JP2019079458A - Process controller - Google Patents

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康宏 中島
裕志 瀬和居
Hiroshi Sewai
裕志 瀬和居
勝広 増野
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勝広 増野
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英夫 深井
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Shohei Yamanami
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Abstract

To shorten a cycle of communication between a controller and an input and output module connected to an external field device to achieve higher speed and higher accuracy in control in a process controller.SOLUTION: An analog input part 24, an analog output part 25, a digital input part 26, and a digital output part 27, which have conventionally been divided into different modules, are collected in one input and output module 2, and an input and output control part 22 is in charge of output data distribution and input data collection. Output data is loaded on down data delivered from a controller unit 1 as a master device to the input and output module 2 as a slave device, and input data is loaded on up data returned from the input and output module 2 to the controller unit 1 in response thereto. Consequently, input and output signals can be updated through one reciprocate communication, permitting achievement of higher speed and higher accuracy in control.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、工業プラント等の制御を行うためのプロセス制御装置に関し、さらに詳しくは、DCS(distributed control system:分散形制御システム)やPLC(programmable logic controller)のような、プログラム可能なコントローラを用いてフィールド機器を制御するプロセス制御装置に関する。   The present invention relates to a process control apparatus for controlling an industrial plant or the like, and more specifically, using a programmable controller such as a distributed control system (DCS) or a programmable logic controller (PLC). Process control apparatus for controlling field devices.

工場、発電施設、ゴミ焼却施設、水処理施設等におけるプラント設備では、様々な種類の多数のフィールド機器(圧力計、温度計、流量計、モータ、電磁リレーなど)を一括して制御するために、プログラム可能なコントローラユニットを中心とするプロセス制御装置が広く用いられている。
図3は特許文献1、2等に記載の分散形制御システムにおける一つのプロセス制御装置の概略ブロック構成図である。
In plant facilities in factories, power generation facilities, refuse incineration facilities, water treatment facilities, etc., to control a large number of various types of field devices (pressure gauge, thermometer, flow meter, motor, electromagnetic relay, etc.) collectively Process controllers centered on programmable controller units are widely used.
FIG. 3 is a schematic block diagram of one process control device in the distributed control system described in Patent Documents 1 and 2 and the like.

この制御装置は、LAN等のネットワーク回線107を介して図示しないオペレータコンソールに接続されるコントローラユニット100と、それぞれフィールド機器106が接続されるアナログ入力モジュール101、アナログ出力モジュール102、デジタル入力モジュール103、及びデジタル出力モジュール104と、入出力信号線の集まりであるバスを備えるベースラック105と、を含む。コントローラユニット100は各種の演算処理を実行するために、CPU、ROM、RAM等を備えるマイクロコンピュータ(以下、慣用に従って「マイコン」と略す)を含む。また、アナログ入力モジュール101は、図4に示すように、マイコン1011とアナログ入力部1012とを含む。他の入力又は出力モジュール102〜104も基本的にはこのアナログ入力モジュール101と同様の構成である。   The control device includes a controller unit 100 connected to an operator console (not shown) via a network line 107 such as a LAN, an analog input module 101 to which the field device 106 is connected, an analog output module 102, and a digital input module 103, respectively. And a digital output module 104, and a base rack 105 provided with a bus that is a collection of input and output signal lines. The controller unit 100 includes a microcomputer (hereinafter, abbreviated as a "microcomputer" according to common use) including a CPU, a ROM, a RAM, and the like to execute various arithmetic processing. Further, as shown in FIG. 4, the analog input module 101 includes a microcomputer 1011 and an analog input unit 1012. The other input or output modules 102 to 104 basically have the same configuration as this analog input module 101.

コントローラユニット100、アナログ入力モジュール101、アナログ出力モジュール102、デジタル入力モジュール103、及びデジタル出力モジュール104は、それぞれベースラック105に装着され、ベースラック105に設けられているバスを介して、各入力又は出力モジュール101〜104とコントローラユニット100との間の通信が行われる。なお、フィールド機器106には、非特許文献1に開示されているような、圧力計、流量計、指示計などの機器のほか、モータ、電磁リレー、各種のセンサスイッチなど様々な機器が含まれる。図3では、一つの入力又は出力モジュール101〜104にそれぞれ一つずつのフィールド機器106が接続されているが、実際には、一つの入力又は出力モジュール101〜104に多数(例えば16個或いは64個など)のフィールド機器106を接続することが可能である。   The controller unit 100, the analog input module 101, the analog output module 102, the digital input module 103, and the digital output module 104 are attached to the base rack 105, and each input or each signal is connected via a bus provided in the base rack 105. Communication between the output modules 101-104 and the controller unit 100 is performed. The field device 106 includes various devices such as a motor, an electromagnetic relay, and various sensor switches, as well as devices such as a pressure gauge, a flow meter, and an indicator as disclosed in Non-Patent Document 1 . In FIG. 3, one field device 106 is connected to one input or output module 101 to 104, but in practice, a large number (for example, 16 or 64) can be connected to one input or output module 101 to 104. Etc.) can be connected.

この制御装置では、ベースラック105に設けられているバスを介して、コントローラユニット100がマスタ機、各入力又は出力モジュール101〜104がそれぞれスレーブ機となるマスタ−スレーブ方式の通信が行われる。その通信によって、各入力モジュール101、103に接続されているフィールド機器106で収集された入力データが該入力モジュール101、103からコントローラユニット100に送られる。また逆に、コントローラユニット100から各出力モジュール102、104に送られた出力データに基づいて、該出力モジュール102、104はそれに接続されているフィールド機器106を制御したり駆動したりする。   In this control device, communication of a master-slave system in which the controller unit 100 is a master unit and each input or output module 101 to 104 is a slave unit is performed via a bus provided in the base rack 105. By the communication, input data collected by the field device 106 connected to each input module 101, 103 is sent from the input module 101, 103 to the controller unit 100. Conversely, based on the output data sent from the controller unit 100 to each of the output modules 102, 104, the output modules 102, 104 control or drive the field device 106 connected thereto.

上述したように、各入力又は出力モジュール101〜104にはそれぞれ複数のフィールド機器106を接続することが可能であるが、その数は制御対象であるプラント設備の構成によって様々である。コントローラユニット100と各入力又は出力モジュール101〜104との間でやりとりされるデータの量は、各入力又は出力モジュール101〜104に接続されるフィールド機器106の数によって異なる。したがって、入力又は出力モジュール101〜104に接続されるフィールド機器106の数が多い場合には、コントローラユニット100と各入力又は出力モジュール101〜104との間での信号の送受の周期を長く設定する必要がある。一方、入力又は出力モジュール101〜104に接続されるフィールド機器106の数が少ない場合であっても、コントローラユニット100と各入力又は出力モジュール101〜104との間で4往復の信号の送受を行う必要がある。1往復の信号の送受に必要な時間はバスに接続されるモジュールの種類によって異なるものの、例えば1往復の信号の送受に平均で10msecの時間を要する場合、通信周期はその時間の4倍の40msecとなる。即ち、40msec周期でしか信号の更新を行うことができない。   As described above, it is possible to connect a plurality of field devices 106 to each of the input or output modules 101 to 104, but the number may vary depending on the configuration of plant equipment to be controlled. The amount of data exchanged between the controller unit 100 and each input or output module 101-104 depends on the number of field devices 106 connected to each input or output module 101-104. Therefore, when the number of field devices 106 connected to the input or output modules 101 to 104 is large, the cycle of transmission and reception of signals between the controller unit 100 and each input or output module 101 to 104 is set long. There is a need. On the other hand, even when the number of field devices 106 connected to the input or output modules 101 to 104 is small, four reciprocation of signals is performed between the controller unit 100 and each input or output module 101 to 104. There is a need. The time required to send and receive one round trip signal varies depending on the type of module connected to the bus, but if, on the average, it takes 10 msec to send and receive one round trip signal, the communication cycle is 40 msec It becomes. That is, the signal can be updated only in a 40 msec cycle.

一般に、プラント設備等における温度センサや流量センサなどによる検出信号の時間的な変動は比較的緩慢であるため、従来は上述したような信号更新の周期の長さは殆ど問題とならなかった。これに対し、近年は、こうしたプロセス制御装置による監視制御対象が広がっており、例えば鉄鋼製造プロセス等における監視制御では、通常速度での制御に加え、より高速である監視処理が要求されるようになってきている。   Generally, the temporal variation of detection signals by temperature sensors, flow sensors, etc. in plant equipment etc. is relatively slow, so conventionally, the length of the signal update cycle as described above has hardly been a problem. On the other hand, in recent years, the monitoring and control targets by such process control devices have been expanded, and for example, in monitoring control in steel manufacturing processes etc., in addition to control at normal speed, higher speed monitoring processing is required. It has become to.

特開2005−148802号公報(図1)Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-148802 (FIG. 1) 特開2007−233930号公報(図1)Unexamined-Japanese-Patent No. 2007-233930 (FIG. 1)

「フィールドトップ 製品情報」、[online]、横河電機株式会社、[平成29年7月24日検索]、インターネット<URL: https://www.yokogawa.co.jp/fld/top/fld-top-jp.htm>"Field top product information", [online], Yokogawa Electric Corporation, [search on July 24, 2017], Internet <URL: https://www.yokogawa.co.jp/fld/top/fld- top-jp.htm>

本発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その主たる目的は、コントローラユニットと入力モジュールや出力モジュールとの間の通信の周期を短縮し、高速・高精度の制御を行うことができるプロセス制御装置を提供することにある。   The present invention was made to solve the above problems, and its main object is to shorten the cycle of communication between the controller unit and the input module or output module, and to perform high-speed, high-precision control. Providing a process control device capable of

上記課題を解決するために成された本発明は、外部の一又は複数の入力用フィールド機器により収集された情報に基づく所定の演算を実行し、該演算の結果に基づいて外部の出力用フィールド機器を制御する又は駆動するプロセス制御装置であって、
a)制御のための演算処理を行う演算部と、後記入出力モジュールとの間の通信を制御する通信制御部と、を含むコントローラユニットと、
b)一又は複数のアナログ入力用フィールド機器からアナログ入力信号を収集するアナログ入力部と、一又は複数のアナログ出力用フィールド機器にアナログ出力信号を出力するアナログ出力部と、一又は複数のデジタル入力用フィールド機器からデジタル入力信号を収集するデジタル入力部と、一又は複数のデジタル出力用フィールド機器にデジタル出力信号を出力するデジタル出力部と、前記コントローラユニットとの間の通信を制御する通信制御部と、該通信制御部と前記アナログ入力部、前記アナログ出力部 、前記デジタル入力部、及びデジタル出力部との間に介挿され、該通信制御部を介して前記コントーラユニットから受け取った出力データをアナログ出力用フィールド機器及びデジタル出力用フィールド機器が利用可能な形式に変換しつつ分配する一方、前記アナログ入力部及び前記デジタル入力部を介してアナログ入力用フィールド機器及びデジタル入力用フィールド機器から受け取った入力データを前記コントローラユニットが処理可能な形式に変換しつつ集約する入出力制御部と、を含む入出力モジュールと、
c)前記コントローラユニット及び前記入出力モジュールがそれぞれ装着され、該コントローラユニットと該入出力モジュールとの間の通信のための信号線が集約されたベースラックと、
を備えることを特徴としている。
The present invention, which has been made to solve the above problems, executes a predetermined operation based on information collected by one or more external input field devices, and based on the result of the operation, an external output field Process control apparatus for controlling or driving equipment, comprising:
a) A controller unit that includes an operation unit that performs operation processing for control, and a communication control unit that controls communication with the post-entry output module;
b) An analog input unit that collects analog input signals from one or more analog input field devices, an analog output unit that outputs an analog output signal to one or more analog output field devices, and one or more digital inputs Control unit for controlling communication between a digital input unit for collecting digital input signals from a field device for the digital output, a digital output unit for outputting a digital output signal to one or more digital output field devices, and the controller unit And the communication control unit, the analog input unit, the analog output unit, the digital input unit, and the digital output unit, and the output data received from the controller unit via the communication control unit In the form that field devices for analog output and field devices for digital output can be used While distributing, while converting the input data received from the field device for analog input and the field device for digital input via the analog input unit and the digital input unit into a form that can be processed by the controller unit, the data is integrated An input / output module including an input / output control unit;
c) a base rack on which the controller unit and the input / output module are mounted, and signal lines for communication between the controller unit and the input / output module are integrated;
It is characterized by having.

本発明に係るプロセス制御装置では、それぞれ異なる形式(つまりはアナログ形式とデジタル形式)の信号を扱うアナログ入力部、アナログ出力部、デジタル入力部、及びデジタル出力部を、一つのモジュール(入出力モジュール)に集約している。そして、その一つの入出力モジュールにおいて、アナログ入力部やデジタル入力部を通してそれぞれ外部のフィールド機器から得られたデータと、アナログ出力部やデジタル出力部を通してそれぞれ外部のフィールド機器を制御したり駆動したりするためのデータとを、入出力制御部により集約したり分配したりする。したがって、ベースラックにおける通信線を介した、コントローラユニットの通信制御部と入出力モジュールの通信制御部との間の信号のやり取りによって、外部の一又は複数の入力用フィールド機器により収集された情報に基づく、外部の出力用フィールド機器の制御や駆動を行うことができる。   In the process control apparatus according to the present invention, an analog input unit, an analog output unit, a digital input unit, and a digital output unit that handle signals of different types (that is, analog format and digital format) are combined into one module (input / output module Aggregated to). Then, in one input / output module, data obtained from an external field device through an analog input unit or a digital input unit, and controlling or driving an external field device through an analog output unit or a digital output unit. The input / output control unit aggregates and distributes the data to be processed. Therefore, by exchanging signals between the communication control unit of the controller unit and the communication control unit of the input / output module via the communication line in the base rack, the information collected by one or more external input field devices is It is possible to control and drive external output field devices based on the above.

また本発明に係るプロセス制御装置では、好ましくは、前記コントローラユニット及び前記入出力モジュールそれぞれの通信制御部は、該コントローラユニットをマスタ機、該入出力モジュールをスレーブ機とした、マスタ−スレーブ方式による通信を行う構成とするとよい。   In the process control device according to the present invention, preferably, the communication control unit of each of the controller unit and the input / output module uses the controller unit as a master unit, and the input / output module as a slave unit. Communication may be performed.

具体的に、本発明に係るプロセス制御装置では、前記コントローラユニットから前記入出力モジュールへ送信される下りデータは、前記入出力モジュールの入出力制御部が前記アナログ出力部及び前記デジタル出力部を介してアナログ出力用フィールド機器及びデジタル出力用フィールド機器に出力される出力データを含み、
前記入出力モジュールが前記下りデータを受け取ったあとに、これに対応して前記コントローラユニットへ送信される上りデータは、前記入出力制御部が前記アナログ入力部及び前記デジタル入力部を通してアナログ入力用フィールド機器及びデジタル入力用フィールド機器から取得した入力データを含むものとすることができる。
Specifically, in the process control device according to the present invention, the downstream data transmitted from the controller unit to the input / output module is input / output control unit of the input / output module via the analog output unit and the digital output unit. Output data to be output to the field device for analog output and the field device for digital output,
Upstream data transmitted to the controller unit in response to the downstream data being received by the input / output module is converted into an analog input field through the analog input unit and the digital input unit by the input / output control unit. The input data acquired from the device and the field device for digital input may be included.

本発明に係るプロセス制御装置では、マスタ機であるコントローラユニットの通信制御部からスレーブ機である入出力モジュールに下りデータが送出され、これを受けた入出力モジュールの通信制御部はコントローラユニットへ上りデータを返信する。この1往復の信号のやり取りによって、コントローラユニットは演算部における制御演算に必要な入力データを取得することができ、入出力モジュールではその制御演算によって求まる制御値や指令値を目的とする出力用フィールド機器に与えることができる。   In the process control device according to the present invention, downlink data is sent from the communication control unit of the controller unit, which is the master unit, to the input / output module, which is the slave unit, and the communication control unit of the input / output module that received this goes up to the controller unit. Reply the data. The controller unit can acquire the input data necessary for the control operation in the operation unit by the exchange of the signal of one reciprocation, and the input / output module outputs the target field for the control value and the command value determined by the control operation. It can be given to the equipment.

なお、この場合、前記コントローラユニットから前記入出力モジュールへの下りデータの送信及びそれに続く該入出力モジュールから前記コントローラユニットへの上りデータの受信の一往復の送受信毎に、該入出力モジュールは各フィールド機器への出力信号を更新するとともに前記コントローラユニットは該入出力モジュールから各フィールド機器による入力信号を収集するとよい。   In this case, the input / output module transmits each downlink data from the controller unit to the input / output module and subsequently transmits / receives uplink data from the input / output module to the controller unit. The output signal to the field device may be updated and the controller unit may collect the input signal by each field device from the input / output module.

コントローラユニットの演算部による演算処理とコントローラユニットの通信制御部によるデータの送受信とは並行して行うことができるから、演算処理の周期(演算周期)とデータの送受信の周期(通信周期)とは非同期で構わない。もちろん、演算周期と通信周期とを同期させてもよい。   Since the arithmetic processing by the arithmetic unit of the controller unit and the transmission and reception of data by the communication control unit of the controller unit can be performed in parallel, the period of the arithmetic processing (arithmetic period) and the period of data transmission and reception (communication period) are It does not matter if it is asynchronous. Of course, the operation cycle and the communication cycle may be synchronized.

本発明に係るプロセス制御装置によれば、コントローラユニットと入出力モジュールとの間での信号の往復の回数を減らすことができる。コントローラユニットと入出力モジュールとの間での1往復の通信時間が例えば上述したように平均10msecと決まっている場合、フィールド機器の点数が少なく送受すべきデータ量が少なくても、1往復の信号の送受に平均で10msecの時間を要する。図3に示した構成の従来のプロセス制御装置では、入力用フィールド機器による入力データを受け取る一方、出力用フィールド機器を制御したり駆動したりするのに、上述したように少なくとも4往復の信号のやり取りが必要であるため、通信周期を40msecにしなければならない。それに対し、本発明に係るプロセス制御装置では、フィールド機器の点数が少なければ1往復の信号のやり取りで済む。そのため、出力用フィールド機器を制御する信号の更新や入力用フィールド機器から読み込む信号の更新の周期を短くすることができ、それによって制御の高速化や高精度化が可能となる。   According to the process control device according to the present invention, the number of signal round trips between the controller unit and the input / output module can be reduced. For example, when one round-trip communication time between the controller unit and the input / output module is determined to be, for example, 10 msec on average as described above, even if the number of points of the field device is small and the amount of data to be transmitted / received is small It takes an average of 10 msec to send and receive The conventional process control device configured as shown in FIG. 3 receives at least four round trip signals as described above to control and drive the output field device while receiving input data from the input field device. Since communication is required, the communication cycle must be 40 msec. On the other hand, in the process control device according to the present invention, only one round trip signal exchange is required if the number of field devices is small. Therefore, it is possible to shorten the cycle of updating the signal for controlling the output field device and updating the signal read from the input field device, thereby making it possible to increase the speed and accuracy of the control.

また従来のプロセス制御装置では、使用するフィールド機器の点数が少ない場合であっても複数の入力用又は出力用モジュールを使用する必要があった。それに対し本発明に係るプロセス制御装置によれば、フィールド機器の点数が少なくてもよい場合には、一つの入出力用モジュールを使用すればよいので、装置を小型化、軽量化することができる。それによって、従来装置では導入が困難であったような小規模な設備にも、プロセス制御装置を導入することができるようになる。   Further, in the conventional process control device, even when the number of field devices to be used is small, it is necessary to use a plurality of input or output modules. On the other hand, according to the process control device according to the present invention, when it is possible to use a single input / output module when the number of field devices may be small, the device can be made smaller and lighter. . As a result, the process control device can be introduced also to small-scale equipment that has been difficult to introduce by conventional devices.

本発明の一実施例によるプロセス制御装置の概略ブロック構成図。1 is a schematic block diagram of a process control apparatus according to an embodiment of the present invention. 本実施例のプロセス制御装置においてコントローラユニットと入出力モジュールとの間でやり取りされるデータの形式を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing the format of data exchanged between a controller unit and an input / output module in the process control device of the embodiment. 従来のプロセス制御装置の概略ブロック構成図。The schematic block block diagram of the conventional process control apparatus. 従来のプロセス制御装置におけるアナログ入力モジュールの概略構成図。The schematic block diagram of the analog input module in the conventional process control apparatus.

以下、本発明の一実施例であるプロセス制御装置について、添付図面を参照して説明する。
図1は本実施例のプロセス制御装置の要部のブロック構成図である。
Hereinafter, a process control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
FIG. 1 is a block diagram of the main part of the process control device of this embodiment.

本実施例のプロセス制御装置は、コントローラユニット1と、入出力モジュール2と、ベースラック3と、を備える。図示するように、コントローラユニット1は1台でもよいが、信頼性を高めるために2重化する場合には2台設けることもできる。また、入出力モジュール2を2重化することもできる。
ベースラック3は、コントローラユニット1と入出力モジュール2をそれぞれ装着するためのコネクタを含む接続部30、31と、その二つの接続部30、31の間を相互に接続する複数の信号線の束である入出力バス32と、を含む。
The process control device of the present embodiment includes a controller unit 1, an input / output module 2, and a base rack 3. As shown, one controller unit 1 may be provided, but two controllers may be provided in the case of duplexing to improve reliability. Also, the input / output module 2 can be duplicated.
The base rack 3 is a bundle of a plurality of signal lines for interconnecting the connection portions 30 and 31 including connectors for mounting the controller unit 1 and the input / output module 2 and the two connection portions 30 and 31. And an input / output bus 32.

コントローラユニット1は、機能ブロックとして、プロセス制御のための演算処理を実行する制御演算部11と、入出力モジュール2との間の通信を行うための通信制御部12と、ベースラック3の接続部30と接続される入出力コネクタを含むインタフェース部13と、を備える。制御演算部11や通信制御部12の実体はCPU、ROM、RAMなどを含むマイコン10を中心に構成され、ROMに格納されたプログラムをCPUで実行することにより各機能ブロックの機能が実現される。ただし、制御演算部11における演算を高速化するために、特定の演算処理を実行するデジタルシグナルプロセッサ等の専用のハードウェア回路を設けてもよい。   The controller unit 1 includes, as functional blocks, a control arithmetic unit 11 that executes arithmetic processing for process control, a communication control unit 12 for performing communication with the input / output module 2, and a connection unit of the base rack 3 And an interface unit 13 including an input / output connector connected to the interface unit 30. The substance of the control arithmetic unit 11 and the communication control unit 12 is mainly configured of the microcomputer 10 including a CPU, a ROM, a RAM and the like, and the function stored in the ROM is realized by executing the program stored in the ROM by the CPU. . However, in order to speed up the calculation in the control calculation unit 11, a dedicated hardware circuit such as a digital signal processor that executes a specific calculation process may be provided.

入出力モジュール2は、アナログ入力部24と、アナログ出力部25と、デジタル入力部26と、デジタル出力部27と、コントローラユニット1との間の通信を行うための通信制御部21と、各入力部又は出力部24〜27を介したデータの入出力を制御する入出力制御部22と、ベースラック3の接続部31と接続される入出力コネクタを含むインタフェース部23と、を備える。コントローラユニット1と同様に、通信制御部21や入出力制御部22の実体はCPU、ROM、RAMなどを含むマイコン20を中心に構成され、ROMに格納されたプログラムをCPUで実行することにより各機能ブロックの機能が実現される。   The input / output module 2 includes a communication control unit 21 for communicating with the analog input unit 24, the analog output unit 25, the digital input unit 26, the digital output unit 27, and the controller unit 1, and each input The input / output control unit 22 controls input / output of data via the units or the output units 24 to 27 and an interface unit 23 including an input / output connector connected to the connection unit 31 of the base rack 3. Similar to the controller unit 1, the substance of the communication control unit 21 and the input / output control unit 22 is mainly configured of the microcomputer 20 including a CPU, a ROM, a RAM and the like, and each program is executed by the CPU by executing the program stored in the ROM. The function of the functional block is realized.

入出力モジュール2におけるアナログ入力部24は、図4に示した従来装置においてアナログ入力モジュール101に備えられているアナログ入力部1012と実質的に同じである。即ち、本実施例のプロセス制御装置では、従来装置において複数のモジュールに分けられていた、アナログ入力部24、アナログ出力部25、デジタル入力部26及びデジタル出力部27が一つの入出力モジュール2に集約されている。そして、アナログ出力部25とデジタル出力部27とに出力データを分配するため、また、アナログ入力部24とデジタル入力部26とを通して入力された入力データを集約するために、入出力制御部22が設けられている。   The analog input unit 24 in the input / output module 2 is substantially the same as the analog input unit 1012 provided in the analog input module 101 in the conventional device shown in FIG. That is, in the process control apparatus of this embodiment, the analog input unit 24, the analog output unit 25, the digital input unit 26, and the digital output unit 27 which are divided into a plurality of modules in the conventional apparatus are integrated into one input / output module 2. It is aggregated. Then, in order to distribute output data to the analog output unit 25 and the digital output unit 27 and also to combine input data input through the analog input unit 24 and the digital input unit 26, the input / output control unit 22 It is provided.

次に、本実施例のプロセス制御装置におけるプロセス制御動作を説明する。
本実施例のプロセス制御装置では、コントローラユニット1をマスタ機、入出力モジュール2をスレーブ機としたマスタ−スレーブ方式の通信を行う。通信の周期は10msec、40msec、80msecの3種類が用意されており、その中からユーザが適宜の周期を選択することができる。入出力モジュール2を1台のみ使用する場合、つまりは入出力モジュール2の2重化を行わない場合には、最短である10msecの通信周期を選択することができる。ただし、この通信周期の数値は一例であり、適宜の周期に定めることができる。
Next, the process control operation in the process control device of this embodiment will be described.
In the process control apparatus of this embodiment, communication of a master-slave system is performed in which the controller unit 1 is a master unit and the input / output module 2 is a slave unit. The communication cycle is prepared in three types of 10 msec, 40 msec and 80 msec, and the user can select an appropriate cycle from among them. When only one input / output module 2 is used, that is, when duplexing of the input / output module 2 is not performed, the shortest communication cycle of 10 msec can be selected. However, the numerical value of the communication cycle is an example, and can be set to an appropriate cycle.

コントローラユニット1において制御演算部11は、予め設定されたプログラムに従い、後述するようにフィールド機器4による入力値に対応するデータに基づいて、フィールド機器4であるモータ等を制御するための所定の演算処理、例えばPID演算を実施して制御値等を算出する。制御演算部11による演算処理は必要なデータが得られた時点で行うことができるから、上記通信周期とは非同期である演算周期毎に実行する。ただし、この演算周期と通信周期とを同期させても構わない。   In the controller unit 1, the control operation unit 11 performs a predetermined operation for controlling a motor or the like that is the field device 4 according to a preset program, based on data corresponding to an input value by the field device 4 as described later. A process, for example, PID calculation is performed to calculate a control value or the like. Since the arithmetic processing by the control arithmetic unit 11 can be performed when necessary data is obtained, it is executed every operation cycle that is asynchronous with the communication cycle. However, the operation cycle and the communication cycle may be synchronized.

通信制御部12は、入出力モジュール2に送信すべき、上記制御値等の出力データに所定のヘッダを付加した下りデータ(図2(a)参照)を作成する。この信号形式は予め決められた任意の形式でよい。該下りデータはコントローラユニット1の通信制御部12からインタフェース部13、ベースラック3の入出力バス32、入出力モジュール2のインタフェース部23を通して、入出力モジュール2の通信制御部21に送られる。入出力モジュール2の通信制御部21は、受け取ったデータ中のヘッダを解析し、その入出力モジュール2自体に送られたデータであることを認識する。   The communication control unit 12 creates downlink data (see FIG. 2A) in which a predetermined header is added to output data such as the control value to be transmitted to the input / output module 2. This signal format may be any predetermined format. The downlink data is sent from the communication control unit 12 of the controller unit 1 to the communication control unit 21 of the input / output module 2 through the interface unit 13, the input / output bus 32 of the base rack 3, and the interface unit 23 of the input / output module 2. The communication control unit 21 of the input / output module 2 analyzes the header in the received data, and recognizes that it is the data sent to the input / output module 2 itself.

コントローラユニット1の通信制御部12は入出力モジュール2の通信制御部21への下りデータの送出を上述のように定められた通信周期(例えば10msec)毎に実行する。通信制御部21による下りデータの送出は制御演算部11による演算処理と並行して実施され、通信制御部21はその直前の演算周期における演算処理で求まった制御値等の出力データを送出する。
なお、入出力モジュール2の通信制御部21は、受け取ったデータ中のヘッダの解析結果から該データがその入出力モジュール2に宛てられたデータでないことを認識した場合、そのデータを無視すればよい。
The communication control unit 12 of the controller unit 1 executes the transmission of the downlink data to the communication control unit 21 of the input / output module 2 every communication cycle (for example, 10 msec) determined as described above. The transmission of the downlink data by the communication control unit 21 is performed in parallel with the arithmetic processing by the control arithmetic unit 11, and the communication control unit 21 transmits output data such as the control value obtained by the arithmetic processing in the immediately preceding arithmetic cycle.
If the communication control unit 21 of the input / output module 2 recognizes that the data is not the data addressed to the input / output module 2 from the analysis result of the header in the received data, the communication control unit 21 may ignore the data .

入出力モジュール2の通信制御部21がコントローラユニット1から送られて来た下りデータを受領し、そのデータ中の出力データが入出力制御部22に渡されると、入出力制御部22はまず、アナログ入力部24及びデジタル入力部26を通してそれぞれに接続されているフィールド機器4で得られた検出データを受け取る。アナログ入力部24はアナログデジタル変換器を備え、フィールド機器4から入力されたアナログ値である検出信号をデジタル値に変換したうえで入出力制御部22に渡す。デジタル入力部26は、フィールド機器4から入力された制御値や指示値を必要に応じて適宜変換したうえで入出力制御部22に渡す。   When the communication control unit 21 of the input / output module 2 receives the downlink data sent from the controller unit 1 and the output data in the data is passed to the input / output control unit 22, the input / output control unit 22 first The detection data obtained by the field device 4 connected to each of the analog input unit 24 and the digital input unit 26 is received. The analog input unit 24 includes an analog-to-digital converter, converts a detection signal which is an analog value input from the field device 4 into a digital value, and passes it to the input / output control unit 22. The digital input unit 26 appropriately converts the control value and the instruction value input from the field device 4 as necessary, and passes the converted value to the input / output control unit 22.

引き続いて入出力制御部22は、直前に通信制御部21から受け取った出力データに基づく制御値や指示値をその出力先のフィールド機器4に応じてアナログ出力部25とデジタル出力部27とに分配する。アナログ出力部25はデジタルアナログ変換器を備え、デジタル値である制御値や指示値をアナログ値に変換したうえで、接続されているフィールド機器4にそれぞれ出力する。一方、デジタル出力部27は、与えられた制御値や指示値を必要に応じて適宜変換したうえで、接続されているフィールド機器4にそれぞれ出力する。   Subsequently, the input / output control unit 22 distributes the control value and the instruction value based on the output data received immediately before from the communication control unit 21 to the analog output unit 25 and the digital output unit 27 according to the field device 4 of the output destination. Do. The analog output unit 25 includes a digital-to-analog converter, converts control values and instruction values that are digital values into analog values, and outputs the converted values to the connected field device 4. On the other hand, the digital output unit 27 appropriately converts the given control value and instruction value as necessary, and outputs the converted value to the connected field device 4 respectively.

一方、入出力モジュール2の通信制御部21は下りデータを受領して出力データを入出力制御部22に渡したあと、その直前の通信周期中に入出力制御部22が入力部24、26を介してフィールド機器4から受け取ったデータを該入出力制御部22から受け、データを集約して入力データを作成する。さらに、その入力データに所定のヘッダを付加して上りデータ(図2(b)参照)を用意する。入力データには、その直前に受け取った下りデータの確認信号を含むようにしてもよい。そして、入出力モジュール2の通信制御部21はその上りデータを、インタフェース部23、ベースラック3の入出力バス32、コントローラユニット1のインタフェース部13を介してコントローラユニット1の通信制御部12に送出する。   On the other hand, after the communication control unit 21 of the input / output module 2 receives downlink data and passes output data to the input / output control unit 22, the input / output control unit 22 receives the input units 24 and 26 during the communication cycle immediately before that. Data received from the field device 4 via the input / output control unit 22 is received from the field device 4, and the data are aggregated to create input data. Further, a predetermined header is added to the input data to prepare uplink data (see FIG. 2B). The input data may include a confirmation signal of downlink data received immediately before that. Then, the communication control unit 21 of the input / output module 2 sends the upstream data to the communication control unit 12 of the controller unit 1 via the interface unit 23, the input / output bus 32 of the base rack 3, and the interface unit 13 of the controller unit 1. Do.

コントローラユニット1の通信制御部12は入出力モジュール2から受け取ったデータ中のヘッダを解析し、そのコントローラユニット1に送られたデータであることを認識する。コントローラユニット1の通信制御部12は、上りデータを受領すると入力データの中からフィールド機器4によるアナログ入力値やデジタル入力値に対応するデータを抽出し制御演算部11に渡す。そして制御演算部11は上述したように、その入力値に基づく所定の演算処理を実行する。コントローラユニット1の通信制御部12が上述したように入出力モジュール2に下りデータを送出してから上りデータの受領を完了するまでの処理は、一つの通信周期中に実施される。   The communication control unit 12 of the controller unit 1 analyzes the header in the data received from the input / output module 2 and recognizes that it is the data sent to the controller unit 1. When receiving the uplink data, the communication control unit 12 of the controller unit 1 extracts data corresponding to an analog input value or a digital input value by the field device 4 from the input data and passes it to the control operation unit 11. Then, as described above, the control calculation unit 11 executes predetermined calculation processing based on the input value. The processing from the transmission of downlink data to the input / output module 2 until the communication control unit 12 of the controller unit 1 described above completes the reception of uplink data is performed in one communication cycle.

このように本実施例のプロセス制御装置では、コントローラユニット1から入出力モジュール2への下りデータの送出、そしてこれを受けての入出力モジュール2からコントローラユニット1への上りデータの送出、という1往復のデータのやり取りによって、アナログ出力部25及びデジタル出力部27にそれぞれ接続されているフィールド機器4への新たな指示信号や制御信号の出力、並びに、アナログ入力部24及びデジタル入力部26にそれぞれ接続されているフィールド機器4から入力された新たな信号の読み込み、が完了する。即ち、従来の装置ではコントローラユニットと複数の入出力モジュールとの間で4往復の通信が必要であったものが、1往復の通信で済む。それにより、1往復の通信周期が10msecに設定されている場合、従来は40msec間隔でしか信号の更新が行えなかったのに対し、10msec間隔での信号の更新が可能となる。   As described above, in the process control device of the present embodiment, transmission of downstream data from the controller unit 1 to the input / output module 2 and transmission of upstream data from the input / output module 2 to the controller unit 1 in response thereto are Output of new instruction signals and control signals to the field devices 4 respectively connected to the analog output unit 25 and the digital output unit 27 by exchanging the data of the reciprocation, and the analog input unit 24 and the digital input unit 26 respectively. Reading of a new signal input from the connected field device 4 is completed. That is, in the conventional device, one round trip communication is sufficient, although four round trip communication is required between the controller unit and the plurality of input / output modules. As a result, when the communication cycle of one reciprocation is set to 10 msec, signal updating can be performed at intervals of 10 msec, whereas updating of signals can be performed only at intervals of 40 msec in the related art.

なお、上記実施例は本発明の一例にすぎず、本発明の趣旨の範囲で適宜、変更や修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。   The above-described embodiment is merely an example of the present invention, and it goes without saying that changes, modifications, or additions can be made as appropriate within the scope of the present invention and still be covered by the appended claims.

1…コントローラユニット
10、20…マイコン
11…制御演算部
12、21…通信制御部
13、23…インタフェース部
2…入出力モジュール
22…入出力制御部
24…アナログ入力部
25…アナログ出力部
26…デジタル入力部
27…デジタル出力部
3…ベースラック
30、31…接続部
32…入出力バス
4…フィールド機器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Controller unit 10, 20 ... Microcomputer 11 ... Control arithmetic part 12, 21 ... Communication control part 13, 23 ... Interface part 2 ... Input-output module 22 ... Input-output control part 24 ... Analog input part 25 ... Analog output part 26 ... Digital input unit 27 ... Digital output unit 3 ... Base rack 30, 31 ... Connection unit 32 ... Input / output bus 4 ... Field device

Claims (4)

外部の一又は複数の入力用フィールド機器により収集された情報に基づく所定の演算を実行し、該演算の結果に基づいて外部の出力用フィールド機器を制御する又は駆動するプロセス制御装置であって、
a)制御のための演算処理を行う演算部と、後記入出力モジュールとの間の通信を制御する通信制御部と、を含むコントローラユニットと、
b)一又は複数のアナログ入力用フィールド機器からアナログ入力信号を収集するアナログ入力部と、一又は複数のアナログ出力用フィールド機器にアナログ出力信号を出力するアナログ出力部と、一又は複数のデジタル入力用フィールド機器からデジタル入力信号を収集するデジタル入力部と、一又は複数のデジタル出力用フィールド機器にデジタル出力信号を出力するデジタル出力部と、前記コントローラユニットとの間の通信を制御する通信制御部と、該通信制御部と前記アナログ入力部、前記アナログ出力部 、前記デジタル入力部、及びデジタル出力部との間に介挿され、該通信制御部を介して前記コントーラユニットから受け取った出力データをアナログ出力用フィールド機器及びデジタル出力用フィールド機器が利用可能な形式に変換しつつ分配する一方、前記アナログ入力部及び前記デジタル入力部を介してアナログ入力用フィールド機器及びデジタル入力用フィールド機器から受け取った入力データを前記コントーラユニットが処理可能な形式に変換しつつ集約する入出力制御部と、を含む入出力モジュールと、
c)前記コントローラユニット及び前記入出力モジュールがそれぞれ装着され、該コントローラユニットと該入出力モジュールとの間の通信のための信号線が集約されたベースラックと、
を備えることを特徴とするプロセス制御装置。
A process control device that executes a predetermined operation based on information collected by one or more external input field devices, and controls or drives the external output field device based on the result of the operation,
a) A controller unit that includes an operation unit that performs operation processing for control, and a communication control unit that controls communication with the post-entry output module;
b) An analog input unit that collects analog input signals from one or more analog input field devices, an analog output unit that outputs an analog output signal to one or more analog output field devices, and one or more digital inputs Control unit for controlling communication between a digital input unit for collecting digital input signals from a field device for the digital output, a digital output unit for outputting a digital output signal to one or more digital output field devices, and the controller unit And the communication control unit, the analog input unit, the analog output unit, the digital input unit, and the digital output unit, and the output data received from the controller unit via the communication control unit In the form that field devices for analog output and field devices for digital output can be used While distributing, while converting the input data received from the field device for analog input and the field device for digital input via the analog input unit and the digital input unit into a form that can be processed by the controller unit, the data is integrated An input / output module including an input / output control unit;
c) a base rack on which the controller unit and the input / output module are mounted, and signal lines for communication between the controller unit and the input / output module are integrated;
A process control apparatus comprising:
請求項1に記載のプロセス制御装置であって、
前記コントローラユニット及び前記入出力モジュールそれぞれの通信制御部は、該コントローラユニットをマスタ機、該入出力モジュールをスレーブ機とした、マスタ−スレーブ方式による通信を行うことを特徴とするプロセス制御装置。
The process control device according to claim 1, wherein
A communication control unit of each of the controller unit and the input / output module performs communication according to a master-slave system, using the controller unit as a master unit and the input / output module as a slave unit.
請求項2に記載のプロセス制御装置であって、
前記コントローラユニットから前記入出力モジュールへ送信される下りデータは、前記入出力モジュールの入出力制御部が前記アナログ出力部及び前記デジタル出力部を介してアナログ出力用フィールド機器及びデジタル出力用フィールド機器に出力される出力データを含み、
前記入出力モジュールが前記下りデータを受け取ったあとに、これに対応して前記コントローラユニットへ送信される上りデータは、前記入出力制御部が前記アナログ入力部及び前記デジタル入力部を通してアナログ入力用フィールド機器及びデジタル入力用フィールド機器から取得した入力データを含むことを特徴とするプロセス制御装置。
The process control device according to claim 2,
The downstream data transmitted from the controller unit to the input / output module is input to the field device for analog output and the field device for digital output via the analog output unit and the digital output unit of the input / output module. Including the output data to be output,
Upstream data transmitted to the controller unit in response to the downstream data being received by the input / output module is converted into an analog input field through the analog input unit and the digital input unit by the input / output control unit. A process control device comprising input data obtained from a device and a field device for digital input.
請求項3に記載のプロセス制御装置であって、
前記コントローラユニットから前記入出力モジュールへの下りデータの送信及びそれに続く該入出力モジュールから前記コントローラユニットへの上りデータの受信の一往復の送受信毎に、該入出力モジュールは各フィールド機器への出力信号を更新するとともに前記コントローラユニットは該入出力モジュールから各フィールド機器による入力信号を収集することを特徴とするプロセス制御装置。
The process control device according to claim 3,
The input / output module outputs an output to each field device for each transmission / reception of one round-trip reception of uplink data from the controller unit to the input / output module and reception of uplink data from the input / output module to the controller unit thereafter A process control apparatus characterized in that the controller unit updates signals from the input / output module and collects input signals from each field device.
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