JP2020071491A

JP2020071491A - 系切替制御システム

Info

Publication number: JP2020071491A
Application number: JP2018202392A
Authority: JP
Inventors: 祥惠田中; Sachie Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2020-05-07
Anticipated expiration: 2038-10-29
Also published as: JP6976235B2

Abstract

【課題】系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、動作不全状態にある状態パルス信号による影響を回避しつつ、的確に系切替を行える系切替制御システムを提供する。【解決手段】多重系を切替制御する１系制御装置２および２系制御装置６は、それぞれ前記多重系に関する制御パルス信号１６，２０および待機パルス信号１７，２１ならびに除外パルス信号１８，２２からなる状態パルス信号に応じて制御動作を行うものであり、前記状態パルス信号は、それぞれパルスの長短でオン状態あるいはオフ状態が設定され、信号レベルが一定時間変化しない場合は無効とされるものであって、第１制御装置２および第２制御装置６は無効とされていない前記状態パルス信号に応じて制御動作を行う。【選択図】図６

Description

この出願は、系切替制御システム、特に、１系制御装置と２系制御装置を有する冗長化制御システムにおいて、系切替時に他系の状態を複数のパルス信号で推測する他系状態推測方式を適用した系切替制御システムに関するものである。

従来の１系制御装置と２系制御装置を有した冗長化制御システムの系切替方式では、少なくとも一方の系の状態信号を伝送し自己診断を行うことにより、その診断結果に応じて自系と他系の系切替の処理を行っている。状態信号は、オン（ＯＮ）／オフ（ＯＦＦ）の２つの状態を基準パルス信号と比較して決定する。すなわち、基準パルスと同位相のパルス信号はオン状態、所定の位相差のあるパルス信号をオフ状態とする。このとき、少なくともいずれか１つのパルス信号が受信されない場合、状態信号の送受信エラーと認識する。
また、パルスの長短によりオン／オフ状態を決定する手法もある。長いパルスの場合をオン状態、短いパルスの場合をオフ状態と対応させることにより、上記で説明した基準パルスを不要とすることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−５７６５５号公報（第３−１１頁、第２−９図）

従来の冗長化制御システムは、以上のように構成されており、各制御装置の制御状態、および待機状態を２つのパルス信号の長短で自系と他系のオン／オフ状態を決定する方式をとっており、制御装置がネットワークから切断された場合、あるいは、パルス信号が無効（ハイ（Ｈｉｇｈ）レベルまたはロウ（Ｌｏｗ）レベルで不変）または両系ともオン状態になった場合により、系切替時の状態を正常に判断することができないなどの問題点があった。

この出願は上記のような課題を解決するためになされたものであり、系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、的確に系切替を行える系切替制御システムを得ることを目的とする。

この出願に開示される系切替制御システムは、第１の系と第２の系を切替制御する第１制御装置および第２制御装置を備え、前記第１制御装置および前記第２制御装置は、それぞれ前記第１の系および前記第２の系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号に応じて制御動作を行うものであり、前記状態パルス信号は、それぞれパルスの長短でオン状態あるいはオフ状態が設定され、信号レベルが一定時間変化しない場合は動作不全状態として無効とされるものであって、無効とされていない前記状態パルス信号に応じて制御動作を行うことを特徴とするものである。

この出願に開示される系切替制御システムによれば、系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、動作不全状態にある状態パルス信号による影響を回避しつつ、的確に系切替を行える系切替制御システムを提供することができる。

実施の形態１における系切替制御システムの全体構成を示すブロック図である。実施の形態１における系切替制御システムでの６つの状態パルス信号を示す波形図である。実施の形態１における６つの状態パルス信号の信号定義を示す図表である。実施の形態１における系切替制御システムでの２系の状態パルス信号を例にした波形図である。実施の形態１における他系状態推測方式を示す図表である。実施の形態１における系切替制御システムの状態パルス信号の授受に関する構成を示すブロック図である。実施の形態２における系切替制御システムにおいて系切替を行う系切替カードを有した冗長化制御装置の一部構成を示すブロック図である。実施の形態２による系切替制御システムにおいて系切替を行う系切替カードの構成を示すブロック図である。実施の形態３による系切替制御システムにおいてソフトウエアによる系切替を行う場合の制御処理動作を示すフロー図である。

実施の形態１．
実施の形態１を図１から図６までに基づいて説明する。図１は実施の形態１における系切替制御システムの全体構成を示すブロック図である。図２は実施の形態１における系切替制御システムでの６つの状態パルス信号を示す波形図である。図３は実施の形態１における６つの状態パルス信号の信号定義を示す図表である。図４は実施の形態１における系切替制御システムでの２系の状態パルス信号を例にした波形図である。図５は実施の形態１における他系状態推測方式を示す図表である。図６は実施の形態１における系切替制御システムの状態パルス信号の授受に関する構成を示すブロック図である。

図１に示すように、系切替制御システムにおける冗長系制御装置１は自系制御装置としての１系制御装置２および他系制御装置としての２系制御装置６ならびに系間通信路１０を備えている。
自系制御装置としての１系制御装置２は、１系処理演算部３とパルス信号の入出力等を行うパルス発生回路としての１系ＦＰＧＡ４、１系処理演算部３と１系ＦＰＧＡ４間でデータのやり取りを行う１系データ伝送バス５により構成される。また、他系制御装置としての２系制御装置６は、２系処理演算部７とパルス信号の入出力等を行うパルス発生回路としての２系ＦＰＧＡ８、２系処理演算部７と２系ＦＰＧＡ８間でデータのやり取りを行う２系データ伝送バス９により構成される。各系の状態を決定するためのパルス信号は信号ライン１１にて系間通信路１０を介して両系のＦＰＧＡ４，８でやり取りされる。また、各種信号はネットワーク１２により伝送され、制御対象装置１３を制御する。

次に、動作について説明する。冗長化制御システムの制御装置の系切替において、自系制御装置２の状態を決定する場合、信号ライン１１におけるパルス信号について、他系制御装置６の状態を示す他系制御パルス信号２０、他系待機パルス信号２１、他系除外パルス信号２２（図６参照）のうちオン状態になっている信号から他系制御装置６の状態を決定し、それにより自系制御装置２の状態を確定する。反対に他系制御装置６の状態を決定する場合、自系制御装置２の状態を示す自系制御パルス信号１６、自系待機パルス信号１７、自系除外パルス信号１８（図６参照）のうちオン状態になっている信号から自系制御装置２の状態を決定し、他系制御装置６の状態を確定する。

自系および他系の状態を決定するための６つのパルス信号および自系正常パルス１９と他系正常パルス２３は自系ＦＰＧＡ４内の自系系切替状態レジスタ１４および他系ＦＰＧＡ８内の他系系切替状態レジスタ１５（図６参照）の８つのビットにセットし、信号ライン１１経由で伝送されており、各ビットは図３の通り定義される。各ビットのオン状態またはオフ状態は、図２に示した通りパルス信号の長または短に対応している。なお、パルス周期は短周期２４をａ、長周期２５をｂとすると、ｂ＞ａとなるように設定する。
これらの信号から冗長化制御システムの制御装置は、制御、待機に加えてネットワークから切り離された場合の状態である除外の３つの状態に分けられる。

上記の構成において、系切替時に６種類のパルス信号のうちオン状態となっている信号を判断して他系状態を判断し、自系状態を確定させる場合について述べたが、図５に示すように系切替時の他系推測方式を設けることにより、パルス無効（一定時間変化しない信号）を確認した場合でもその他のパルス信号の状態から他系状態を推測することができ、より正確に系切替を実施することができる。例えば１系を自系、２系を他系とし図４の３つのパターンについて説明をする。

まず、図４（ａ）のようなパルス信号が検出された場合、図５の１）の結果と一致するため、他系状態は他系制御状態と推定でき、すなわち２系が制御状態となるため、自系である１系は待機状態か除外状態と決定できる。このとき、待機状態か除外状態かを判断するために、１系待機パルス信号１７および１系除外パルス信号１８を確認し自系である１系の状態を正確に決定する。
次に、図４（ｂ）のようなパルス信号が検出された場合、図５の８）の結果と一致する。そのため、他系状態は他系待機状態と推定でき、すなわち２系が待機状態となるため、自系である１系は制御状態または除外状態と決定できる。このとき、制御状態か除外状態かを判断するために、１系制御パルス信号１６および１系除外パルス信号１８を確認し自系である１系の状態を正確に決定する。ただし、自系を除外状態と決定した場合、他系は待機状態から制御状態に遷移する。

最後に、図４（ｃ）のようなパルス信号が検出された場合、図５の１４）の結果と一致する。そのため、他系状態は他系除外状態と推定でき、すなわち２系が除外状態となるため、自系である１系は制御状態か除外状態と決定できる。このとき、制御状態か除外状態かを判断するために、１系制御パルス信号１６および１系除外パルス信号１８を確認し自系である１系の状態を正確に決定する。
例えば、他系制御パルス信号、他系待機パルス信号、他系除外パルス信号のうち２つ以上が１になった場合などの他系状態推測方式にて設定していない組合せの場合、すなわち図５の１８）その他の場合、自系の状態は状態遷移過程と判断し、前値保持とする。

この出願に開示される冗長化制御システムによれば、自系のパルス信号３本と他系のパルス信号３本の計６本のパルス信号によって、自系の状態を決定する場合、他系のパルス信号から他系状態を推測し、自系状態を決定することができる。これによりいずれかのパルス信号がパルス無効状態（信号がハイレベルまたはロウレベルで不変）の場合でも、無効状態でないパルス信号によって自系状態を決定することができ、より正確な系切替が可能となる。また、両系制御（両系オン）の状態となった場合、２本の信号を使用してその状態を回避することが可能となる。

上述した構成では、系切替時の他系推測方式を設けることにより、パルス無効を確認した場合でもその他のパルス信号の状態から他系状態を推測し、自系の状態を決定する場合について述べたが、仮に両系が同時に起動した場合、両系とも他系除外状態を判断するため、両系とも制御状態に遷移し、その後は両系待機状態と両系制御状態を繰り返し行ってしまう。

そこで、図６に示すような１系正常パルス信号１９と２系正常パルス信号２３を設けることにより１系制御装置２と２系制御装置６が起動時に両系が制御状態となることを回避することができる。例えば、１系を自系、２系を他系とした場合、自系が正常に起動すると１系正常パルス信号１９をオン状態にしオンラインとなり、１系は除外状態から制御状態に遷移する。他系は起動時に自系である１系の状態遷移を確認してから、２系正常パルス信号２３をオン状態にする。なお万が一、両系制御となってしまった場合、１系は伝送遅延×１０の時間待ち、それでも他系制御であるならば自系待機に遷移する。

実施の形態１における系切替制御システムでは、図１から図６までに示す通り、次の構成が適用されている。
第１の系である１系と第２の系である２系を切替制御する１系制御装置２からなる第１制御装置および２系制御装置６からなる第２制御装置を備え、前記第１制御装置および前記第２制御装置は、それぞれ前記第１の系および前記第２の系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号に応じて制御動作を行うものであり、前記状態パルス信号は、それぞれパルス周期の長短でオン状態あるいはオフ状態が設定され、信号レベルが一定時間変化しない場合は動作不全状態として無効とされるものであって、第１制御装置および第２制御装置は無効とされていない前記状態パルス信号に応じて制御動作を行うことを特徴とする。
この構成により、系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、動作不全状態にある状態パルス信号による影響を回避しつつ、的確に系切替を行える系切替制御システムを提供することができる。

また、実施の形態１における系切替制御システムでは、前項の構成において、図６に示す通り、次の構成が適用されている。
前記第１制御装置および前記第２制御装置は、制御パルス信号１６，２０および待機パルス信号１７，２１ならびに除外パルス信号１８，２２からなる前記状態パルス信号と、前記第１の系および前記第２の系がそれぞれ正常に起動したことを示す１系正常パルス信号１９および２系正常パルス信号２３からなる第１および第２の正常パルス信号とに応じて制御動作を行うことを特徴とする。
この構成により、系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、動作不全状態にある状態パルス信号による影響を回避しつつ、的確に系切替を行えるとともに、１系および２系の両系が同時に制御状態となることを確実に回避できる系切替制御システムを提供することができる。

実施の形態２．
実施の形態２を図７および図８に基づいて説明する。図７は実施の形態２における系切替制御システムにおいて系切替を行う系切替カードを有した冗長化制御装置の一部構成を示すブロック図である。図８は実施の形態２による系切替制御システムにおいて系切替を行う系切替カードの構成を示すブロック図である。

上述した実施の形態１では、抵抗等を接続した系間通信路１０により両系の信号ラインを接続する場合について述べたが、図７に記載したように系切替カード２６にて絶縁をすることも可能である。
図８に示す構成によれば、系切替カード２６は系間信号４６の絶縁を行い、系切替を実施するが、同時に各信号４５によってＬＥＤからなる表示要素の点灯を行うことができ、これにより制御装置の状態を表示することが可能となる。状態表示ＬＥＤ２７〜３２では動作中であるか制御状態であるか除外状態であるかをＬＥＤ点灯により表示することができる。また、故障状態表示ＬＥＤ３５〜３８では各制御装置が故障しているかどうかを表示すると同時に、故障状態を解除するスイッチをそれぞれ内蔵している。これにより故障状態が解除された際に故障状態表示ＬＥＤ３５〜３８を消灯することができる。

さらに、ＩＯ状態表示ＬＥＤ３９〜４２では、入出力が有効であるか、故障しているかをＬＥＤからなる表示要素により表示することができる。このＬＥＤ３９〜４２も解除スイッチを内蔵している。内蔵されている各スイッチは誤操作防止スイッチ４３，４４と接続されており、これにより誤操作することなく正確にＬＥＤ表示することができる。そして、制御／待機切替スイッチ３３，３４により各制御装置２，６の状態を切り替えることができる。これによりスイッチによる機械的な系切替が可能となるとともに各系の状態をＬＥＤからなる表示要素により直接判断することが可能となる。

この実施の形態２においては、系切替カード２６が挿入され実装状態にあるときは系間通信路１０におけるパルス信号の伝送は接続遮断状態となって絶縁される。系切替カード２６には状態表示ＬＥＤ２７〜３２および故障状態表示ＬＥＤ３５〜３８ならびにＩＯ状態表示ＬＥＤ３９〜４２からなる表示要素が設けられているものであって、制御装置２，６において動作中であるか制御状態であるか除外状態であるかを確認でき、各制御装置が故障しているかどうかを認識できるものである。そして、系切替カード２６には制御／待機切替スイッチ３３，３４が設けられ手動操作により各制御装置２，６の状態を切り替えることができる。
系切替カード２６が抜去操作により実装状態から離脱される場合には、系切替カード２６の代わりに接続カード（図示せず）が挿入され、系間通信路１０における各伝送路が接続状態となって系間通信路１０におけるパルス信号の伝送が可能となる。

実施の形態２における系切替制御システムでは、前述した実施の形態１における構成において、図７および図８に示す通り、次の構成が適用されている。
前記第１の系と前記第２の系の間で前記状態パルス信号の絶縁を行った状態において制御装置２，６からなる前記第１制御装置および前記第２制御装置の状態を表示するＬＥＤ２７〜３２，３５〜４２からなる表示要素を設けたことを特徴とする。
制御装置２，６からなる前記第１制御装置および前記第２制御装置を備えた冗長系制御装置に系切替カード２６が実装され、系切替カード２６の実装状態への挿入により系間通信路における系間信号４６の通信が遮断され絶縁状態になるものであって、系切替カード２６に設けられた状態表示ＬＥＤ２７〜３２および故障状態表示ＬＥＤ３５〜３８ＩＯならびに状態表示ＬＥＤ３８〜４２からなる表示要素により制御装置２，６において動作中であるか制御状態であるか除外状態であるかを確認でき、各制御装置が故障しているかどうかを認識できるものであり、系切替カード２６に設けられた制御／待機切替スイッチ３３，３４により手動操作によって各制御装置２，６の状態を切り替えることができるものである。
この構成により、系切替カードが挿入され実装状態とされることによって、手動スイッチによる機械的な系切替が可能となるとともに各系の状態をＬＥＤからなる表示要素により直接確認することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３を図９に基づいて説明する。図９は実施の形態３による系切替制御システムにおいてソフトウエアによる系切替を行う場合の制御処理動作を示すフロー図である。

上述した実施の形態１では、パルス発生回路としてのＦＰＧＡにより冗長系制御装置の系切替制御をする（ステップＳ１）場合について述べたが、図９に記載したように強制自系制御、強制自系待機および強制自系除外のいずれかが１の場合（ステップＳ２）にはパルス発生回路としてのＦＰＧＡによる切替制御を行わず、１系制御装置２および２系制御装置６の作動を制御するソフトウエアからの指令による指示通りに状態を遷移（ステップＳ３〜Ｓ５）させることが可能である。ただし自系が故障状態（ステップＳ６〜Ｓ７）である場合や、オンライン状態（ステップＳ８〜Ｓ９）になるための条件を満たしていない場合には除外状態（ステップＳ５）となる。

系切替制御システムは、原則として、実施の形態１において詳述したパルス発生回路としてのＦＰＧＡによる状態パルス信号による作動制御により運用される（ステップＳ１）。
しかし、障害発生等の要因により１系制御装置２または２系制御装置６に強制自系制御または強制自系待機あるいは自系除外などの強制信号が生起される場合がある。この実施の形態４では、１系制御装置２および２系制御装置６の作動を制御する応用ソフトウエアとしての切替制御用プログラムにより前記強制信号を検知する検知動作を行い（ステップＳ２）、前記強制信号が検知された場合には、１系制御装置２および２系制御装置６の状態を前記切替制御用プログラムによる指令に従って遷移させることにより系切替制御を行うものである（ステップＳ３〜９）。

実施の形態３における系切替制御システムでは、前述した実施の形態１または実施の形態２における構成において、図９に示す通り、次の構成が適用されている。
第１制御装置２および第２制御装置６は、応用ソフトウエアとしての切替制御用プログラムの指令に応じて制御動作を行うものであって、前記第１制御装置２または前記第２制御装置６を強制的に作動させる強制信号が生起された場合には、前記第１制御装置２および前記第２制御装置６の状態を前記切替制御用プログラムによる指令に従って遷移させることにより系切替制御を行うことを特徴とするとする。
この構成により、系切替の対象となる各系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号により、動作不全状態にある状態パルス信号による影響を回避しつつ、的確に系切替を行えるとともに、強制信号が生起された場合の対応を的確に遂行できる系切替制御システムを提供することができるものである。

なお、この出願における技術思想としての開示事項は、その技術範囲内において、実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１冗長系制御装置、２１系制御装置（第１制御装置）、３１系処理演算部、４１系ＦＰＧＡ（パルス発生装置）、５１系データ伝送バス、６２系制御装置（第２制御装置）、７２系処理演算部、８２系ＦＰＧＡ（パルス発生装置）、９２系データ伝送バス、１０系間通信路、１１信号ライン、１２ネットワーク、１３制御対象装置、１４１系系切替状態レジスタ、１５２系系切替状態レジスタ、１６１系制御パルス信号、１７１系待機パルス信号、１８１系除外パルス信号、１９１系正常パルス信号、２０２系制御パルス信号、２１２系待機パルス信号、２２２系除外パルス信号、２３２系正常パルス信号、２４短周期、２５長周期、２６系切替カード、２７〜３２状態表示ＬＥＤ（表示要素）、３３，３４制御／待機切替スイッチ、３５〜３８故障状態表示ＬＥＤ（表示要素）、３９〜４２ＩＯ状態表示ＬＥＤ（表示要素）、４３，４４誤操作防止スイッチ、４５各信号、４６系間信号。

Claims

第１の系と第２の系を切替制御する第１制御装置および第２制御装置を備え、前記第１制御装置および前記第２制御装置は、それぞれ前記第１の系および前記第２の系に関する制御パルス信号および待機パルス信号ならびに除外パルス信号からなる状態パルス信号に応じて制御動作を行うものであり、前記状態パルス信号は、それぞれパルスの長短でオン状態あるいはオフ状態が設定され、信号レベルが一定時間変化しない場合は動作不全状態として無効とされるものであって、無効とされていない前記状態パルス信号に応じて制御動作を行うことを特徴とする系切替制御システム。
前記第１制御装置および前記第２制御装置は、前記状態パルス信号ならびに前記第１の系および前記第２の系がそれぞれ正常に起動したことを示す第１および第２の正常パルス信号に応じて制御動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の系切替制御システム。
前記第１の系と前記第２の系の間で前記状態パルス信号の絶縁を行った状態において前記第１制御装置および前記第２制御装置の状態を表示する表示要素を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の系切替制御システム。
前記第１制御装置および前記第２制御装置は、応用ソフトウエアとしての切替制御用プログラムの指令に応じて制御動作を行うものであって、前記第１制御装置または前記第２制御装置を強制的に作動させる強制信号が生起された場合には、前記第１制御装置および前記第２制御装置の状態を前記切替制御用プログラムによる指令に従って遷移させることにより系切替制御を行うことを特徴とするとする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の系切替制御システム。