JP2016184291A - ロジック実行装置及び設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のネットワークモジュールを設けることができるロジック実行装置及び設定方法を提供することである。【解決手段】実施形態のロジック実行装置は、第一の演算処理モジュールと、第二の演算処理モジュールと、第一の通信モジュールと、第二の通信モジュールとを持つ。第一の通信モジュールは、前記第一の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられる。第二の通信モジュールは、前記第二の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられる。前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールは、いずれもループ型ネットワークを介して通信可能である。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、ロジック実行装置及び設定方法に関する。

従来、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）と複数の機器とを通信可能に接続し、ＰＬＣによって各機器の情報を取得するシステムが提供されている。ＰＬＣと各機器とを接続する通信路の形態としては、可用性を高めることを目的としてループ型ネットワークが用いられることがある。このような場合、ループ型ネットワークに接続するためのネットワークモジュールがＰＬＣに設けられる。
しかしながら、ＰＬＣをはじめとするロジック実行装置では、設計上の理由により、複数のネットワークモジュールを設けることができない場合があった。

特許第２５００８６５号公報 特許第４４１９６１７号公報 特許第３７７００１６号公報

本発明が解決しようとする課題は、複数のネットワークモジュールを設けることができるロジック実行装置及び設定方法を提供することである。

実施形態のロジック実行装置は、第一の演算処理モジュールと、第二の演算処理モジュールと、第一の通信モジュールと、第二の通信モジュールとを持つ。第一の通信モジュールは、前記第一の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられる。第二の通信モジュールは、前記第二の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられる。前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールは、いずれもループ型ネットワークを介して通信可能である。

設備監視システム１００のシステム構成を表す図である。 ロジック実行装置１０の機能の概略を示すブロック図である。 ロジック実行装置１０及び通信装置２０のネットワークモジュールのメモリ領域の概略を示す図である。 ロジック実行装置１０のネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２が情報を書き込むメモリ領域を示す図である。 従来のＰＬＣがネットワークモジュールを二重化して構成された場合のメモリ領域の例を示す図である。 現用系のＣＰＵモジュールの動作例を示すフローチャートである。 設備監視システム１００の変形例を示す図である。 ロジック実行装置１０の変形例の機能の概略を示すブロック図である。 変形例における現用系のＣＰＵモジュールの動作例を示すフローチャートである。

以下、実施形態のロジック実行装置及び設定方法を、図面を参照して説明する。
実施形態のロジック実行装置は、設備監視システムに設置される。図１は、設備監視システム１００のシステム構成を表す図である。設備監視システム１００は、ロジック実行装置１０、複数の通信装置２０（２０−１〜２０−３）、ループ型ネットワーク３０及び複数の検知装置４０を備える。設備監視システム１００は、所定の目的のために設置された設備を監視する。例えば、設備監視システム１００は、上下水道処理設備を監視対象としてもよい。

ロジック実行装置１０は、例えばＰＬＣ等の制御装置である。ロジック実行装置１０は、実行対象のプログラムによって定められたロジックを一つ一つ順に実行する。ロジック実行装置１０が実行するロジックは、ロジック実行装置１０の記憶装置に予め記憶されている。

ロジック実行装置１０は、ループ型ネットワーク３０を介して複数の通信装置２０と通信できる。ロジック実行装置１０は、不図示の広域ネットワークを介して他の装置（例えば遠隔地に設置された上下水道処理設備の装置）と通信してもよい。ロジック実行装置１０は、不図示の構内ネットワークを介して他の装置（例えば管理サーバや他のロジック装置）と通信してもよい。

通信装置２０は、通信モジュール及びメモリを備える。通信装置２０は、ループ型ネットワーク３０を介してロジック実行装置１０と通信できる。通信装置２０は、ループ型ネットワーク３０とは異なるネットワークを介して検知装置４０と通信可能に接続されている。通信装置２０は、検知装置４０によって検知された事象に関する信号を受信し、受信された信号をロジック実行装置１０に中継する。

ループ型ネットワーク３０では、信号が流れる方向は一方向に限定されず、信号が双方向に流れる。すなわち、ループ型ネットワーク３０では、経路の一部で障害が生じた場合、それまでとは逆の方向に信号が流れることによって、障害箇所を迂回して正常に信号を伝達することが可能となる。

検知装置４０は、監視対象の設備において変動する値（例えば、水位、気温、気圧、人の有無、障害の有無）を表す情報を取得する。検知装置は、例えば水位センサ、気温センサ、気圧センサ、人感センサ、障害検知センサ等のセンサである。検知装置４０は、取得された情報を示す信号を通信装置２０に送信する。

図２は、ロジック実行装置１０の機能の概略を示すブロック図である。ロジック実行装置１０は、第一ベースユニット１１０、第二ベースユニット１２０及び拡張ベースユニット１３０を備える。第一ベースユニット１１０、第二ベースユニット１２０及び拡張ベースユニット１３０は、いずれもＰＬＣのベースユニットである。ベースユニットは、電源モジュール、ＣＰＵモジュール等が装着される装置である。

第一ベースユニット１１０及び拡張ベースユニット１３０は、一つのユニットとして構成される。第一ベースユニット１１０及び拡張ベースユニット１３０には第一電源系統１４０が接続される。第一ベースユニット１１０及び拡張ベースユニット１３０は、第一電源系統１４０から供給される電力で動作する。第一ベースユニット１１０は、拡張ベースユニット１３０と拡張ケーブル１７０で接続されている。

第一ベースユニット１１０は、ＣＰＵモジュール１１１（演算処理モジュール）及びネットワークモジュール１１２（通信モジュール）を備える。ＣＰＵモジュール１１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリを搭載したモジュールである。ＣＰＵモジュール１１１は、予め設定されているプログラムを実行する。ネットワークモジュール１１２は、ループ型ネットワークに対応可能な通信インタフェースである。ネットワークモジュール１１２は、ループ型ネットワーク３０を介して他の装置（通信装置２０）と通信する。

第二ベースユニット１２０は、第一ベースユニット１１０及び拡張ベースユニット１３０とは異なるユニットとして構成される。ロジック実行装置１０は、第一ベースユニット１１０及び拡張ベースユニット１３０を収納した筐体と、第二ベースユニット１２０を収納した筐体との二つの筐体で構成されてもよい。第二ベースユニットには第二電源系統１５０が接続される。第二ベースユニット１２０は、第二電源系統１５０から供給される電力で動作する。第二電源系統１５０は、第一電源系統１４０とは異なる電源系統である。第二ベースユニット１２０は、拡張ベースユニット１３０と拡張ケーブル１８０で接続されている。

第二ベースユニット１２０は、ＣＰＵモジュール１２１（演算処理モジュール）及びネットワークモジュール１２２（通信モジュール）を備える。ＣＰＵモジュール１２１は、ＣＰＵを搭載したモジュールである。ＣＰＵモジュール１２１は、予め設定されているプログラムを実行する。第二ベースユニット１２０のＣＰＵモジュール１２１は、第一ベースユニット１１０のＣＰＵモジュール１１１とトラッキングケーブル等のケーブル１６０で通信可能に接続されている。ネットワークモジュール１２２は、ループ型ネットワークに対応可能な通信インタフェースである。ネットワークモジュール１２２は、ループ型ネットワーク３０を介して他の装置（通信装置２０）と通信する。第二ベースユニット１２０のネットワークモジュール１２２は、第一ベースユニット１１０のネットワークモジュール１１２と同じループ型ネットワーク３０に接続される。

拡張ベースユニット１３０は、各種の拡張モジュールを備える。拡張ベースユニット１３０にはどのような拡張モジュールが備えられてもよい。

ロジック実行装置１０は、第一ベースユニット１１０及び第二ベースユニット１２０を備えることによって冗長化されている。すなわち、第一ベースユニット１１０及び第二ベースユニット１２０のいずれか一方が現用系として動作し、他方が冗長系として動作する。現用系と冗長系との切替処理は、例えば現用系として動作しているＣＰＵモジュールによって実行される。

ＣＰＵモジュールは、予め定められた切替条件が満たされると切替処理を実行する。切替条件は、例えば現用系のＣＰＵモジュールに障害が生じたことであってもよい。切替条件は、例えば現用系のベースユニットに接続された電源系統から電力が供給されなくなることであってもよい。切替条件は、例えば現用系のベースユニットに設けられたネットワークモジュールに障害が生じたことであってもよい。切替条件は、例えば現用系のベースユニットに設けられた複数のネットワークモジュールのうちいずれか一つのネットワークモジュールに障害が生じたことであってもよい。

現用系のＣＰＵモジュールは、冗長系のＣＰＵモジュールのメモリに対し、現用系のＣＰＵモジュールのメモリと記憶内容の同期をとる。例えば、現用系のＣＰＵモジュールは、自装置のメモリの記憶内容における変更を、ケーブル１６０を介して冗長系のＣＰＵモジュールのメモリに対して反映させる。このような処理により、切替処理によって新たに現用系となるＣＰＵモジュールのメモリの記憶内容を、それまで現用系であったＣＰＵモジュールの記憶内容と同一にすることが可能となる。

図３は、ロジック実行装置１０及び通信装置２０のネットワークモジュールのメモリ領域の概略を示す図である。ロジック実行装置１０及び通信装置２０のネットワークモジュールには、ループ型ネットワーク３０を介して他の装置によって情報が書き込まれるメモリ領域が設けられている。ロジック実行装置１０に関しては、ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２が、上記のメモリ領域を有するメモリをそれぞれ備えている。

例えば、１２８バイトの容量を有する複数のメモリ領域が、第一エリア６１、第二エリア６２、第三エリア６３、第四エリア６４、第五エリア６５として設けられる。第一エリア６１は、ロジック実行装置１０のネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２が情報を書き込むメモリ領域である。第二エリア６２は、第一通信装置２０−１が情報を書き込むメモリ領域である。第三エリア６３は、第二通信装置２０−２が情報を書き込むメモリ領域である。第四エリア６４は、第三通信装置２０−３が情報を書き込むメモリ領域である。

図４は、ロジック実行装置１０のネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２が情報を書き込むメモリ領域を示す図である。図４（Ａ）は、ネットワークモジュール１１２が情報を書き込むメモリ領域を示す図である。図４（Ａ）において、ネットワークモジュール１１２が情報を書き込むメモリ領域は、他のメモリ領域と異なる態様で示されている。図４（Ｂ）は、ネットワークモジュール１２２が情報を書き込むメモリ領域を示す図である。図４（Ｂ）において、ネットワークモジュール１２２が情報を書き込むメモリ領域は、他のメモリ領域と異なる態様で示されている。

図５は、従来のＰＬＣがネットワークモジュールを二重化して構成された場合のメモリ領域の例を示す図である。図５（Ａ）は、従来のＰＬＣの第一のネットワークモジュールが情報を書き込むメモリ領域を示す図である。図５（Ａ）において、従来のＰＬＣの第一のネットワークモジュールが情報を書き込むメモリ領域は、他のメモリ領域と異なる態様で示されている。図５（Ｂ）は、従来のＰＬＣの第二のネットワークモジュールが情報を書き込むメモリ領域を示す図である。図５（Ｂ）において、従来のＰＬＣの第二のネットワークモジュールが情報を書き込むメモリ領域は、他のメモリ領域と異なる態様で示されている。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、従来のＰＬＣでは、二重化されている各ネットワークモジュール（第一のネットワークモジュール及び第二のネットワークモジュール）は、異なるメモリ領域（例えば第一エリア６１と第五エリア６５）に情報を書き込む。その理由は、たとえ同じＰＬＣに設けられたネットワークモジュールであったとしても、異なるネットワークモジュールが同一のメモリ領域に情報を書き込まないように設計することが一般的だったためである。

一方、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるように、ロジック実行装置１０では、二重化されている各ネットワークモジュール（ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２）は、同一のメモリ領域（例えば第一エリア６１）に情報を書き込む。そのため、現用系と冗長系とが切り替わった後であっても、新たに現用系となったネットワークモジュールがそれまで現用系として動作していたネットワークモジュールと同様に動作することが可能となる。そのため、情報が欠落してしまう可能性を低減し、切り替えに要する時間を短縮することが可能となる。

図６は、現用系のＣＰＵモジュールの動作例を示すフローチャートである。まず、現用系のＣＰＵモジュールは、切替条件が満足されたか否か判定する（ステップＳ１０１）。切替条件を満たす事象が生じていない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）、切替処理は行われない。一方、切替条件を満たす事象が生じた場合（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、現用系のＣＰＵモジュールは、冗長系が正常であるか否か判定する（ステップＳ１０２）。冗長系が正常でない場合（ステップＳ１０２−ＮＯ）、切替処理は行われない。一方、冗長系が正常である場合（ステップＳ１０２−ＹＥＳ）、現用系のＣＰＵモジュールはＣＰＵの切替処理を実行する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵの切替処理が実行された後、ネットワークモジュールの切替処理が実行される（ステップＳ１０４）。

ロジック実行装置１０では、複数のＣＰＵモジュールがそれぞれ異なる電源系統に接続されて設けられている。このように、ロジック実行装置１０ではＣＰＵの二重化（冗長化）が実現されている。また、ロジック実行装置１０では、複数のネットワークモジュールがそれぞれ異なる電源系統に接続されて設けられている。各ネットワークモジュールは、拡張ベースユニット１３０ではなく、ＣＰＵモジュールが設けられたベースユニットと同じベースユニットに設けられている。そのため、拡張ベースユニットを一台のロジック実行装置１０に一つしか設けられないような制約が存在する場合であっても、ネットワークモジュールを二重化することが可能である。したがって、一つのネットワークモジュールに障害が生じてしまった場合であっても、ロジック実行装置１０がループ型ネットワーク３０を介して他の装置と通信を継続することが可能となる。

また、ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２は、２本のケーブルが接続されている箇所のステータスを監視する。この監視により、ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１２２は、片系が切断された場合に切断の発生を検出する。そのため、ループ型ネットワーク３０においてケーブル切断等の障害によりバス型伝送になった場合、異常を迅速に検出することが可能となる。

図７は、設備監視システム１００の変形例を示す図である。変形例の設備監視システムでは、ロジック実行装置１０に対し、複数のループ型ネットワークが接続されている。具体的には、ロジック実行装置１０は、ループ型ネットワーク３０及びループ型ネットワーク５０に接続されている。そのため、ロジック実行装置１０の第一ベースユニット１１０及び第二ベースユニット１２０は、それぞれ複数のネットワークモジュールを備える。一つのネットワークモジュールが、一つのループ型ネットワークに接続される。このように構成された場合、現用系のベースユニットにおけるいずれか一つのネットワークモジュールに障害が生じた際に、たとえ他のネットワークモジュールやＣＰＵモジュールに障害が生じていなくとも、正常に動作する冗長系への切替が行われてもよい。

図８は、ロジック実行装置１０の変形例の機能の概略を示すブロック図である。変形例におけるロジック実行装置１０の第一ベースユニット１１０及び第二ベースユニット１２０は、それぞれ複数のネットワークモジュールを備える。図８の例では、第一ベースユニット１１０は、ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１１３を備える。第二ベースユニット１２０は、ネットワークモジュール１２２及びネットワークモジュール１２３を備える。ネットワークモジュール１１３及びネットワークモジュール１２３は、ループ型ネットワーク３１に接続される。ループ型ネットワーク３０とループ型ネットワーク３１とは異なるネットワークである。ネットワークモジュール１１２及びネットワークモジュール１１３は、同じデータをそれぞれのループ型ネットワークに送出する。ネットワークモジュール１２２及びネットワークモジュール１２３は、同じデータをそれぞれのループ型ネットワークに送出する。

図９は、変形例における現用系のＣＰＵモジュールの動作例を示すフローチャートである。まず、現用系のＣＰＵモジュールは、切替条件が満足されたか否か判定する（ステップＳ１０１）。以下の説明では、切替条件は現用系のネットワークモジュールに異常が生じていることである。切替条件を満たす事象が生じていない場合（ステップＳ１０１−ＮＯ）、すなわち現用系のネットワークモジュールに異常が生じていない場合、切替処理は行われない。一方、切替条件を満たす事象が生じた場合（ステップＳ１０１−ＹＥＳ）、すなわち現用系のネットワークモジュールに異常が生じている場合、現用系のＣＰＵモジュールは、冗長系のＣＰＵモジュールが正常であるか否か判定する（ステップＳ２０１）。冗長系のＣＰＵモジュールが正常でない場合（ステップＳ２０１−ＮＯ）、切替処理は行われない。一方、冗長系のＣＰＵモジュールが正常である場合（ステップＳ２０１−ＹＥＳ）、現用系のＣＰＵモジュールは、１枚のネットワークモジュールに異常が生じていることで切替を行うことを示す設定（以下、「１枚異常時切替設定」という。）が有効になっているか否か判定する（ステップＳ２０２）。１枚異常時切替設定が有効になっている場合（ステップＳ２０２−ＹＥＳ）、現用系のＣＰＵモジュールはＣＰＵの切替処理を実行する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵの切替処理が実行された後、ネットワークモジュールの切替処理が実行される（ステップＳ１０４）。

ステップＳ２０２の処理において、１枚異常時切替設定が有効になっていない場合（ステップＳ２０２−ＮＯ）、現用系のＣＰＵモジュールは、現用系の２枚のネットワークモジュールに異常が生じているか否か判定する（ステップＳ２０３）。現用系の２枚のネットワークモジュールに異常が生じていない場合（ステップＳ２０３−ＮＯ）、ＣＰＵの切替処理は実行されない。一方、現用系の２枚のネットワークモジュールに異常が生じている場合（ステップＳ２０３−ＹＥＳ）、現用系のＣＰＵモジュールはＣＰＵの切替処理を実行する（ステップＳ１０３）。ＣＰＵの切替処理が実行された後、ネットワークモジュールの切替処理が実行される（ステップＳ１０４）。

このように構成されることにより、４系統（第１ベースユニット１１０のＣＰＵモジュール１１１配下のネットワークモジュール１１２及び１１３と、第２ベースユニット１２０のＣＰＵモジュール１２１配下のネットワークモジュール１２２及び１２３）を有効に使用することが可能となる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、ＣＰＵモジュールと同じベースモジュールにネットワークモジュールを設けることにより、複数のネットワークモジュールを一台のロジック実行装置に設けることができる。

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同様に、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ものである。

１０…ロジック実行装置、１１０…第一ベースユニット、１１１…ＣＰＵモジュール、１１２…ネットワークモジュール、１２０…第二ベースユニット、１２１…ＣＰＵモジュール、１２２…ネットワークモジュール、１３０…拡張ベースユニット、１４０…第一電源系統、１５０…第二電源系統、２０…通信装置、３０…ループ型ネットワーク

Claims (4)

1. 第一の演算処理モジュールと、
   第二の演算処理モジュールと、
   前記第一の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられた第一の通信モジュールと、
   前記第二の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられた第二の通信モジュールと、を備え、
   前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールは、いずれもループ型ネットワークを介して通信可能である、ロジック実行装置。
2. 前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールは、前記ループ型ネットワークを介して通信する他の通信装置の通信モジュールに設けられたメモリに情報を書き込む場合に、同一のメモリ領域に前記情報を書き込む、請求項１に記載のロジック実行装置。
3. 前記第一の演算処理モジュール及び前記第一の通信モジュールは、第一の電源系統から供給される電力で動作し、
   前記第二の演算処理モジュール及び前記第二の通信モジュールは、第一の電源系統とは異なる第二の電源系統から供給される電力で動作する、請求項１又は２に記載のロジック実行装置。
4. 第一の演算処理モジュールと、第二の演算処理モジュールと、前記第一の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられた第一の通信モジュールと、前記第二の演算処理モジュールと同一のベースユニットに設けられた第二の通信モジュールと、を備え、前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールは、いずれもループ型ネットワークを介して通信可能であるロジック実行装置において、
   前記第一の通信モジュール及び前記第二の通信モジュールに対し、前記ループ型ネットワークを介して通信する他の通信装置の通信モジュールに設けられたメモリに情報を書き込む場合に、同一のメモリ領域に前記情報を書き込むように設定するステップ、を有する設定方法。

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