JP2012027805A - Control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石油精製プラント,石油化学プラント,発電プラント,環境処理プラントといった生産設備において、生産工程を制御する計装システムに係り、特に、実行系コントローラと待機系コントローラを有する制御システムに関する。 The present invention relates to an instrumentation system that controls a production process in a production facility such as an oil refinery plant, a petrochemical plant, a power generation plant, and an environmental treatment plant, and more particularly to a control system having an execution system controller and a standby system controller.
石油精製プラント,石油化学プラント,発電プラント,環境処理プラントといった生産設備において、生産工程を制御する計装システムは、安定かつ高稼働である必要がある。例えば、環境処理プラントのうちのごみ焼却プラントについて、以下、説明する。図1はごみ焼却プラントの主な構成を示す構成図、図2はごみ焼却プラントの計装システムの主な構成を示す構成図である。ごみ焼却プラントでは、ごみピット101から焼却炉102にごみを投入し、サーマルフローメータ103で炉内の燃焼空気計測や流量計104により、焼却炉102内のごみ汚水噴霧再利用水の液体計測などを行い、ごみを焼却処理するとともに、有価物の回収や熱回収を行っている。計装システム203は、ごみ焼却プラントの生産工程で使用される超音波レベル計205,サーマルフローメータ103,流量計104といった計測機器を制御するための制御コントローラ204を有しており、また、制御コントローラ204は、イーサネット(イーサネットは登録商標)等のネットワーク回線202で操作卓201と接続され、プラントの生産工程を管理,制御している。このため、前記のように安定かつ高稼働な計装システムを構成するには、制御コントローラ204の高信頼化が必要となる。この制御コントローラ204の高信頼化手法としては、実行系コントローラの他に、待機系コントローラを備えた二重化システムが広く使用されている。
In production facilities such as an oil refinery plant, a petrochemical plant, a power generation plant, and an environmental treatment plant, an instrumentation system that controls the production process needs to be stable and highly operated. For example, a garbage incineration plant among environmental treatment plants will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram showing a main configuration of a waste incineration plant, and FIG. 2 is a configuration diagram showing a main configuration of an instrumentation system of the waste incineration plant. In the waste incineration plant, waste is thrown into the
制御コントローラ204の高信頼化手法のための二重化システムを構成する方法として、待機系コントローラのホットスタンバイを可能とするために、一般に、実行系コントローラの主記憶にあるプラントの制御情報など、信頼性が必要なデータ(以下、イコライズデータと称す)を実行系コントローラから待機系コントローラへ継続的に転写し、系間のイコライズデータが一致しているかのチェックを行い、二重化制御が正しいことを確認するメモリ転写方式が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
As a method of configuring a duplex system for the high reliability method of the
このメモリ転写方式での信頼性向上のために、例えば、特許文献1では、主記憶においてECC1ビットエラーの自動修復機能と複数ビットエラーの検出を行い、複数ビットエラーが発生した場合は、待機系コントローラに実行権を切り替えることで、信頼性の高い制御コントローラを提供することにより、二重化システムにおけるプラントの安定稼動を実現している。 In order to improve the reliability in this memory transfer system, for example, in Patent Document 1, an automatic correction function of ECC 1 bit error and detection of a plurality of bit errors are performed in the main memory. By switching the execution right to the controller, a highly reliable control controller is provided, thereby realizing stable operation of the plant in the redundant system.
また、複数ビットエラーを検出した実行系コントローラは、待機系コントローラに実行権を切り替え後、主記憶の診断テストを実施し、問題なければ待機系コントローラとして継続して動作させることにより、主記憶自体のハードに問題はなく、ノイズ等の一過性の外乱により発生した複数ビットエラーについては修復させるといった機能を持たせている。このように複数ビットエラー発生時のエラー要因を特定する機能においては、制御コントローラに異常がない場合、制御コントローラを交換するといった作業やコストが発生しないため、保守性においても優れた二重化システムを提供している。 In addition, the execution system controller that has detected a multi-bit error switches the execution right to the standby system controller, performs a main memory diagnostic test, and if there is no problem, continues to operate as the standby system controller. There is no problem in hardware, and a function of repairing a multi-bit error caused by a transient disturbance such as noise is provided. In this way, in the function to identify the error factor when a multi-bit error occurs, if there is no abnormality in the control controller, there is no work and cost of replacing the control controller, so a duplex system with excellent maintainability is provided is doing.
このように、実行系コントローラで異常が発生した場合に、異常を検出し、待機系コントローラに実行権を切り替える二重化制御切り替え方式において、従来技術によれば、イコライズデータの信頼性および複数ビットエラー発生時のノイズ耐性強化などについては考慮されているが、実行系コントローラに実装されている電源生成素子の偶発故障によって発生する異常要因については考慮されていない。 In this way, when an abnormality occurs in the execution system controller, according to the conventional technology, the reliability of the equalized data and the occurrence of a multi-bit error are detected in the duplex control switching system that detects the abnormality and switches the execution right to the standby system controller. The noise tolerance enhancement at the time is taken into consideration, but the abnormal factor caused by the accidental failure of the power generation element mounted on the execution system controller is not taken into consideration.
図3は、図2の構成をより詳細に説明する構成図であり、制御コントローラ204は、二重化システムでは、実行系コントローラ302と待機系コントローラ303から構成される。また、超音波レベル計205,サーマルフローメータ103,流量計104などの計測機器は、図3では複数のプラント制御計測機器313として記載している。二重化システムは、例えば、図3のような操作卓201とイーサネット回線301により接続された実行系コントローラ302と待機系コントローラ303を持つ二重化システムでは、各々のコントローラはCPU(Central Processing Unit)306と、CPU306に接続されるイーサネットコントローラ304,イコライズコントローラ305,主記憶部307,二重化制御回路308,外部バス311,I/O(Input/Output)バス312を持ち、CPU306によりI/Oバス312に接続されたプラント制御計測機器313の制御を行っている。通常は、実行系コントローラ302で複数のプラント制御計測機器313を制御しており、イーサネットコントローラ304からイーサネット回線301を介して操作卓201でプラントの制御情報の管理,制御を行っている。一方、待機系コントローラ303のホットスタンバイを可能とするために、実行系コントローラ302の主記憶部307にあるイコライズデータを、イコライズコントローラ305により待機系コントローラ303に継続して転送を行っている。二重化の切り替えについては、CPU306の異常や電源断による停電時の検出を行い、二重化制御回路308から二重化制御信号の実行権切り替え要求を待機系コントローラ303に出力することで制御を行っている。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the configuration of FIG. 2 in more detail. The
また、一般に、制御コントローラの二重化を必要とするシステムでは、停電時に主記憶部307のバッテリバックアップを行っており、主記憶部307への供給電源はCPU306やイコライズコントローラ305などの電源とは別電源である必要がある。このため、CPU306やイコライズコントローラ305などに供給する第1電源を生成する第1電源生成素子309と主記憶部307への供給電源である第2電源を生成する第2電源生成素子310とで構成されている。
In general, in a system that requires duplication of the controller, the
図4は、実行系コントローラおよび待機系コントローラのタイムチャートである。実行系コントローラ302に搭載されている第1電源生成素子309の偶発故障によって発生する異常要因について、図4を用いて説明する。第1電源を生成する第1電源生成素子は偶発故障によって、時間の経過とともに過電圧となる場合がある。異常発生時の第1時刻401では、第1電源はまだ正常電圧のため、実行系コントローラのCPU,イコライズコントローラは正常に動作している。第2時刻402では、実行系コントローラのCPUはまだ正常に動作しており、異常は検出されないため、待機系コントローラに実行権の切り替え要求は行われない。しかし、第2時刻402において、実行系コントローラのイコライズコントローラが異常となり、待機系コントローラのイコライズコントローラにイコライズデータが送られなくなる。一方、待機系コントローラではイコライズデータの受信停止により、イコライズ監視タイマが作動してタイマがタイムアップすると、イコライズデータ受信エラーが検出され、待機系コントローラの二重化制御回路は自身が異常であると判断し、以降に実行系コントローラから実行権切り替え要求があっても、切り替えを拒否するように動作する。異常発生からさらに時間が経過し第3時刻403では、実行系コントローラのCPUが異常となり、実行系コントローラの二重化制御回路は自身の異常を検出し、待機系コントローラに実行権切り替え要求を行うが、前記の通り、待機系コントローラでは既に第2時刻402において自身の異常を検出しているため、プラント制御の計測機器を安定制御するのに必要なCPUやイーサネットコントローラ,主記憶部、またそれらに供給する電源生成素子などは正常であるにも関わらず、実行権の切り替えが正常に行われない。このため、実行系コントローラの電源生成素子の偶発故障であっても、その影響を待機系コントローラで受けることなく、待機系コントローラが正常であれば待機系コントローラに実行権を切り替えることができる二重化制御回路が必要となる。これにより、異常を警告するだけで、プラント制御を継続可能であるにもかかわらず、プラントが停止してしまうという課題があった。
FIG. 4 is a time chart of the execution system controller and the standby system controller. An abnormality factor that occurs due to an accidental failure of the first
上記のように、生産設備の生産工程を制御する制御コントローラの高信頼化のために、実行系コントローラと待機系コントローラを持った二重化システムにおいて、従来の実行権の切り替えを行う二重化制御の切り替え方式では、実行系コントローラのCPUやイコライズコントローラに供給する電源を生成する素子の偶発故障が発生した場合、プラント制御の計測機器を安定制御するのに必要なCPUやイーサネットコントローラ,主記憶部、またそれらに供給する電源生成素子などは正常であるにも関わらず、実行系から待機系へ実行権の切り替えができない。その結果、異常を警告するだけで、プラント制御を継続可能であるにもかかわらず、プラントが停止してしまうという課題があった。 As described above, in order to increase the reliability of the control controller that controls the production process of the production facility, the conventional dual control switching method that switches the execution right in the dual system with the execution system controller and standby system controller Then, in the event of an accidental failure of an element that generates power to be supplied to the CPU or equalizer controller of the execution system controller, the CPU, Ethernet controller, main memory unit, etc. necessary for stable control of the measurement equipment for plant control Although the power generation element and the like supplied to the device are normal, the execution right cannot be switched from the active system to the standby system. As a result, there is a problem that the plant stops even though the plant control can be continued only by warning the abnormality.
本発明の目的は、実行系コントローラの電源生成素子の偶発故障であっても、その影響を待機系コントローラで受けることなく、待機系コントローラが正常であれば待機系コントローラに実行権を切り替えることができるようにした二重化制御の切り替え方式を構築することで、プラント制御を継続可能な制御システムを提供することである。 The object of the present invention is to switch the execution right to the standby controller if the standby controller is normal without being affected by the standby controller even if the power generation element of the active controller is accidentally broken. It is to provide a control system capable of continuing plant control by constructing a dual control switching method that can be performed.
上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、生産設備の生産工程を制御する計装システムにおける実行系コントローラと待機系コントローラを有する二重化システムを備えた制御システムにおいて、実行系コントローラのイコライズコントローラへ電源を供給する電源素子と、電源素子の異常を検出する検出回路と、検出回路で電源素子の異常を検出すると、実行系コントローラから待機系コントローラへの実行権の切り替え要求を待機系コントローラへ送信する二重化制御回路とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an embodiment of the present invention provides an equalization of an execution system controller in a control system including a redundant system having an execution system controller and a standby system controller in an instrumentation system that controls a production process of a production facility. A power supply element that supplies power to the controller, a detection circuit that detects an abnormality in the power supply element, and a detection circuit that detects an abnormality in the power supply element issues a request to switch the execution right from the execution system controller to the standby system controller And a duplex control circuit for transmitting to the network.
本発明によれば、プラントの生産工程を制御する制御コントローラの高信頼化のために、実行系コントローラと待機系コントローラを持った二重化システムにおいて、実行系コントローラの電源生成素子の偶発故障であっても、その影響を待機系コントローラで受けることなく、待機系コントローラが正常であれば待機系コントローラに実行権を切り替えることができる二重化制御の切り替え方式を構築することが可能となり、プラント制御を継続可能な制御システムを提供することができる。 According to the present invention, in order to increase the reliability of a control controller that controls the production process of a plant, in a redundant system having an execution system controller and a standby system controller, it is an accidental failure of a power generation element of the execution system controller. However, without being affected by the standby system controller, it is possible to build a duplex control switching method that can switch the execution right to the standby system controller if the standby system controller is normal, and plant control can be continued. A simple control system can be provided.
以下、本発明の実施例を、図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔実施例〕
図5は、実行系コントローラおよび待機系コントローラのタイムチャートであり、図3に示す実行系コントローラ302のCPU306やイコライズコントローラ305に供給している第1電源生成素子309の偶発故障によって、第1電源が過電圧となった場合の、二重化制御回路における待機系コントローラ303への実行権切り替えタイミングを示している。また、図6は、実行系コントローラ302の実行内容を示すフローチャートであり、図7は、待機系コントローラ303の実行内容を示すフローチャートである。
〔Example〕
FIG. 5 is a time chart of the execution system controller and the standby system controller. The first power source is generated by an accidental failure of the first
実行系コントローラ302のCPU306やイコライズコントローラ305に供給している第1電源を生成する第1電源生成素子309は、偶発故障によって、時間の経過とともに過電圧となる場合がある。図5において、異常発生時の第1時刻501では、第1電源はまだ正常電圧であり、実行系コントローラ302のCPU306とイコライズコントローラ305は正常に動作している。第2時刻502になると、第1電源の電圧が異常電圧1に達し、過電圧になるので、実行系コントローラ302のCPU306とイコライズコントローラ305が異常となる。このとき、イコライズコントローラ305から待機系コントローラ303のイコライズコントローラにイコライズデータが送信されなくなる。この時にイコライズコントローラ305で検出されるイコライズデータ送信エラーを検出するタイミング503を、実行系コントローラ302の二重化制御回路308において、CPU306の異常による実行権切り替え要因に加えることで、図6に示す実行系コントローラ302の動作フローの通り、イコライズデータ送信エラーを検出し(ステップ601)、待機系コントローラ303に実行権切り替え要求を行い、操作卓201にイコライズデータ送信エラーの検出を示すデータを出力する(ステップ602)。なお、この時の実行系コントローラ302の操作卓201へのエラー報告は、図3に示すCPU306からイーサネットコントローラ304を介して行われ、操作卓201にエラーログ314を残す。エラーログ314には、エラーが発生した年月日,時刻(yyyy/mm/dd hh:mm:ss)を付加しているので、エラー発生要因の特定が容易となる。
The first
また、実行系コントローラ302の動作フローは、図6に示すように、CPUの異常を検出し(ステップ603)、以降の実行権の切り替えの受付を拒否する。一方、待機系コントローラ303では、図7に示すように、実行系コントローラ302のイコライズコントローラ305が異常となり、イコライズ監視タイマがタイムアップする前に、実行系コントローラ302からイコライズデータ送信エラーにより実行権切り替え要求が出力される(ステップ701)。このステップにより、待機系コントローラ303は実行権切り替えの受付が可能となり(ステップ706)、待機系コントローラ303は実行系コントローラ302と同様の動作を行う(ステップ707)。一方、従来技術では、実行権切り替え要求のステップ701がなく、異常によりイコライズデータを受信しない場合(ステップ702)、イコライズ監視タイマが作動し(ステップ703)、タイマ作動後、イコライズ監視タイマがタイムアップすると(ステップ704)、待機系コントローラ303の二重化制御回路は、自身のCPU異常を検出し(ステップ705)、以降の実行系コントローラ302から送られる実行権切り替え要求の受付を拒否するので、制御が停止してしまう。
Further, as shown in FIG. 6, the operation flow of the
図8は、制御コントローラ204の、第1電源生成素子と二重化制御回路の構成を示すブロック図である。実行系コントローラ302のCPU306やイコライズコントローラ305に供給される第1電源を生成する第1電源生成素子309が、偶発故障によって、図5に示すように時間の経過とともに過電圧となり、第1電源が第2時刻502で異常電圧1になると、イコライズコントローラ305が異常となり、待機系コントローラ303にイコライズデータが送信されなくなる。第1電源の過電圧を検出する回路、および過電圧検出時に過電圧検出LEDを点灯駆動する回路801を、実行系コントローラおよび待機系コントローラ各々に設け、過電圧検出LED802を点灯させる。また、第1電源の過電圧検出時に、二重化制御回路308により、図7のステップ701で実行される実行権の切り替え要求を行い、二重化制御信号を送信する。
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the first power generation element and the duplex control circuit of the
図9は、図8に示した第1電源の過電圧検出時の実行系コントローラ302の動作を示すフローチャートである。実行系コントローラ302では、第1電源を生成する第1電源生成素子309の偶発故障により過電圧となった図5に示す第1電源の異常電圧1を、過電圧を検出する回路801により検出する(ステップ901)。異常電圧1の過電圧を検出すると、二重化制御回路308により、待機系コントローラ303に対して実行権の切り替え要求を行い、また、過電圧検出LED802を点灯駆動させる回路801により、過電圧検出LED802の点灯制御を行う(ステップ902)。実行権の切り替え要求後、実行系コントローラ302は、CPU306の異常を検出し(ステップ903)、以降の実行権の切り替え要求の受付を拒否するように動作する。これにより、第1電源生成素子309からの第1電源の過電圧が発生している実行系コントローラ302による制御は行われなくなり、待機系コントローラ303による制御に切り替えることができる。
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of the
以上述べたように、本発明の実施例によれば、実行系コントローラにおいて、CPUやイコライズコントローラに供給している第1電源の生成素子の偶発故障によってイコライズコントローラが異常となると、待機系コントローラでイコライズデータが受信できなくなるが、その前に二重化制御回路により実行権の切り替え要求を待機系コントローラに対して行うことで、待機系コントローラではイコライズ受信エラーが検出される前に実行権の切り替えを行うようにすることで、待機系コントローラが正常であれば待機系コントローラに実行権を切り替えることができる二重化制御の切り替え方式を構築することが可能となり、プラント制御を継続可能な制御システムを提供することができる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, when the equalizing controller becomes abnormal due to an accidental failure of the generating element of the first power source supplied to the CPU or the equalizing controller in the execution system controller, the standby system controller Before the equalization data can be received, the standby controller switches the execution right before the equalization reception error is detected by making a request for switching the execution right to the standby controller by the duplex control circuit. By doing so, it becomes possible to construct a switching method of duplex control that can switch the execution right to the standby controller if the standby controller is normal, and provide a control system capable of continuing plant control Can do.
以上の通り、本発明である二重化制御の実行権切り替え方式では、プラントの生産工程を制御する制御コントローラの高信頼化のために、実行系コントローラと待機系コントローラを持った二重化システムにおいて、従来方式では考慮されていなかった実行系コントローラの電源生成素子の偶発故障であっても、その影響を待機系コントローラで受けることなく、待機系コントローラが正常であれば待機系コントローラに実行権を切り替えることができるため、信頼性の高い二重化制御の切り替え方式を提供することが可能となる。 As described above, in the duplication control execution right switching system according to the present invention, the conventional system is used in the duplication system having the execution system controller and the standby system controller in order to increase the reliability of the control controller for controlling the production process of the plant. If the standby controller is normal, the execution right can be switched to the standby controller without being affected by the standby controller even if it is an accidental failure of the power generation element of the active controller that was not considered in Therefore, it is possible to provide a highly reliable duplex control switching method.
101 ごみピット
102 焼却炉
201 操作卓
203 計装システム
204 制御コントローラ
302 実行系コントローラ
303 待機系コントローラ
305 イコライズコントローラ
306 CPU
308 二重化制御回路
309 第1電源生成素子
313 プラント制御計測機器
101
308
Claims (2)
前記実行系コントローラのイコライズコントローラへ電源を供給する電源素子と、
前記電源素子の異常を検出する検出回路と、
前記検出回路で前記電源素子の異常を検出すると、前記実行系コントローラから前記待機系コントローラへの実行権の切り替え要求を前記待機系コントローラへ送信する二重化制御回路とを備えたことを特徴とする制御ユニット。 In a control system comprising a redundant system having an execution system controller and a standby system controller in an instrumentation system that controls the production process of a production facility,
A power supply element for supplying power to the equalizing controller of the execution system controller;
A detection circuit for detecting an abnormality of the power supply element;
A duplex control circuit that transmits a request to switch the execution right from the active controller to the standby controller when the detection circuit detects an abnormality in the power supply element; unit.
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