JP2004320195A - Remote i/o system in monitoring control system - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、産業設備の監視制御システムにおけるリモートI/Oシステムに係り、特に、電力系統などの複数の制御局により多重化された監視制御システムにおけるリモートI/Oシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
電力システム、電気鉄道システム、上下水道システム等の公共システムにおいては、連続運転に耐えられるように多重化された冗長性のある高信頼性システムが採用されている。
【0003】
例えば、図4に示すように、遠方のフィールド機器群4を制御する3台のリモート局120を伝送ネットワーク3を介して、2台の制御局101Aと101Bとによって並列運転している構成の制御システムがある。
【0004】
この複数の制御局101A、101Bの夫々はシステムの制御を行うためプログラミング可能な機能を備えた、例えば、プログラマブルコントローラ(PLC)101aと伝送部101bから構成される。
【0005】
またリモートI/O局120も同じようにプログラミング可能な機能を備えたコントローラと、伝送部及びフィールド機器群4と接続される入出力部とから構成されている。
【0006】
制御局101A、101Bと3台のリモートI/O局120は、夫々の伝送ネットワーク3で結ばれ、互いにデータを含むメッセージを交換する。
【0007】
そして、リモートI/O局120は、夫々のフィールド機器群4間とのデータ交換を行うとともに、且つ制御局101A、101Bに異常がないかを監視している。
【0008】
またリモートI/O局120は、(1)多重化された2台の制御局101A、101Bのいずれかを選択するための処理、(2)フィールド機器群4に対する誤出力防止等の処理、(3)夫々の異なるフィールド機器群4の入出力制御処理等の機能を備え、夫々のリモートI/O局120毎に異なるプログラムを備えている。
【0009】
このような二重化された監視制御システムにおいては、いずれかの制御局が故障した場合には他のいずれかの制御局で運転を継続し、この間に故障した局の補修を行ってシステムの運転停止がないようにするとともに、日々更新されるフィールド機器群に対応できるプログラムの更新の保守性を良くしておくことがシステムの信頼性を確保する上で重要である。
【0010】
このようなニ重化された制御システムのプログラムの変更方法にあっては、運転を継続するためにCPUを二重化し、運転中にプログラムの保守を行う方法等が知られている(例えば、特許文献1)。
【0011】
【特許文献1】
特開2001−202101号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
リモートI/O局を持つ多重化された監視制御システムにおいては、遠隔地にあるリモートI/O局は制御局と同様に、プログラミング機能を有するコントローラと伝送部が必要であった。そのため、日々更新されるフィールド機器群に対応するリモートI/O局毎のプログラムの保守が必要となり、保守管理のために多大な時間を必要としていた。
【0013】
しかし、従来このようなシステムにおいては、プログラムの変更作業についての能率向上の方法は種々知られているものの、制御局とネットワークで結ばれた場所にあるリモートI/O局のプログラムそのものを削除するための技術は知られていない。
【0014】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、リモートI/O局毎に備えられていたプログラミングを削減するため、制御局とリモートI/O局で共有できるメモリを備えて、制御局に備えるプログラムのみでシステムを運転できる様にして、夫々のリモートI/O局のプログラムの変更を制御局のプログラム変更のみで対応できるようにした監視制御システムにおけるリモートI/Oシステムを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために,本発明の監視制御システムにおけるリモートI/Oシステムは、多重化された複数の制御局と一つもしくは複数のリモートI/O局とがネットワークで接続された監視制御システムにおいて、前記制御局及び前記リモートI/O局は夫々がデータを共有するコモンメモリを備え、前記制御局及び前記リモートI/O局は、夫々が送信権を獲得した時に前記コモンメモリに割り当てられた自局の送信エリアのデータを他の全ての前記制御局及び前記リモートI/O局へ定期的に同報送信し、前記制御局のコントローラは前記コモンメモリの自局の送信エリアに対して出力データを書き込み、前記リモートI/O局から送られてくる入力データを自局の送信エリアから読出し、前記リモートI/O局は、前記制御局から送られてくる出力データを夫々の出力モジュールへ出力し、入力モジュールから入力された入力データを自局の送信エリアに格納して他の前記制御局及び他の前記リモートI/O局へ送信するようにしたことを特徴とする。
【0016】
したがって、この監視制御システムは、いずれかの制御局の故障があっても2台の制御局が並列運転されているので常に運転が可能で、運転を止めることなく故障した制御局の保守が可能である。
【0017】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下,本発明による第1の実施の形態について図1乃至図3を参照して説明する。本発明のリモートI/Oシステムの構成を図1に示す。2台の並列運転される制御局1A、1Bは、3台のリモートI/O局2の夫々の被監視制御フィールド機器群4を、伝送ネットワーク3を介して制御している。
【0018】
制御局1A、1Bは、いずれも同じ構成でコントローラ1aと伝送部1bとから構成される。
【0019】
リモートI/O局2の詳細構成を図2に示す。リモートI/O局2は、コモンメモリ21dを備える伝送部21と、フィールド機器群4を制御する入出力制御部22、入出力モジュール部24と、入出力制御部22と入出力モジュール部24を接続する1/Oバス23及び伝送部21のツール25とから構成される。
【0020】
各局間のデータ伝送機能を実行させる伝送部21は、制御局1A、1B及び夫々のリモートI/O局2において共通の構成となっている。
【0021】
この伝送部21は、信号のレベルを変換して伝送ネットワーク3を介して伝送信号の送受信を行う送受信回路21a、伝送ネットワーク3における信号の送受信タイミングを制御する伝送制御回路21b、受信した伝送データの分解・解釈と自局から送信するデータを生成するためのCPU21cとそのワークメモリ21fと、他局からの受信データと自局が送信する入力モジュール部24からの入力データを格納する全局共通のコモンメモリ21d、設定・監視のためのツール25と接続するRS−232C(Recommended Standard232−C)21g及び伝送ネットワーク3におけるアドレス局を設定するたの局アドレススイッチ21eとから構成される。
【0022】
入出力制御部22は、伝送部21のコモンメモリ21dと入出力モジュール部24間のデータの転送を制御するCPU22aとメモリ22b及び入出力モジュール部24の各モジュールと接続するためのI/Oバスインタフェース22cから構成される。
【0023】
また、入力出力モジュール部24は、出力モジュール24a、24b、入力モジュール24c、24dがI/Oバス23を介して入出力制御部22のI/Oバスインタフェース22cに接続されている。
【0024】
次にこのように構成された監視制御システムのリモートI/Oシステムの全体の動作について説明する。まず、制御局1A、1BとリモートI/O局2との通信動作について説明する。
【0025】
制御局1A、1Bのコントローラ1aはリモートI/O局2の出力モジュール24a、24bにデータを出力するために、自局の伝送部1bのコモンメモリの送信エリアにデータを書き込む。
【0026】
この書き込まれたデータは伝送部1bで伝送フレーム単位に変換され伝送ネットワーク3を経由して他の全ての局に定期的に同報送信される。この伝送フレームを受信した送信局以外の制御局の伝送部は自コモンメモリ21dの予め定められた同一エリアに受信したデータを書き込む。
【0027】
同様にリモートI/O局2においても入出力制御部22が入出力モジュール部24から入力したデータを自局の送信エリアに書き込み、伝送部21が他の全ての局にデータを送信する。
【0028】
このようにして、図3のコモンメモリマップ201に示すように、各局のコモンメモリ上には、このシステムの伝送部21が送信するデータを同一のメモリマップにおいて共有することができる。
【0029】
図3コモンメモリマップ201に示すように、制御局1A、1Bからの送信データとリモートI/O局2の3台(1乃至3)の夫々のメモリエリアは固定サイズのエリアが割り当てられ、各制御局からの送信データは図3の符号202、203に示すように出力データがリモートI/O局2の夫々の入出力モジュール部24に実装されている出力モジュール24a、24bの実装アドレスの順に書き込まれる。
【0030】
したがって、リモートI/O局2では、制御局1A、1Bから自局に送信されてくるデータのコモンメモリ21d上の領域を予め認識することができる。
【0031】
これに対して3台の夫々のリモートI/O局2から送信される送信データの送信エリアの構成は、ツール25によってRS232C21gを介してCPU21Cに通知され図3の符号204に示すように入力モジュール24C、24Dの実装アドレスの順に設定される。
【0032】
このように割り付けられた共通のコモンメモリマップ201にしたがって、制御局1A、1B及び夫々のリモートI/0局2のコモンメモリ21dがマッピングされる。
【0033】
次に、リモートI/O局2の各部の動作について説明する。まず伝送部21の動作から説明する。
【0034】
伝送部21は、伝送ネットワーク3を介して制御局1A、1B及び他のリモートI/O局とのデータ伝送を実行する。入力データを送信する場合は、CPU21cがコモンメモリ21dの中の自局からの送信エリアのデータを読出し、送信する宛先の局アドレス、自局の局アドレス、伝送フレームの種別、データの格納場所および大きさ等を含む伝送ヘッダと誤り符合を付加して伝送フレームを作成する。
【0035】
そして、送信権を獲得した送信タイミングで送受信回路21aを介して伝送ネットワーク3に伝送フレームを送出する。この送信タイミングは伝送制御回路21bで検出されるもので、伝送方式によってCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access Collision Detection)、トークンパッシング、およびポーリング方式など色々な方法があるが、本発明においては特にこれらの方式に制限されるものではない。
【0036】
例えば、送信は、定期的に送信タイミングが回ってくるものを採用し、伝送フレームの宛先はグローバルアドレスを設定し、システムを構成するすべての他局において受信できる同報通信を使用する。
【0037】
受信の動作は、CPU21cが他局から送られてきた伝送フレームを送受信回路21a、伝送制御回路21bを介して受信し、伝送フレームの伝送ヘッダを解釈して受信したデータをコモンメモリ21dの図3で説明した所定のエリアに格納する。
【0038】
また、この時、伝送フレームに付加されている誤り符号を確認してフレームの正常性をチェックする誤り検出処理、異常の場合は受信フレームを破棄する処理、ヘッダの内容を確認してコモンメモリ21dのエリアが他の複数の送信局と重複していないかの照合処理および夫々の送信局からの伝送フレームが定期的に受信されているかをチェックする受信確認処理を夫々実行し、RAS情報として所定のアドレスのコモンメモリ21d上に格納する。
【0039】
さらに、CPU21cは、RS−232C21gポートを介して、ツール25と接続して、ツール25を使用してリモートI/O局2に対する伝送パラメータやリモートI/O局2の送信エリアの設定および前述したRAS(Reliability,Availability,Serviceability)情報の読出しを行う。
【0040】
次に、入出力制御部22の動作について同じく図2を参照して説明する。入出力制御部22は、伝送部21のコモンメモリ21dと入出力モジュール部24間のデータの転送を実行する。
【0041】
入出力制御部22のCPU22aは、伝送部21のコモンメモリ21dから受信データを読み出し、出力モジュール24a、24bへデータをフィールド機器群4に出力する。
【0042】
また、入力モジュール24c、24dからの入力データを読出し、入力モジュール24c、24dの入出力モジュール部24における実装アドレスの順に伝送部21のコモンメモリ21dの送信エリアに対して先頭から順次書き込む。
【0043】
尚、コモンメモリ21dの内、データの転送に使用しない特定部分を使用して、伝送部21のCPU21cと次に示す情報を通信する。即ち、伝送部21から入出力制御部22に対しては、次の情報を送信する。
【0044】
1.コモンメモリ21d上の自局の送信エリア(先頭アドレスとサイズ)
2.入出力モジュール部24の種類、実装アドレス
3.他局の健全性を示す伝送のヘルシー信号
また、入出力制御部22から伝送部21に対しては、入出力モジュール部24の夫々のモジュールのヘルシー信号を送信する。
【0045】
これらの情報に基づいて、入出力制御部22は制御局1A,1Bから送信されたデータを読出し、これらのデータがビットデータかワードデータかを判別して、ビットデータであればこのデータをORして出力する。ワードデータの場合は算術平均処理を実行して入出力モジュール部24に出力する。
【0046】
ビットデータとワードデータとの判別は、このデータの出力先のモジュールの種別によって決定する。例えば、出力モジュール24aがデジタル出力モジュールであればビットデータと判断し、アナログモジュールであればワードデータと判断する。
【0047】
以上の説明では、リモートI/O局2の送信エリアはツール25によって自由に設定されるが、リモートI/O局2の局アドレスによって、コモンメモリ21d上に一定範囲の送信エリアを自動的に割り当てるとともに、且つ、リモートI/O局2の送信エリアの構成をイニシャライズした時に入出力モジュール部24の各モジュールのヘルシーチェックをした時に読み出した夫々のモジュールの実装アドレスを使用することによって、ツール25からの送信エリアの設定を自動的に設定することもできる。
【0048】
また、伝送部21は、受信した他局からの伝送フレームを解釈してデータをコモンメモリ21dの所定のエリアに格納するが、この際に送信元の局アドレス、送信されたデータのコモンメモリ21dにおける格納アドレスとメモリサイズを記憶する。
【0049】
したがって、データを送信する局毎に使用するコモンメモリ21dのエリアは、図3で説明したようにマッピングされているので、割り当てられた送信局アドレスのエリアが重複したことを検出できる。また、重複を検出した場合は重複した伝送フレームを破棄するとともに、且つ、重複が自局のエリアであった場合には、自局からの送信を停止して他局に重複したことを異常信号として通信し、自局の運転モードをオフライン状態とする。
【0050】
以上述べたように、本実施の形態によれば、従来はリモートI/O局がプログラミング機能を備えたコントローラと伝送部で構成されたものを、夫々の局毎でプログラムを製作する必要の無いリモートI/O局に置き換えることができる。これによって、リモートI/O局は、単なる設定のみで運用できるシステムとすることができるので、プログラミングに伴うエンジニアリング作業が削減される。
【0051】
また、リモートI/O局の送信エリアを局アドレスで固定的に与え、入出力データの構成も実装アドレスの順に作成すれば、ツールによる設定も不要となり、さらにリモート局の作業が削減される。
【0052】
また、送信エリアの重複も検出できるので局アドレスの誤設定によるシステム不適合も迅速に検出でき、システム立ち上げが容易になる。
【0053】
本実施の形態では、制御局数を2、リモートI/O局数を3のして説明したが、本発明はこれらの台数に限定されるものでない。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように,本発明によればプログラムの保守作業を削減することができ、監視制御システムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す構成図。
【図2】本発明の実施の形態のリモートI/O局の構成図。
【図3】本発明の実施の形態のコモンメモリのメモリマップ。
【図4】従来のシステム構成図。
【符号の説明】
1A、1B 制御局
1a コントローラ
1b 伝送部
2 リモートI/O局
3 伝送ネットワーク
4 フィールド機器群
21 伝送部
21a 送受信回路
21b 伝送制御回路
21c CPU
21d コモンメモリ
21e 局アドレススイッチ
21f4 メモリ
21g RS232C
22 入出力制御部
22a CPU
22b メモリ
22c I/Oバスインタフェース
21c 入出力モジュール
23 I/Oバス
24 入出力モジュール部
24a、24b 出力モジュール
24c、24d 入力モジュール
101A、101B 制御局
101a コントローラ
101b 伝送部
120 リモートI/O局
120a 伝送部
120b コントローラ
120c 入出力部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a remote I / O system in a supervisory control system for industrial equipment, and more particularly to a remote I / O system in a supervisory control system multiplexed by a plurality of control stations such as a power system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In public systems such as an electric power system, an electric railway system, and a water and sewage system, a multiplexed redundant high-reliability system is used to withstand continuous operation.
[0003]
For example, as shown in FIG. 4, control of a configuration in which three
[0004]
Each of the plurality of control stations 101A and 101B has, for example, a programmable controller (PLC) 101a and a transmission unit 101b having a programmable function for controlling the system.
[0005]
Similarly, the remote I /
[0006]
The control stations 101A and 101B and the three remote I /
[0007]
The remote I /
[0008]
The remote I /
[0009]
In such a redundant monitoring and control system, if one of the control stations fails, the operation is continued at one of the other control stations, and the failed station is repaired during this time to stop the operation of the system. It is important to ensure the reliability of the system while maintaining the reliability of the system so that there is no problem and the program can be updated for the field devices that are updated daily.
[0010]
As such a method of changing a program of a duplicated control system, there is known a method of duplicating a CPU in order to continue operation and performing maintenance of the program during operation (for example, see Patent Reference 1).
[0011]
[Patent Document 1]
JP 2001-202101 A
[Problems to be solved by the invention]
In a multiplexed supervisory control system having a remote I / O station, a remote I / O station at a remote location requires a controller having a programming function and a transmission unit, like the control station. Therefore, it is necessary to maintain a program for each remote I / O station corresponding to a field device group that is updated daily, and a great deal of time is required for maintenance management.
[0013]
Conventionally, in such a system, although various methods for improving the efficiency of the program change operation are known, the program itself of the remote I / O station located at a place connected to the control station via a network is deleted. The technology for this is not known.
[0014]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem. In order to reduce programming provided for each remote I / O station, a control station and a remote I / O station are provided with a memory that can be shared. Provided is a remote I / O system in a monitoring and control system in which a system can be operated only by a program provided in a station and a program change of each remote I / O station can be dealt with only by a program change of a control station. The purpose is to:
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a remote I / O system in a supervisory control system according to the present invention includes a supervisory control system in which a plurality of multiplexed control stations and one or more remote I / O stations are connected via a network. In the system, the control station and the remote I / O station each include a common memory for sharing data, and the control station and the remote I / O station are assigned to the common memory when each of them acquires a transmission right. The data of the transmission area of the own station is periodically broadcast to all the other control stations and the remote I / O stations, and the controller of the control station transmits the data to the transmission area of the own station in the common memory. Output data from the remote I / O station, and read input data sent from the remote I / O station from its own transmission area. The transmitted output data is output to each output module, and the input data input from the input module is stored in its own transmission area and transmitted to another control station and another remote I / O station. It is characterized by doing so.
[0016]
Therefore, even if one of the control stations fails, this monitoring and control system can always operate because the two control stations are operating in parallel, and can maintain the failed control station without stopping operation. It is.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows the configuration of the remote I / O system of the present invention. The two
[0018]
Each of the
[0019]
FIG. 2 shows the detailed configuration of the remote I /
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The input / output control unit 22 includes a CPU 22 a for controlling data transfer between the common memory 21 d of the
[0023]
In the input /
[0024]
Next, the overall operation of the remote I / O system of the monitoring control system configured as described above will be described. First, a communication operation between the
[0025]
In order to output data to the
[0026]
The written data is converted into transmission frame units by the
[0027]
Similarly, in the remote I /
[0028]
In this way, as shown in the
[0029]
As shown in FIG. 3
[0030]
Therefore, the remote I /
[0031]
On the other hand, the configuration of the transmission area of the transmission data transmitted from each of the three remote I /
[0032]
According to the
[0033]
Next, the operation of each unit of the remote I /
[0034]
The
[0035]
Then, the transmission frame is transmitted to the
[0036]
For example, the transmission employs a transmission whose transmission timing comes regularly, sets a global address as the destination of the transmission frame, and uses broadcast communication that can be received by all other stations constituting the system.
[0037]
The reception operation is as follows. The CPU 21c receives a transmission frame sent from another station via the transmission / reception circuit 21a and the
[0038]
At this time, an error detection process for checking the error code added to the transmission frame to check the normality of the frame, a process for discarding the received frame if abnormal, and a process for checking the content of the header to check the content of the common memory 21d And a reception confirmation process for checking whether or not the transmission frame from each transmission station is periodically received. At the address of the common memory 21d.
[0039]
Further, the CPU 21c is connected to the
[0040]
Next, the operation of the input / output control unit 22 will be described with reference to FIG. The input / output control unit 22 executes data transfer between the common memory 21d of the
[0041]
The CPU 22a of the input / output control unit 22 reads out the received data from the common memory 21d of the
[0042]
The input data from the
[0043]
The following information is communicated with the CPU 21c of the
[0044]
1. Transmission area of own station on common memory 21d (head address and size)
2. 2. Type of input /
[0045]
Based on these information, the input / output control unit 22 reads the data transmitted from the
[0046]
The distinction between bit data and word data is determined by the type of the module to which this data is output. For example, if the
[0047]
In the above description, the transmission area of the remote I /
[0048]
Further, the
[0049]
Therefore, since the area of the common memory 21d used for each station transmitting data is mapped as described with reference to FIG. 3, it can be detected that the area of the assigned transmitting station address is duplicated. In addition, when the duplication is detected, the duplicate transmission frame is discarded, and when the duplication is in the area of the own station, the transmission from the own station is stopped, and an abnormal signal indicating that the duplication to another station is made. And set the operation mode of the own station to the offline state.
[0050]
As described above, according to the present embodiment, it is not necessary for a remote I / O station conventionally configured with a controller having a programming function and a transmission unit to produce a program for each station. It can be replaced by a remote I / O station. As a result, the remote I / O station can be configured as a system that can be operated only by simple settings, and thus the engineering work involved in programming is reduced.
[0051]
Further, if the transmission area of the remote I / O station is fixedly given by the station address, and the configuration of the input / output data is created in the order of the mounting address, the setting by the tool becomes unnecessary, and the work of the remote station is further reduced.
[0052]
In addition, since overlapping transmission areas can be detected, system incompatibility due to incorrect setting of station addresses can be detected quickly, and system startup becomes easy.
[0053]
In this embodiment, the number of control stations is 2 and the number of remote I / O stations is 3, but the present invention is not limited to these numbers.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the maintenance work of the program can be reduced, and the reliability of the monitoring control system can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a remote I / O station according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a memory map of a common memory according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional system.
[Explanation of symbols]
1A,
21d Common memory 21e Station address
22 input / output control unit 22a CPU
Claims (4)
前記制御局及び前記リモートI/O局は夫々がデータを共有するコモンメモリを備え、
前記制御局及び前記リモートI/O局は、夫々が送信権を獲得した時に前記コモンメモリに割り当てられた自局の送信エリアのデータを他の全ての前記制御局及び前記リモートI/O局へ定期的に同報送信し、
前記制御局のコントローラは前記コモンメモリの自局の送信エリアに対して出力データを書き込み、前記リモートI/O局から送られてくる入力データを自局の送信エリアから読出し、
前記リモートI/O局は、前記制御局から送られてくる出力データを夫々の出力モジュールへ出力し、入力モジュールから入力された入力データを自局の送信エリアに格納して他の前記制御局及び他の前記リモートI/O局へ送信するようにしたことを特徴とする監視制御システムにおけるリモートI/Oシステム。In a monitoring and control system in which a control station including a plurality of multiplexed controllers and transmission units and one or a plurality of remote I / O stations are connected via a network,
The control station and the remote I / O station each include a common memory for sharing data,
The control station and the remote I / O station transmit the data of the transmission area of the own station allocated to the common memory to all the other control stations and the remote I / O stations when each has acquired the transmission right. Broadcast periodically,
The controller of the control station writes output data to its own transmission area of the common memory, reads out input data sent from the remote I / O station from its own transmission area,
The remote I / O station outputs the output data sent from the control station to each output module, stores the input data input from the input module in its own transmission area, and stores the data in the other control station. And a remote I / O system in the supervisory control system, wherein the remote I / O system transmits the data to another remote I / O station.
Priority Applications (1)
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