JP2006285630A - 二重化システムおよび二重化システムの制御権切り替え方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 二重化された入出力モジュールの制御権の切り替えを容易に行なうことができる二重化システムおよび二重化システムの制御権切り替え方法を実現することにある。
【解決手段】 本発明は、制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムに改良を加えたものである。本システムは、制御ステーションに備えられた入出力モジュールの情報を記憶するモジュール情報記憶手段と、このモジュール情報記憶手段の情報を表示するモジュール情報表示手段と、このモジュール情報表示手段によって表示される入出力モジュールを選択する選択手段と、この選択手段で選択された入出力モジュールの制御権を、制御側から待機側に切り替える切替手段とを設けたことを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、プラント制御システム等に用いられ、制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムおよび二重化システムの切り替え方法に関し、詳しくは、二重化された入出力モジュールの制御権の切り替えを容易に行なうことができる二重化システムおよび二重化システムの制御権切り替え方法に関するものである。

プラントの制御、運転、操作、監視等を行なうプラント制御システムは、例えば、プラントを最適化して運転するための装置（制御システム）や、プラントに異常が発生した場合にプラントの操業を安全にシャットダウンするための装置（安全システム）等で構成される。

そして、プラント制御システムの故障は、プラントの操業等に直接影響するため、非常に高い信頼性が要求される。従って、従来から信頼性・安全性を高めるために各装置、通信経路の二重化が行なわれている。このような二重化されたものは、二重化システムとよばれる。

図６は、従来の二重化されたプラント制御システムの構成を示した図である。図６において、操作監視ステーション（以下、ＨＩＳ（Human Interface Station）と略す）１０は、プラントの操作・監視等を行なう。

制御ステーション（以下、ＦＣＳ(Field Control Stationと略す）２０（１）〜２０（ｎ）は、プラントに分散配置され、詳細には、ＨＩＳ１０とフィールド機器（プラント内に設置）間に設置され、ＨＩＳ１０とフィールド機器と通信を行なってデータの授受を行なう。なお、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）に対し、ＨＩＳ１０は上位装置であり、フィールド機器は下位装置である。また、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）は、複数のモジュールを格納したノード２１（１）〜２１（３）を有し、このノード２１（１）〜２１（３）内のモジュールによって、フィールド機器やＨＩＳ１０との通信や、送受信するデータのデータ処理等を行なう。

図７は、ノード２１（１）〜２１（３）の一例を示した図である。図７において、ノード２１（１）〜２１（３）の筐体２２は、複数のモジュール、例えば、入出力モジュール２３ａ、２３ｂ、ＣＰＵモジュール２４ａ、２４ｂ、電源モジュール２５ａ、２５ｂ等が格納される。各モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂは、二重化されており、モジュール２３ａ、２４ａ、２５ａは、通常使用されるメインの制御側であり、モジュール２３ｂ、２４ｂ、２５ｂは、待機側である。

入出力モジュール２３ａ、２３ｂは、フィールド機器やＨＩＳ１０と通信を行なってデータの授受を行なう。ＣＰＵモジュール２４ａ、２４ｂはノード２１（１）〜２１（３）の制御等を行なう。

このようなシステムの動作を説明する。フィールド機器からのデータは、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）の制御側のモジュール２３ａ〜２５ａを介してＨＩＳ１０に集中監視される。そして、オペレータがＨＩＳ１０を操作し、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）のモジュール２３ａ〜２５ａを介してフィールド機器を操作・制御して、プラントの制御を行なう。

また、プラントに異常が発生した場合は、オペレータまたはＨＩＳ１０が自動的にＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）のモジュール２３ａ〜２５ａを介してプラントのシャットダウンを行なう。

次に、制御側のモジュール２３ａ〜２５ａに異常が発生した場合の動作を説明する。
制御側のモジュール２３ａ〜２５ａに異常が発生すると、図示しないモジュール監視手段が異常を検出し、異常が発生した制御側のモジュール２３ａ〜２５ａから待機側のモジュール２３ｂ〜２５ｂに制御権を自動的に切り替える。そして、制御権を得たモジュール２３ｂ〜２５ｂが、モジュール２３ａ〜２５ａの代わりにプラントの制御等を開始する。これにより、制御側に異常が発生しても、プラントの運転が中断されることがない。

次に、プラントを定期点検、変更等する場合を説明する。
フィールド機器や入出力モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂを、プラントを操業状態、つまり運転したままの状態で交換する場合、制御権を制御側から待機側に切り替える必要がある。従って、物理的に、制御側の入出力モジュール２３ａ〜２５ａを制御ステーションＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）から取り外す（つまり、制御側を異常状態にする）ことにより、制御権を待機側に切り替えて、定期点検を行なう。

特開平１０−６５７２６号公報 特開２００３−１８６６９２号公報

しかしながら、ＨＩＳ１０は、プラントと離れた監視室に設けられることが多く、ＨＩＳ１０とＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）は、離れた場所に設置される。従って、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）の制御権が切り替わったことを確認するには、オペレータが、ＨＩＳ１０とＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）を何度も往復するか、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂの抜き差しを行なうオペレータと、ＨＩＳ１０で監視するオペレータを必要とするという問題があった。

また、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂの抜き差しは、当然、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂごとに１個ずつ行なうことになるが、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂが多量に存在するプラントの場合、全てのモジュール２３ａ〜２５ａ，２３ｂ〜２５ｂの制御権の切り替えを行なうのに、多くの時間がかかるという問題があった。

さらに、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂの抜き差しを行なうときに、モジュール２３ａ〜２５ａ、２３ｂ〜２５ｂを誤って破損してしまうという問題もあった。特に、入出力モジュール２３ａ、２３ｂには、フィールド機器が接続されるので、抜き差しを行なう回数も多く、モジュール数も多い。

そこで本発明の目的は、二重化された入出力モジュールの制御権の切り替えを容易に行なうことができる二重化システムおよび二重化システムの制御権切り替え方法を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムにおいて、
前記制御ステーションに備えられた入出力モジュールの情報を記憶するモジュール情報記憶手段と、
このモジュール情報記憶手段の情報を表示するモジュール情報表示手段と、
このモジュール情報表示手段によって表示される入出力モジュールを選択する選択手段と、
この選択手段で選択された入出力モジュールの制御権を、制御側から待機側に切り替える切替手段と
を設けたことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
モジュール情報記憶手段は、前記入出力モジュールの識別子、種別、設置場所の少なくとも一つを、情報として記憶することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
モジュール情報表示手段は、前記制御ステーション単位、制御ステーション内のノード単位または入出力モジュール単位で表示することを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、
選択手段は、前記制御ステーション単位、前記ノード単位または前記入出力モジュール単位のいずれかで選択することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項３記載の発明において、
モジュール情報表示手段は、ツリー構成で表示することを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、
前記入出力モジュールの切り替え状態を表示する状況表示手段を有することを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、
状況表示手段は、切り替え処理対象の入出力モジュール、切り替え処理の開始時刻、切り替え処理結果、切り替え処理の終了時刻、切り替えエラーのうち少なくとも一つを、表示することを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の発明において、
プラント制御システムに用いられることを特徴とするものである。

請求項９記載の発明は、
制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムの制御権の切り替え方法において、
前記制御ステーションに備えられた入出力モジュールの情報をモジュール情報記憶手段に記憶するステップと、
このモジュール情報記憶手段の情報を読み出して、入出力モジュールをリスト表示するステップと、
表示された入出力モジュールを選択するステップと、
選択された入出力モジュールの制御権を制御側から待機側に切り替えるステップと
を設けたことを特徴とするものである。

本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項１〜８によれば、選択手段が、モジュール情報表示手段によって表示画面に表示される入出力モジュールを選択する。そして、切替手段が、選択手段で選択された入出力モジュールの制御権を、制御側から待機側に切り替えさせるので、オペレータが上位装置と制御ステーション間を往復したり、上位装置、制御ステーションのそれぞれにオペレータを配置する必要が無い。これにより、入出力モジュールの制御権の切り替えを容易に行なうことができる。さらに、入出力モジュールを取り外す必要がないので、取り外した入出力モジュールを異なる位置に実装するミスや、抜き差し時に破損する恐れがなくなる。

請求項４によれば、選択手段が、制御ステーション単位、ノード単位で選択し、選択された単位で切替手段が、制御権を切り替えさせるので、複数の入出力モジュールの切り替えを瞬時に行なうことができる。

請求項９によれば、このモジュール情報記憶手段の情報を読み出して、入出力モジュールをリスト表示し、表示される入出力モジュールを選択し、選択された入出力モジュールの制御権を制御側から待機側に切り替えるので、オペレータが上位装置と制御ステーション間を往復したり、上位装置、制御ステーションのそれぞれにオペレータを配置する必要が無い。これにより、入出力モジュールの制御権の切り替えを容易に行なうことができる。さらに、入出力モジュールを取り外す必要がないので、取り外した入出力モジュールを異なる位置に実装するミスや、抜き差し時に破損する恐れがなくなる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施例を示した構成図である。ここで、図６と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１において、ＨＩＳ１０の代わりにＨＩＳ３０が設けられ、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）と通信を行なってデータの授受を行なう。なお、ＨＩＳ３０は、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）に対して、上位装置である。

また、ＨＩＳ３０は、データベース３１、表示手段３２、表示画面３３、選択手段３４、切替手段３５、通信手段３６を有する。

データベース３１は、モジュール情報記憶手段であり、入出力モジュール２３ａ、２３ｂの情報を記憶する。入出モジュール２３ａ、２３ｂの情報とは、例えば、入出力モジュール２３ａ、２３ｂそれぞれの識別子、種別、設置場所の少なくとも一つを指す。もちろん、入出力モジュール２３ａ、２３ｂを格納しているＦＣＳ２０（１）〜ＦＣＳ２０（ｎ）、ノード２１（１）〜２１（３）の識別子、種別、設置場所も情報として関連づけて格納している。また、データベース３１は、各情報を階層構造にし、フォルダで管理している。

なお、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）のそれぞれは、異なる識別子（例えば、タグ、名称等）があらかじめ付与されている。また、ノード２１（１）〜２１（３）は、自ノードが設置されるＦＣＳ２０（１）〜ＦＣＳ２０（ｎ）内で、異なる識別子（例えば、ノード番号等）があらかじめ付与される。入出力モジュール２３ａ、２３ｂは、自モジュールが設置されるノード２１（１）〜２１（３）内で、異なる識別子（例えば、ノード２１（１）〜２１（３）のスロット番号）があらかじめ付与される。

表示手段３２は、モジュール情報表示手段３７、状況表示手段３８を有し、データベース３１の情報の読み出し、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）の状況等の収集を行ない、表示画面３３に表示する。

選択手段３４は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル等であり、表示手段３２によって表示される入出力モジュール２３ａ、２３ｂを選択し、選択結果を表示手段３２、切替手段３５に出力する。

切替手段３５は、データベース３１の情報を参照し、選択手段３４で選択された入出力モジュール２３ａ、２３ｂの制御権を、制御側の入出力モジュール２３ａから待機側の入出力モジュール２３ｂに切り替えさせる。通信手段３６は、表示手段３２、切替手段３５と相互に接続され、所定のプロトコルでＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）と通信する。

このような装置の動作を説明する。図２は、図１に示すシステムの動作を説明した図である。また、図３〜図５は、表示画面３３の表示例を示した図である。表示手段３２が、表示画面３３に図３に示すメインウィンドウ１００表示する（Ｓ１０）。

そして、モジュール情報表示手段３７が、データベース３１からモジュール情報を読み出し（Ｓ１１）、メインウィンドウ１００に表示する。なお、初回の起動時は、別ウィンドウにてデータベース３１に格納される入出力モジュール２３ａ、２３ｂの一覧を表示し、オペレータが選択手段３４で入出力モジュール２３ａ、２３ｂを選択する。２回目以降は、図３に示すように、前回選択された入出力モジュール２３ａ、２３ｂの情報が格納されるデータパス（フォルダのパス）をテキストボックスＴＢ１に表示する。また、モジュール情報表示手段３７が、テキストボックスＴＢ２に、制御ステーション単位、ノード単位、入出力モジュール単位それぞれでリスト表示するが、例えば、”制御ステーション名”−”ノード名（ノード番号）”−”入出力モジュール型名（スロット番号）”のようにツリー構成でリスト表示するとよい。なお、表示されるモジュールは、フィールド機器とのデータの入出力を行なうモジュールで、二重化されているものである（Ｓ１２，Ｓ１３）。

データベース３１内のデータの整合性、入出力モジュール構造等が合わない場合は、読み出し失敗とし、メインウィンドウ１００の再表示を行なう（Ｓ１２，Ｓ１０）。

そして、オペレータが選択手段３４によって、制御権の切り替えを行なうＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）、ノード２１（１）〜２１（３）または入出力モジュール２３ａ、２３ｂを選択し、図３に示すボタンＢ１を押す。なお、図４に示す確認用のウィンドウ２００を表示し、選択ミスがないかを再確認してもよい。そして、ＯＫならば切り替え処理を続行し、キャンセルならばメインウィンドウ１００の再表示に戻る（Ｓ１４）。

ボタンＢ１が押されたならば、切替手段３５が、データベース３１のモジュール情報を参照し、選択されたノード２１（１）〜２１（３）または入出力モジュール２３ａ、２３ｂを含む制御ステーションＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）に対し、通信手段３６を介して、制御権の切り替えを指示する。この指示を受信したＦＣＳ２０（１）〜２１（３）の指示受信手段（図示せず）が、制御側のモジュール２３ａから待機側のモジュール２３ｂに制御権を切り替える。なお、選択手段３４によって、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）またはノード２１（１）〜２１（３）単位で選択された場合は、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）単位またはノード２１（１）〜２１（３）に装着されている入出力モジュール２３ａ、２３ｂの全てが一括して切り替えられる（Ｓ１５）。

そして、ＦＣＳ２０（１）〜ＦＣＳ２０（ｎ）は、入出力モジュール２３ａ、２３ｂの切り替え状態のデータを、順次ＨＩＳ３０の通信手段３６に送信する。さらに、通信手段３６が、切り替え状態のデータを表示手段３２に出力する。そして、状況表示手段３８が、図５に示すようなウィンドウ３００に、入出力モジュール２３ａ、２３ｂの切り替え状態を表示する。例えば、切り替え処理対象の入出力モジュールを表示し、入出力モジュール２３ａ、２３ｂごとに、切り替え処理の開始時刻、切り替え処理結果、切り替え処理の終了時刻、切り替えエラー等を表示する。もちろん、切り替え状態の全種類を表示する必要は無く、オペレータが必要とするものだけ、例えば、エラー情報だけを表示してもよい。また、図３に示すメインウィンドウ１００でラジオボタン３２を選択しておくことにより、エラーが発生した場合、次のモジュー２３ａ、２３ｂの切り替え処理を行なうかどうかを確認させる確認ダイアログを状況表示手段３８が、表示してもよい（Ｓ１６）。

切り替え終了後に、続けて切り替え処理を行なうならば、選択手段３４によって選択を行ない（Ｓ１７、Ｓ１０）、切り替え処理を終了するならば、選択手段３４によってボタンＢ２を押し、表示手段３２がメインウィンドウ１００を閉じ、終了する（Ｓ１７）。

このように、上位装置のＨＩＳ３０に設けられた選択手段３０が、モジュール情報表示手段３７によって表示画面３３に表示される入出力モジュール２３ａ、２３ｂを選択する。そして、切替手段３５が、選択手段３４で選択された入出力モジュール２３ａ、２３ｂの制御権を、制御側から待機側に切り替えさせるので、オペレータがＨＩＳ３０と制御ステーション２０（１）〜２０（ｎ）間を往復したり、ＨＩＳ３０，ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）のそれぞれにオペレータを配置する必要が無い。これにより、入出力モジュール２３ａ、２３ｂの制御権の切り替えを容易に行なうことができる。さらに、入出力モジュール２３ａ、２３ｂを取り外す必要がないので、取り外した入出力モジュール２３ａ、２３ｂを異なる位置に実装するミスや、抜き差し時に破損する恐れがなくなる。

また、選択手段３５が、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）単位、ノード２１（１）〜２１（３）単位で選択し、選択された単位で切替手段３５が、制御権を切り替えさせるので、複数の入出力モジュール２３ａ、２３ｂの切り替えを瞬時に行なうことができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
ノード２１（１）〜２１（３）をＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）に３個設ける構成を示したが、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）それぞれに何個設けてもよい。同様に、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）、ＨＩＳ３０を何個設けてもよい。

データベース３１、表示手段３２、表示画面３３、選択手段３４、切替手段３５を、ＨＩＳ３０に設ける構成を示したが、例えば、データベース３１だけをＨＩＳ３０とは別の外部装置（例えば、コンピュータ）に設けたり、全部を外部装置に設けてもよい。もちろん、外部装置は、ＦＣＳ２０（１）〜２０（ｎ）の上位装置になる。

ノード２１（１）〜２１（３）およびモジュール２３ａ、２３ｂのそれぞれの識別子を、プラント内で全て異なるように付与し、データベース３１に格納してもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示すシステムの動作の一例を説明したフローチャートである。 図１に示すシステムの表示画面の表示例を示した図である。 図１に示すシステムの表示画面のその他の表示例を示した図である。 図１に示すシステムの表示画面のその他の表示例を示した図である。 従来の二重化システムの構成を示した図である。 従来の二重化されたモジュールの構成を示した図である。

符号の説明

２０（１）〜２０（ｎ） 制御ステーション
２１（１）〜２１（３） ノード
２３ａ、２３ｂ 入出力モジュール
３０ 操作監視ステーション
３１ データベース
３４ 選択手段
３５ 切替手段
３７ モジュール情報表示手段
３８ 状況表示手段

Claims (9)

1. 制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムにおいて、
   前記制御ステーションに備えられた入出力モジュールの情報を記憶するモジュール情報記憶手段と、
   このモジュール情報記憶手段の情報を表示するモジュール情報表示手段と、
   このモジュール情報表示手段によって表示される入出力モジュールを選択する選択手段と、
   この選択手段で選択された入出力モジュールの制御権を、制御側から待機側に切り替える切替手段と
   を設けたことを特徴とする二重化システム。
2. モジュール情報記憶手段は、前記入出力モジュールの識別子、種別、設置場所の少なくとも一つを、情報として記憶することを特徴とする請求項１記載の二重化システム。
3. モジュール情報表示手段は、前記制御ステーション単位、制御ステーション内のノード単位または入出力モジュール単位で表示することを特徴とする請求項２記載の二重化システム。
4. 選択手段は、前記制御ステーション単位、前記ノード単位または前記入出力モジュール単位のいずれかで選択することを特徴とする請求項３記載の二重化システム。
5. モジュール情報表示手段は、ツリー構成で表示することを特徴とする請求項３記載の二重化システム。
6. 前記入出力モジュールの切り替え状態を表示する状況表示手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二重化システム。
7. 状況表示手段は、切り替え処理対象の入出力モジュール、切り替え処理の開始時刻、切り替え処理結果、切り替え処理の終了時刻、切り替えエラーのうち少なくとも一つを、表示することを特徴とする請求項６記載の二重化システム。
8. プラント制御システムに用いられることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の二重化システム。
9. 制御側と待機側とで二重化された入出力モジュールを有し上位装置と下位装置間に設置されデータの授受を行なう制御ステーションを備えた二重化システムの制御権の切り替え方法において、
   前記制御ステーションに備えられた入出力モジュールの情報をモジュール情報記憶手段に記憶するステップと、
   このモジュール情報記憶手段の情報を読み出して、入出力モジュールをリスト表示するステップと、
   表示された入出力モジュールを選択するステップと、
   選択された入出力モジュールの制御権を制御側から待機側に切り替えるステップと
   を設けたことを特徴とする二重化システムの制御権切り替え方法。
   

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