周期执行的plc软件来运算来自hmi子系统30以及硬件开关3的信号。
59.plc6对现场设备10与硬件开关3的关联建立状态信息进行管理。当操作值被输入到与关联变更信号相对应的plc地址时，plc6变更对象现场设备的关联建立设定信息。例如，设对象现场设备为现场设备a(10a)。在现场设备a(10a)与硬件开关3处于被建立了关联
的关联建立状态的情况下，plc6解除关联建立状态。另一方面，在现场设备10a与硬件开关3处于未被建立关联的非关联建立状态的情况下，plc6将现场设备10a与硬件开关3建立关联。
60.另外，当plc6接收到健康检查信号时，与该信号对应的plc地址的存储值发生变化。plc6参照该存储值进行运算。plc6在从hmi子系统30定期接收健康检查信号的期间，维持对象现场设备与硬件开关3被建立了关联的关联建立状态。
61.另外，当plc6接收到硬件开关3的控制信号时，与该信号对应的plc地址的存储值发生变化。plc6参照该存储值进行运算。plc6在对象现场设备与硬件开关3为被建立了关联的关联建立状态的情况下，根据从硬件开关3输出的控制信号来控制驱动装置9。驱动装置9根据来自plc6的信号，控制对象现场设备。另一方面，在非关联建立状态的情况下，plc6不控制驱动装置9。
62.另外，在健康检查信号的定期接收中断时，plc6将对象现场设备与硬件开关3的关联建立状态解除。
63.(流程图)
64.以下，参照图3～图7的流程图，关于下述的处理，对具体例进行说明。
65.(1)将硬件开关与现场设备建立关联的处理
66.(2)硬件开关操作时的处理
67.(3)基于健康检查的关联解除处理
68.(4)基于部件的重叠的关联解除处理
69.(5)基于通信不良的关联解除处理
70.(1)将硬件开关与现场设备建立关联的处理
71.图3是用于说明将硬件开关3与现场设备10建立关联的处理的流程图。作为一例，对于对通用操作部件23进行了操作的情况进行说明。
72.首先，在步骤s100中，操作员按下用于将现场设备b(10b)与硬件开关3建立关联的通用操作部件23。当通用操作部件23被按下时，从hmi客户端2向hmi服务器5发送关联变更信号。在关联变更信号中包含通用操作部件23的项目名和操作值。
73.在步骤s110中，hmi服务器5从变换表中取得与项目名对应的plc地址，将该plc地址作为发送目的地，向plc6发送操作值。
74.在步骤s120中，plc6对现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立状态信息进行确认，判定是关联建立状态还是非关联建立状态。在当前为非关联建立状态的情况下，plc6将现场设备b(10b)与硬件开关3建立关联(步骤s130)。
75.另一方面，在当前为关联建立状态的情况下，plc6解除现场设备b(10b)与硬件开关3的关联(步骤s140)。plc6存储作为步骤s130或s140的处理结果即关联建立状态信息。
76.在步骤s150中，plc6向hmi服务器5发送包含关联建立状态信息的反馈信号。hmi服务器5接收反馈信号。
77.接着，在步骤s160中，hmi服务器5判定现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立状态信息是关联建立状态还是非关联建立状态。
78.在是关联建立状态的情况下，hmi服务器5开始向plc6定期发送健康检查信号(步骤s170)。例如，在每个发送周期对信号值进行计数。
79.另一方面，在是非关联建立状态的情况下，hmi服务器5停止发送健康检查信号(s180)。
80.在步骤s190中，hmi服务器5向hmi客户端2发送反馈信号。hmi客户端2在反馈信号中包含的关联建立状态信息为关联建立状态的情况下，使在步骤s110中被按下的通用操作部件23闪烁。另一方面，在是非关联建立状态的情况下，使通用操作部件23的闪烁停止。
81.以上，以通用操作部件23为例说明了图3的处理，但在操作了用于将现场设备a(10a)与硬件开关3建立关联的通用操作部件22的情况下也同样地进行处理。
82.(2)硬件开关操作时的处理
83.图4是用于说明硬件开关操作时的处理的流程图。
84.首先，在步骤s200中，plc6从硬件开关3接收控制信号。
85.在步骤s210中，plc6确认与控制信号对应的plc地址中存储的存储值。
86.在步骤s220中，plc6确认关联建立状态信息，确认有无与硬件开关3建立了关联的现场设备10。在没有与硬件开关3建立了关联的现场设备10的情况下，不控制任何现场设备10，返回步骤s200继续处理。
87.另一方面，在存在与硬件开关3建立了关联的现场设备10的情况下，plc6根据控制信号经由驱动装置9来控制该现场设备(步骤s230)。
88.(3)基于健康检查的关联解除处理
89.图5是用于说明基于健康检查的关联解除处理的流程图。
90.首先，在步骤s300中，plc6定期地确认与现场设备a(10a)及现场设备b(10b)各自的健康检查信号对应的plc地址中所存储的存储值。
91.在步骤s310中，当在一定时间内健康检查信号的存储值发生了变更时，plc6返回步骤s300，继续进行处理。
92.另一方面，当在一定时间内健康计数器的值没有变化时，plc6强制解除该现场设备与硬件开关3的关联建立状态(步骤s320)。
93.(4)基于部件的重叠的关联解除处理
94.在所述画面上所述第二软件部件与所述第一软件部件的至少一部分重叠的情况下，所述可编程逻辑控制器解除所述现场设备与所述硬件开关被建立了关联的所述状态。
95.图6是用于说明通用操作部件被窗部件隐藏时的关联解除处理的流程图。作为一例，说明现场设备b(10b)与硬件开关3为被建立了关联的关联建立状态的情况。
96.首先，在步骤s400中，hmi客户端2通过在例如网页浏览器20上动作的脚本，在每次变更部件的坐标或尺寸时检测部件的位置和尺寸。
97.在步骤s410中，hmi客户端2判定窗部件24是否与通用操作部件23的至少一部分重叠。参照图7说明部件的重叠。当按下图7的(a)所示的部件c(25)时，如图7的(b)所示显示窗部件24。有时窗部件24的位置由于操作员的操作而变更，而如图7(c)所示那样与通用操作部件23的一部分重叠。在步骤s410中，根据各部件的坐标及尺寸来判定部件有无重叠。在部件没有重叠的情况下，返回图6的步骤s400，在任意一个部件有坐标变更时重新开始处理。
98.另一方面，在有部件重叠的情况下，hmi客户端2向hmi服务器5输出用于解除现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立状态的关联解除信号。hmi服务器5停止发送与现场设备b(10b)有关的健康检查信号(步骤s420)。
99.在步骤s430中，plc6强制解除现场设备b(10b)与硬件开关3的关联建立状态。
100.以上，关于图6的处理，以现场设备b(10b)与硬件开关3为关联建立状态的情况为例进行了说明，但在现场设备a(10a)与硬件开关3为关联建立状态的情况下也同样进行处理。
101.(5)基于通信不良的关联解除处理
102.在hmi服务器5与plc6之间通信被切断的情况下，plc6无法接收健康检查信号。其结果，执行与所述图5的工作流程相同的处理。即，plc6在健康检查信号的定期接收中断的情况下，解除硬件开关3与全部现场设备10的关联。由此，能够防止因hmi子系统30和plc6的通信状态恶化而引起的误动作。
103.如以上说明的那样，根据本实施方式的成套设备监视控制系统，能够检测出在hmi画面21上窗部件24与对现场设备10与硬件开关3的关联建立状态信息进行显示的通用操作部件的至少一部分重叠这一情况。并且，在检测出部件重叠的情况下，停止发送健康检查信号，从而与hmi服务器5和plc6之间的通信被切断时同样地、解除关联建立状态。因此，在操作员难以视觉确认现场设备10与硬件开关3的关联建立状态的状态下，能够防止人为错误。
104.(变形例)
105.另外，在上述的实施方式1的系统中，hmi子系统30通过hmi客户端2用的计算机和hmi服务器5用的计算机这两台来构成。但是，构成hmi子系统30的计算机的台数不限于此，也可以是3台以上。另外，hmi子系统30也可以通过具备hmi客户端2的功能以及hmi服务器5的功能的一台计算机来构成。
106.另外，在上述的实施方式1的系统中，允许1个硬件开关3与现场设备a以及b双方建立关联的状态。即，plc软件被设计成能够联动地控制现场设备a及现场设备b。但是，plc软件的设计不限于此。也可以仅使现场设备a和现场设备b中的任意一方与硬件开关3建立关联。即，也可以强制解除一方的现场设备(例如a)的关联，将另一方的现场设备(例如b)建立关联。
107.(硬件结构例)
108.图8是表示hmi客户端2、hmi服务器5、plc6各自的硬件结构例的框图。各装置至少具备处理器71、存储器72及网络接口73。此外，hmi客户端2具备输入输出接口74、监视器75。
109.存储器72包括rom、ram等主存储装置、以及hdd、ssd等辅助存储装置。网络接口73是能够与外部收发信号的设备。输入输出接口74包括键盘、鼠标、触摸面板等输入设备。各装置通过处理器71执行存储器72中存储的各种程序，作为实现上述的处理的处理电路而发挥功能。
110.以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够实施各种变形。
111.附图标记说明
112.1 监视装置
113.2 hmi 客户端
114.3 硬件开关
115.4 控制网络hub
116.5 hmi 服务器
117.6 可编程逻辑控制器(plc)
118.7 i/o装置
119.8 现场网络hub
120.9 驱动装置
121.10、10a、10b 现场设备
122.20 网页浏览器
123.21 hmi 画面
124.22、23 通用操作部件
125.24 窗部件
126.30 hmi 子系统
127.71 处理器
128.72 存储器
129.73 网络接口
130.74 输入输出接口
131.75 监视器