JP2003140704A - プロセス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 異常が生じた場合でも無瞬断でプロセス制御
を続行する。 【解決手段】 このプロセス制御装置は、ネットワーク
インタフェース１０が制御ＬＡＮ３を介して受信した監
視装置２のリクエストを３つのコントローラ２０の各々
に与え、このリクエストに対する３つのコントローラ２
０の各々からの応答の中から多数決によって定まる１つ
の応答を制御ＬＡＮ３に出力して監視装置２へ回答し、
３つのコントローラ２０の各々がネットワークインタフ
ェース１０から与えられたリクエストに対して演算を行
い、リクエストに対する応答をネットワークインタフェ
ース１０に出力するとともに、演算結果を制御データと
してプロセス機器インタフェース３０に出力し、プロセ
ス機器インタフェース３０が３つのコントローラ２０の
各々からの制御データの中から多数決によって定まる１
つの制御データをＩＯバス５に出力してプロセス機器４
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス制御装置
に関し、特に冗長構成を有するプロセス制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、プラントなどのプロセス制御に用
いるプロセス制御装置において、高信頼性を要求される
場合には制御演算を行うコントローラを複数備えた冗長
構造をもつものが用いられている。このような冗長構造
をもつ従来のプロセス制御装置は、マスターとスレーブ
の２つのコントローラを備え、マスターコントローラに
異常が発生すると待機中のスレーブコントローラに切り
替わるマスタースレーブ型が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マスタ
ースレーブ型のプロセス制御装置は、コントローラがマ
スターからスレーブに切り替わる際、マスターの停止を
検出後に待機していたスレーブが処理を開始するので、
制御空白時間が生じるため、プロセスの制御周期が短い
プロセス制御には使用できないという問題があった。こ
のため、稼働中のコントローラに異常が生じた場合でも
制御空白時間の生じないプロセス制御装置が求められて
いた。本発明は、このような課題を解決するためになさ
れたものであり、稼働中のコントローラに異常が生じた
場合でも無瞬断でプロセス制御の継続が可能な信頼性の
高いプロセス制御装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明のプロセス制御装置は、ネットワークを
介してリクエストを受信するとともに、プロセス機器が
接続される通信路に制御データを出力するプロセス制御
装置であって、ネットワークに接続されるネットワーク
インタフェースと、通信路に接続されるプロセス機器イ
ンタフェースと、ネットワークインタフェースとプロセ
ス機器インタフェースとに接続され、ネットワークイン
タフェースを介して与えられたリクエストに対して演算
を行い、リクエストに対する応答をネットワークインタ
フェースに出力するとともに、演算結果を制御データと
してプロセス機器インタフェースに出力するＮ個（Ｎは
３以上の自然数）のコントローラとを備え、ネットワー
クインタフェースは、ネットワークから受信したリクエ
ストをコントローラの各々に与え、このリクエストに対
するコントローラの各々からの応答の中から多数決によ
って定まる１つの応答をネットワークに出力し、プロセ
ス機器インタフェースは、コントローラの各々からの制
御データの中から多数決によって定まる１つの制御デー
タを通信路に出力することによって特徴づけられる。こ
の場合、多数決の判定は、コントローラの各々からの出
力データを比較し、２つ以上のコントローラからの出力
データが一致した場合に一致したデータを多数のデータ
と決することにより行う。

【０００５】このプロセス制御装置の一構成例は、コン
トローラがリクエストとリクエストに対する応答と演算
結果とを格納する記憶手段を有し、ネットワークインタ
フェースが記憶手段の記憶内容が正しいか否かの確認を
行う診断手段を有する。診断手段の一構成例は、各々の
コントローラの記憶手段からデータを読み出し、多数決
によって定まる１つのデータを出力したコントローラの
記憶手段を正常と診断する。これらのプロセス制御装置
の一構成例は、ネットワークインタフェースおよびプロ
セス機器インタフェースの少なくとも一方が多重化され
ている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に図を用いて発明の実施の形
態を説明する。まず、本発明のプロセス制御装置の第１
の実施の形態について説明する。図１は、本発明のプロ
セス制御装置の第１の実施の形態を示すブロック図であ
る。同図において、プロセス制御装置１は、１つのネッ
トワークインタフェース１０と、３つの同一構成のコン
トローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コン
トローラＣ）と、１つのプロセス機器インタフェース３
０を備えている。

【０００７】ネットワークインタフェース１０と３つの
コントローラ２０は、内部ＬＡＮ（Local Area Networ
k）４０に接続されており、相互通信可能に構成されて
いる。プロセス機器インタフェース３０は、３つのコン
トローラ２０と個別にＵＳＢ（Universal Serial Bus）
などのデータ通信路５０で接続されており、これらとの
間で１対１の通信が可能に構成されている。また、ネッ
トワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０
とプロセス機器インタフェース３０は、図示しないバス
に接続されている。さらに、ネットワークインタフェー
ス１０は、監視装置２が接続された外部の制御ＬＡＮ３
に接続されており、プロセス機器インタフェース３０
は、プロセス機器４が接続された外部のＩＯバス５に接
続されている。

【０００８】このような構成において、このプロセス制
御装置１は、ネットワークインタフェース１０が制御Ｌ
ＡＮ３を介して受信した監視装置２のリクエストを３つ
のコントローラ２０の各々に与えるとともに、このリク
エストに対する３つのコントローラ２０の各々からの応
答の中から多数決によって定まる１つの応答を制御ＬＡ
Ｎ３に出力して監視装置２へ回答する。３つのコントロ
ーラ２０は、いずれも同じデータベースをもち、各々が
ネットワークインタフェース１０から与えられたリクエ
ストの処理を行い、リクエストに対する応答をネットワ
ークインタフェース１０に出力する。また、プロセス機
器４に対するコマンド生成やプロセス制御の演算を行
い、生成したコマンドや演算結果を制御データとしてプ
ロセス機器インタフェース３０に出力する。

【０００９】プロセス機器インタフェース３０は、３つ
のコントローラ２０の各々から出力される制御データの
中から多数決によって定まる１つの制御データをＩＯバ
ス５に出力してプロセス機器４を制御する。これによ
り、コントローラ２０の１つに異常が生じ、他の２つと
異なる応答や制御データを出力した場合であっても、監
視装置２やプロセス機器４へ正常な応答や制御データを
途切れることなく出力することができる。

【００１０】次に、ネットワークインタフェース１０に
ついて図２を参照して詳細に説明する。図２は、図１の
ネットワークインタフェース１０の機能ブロック図であ
る。図２に示すように、ネットワークインタフェース１
０は、応答／リクエスト送受信部１１、負荷チェック部
１２、リクエスト配信部１３、応答受信部１４、応答比
較部１５及び異常通知部１６を備えている。

【００１１】監視装置２が制御ＬＡＮ３に出力したリク
エストは、応答／リクエスト送受信部１１で受信され、
負荷チェック部１２に送られる。負荷チェック部１２
は、コントローラ２０ごとの処理状況（処理負荷）をチ
ェックし、稼働中のすべてのコントローラ２０が送られ
たリクエストを受入れ可能な状態のときは、応答／リク
エスト送受信部１１から送られたリクエストをリクエス
ト配信部１３へ転送し、稼働中で受入れ不可能な状態の
コントローラがあるときは応答／リクエスト送受信部１
１へ当該リクエストの受入れ不可を通知するとともに、
このリクエストを消去する。

【００１２】この場合、負荷チェック部１２は、コント
ローラ２０が実行中のリクエストの数が所定数以下のと
き、次のリクエストを受入れ可能と判定する。実行中の
リクエストの数は、例えば転送したリクエスト数から応
答数を差し引いて求める。応答数は、後述する応答受信
部１４から入力される。応答／リクエスト送受信部１１
は、リクエストの受入れ不可が通知されると、リクエス
ト元へリクエスト実行不可を通知する。

【００１３】リクエスト配信部１３は、負荷チェック部
１２から転送されたリクエストに処理すべきタイミング
を示す処理タイミング情報を付加した後、内部ＬＡＮ４
０を介して３つのコントローラ２０に同報配信する。こ
の場合、処理タイミング情報は、１制御周期中における
処理タイミングを示す３ｂｉｔコードであり、リクエス
ト配信部１３は後述するプロセス機器インタフェース３
０が図示しないバス上にパラレル出力する３ｂｉｔの処
理タイミング信号１０３の現在値を参照し、リクエスト
を実行するタイミングとして将来生成される処理タイミ
ング信号の値を設定する。付加する処理タイミング情報
には、リクエストを実行するタイミングやリクエストの
応答を送信するタイミングが含まれる。

【００１４】一方、３つのコントローラ２０の各々から
リクエストの応答が送信されると、応答受信部１４が受
信し、応答比較部１５に送るとともに、応答を返したコ
ントローラを負荷チェック部１２に通知する。この場
合、応答受信部１４は、受信した応答を一時的に保持
し、３つのコントローラ２０からの応答が揃った後、応
答比較部１５に送る。所定時間内に３つのコントローラ
２０の内の１つから応答がなかったときは、当該コント
ローラ２０を負荷チェック部１２に通知するとともに、
例えばヌルデータのようなあらかじめ定めた特定のデー
タを当該コントローラ２０の応答として、他の２つの応
答とともに応答比較部１５に送る。

【００１５】ここで、所定時間内に応答がなかったとき
に応答のないコントローラ２０を負荷チェック部１２に
通知するのは、負荷チェック部１２で応答のないコント
ローラ２０の未処理リクエストが処理されないまま残る
ことにより実行中のリクエストの数が所定数を超えて、
動作中の２つのコントローラがリクエストを実行できな
くなることを防ぐためである。

【００１６】応答比較部１５は、応答受信部１４から送
られた３つのコントローラ２０からの応答を比較し、内
容の一致する応答が２つ以上ある場合のみ応答／リクエ
スト送受信部１１へこの内容の応答を１つ送る。ただ
し、一致した内容がヌルデータのようなあらかじめ定め
た特定のデータであった場合は、送信しない。応答／リ
クエスト送受信部１１へ送られた応答は、制御ＬＡＮ３
へ出力され、リクエスト元の監視装置２へ送信される。
また、応答比較部１５は、他と異なる内容の応答を返し
たコントローラを異常通知部１６へ通知する。異常通知
部１６は、応答比較部１５から通知されたコントローラ
に内部ＬＡＮ４０を介して異常通知を送信する。

【００１７】このネットワークインタフェース１０は、
制御ＬＡＮ３用のＬＡＮインタフェースと、内部ＬＡＮ
４０用のＬＡＮインタフェースと、処理タイミング信号
１０３入力用のディジタル入力インタフェースと、ネッ
トワークインタフェース１０の機能を実現するプログラ
ムを格納した不揮発性半導体メモリと、この不揮発性半
導体メモリに格納されたプログラムを実行する演算処理
装置（ＣＰＵ）と、プログラム実行時の一時記憶に用い
られるＲＡＭと、これらを接続するバスとから構成され
ている。

【００１８】次に、コントローラ２０について図３を参
照して詳細に説明する。図３は、図１のコントローラ２
０の機能ブロック図である。図３に示すように、コント
ローラ２０は、リクエスト処理部２１、データベース２
２、演算処理部２３、入出力処理部２４及び異常処理部
２５を備えており、データベース２２にはプロセス制御
条件の設定値、計測データの現在値及びプロセス機器を
制御する制御データが格納されている。この場合、内部
ＬＡＮ４０に出力されたリクエストは、リクエスト処理
部２１で受信されてリクエスト内容が解析され、リクエ
ストに応じた処理がリクエストに付加された処理タイミ
ング情報に基づいて実行される。

【００１９】例えば、リクエストがプロセス制御条件の
変更であれば、データベース２２の指定された制御条件
の設定値をリクエストで指示された設定値に書き換え、
書き換えた設定値をデータベース２２から読み出して応
答内容とする。また、リクエストがプロセス条件の現在
値の要求であれば、データベース２２から指定されたプ
ロセス条件の現在値を読み出して応答内容とする。この
ような応答は、リクエスト処理部２１により内部ＬＡＮ
４０に出力され、ネットワークインタフェース１０へ送
信される。この場合、リクエスト処理は、プロセス機器
インタフェース３０が出力する処理タイミング信号１０
３を参照し、この信号の示す情報がリクエストに付加さ
れた処理タイミング情報と一致したときに実行する。

【００２０】演算処理部２３は、所定のタイミングでデ
ータベース２２からプロセス制御条件の設定値とプロセ
ス条件の現在値を読み出し、現在値を設定値に合わせる
ために必要な制御量を算出する制御演算を行い、演算結
果を制御データとしてデータベース２２に書き込む。入
出力処理部２４は、所定のタイミングでデータベース２
２から制御データを読み出してプロセス機器インタフェ
ース３０へ送信する。また、プロセス機器が計測したプ
ロセスデータの送信を要求するコマンドをプロセス機器
インタフェース３０へ送信するとともに、プロセス機器
インタフェース３０から送信されるプロセス機器が計測
したプロセスデータを受信し、現在値としてデータベー
ス２２に書き込む。

【００２１】また、リクエスト処理部２１は、リクエス
トと同様にしてネットワークインタフェース１０の異常
通知部１６が送信する異常通知を受信し、異常処理部２
５に通知する。入出力処理部２４は、プロセス機器イン
タフェース３０から送信される情報に異常通知が含まれ
ているか否か確認し、異常通知が含まれているときは、
異常処理部２５に通知する。異常処理部２５は、異常通
知を受けるとコントローラ２０の処理を停止させる。

【００２２】このコントローラ２０は、内部ＬＡＮ４０
用のＬＡＮインタフェースと、データ通信路５０用の通
信インタフェースと、処理タイミング信号１０３入力用
のディジタル入力インタフェースと、コントローラ２０
の機能を実現するプログラムを格納した不揮発性半導体
メモリと、この不揮発性半導体メモリに格納されたプロ
グラムを実行する演算処理装置（ＣＰＵ）と、データベ
ース２２の格納領域やプログラム実行時の一時記憶領域
として用いられるＲＡＭと、これらを接続するバスとか
ら構成されている。また、このコントローラ２０は、活
線挿抜可能にして、３つのコントローラのうちの１つが
故障した時はプロセス制御を継続したまま交換可能に構
成されている。

【００２３】次に、プロセス機器インタフェース３０に
ついて図４を参照して詳細に説明する。図４は、図１の
プロセス機器インタフェース３０の機能ブロック図であ
る。図４に示すように、プロセス機器インタフェース３
０は、コントローラ通信処理部３１、データ比較部３
２、ＩＯバス入出力処理部３３、異常通知部３４及び処
理タイミング信号生成部３５を備えている。

【００２４】各コントローラ２０がそれぞれのデータ通
信路５０を介して送信したコマンドや制御データは、コ
ントローラ通信処理部３１で受信され、データ比較部３
２に送られる。この場合、コントローラ通信処理部３１
は、受信データを一時的に保持し、３つのコントローラ
２０からの受信データが揃った後、データ比較部３２に
送る。所定時間内に３つのコントローラ２０からの受信
データが揃わなかったときは、例えばヌルデータのよう
なあらかじめ定めた特定のデータを未受信コントローラ
２０の受信データとし、他の受信データとともにデータ
比較部３２に送る。

【００２５】データ比較部３２は、コントローラ通信処
理部３１から送られた３つの受信データを比較し、内容
の一致する受信データが２つ以上ある場合のみ、ＩＯバ
ス入出力処理部３３へ内容の一致した受信データを１つ
入力する。ただし、一致した内容がヌルデータのような
あらかじめ定めた特定のデータであった場合は、送信し
ない。ＩＯバス入出力処理部３３へ送られたデータは、
ＩＯバス５へ出力され、プロセス機器４へ送信される。
また、データ比較部３２は、他と異なるデータを送信し
たコントローラを異常通知部３４へ通知する。異常通知
部３４は、コントローラ通信処理部３１を介してデータ
比較部３２から通知されたコントローラ２０に異常通知
を送信する。

【００２６】一方、プロセス機器４がＩＯバス５へ出力
したデータは、ＩＯバス入出力処理部３３が受信し、コ
ントローラ通信処理部３１へ送られる。コントローラ通
信処理部３１は、送られたデータを３つのデータ通信路
５０にそれぞれ出力し、各コントローラ２０に送信す
る。処理タイミング信号生成部３５は、処理タイミング
信号１０３を生成し、ネットワークインタフェース１０
と３つのコントローラ２０とプロセス機器インタフェー
ス３０とに接続されているバスに出力する。

【００２７】ここで、処理タイミング信号１０３は、例
えば３ｂｉｔのパラレル信号であり、プロセス制御装置
の１制御周期中に順次３ｂｉｔの組合せから得られる８
つの状態をとることにより、８個の処理タイミングを設
けるものである。なお、処理タイミング信号１０３は３
ｂｉｔに限られるものではなく、１制御周期中に実行す
る処理の種類やコントローラ２０の処理速度に応じて他
のｂｉｔ数に変更してもよい。

【００２８】このプロセス機器インタフェース３０は、
３つのデータ通信路５０用の通信インタフェースと、Ｉ
Ｏバス５用インタフェースと、処理タイミング信号１０
３出力用のディジタル出力インタフェースと、プロセス
機器インタフェース３０の機能を実現するプログラムを
格納した不揮発性半導体メモリと、この不揮発性半導体
メモリに格納されたプログラムを実行する演算処理装置
（ＣＰＵ）と、プログラム実行時の一時記憶に用いられ
るＲＡＭと、これらを接続するバスとから構成されてい
る。

【００２９】次に、このプロセス制御装置の動作につい
て説明する。最初に、監視装置からのリクエストがない
ときの動作を説明する。図５は、第１の実施の形態のプ
ロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、
監視装置からのリクエストがないときの動作を示す。図
５に示すように、このプロセス制御装置は、３つのコン
トローラ（コントローラＡ，コントローラＢ，コントロ
ーラＣ）が並列して同じ処理を実行している。

【００３０】ここで、周期ｎ（ｎは自然数）の制御周期
が開始されると、各々のコントローラは、処理タイミン
グ信号が所定のタイミングとなったときにプロセス機器
インタフェースに計測データ要求のコマンドを送信す
る。プロセス機器インタフェースは、各々のコントロー
ラから送信されたコマンドの多数決を採って多数側のコ
マンドをプロセス機器に送信するとともに、このコマン
ドを受信したプロセス機器から送信される計測データを
受信し、各々のコントローラに送信する。この場合、多
数決の判定は、各々のコントローラから送信されたコマ
ンドを比較し、２つ以上のコントローラからのコマンド
が一致した場合に一致したコマンドを多数のコマンドと
決することにより行う。

【００３１】各々のコントローラは、計測データを受信
するとデータベースの現在値を更新し、所定の処理タイ
ミングとなったらデータベースの設定値と現在値を入力
とする制御演算を行い、データベースの制御データを演
算結果で更新し、所定の処理タイミングとなったときに
この制御データをプロセス機器インタフェースに送信す
る。プロセス機器インタフェースは、各々のコントロー
ラから送信された制御データの多数決を採って多数側の
制御データをプロセス機器に送信し、プロセス機器を制
御する。この場合も多数決の判定は、各々のコントロー
ラから送信された制御データを比較し、２つ以上のコン
トローラからの制御データが一致した場合に一致した制
御データを多数の制御データと決することにより行う。

【００３２】次に、監視装置からリクエストがなされた
ときの動作を説明する。図６は、第１の実施の形態のプ
ロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図であり、
監視装置から計測データの現在値を要求するリクエスト
がなされたときの動作を示す。図６に示すように、３つ
のコントローラ（コントローラＡ，コントローラＢ，コ
ントローラＣ）が周期ｎ（ｎは自然数）の制御周期にお
いて同じ処理を並列に実行しているときに、ネットワー
クインタフェースがリクエストを受信すると、ネットワ
ークインタフェースは、３つのコントローラの負荷チェ
ックを行う。

【００３３】負荷チェックの結果、３つのコントローラ
が共にリクエストを実行可能であれば、リクエストに処
理タイミング情報を付加して３つのコントローラに送信
する。この場合、ネットワークインタフェースは、リク
エストを実行するタイミングを指定する情報を処理タイ
ミング情報として付加するが、リクエストを実行するタ
イミングには、処理が割り当てられていない処理タイミ
ングを割り当てる。３つのコントローラは、各々リクエ
ストを受信すると、処理タイミング情報で指定された処
理タイミングでリクエストを実行する。

【００３４】この場合、３つのコントローラは、それぞ
れデータベースの現在値更新後の処理タイミングで各々
のデータベースにアクセスし、現在値を読み出してネッ
トワークインタフェースへリクエストに対する応答とし
て送信する。ネットワークインタフェースは、各々のコ
ントローラから送信された応答を受信し、これらの内容
（現在値）を比較し、内容の一致する２つ以上の応答の
うちのいずれか１つを制御ＬＡＮに出力し、監視装置に
送信する。この場合、応答内容は３つとも一致している
ので、３つのコントローラは、以後も図５で説明したも
のと同じ動作を行う。ここで、３つのコントローラのリ
クエスト処理以外の処理タイミングにおける処理動作
と、プロセス機器インタフェースの動作は、図５で説明
したものと同じであるので説明を省略する。

【００３５】次に、ネットワークインタフェースが応答
の不一致を検出したときの動作を説明する。図７は、第
１の実施の形態のプロセス制御装置の動作を説明するシ
ーケンス図であり、ネットワークインタフェースが３つ
のコントローラからの応答に不一致を検出したときの動
作を示す。図７において、３つのコントローラがリクエ
ストに付加された処理タイミング情報で指定された処理
タイミングでリクエストを実行し、応答をネットワーク
インタフェースに送信するまでは、図６での説明と同じ
であるので、説明を省略する。

【００３６】ネットワークインタフェースが各々のコン
トローラから送信された応答を受信した後、これらの内
容（現在値）を比較し、コントローラＡの応答内容が他
の２つのコントローラの応答内容と一致しないことを検
出すると、ネットワークインタフェースは、内容が一致
したコントローラＢとコントローラＣの応答をリクエス
トに対する応答として制御ＬＡＮに出力し、監視装置に
送信するとともに、コントローラＡに異常通知を送信す
る。

【００３７】コントローラＡは、異常通知を受信すると
異常処理を実行し、制御演算処理からの切り離しを行
う。一方、コントローラＢとコントローラＣは、以後も
図５で説明したものと同じ動作を行う。ネットワークイ
ンタフェースとプロセス機器インタフェースは、コント
ローラＡが切り離された後も、コントローラＢとコント
ローラＣの応答や制御データが一致している限り以前と
同じ動作を行い、プロセス制御装置全体として無瞬断の
プロセス制御を続行する。

【００３８】次に、プロセス機器インタフェースが３つ
のコントローラ間でコマンドや制御データに不一致を検
出したときの動作を説明する。図８は、第１の実施の形
態のプロセス制御装置の動作を説明するシーケンス図で
あり、プロセス機器インタフェースが３つのコントロー
ラ間でコマンドや制御データに不一致を検出したときの
動作を示す。図８において、３つのコントローラが所定
の処理タイミングで指定された制御演算を実行し、演算
結果の制御データをプロセス機器インタフェースに送信
するまでは、図５での説明と同じであるので、説明を省
略する。

【００３９】プロセス機器インタフェースが各々のコン
トローラから送信されたコマンドや制御データを受信し
た後、これらの内容を比較し、コントローラＣの内容が
他の２つのコントローラの内容と一致しないことを検出
すると、プロセス機器インタフェースは、内容が一致し
たコントローラＡとコントローラＢのコマンドや制御デ
ータをＩＯバスに出力し、プロセス機器に送信するとと
もに、コントローラＣに異常通知を送信する。

【００４０】コントローラＣは、異常通知を受信すると
異常処理を実行し、制御演算処理からの切り離しを行
う。一方、コントローラＡとコントローラＢは、以後も
図５で説明したものと同じ動作を行う。ネットワークイ
ンタフェースとプロセス機器インタフェースは、コント
ローラＣが切り離された後も、コントローラＡとコント
ローラＢの応答や制御データが一致している限り以前と
同じ動作を行い、プロセス制御装置全体として無瞬断の
プロセス制御を続行する。

【００４１】以上説明したように、この実施の形態のプ
ロセス制御装置は、制御演算処理を行うコントローラを
３つ並列動作させるとともに、これらの出力するデータ
を比較し、２つ以上が一致している間、動作を続けるよ
うにしたので、コントローラの１つに異常が生じて制御
演算処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を
続行可能である。なお、この実施の形態では、コントロ
ーラを３つ並列動作させるものとして説明したが、この
数は３つに限られるものではなく、３以上であればよ
い。並列動作させるコントローラの数を３より増やすに
したがい、無瞬断のプロセス制御を続行するのに許容さ
れるコントローラの異常発生数を増やすことができる。
よって、プロセス制御装置に求められる信頼性とコント
ローラの信頼性とに基づいて、最適な個数を選択すれば
よい。

【００４２】また、制御演算処理を行うコントローラを
並列実行による冗長構成としたので、ネットワークイン
タフェースとプロセス機器インタフェースの信頼性を確
保することで、コントローラに高信頼性を求めなくとも
プロセス制御装置全体としての信頼性を確保することが
できる。このため、コントローラに低価格の市販製品を
用いることができ、信頼性を確保したままコストを下げ
ることができる。また、世代交代の早い市販製品の利用
が可能となることで、半導体技術の向上による処理能力
の向上がタイムリーにでき、製品開発期間の短縮も可能
となる。

【００４３】また、ネットワークインタフェースとプロ
セス機器インタフェースにより、コントローラの出力が
正常であることを常時確認しているため、プロセス制御
装置として十分な信頼性が確保できるので、コントロー
ラの使用するメモリシステムにエラー訂正機能を設けな
くてもよく、また、エラー訂正機能では訂正不可能な宇
宙線などに起因すると考えられるマルチビットエラーに
も対処でき、より低コスト化を図ることができる。

【００４４】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。この実施の形態のプロセス制御装置が第１の
実施の形態と異なる点は、３つのコントローラのデータ
ベースがそれぞれ正しいか否かの確認を行う自己診断機
能を有することである。この自己診断機能は、図２で示
したネットワークインタフェース１０の応答／リクエス
ト送受信部１１に、図３で示したデータベース２２のデ
ータを所定単位ごとに順次送信させるリクエストを所定
間隔で発行するとともに、このリクエストに応じて応答
／リクエスト送受信部１１へ送られたデータを破棄する
機能を設けることにより実現することができる。すなわ
ち、ネットワークインタフェース１０の機能を実現する
プログラムを格納した不揮発性半導体メモリに、この自
己診断機能を実現するプログラムを加えればよい。

【００４５】この場合、応答／リクエスト送受信部１１
が発行する自己診断機能のリクエストは、負荷チェック
部１２の働きによりコントローラ２０の負荷が軽いとき
のみ３つのコントローラ２０へ送信される。コントロー
ラ２０へ送信されたリクエストは、所定のタイミングで
リクエスト処理部により実行され、データベース２２の
データが所定単位ごとに読み出されて順次ネットワーク
インタフェース１０へ送信させる。３つのコントローラ
２０から送信されたデータベース２２のデータは、応答
比較部１５で比較され、不一致の検出されたコントロー
ラが異常通知部１６に通知される。これにより、異常通
知部１６が当該コントローラに異常通知を送信し、異常
通知を受信したコントローラは、異常処理を実行し制御
演算処理からの切り離しを行う。

【００４６】この実施の形態によれば、３つのコントロ
ーラ２０のデータベース２２のデータ比較をバックグラ
ンドで行うことで、データベース２２のデータを格納す
るＲＡＭのエラーなどを検出することができる。このた
め、頻繁に使用されない領域で発生したエラーを検出で
き、異常の生じたコントローラ２０を除くことができ
る。

【００４７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図９は、本発明のプロセス制御装置の第３の
実施の形態を示すブロック図である。この実施の形態の
プロセス制御装置６が第１の実施の形態と異なる点は、
ネットワークインタフェース１０、プロセス機器インタ
フェース３０、内部ＬＡＮ４０及びデータ通信路５０を
それぞれ冗長構成としたことである。図９において、こ
のプロセス制御装置６は、２つの同一構成のネットワー
クインタフェース１０（ネットワークインタフェース
Ａ，ネットワークインタフェースＢ）と、３つの同一構
成のコントローラ２０（コントローラＡ，コントローラ
Ｂ，コントローラＣ）と、２つの同一構成のプロセス機
器インタフェース３０（プロセス機器インタフェース
Ａ，プロセス機器インタフェースＢ）を備えている。

【００４８】２つのネットワークインタフェース１０
は、系統の異なる内部ＬＡＮ４０（Ａ系内部ＬＡＮ，Ｂ
系内部ＬＡＮ）を介して３つのコントローラ２０と接続
されており、それぞれ３つのコントローラ２０と相互通
信可能に構成されている。この場合、ネットワークイン
タフェースＡはＡ系内部ＬＡＮを介し、ネットワークイ
ンタフェースＢはＢ系内部ＬＡＮを介して、３つのコン
トローラ２０と接続されている。

【００４９】２つのプロセス機器インタフェース３０
は、それぞれ３つのコントローラ２０と個別にデータ通
信路５０で接続されており、これらとの間で１対１の通
信が可能に構成されている。また、２つのプロセス機器
インタフェース３０の間に制御信号線６０が接続されて
おり、相互に制御信号の伝達が可能に構成されている。
さらに、２つのプロセス機器インタフェース３０は、各
々が系統の異なる図示しないバスを介して２つのネット
ワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０に
接続されている。

【００５０】また、２つのネットワークインタフェース
１０は、系統の異なる制御ＬＡＮ３（Ａ系制御ＬＡＮ，
Ｂ系制御ＬＡＮ）を介して監視装置２と接続されてお
り、それぞれ監視装置２と相互通信可能に構成されてい
る。この場合、ネットワークインタフェースＡはＡ系制
御ＬＡＮを介し、ネットワークインタフェースＢはＢ系
制御ＬＡＮを介して、監視装置２と接続されている。２
つのプロセス機器インタフェース３０は、各々がプロセ
ス機器４の接続された外部の２つのＩＯバス５（Ａ系Ｉ
Ｏバス，Ｂ系ＩＯバス）に接続されている。

【００５１】このプロセス制御装置６は、２つのネット
ワークインタフェース１０と３つのコントローラ２０が
並列に動作し、２つのプロセス機器インタフェース３０
の一方がマスターとして常時動作し、他方がスレーブと
して待機している。２つのネットワークインタフェース
１０は、それぞれ系統の異なる制御ＬＡＮ３を介して受
信した監視装置２のリクエストを別々に３つのコントロ
ーラ２０の各々に与えるとともに、このリクエストに対
する３つのコントローラ２０の各々からの応答の中から
多数決によって定まる１つの応答を各々が接続された制
御ＬＡＮ３に出力して監視装置２へ回答する。

【００５２】２つのネットワークインタフェース１０が
第１の実施の形態若しくは第２の実施の形態で説明した
ものと異なる点は、処理タイミング信号入力用のディジ
タル入力インタフェースを２系統有し、マスターとスレ
ーブの両方のプロセス機器インタフェース３０から出力
される処理タイミング信号が入力され、マスター側の処
理タイミング信号が入力されなくなったときに、スレー
ブ側の処理タイミング信号に基づいて処理を続行するよ
うにしたことである。

【００５３】３つのコントローラ２０は、各々が２つの
ネットワークインタフェース１０から与えられた同じリ
クエストのうち、先に与えられたリクエストのみ処理を
行い、このリクエストに対する応答を２つのネットワー
クインタフェース１０に出力する。また、プロセス機器
４に対するコマンド生成やプロセス制御の演算を行い、
生成したコマンドや演算結果を制御データとして２つの
プロセス機器インタフェース３０に出力する。

【００５４】ここで、２つのネットワークインタフェー
ス１０から与えられた同じリクエストのうち、先に与え
られたリクエストのみ処理を行うことができるのは、監
視装置の送信するリクエストがＡ系とＢ系で同じメッセ
ージヘッダを有するため、応答／リクエスト送受信部１
１が同じメッセージを受信した場合、後から受信したメ
ッセージを先に受信したものと同じメッセージと判定
し、無視するためである。

【００５５】３つのコントローラ２０が第１の実施の形
態若しくは第２の実施の形態で説明したものと異なる点
は、内部ＬＡＮ４０用のＬＡＮインタフェースと、デー
タ通信路５０用の通信インタフェースと、処理タイミン
グ信号１０３入力用のディジタル入力インタフェースと
をそれぞれ２系統有し、応答／リクエスト送受信部１１
が２つの内部ＬＡＮ４０を介して送受信を行うことと、
入出力処理部２４が２つのデータ通信路５０を介して送
受信を行うことと、マスターとスレーブの両方のプロセ
ス機器インタフェース３０から出力される処理タイミン
グ信号が入力され、マスター側の処理タイミング信号が
入力されなくなったときに、スレーブ側の処理タイミン
グ信号に基づいて処理を続行するようにしたことであ
る。

【００５６】プロセス機器インタフェース３０は、マス
ター側が３つのコントローラ２０の各々から出力される
制御データの中から多数決によって定まる１つの制御デ
ータを２つのＩＯバス５に出力してプロセス機器４を制
御し、スレーブ側が制御信号線６０を介してマスター側
の動作を確認する待機動作を行う。スレーブ側のプロセ
ス機器インタフェース３０は、マスター側の動作停止を
検出するとマスターに切り替わる。また、２つのプロセ
ス機器インタフェース３０は、マスター側かスレーブ側
かにかかわらず各々が接続された図示しないバスに処理
タイミング信号を出力している。

【００５７】２つのプロセス機器インタフェース３０が
第１の実施の形態若しくは第２の実施の形態で説明した
ものと異なる点は、ＩＯバス５用インタフェースを２系
統有し、制御データを２つのＩＯバス５に出力可能に構
成したことと、制御信号線６０用のディジタル入出力イ
ンタフェースを有し、マスター・スレーブ切替可能に構
成したことである。マスター・スレーブ切替は、例え
ば、マスターのときは常時、動作中を示す信号をディジ
タル入出力インタフェースに出力し、スレーブのときは
常時、ディジタル入出力インタフェースに入力する信号
を監視し、信号の入力が途絶すると自身をマスターに切
り替えるプログラムを不揮発性半導体メモリに格納して
おき、ＣＰＵがこのプログラムを実行するようにしてお
くことにより行うことができる。

【００５８】このように構成したので、この実施の形態
のプロセス制御装置は、ネットワークインタフェース１
０、制御ＬＡＮ３及び内部ＬＡＮ４０のいずれかで異常
が生じた場合であっても、監視装置２との通信が途絶す
ることがないので、正常に処理を続行することができ
る。また、動作中のプロセス機器インタフェース３０に
異常が生じた場合であっても、待機中のプロセス機器イ
ンタフェース３０によって処理を続行することができ
る。このように、この実施の形態のプロセス制御装置
は、コントローラ２０の１つに異常が生じて制御演算処
理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行可
能であるだけでなく、３つのコントローラ２０に接続さ
れたインタフェース部分に異常が生じた場合にも処理を
続行することができる。このため、第１の実施の形態に
比べて、さらに信頼性を向上することができる。

【００５９】この実施の形態では、３つのコントローラ
２０に接続されるものをすべて冗長構成としたが、必ず
しもすべてを冗長構成としなくともよい。プロセス制御
装置として要求される信頼性と、３つのコントローラ２
０に接続されるものの個々の信頼性とを勘案して必要な
箇所のみ冗長構成とすることにより、必要とされる信頼
性を最小限のコスト上昇で得ることができる。例えば、
プロセス制御装置を２つの同一構成のネットワークイン
タフェース１０（ネットワークインタフェースＡ，ネッ
トワークインタフェースＢ）と、３つの同一構成のコン
トローラ２０（コントローラＡ，コントローラＢ，コン
トローラＣ）と、１つのプロセス機器インタフェース３
０とで構成してもよいし、１つのネットワークインタフ
ェース１０と、３つの同一構成のコントローラ２０（コ
ントローラＡ，コントローラＢ，コントローラＣ）と、
２つの同一構成のプロセス機器インタフェース３０（プ
ロセス機器インタフェースＡ，プロセス機器インタフェ
ースＢ）とで構成してもよい。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプロセス
制御装置は、ネットワークに接続されるネットワークイ
ンタフェースと、プロセス機器が接続される通信路に接
続されるプロセス機器インタフェースと、ネットワーク
インタフェースとプロセス機器インタフェースとに接続
され、ネットワークインタフェースを介して与えられた
リクエストに対する演算を行い、リクエストに対する応
答をネットワークインタフェースに出力するとともに、
演算結果を制御データとしてプロセス機器インタフェー
スに出力するＮ個（Ｎは３以上の自然数）のコントロー
ラとを備え、ネットワークインタフェースは、ネットワ
ークから受信したリクエストをコントローラの各々に与
え、このリクエストに対するコントローラの各々からの
応答の中から多数決によって定まる１つの応答をネット
ワークに出力し、プロセス機器インタフェースは、コン
トローラの各々からの制御データの中から多数決によっ
て定まる１つの制御データをプロセス機器が接続される
通信路に出力するようにしたので、コントローラの１つ
に異常が生じて制御演算処理から切り離されても、無瞬
断でプロセス制御を続行可能である。

【００６１】また、コントローラは、リクエストとリク
エストに対する応答と演算結果とを格納する記憶手段を
有し、ネットワークインタフェースは、記憶手段の記憶
内容が正しいか否かの確認を行う診断手段を有するの
で、コントローラが制御演算に用いる記憶手段のエラー
を検出でき、異常の生じたコントローラを除くことがで
きる。

【００６２】また、ネットワークインタフェースおよび
プロセス機器インタフェースの少なくとも一方を多重化
したので、コントローラの１つに異常が生じて制御演算
処理から切り離されても、無瞬断でプロセス制御を続行
可能であるだけでなく、コントローラに接続されたイン
タフェース部分に異常が生じた場合にも処理を続行する
ことができ、さらに信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のプロセス制御装置の第１の実施の形
態を示すブロック図である。

【図２】 図１のネットワークインタフェースの機能ブ
ロック図である。

【図３】 図１のコントローラの機能ブロック図であ
る。

【図４】 図１のプロセス機器インタフェースの機能ブ
ロック図である。

【図５】 第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作
を説明するシーケンス図である。

【図６】 第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作
を説明するシーケンス図である。

【図７】 第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作
を説明するシーケンス図である。

【図８】 第１の実施の形態のプロセス制御装置の動作
を説明するシーケンス図である。

【図９】 本発明のプロセス制御装置の第３の実施の形
態を示すブロック図である。

【符号の説明】

１，６…プロセス制御装置、２…監視装置、３…制御Ｌ
ＡＮ、４…プロセス機器、５…ＩＯバス、１０…ネット
ワークインタフェース、１１…応答／リクエスト送受信
部、１２…負荷チェック部、１３…リクエスト配信部、
１４…応答受信部、１５…応答比較部、１６，３４…異
常通知部、２０…コントローラ、２１…リクエスト処理
部、２２…データベース、２３…演算処理部、２４…入
出力処理部、２５…異常処理部、３０…プロセス機器イ
ンタフェース、３１…コントローラ通信処理部、３２…
データ比較部、３３…ＩＯバス入出力処理部、３５…処
理タイミング信号生成部、４０…内部ＬＡＮ、５０…デ
ータ通信路、６０…制御信号線、１０３…処理タイミン
グ信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5B034 AA05 5B083 AA05 CC04 DD10 EE02 EF14 5H209 BB01 CC07 CC09 CC11 DD04 DD11 EE11 EE20 GG04 GG11 SS01 SS02 SS04 SS07 TT04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ネットワークを介してリクエストを受信
   するとともに、プロセス機器が接続される通信路に制御
   データを出力するプロセス制御装置であって、 前記ネットワークに接続されるネットワークインタフェ
   ースと、 前記通信路に接続されるプロセス機器インタフェース
   と、 前記ネットワークインタフェースと前記プロセス機器イ
   ンタフェースとに接続され、前記ネットワークインタフ
   ェースを介して与えられたリクエストに対して演算を行
   い、前記リクエストに対する応答を前記ネットワークイ
   ンタフェースに出力するとともに、演算結果を制御デー
   タとして前記プロセス機器インタフェースに出力するＮ
   個（Ｎは３以上の自然数）のコントローラとを備え、 前記ネットワークインタフェースは、前記ネットワーク
   から受信したリクエストを前記コントローラの各々に与
   え、このリクエストに対する前記コントローラの各々か
   らの応答の中から多数決によって定まる１つの応答を前
   記ネットワークに出力し、 前記プロセス機器インタフェースは、前記コントローラ
   の各々からの制御データの中から多数決によって定まる
   １つの制御データを前記通信路に出力することを特徴と
   するプロセス制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されたプロセス制御装置
   において、 前記コントローラは、前記リクエストと前記リクエスト
   に対する応答と前記演算結果とを格納する記憶手段を有
   し、 前記ネットワークインタフェースは、前記記憶手段の記
   憶内容が正しいか否かの確認を行う診断手段を有するこ
   とを特徴とするプロセス制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載されたプロセス制
   御装置において、 前記ネットワークインタフェースおよび前記プロセス機
   器インタフェースの少なくとも一方は多重化されている
   ことを特徴とするプロセス制御装置。