JP2000089803A - プロセス監視制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号変換器自身の故障が生じるような場合で
も継続して稼働でき、トータルシステムとして完全性の
高いプロセス監視制御装置を提供する。 【解決手段】 プロセスの監視制御を行う制御手段７
と、プロセスの監視若しくは制御用の一の機器２からの
信号、又は一の機器への信号を変換可能に構成された複
数の信号変換手段５と、信号変換手段を監視するととも
に、一の機器についての信号変換に使用されている唯一
の信号変換手段が異常な場合には、一の機器についての
信号変換を他の信号変換手段に切り替える切替制御手段
８と、使用中の信号変換器からの入出力信号をＡ／Ｄ変
換して制御手段に入出力する冗長化された複数のＡ／Ｄ
変換手段６とを備えたプロセス監視制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プロセスの監視
制御を行う制御装置における入出力制御装置の信号変換
器の部分に特徴のあるプロセス監視制御装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】プラント等のプロセス監視制御を行うプ
ロセス監視制御装置が従来から広く用いられている。図
４は従来のプロセス監視制御装置の一例を示す構成図で
ある。

【０００３】同図に示すプロセス監視制御装置において
は、センサ等の発信器６１から出力される直流４〜２０
ｍＡ信号を信号変換器６２にて、直流１〜５Ｖの信号に
変換し、これをコントローラ（制御装置）６３に入力す
る。

【０００４】さらにコントローラ６３内においては、信
号変換器６２からのＤＣ１〜５Ｖ信号をＡ／Ｄ変換器６
４によりＡ／Ｄ変換してＣＰＵ６５に入力する。このＣ
ＰＵ６５では入力信号に基づいてセンサ６１の設置され
るプラントを監視制御するようになっている。

【０００５】同図のプロセス監視制御装置では、信号変
換器６２及びＡ／Ｄ変換器６４から入出力装置を構成す
るが、信号変換器６２の出力からＡ／Ｄ変換器６４への
入力は１：１であり、信号変換器６２自身に故障が生じ
ると信号は断絶してしまう。

【０００６】一方、従来からコントローラ６３内のＡ／
Ｄ変換器６４は冗長化が可能であり、図４のシステムで
もＡ／Ｄ変換器６４はマスタＡＩ（アナログインプッ
ト）カード６４ａとスレーブＡＩカード６４ｂとに冗長
化されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＡＩカード６４が冗長
化可能であるにもかかわらず、その前段階（出力の場合
は後段階）の信号変換器６２における故障で入出力が信
号が断絶してしまうのではトータルシステムとして不十
分である。

【０００８】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、信号変換器自身の故障が生じるような場合
でも継続して稼働でき、トータルシステムとして完全性
の高いプロセス監視制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明のプロセス監視制御装置に
おいては、まず、プロセスの監視若しくは制御用の一の
機器からの信号、又は一の機器への信号を変換可能に構
成された複数の信号変換手段が設けられている。

【００１０】この複数の信号変換手段のうち、一の信号
変換手段のみが一の機器についての信号変換に使用され
ている。信号変換手段は切替制御手段に監視されてお
り、使用中の信号変換手段が異常な場合には、この切替
制御手段により、一の機器についての信号変換が他の信
号変換手段に切り替えられる。

【００１１】また、使用中の信号変換器により変換され
るあるいは変換された信号は、入出力信号として冗長化
された複数のＡ／Ｄ変換手段によりＡ／Ｄ若しくはＤ／
Ａ変換される。

【００１２】このＡ／Ｄ変換された信号は、制御手段に
入出力され、この制御手段によって、プロセスの監視制
御が行われる。なお、信号がＤ／Ａ変換される場合は、
例えば制御信号として制御手段から出力される場合であ
る。

【００１３】以上より、信号変換器自身の故障が生じる
ような場合でも継続してシステムを稼働できる。また、
冗長化されたＡ／Ｄ変換手段と複数の信号変換手段と
は、本発明のシステムの入出力装置を構成するが、これ
らはともに冗長化されているため、トータルシステムと
して信頼性の高いプロセス監視制御装置を実現させる。
つまり、この入出力装置は、二重化変換器装置を構成す
ることとなる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係るプロセス監視制御装置の一構成例を示す全
体図である。

【００１５】このプロセス監視制御装置においては、現
場であるプラント１に設置されたセンサ等の信号発信器
（伝送器）２やプラント機器（図示せず）に対する監視
制御を、制御盤３に設けられたコントローラ（制御装
置）４により行うようになっている。

【００１６】本実施形態では、発信器２からの直流４〜
２０ｍＡ信号を信号変換器５により直流１〜５Ｖ信号に
信号変換し、これをコントローラ４内のＡ／Ｄ変換器６
でさらにＡ／Ｄ変換してＣＰＵ７に入力するようにして
いる。

【００１７】ここでＣＰＵ７は、各種センサからの信号
を監視し、また、プラント機器に制御信号を出力する。
Ａ／Ｄ変換器６は、ＣＰＵ７とともにコントローラ４を
構成する。図１に示す場合は、マスタＡＩカード６ａと
スレーブＡＩカード６ｂからなり、ＣＰＵ７からの制御
により切り替え可能な冗長化構成となっている。なお、
図１ではアナログ入力（ＡＩ）の場合を示しているが、
アナログ出力（ＡＯ）の場合もある。

【００１８】信号変換器５は、マスタ変換器５ａとスレ
ーブ変換器５ｂとから冗長に構成されており、両変換器
５ａ，５ｂは同一に動作するように構成される。また、
マスタ変換器５ａとスレーブ変換器５ｂとの間には、両
者の切替を行う切替制御部８が設けられている。

【００１９】なお、信号発信器２〜信号変換器５間は信
号ケーブル９で接続され、信号変換器５〜Ａ／Ｄ変換器
６間は信号ケーブル１０で接続されている。また、信号
変換器５、切替制御部８及びＡ／Ｄ変換器６によって、
入出力装置を構成する。

【００２０】また、本実施形態では、センサ等からの出
力を信号発信器で４〜２０ｍＡ信号にして出力している
が、この部分は、例えば１〜５ＶＤＣの信号であっても
よく、また、熱電対や測温抵抗体（ＲＴＤ）等でもよ
い。本実施形態では信号ケーブル９にＤＣ４〜２０ｍＡ
の信号が伝送されるものとして以下の説明を行う。

【００２１】図２は信号変換器及び切替制御部の詳細構
成例を示す図である。同図に示すように、各変換器５
ａ，５ｂは、ＤＣ４〜２０ｍＡ信号をＤＣ１〜５Ｖ信号
に変換するとともに絶縁機能を有する信号変換部１１
と、信号変換部１１のＡ／Ｄ変換器側に設けられる切替
スイッチ１２とから構成される。この切替スイッチ１２
はリレースイッチとなっており、一方がオン状態（接
続）であれば他方はオフ状態（切断）となる。

【００２２】切替制御部８は、リレー用励磁コイル１
３、判断回路１４及び手動スイッチ１５とから構成され
る。判断回路１４は、信号ケーブル９及び各変換器５
ａ，５ｂに対応する信号ケーブル１０からの信号を取り
込み、各電流値及び電圧値を測定できるように構成され
る。また、これらの測定値及び後述する切替判断の結果
から変換器切り替えするように判断した場合、又は手動
スイッチ１５からの切替入力があった場合には、リレー
用励磁コイル１３を制御してリレーによるスイッチ切替
を行う。

【００２３】次に、以上のように構成された本実施形態
におけるプロセス監視制御装置の動作について説明す
る。まず、信号発信器２から送信される信号が変換器５
ａ及び５ｂに同時に入力され、信号変換部１１に入力さ
れる。

【００２４】この信号変換部１１では両変換器５ａ，５
ｂとも一般的な信号変換が行われ、ＤＣ１〜５Ｖ信号が
出力される。ここで切替スイッチ１２がオンしている側
の変換後信号のみがＡ／Ｄ変換器６に入力される。この
信号はさらにＡ／Ｄ変換されＣＰＵ７に入力される。

【００２５】通常はマスタＡＩカード６ａがＡ／Ｄ変換
用に使用されている。ここで、マスタＡＩカード６ａと
スレーブＡＩカード６ｂの何れかで、その使用中のもの
が故障等した場合には、ＣＰＵ７の制御によってＡ／Ｄ
変換器６の切替が行われる。

【００２６】一方、信号変換器５においても、一般的に
はマスタ変換器５ａが通常時には使用される。ここで、
マスタ変換器５ａ又はスレーブ変換器５ｂの何れかで、
その使用中のものが故障等した場合には、切替スイッチ
１２により信号変換器５の切替が実行される。以下、こ
の切替処理を説明する。

【００２７】切替は、判断回路１４にて一定の判断基準
を満たすか否かが調べられ、その結果に基づく判断回路
１４によるリレー用励磁コイル１３の励磁オンオフ制御
によって行われる。この判断基準を示す。

【００２８】１）マスタ変換器正常かつスレーブ変換器
正常のときは、励磁コイル１３をオフし、マスタ側を切
替スイッチ１２により接続する。 ２）マスタ変換器異常かつスレーブ変換器正常のとき
は、励磁コイル１３をオンし、スレーブ側を切替スイッ
チ１２により接続する。

【００２９】３）マスタ変換器正常かつスレーブ変換器
異常のときは、励磁コイル１３をオフし、マスタ側を切
替スイッチ１２により接続する。 ４）マスタ変換器異常かつスレーブ変換器異常のとき
は、特に何もしないが、この場合にはＣＰＵ７側で異常
発生を検出でき（Ａ／Ｄ変換器６を切り替えても異常状
態が保持されるのでＣＰＵ７で信号変換器５の異常と判
断できる）、異常警報出力等の必要な処置をとることが
できる。

【００３０】次に、マスタ変換器５ａ又はスレーブ変換
器５ｂが正常か異常かを判断する方法について説明す
る。なお、判断方法は両変換器５ａ，５ｂについて同様
であるので、ここではマスタ変換器５ａの場合のみを説
明する。

【００３１】まず、判断回路１４では、マスタ側信号変
換部１１の信号ケーブル１０側から信号変換後の１〜５
ｖ信号を入力し、これを逆変換して４〜２０ｍＡ信号を
取り出す。一方、信号ケーブル９から変換前の４〜２０
ｍＡ信号を取り出し、先に逆変換した信号と比較する。
ここで両信号が一定の誤差範囲内で一致していればマス
タ変換器５ａは正常であり、両信号が許容誤差を超えて
不一致であればマスタ変換器５ａは異常であると判断さ
れる。

【００３２】以上の判断方法により、判断回路１４にお
いて、各変換器５ａ，５ｂが正常か異常かが常に判断さ
れ、その結果及び上記判断基準に基づき、切替スイッチ
１２の切り替えられて、信号変換器５の切替が行われ
る。

【００３３】また、手動スイッチ１５には、マスタ側接
続、スレーブ側接続及び自動判断の三種類のスイッチが
設けられている。ここで、自動判断がオンされていると
きには、上記判断回路１４による切替処理が優先され
る。また、マスタ側接続又はスレーブ側接続がオンされ
ているときには、判断回路１４による自動判断よりはこ
の手動スイッチのオン状態が優先され、切替スイッチ１
２が制御される。

【００３４】上述したように、本発明の実施の形態に係
るプロセス監視制御装置は、Ａ／Ｄ変換器６のみならず
信号変換器５をも冗長化構成にするとともに、使用中の
信号変換器５が異常となった場合には切替制御部８によ
り切り替えるようにしたので、信号変換器自身の故障が
生じるような場合でも継続してシステムを稼働させるこ
とができる。

【００３５】このように変換器故障時に信号を断絶させ
ることなく、継続して信号受け渡しすることができるの
で、プロセス監視制御装置としてシステムの信頼性を高
いものとすることができる。 （発明の第２の実施の形態）図３は本発明の第２の実施
の形態に係るプロセス監視制御装置における信号変換器
及び切替制御部の詳細構成例を示す図であり、図２と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、ここでは異
なる部分についてのみ述べる。

【００３６】本実施形態のプロセス監視制御装置は、第
１の実施形態における判断回路１４に代えて判断回路１
４′を設ける他、第１の実施形態と同様に構成されてい
る。判断回路１４′は、各変換器５ａ，５ｂの正常異常
状態の判断方法が異なる他、第１の実施形態と同様に構
成されている。

【００３７】この判断回路１４′においては、信号変換
部１１の変換後のＤＣ１〜５Ｖ信号を検出し、その値が
正常値（１〜５Ｖ）の範囲内にあれば、当該変換器５ａ
又は５ｂは正常であると判断し、その値が異常値（例え
ば０Ｖ）であれば当該変換器５ａ又は５ｂは異常である
と判断する。

【００３８】判断回路１４′は、この正常異常判断の結
果に基づき、以下は第１の実施形態と同様な処理を行
う。上述したように、本発明の実施の形態に係るプロセ
ス監視制御装置は、第１の実施形態と同様な構成を設け
た他、各変換器５ａ，５ｂの正常異常状態を信号変換部
１１の変換後信号を検出して判断するようにしたので、
第１の実施形態と同様な効果を得ることができる。

【００３９】なお、本発明は、上記各実施の形態に限定
されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に
変形することが可能である。例えば切替制御部８の組み
込みは、信号変換器５への一体構成とする他、変換器取
付台に内蔵させることもできる。このように組み込みを
工夫することで制御盤３内に占める入出力装置のスペー
スを大きくすることなく、本発明の効果を得ることがで
きる。

【００４０】また、判断回路１４における各変換器５
ａ，５ｂの正常異常状態の判断方法について、第１の実
施形態の方法と第２の実施形態の方法を組み合わせるよ
うにしてもよい。

【００４１】また、実施形態に記載した手法は、計算機
（コンピュータ）に実行させることができるプログラム
（ソフトウエア手段）として、例えば磁気ディスク（フ
ロッピーディスク、ハードディスク等）、光ディスク
（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒
体に格納し、また通信媒体により伝送して頒布すること
もできる。なお、媒体側に格納されるプログラムには、
計算機に実行させるソフトウエア手段（実行プログラム
のみならずテーブルやデータ構造も含む）を計算機内に
構成させる設定プログラムをも含むものである。本装置
を実現する計算機は、記憶媒体に記録されたプログラム
を読み込み、また場合により設定プログラムによりソフ
トウエア手段を構築し、このソフトウエア手段によって
動作が制御されることにより上述した処理を実行する。

【００４２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、Ａ
／Ｄ変換器のみならず信号変換器自体も冗長化構成とし
たので、信号変換器自身の故障が生じるような場合でも
継続して稼働でき、トータルシステムとして完全性の高
いプロセス監視制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るプロセス監視
制御装置の一構成例を示す全体図。

【図２】信号変換器及び切替制御部の詳細構成例を示す
図。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るプロセス監視
制御装置における信号変換器及び切替制御部の詳細構成
例を示す図。

【図４】従来のプロセス監視制御装置の一例を示す構成
図。

【符号の説明】

１…プラント ２…信号発信器 ３…制御盤 ４…コントローラ ５…信号変換器 ５ａ…マスタ変換器 ５ｂ…スレーブ変換器 ６…Ａ／Ｄ変換器 ６ａ…マスタＡＩカード ６ｂ…スレーブＡＩカード ７…ＣＰＵ ８…切替制御部 ９，１０…信号ケーブル １１…信号変換部 １２…切替スイッチ １３…リレー用励磁コイル １４，１４′…判断回路 １５…手動スイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセスの監視制御を行う制御手段と、 前記プロセスの監視若しくは制御用の一の機器からの信
   号、又は前記一の機器への信号を変換可能に構成された
   複数の信号変換手段と、 前記信号変換手段を監視するとともに、前記一の機器に
   ついての信号変換に使用されている唯一の信号変換手段
   が異常な場合には、前記一の機器についての信号変換を
   他の信号変換手段に切り替える切替制御手段と、 使用中の信号変換器からの入出力信号をＡ／Ｄ若しくは
   Ｄ／Ａ変換して前記制御手段に入出力する冗長化された
   複数のＡ／Ｄ変換手段とを備えたことを特徴とするプロ
   セス監視制御装置。