JP2013182360A - 活線挿抜装置および活線挿抜方法 - Google Patents

Abstract

【課題】活線挿入後に不完全な接続状態で入出力動作が開始されることを防止する。
【解決手段】活線挿抜装置１は、制御システム１００においてプロセス入出力装置５０を脱着する際に、情報の入出力動作を実行または停止する制御を行う。具体的には、活線挿抜装置１は、ユーザの操作を受け付けて切替部信号１４２の信号レベルを切替える活線挿抜用切替部１１と、活線挿入後所定時間経過するとリセット部信号１４５の信号レベルを切替えるリセット部１２と、切替部信号１４２の信号レベルおよびリセット部信号１４５の信号レベルを取得して演算し、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８を出力する演算部１４と、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８それぞれの信号レベルの組合わせに基づいて、情報の入出力動作の実行または停止を制御する入出力制御部１３と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、活線挿抜のための技術に関する。

プラント制御等に用いる制御システムにおいては、高い信頼性を得るために、一台のプロセス入出力装置が故障しても、制御システム全体を停止させずに、故障したプロセス入出力装置のみを交換して復旧できるようにする必要がある。そのために、プロセス入出力装置の活線挿抜が用いられている。

特許文献１には、メモリカードがプリンタ装置に装着されて電力が供給された際に、そのメモリカードに備わっているリセット機能を用いて、入出力動作を行うための入出力回路を自動的に初期化した後、その入出力回路が動作を開始する技術が開示されている。

特開平０６−２９５２６７号公報

しかしながら、ユーザがプロセス入出力装置を活線挿入した際、斜め挿しや挿入の躊躇等によって、そのプロセス入出力装置が電源ＯＮ状態となったにも関わらず、通信用の接続状態が不完全な挿入状態のままとなっている虞がある。このようなときに、特許文献１に記載の技術が用いられていると、プロセス入出力装置は、リセット機能が動作を開始して、通信用の接続状態が不完全なまま入出力動作を開始しようとして誤動作を起こす虞がある。
そこで、本発明では、安全に活線挿抜する技術を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の活線挿抜装置は、活線挿抜する際に、入出力動作を実行または停止する制御を行う。具体的には、活線挿抜装置は、ユーザの操作を受け付けて第１の信号レベルを切替える活線挿抜用切替部と、活線挿入後所定時間経過すると第２の信号レベルを切替えるリセット部と、第１の信号レベルおよび第２の信号レベルを取得して演算し、活線挿抜信号およびリセット信号を出力する演算部と、活線挿抜信号およびリセット信号それぞれの信号レベルの組合わせに基づいて、入出力動作の実行または停止を制御する入出力制御部と、を備える。

本発明によれば、安全に活線挿抜することができる。

制御システムの全体構成例および活線挿抜装置の構成例を示す図である。 活線挿抜装置の信号タイムチャート例を示す図である。 活線挿入時の処理フロー例を示す図である。 活線抜去時の処理フロー例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

はじめに、図１を用いて、制御システム１００の全体構成例を説明し、次に、活線挿抜装置１の構成例について説明する。
制御システム１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３、電源装置４、１以上のプロセス入出力装置５０、そのプロセス入出力装置５０を収納するラック筐体（不図示）を備えている。プロセス入出力装置５０は、不図示のラック筐体内に脱着可能であり、ラック筐体に装着（挿入）されると、電源装置４から電力を供給されて、ＣＰＵ３や制御対象装置６０に対して入出力動作を実行し、故障した場合には、取り外す（抜去する）ことができる。

ＣＰＵ３は、プロセス入出力装置５０が取得した制御対象装置６０の情報をデータ回線３１を介して受信して演算を行い、制御情報を生成し、生成した制御情報をプロセス入出力装置５０に送信する機能を有する。
電源装置４は、電源線４１を介して、不図示のラック筐体内に装着（挿入）されたプロセス入出力装置５０に電力を供給する機能を有する。

プロセス入出力装置５０は、活線挿抜装置１と主回路部２とを備える。
活線挿抜装置１は、プロセス入出力装置５０を制御システム１００に活線挿抜する際に、ＣＰＵ３との通信の実行または停止や、電源供給の遮断等の活線挿抜制御を行う機能を有し、制御システム１００を安全に稼動させ続けることができる。なお、活線挿抜装置１の詳細については、後記する。

主回路部２は、制御対象装置６０との通信制御機能やプロトコル変換機能を有し、制御対象装置６０から情報を受信し、制御対象装置６０に対して制御信号を送信する。

次に、活線挿抜装置１の構成例について、図１を用いて説明する。活線挿抜装置１は、入出力部１０と電源監視部２０とを備えている。
入出力部１０は、プロセス入力装置５０が活線挿抜される際に、ＣＰＵ３との間で行う情報の入出力動作の実行や停止を制御するための機能を有している。具体的には、入出力部１０は、活線挿抜用切替部１１、リセット部１２、入出力制御部１３、演算部１４、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１５を備える。

活線挿抜用切替部１１は、活線挿抜時に、ユーザの操作を受け付けて出力信号レベルを切替る機能を有する。例えば、活線挿抜用切替部１１は、トグルスイッチのように、ＯＮとＯＦＦとを切替られるスイッチであることが好ましい。

リセット部１２は、プロセス入出力装置５０が電源線４１に接続されて、電力供給が開始された時から、所定の信号レベルを出力し、電力供給開始時から所定時間（例えば、百〜二百ミリ秒程度）経過後に、それまで出力していた所定の信号のレベルを変えて出力する機能を有する。

演算部１４は、活線挿抜用切替部１１の出力である切替部信号１４２、リセット部１２の出力であるリセット部信号１４５を入力とし、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８を生成して出力する機能を有する。
活線挿抜信号（第１の信号）１４７は、活線挿抜が不可の状態（活線挿抜不可状態）か、活線挿抜が可能の状態（活線挿抜可能状態）かを、信号レベルの高低で表す。
リセット信号（第２の信号）１４８は、入出力動作を停止しているリセット状態か、入出力動作を実行するリセット解除状態かを、信号レベルの高低で表す。

演算部１４の具体例は、図１に示すように、活線挿抜信号１４７やリセット信号１４８を生成するためのＦＦ（フリップフロップ）１４１、第１のＡＮＤ回路１４４、第２のＡＮＤ回路１４６を備えている。なお、ＦＦ１４１は、Ｄフリップフロップを用いた場合で説明する。

活線挿抜用切替部１１の出力である切替部信号１４２は、ＦＦ１４１のＤおよび＾Ｃ（クリア）と、第１のＡＮＤ回路１４４に入力される。また、リセット部１２の出力であるリセット部信号１４５は、ＦＦ１４１のＣＫ（クロック）と第２のＡＮＤ回路１４６に入力される。ＦＦ１４１の出力信号＾Ｑ１４３は、第１のＡＮＤ回路１４４および第２のＡＮＤ回路１４６に入力される。そして、第１のＡＮＤ回路１４４から活線挿抜信号１４７が出力され、第２のＡＮＤ回路１４６からリセット信号１４８が出力される。

入出力制御部１３は、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８の信号レベルの高低に基づいて、入出力動作を制御する機能やＬＥＤ１５を点灯するか否かを判定する機能を有する。入出力制御部１３は、ＬＥＤ１５を点灯する場合には、ＬＥＤ信号１５１の電圧をＶｃｃより低く設定し、ＬＥＤ１５を点灯しない場合には、ＬＥＤ信号１５１の電圧をＶｃｃ以上に設定する。

ＬＥＤ１５は、点灯または消灯する機能を備え、活線挿抜可能な状態か否かを点灯か否かによってユーザに知らせる。

また、活線挿抜装置１は、図１に示すように、電源監視部２０を備える。これは、過電流状態のプロセス入出力装置５０を活線抜去する場合には、活線抜去時に他のプロセス入出力装置５０へ供給している電源を大きく変動させてしまう可能性があるためである。
電源監視部２０は、電源異常検出部２１と電源スイッチ２２とを備え、電源異常検出部２１が過電流のような電源異常を検出し、電源異常の検出時には遮断スイッチ２２をＯＦＦ状態にする機能を有する。これにより、プロセス入出力装置５０内で電源異常が検出された場合、電源装置４からの電力供給を遮断し、より安全に活線抜去できる状態となる。そのため、制御システム１００の信頼性を向上させることができる。

次に、プロセス入出力装置５０の活線挿抜時に、入出力制御部１３に入力する活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８の信号レベル変化を示す信号タイムチャート例について、図２を用いて説明する（適宜、図１参照）。

図２の横軸は、時間を表し、活線挿入時（ｔ１）、活線挿入後所定時間経過時（ｔ２）、活線挿抜用切替部をＯＦＦ操作した時（活線挿抜用切替部ＯＦＦ時）（ｔ３）、活線挿抜用切替部をＯＮ操作した時（活線挿抜用切替部ＯＮ時）（ｔ４）、活線抜去時（ｔ５）の時刻を破線で示している。また、縦軸は、図２の最上段から、（ａ）活線挿抜用切替部１１の出力である切替部信号１４２、（ｂ）リセット部１２の出力であるリセット部信号１４５、（ｃ）演算部１４内のＦＦ１４１の出力信号＾Ｑ１４３、（ｄ）演算部１４の出力である活線挿抜信号１４７、（ｅ）演算部１４の出力であるリセット信号１４８、の順に、信号レベルを表している。また、最下段には、（ｆ）入出力動作の状態を表している。

活線挿入時（ｔ１）には、活線挿抜用切替部１１はＯＮ状態にされている。したがって、切替部信号１４２はＨｉｇｈレベルとなる。また、リセット部１２は、電源供給されると所定時間（ｔ１〜ｔ２の間）において、Ｌｏｗレベルのリセット部信号１４５を出力する。つまり、ＦＦ１４１の入力Ｄ，＾Ｃには切替部信号１４２のＨｉｇｈレベルが入力され、入力ＣＫにはリセット部信号１４５のＬｏｗレベルが入力される。

そして、活線挿入後（電源供給後）において入力ＣＫがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに一度も変化していない間は、ＦＦ１４１の出力信号＾Ｑ１４３は不定となる。活線挿抜信号１４７は、切替部信号１４２と出力信号＾Ｑ１４３とを第１のＡＮＤ回路１４４により論理積して生成されるので、出力信号＾Ｑ１４３が不定であることにより、不定となる。また、リセット信号１４８は、リセット部信号１４５と出力信号＾Ｑ１４３とを第２のＡＮＤ回路１４６により論理積して生成されるので、リセット部信号１４５がＬｏｗレベルであるので、出力信号＾Ｑ１４３が不定であってもＬｏｗレベルとなる。したがって、入出力制御部１３は、リセット信号１４８がＬｏｗレベルであることから、リセット状態であると判断し、ＣＰＵ３や制御対象装置６０に対する入出力動作を実行しないように制御する。つまり、入出力制御部１３の入出力動作の状態は、停止状態となる。

活線挿入後所定時間経過時（ｔ２）には、リセット部１２はリセット部信号１４５を自動的にＨｉｇｈレベルにして出力する。そのため、ＦＦ１４１の入力ＣＫがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化するので、出力信号＾Ｑ１４３はＬｏｗレベルとなる。その結果、活線挿抜信号１４７はＬｏｗレベル（活線挿抜不可状態）となり、リセット信号１４８は変化しないでＬｏｗレベル（リセット状態）のままである。これにより、入出力制御部１３は、活線挿抜信号１４７の信号レベルを問わず、リセット状態を示すリセット信号１４８に基づいて、リセット状態であると判断し、ＣＰＵ３や制御対象装置６０に対する入出力動作を実行しないように制御する。つまり、入出力制御部１３の入出力動作の状態は、停止状態となる。

次に、ユーザの操作を受け付けて活線挿抜用切替部１１がＯＦＦ状態（ｔ３）にされると、切替部信号１４２はＬｏｗレベルになる。ＦＦ１４１の入力Ｄ，＾ＣにはＬｏｗレベルが入力されるため、ＦＦ１４１の出力信号＾Ｑ１４３はＨｉｇｈレベルとなる。その結果、活線挿抜信号１４７は変化せずにＬｏｗレベル（活線挿抜不可状態）のままとなり、リセット信号１４８がＨｉｇｈレベル（リセット解除状態）となる。これにより、入出力制御部１３は、活線挿抜不可状態を示す活線挿抜信号１４７とリセット解除状態を示すリセット信号１４８との組み合わせに基づいて、ＣＰＵ３や制御対象装置６０に対する入出力動作を実行するように制御する。つまり、入出力制御部１３の入出力動作の状態は、実行状態となる。

このように、本実施形態のプロセス入出力装置５０は、活線挿抜装置１に活線挿抜用切替部１１を備えたことにより、ユーザがプロセス入出力装置５０の装着状態を確認した上で、リセット解除できるようになっている。つまり、プロセス入出力装置５０が不完全な挿入状態で自動的に入出力動作を開始することを防止できるので、安全に活線挿入することができる。

次に、活線抜去のために、活線挿抜用切替部１１がＯＮ状態（ｔ４）にされると、切替部信号１４２がＨｉｇｈレベルとなり、活線挿抜信号１４７はＨｉｇｈレベル（活線挿抜可能状態）となる。ただし、リセット信号１４８はＨｉｇｈレベル（リセット解除状態）のままである。これにより、入出力制御部１３は、活線挿抜可能状態を示す活線挿抜信号１４７とリセット解除状態を示すリセット信号１４８との組み合わせに基づいて、活線挿抜可能状態であると判断し、ＣＰＵ３に活線挿抜可能状態になったことを通知する。また、入出力制御部１３は、ＬＥＤ信号１５１をＬｏｗレベルにすることによってＬＥＤ１５を点灯させる。また、入出力制御部１３は、ＣＰＵ３や制御対象装置６０に対する入出力動作を停止するように制御する。つまり、入出力制御部１３の入出力動作の状態は、停止状態となる。

活線抜去時（ｔ５）には、ユーザはＬＥＤ１５が点灯していることを確認した後、制御システム１００からプロセス入出力装置５０を活線抜去することになる。その際、入出力動作は停止状態になっているので、プロセス入出力装置５０は、安全に活線抜去できる。

次に、活線挿抜装置１による活線挿入時の処理フロー例について、図３を用いて説明する（適宜、図１，２参照）。
ステップＳ３０１では、活線挿抜装置１は、活線挿抜用切替部１１がＯＮの状態で活線挿入され、電源装置４から受電する（図２の時間ｔ１）。

ステップＳ３０２では、活線挿抜装置１は、リセット部１２が受電から所定時間までの間で出力するリセット部信号１４５により、リセット信号１４８をリセット状態に保持する。ただし、プロセス入出力装置５０は、リセット状態では、入出力動作を実行しない（図２の時間ｔ１〜ｔ２）。

ステップＳ３０３では、活線挿抜装置１は、受電してから所定時間経過後に、リセット部１２が出力信号レベルを変化し、活線挿抜信号１４７を活線挿抜不可状態に設定する（図２の時間ｔ２）。ただし、リセット状態はそのままである。

ステップＳ３０４では、活線挿抜装置１は、活線挿抜用切替部１１が操作されて、ＯＦＦの状態に変わると、リセット信号１４８をリセット解除状態に変更する（図２の時間ｔ３）。ただし、活線挿抜不可状態はそのままである。

ステップＳ３０５では、入出力制御部１３は、リセット解除状態かつ活線挿抜不可状態であると判定し、入出力動作を実行する。なお、ユーザは、プロセス入出力装置５０が正常に入出力動作を実行していることを制御システム１００のモニタ等で確認する。

次に、活線挿抜装置１による活線抜去時の処理フロー例について、図４を用いて説明する（適宜、図１，２参照）。
ステップＳ４０１では、活線挿抜装置１は、活線挿抜用切替部１１がユーザの操作を受け付けてＯＮの状態に変わると、活線挿抜信号１４７を活線挿抜可能状態に設定する（図２の時間ｔ４）。ただし、リセット解除状態はそのままである。

ステップＳ４０２では、活線挿抜装置１は、活線挿抜信号１４７が活線挿抜可能状態になった場合、ＬＥＤ信号１５１をＬｏｗレベルに変化させ、ＬＥＤ１５を点灯する。そして、入出力制御部１３は、入出力動作を停止する。なお、ユーザは、ＬＥＤ１５が点灯していることを確認して、活線抜去を実行する。

以上説明したように、本実施形態における活線挿抜装置１は、制御システム１００においてプロセス入出力装置５０を脱着する際に、情報の入出力動作を実行または停止する制御を行う。具体的には、活線挿抜装置１は、ユーザの操作を受け付けて切替部信号１４２の信号レベルを切替える活線挿抜用切替部１１と、活線挿入後所定時間経過するとリセット部信号１４５の信号レベルを切替えるリセット部１２と、切替部信号１４２の信号レベルおよびリセット部信号１４５の信号レベルを取得して演算し、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８を出力する演算部１４と、活線挿抜信号１４７およびリセット信号１４８それぞれの信号レベルの組合わせに基づいて、情報の入出力動作の実行または停止を制御する入出力制御部１３と、を備える。そして、活線挿抜装置１は、活線挿抜信号１４７の信号レベルが活線挿抜不可の状態を示し、かつリセット信号１４８の信号レベルが入出力動作を実行する状態を示すリセット解除状態である場合、入出力動作を実行するように制御する。また、活線挿抜装置１は、リセット信号１４８の信号レベルが入出力動作の停止状態を示すリセット状態である場合、または、活線挿抜信号１４７の信号レベルが活線挿抜可能の状態を示す場合、入出力動作を停止するように制御する。また、活線挿抜装置１は、プロセス入出力装置５０内で電源異常が検出された場合、電源装置４からの電力供給を遮断する。そのため、活線挿抜装置１は、安全に活線挿抜することができる。

また、図２の時間ｔ４において、活線挿抜用切替部１１がＯＮ状態にされて、活線挿抜信号１４７の信号レベルが活線挿抜可能状態となったときに、電源監視部２０が遮断スイッチ２２を遮断状態にしても良い。このようにすることによって、電源装置４からの電力供給を遮断し、より安全に活線抜去することができる。

１ 活線挿抜装置
２ 主回路部
３ ＣＰＵ
４ 電源装置
１０ 入出力部
１１ 活線挿抜用切替部
１２ リセット部
１３ 入出力制御部
１４ 演算部
１５ ＬＥＤ
２０ 電源監視部
２１ 電源異常検出部
２２ 遮断スイッチ
５０ プロセス入出力装置
６０ 制御対象装置
１００ 制御システム
１４１ ＦＦ
１４２ 切替部信号（第１の信号）
１４３ 出力信号＾Ｑ
１４４ 第１のＡＮＤ回路
１４５ リセット部信号（第２の信号）
１４６ 第２のＡＮＤ回路
１４７ 活線挿抜信号
１４８ リセット信号
１５１ ＬＥＤ信号

Claims (8)

1. 活線挿抜する際に入出力動作を実行または停止する制御を行う活線挿抜装置であって、
   ユーザの操作を受け付けて第１の信号レベルを切替える活線挿抜用切替部と、
   活線挿入後所定時間経過すると第２の信号レベルを切替えるリセット部と、
   前記第１の信号レベルおよび前記第２の信号レベルを取得して演算し、活線挿抜信号およびリセット信号を出力する演算部と、
   前記活線挿抜信号および前記リセット信号それぞれの信号レベルの組合わせに基づいて、前記入出力動作の実行または停止を制御する入出力制御部と、
   を備えることを特徴とする活線挿抜装置。
2. 前記入出力制御部は、
   前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜不可の状態を示し、かつ前記リセット信号の信号レベルが前記入出力動作の実行状態を示すリセット解除状態である場合、前記入出力動作を実行するように制御し、
   前記リセット信号の信号レベルが前記入出力動作の停止状態を示すリセット状態である場合、または、前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜可能の状態を示す場合、前記入出力動作を停止するように制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の活線挿抜装置。
3. 前記活線挿抜装置は、
   電源異常を検出する電源異常検出部と、
   前記電源異常検出部で電源異常を検出した場合、電力供給を遮断する遮断スイッチと
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の活線挿抜装置。
4. 前記遮断スイッチは、
   前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜可能の状態になった場合、電力供給を遮断する
   ことを特徴とする請求項３に記載の活線挿抜装置。
5. 活線挿抜する際に、入出力動作を実行または停止する制御を行う活線挿抜装置における活線挿抜方法であって、
   前記活線挿抜装置は、
   ユーザの操作を受け付けて第１の信号レベルを切替える活線挿抜用切替ステップと、
   活線挿入後所定時間経過すると第２の信号レベルを切替えるリセットステップと、
   前記第１の信号レベルおよび前記第２の信号レベルを取得して演算し、活線挿抜信号およびリセット信号を出力する演算ステップと、
   前記活線挿抜信号および前記リセット信号それぞれの信号レベルの組合わせに基づいて、前記入出力動作の実行または停止を制御する入出力制御ステップと、
   を実行することを特徴とする活線挿抜方法。
6. 前記入出力制御ステップでは、
   前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜不可の状態を示し、かつ前記リセット信号の信号レベルが前記入出力動作の実行状態を示すリセット解除状態である場合、前記入出力動作を実行するように制御し、
   前記リセット信号の信号レベルが前記入出力動作の停止状態を示すリセット状態である場合、または、前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜可能の状態を示す場合、前記入出力動作を停止するように制御する
   ことを特徴とする請求項５に記載の活線挿抜方法。
7. 前記活線挿抜装置は、
   電源異常を検出する電源異常検出ステップと、
   前記電源異常検出ステップで電源異常を検出した場合、電力供給を遮断する遮断ステップと
   をさらに実行することを特徴とする請求項５に記載の活線挿抜方法。
8. 前記遮断ステップでは、
   前記活線挿抜信号の信号レベルが活線挿抜可能の状態になった場合、電力供給を遮断する
   ことを特徴とする請求項７に記載の活線挿抜方法。

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