JP2014010479A - 二重化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】待機系の動作状態を効率的に確認することが可能な二重化装置
【解決手段】第１装置から入力される第１情報に応じた第２情報を、当該第２情報を使用する第２装置１６に出力する稼動系入出力手段１５ａと、前記第１情報に応じた第２情報をテスト情報として出力するとともに、前記稼動系入出力手段１５ａの異常発生時に当該稼動系入出力手段１５ａとして動作する待機系入出力手段１５ｂと、前記テスト情報に基づいて前記待機系入出力手段の動作状態を判定する判定手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、二重化装置に関する。

従来、同一構成の二組の装置を接続して、何れか一方を稼動系、他方を待機系とし、常時は稼動系のみで動作し、稼動系に異常が生じたときに、待機系を稼動系に切り替えて動作を続行させる二重化構成の入出力装置が存在している。

特開平１−２３１１０１号公報

ところで、上記の二重化構成では、稼働系に異常が発生した場合に備えて、待機系は正常動作可能な状態にあることが重要である。従来の二重化構成では、システムの非稼働時等に待機系を稼働系に切り替えてその動作状態を確認することが行われているが、確認のために多くの時間を要するため非効率的であるという問題がある。

実施の形態の二重化装置は、稼動系入出力手段と、待機系入出力手段と、判定手段とを備える。稼動系入出力手段は、第１装置から入力される第１情報に応じた第２情報を、当該第２情報を使用する第２装置に出力する。待機系入出力手段は、前記第１情報に応じた第２情報をテスト情報として出力するとともに、前記稼動系入出力手段の異常発生時に当該稼動系入出力手段として動作する。判定手段は、前記テスト情報に基づいて前記待機系入出力手段の動作状態を判定する。

図１は、実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。 図２は、図１に示した出力装置及び出力端子台の構成例を示す図である。 図３は、本実施形態の制御システムが行う動作状態判定処理の手順を説明するためのシーケンス図である。 図４は、従来の出力装置及び出力端子台の構成を示す図である。 図５は、従来の出力装置及び出力端子台の構成を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る二重化装置の実施形態を詳細に説明する。以下では、工場や公共施設等のプラントの制御システムに適用した例について説明するが、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、本実施形態に係る制御システムの構成例を示す図である。同図に示すように、制御システム１は、入力端子部１１と、入力側Ｉ／Ｏ部１２と、インタフェース部１３と、コントローラ１４と、出力側Ｉ／Ｏ部１５と、出力端子部１６と、エンジニアリングツール１７とを備える。

入力端子部１１は、プラント内に設置された各種センサ（図示せず）と経路Ｌ１１を介して接続されている。入力端子部１１は、経路Ｌ１１を介して入力される各種センサのセンサ値を、経路Ｌ１２を介して入力側Ｉ／Ｏ部１２に出力する。なお、各種センサから入力されるセンサ値には、各センサを識別可能な識別子が含まれるものとする。

また、入力端子部１１には、出力端子部１６との間に経路Ｌ２０が形成されている。入力端子部１１は、出力端子部１６から経路Ｌ２０を介して入力される後述するテスト情報を、経路Ｌ１２を介して入力側Ｉ／Ｏ部１２に出力する。

入力側Ｉ／Ｏ部１２は、経路Ｌ１２を介して入力端子部１１から入力されたセンサ値やテスト情報を、経路Ｌ１３を介してインタフェース部１３に出力する。

インタフェース部１３は、経路Ｌ１２を介して入力端子部１１から入力されたセンサ値やテスト情報を、経路Ｌ１４を介してコントローラ１４に出力する。また、インタフェース部１３は、コントローラ１４から経路Ｌ１５を介して入力される後述する制御情報を、経路Ｌ１６を介して出力側Ｉ／Ｏ部１５に出力する。

出力側Ｉ／Ｏ部１５は、図２に示すように稼動系と待機系とにより二重化されている。ここで、図２は、出力側Ｉ／Ｏ部１５及び出力端子部１６の構成例を示す図である。

図２に示すように、出力側Ｉ／Ｏ部１５は、稼働系のＩ／Ｏ部（第１Ｉ／Ｏ部１５ａ）と待機系のＩ／Ｏ部（第２Ｉ／Ｏ部１５ｂ）とを有し、第１Ｉ／Ｏ部１５ａ及び第２Ｉ／Ｏ部１５ｂの各々に対し、経路Ｌ１６を介して制御情報が入力されるよう構成されている。

ここで、稼働系の第１Ｉ／Ｏ部１５ａは、経路Ｌ１６を介してインタフェース部１３から入力された制御情報を、経路Ｌ１７を介して出力端子部１６に出力する。なお、稼動系から出力される制御情報に、その出力元が稼働系であることを示す二重化構成情報が含める形態としてもよい。

一方、待機系の第２Ｉ／Ｏ部１５ｂは、第１Ｉ／Ｏ部１５ａの異常発生に備えて、出力可能な状態で待機（ホットスタンバイ）している。具体的に、第２Ｉ／Ｏ部１５ｂは、経路Ｌ１６を介してインタフェース部１３から入力された制御情報をテスト情報として、経路Ｌ１８を介して出力端子部１６に出力する。なお、待機系から出力される制御情報（テスト情報）に、その出力元が待機系であることを示す二重化構成情報を含める形態としてもよい。

また、待機系の第２Ｉ／Ｏ部１５ｂは、稼動系である第１Ｉ／Ｏ部１５ａに異常が発生すると、自身が稼動系として動作することで、出力側Ｉ／Ｏ部１５の動作を続行させる。ここで、待機系から稼働系への切り替えは、手動で行う形態としてもよいし、自動で行う形態としてもよい。この切り替えを自動とする場合、例えば、図２に示すように、経路Ｌ２１を介して第２Ｉ／Ｏ部１５ｂから第１Ｉ／Ｏ部１５ａにポーリング等の通信を行うことで第１Ｉ／Ｏ部１５ａの生存確認を行い、第１Ｉ／Ｏ部１５ａからの通信が途絶えた場合に、第２Ｉ／Ｏ部１５ｂが稼働系として動作する構成としてもよい。

出力端子部１６は、出力側Ｉ／Ｏ部１５の稼働系から入力された制御情報を、経路Ｌ１９を介してプラント内に設けられた各種アクチュエータ（バルブやモータ等）に出力する。これにより、アクチュエータでは、制御情報に含まれた自己の識別子とその駆動量とに従い流量や回転数等が調整され、その結果がセンサ値として制御システム１にフィードバックされる。

また、出力端子部１６は、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系から入力されたテスト情報を、経路Ｌ２０を介して入力端子部１１に出力することで、当該テスト情報を入力端子部１１→入力側Ｉ／Ｏ部１２→インタフェース部１３の経路でコントローラ１４に入力させる。

なお、出力側Ｉ／Ｏ部１５での待機系から稼働系への切り替えに伴う、制御情報（テスト情報）の出力先の切り替えは、手動で行う形態としてもよいし、自動で行う形態としてもよい。この切り替えを自動とする場合、図２に示すように、出力端子部１６に出力先の切り替え制御を行う出力先切替部１６１を備え、この出力先切替部１６１の機能により出力先を切り替える構成としてもよい。

ここで、出力先切替部１６１は、例えば、出力側Ｉ／Ｏ部１５から入力される制御情報（テスト情報）に含まれた二重化構成情報を参照し、二重化構成情報が稼動系を示す制御情報を、経路Ｌ１９を介してアクチュエータに出力し、二重化構成情報が待機系を示す制御情報（即ちテスト情報）を、経路Ｌ２０を介して入力端子部１１に出力する。これにより、出力側Ｉ／Ｏ部１５での待機系から稼働系への切り替わりに応じて、その出力先を自動的に切り替えることができる。

なお、出力先切替部１６１による出力先の切り替え方法は、上記の例に限らないものとする。他の方法としては、コントローラ１４や出力側Ｉ／Ｏ部１５等から、待機系から稼動系への切り替わりを出力先切替部１６１に通知することで、この通知に基づき出力先切替部１６１に出力先の切り替えを行わせる形態としてもよい。

図１に戻り、コントローラ１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のコンピュータ構成を備えた、ＰＣ（Personal Computer）やサーバ等の情報処理装置である。

コントローラ１４は、経路Ｌ１４を介してインタフェース部１３から入力されたセンサ値に基づいて、このセンサ値に係るアクチュエータの駆動量を示した制御情報を生成し、経路Ｌ１５を介してインタフェース部１３に出力する。ここで、コントローラ１４は、例えば、各センサの識別子と対応するアクチュエータとを関連付けたデータテーブル等を参照し、センサ値に含まれた識別子に対応するアクチュエータの駆動量を、そのセンサ値に応じて決定する。なお、制御情報には、制御対象となるアクチュエータの識別子とその駆動量とが対応付けて含まれるものとする。なお、データテーブル等の駆動量の決定に係る制御情報は、図示しない記憶媒体に予め記憶されているものとする。

また、コントローラ１４は、経路Ｌ１２を介して入力されたテスト情報に基づき、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作状態が正常か否かを判定（確認）する。ここで、正常か否かの判定方法は特に問わないものとする。例えば、テスト情報が入力された時点で正常と判定してもよい。また、入力されたテスト情報と、当該テスト情報に対応する制御情報とを比較し、両情報の内容が一致した場合に正常と判定してもよい。なお、動作状態が異常と判定した場合、コントローラ１４は、ネットワークＮを介してその旨を示すエラー情報をエンジニアリングツール１７に出力することで、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系に異常が発生した旨の報知を行う。

エンジニアリングツール１７は、制御システム１全体の管理や監視を行う情報処理装置であって、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークＮを介して、コントローラ１４に接続されている。エンジニアリングツール１７の操作者は、ネットワークＮを介して、コントローラ１４が備えるデータテーブル等の情報にアクセスし、当該情報を参照したり編集したりすることが可能となっている。また、エンジニアリングツール１７は、コントローラ１４からエラー情報が入力された場合に、図示しない表示装置や音声出力装置にエラー出力を行うことで、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系に異常が発生した旨を、制御システム１の管理者に報知する。

次に、図３を参照して、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作状態を確認する際の処理について説明する。ここで、図３は、本実施形態の制御システム１が行う動作状態判定処理の手順を説明するためのシーケンス図である。なお、同図では、入力側Ｉ／Ｏ部１２、インタフェース部１３、エンジニアリングツール１７の動作については、説明を省略している。

まず、プラント内のセンサで取得されたセンサ値が、入力端子部１１（入力側Ｉ／Ｏ部１２及びインタフェース部１３）を介して、コントローラ１４に入力される（ステップＳ１１）。コントローラ１４は、入力されたセンサ値に基づき、当該センサ値に応じた制御情報を生成すると（ステップＳ１２）、インタフェース部１３を介して出力側Ｉ／Ｏ部１５に出力する（ステップＳ１３、Ｓ１４）。

出力側Ｉ／Ｏ部１５では、稼動系の第１Ｉ／Ｏ部１５ａが、コントローラ１４から入力された制御情報を、出力端子部１６に出力する（ステップＳ１５）。出力端子部１６は、出力側Ｉ／Ｏ部１５の稼動系から入力された制御情報を、プラント内のアクチュエータに出力する（ステップＳ１６）。

また、待機系である第２Ｉ／Ｏ部１５ｂは、入力された制御情報をテスト情報とし、出力端子部１６に出力する（ステップＳ１７）。出力端子部１６は、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系から入力されたテスト情報を、入力端子部１１を介してコントローラ１４に入力する（ステップＳ１８、Ｓ１９）。

コントローラ１４では、入力されたテスト情報に基づき、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作状態が正常か否かを判定する（ステップＳ２０）。ここで、待機系の動作状態が異常と判定した場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、コントローラ１４は、ネットワークＮを介して、その旨を示すエラー情報をエンジニアリングツール１７に出力することで報知を行う（ステップＳ２１）。一方、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作状態が正常と判定した場合には（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、報知は行わず、次のセンサ値が入力されるまで待機する。

なお、ステップＳ２０の動作状態の判定は、テスト情報を受け付ける毎に行う形態としてもよいし、所定の時間間隔毎（例えば、数時間毎やテスト情報を所定数分受け付ける毎）に行う形態としてもよい。

以下、本実施形態に係る出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の確認方法を、従来の確認方法と対比しながら説明する。

まず、図４及び図５を参照して、従来の確認方法について説明する。図４、図５は、本実施形態の出力側Ｉ／Ｏ部１５、出力端子部１６及び入力端子部１１の構成に対応する、従来の構成を示す図である。なお、出力側Ｉ／Ｏ部３１、出力端子部３２、入力端子部３３以外の構成については、図１と同様の構成を想定している。

図４に示すように、出力側Ｉ／Ｏ部３１は、稼動系である第１／Ｏ部３１ａと、待機系である第２Ｉ／Ｏ部３１ｂとで二重化されており、この第１／Ｏ部３１ａ及び第２Ｉ／Ｏ部３１ｂの各々に対し、経路Ｌ３１を介して制御情報が入力されるよう構成されている。

稼動系の第１／Ｏ部３１ａは、経路Ｌ３１を介して入力された制御情報を、経路Ｌ３２を介し出力端子部３２に出力する。出力端子部３２は、経路Ｌ３１を介して第１／Ｏ部３１ａから入力された制御情報を、経路Ｌ３３を介してプラント内に設けられた各種アクチュエータに出力する。

一方、待機系の第２Ｉ／Ｏ部３１ｂは、経路Ｌ３１を介して制御情報を受け付けるが、当該制御信号の出力は行わず、稼動系に異常が発生した場合に備えて、出力可能な状態で待機（ホットスタンバイ）する。

このように、従来の構成では、稼動系の動作時に、待機系の第２Ｉ／Ｏ部３１ｂの出力機能が正常であるか否かを確認することができない。そのため、従来の構成では、稼動系と待機系とを手動で切り替え、第２Ｉ／Ｏ部３１ｂを稼動系とすることで、当該第２Ｉ／Ｏ部３１ｂの出力機能を確認することになる。なお、確認する時期は、プラントが稼動していない定期点検時等に行うことが一般的である。

ここで、第２Ｉ／Ｏ部３１ｂの出力確認時の構成は図５のようになる。同図に示すように、第２Ｉ／Ｏ部３１ｂを稼動系として動作させ、第２Ｉ／Ｏ部３１ｂから経路Ｌ３４を介して制御情報を出力端子部３２に入力させる。また、この場合、出力端子部３２は、プラント（アクチュエータ等）と未接続の状態とし、経路Ｌ３４を介して第２Ｉ／Ｏ部３１ｂから入力された制御情報を、経路Ｌ３５を介して入力端子部３３に出力する。これにより、第２Ｉ／Ｏ部３１ｂから出力された制御情報は、入力端子部３３（入力側Ｉ／Ｏ部１２及びインタフェース部１３）を経由したコントローラ１４（図示せず）に入力され、当該コントローラ１４において第２Ｉ／Ｏ部３１ｂの動作状態（出力機能）が正常か否かが判定される。

しかしながら、上記従来の技術では、定期点検時等のプラントの非稼働時に、出力側Ｉ／Ｏ部３１の待機系の動作確認を行うための時間を確保する必要があるため、点検時間が増大する可能性があり、当該点検に要するコストが増加するという問題がある。さらに、出力側Ｉ／Ｏ部３１が設置されている場所は、プラント内のアクチュエータに近い位置となるため、出力側Ｉ／Ｏ部３１での切り替え作業には安全面でもリスクが伴う。

そこで、本実施形態の制御システム１では、図１及び図２に示した構成を採用することで、上記従来技術の問題点を解消する。

具体的に、本実施形態の制御システム１では、図３のシーケンス図で示したように、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系では、コントローラ１４から入力された制御情報を、テスト情報として出力端子部１６に出力し、出力端子部１６は、センサ値の入力経路（入力端子部１１→入力側Ｉ／Ｏ部１２→インタフェース部１３）を用いて、テスト情報をコントローラ１４に入力する。そして、コントローラ１４では、入力されるテスト情報に基づき、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作状態、つまり出力機能の状態が正常か否かを常時又は定期的に監視する。

これにより、本実施形態の制御システム１では、上記した従来の技術と比較し、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の動作確認に要する時間を短縮することができるため、待機系の動作確認を効率的に行うことが可能である。さらに、アクチュエータに近い位置で作業する期間も短縮することができるため、安全面においてもリスクを軽減することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、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。上記実施形態は、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、追加等を行うことができる。また、上記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。

例えば、上記実施形態では、二重化構成された出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系の状態をコントローラ１４で確認する形態としたが、当該確認を他の装置で行う場合には、この他の装置宛に待機系から出力されるテスト情報を出力する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、出力側Ｉ／Ｏ部１５の待機系は、コントローラ１４から入力される制御情報をテスト情報として当該コントローラ１４に戻す形態としたが、これに限らず、制御情報に動作確認用の情報を含めそれをテスト情報としてコントローラ１４に出力する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、出力側Ｉ／Ｏ部１５を二重化構成の対象としたが、これに限らず、他の装置を二重化構成の対象としてもよい。例えば、入力側Ｉ／Ｏ部１２を二重化構成とした場合には、待機系から出力されるセンサ値をテスト情報として、当該待機系の状態確認を行う装置（例えば、コントローラ１４）に出力する形態としてもよい。

１ 制御システム
１１ 入力端子部
１２ 入力側Ｉ／Ｏ部
１３ インタフェース部
１４ コントローラ
１５ 出力側Ｉ／Ｏ部
１５ａ 第１Ｉ／Ｏ部
１５ｂ 第２Ｉ／Ｏ部
１６ 出力端子部
１６１ 出力先切替部
１７ エンジニアリングツール

Claims (7)

1. 第１装置から入力される第１情報に応じた第２情報を、当該第２情報を使用する第２装置に出力する稼動系入出力手段と、
   前記第１情報に応じた第２情報をテスト情報として出力するとともに、前記稼動系入出力手段の異常発生時に当該稼動系入出力手段として動作する待機系入出力手段と、
   前記テスト情報に基づいて前記待機系入出力手段の動作状態を判定する判定手段と、
   を備える二重化装置。
2. 前記第１装置が前記判定手段を備え、
   前記待機系入出力手段は、前記テスト情報を前記第１装置に出力する請求項１に記載の二重化装置。
3. 前記第１装置は、プラント内のアクチュエータを制御するコントローラであって、当該プラントを制御するための制御情報を前記第１情報として出力し、
   前記稼動系入出力手段は、前記コントローラから出力された制御情報を前記第２情報として、前記アクチュエータに出力する請求項１又は２に記載の二重化装置。
4. 前記プラント内のセンサ装置で取得されたセンサ値を、前記コントローラに入力する入力経路を更に備え、
   前記コントローラは、前記センサ値に応じた制御情報を出力し、
   前記待機系入出力手段は、前記入力経路を介して前記テスト情報を出力する請求項１〜３の何れか一項に記載の二重化装置。
5. 前記判定手段は、前記動作状態が異常と判定した場合に報知を行う請求項１〜４の何れか一項に記載の二重化装置。
6. 前記待機系入出力手段は、前記稼動系入出力手段との間で通信を行い、当該稼動系入出力手段との通信に異常が生じた場合に、前記稼動系入出力手段として動作する請求項１〜５の何れか一項に記載の二重化装置。
7. 前記待機系入出力手段の動作の切り替えに応じて、当該待機系入出力手段の出力先を前記第２装置に切り替える切替手段を更に備える請求項１〜６の何れか一項に記載の二重化装置。

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