特集 FA/CIMシステムの動向と構築事例

鉄毒 業界におけるFAシステム

一第4連続鋳造 EIC統合システム】一川崎製鉄株式会社水島製鉄所-ComputerlntegratedControISystemofaNewSlabCasterintheMizushimaWork$

山根 明*

浦上雅彦*

馬田 -*

市場ニーズ

●高品質製品●低コスト

●安定供給

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生産管王里･工場管理計算機

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盛工場LAN

プロセス

計算機

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EIC統合操作監視

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吉田正人*** ルねsαわ的∫如血

貝保雅昭**** 肋sα〝カブ〝αオん(ノ

社会変化

●市場の国際化

●高度情報化●高効率経営

電気制御

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制御と情報の融合

EIC統合システム

■

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計装制御

[l]

●操作性･監視性の向上 ●エンジニアリングの効率化 ●システムコストの低減

注二略語説明

E(Electric),川=Str】mentation),C(Computer)

鉄鋼業におけるEIC統合システム 鉄鋼業では市場ニーズ,社会変化に対応したCIMシステムの構築が要望されている｡制御と情報を融合し

たEIC統合システムはCIM化の重要な役割を担っている｡

鉄鋼業界も他産業と同様,社会環境に対応したニ

ーズの多様化,市場の国際化･広域化,高度情報化,

高齢化などの変化に対応していくため,高品質かつ

高付加価値製品を,迅速かつ安佃に生産するCIM

(ComputerIntegrated Manufacturing)システム

が強く要望されている｡一方,現在実用化されてい

るプラント制御システムは,E(Electric:電気制御

システム),Ⅰ(Instrumentation:計装制御システム)

およびC(Computer:計算機制御システム)の三つ

の基本制御システムに機能を分担させた構成となっ

ており,それぞ㌢L独自の文化で発展してきた｡

CIMシステムを構築するには,その前段であるプ

ラント制御部分(E,Ⅰ,C間)を融合し,統一性のある

ヒューマン マシン オペレーションを取り入れた新

しいディジタル統合化制御システムを実現する必要

がある｡

川崎製鉄株式会社は,鉄鋼FAシステム(EIC統合

制御システム)を開発し製品化してきた日立製作所

との協力で,今回,世界で初めて大規模な連続鋳造

プラントにこのシステムを適用した｡

*川崎製鉄株式会社**

日立製作所機電事業部技術士(電気･電子部門)***

日立製作所大みか工場****

日立エンジニアリング株式会社

61

686 日立評論 VOL.75 No.川(199310)

n はじめに

川崎製鉄株式会社水島製鉄所で鉄鋼分野での本格的な

大規模EIC統合システムである4CC(No.4連続鋳造設

備)が1993年1月12日から稼動に入った｡

この設備は川崎製鉄株式会社では,1983年稼動の千葉

3CC以来10年ぶりの待望の最新連続鋳造設備である｡こ

の設備の設計にあたっては製品の品質はもとより,品質

保証,判定の徹底的な自動化,HMI(Human-Machine

Interface)を中心とした高オペレーション性の追)K,ま

江)鋳込床(スイングタワー)

酵

③搬出設備

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た3K(汚い,危険,きつい)作業排除を目的とした広範な

自動化など,その制御システムに関して多くの要求や期

待が寄せられた｡

4CCではそれらのニーズを十分に満足するため現存

の各種制御システムを比較検討した結果,EIC統合ネッ

トワークを基軸にしたEIC統合制御システムを採用する

ことに決定した｡この時点までのEIC統合システムは′ト

規模プラントやプラントの一部分に適用されているにと

どまっており,今回のシステムは,大規模プラント全体

を制御するものとして画期的なものである｡

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②ダミーバー

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生 産 品 種 スラブ(極低炭素鋼主体→薄板向け)三′t

白文

備

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マ シ ン 型 式 垂直(3m),多点曲げ矯正

製 品 サ イ ズ

J享み:220mm

幅:850-1,900mm

長さ:4,600～12,200mm

鋳 込 み 速 度 最大2.5m/min

スルー プ ット 最大720t/h

オッシレーション 最大400cpm

三′し

己又

備

革フt

レードル容量 最大280t ダ ミ

ー バ ー

上方装入

スト ラ ンド数 2ストランド 二 次 冷 却■

帽可変ミストスプレー

な べ 供 給 独立旋回2アーム レードルターレット式 ス ラ ブ 搬 送 無人】般送台車

図l川崎製鉄株式会社水島製鉄所4CC(No.4連続鋳造設備)の概要 二の設備は本体(鋳込床)と搬出設備に分かれ,本体で溶鋼から

連続的にスラブを生産し,搬出設備で生産スケジュールに従いスラブを切断し,搬送する｡

62

鉄鋼業界におけるFAシステムー第4連続鋳造設備EIC統合システムー 687

表l連続鋳造機としてのシステム比較 4CCでのニーズに対して,従来のE,l,C個別システムとEIC統合システムでの評価を比較し,4CC

でEIC統合システムを選択した経緯を示す｡

4CCにおけるニーズ 達成の手段 EIC個別システムでの評価 EIC統合での評価

中央操作室ワンマンオペレーション

(4CC全体を4人で操業)

HMlのシングルウインドウ化 困難(応答速度,ハードの制約) 容易

HMl台数削減 8台 5台

品質管理,判定の自動化 品質データのP/C集中化 可能(ただし円/0シリアル伝送)容易(プラントデータベース,高速

LAN)

データ,トラッキングの一元管理 共通データベース化 困難容易(プラントデータベース,高速

LAN)

システムダウンのバックアップ

デュアル化 可能 可能

下位での機能バックアッ70可能(ただし,インタフェースハ 容易(プラントデータベースの活

(特にP/C)ード追加) 用,ソフトの流用)

縮退運転 可能 可能

シン70ルで故障しないシステム

ハードの信頼性向上 インタフェースPl/0の大幅削減機能集約によるシンプルなソフト

構成棟能集約が容易

メンテナンス性向上

メンテナンス,開発環境の結合 不可能可能(ただし,E,l,Cに特化してい

ないツールの統合が課題)

メンテナンス機能 良い｡ システム全体としては向上,個別

には優劣ある｡

エンジニアリングの省力メーカー技術力(連続鋳造機とし

てのシステムのまとめ)EIC個別にノウハウあり

システム全体としては向上,個別

には優劣ある｡

実 績システムとして 多い｡

連続喜寿造機のような大規模システ

ムではなし｡

連続鋳造機として 多い｡ ほとんどなし｡

注=略語説明 P/C(ProcessComputer),EIC(電気･計装･プロセス計算機),HMl(Hum肌Mach加lnterface),円/0(ProcesslnputOutput)

ここでは川崎製鉄株式会社のEIC統合システムを選定

した経緯,システムの糾介,導入後の評価および高オペレー

ション性の追求のための主操作室の設計について述べる｡

凶 プラント概要と制御システム

4CCの設備概要を前ページの図1に示す｡

2.1鉄鋼業におけるEIC統合の背景

鉄鋼業では生産設備に継続的な改革や改善を続けてお

り,特に設備の白軌化やシステム化がわが国の鉄鋼業の

国際競争力を飛躍的に高める原動ノJとなっている｡その

巾で,E(電気),Ⅰ(計装),C(プロセス計算機)システムは

F‾1勧化,システム化を支えるLい核技術としての役口を果

たしてきたが,操業向,連用コスト面および保全繭での

効率化の観点からのEIC統合化が近年クローズアップさ

れてきている｡

EIC統合化への主なニーズをまとめると以‾Fのとおり

である｡

(1)操作性･監視性の向上(機種依存のHMIからプラン

ト最適オペレーションのHMIへ)

(2)コスト低減(インタフェースのハード削減,重複機

能ソフト削減,エンジニアリングt数の低減および工程

如縮)

(3)信輯性の向上(シンプルなシステムによるハード

削減)

(4)高機能･高性能化(高速で密なデータ結合,拡張が

容易)

(5)エンジニアリングの効率化(組織の簡素化,思想の統

一,トータルシステムのバランス)

2.2 連続鋳造機としてのEIC統合制御システム

4CCでEIC統合システムを選択した経緯を表1に示

す｡EIC統合システムの優位点は,最適な機能分抑こよ

るシンプルなハード,ソフト構成の実現と,データの一一

元管ガ削こよる制御,操作機能の大幅な向上が閉れるJよで

ある｡

2.3 4CC EIC統合システム

今川のEIC統合制御システムの全体図を図2にホす｡

IEEE802･4に準拠したEIC統合LAN(〃∑Network-10)を

基軸に,電気コントローラ(E-PCS:E-ProcessControI

Station),計装コントローラ(卜PCS),P/C(Process

Computer)を接続している｡またEIC共通HMI(POCS:

Pr()CeSS Operator's Console Station)に対してはこの

LANに接続されたCRTコントローラ(POCC:Process

Operator's Console Controller)がLAN上のデータを吸

い上げて表示し,HMIからの操作信号はPOCCが統合

LANに信号を流し,LANに接続するコントローラが自

分が必要とする信号だけLANから取り込む｡また,本体

以外の単体の自重力化機器については,設備組み込みシー

ケンサ群でローかレネットワークを組んでおり,この単

63

688 日立評論 VOL.75 No.10(】993-10)

ヒューマンインタフェース

｢南京可｢扁壷可

｢ ‾‾‾‾:中央操作室 POCS =千1 ｢

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POCS

C(計算機制御)

Ethernet辛

L二

〃∑Netwo｢k

搬送

P/C

CC本体

P/C

開発

P/C

MICA

モニタ

しご…

他設備インタフェース

操業支援設備ほか

電気,計装混在型操作盤

ハード制御装置

】OCTL

開発系POCC

電気

コントローラ

電気コ

運転系POCC

電気コントローラ

ント 仁コ

運転系POCC

鵜㍍

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+

EIC統合LAN(〃∑Network-10)

セントラル

コ

ンピ

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ータ

電気コントローラ

L+E(電気制御)Pし/0 Pl/0

ドライブ装置,リレー盤,制御盤など

計装

コントローラ

しPけ0

計装

コントローラ

Pり0

計装コントローラ

Pl/0

=計装制御)

ドライブ装嵐リレー監制御盤など

｢

二+

搬送設備

下浣システムインタフエース

ヤード機器

注:略語説明ほか

EWS(EngineeringWorkstation),旧CT+(l=P]tOutputController),POCS(ProcessOperator'sConsoleStatio=),POCC(ProcessOpe｢ato｢'sCo=SOle

Controller),MICA(Mod]larlntegrated Concept Architecture),PCS(Process Cont｢oIStation)* Ethernetは,富士ゼロックス株式会社の登録商標である｡

図2 連続鋳造設備EIC統合制御システムの構成 連続鋳造設備でのEIC統合LANで結合されたE(電気),l(計装),C(プロセス計算機)およ

びヒューマンインタフェース装置のシステム構成の概要を示す｡E～トC間の情報インタフェースは統合LAN上で行われる｡

体機器とEICシステムとの接続は,EIC統合LANにつな

がるインタフェースコントローラ(FEP:Front End

Processor)を経由して高速シリアル通信でEIC統合

LANにデータを流すことができる｡こズtにより単体機器

についてもEIC統合HMIで監視,操作が可能となって

いる｡

モールドレベル制御でのアドバンスト制御のような開

発要素が多い機能のために,本体システムとは別にFAパ

ーソナルコンピュータによる操業支援システムを設置し

た｡このシステムについてもその情報をEIC統合ⅠIMIに

表ホしたいとのニーズにより,Ethernet削によって

POCCとインタフェースしている｡

2.3.1EIC統合+ANとEIC共通プラントデータベース

EIC統合LANは,IEEE802.4に準拠したトークンバス

方式である｡イ云送路は2系統とし,一方の系統が切断さ

れても,もう一方の系統へのバンプレス切換を可能とし

ている｡伝送機能としては,伝送ソフトをまったく意識

せずあたかも自分のメモリをアクセスするかのように読

※)Ethernetは,富士ゼロックス株式会社の登録商標である｡

64

み書き‾叶能な｢サイクリック通信(メモリ転写8～512

ms)+,送りたいとき,また欲しいときだけに送信,受信

を行う｢機能コード通信+をサポートしている｡伝送速

度は10Mビット/sである｡このサイクリック通信(メモ

リ転写)を使用することによ｢),EICおよびCRTなどが

おのおのの持っている共有プラントデータをEIC統合

LANにあげる(登録するだけ)ことで,LAN上に接続さ

れる他のコントローラが必要とするデータを白山に参

照することができる｡このLAN上の実プラントの写像

を,プラントデータベースと呼んでいる｡プラントデー

タベースを使用することにより,ライントラッキングや

イベント発生データのE-PCSによる一元管理を実現し

ている｡

2.3.2 E,l,Cコントローラ

E(電気)コントローラは,高速シーケンス処理を行う

専用プロセッサと情報処理,高級演算制御を行う汎(は

ん)朋プロセッサのマルチプロセッサ構成になっている｡

これにより,Eコントローラだけで,小規模の計算機制御

から末端の機器の高速シーケンス制御までを一貫して行

うことができ,外部とのインタフェースを少なくし,自

+完結制御が可能となっている｡E用の高速入出力に関

鉄鋼業界におけるFAシステムー第4連続鋳造設備EIC統合システムー 689

しては,Eコントローラ間の高応答性が必要なインタロ

ックなどの信号はEコントローラ結介バスで接続してい

る｡これにより,入力に関してはどのコントローラの入

力も任意に読むことができる｡

Ⅰ(計装)コントローラは汎用プロセッサだけの構成で

ある｡コントローラはCPUの部分が二重系になってお

り,マスタ系のCPUがダウンした場合は,バンプレスに

スレーブ系のCPUに切り替わる｡また重要な制御ループ

についてはPI/0(ProcessInput Output)も二重化して

いる｡Ⅰコントローラはそのプロセス制御データを標準の

タグ登録によってすべてプラントデータベースに上げる

ことができる｡

P/Cは4CCからは約4km離れた鉄鋼P/Cセンターに

設置されており,この間は光ファイバによるEIC統合

LANとなっている｡P/Cは鋳込系,搬送系,開発系の3

式あり,鋳込,搬送系がダウンした場合は開発系によっ

てコールドパックアップを行う｡

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図3 監視HMl 中央操作室に設置されている操作･監視HMl

(POCS)を示す｡

田 HMlと中央操作室設計

4CCのオペレーターは総員4人1班であり,定常状態

での中央操作室に詰める要員は一人である｡したがって,

一人のオペレーターで連続鋳造機全体の監視,操作を行

椰

∠アラーム表示

鋳込総合監視

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注: (計装データ表示), (P/Cデータ表示),囲みなし(電気関係表示)

図4 EIC統合画面例 HMHpocs)に表示されるEIC統合画面の一例を示す｡E(電気),l(計装),C(プロセス計算機)の情報が

同一画面に表示されている｡

65

690 日立評論 VO+.75 No.】0(1993-10)

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図5 中央操作室(イメージ図) 運転,監視はE,l,Cの横能

が統合された画面で行われ,各機器の配置は人間工学的に検討され

たオペレーク一に優しいレイアウトになっている｡

わなければならず,EICのHMI統合によるシングルウイ

ンドウ化は必須(す)であり,また小央操作室内のレイア

ウト(量,配置)は機能性を追求する必要があった｡

3.1HMl統合オペレーション

操作,監視HMI(POCS)を先の図3に示す｡匝和1利ま高

精細でHに優しく,美しい｡また,オペレーションも追

従型ポインティングマーカによるタッチパネルオペレー

ションが基本であー),操作監視の一体化を実現している｡

POCSは操業朋に5台(小央操作室),メンテナンス用

に3台(電気室,製鋼事務所および制御課堆勤務詰所)設

置しており,操作用のPOCSのCRTコントローラ(POCC)

は二重系システムとなっており,ダウン時に操作監視が

できなくなることを避けている｡

操業用のHMI画面,操作はEICが完全に融合しており,

さらに,設備組込のシーケンサ関係の操業表示もシリアル

f云送,Ethernet経由でインタフェースして行ちている｡

EIC関係の表示更新同期は1秒,シーケンサ関係のデ

ータ表示はシリアル通信経由のため3～4秒程度となっ

ている｡これにより,オペレーターはE,Ⅰ,Cをまったく

意識することなく,一つの両面(シングルウインドウ)で

操作,監視が叫能になっている｡EIC統合画面の例を図4

に示す｡

3.2 中央操作室設計

中央操作室設計にあたっては,基本的なコンセプトを

口立製作所デザイン研究所が担当した｡使耐性(操作性,

視認性),居住性(空間デザイン,リフレッシュ要素),整

合性およびアピール性の研究を碁に数種類の操作室設計

案が出され,その一つをベースに操作室のデザインを決

定した｡デザイン結果のイメージ関を図5に示す｡

66

巴 成 果

初の大規模EIC統合システムについて,導入計画時の

ニーズと成果を表2にまとめた｡同表から当初の期待ど

おりの成果を達成できたことがわかる｡

表2 日C統合システムの目的と結果 EIC統合システムは,

HMlの統合を柱とする操業面では,当初の期待どおりの非常によい

結果を達成できた｡

目 的 結 果(成 果)

HMlのシングルウインド 完全に統合(融合)でき,応答速度も特ウ化 に問題ない｡

HMlの台数削減 8台(E,】,C分離の場合の推定)→5台

品質データのP/C集中化

EIC統合LANにより,P/C Pレ′0レスを

達成

データ,トラッキングの 鋳片鋳込長のEによる一元管理達成

一元管王里イベントトラッキングのEによる一元

化達成

共通データベース化プラントデータベースによるデータの

共有化の実現

P/Cダウンバックアッフ

鋳込P/CバックアップーP/Cダウンの状態で次チャージまでは鋳込可能

搬送P/Cダウンー自動搬出は可能

ハードの信頼性向上 インタフェースPl/0の大幅削減達成

シンプルなソフト達成

最適な機能分担を目指し,主要な機能

についてE,lの各コントローラヘの機

能集約を達成(幅変更,スライディング

ノズル,スプレー幅切りほか)

メンテナンス,開発環境

の統合

EICそれぞれに特化したツールの導入(将来的にはメンテナンスツールの統

含も目指したい)

B おわりに

連続鋳造機規模の大規模システムでは,世界で初の

EIC統合システムを採用して大きなトラブルもなく無事

立ち_卜がった｡操業何から見た使いやすさは,従来のEIC

個別の設備に比べて飛躍的に進歩したと確信している｡

電気,計装,プロセス計算機の各システムとも過去三

十数年の間それぞれ築いてきた文化や仕事の進め方があ

り,それぞれの個一任がある｡

大規模プラントにEIC統合システムを適用するに際し

ては,ユーザーとメーカーが一体となって,それぞれの

個件を尊重しながら互いに一歩肺み込んで推進する必要

があり,それにより,さらにりっばなシステムを構築で

きると確信する｡