JP2024021139A - 二重化制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】最初の制待切り替えが発生した際に、即座に新制御系マスタカードが制御対象機器と通信できる二重化制御装置を提供する。
【解決手段】二重化制御装置100は、制御対象機器50A、50Bの監視制御を行う第一制御装置100Aと第二制御装置100Bとを備え、第一制御装置100Aは、フィールドネットワーク40に設定された制御対象機器50A、50Bのアドレスおよび機器情報を収集し、アドレスおよび機器情報を、制御系制御装置と待機系制御装置の機能を切り替える最初の制待切り替えが発生する前に第二制御装置100Bに送信する第一マスタカード20Aを備え、第二制御装置20Bは、第一制御装置20Aから受信した制御対象機器50A、50Bのアドレスおよび機器情報を保存する第二マスタカード20Bを備える。
【選択図】図1

Description

本願は、二重化制御装置に関するものである。
従来の二重化制御装置では、制御系マスタカードによってフィールドネットワークに接続されている機器の自動認識をし、当該機器が保有する情報の取得、および当該機器に設定を行う技術が提案されている(関連技術として例えば特許文献1参照)。
特開2000-269998号公報
従来の二重化制御装置では、制御系マスタカードによってフィールドネットワークに接続された機器の自動認識、当該機器の機器情報の取得、機器の設定を行うことができたが、その機器情報を、制待切り替え(制御系制御装置と待機系制御装置の切り替え)の前に待機系マスタカードに通知する手段がなかった。
そのため、制待切り替えが発生した際に、旧待機系マスタカード(新制御系マスタカード)では、制御対象機器のアドレス、機器情報が未だ設定されていないために、新制御系マスタカードが制御対象機器とすぐに通信できないという課題があった。
また、制待切り替えが発生した後、旧待機系マスタカード(新制御系マスタカード)であらためて、機器の自動認識、機器情報の取得を行う方法もあるが、その場合、一旦マスタカードと機器の通信が途絶えてしまうという課題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、最初の制待切り替えが発生した際に、旧待機系マスタカード(新制御系マスタカード)に、制御対象機器のアドレス、機器情報が既に設定されており、即座に新制御系マスタカードが制御対象機器と通信できる二重化制御装置を提供することを目的とする。
本願に開示される二重化制御装置は、
制御対象機器の監視制御を行う第一制御装置と第二制御装置とを備え、
前記第一制御装置と前記第二制御装置とのいずれか一方が、制御系制御装置として前記制御対象機器の監視制御を行っているときは、他方は、待機系制御装置として待機している二重化制御装置であって、
前記第一制御装置は、フィールドネットワークに設定された制御対象機器のアドレスおよび機器情報を収集し、前記アドレスおよび前記機器情報を、前記制御系制御装置と前記待機系制御装置の機能を切り替える最初の制待切り替えが発生する前に前記第二制御装置に送信する第一マスタカードを備え、
前記第二制御装置は、前記第一制御装置から受信した前記制御対象機器の前記アドレスおよび前記機器情報を保存する第二マスタカードを備えるものである。
本願に開示される二重化制御装置によれば、最初の制待切り替えが発生した際に、旧待機系マスタカード(新制御系マスタカード)に、制御対象機器のアドレス、機器情報が既に設定されており、即座に制御対象機器と通信できる二重化制御装置を提供できる。このため、制待切り替えの前後を通じて、制御対象装置との通信を継続して行うことができ、安定したプラント運転をすることができる。
実施の形態1による二重化制御装置と制御対象機器との構成を示す図である。 実施の形態1によるフィールドネットワークの各アドレスに設定された機器構成を示す図である。 実施の形態1による動作直後のA系のマスタカードの処理フローを示す図である。 実施の形態2による二重化制御装置と制御対象機器との構成を示す図である。
実施の形態1.
以下、実施の形態1による二重化制御装置について図を用いて説明する。
図1は、二重化制御装置100と制御対象機器との構成を示す図である。
図2は、フィールドネットワーク40の各アドレスに設定された機器構成を示す図である。
二重化制御装置100は、制御装置100A(第一制御装置)と制御装置100B(第二制御装置)とからなる二重化制御装置である。二重化制御装置100は、プラントの監視制御に用いられる。
通常は、制御装置100Aと制御装置100Bとのいずれか一方が、制御系制御装置として制御対象機器の監視制御を行っている。このとき他方の制御装置は、待機系制御装置として待機しており、不慮の故障の発生時、或いは制御系制御装置のメンテナンス時において、制待切り替え(制御系監視装置と待機系制御装置の機能の切り替え)を行って、新制御系制御装置が、制御対象機器(以下、単に機器という場合がある)の監視制御を継続して行う。
制御装置100Aは、CPUカード10A(CPU:Central Processing Unit)、マスタカード20A(第一マスタカード)、メモリ30Aおよび図示しない補助記憶装置等を備える。同様に、制御装置100Bは、CPUカード10B、マスタカード20B(第二マスタカード)、メモリ30Bおよび図示しない補助記憶装置等を備える。
二重化制御装置100は、フィールドネットワーク40(Local Area Network、Control & Communication-Link、Process Field Busなど)によって中継器Rを経由して外部の制御対象の機器50A、機器50Bに接続されている。なお、機器50A、機器50Bは、電源Pによって電力を供給されている。また、マスタカード20Aとマスタカード20Bもフィールドネットワーク40によって接続されている。
以下の説明において、制御装置100AをA系の制御装置、制御装置100BをB系の制御装置とする。A系のマスタカード20Aは、フィールドネットワーク40に接続された機器50A、50Bのアドレスを自動的に認識する。ここでは、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bとを自動的に認識する例を示す。
図2に示すように、フィールドネットワーク40には、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bが存在し、その他のアドレスに設定された機器は存在しない。
A系のマスタカード20Aは、フィールドネットワーク40のアドレス#1から順番にアクセスし、応答があれば機器が存在すると判断する。ここでは、アドレス#1に設定された機器50Aと、アドレス#4に設定された機器50Bから応答があるため、それぞれ機器が存在すると判断する。それら以外のアドレスからは応答がないため、他のアドレスに設定された機器は存在しないと判断する。
アドレス#1の機器50Aは、DI(Digital Input:デジタル入力、以下、単にDIという)として動作する機器で、自身がDIであるという機器情報を保有している。また、アドレス#4の機器は、AI(Analog Input:アナログ入力、以下、単にAIという)として動作する機器で、自身がAIであるという機器情報を保有している。
一方、この時点で、A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器とアドレス#4に設定された機器の機器情報を未だ保持していない。そのため、A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して、機器情報の入手要求を出す。マスタカード20Aは、その応答として、アドレス#1に設定された機器50Aから“DI”という機器情報を受け取る。同様に、アドレス#4に設定された機器50Bに対して機器情報の入手要求を出すと、その応答として、機器50Bから“AI”という機器情報を受け取る。
このようにして、A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bから、機器50A、機器50Bが保有するそれぞれの機器情報であるDI、AIを入手する。
A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aの機器情報であるDI、アドレス#4に設定された機器50Bの機器情報であるAIを元に、機器50A、50Bとの接続を行う。A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して通信可能かどうかを確認する。
通信可能であれば、機器情報であるDIをアドレス#1に設定された機器50Aに対して送信する。また、アドレス#4に設定された機器50Bに対して通信可能かどうかを確認する。通信可能であれば、機器情報であるAIをアドレス#4に設定された機器50Bに対して送信する。これにより、機器50A、50Bにそれぞれの機器情報が再設定される。
この後、A系のマスタカード20Aは、フィールドネットワーク40を経由して、現在は待機系であるB系のマスタカード20Bに、機器50A、50Bのアドレスと機器情報とを通知する。これにより、A系のマスタカード20Aで取得した、機器50A、50Bのアドレスと、それぞれの機器情報を待機系であるB系のマスタカード20Bにも保存させることができる。
図3は、動作直後のA系のマスタカード20Aの処理フローを示す図である。
ステップS001は、フィールドネットワーク40に接続されている機器のアドレスを自動的に認識する処理である。マスタカード20Aは、図2に示すアドレス#1から順番にアクセスして応答があれば、機器が存在すると判断する。ここでは、まずアドレス#1に設定された機器50Aから応答があるため機器50Aが存在すると判断する。
ステップS002は、自動的に機器を認識する処理を最大のアドレスまで実施したかどうかを判定するステップである。今回の例では、フィールドネットワーク40に最大40台まで接続可能の例を示している。40台まで自動認識したら次のステップS003の処理を実施する。
本実施の形態1では、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bが存在し、その他のアドレスに設定された機器は存在しない。40台まで自動的に認識する処理を実施すると、自動的に認識する機器は、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bとなる。
ステップS003は、認識された機器が保有する機器情報を入手する処理である。
上述のように、アドレス#1に設定された機器50AはDIとして動作する機器で、DIという機器情報を保有している。また、アドレス#4に設定された機器50Bは、AIとして動作する機器で、AIという機器情報を保有している。
一方、この状態では、A系のマスタカード20Aは、未だアドレス#1に設定された機器50Aの機器情報とアドレス#4に設定された機器50Bの機器情報を保持していない。そのため、A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して機器情報の入手要求を出す。マスタカード20Aは、その応答として、アドレス#1に設定された機器50Aから“DI”という機器情報を受け取る。同様に、アドレス#4に設定された機器50Bに対して機器情報の入手要求を出すと、その応答として、機器50Bから“AI”という機器情報を受け取る。
このようにして、A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bから、機器50A、機器50Bが保有するそれぞれの機器情報であるDI、AIを入手する。
ステップS004は、機器50A、機器50Bから入手した機器情報を各機器に対して再設定する処理である。A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aの機器情報であるDI(デジタル入力)、アドレス#4に設定された機器50Bの機器情報であるAIを元に、機器50A、機器50Bとの接続を行う。A系のマスタカード20Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して通信可能かどうかを確認する。通信可能であれば、機器情報であるDI(デジタル入力)をアドレス#1に設定された機器50Aに対して送信する。また、アドレス#4に設定された機器50Bに対して通信可能かどうかを確認する。通信可能であれば、機器情報であるAIをアドレス#4に設定された機器50Bに対して送信する。
ステップS005は、A系のマスタカード20Aから、待機系のB系のマスタカード20Bにフィールドネットワーク40経由で機器50A、50Bのアドレス、それぞれの機器の機器情報を通知する処理である。ここでは、機器50A、50Bのそれぞれのアドレスおよび機器情報を送付していることがわかるように識別子をつけて送信する。たとえば、識別子を0xAAとすると、パケットの先頭に0xAAの値をセットし、その後に各機器のアドレス、機器情報をセットする。受信した待機系のマスタカード20Bは、識別子が0xAAのパケットを受信すると、フィールドネットワーク40に設定されている機器のアドレス、機器情報が送られてきたと判断し、そのデータを内部に取り込む。
このように、本実施の形態1による二重化制御装置によれば、予め制御系であるA系のマスタカード20Aが保有している機器50A、50Bのアドレス、機器情報をフィールドネットワーク40を経由して、待機系であるB系のマスタカード20Bに通知することによって、B系のマスタカード20Bも最初の制待切り替えが発生する以前に機器50A、50Bのアドレス、機器情報を入手できる。
したがって、最初の制待切り替えが発生した場合、新たに制御系となったB系のマスタカード20Bは、既に入手しているアドレス、機器情報を元に機器50A、50Bに接続することが可能となる。
また、待機系であったB系のマスタカード20Bは、制御系であったA系のマスタカード20Aから、機器50A、50Bのアドレス、機器情報を既に入手できているため、最初の制待切り替えの発生後、あたためて、機器50A、50Bのアドレスを自動的に認識して、認識された機器50A,50Bからそれぞれの機器が保有する機器情報を入手する必要がない。そのため、新たに制御系となったマスタカード20Bと機器50A、50Bとの通信が途絶えることなく、最初の制待切り替えが発生しても、二重化制御装置100は制御対象機器との通信を継続して行うことができ、安定したプラントの運転をすることができる。
次に、制待切り替え方式について説明する。制御系のA系のマスタカード20Aと待機系のB系のマスタカード20Bは、二重化制御装置100のシャーシ(バックボード含む)に搭載されている。また、制御処理、待機処理を実施するCPUカードもA系制御、B系待機のシャーシ(バックボード含む)に搭載されている。制御と待機の情報は、それぞれのCPUカード10A、10Bが保持しており、シャーシを経由して各マスタカード20A、20Bに通知される。例えば、バックボードの制御/待機信号が“1”であれば制御系、制御/待機信号が“0”であれば待機系と判断する。
各マスタカード20A、20Bは、定周期に制御/待機信号をポーリングしており、制御/待機信号が切り替わったら制待切り替え処理を行う。例えば、当初、A系のマスタカード20Aの場合は、制御/待機信号は“1”となっている。この制御/待機信号をポーリングしており、制御/待機信号が“0”に変わったら、制待切り替えを実施し、待機系のマスタカードとして動作する。このとき反対に、B系のマスタカード20Bは、制御/待機信号が“1”に変わり、制御系のマスタカードとなる。
実施の形態2.
以下、実施の形態2による二重化制御装置について図を用いて説明する。
図4は、二重化制御装置200と制御対象機器との構成を示す図である。
二重化制御装置200は、制御装置200A(第一制御装置)と制御装置200B(第二制御装置)とからなる二重化制御装置である。二重化制御装置200は、プラントの監視制御に用いられる。
通常は、制御装置200Aと制御装置200Bとのいずれか一方が、制御系制御装置として制御対象機器の監視制御を行っている。このとき他方の制御装置は、待機系制御装置として待機しており、不慮の故障の発生時、或いは制御系制御装置のメンテナンス時において、制待切り替え(制御系監視装置と待機系制御装置の機能の交代)を行って、新制御系制御装置が、制御対象機器(以下、単に機器という場合がある)の監視制御を継続して行う。
制御装置200Aは、CPUカード210A、マスタカード220A、メモリ230Aおよび図示しない補助記憶装置等を備える。同様に、制御装置200Bは、CPUカード210B、マスタカード220B、メモリ230Bおよび図示しない補助記憶装置等を備える。
二重化制御装置100は、フィールドネットワーク40によって中継器Rを経由して外部の制御対象の機器50A、機器50Bに接続されている。なお、機器50A、機器50Bは、電源Pによって電力を供給されている。また、CPUカード210AとCPUカード210Bともフィールドネットワーク40によって接続されている。
以下の説明において、制御装置200AをA系の制御装置、制御装置200BをB系の制御装置とする。A系のマスタカード220Aは、フィールドネットワーク40に接続された機器50A、50Bのアドレスを自動的に認識して、これらを収集して保存する。ここでは、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bとを自動的に認識する例を示す。
図2に示すように、フィールドネットワーク40には、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bが存在し、その他のアドレスに設定された機器は存在しない。
A系のマスタカード220Aは、フィールドネットワーク40のアドレス#1から順番にアクセスし、応答があれば機器が存在すると判断する。ここでは、アドレス#1に設定された機器50Aと、アドレス#4に設定された機器50Bから応答があるため、それぞれ機器が存在すると判断する。それら以外のアドレスからは応答がないため、他のアドレスに設定された機器は存在しないと判断する。
アドレス#1の機器50Aは、DI(デジタル入力)として動作する機器で、自身がDIであるという機器情報を保有している。また、アドレス#4の機器は、AIとして動作する機器で、自身がAIであるという機器情報を保有している。
一方、この時点で、A系のマスタカード220Aは、アドレス#1に設定された機器とアドレス#4に設定された機器の機器情報を未だ保持していない。そのため、A系のマスタカード220Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して、機器情報の入手要求を出す。マスタカード220Aは、その応答として、アドレス#1に設定された機器50Aから“DI”という機器情報を受け取って保存する。同様に、アドレス#4に設定された機器50Bに対して機器情報の入手要求を出すと、その応答として、機器50Bから“AI”という機器情報を受け取って保存する。
このようにして、A系のマスタカード220Aは、アドレス#1に設定された機器50Aとアドレス#4に設定された機器50Bから、機器50A、機器50Bが保有するそれぞれの機器情報であるDI、AIを入手する。
A系のマスタカード220Aは、アドレス#1に設定された機器50Aの機器情報であるDI、アドレス#4に設定された機器50Bの機器情報であるAIを元に、機器50A、50Bとの接続を行う。A系のマスタカード220Aは、アドレス#1に設定された機器50Aに対して通信可能かどうかを確認する。
通信可能であれば、機器情報であるDIをアドレス#1に設定された機器50Aに対して送信する。また、アドレス#4に設定された機器50Bに対して通信可能かどうかを確認する。通信可能であれば、機器情報であるAIをアドレス#4に設定された機器50Bに対して送信する。これにより、機器50A、50Bにそれぞれの機器情報が再設定される。
図4は、機器のアドレス、機器情報を、制御系のA系のマスタカード220Aが取得し、待機系のB系のマスタカード220Bに通知する例を示している。
図4は、マスタカード220A、CPUカード210A、CPUカード210B、マスタカード220Bが、同じ中身のデータαを有すること示している。このデータαには、A系のマスタカード220Aが取得したアドレス#1、#4と、それぞれのアドレスに設定された機器50A、50Bの機器情報が格納されている。
制御系のA系のマスタカード220Aが、フィールドネットワーク40に設定された、機器50A、50Bのアドレス、機器情報を取得すると、A系のマスタカード220Aの特定番地である220Axにデータαの値をセットする。
その後、A系のマスタカード220Aは、特定番地220AxにあるデータαをA系のCPUカード210Aの特定番地210Axにコピーする。A系のCPUカード210Aが、特定番地210Axのデータが更新されたことを認識すると、フィールドネットワーク40を経由して、待機系であるB系のCPUカード210Bにこのデータαを転送する。
B系のCPUカード210Bがデータαを受信すると、特定番地210Bxのデータをデータαに更新する。B系のCPUカード210Bは、特定番地210Bxのデータをデータαに更新後、そのデータを待機系であるB系のマスタカード220Bの特定番地220Bxにコピーする。
以上により、A系のマスタカード220Aの機器50A、50Bのアドレスおよび機器情報であるデータαが、待機系であるB系のマスタカード220Bの特定番地220Bxに転送されて更新される。
このように、本実施の形態2による二重化制御装置によれば、予め制御系であるA系のマスタカード220Aが保有している機器50A、50Bのアドレス、機器情報を、それぞれのCPUカード210A、210Bおよび、両CPUカード210A、210B間を接続するフィールドネットワーク40を経由して、待機系であるB系のマスタカード220Bに通知することによって、B系のマスタカード220Bも最初の制待切り替えが発生する以前に機器50A、50Bのアドレス、機器情報を入手できる。
したがって、最初の制待切り替えが発生した場合、新たに制御系となったB系のマスタカード220Bは、既に入手しているアドレス、機器情報を元に機器50A、50Bに接続することが可能となる。
また、待機系であったB系のマスタカード220Bは、制御系であったA系のマスタカード220Aから、CPUカード210A、210Bを経由して機器50A、50Bのアドレス、機器情報を既に入手できているため、最初の制待切り替えの発生後、あたためて、機器50A、50Bのアドレスを自動的に認識して、認識された機器50A,50Bからそれぞれの機器が保有する機器情報を入手する必要がない。そのため、新たに制御系となったマスタカード220Bと機器50A、50Bとの通信が途絶えることなく、最初の制待切り替えが発生しても、二重化制御装置200は制御対象機器との通信を継続して行うことができ、安定したプラントの運転をすることができる。なお、制待切り替えの詳細については実施の形態1と同様であるので省略する。
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
#1,#4 アドレス、100,200 二重化制御装置、
100A,100B,200A,200B 制御装置、
10A,10B,210A,210B CPUカード、
20A,20B,220A,220B マスタカード、
210Ax,210Bx,220Ax,220Bx 特定番地、
30A,30B,230A,230B メモリ、40 フィールドネットワーク、
50A,50B 機器、P 電源、R 中継器、α データ。

Claims (3)

  1. 制御対象機器の監視制御を行う第一制御装置と第二制御装置とを備え、
    前記第一制御装置と前記第二制御装置とのいずれか一方が、制御系制御装置として前記制御対象機器の監視制御を行っているときは、他方は、待機系制御装置として待機している二重化制御装置であって、
    前記第一制御装置は、フィールドネットワークに設定された制御対象機器のアドレスおよび機器情報を収集し、前記アドレスおよび前記機器情報を、前記制御系制御装置と前記待機系制御装置の機能を切り替える最初の制待切り替えが発生する前に前記第二制御装置に送信する第一マスタカードを備え、
    前記第二制御装置は、前記第一制御装置から受信した前記制御対象機器の前記アドレスおよび前記機器情報を保存する第二マスタカードを備える二重化制御装置。
  2. 前記第一マスタカードと前記第二マスタカードとの間の前記アドレスおよび前記機器情報の送受信は、前記第一マスタカードと前記第二マスタカードとに接続された前記フィールドネットワークを経由して行われる請求項1に記載の二重化制御装置。
  3. 前記アドレスおよび前記機器情報の前記送受信は、前記第一制御装置のCPUカードと、前記第二制御装置のCPUカードとの間を接続する前記フィールドネットワークを経由して行われる請求項2に記載の二重化制御装置。
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