JP2013073503A - 分散監視制御装置及び分散監視制御装置における制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 制御装置を単位とした制御ロジックのプログラミングと、プロセス入出力のエンジニアリングを分離・独立させる事のできる分散監視制御装置を提供する。
【解決手段】 本実施形態によれば、少なくとも１台の監視・操作装置３と、制御ネットワーク５を介して少なくとも１台の監視・操作装置に接続された少なくとも１台の制御装置１と、少なくとも１台の制御装置とＩ／Ｏネットワークを介して接続されたプラントを構成する機器を監視・制御する複数の入出力制御装置２とを具備し、複数の入出力制御装置２と少なくとも１台の制御装置１との入出力値をＩ／Ｏネットワーク５を介して共有することを特徴とする分散監視制御装置、である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、分散監視制御装置及び分散監視制御装置における制御方法に関する。

一般に、分散監視制御装置においては、複数の監視・操作装置と制御装置で構成され、制御装置とプラントに配備された計測・制御機器とはプロセス入出力装置、フィールドバス、或いはセンサバスを介して接続される。

また、監視・操作装置と制御装置はネットワーク接続した構成を採る。計測・制御機器から得られるプロセス量を複数の制御装置が必要とする場合は、計測・制御機器とプロセス入出力機器との間に信号分配器を設置するか、計測・制御機器が接続される制御装置がネットワークを介した通信により情報共有を行なう方法が採られている。

従来の分散監視制御装置は、プラントの構成設備や制御方針に基づいて制御装置を分散し、当該設備を運転するための計測・制御機器を配備して制御装置に接続した構成を採っている。プラントに配備された計測・制御機器がフィールドバス、或いはセンサバスを介して複数の制御装置に接続される場合においても、計測機器から得られるプロセス値は特定の制御装置を介して、制御装置間での通信によって共有する方法が採られている。また、制御装置の稼働率を向上させる目的で冗長化が求められる場合は、前述の制御装置を単位として多重化した構成を採っている。

特開平７−２３０３０１号公報 特開平９−１２８００３号公報

上述した従来の分散監視制御装置においては、図３９に示すように、制御装置１０１内で演算する制御ロジックが必要とするプロセス入出力について入出力装置１０２を用意し、エンジニアリング装置１０４上でプログラミングした制御ロジックを制御装置１０１にダウンロードして実行するため、制御ロジックの演算量が増大するか、プロセス入出力が増大して許容範囲を超えると、新たに用意した制御装置１０１に入出力装置１０２も含めて分割する必要があった。なお、監視・操作装置１０３は、運転員が選択・要求した対話画面をプラント状態量を含めて表示・更新すると共に、操作指令を出力する。

制御装置１０１の老朽化による更新では、旧型の制御装置で演算していた制御ロジックを新型の制御装置１０１用に一部を機械変換して再利用する事が可能となっているが、複数の制御装置１０１に分割された制御ロジックを単一の制御装置で実行可能な形式に機械変換する程ではないため、製造技術の進歩により向上した制御装置の演算性能を十分に引き出せないでいた。

更に、分散方針と多重化構成により、障害の発生に備えた代替えとなる制御装置１０１を必要とする場合、制御装置を一括更新する場合においても、制御装置の数量を削減する事は困難であった。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、制御装置を単位とした制御ロジックのプログラミングと、プロセス入出力のエンジニアリングを分離・独立させる事のできる分散監視制御装置を得ることを目的とする。

実施形態によれば、少なくとも１台の監視・操作装置と、制御ネットワークを介して前記少なくとも１台の監視・操作装置に接続された少なくとも１台の制御装置と、前記少なくとも１台の制御装置とＩ／Ｏネットワークを介して接続されたプラントを構成する機器を監視・制御する複数の入出力制御装置とを具備し、前記複数の入出力制御装置と前記少なくとも１台の制御装置との入出力値を前記Ｉ／Ｏネットワークを介して共有することを特徴とする分散監視制御装置、である。

本発明によれば、制御装置を単位とした制御ロジックのプログラミングと、プロセス入出力のエンジニアリングを分離・独立させる事のできる分散監視制御装置が提供される。

実施の形態１の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態２の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態４の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態５の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態１の模擬装置と組合せた分散監視制御装置の構成を示す図である。 実施の形態１の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態１の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。 実施の形態１の分散監視制御装置における運転制御部のプローチャートを示す図である。 実施の形態１の分散監視制御装置における運転制御部のプローチャートを示す図である。 実施の形態２の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態２の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置における制御装置の構成データ及び診断データを示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置の制御装置を三重化した場合の構成を示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置の制御装置を三重化した場合の構成データ及び診断データを示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置の運転制御部による運転モードの調整を示すタイミングチャートである。 実施の形態３の分散監視制御装置における冗長化された制御装置間の通信に使用されるコマンドを示す図である。 実施の形態３の分散監視制御装置における運転モードの調整を行なう運転制御部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３の分散監視制御装置における受信ハンドラの動作を説明するためのフロチャートである。 実施の形態３の分散監視制御装置における実行ハンドラの動作を説明するためのフローチャートである。 実施の形態３の分散監視制御装置における送信ハンドラの動作を示すフロチャートである。 実施の形態３の分散監視制御装置における診断ハンドラの動作を示すフロチャートである。 制御装置を三重化した構成を採用した実施の形態３の分散監視制御装置の動作を説明するためのフロチャートである。 実施の形態４の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態４の分散監視制御装置における制御装置の構成データを示す図である。 実施の形態４の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。 実施の形態５の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態５の分散監視制御装置における制御装置の構成データを示す図である。 実施の形態５の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。 実施の形態５の分散監視制御装置における運転制御部のプローチャートを示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置における制御装置の構成データ及び診断データを示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置における運転制御部による運転モードの調整を示すタイミングチャートである。 冗長化された制御装置間の通信に使用されるコマンドを示す図である。 実施の形態６の分散監視制御装置における運転制御部のプローチャートを示す図である。 従来の分散監視制御装置の構成を示す図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の分散監視制御装置の構成を示す図である。

同図に示すように、複数の制御装置１、複数の監視操作装置３、エンジニアリング装置４は、冗長化された制御ネットワーク５にそれぞれ接続されている。また、Ｉ／Ｏネットワーク６には複数の制御装置１及び複数の入出力制御装置２が接続されている。

制御装置１は、エンジニアリング装置４でプログラミングされた制御ロジックを演算すると共に監視・操作装置３、エンジニアリング装置４、及び入出力制御装置２と通信する。

入出力制御装置２は、プラントを構成する機器を監視・制御するために配置した計測・制御機器に対する入出力制御を行なうと共に制御装置１と通信する。

監視・操作装置３は、運転員が選択・要求した対話画面をプラント状態量を含めて表示・更新すると共に、監視・操作装置３から操作指令を出力する。

制御ネットワーク５は、冗長化されており、エンジニアリング装置４、監視・操作装置３、及び制御装置１を接続する。Ｉ／Ｏネットワーク６は、制御装置１と入出力制御装置２を接続する。

本実施の形態の分散監視制御装置は、入出力制御装置２から入力されたプラント状態量をＩ／Ｏネットワーク６、制御装置１、制御ネットワーク５を介して監視・操作装置３に入力する。監視・操作装置３は、運転員が選択・要求した対話画面にプラント状態量を含めて表示・更新する。また、監視・操作装置３からの操作指令を制御装置１を介して入出力制御装置２に制御値として出力する。

図８は、実施の形態１の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の具体的な構成を示す図である。

図８に示した制御装置Ｘ、Ｙと入出力制御装置Ａ、Ｂは、図１に示した制御装置１と入出力制御装置２に対応している。

制御装置１は、それぞれ制御ロジック格納部７、制御データ格納部８、運転制御部１０、演算部１１、伝送部１２及び伝送入出力部１３を具備している。

制御ロジック格納部７は、プログラミングされた制御ロジックを格納する。

制御データ格納部８は、制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックが参照・更新する入出力値を保持する。

運転制御部１０は、伝送入出力部１３、演算部１１、及び伝送部１２の実行を制御する。

演算部１１は、制御データ格納部８に格納された制御データの入力値を制御ロジックに従って演算し、演算結果を制御データ格納部８に格納された制御データの出力値に更新する。

伝送部１２は、制御データ格納部８に格納された制御データの入出力値を監視・操作装置３や他の制御装置１と通信する。

伝送入出力部１３は、入出力制御装置２から受信したプロセス状態量を制御データ格納部８に格納された制御データの入力値に更新すると共に、制御データ格納部８に格納された制御データの出力値を入出力制御装置２に送信する。

入出力制御装置２は、入出力データ格納部９、入出力伝送部１４、入力部１５及び出力部１６を有する。

入出力データ格納部９は、入出力データを保持する。

入出力伝送部１４は、制御装置１の伝送入出力部１３が送信した出力値を入出力データ格納部９に格納された入出力データに更新すると共に、入出力データ格納部９に格納された入出力データの入力値を送信する。

入力部１５は、計測機器から入力したプラント状態量を入出力データ格納部９に格納された入出力データに更新する。

出力部１６は、入出力データ格納部９に格納された入出力データに更新された出力値を制御機器に出力する。

図９は、実施の形態１の分散監視制御装置における制御ロジック、制御データ、及び入出力データを示す図である。

本実施の形態の入出力制御装置Ａには、計測・制御機器としてＡ１乃至Ａ４、入出力制御装置ＢにはＢ１乃至Ｂ４がそれぞれ接続され、Ａ１乃至Ａ２とＢ１乃至Ｂ２は計測機器、Ａ３乃至Ａ４とＢ３乃至Ｂ４は制御機器となっている。

図９（ａ）は、図８に示した制御装置Ｘにおける制御ロジック、制御データ、入出力制御装置の送信データを示す図であり、図９（ｂ）は、図８に示した制御装置Ｙにおける制御ロジック、制御データ、入出力制御装置の送信データを示す図である。

図９（ｃ）は、図８に示した入出力制御装置Ａにおける入出力データ、入出力制御装置Ａの送信データを示す図であり、図９（ｄ）は、図８に示した入出力制御装置Ｂにおける入出力データ、入出力制御装置Ｂの送信データを示す図である。

図９（ａ）、（ｂ）に示した制御装置Ｘと制御装置Ｙ、図９（ｄ）、（ｅ）に示した入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂは、図８に示した制御装置１と入出力制御装置２に対応している。

図９（ａ）、（ｂ）において、制御ロジックＸは、制御装置Ｘの制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックであり、制御ロジックＹは、制御装置Ｙの制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックである。

制御データＸは、制御装置Ｘの制御データ格納部８に格納された制御データであり、制御データＹは、制御装置Ｙの制御データ格納部８に格納された制御データである。

図９（ｃ）において、入出力データＡは入出力制御装置Ａの入出力データ格納部９に格納された入出力データを示し、図９（ｄ）において、入出力データＢは入出力制御装置Ｂの入出力データ格納部９に格納された入出力データを示す。

制御装置Ｘの制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックＸは、Ｘ１乃至Ｘ３を演算入力とし、Ｘ４乃至Ｘ５を演算出力する。制御ロジックＸは、制御データ格納部８に格納された制御データＸによりそれぞれが接続する入出力制御装置２のデバイス名と入出力方向が入出力指標として定義されている。

制御装置Ｙの制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックは、Ｙ１乃至Ｙ２を演算入力とし、Ｙ３乃至Ｙ４を演算出力としており、同様に制御データ格納部８に格納された制御データにより接続する入出力制御装置２のデバイス名と入出力指標が定義されている。

入出力制御装置Ａの入出力データ格納部９に格納された入出力データＡには、計測機器として接続されたＡ１乃至Ａ２から入力データと、制御機器として接続されたＡ３乃至Ａ４への出力データがデバイス名、及び入出力方向を示す入出力指標と共に定義されている。

入出力制御装置Ｂの入出力データ格納部９に格納された入出力データＢにも、同様に計測機器として接続されたＢ１乃至Ｂ２から入力データと、制御機器として接続されたＢ３乃至Ｂ４への出力データがデバイス名、及び入出力指標と共に定義されている。

次に、実施の形態１の分散監視制御装置の動作について説明する。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、制御データＸに定義された内容から、入出力制御装置Ａからデバイス名Ａ１乃至Ａ２のプラント状態量ａ１乃至ａ２を獲得して変数Ｘ１乃至Ｘ２を更新すると共に、入出力制御装置Ｂからデバイス名Ｂ１のプラント状態量ｂ１を獲得して変数Ｘ３を更新する事を認識する。

また、入出力制御装置Ａのデバイス名Ａ３に制御量ａ３を与えるために変数Ｘ４をデータ送信すると共に、入出力制御装置Ｂのデバイス名Ｂ３に制御量ｂ３を与えるために変数Ｘ５をデータ送信する必要がある事を認識する。

同様に、制御装置Ｙの伝送入出力部１３は、制御データＹに定義された内容から、入出力制御装置Ａからデバイス名Ａ１のプラント状態量ａ１を獲得して変数Ｙ１を更新すると共に、入出力制御装置Ｂからデバイス名Ｂ２のプラント状態量ｂ２を獲得して変数Ｙ２を更新する事を認識する。

また、入出力制御装置Ａのデバイス名Ａ４に制御量ａ４を与えるために変数Ｙ３をデータ送信すると共に、入出力制御装置Ｂのデバイス名Ｂ４に制御量ｂ４を与えるために変数Ｙ４をデータ送信する必要がある事を認識する。

本実施形態１の入出力制御装置２には、計測機器から入力したプラント状態量と、制御機器に与える制御量を送受信するために、独立した送信用と受信用のマルチキャストアドレスを設ける。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、入出力データＡに定義されたデバイスＡ１乃至Ａ２について、デバイス名Ａ１乃至Ａ２と値ａ１乃至ａ２(プラント状態量)を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＡに定義されたデバイスＡ３又はＡ４についてデバイス名と値ａ３又はａ４(制御量)を対として構成したものをマルチキャスト受信する。

入出力制御装置Ａの送信データは、入出力制御装置Ａからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙにより受信され、送信データに含まれるデバイスＡ１乃至Ａ２のプラント状態量ａ１乃至ａ２は、制御装置Ｘの伝送入出力部１３により変数Ｘ１乃至Ｘ２が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部１３により変数Ｙ１が更新される。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、入出力データＢに定義されたデバイスＢ１乃至Ｂ２について、デバイス名Ｂ１乃至Ｂ２と値ｂ１乃至ｂ２を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＢに定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４についてデバイス名Ｂ３又はＢ４と値ｂ３又はｂ４を対として構成したものをマルチキャスト受信する。

入出力制御装置Ｂの送信データは、入出力制御装置Ｂからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙにより受信され、送信データに含まれるデバイスＢ１のプラント状態量ｂ１は、制御装置Ｘの伝送入出力部１３により変数Ｘ３が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部１３により変数Ｙ２が更新される。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、制御データＸに定義されたデバイスＡ３について、デバイス名と変数Ｘ４の値ａ３を対として構成したものを、入出力制御装置Ａにマルチキャスト送信すると共に、デバイスＢ３について、デバイス名と変数Ｘ５の値ｂ３を対として構成したものを、入出力制御装置Ｂにマルチキャスト送信する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ３の値ａ３を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＡ３に制御量を出力する。

入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ３の値ｂ３を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＢ３に制御量を出力する。

同様に、制御装置Ｙの伝送入出力部１３は、制御データＹに定義されたデバイスＡ４について、デバイス名と変数Ｙ３の値ａ４を対として構成したものを、入出力制御装置Ａにマルチキャスト送信すると共に、デバイスＢ４について、デバイス名と変数Ｙ４の値ｂ４を対として構成したものを、入出力制御装置Ｂにマルチキャスト送信する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ４の値ａ４を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＡ４に制御量を出力する。

入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ４の値ｂ４を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＢ４に制御量を出力する。

図１０及び図１１は、運転制御部１０による処理を示すフローチャートである。

図１０において、制御装置１の起動と共に制御データから演算周期を獲得し（Ｓ１）、タイマに実行ハンドラを登録して（Ｓ２）、タイマを起動する（Ｓ３）。その後、停止条件が成立したか否かの判断が行なわれ（Ｓ４）、停止条件が成立したと判断された場合にはタイマを停止して（Ｓ５）、処理を終了する。停止条件とは、例えば、制御装置の故障により機能が停止する場合、ユーザから停止が指示された場合などである。なお、同図においてＴ／Ｄは時間遅れを示している。

図１１は、実行ハンドラの処理を説明するためのフローチャートである。

タイマにより周期的に実行ハンドラが実行される。実行ハンドラでは、伝送部１２に入力を指示し（Ｓ１１）、伝送入出力部１３に入力を指示する（Ｓ１２）ことにより、入力を行なった後、演算部１１に演算を指示（Ｓ１３）する。そして、演算結果の出力を伝送部１２及び伝送入出力部１３に指示し（Ｓ１４、Ｓ１５）、演算結果を出力する。

以上の結果により、制御装置Ｘと制御装置Ｙ、及び入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂの通信が成立する。

なお、本実施の形態では、入出力制御装置２からの送信データを計測機器からの入力データに限定しているが、制御機器への出力データを含めることにより、特定の制御装置１が出力する制御量を他の制御装置１でプラント状態量として扱えるようにしても良い。

本実施の形態によれば、制御ロジック格納部７に格納された制御ロジックを演算する制御装置１と、入出力を行う入出力制御装置２がＩ／Ｏネットワーク６で分離されているので、演算量が増大した際の制御装置１の増設や、入出力が増大した際の入出力制御装置２の増設により、既存の制御装置１や入出力制御装置２に対する影響は極小化することができる。

また、入出力制御装置２から送信されるプラント状態量は、分散監視制御装置を構成する全ての制御装置１が同時に獲得できるので、制御装置１間で共有するプログラミングを必要する場合と比較して応答性を改善することができる。

また、制御装置１と入出力制御装置２との通信はマルチキャストで行われるため、送信側は受信側の冗長化度合を認識する必要がなく、入出力制御装置２を冗長化した構成にする事も容易になる。

更に、入出力が制御装置１とはネットワーク分離された入出力制御装置２で行なわれるため、図７に示すプラントモデル２１ａを内臓した模擬装置２１において、入出力制御装置を動作模擬する手段を設ける事により、特殊な設備を導入する事なくプラント規模での制御ロジックの動作検証を行うことができ、高品質の分散監視制御装置を提供する事ができる。制御装置１が組込み用途の汎用ＯＳを採用している場合、仮想化技術を用いた試験環境で同様の事が実現できる事は言うまでもない。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る分散監視制御装置を図２、図１２〜図１３を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１に示した実施の形態１の分散監視制御装置と、図２に示した実施の形態２の分散監視制御装置と異なる点は、制御装置１と入出力制御装置２とを接続するＩ／Ｏネットワーク６が冗長されていることにある。

図１２は、実施の形態２の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の構成を示す図である。なお、図８と同一部分には、同一符号を付して説明し、その説明を省略し、機能が異なる部分について説明する。

図１２に示した制御装置Ｘ、Ｙと入出力制御装置Ｘ、Ｙは、図２に示した制御装置１と入出力制御装置２に対応している。

実施の形態２の制御装置１は、図８に示した実施の形態１の制御装置１に比して、それぞれ制御ロジック格納部７、制御データ格納部８、運転制御部１０、演算部１１、伝送部１２及び伝送入出力部１３に加えて、受信データ格納部３１を有している。

受信データ格納部３１は、受信データの最終受信日時を保持する受信データを格納する。

伝送入出力部１３は、受信データ格納部３１に格納された受信データを用いて入出力制御装置から先着受信したプロセス状態量を制御データの入力値に更新すると共に、制御データ格納部８に格納された制御データの出力値を冗長化されたＩ／Ｏネットワーク６を介して入出力制御装置２に送信する。

実施の形態２の入出力制御装置２は、図８に示した実施の形態１の入出力制御装置２に比して、入出力データ格納部９、入出力伝送部１４、入力部１５及び出力部１６に加えて、受信データ格納部３１を有している。

受信データ格納部３２は、受信データの最終受信日時を保持する受信データを格納する。

入出力伝送部１４は、受信データ１７を用いて入出力制御装置２の入出力伝送部１４が先着受信した出力値を入出力データ格納部３２に更新すると共に、入出力データ格納部３２の入力値を送信する。

図１３（ａ）は、図１２に示した制御装置Ｘにおける制御ロジック、制御データ、受信データ、入出力制御装置の送信データを示す図であり、図１３（ｂ）は、図１２に示した制御装置Ｙにおける制御ロジック、制御データ、受信データ、入出力制御装置の送信データを示す図である。

図１３（ｃ）は、図１２に示した入出力制御装置Ａにおける入出力データ、受信データ、入出力制御装置Ａの送信データを示す図であり、図１３（ｄ）は、図１２に示した入出力制御装置Ｂにおける入出力データ、受信データ、入出力制御装置Ｂの送信データを示す図である。

図１３（ａ）、（ｂ）に示した制御装置Ｘと制御装置Ｙ、図１３（ｄ）、（ｅ）に示した入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂは、図１２に示した制御装置１と入出力制御装置２に対応している。

次に、実施の形態２の分散監視制御装置の動作について説明する。

制御装置１と入出力制御装置２とは、冗長化されたＩ／Ｏネットワーク６に対して同一内容を各ネットワークに送信する共に、先着した送信データを処理し、後着した送信データは破棄する。先着判定は、送信側が付したタイムスタンプと受信側が保持する最終送信日時との比較により、最終送信日時より新しい送信日時を有する送信データを先着と判定する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、入出力データＡに定義されたデバイスＡ１乃至Ａ２について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔａを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信すると共に、入出力データＡに定義されたデバイスについてデバイス名と値(制御量)を対として構成したものに装置名とタイムスタンプを付したものを各Ｉ／Ｏネットワーク６からマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ａの送信データは、入出力制御装置Ａからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙの伝送入出力部により受信され、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプｔａと受信データ１７が保持する当該装置からの最終送信日時との比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時ｔａが更新されると共に、送信データに含まれるデバイスＡ１乃至Ａ２のプラント状態量は、制御装置Ｘの伝送入出力部により変数Ｘ１乃至Ｘ２が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部により変数Ｙ１が更新される。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、入出力データＢに定義されたデバイスＢ１乃至Ｂ２について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｂを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信すると共に、入出力データＢに定義されたデバイスについてデバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプを付したものを各Ｉ／Ｏネットワーク６からマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ｂの送信データは、入出力制御装置Ｂからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙにより受信され、先着と判断された受信データにより最終送信日時が更新されると共に、受信データに含まれるデバイスＢ１のプラント状態量により変数Ｘ３が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部により変数Ｙ２が更新される。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、制御データＸに定義されたデバイスＡ３について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｘを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信すると共に、デバイスＢ３について、デバイス名と変数Ｘ５の値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｘを付した送信データを、各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データ格納部３２に格納された受信データが保持する当該装置からの最終送信日時ｔｘとの比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ３の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部１６がデバイスＡ３に制御量を出力する。入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データ格納部に格納された受信データが保持するい当該装置からの最終送信日時ｔｘとの比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ３の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部１６がデバイスＢ３に制御量を出力する。

同様に、制御装置Ｙの伝送入出力部１３は、制御データＹに定義されたデバイスＡ４について、デバイス名と変数Ｙ３の値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｙを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信すると共に、デバイスＢ４について、デバイス名と変数Ｙ４の値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｙを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワーク６にマルチキャスト送信する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データ１７が保持する最終送信日時ｔｙとの比較により先着判定を行う。先着と判定した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部１６がデバイスＡ４に制御量を出力する。入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データ１７が保持する当該装置からの最終送信日時ｔｙとの比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部１６がデバイスＢ４に制御量を出力する。

したがって、本実施の形態によれば、冗長化されたＩ／Ｏネットワーク６での制御装置Ｘ、及び制御装置Ｙと入出力制御装置Ａ、及び入出力制御装置Ｂの通信が成立する。

また、本実施の形態によれば、制御装置１と入出力制御装置のネットワークインターフェイス、或いはＩ／Ｏネットワークで発生した単一故障により、制御装置１と入出力制御装置２の通信が不能になる事はないので、分散監視制御装置としての信頼性を改善することができる。

また、分離・独立している制御ネットワークとＩ／Ｏネットワークを図３に示す構成にて共有した構成をとる事により、小規模な分散監視制御装置を構成する上では必要となるハードウェアを抑制でき、設備の設置領域も改善することができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る分散監視制御装置について説明する。

制御装置１、入出力制御装置２及び監視操作装置３の構成は、図１に示した構成と同様であり、ここではその説明を省略する。

図１４は、実施の形態３の分散監視制御装置における制御装置と入出力制御装置の具体的な構成を示す図である。

図１４に示した制御装置Ｘ１、Ｘ２と入出力制御装置Ａは、図１に示した制御装置１と入出力制御装置２に対応している。すなわち、実施の形態３においては、制御装置Ｘ１、Ｘ２が冗長化されている。なお、図８と同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。

構成データ格納部４１は、自系制御装置の運転制御情報を保持する構成データを格納する。診断データ格納部４２は、他系制御装置の運転制御情報を保持する診断データを格納する。

図１５（ａ）は、制御装置Ｘ１の構成データ及び診断データを示す図であり、図１５（ｂ）は、制御装置Ｘ２の構成データ及び診断データを示す図である。同図に示すように、構成データ及び診断データは、それぞれ制御装置名、最終送信日時、バージョン、運転モードを有する。

運転制御部１０は、構成データと診断データとにより冗長化された制御装置１の伝送入出力部１３、演算部１１、及び伝送部１２の実行を制御する。

冗長化した制御装置１の運転制御部１０は、常用、待機のいずれで稼動するかを決定するため制御ネットワーク５を介したマルチキャスト通信により調整を行なう。構成データに定義される制御装置１の運転モードは「待機」を初期値とする。本実施の形態における運転制御部１０によるマルチキャスト送信は、冗長化構成をとる制御装置１毎にマルチキャストアドレスを設ける。冗長化された制御ネットワークでの送受信は、実施の形態２に示した冗長化されたＩ／Ｏネットワークでの送受信と同様の方法で行うので説明は省略する。

図１８は、実施の形態３の分散監視制御装置の運転制御部による運転モードの調整を示すタイミングチャートである。

同図に示すように、まず、先行して起動した制御装置Ｘ１から運転状態の問合せを行なうモードクエリ（ＭＱ）がマルチキャスト送信される（Ｔ１）。次に、応答待ち時間ｔ１内に対となる制御装置Ｘ２から応答が得られなかったことを受けて、自系の運転モードを常用としたモードセット（ＭＳ）をマルチキャスト送信する（Ｔ２）。

以後は、構成データの最終送信日時から規定時間ｔ２が経過する度、最終送信日時を更新する共に、稼動状態の通知としてハートビート（ＨＢ）をマルチキャスト送信する（Ｔ３、Ｔ４）。

後から起動した制御装置Ｘ２は、運転状態の問合せを行なうモードクエリ（ＭＱ）をマルチキャスト送信するが（Ｔ５）、応答待ち時間ｔ１内に対となる制御装置Ｘ１からモードレスポンス（ＭＲ）を受信する事により（Ｔ６）、常用系の存在を認識して自系の運転モードを待機としたモードセット（ＭＳ）を送信する（Ｔ７）。

以後は、制御装置Ｘ１とＸ２の双方が定周期ｔ２で稼動状態の通知としてハートビート（ＨＢ）を送信し、ハートビート（ＨＢ）の受信によって診断データの最終受信日時を更新する。待機系である制御装置Ｘ２は、常用系である制御装置Ｘ１からのハートビート（ＨＢ）を規定時間ｔ２のＮ（＝２）倍以上受信しなかった事で常用系の異常を検出し、運転モードを常用に設定したモードセット（ＭＳ）を送信した後、常用系として稼動する。

図１９（ａ）−（ｄ）は冗長化された制御装置１間の通信に使用されるコマンドを示す図である。図１５（ａ）は運転モードクエリ、（ｂ）は運転モードレスポンス、（ｃ）は運転モードセット、（ｄ）はハートビートを示すである。

同図に示すように、運転モードモードクエリは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＱ］及び「制御装置名」が定義される。運転モードレスポンスは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＲ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。運転モードセットは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＳ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。ハートビートは、タイムスタンプ、コマンド「ＨＢ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。

図２０は、図１８に示した運転モードの調整を行なう運転制御部の動作を示すフローチャートである。

運転制御部１０が起動すると、受信ハンドラを起動し（Ｓ２１）、モードクエリ（ＭＱ）を送信する（Ｓ２２）。

モードクエリ（ＭＱ）を送信して応答待ち時間ｔ１が経過したか否かが判断され（Ｓ２３）、応答待ち時間ｔ１が経過したと判断された場合には、診断データを参照して、他系の運転モードが常用か否かを判断する（Ｓ２４）。

他系が常用であると判断された場合には、常用の他系からの応答を得て制御ロジックと制御データのバージョンが一致するか否かの判断が行なわれる（Ｓ２５）。バージョンが一致しない場合には処理を終了する。

一方、Ｓ２４において、他系が常用ではないと判断された場合には、自系の優先度が他系に対して高いか否かの判断を行なう（Ｓ２６）。本実施の形態では、例えば、優先度は制御装置名で比較した場合の大小関係で表現され、制御装置名Ｘ１とＸ２では、制御装置Ｘ１を高優先度と判定する。

Ｓ２５においてバージョンが一致すると判断された場合、及びＳ２６において自系の優先度が高くないと判断された場合には、構成データの運転モードを待機に設定する（Ｓ２７）。一方、自系の優先度が高いと判断された場合には、構成データの運転モードを常用に設定する（Ｓ２８）。

その後、モードセット（ＭＳ）を送信し（Ｓ２９）、制御データから演算周期を獲得し（Ｓ３０）、タイマに送信ハンドラ、実行ハンドラ、診断ハンドラを登録し（Ｓ３１）、タイマを起動する（Ｓ３２）。その後、停止条件が成立したか否かの判断が行なわれ（Ｓ３３）、停止条件が成立したと判断された場合にはタイマを停止して（Ｓ３４）、処理を終了する。停止条件とは、例えば、制御装置の故障により機能が停止する場合、ユーザから停止が指示された場合などである。なお、同図においてＴ／Ｄは時間遅れを示している。

図２１は、受信ハンドラの動作を説明するためのフロチャートである。

Ｓ２１において受信ハンドラが開始されると、停止条件が成立したか否かの判断が行なわれ（Ｓ４１）、停止であると判断された場合には処理を終了する。一方、停止条件が成立していないと判断された場合には、コマンドの受信がされたか否かの判断が行なわれる（Ｓ４２）。

Ｓ４２においてコマンドの受信がされたと判断された場合には、コマンド（ＭＱ／ＭＲ／ＭＳ／ＨＢ）を受信し（Ｓ４３）、受信したコマンドが自装置宛か否かの判断が行なわれる（Ｓ４４）。

次に、コマンドの種別の判断が行なわれ（Ｓ４５）、コマンドがモードレスポンス（ＭＲ）、モードセット（ＭＳ）、ハートビート（ＨＢ）である場合には、診断データに登録し、受信日時を更新する（Ｓ４５、Ｓ４６）。コマンドがモードクエリ（ＭＱ）である場合には、構成データを元にモードレスポンス（ＭＲ）を送信する（Ｓ４７）。

図２２は、実行ハンドラの動作を説明するためのフローチャートである。

タイマにより周期的に実行ハンドラが実行される。実行ハンドラでは、伝送部１２に入力を指示し（Ｓ５１）、伝送入出力部１３に入力を指示する（Ｓ５２）ことにより、入力を行なった後、演算部１１に演算を指示（Ｓ５３）する。

次に、自系が常用か否かの判断を行ない（Ｓ５４）、常用ではないと判断された場合には処理を終了する。一方、自系が常用であると判断された場合には、演算結果の出力を伝送部１２及び伝送入出力部１３に指示し（Ｓ５５、Ｓ５６）、演算結果を出力する。

図２３は、送信ハンドラの動作を示すフロチャートである。

同図に示すように、送信に障害があるか否かの判断を行い（Ｓ６１）、障害がないと判断された場合には処理を終了し、障害があると判断された場合にはハートビート（ＨＢ）を送信する。

図２４は、診断ハンドラの動作を示すフロチャートである。

同図に示すように、Ｓ７１において自系が待機か否かの判断が行なわれる。Ｓ７１において待機ではないと判断された場合には処理を終了する。一方、Ｓ７１において、自系が待機であると判断された場合には、ハートビートを規定時間ｔ２のＮ倍（本実施の形態では２倍）の間、受信していないか否かの判断が行なわれる（Ｓ７２）。

Ｓ７２において、受信していないと判断された場合には処理を終了する。一方、Ｓ７２において、受信していると判断した場合には、診断データの運転モードを停止に変更し（Ｓ７３）、構成データの運転モードを常用に変更し（Ｓ７４）、モードセット（ＭＳ）を送信し（Ｓ７５）、処理を終了する。

本実施の形態では、伝送部１２と入出力制御装置２からの入力、制御ロジックによる演算、運転モードが常用である場合の伝送装置と入出力制御装置２への出力は実行ハンドラ、ハートビート（ＨＢ）の送信は送信ハンドラ、ハートビート（ＨＢ）の最終受信日時と現在日時の偏差による常用系の異常検出とモードセット（ＭＳ）による通知を含む常用への運転モード遷移は診断ハンドラで行なう構成としている。

運転モードは、応答待ち時間ｔ１内に応答を得られなかった場合と、運転モードの初期値である待機の応答を得て自系の実行優先度が高い場合において常用とし、常用の応答を得て制御ロジックと制御データのバージョンが一致した場合において待機を選択する。

本実施の形態によれば、制御装置Ｘ１と制御装置Ｘ２による冗長化が成立する。本実施の形態では制御ネットワークを用いて運転制御を行っているが、Ｉ／Ｏネットワークを利用しても良い。

また、本実施の形態では二重化構成で説明しているが、図１６に示す三重化構成では複数の制御装置１が登録された図１７に示す診断データを参照し、図２４に示した診断ハンドラのフローチャートに優先度判定を加えればよい。

図２５は、制御装置を三重化した構成を採用した実施の形態３の分散監視制御装置の動作を説明するためのフロチャートである。

同図に示すように、Ｓ８１において自系が待機か否かの判断が行なわれる。Ｓ８１において待機ではないと判断された場合には処理を終了する。一方、Ｓ８１において、自系が待機であると判断された場合には、待機装置名を初期化し（Ｓ８２）、ハートビートを規定時間ｔ２のＮ倍（本実施の形態では２倍）の間、受信していないか否かの判断が行なわれる（Ｓ８３）。

Ｓ８３において、受信していないと判断された場合にはＳ８５へ移る。一方、Ｓ８３において、受信していると判断した場合には、診断データの運転モードを停止に変更し（Ｓ８４）、他系が待機か否かの判断が行なわれる（Ｓ８５）。

Ｓ８５において、他系が待機であると判断された場合には、他系の中で優先度が高いか否かの判断が行なわれる（Ｓ８６）。優先度が高いと判断された場合には待機装置名を更新する（Ｓ８７）。Ｓ８６において、他系の中で優先度が低いと判断された場合、及びＳ８７において待機装置名が更新された後に他系について全て優先度の判断が完了したか否かの判断が行なわれる（Ｓ８８）。

Ｓ８８において、他系について全て優先度の判断が完了していないと判断された場合には、Ｓ８３の処理に戻る。一方、Ｓ８８において他系について全て優先度の判断が完了したと判断された場合には、全部の装置が常用ではない否かの判断が行なわれる（Ｓ８９）。

Ｓ８９において、全部の装置が常用ではないと判断された場合には、自系が最高優先度であるか否かの判断が行なわれる（Ｓ９０）。Ｓ９０において、自系が最高優先度であると判断された場合には、構成データの運転モードを常用に変更し（Ｓ９１）、モードセット（ＭＳ）を送信し（Ｓ９２）、処理を終了する。Ｓ８９において、常用の装置がある場合、Ｓ８９において自系が最高優先度ではないと判断された場合には、処理を終了する。

従来の制御装置において、制御装置間を接続する特殊なインターフェイスを用いて行なわれた冗長化は、本実施の形態においては、制御ネットワーク５を介して行なわれるので任意の冗長度を得ることができる。

本実施の形態によれば、冗長化された制御装置１で発生した単一故障により、当該制御装置による制御機能が失われることはないので、分散監視制御装置としての信頼性を改善することができる。

（実施の形態４）
次に、本実施の形態４の分散監視制御装置について説明する。

本実施の形態は、従来の分散監視制御装置の制御装置と入出力装置を用いてプログラムされた制御ロジックと制御データを使用することができる仮想制御装置を設けたものである。

本実施の形態４に係る分散監視制御装置を図４、及び図２６乃至図２８を用いて説明する。なお上述の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示した実施の形態４の分散監視制御装置は、エンジニアリング装置４でプログラミングされた図３９が示す構成の従来の制御ロジックを演算すると共に監視・操作装置３、エンジニアリング装置４及び入出力制御装置２と通信する制御装置を具備する。

図２６に示す制御装置１は、図４において仮想制御装置２０を含む制御装置１に対応しており、仮想制御装置２０は図７に示した入出力装置を用いて実現した制御装置に対応する。図３９に示した入出力装置を用いて実現した制御装置を構成していた入力部と出力部は無効化し、伝送入出力部に代替するので図には示していない。

本実施の形態では、従来の単一の入出力装置を用いて構築された制御ロジックと制御データを用いて伝送入出力部１３が入出力制御装置２と通信するために必要となる入出力制御装置名を図２７に示す構成データから与える。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、仮想制御装置Ｘ１の入出力対象が入出力制御装置Ａである事を認識でき、制御装置Ｙの伝送入出力部は、仮想制御装置Ｙ１の入出力対象が入出力制御装置Ｂである事を認識できる。

図２８（ａ）−（ｄ）に示した仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｙ１、入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂは図２６に示した仮想制御装置Ｘ１、Ｙ１と入出力制御装置２に対応している。図２８（ａ）−（ｄ）では、仮想制御装置Ｘ１、Ｙ１に格納された制御ロジックと制御データ、及び入出力制御装置Ａ、Ｂに格納された入出力データを示している。

仮想制御装置Ｘ１の制御ロジックは、Ｘ１１乃至Ｘ１２を演算入力とし、Ｘ１３乃至Ｘ１４を演算出力としており、構成データと制御データＸ１により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力方向が入出力指標として定義されている。仮想制御装置Ｙ１の制御ロジックは、Ｙ１乃至Ｙ２を演算入力とし、Ｙ３乃至Ｙ４を演算出力としており、同様に制御データＹ１により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力指標が定義されている。

入出力制御装置Ａの入出力データには、計測機器として接続されたＡ１乃至Ａ２から入力データと、制御機器として接続されたＡ３乃至Ａ４への出力データがデバイス名、及び入出力方向を示す入出力指標と共に定義されている。入出力制御装置Ｂの入出力データにも、同様に計測機器として接続されたＢ１乃至Ｂ２から入力データと、制御機器として接続されたＢ３乃至Ｂ４への出力データがデバイス名、及び入出力指標と共に定義されている。

このように構成された本実施の形態において、制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、構成データと制御データＸ１に定義された内容から、入出力制御装置Ａからデバイス名Ａ１乃至Ａ２のプラント状態量を獲得して仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２を更新する事を認識する。また、入出力制御装置Ａのデバイス名Ａ３乃至Ａ４に制御量を与えるために変数Ｘ１３乃至Ｘ１４の演算結果をデータ送信する必要がある事を認識する。

同様に、制御装置Ｙの伝送入出力部１３は、構成データと制御データＹ１に定義された内容から、入出力制御装置Ｂからデバイス名Ｂ１乃至Ｂ２のプラント状態量を獲得して仮想制御装置Ｙ１の変数Ｙ１１乃至Ｙ１２を更新する事を認識する。また、入出力制御装置Ｂのデバイス名Ｂ３乃至Ｂ４に制御量を与えるために変数Ｙ１３乃至Ｙ１４をデータ送信する必要がある事を認識する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、入出力データＡに定義されたデバイスＡ１乃至Ａ２について、デバイス名Ａ１乃至Ａ２と値(プラント状態量)を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＡに定義されたデバイスＡ３又はＡ４についてデバイス名と値(制御量)を対として構成したものをマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ａの送信データは、入出力制御装置Ａからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘの伝送入出力部により受信され、送信データに含まれるデバイスＡ１乃至Ａ２のプラント状態量で仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２が更新される。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、入出力データＢに定義されたデバイスＢ１乃至Ｂ２について、デバイス名と値を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＢに定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４についてデバイス名と値を対として構成したものをマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ｂの送信データは、入出力制御装置Ｂからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｙの伝送入出力部により受信され、送信データに含まれるデバイスＢ１乃至Ｂ２のプラント状態量で仮想制御装置Ｙ１の変数Ｙ１１乃至Ｙ１２が更新される。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、制御データＸ１に定義されたデバイスＡ３乃至Ａ４について、デバイス名と値を対として構成したものを、入出力制御装置Ａにマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ３乃至Ａ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＡ３乃至Ａ４に制御量を出力する。

同様に、制御装置Ｙの伝送入出力部１３は、制御データＹ１に定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４について、デバイス名と値を対として構成したものを、入出力制御装置Ｂにマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ３乃至Ｂ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＢ３乃至Ｂ４に制御量を出力する。

以上の結果により、制御装置Ｘと入出力制御装置Ａ、制御装置Ｙと入出力制御装置Ｂの通信が成立する。

本実施の形態によれば、従来の制御装置と入出力装置を用いてプログラミングされた制御ロジックと制御データを改変する必要がないので、システム更新に際して高品質の分散監視制御装置を提供することができる。

（実施の形態５）
次に、実施の形態５に係る分散監視制御装置について説明する。

実施の形態５と実施の形態４と異なる点は、１つの制御装置に複数の仮想制御装置を設けたことにある。

本実施の形態５に係る分散監視制御装置について、図５、及び図２９乃至図３２を用いて説明する。なお、上述の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５に示した実施の形態５の分散監視制御装置は、エンジニアリング装置４でプログラミングされた図３９が示す構成の制御ロジックを演算すると共に監視・操作装置３、エンジニアリング装置、及び入出力制御装置と通信する制御装置を具備する。

図２９に示す制御装置１は、図５において仮想制御装置２０を複数含む制御装置に対応しており、仮想制御装置２０は図７に示した入出力装置を用いて実現した制御装置に対応する。図３０は、制御装置の構成データを示す図である。同図に示すように、構成データは制御装置名と、入出力制御装置名とで構成される。

構成データにより制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、仮想制御装置Ｘ１の入出力対象が入出力制御装置Ａである事、仮想制御装置Ｘ２の入出力対象が入出力制御装置Ｂである事を認識できる。また、運転制御部も仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２の存在を認識できる。

図３１（ａ）−（ｄ）に示した仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２、入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂは図２９に示した仮想制御装置Ｘ１、Ｘ２と入出力制御装置Ａ、Ｂに対応している。図３１（ａ）−（ｄ）は、仮想制御装置Ｘ１、Ｘ２に格納された制御ロジックと制御データ、及び入出力制御装置Ａ、Ｂに格納された入出力データを示している。

仮想制御装置Ｘ１の制御ロジックは、Ｘ１１乃至Ｘ１２を演算入力とし、Ｘ１３乃至Ｘ１４を演算出力としており、制御データＸ１により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力方向が入出力指標として定義されている。仮想制御装置Ｘ２の制御ロジックは、Ｘ２１乃至Ｘ２２を演算入力とし、Ｘ２３乃至Ｘ２４を演算出力としており、同様に制御データＸ２により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力指標が定義されている。

入出力制御装置Ａの入出力データには、計測機器として接続されたＡ１乃至Ａ２から入力データと、制御機器として接続されたＡ３乃至Ａ４への出力データがデバイス名、及び入出力方向を示す入出力指標と共に定義されている。入出力制御装置Ｂの入出力データにも、同様に計測機器として接続されたＢ１乃至Ｂ２から入力データと、制御機器として接続されたＢ３乃至Ｂ４への出力データがデバイス名、及び入出力指標と共に定義されている。

このように構成された本実施の形態において、制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、構成データと制御データＸ１に定義された内容から、入出力制御装置Ａからデバイス名Ａ１乃至Ａ２のプラント状態量を獲得して仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２を更新する事を認識する。また、入出力制御装置Ａのデバイス名Ａ３乃至Ａ４に制御量を与えるために変数Ｘ１３乃至Ｘ１４の演算結果をデータ送信する必要がある事を認識する。

同様に、構成データと制御データＸ２に定義された内容から、入出力制御装置Ｂからデバイス名Ｂ１乃至Ｂ２のプラント状態量を獲得して仮想制御装置Ｘ２の変数Ｘ２１１乃至Ｘ２２を更新する事を認識する。また、入出力制御装置Ｂのデバイス名Ｂ３乃至Ｂ４に制御量を与えるために変数Ｘ２３乃至Ｘ２４をデータ送信する必要がある事を認識する。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、入出力データＡに定義されたデバイスＡ１乃至Ａ２について、デバイス名Ａ１乃至Ａ２と値(プラント状態量)を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＡに定義されたデバイスＡ３又はＡ４についてデバイス名と値(制御量)を対として構成したものをマルチキャスト受信する。

入出力制御装置Ａの送信データは、入出力制御装置Ａからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘの伝送入出力部１３により受信され、送信データに含まれるデバイスＡ１乃至Ａ２のプラント状態量で仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２が更新される。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、入出力データＢに定義されたデバイスＢ１乃至Ｂ２について、デバイス名と値を対として構成したものをマルチキャスト送信すると共に、入出力データＢに定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４についてデバイス名と値を対として構成したものをマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ｂの送信データは、入出力制御装置Ｂからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘの伝送入出力部１３により受信され、送信データに含まれるデバイスＢ１乃至Ｂ２のプラント状態量で仮想制御装置Ｘ２の変数Ｘ２１乃至Ｘ２２が更新される。

制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、制御データＸ１に定義されたデバイスＡ３乃至Ａ４について、デバイス名と値を対として構成したものを、入出力制御装置Ａにマルチキャスト送信すると共に、制御データＸ２に定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４について、デバイス名と値を対として構成したものを、入出力制御装置Ｂにマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ３乃至Ａ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＡ３乃至Ａ４に制御量を出力する。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、受信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ３乃至Ｂ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＢ３乃至Ｂ４に制御量を出力する。

図３２は、運転制御部１０による処理を示すフローチャートである。

図３２において、制御装置１の起動と共に制御データから演算周期を獲得し（Ｓ１０１）、タイマに実行ハンドラを登録して（Ｓ１０２）、タイマを起動する（Ｓ１０３）。その後、全仮想制御装置についてタイマを起動したか否かの判断が行なわれる（Ｓ１０４）。Ｓ１０４において、全仮想制御装置についてタイマを起動していないと判断された場合にはＳ１０１の処理に戻る。

一方、Ｓ１０４において、全仮想制御装置についてタイマを起動していると判断された場合には、停止条件が成立したか否かの判断が行なわれ（Ｓ１０５）、停止条件が成立したと判断された場合には、タイマを停止して（Ｓ１０６）、全仮想制御装置についてタイマを停止したか否かの判断を行なう（Ｓ１０７）。停止条件とは、例えば、制御装置の故障により機能が停止する場合、ユーザから停止が指示された場合などである。なお、同図においてＴ／Ｄは時間遅れを示している。

Ｓ１０７において全仮想制御装置についてタイマを停止したと判断された場合には処理を終了し、全仮想制御装置についてタイマを停止していないと判断された場合にはＳ１０６の処理に戻る。なお、実効ハンドラの処理については、図１１に示した動作と同様であるので、ここではその説明を省略する。

以上の結果により、制御装置Ｘ、入出力制御装置Ａ、及び入出力制御装置Ｂの通信が成立する。

本実施の形態５によれば、従来の制御装置と入出力装置を用いてプログラミングされた制御ロジックと制御データを、制御装置１の演算能力に合わせて複数実行できるので、システム更新に際して制御装置を削減することができる。

（実施の形態６）
次に、本実施の形態６の分散監視制御装置について説明する。

本実施の形態は、制御装置に複数の仮想制御装置を設けるとともに、制御装置を冗長化したものである。

本実施の形態６に係る分散監視制御装置について、図６、及び図３３乃至図３８を用いて説明する。なお、上述の実施の形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示した実施の形態６の分散監視制御装置は、エンジニアリング装置でプログラミングされた図３９が示す構成の制御ロジックを演算すると共に監視・操作装置３、エンジニアリング装置、及び入出力制御装置と通信する制御装置を具備する。

図３３に示す制御装置１は、図６において仮想制御装置２０を複数含む制御装置に対応しており、仮想制御装置２０は図７に示した入出力装置を用いて実現した制御装置に対応する。

図３４（ａ）、（ｂ）は、制御装置のＸ、Ｙの構成データ及び診断データを示す図である。同図に示すように、構成データ及び診断データは、制御装置名、入出力制御装置名、バージョン、運転モードで構成されている。

構成データにより制御装置の伝送入出力部１３は、仮想制御装置Ｘ１、Ｘ２の入出力対象が入出力制御装置Ａである事、制御装置Ｙの仮想制御装置Ｘ１、Ｘ２の入出力対象が入出力制御装置Ａである事を認識できる。また、運転制御部１０も仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２の存在を認識できる。

図３５（ａ）−（ｄ）に示した仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２、入出力制御装置Ａと入出力制御装置Ｂは図３３に示した仮想制御装置Ｘ１、Ｘ２と入出力制御装置Ａ、Ｂに対応している。図３５（ａ）−（ｄ）は、仮想制御装置に格納された制御ロジックと制御データ、及び入出力制御装置Ａ、Ｂに格納された入出力データを示している。

仮想制御装置Ｘ１の制御ロジックは、Ｘ１１乃至Ｘ１２を演算入力とし、Ｘ１３乃至Ｘ１４を演算出力としており、制御データＸ１により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力方向が入出力指標として定義されている。仮想制御装置Ｘ２の制御ロジックは、Ｘ２１乃至Ｘ２２を演算入力とし、Ｘ２３乃至Ｘ２４を演算出力としており、同様に制御データＸ２により接続する入出力制御装置のデバイス名と入出力指標が定義されている。

入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、入出力データＡに定義されたデバイスＡ１乃至Ａ２について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔａを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワークにマルチキャスト送信すると共に、入出力データＡに定義されたデバイスについてデバイス名と値(制御量)を対として構成したものに装置名とタイムスタンプを付したものを各Ｉ／Ｏネットワークからマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ａの送信データは、入出力制御装置Ａからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙの伝送入出力部１３により受信され、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプｔａと受信データが保持する当該装置からの最終送信日時との比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時ｔａが更新されると共に、送信データに含まれるデバイスＡ１乃至Ａ２のプラント状態量は、制御装置Ｘの伝送入出力部１３により仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部１３により仮想制御装置Ｘ１の変数Ｘ１１乃至Ｘ１２が更新される。

同様に、入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、入出力データＢに定義されたデバイスＢ１乃至Ｂ２について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｂを付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワークにマルチキャスト送信すると共に、入出力データＢに定義されたデバイスについてデバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプを付したものを各Ｉ／Ｏネットワークからマルチキャスト受信する。入出力制御装置Ｂの送信データは、入出力制御装置Ｂからプラント状態量を獲得できる事を認識している制御装置Ｘと制御装置Ｙにより受信され、先着と判断された受信データにより最終送信日時が更新されると共に、受信データに含まれるデバイスＢ１乃至Ｂ２のプラント状態量により仮想制御装置Ｘ２の変数Ｘ２１乃至Ｘ２２が更新され、制御装置Ｙの伝送入出力部１３により仮想制御装置Ｘ２の変数Ｘ２１乃至Ｘ２２が更新される。

常用系である制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、仮想制御装置Ｘ１の制御データＸ１に定義されたデバイスＡ３乃至Ａ４について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｘ１を付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワークにマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ａの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データが保持するい当該装置からの最終送信日時ｔｘ１との比較により先着判定を行う。先着と判断した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＡ３乃至Ａ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＡ３乃至Ａ４に制御量を出力する。

同様に、制御装置Ｘの伝送入出力部１３は、仮想制御装置Ｘ２の制御データＸ２に定義されたデバイスＢ３乃至Ｂ４について、デバイス名と値を対として構成したものに装置名とタイムスタンプｔｘ２を付した送信データを各Ｉ／Ｏネットワークにマルチキャスト送信する。入出力制御装置Ｂの入出力伝送部１４は、送信データに含まれる装置名、及びタイムスタンプと受信データが保持する最終送信日時ｔｘ２との比較により先着判定を行う。先着と判定した送信データにより最終送信日時が更新されると共に、送信データを構成するデバイス名によりデバイスＢ３乃至Ｂ４の値を更新し、同入出力制御装置内の出力部がデバイスＢ３乃至Ｂ４に制御量を出力する。

図３６は、運転制御部による運転モードの調整を示すタイミングチャートである。

同図に示すように、まず、先行して起動した制御装置Ｘから運転状態の問合せを行なうモードクエリ（ＭＱ）がマルチキャスト送信される（Ｔ１１）。次に、応答待ち時間ｔ１内に対となる制御装置Ｙから応答が得られなかったことを受けて、仮想制御装置の運転モードを常用としたモードセット（ＭＳ）をマルチキャスト送信する（Ｔ１２）。

以後は、構成データの最終送信日時から規定時間ｔ２が経過する度、最終送信日時を更新する共に、稼動状態の通知としてハートビート（ＨＢ）をマルチキャスト送信する（Ｔ１３、Ｔ１４）。

後から起動した制御装置Ｙは運転状態の問合せを行なうモードクエリ（ＭＱ）をマルチキャスト送信するが（Ｔ１５）、応答待ち時間ｔ１内に対となる制御装置Ｘからモードレスポンス（ＭＲ）を受信する事により（Ｔ１６）、常用系の存在を認識して仮想制御装置の運転モードを待機としたモードセット（Ｔ１７）を送信する。

以後は、制御装置ＸとＹの双方が定周期ｔ２で稼動状態の通知としてハートビート（ＨＢ）を送信し、ハートビート（ＨＢ）の受信によって診断データの最終受信日時を更新する。待機系である制御装置Ｙは、常用系である制御装置Ｘからのハートビート（ＨＢ）を規定時間ｔ２のＮ（＝２）倍以上受信しなかった事で常用系の異常を検出し、運転モードを常用に設定したモードセット（ＭＳ）を送信した後、常用系として稼動する。

図３７は、冗長化された制御装置１間の通信に使用されるコマンドを示す図である。

図３７（ａ）は運転モードクエリ、（ｂ）は運転モードレスポンス、（ｃ）は運転モードセット、（ｄ）はハートビートを示すである。

同図に示すように、運転モードモードクエリは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＱ］及び「制御装置名」が定義される。運転モードレスポンスは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＲ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。運転モードセットは、タイムスタンプ、コマンド「ＭＳ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。ハートビートは、タイムスタンプ、コマンド「ＨＢ」、制御装置名、バージョン及び運転モードが定義される。

図３８は、図３６に示した運転モードの調整を行なう運転状態制御部のフローチャートである。なお、図２０と同一部分には説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。また、受信ハンドラについては図２１、実効ハンドラについては図２２、送信ハンドラについては図２３及び診断ハンドラについては図２４に示したフロチャートの動作と同様である。

図３８に示すように、Ｓ２７において構成データの運転モードを待機に設定し、又は自系の優先度が高いと判断された場合に、構成データの運転モードを常用に設定した後、全装置について完了したか否かの判断が行なわれる（Ｓ２８−１）。Ｓ２８−１において、全装置について完了したと判断された場合には、Ｓ２９の処理に移り、完了していない場合には、Ｓ２４の処理に戻る。

また、Ｓ３２において、タイマを起動した後、全装置についてタイマの起動が完了したか否かの判断が行なわれる（Ｓ３２−１）。Ｓ３２−１において、全装置についてタイマの起動が完了したと判断された場合にはＳ３３の処理に移る。完了していないと判断された場合には、Ｓ３０の処理に戻る。

さらに、Ｓ３４において、タイマを停止した後、全装置についてタイマを停止したか否かの判断が行なわれる（Ｓ３４−１）。Ｓ３４−１において、全装置についてタイマを停止したと判断された場合には、処理を終了する。全装置についてタイマを停止していないと判断された場合には、Ｓ３４の処理に戻る。

以上の結果により、仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２を含む制御装置Ｘと、仮想制御装置Ｘ１と仮想制御装置Ｘ２を含む制御装置Ｙは冗長化され、冗長化したＩ／Ｏネットワークを介した入出力制御装置Ａ、及び入出力制御装置Ｂとの通信が成立する。

本実施の形態によれば、制御装置やネットワークの冗長化が求められる場合においても、従来の制御装置と入出力装置を用いてプログラミングされた制御ロジックと制御データを、制御装置の演算能力に合わせて複数実行できるので、システム更新に際して制御装置を削減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…制御装置、２…入出力制御装置、３…監視・操作装置、４…エンジニアリング装置、５…制御ネットワーク、６…Ｉ／Ｏネットワーク、７…制御ロジック、８…制御データ格納部、９…入出力データ格納部、１０… 運転制御部、１１…演算部、１２…伝送部、１３…伝送入出力部、１４…入出力伝送部、１５…入力部、１６…出力部、１７…受信データ格納部、１８…構成データ格納部、１９…診断データ格納部、２０…仮想制御装置、ＭＱ…モードクエリ、ＭＲ…モードレスポンス、ＭＳ…モードセット、ＨＢ…ハートビート。

Claims (8)

1. 少なくとも１台の監視・操作装置と、
   制御ネットワークを介して前記少なくとも１台の監視・操作装置に接続された少なくとも１台の制御装置と、
   前記少なくとも１台の制御装置とＩ／Ｏネットワークを介して接続されたプラントを構成する機器を監視・制御する複数の入出力制御装置とを具備し、
   前記複数の入出力制御装置と前記少なくとも１台の制御装置との入出力値を前記Ｉ／Ｏネットワークを介して共有することを特徴とする分散監視制御装置。
2. 前記Ｉ／Ｏネットワークは冗長化されており、
   前記少なくとも１台の制御装置及び前記複数の入出力制御装置は、前記制御装置と前記入出力制御装置との通信において、送信に際して同内容の値を前記冗長化されたＩ／Ｏネットワークの各伝送路に出力し、受信に際して各伝送路から先着したものを処理して後着したものを破棄することを特徴とする請求項１記載の分散監視制御装置。
3. 前記少なくとも１台の制御装置は、前記制御ネットワークを介して冗長化されていることを特徴とする請求項１記載の分散監視制御装置。
4. 前記少なくとも１台の制御装置は、旧型式の制御装置を模擬する仮想制御装置を具備することを特徴とする請求項１記載の分散監視制御装置。
5. １台の制御装置が、複数の旧型式の制御装置を模擬する仮想制御装置を具備することを特徴とする請求項４記載の分散監視制御装置。
6. 前記Ｉ／Ｏネットワークは冗長化されており、
   前記少なくとも１台の制御装置及び前記複数の入出力制御装置は、前記制御装置と前記入出力制御装置との通信において、送信に際して同内容の値を前記冗長化されたＩ／Ｏネットワークの各伝送路に出力し、受信に際して各伝送路から先着したものを処理して後着したものを破棄することを特徴とする請求項５記載の分散監視制御装置。
7. 少なくとも１台の監視・操作装置と、
   制御ネットワークを介して前記少なくとも１台の監視・操作装置に接続された少なくとも１台の制御装置と、
   前記少なくとも１台の制御装置とＩ／Ｏネットワークを介して接続されたプラントを構成する機器を監視・制御する複数の入出力制御装置とを具備する分散監視制御装置の制御方法において、
   前記複数の入出力制御装置から出力値を前記Ｉ／Ｏネットワークを介して送信し、
   前記少なくとも１台の制御装置が、前記Ｉ／Ｏネットワークを介して前記送信された出力値を受信し、前記受信した出力値に基づく値を前記制御ネットワークを介して前記少なくとも１台の監視・操作装置に出力する分散監視制御装置の制御方法。
8. 少なくとも１台の監視・操作装置と、
   制御ネットワークを介して前記少なくとも１台の監視・操作装置に接続された少なくとも１台の制御装置と、
   前記少なくとも１台の制御装置とＩ／Ｏネットワークを介して接続されたプラントを構成する機器を監視・制御する複数の入出力制御装置とを具備する分散監視制御装置の制御方法において、
   前記少なくとも１台の監視・操作装置から受信された出力値に基づく値を前記少なくとも１台の制御装置から前記Ｉ／Ｏネットワークを介して送信し、
   前記複数の入出力制御装置が、前記Ｉ／Ｏネットワークを介して前記送信された出力値を受信し、前記受信した出力値を前記プラントを構成する機器に出力する分散監視制御装置の制御方法。

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