JP2555472B2 - 信号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分散制御システムに係り、特に分散化された
コンピュータ間またはコントローラと入出力装置間のケ
ーブル接続状態を監視し、異常を検出した時にはプラン
トに対して安全サイドへの動作を行わせるようにした信
号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システムに
関する。

〔従来の技術〕

従来から制御装置間または制御装置とプラント間の信
号接続にはケーブルとコネクタが多用されている。特に
プロセス制御の分野においては、プロセス信号に４〜20
mA電流信号を用い、もしケーブルが断線したりコネクタ
が外れたりすれば、電流信号が０となることを利用して
ケーブルの接続異常を検出している。

また、シリアル伝送技術においては、ディジタル信号
を変調して伝送し、もしケーブルが断線すると変調波が
途切れることを利用して、ケーブル接続の異常を検出し
ている。

なお、特開昭57−10466号公報にもケーブルの接続異
常を検出することが示されているが、これは１つの装置
内でのケーブルの接続異常を検出するものであり、プラ
ントのような大きな装置には適用できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の技術にうち電流信号を用い
る方法は、カレントループ内での高速伝送を行うことが
できないので、ディジタル信号をケーブルで伝送する用
途には不向きである。

また、変調信号を用いる方法は、パラレルデータの全
ビットを変調するには装置が大掛かりとなるため、パラ
レルデータの伝送には不適である。

さらに、上記のように、電流信号および変調信号を用
いると、一般的にケーブルの断線箇所が自装置側にある
のか相手装置側にあるのかの判断が難しくなる。

もっとも、電話回線のような大規模な伝送網において
は、エコーを利用する等の接続異常検出装置が用いら
れ、それによると断線箇所の特定が可能であるが、プラ
ント制御等ローカルな伝送装置に付加することは、規模
及び費用の面であまりにも大掛かり過ぎて得策ではな
い。

本発明の目的は、ディジタル、アナログを問わず簡単
な構成でもって、プラント制御装置でのケーブル接続の
異常を検出することができる信号ケーブル接続状態監視
機能付きの分散制御システムを提供することである。

また、本発明の他の目的は、制御装置の保守、初回立
ち上げ等において、コネクタの接続もれ等のヒューマン
エラーをも検出し、プラントへの悪影響を未然に防止す
ることができる信号ケーブル接続状態監視機能付きの分
散制御システムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、複数台のコン
トローラ間が信号ケーブルで結合された分散制御システ
ムにおいて、前記各コントローラに設けられ、自コント
ローラ内のコネクタに対する前記信号ケーブルの接続の
正常／異常を検出する第１の検出手段と、前記各コント
ローラ内に設けられ、前記進行ケーブルを介して自コン
トローラに接続された相手コントローラ内のコネクタに
対する信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する第２
の検出手段と、システム起動時に前記第１の検出手段お
よび第２の検出手段の少なくとも一方が異常を検出した
場合には、外部に異常を報告するとともにすべての処理
を中止し、システム動作中に前記第１の検出手段および
第２の検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合
には、外部に異常を報告するとともに継続可能な処理は
継続する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、複数台のコントローラと入出力装置
が互いに信号ケーブルで結合された分散制御システムに
おいて、前記各コントローラに設けられ、自コントロー
ラ内のコネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常
／異常を検出する第１の検出手段と、前記各コントロー
ラ内に設けられ、前記信号ケーブルを介して自コントロ
ーラに接続された前記入出力装置内のコネクタに対する
信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する第２の検出
手段と、システム起動時に前記第１の検出手段および第
２の検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合に
は、外部に異常を報告するとともにすべての処理を中止
し、システム動作中に前記第１の検出手段および第２の
検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合には、
外部に異常を報告するとともに、異常検出時直前の入出
力装置からの入力情報を保持して処理を継続する制御手
段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、複数台のコントローラと入出力装置
が互いに信号ケーブルで結合された分散制御システムに
おいて、前記入出力装置に設けられ、入出力装置内のコ
ネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を
検出する検出手段と、前記検出手段が異常を検出した場
合には、外部に異常を報告するとともに、異常検出時直
前の前記コントローラからの出力情報を保持し外部に出
力する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

さらに、本発明は、複数台のコントローラと入出力装
置が互いに信号ケーブルで結合された分散制御システム
において、前記各コントローラに設けられ、自コントロ
ーラ内のコネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正
常／異常を検出する第１の検出手段と、前記各コントロ
ーラ内に設けられ、前記信号ケーブルを介して自コント
ローラに接続された前記入出力装置内のコネクタに対す
る信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する第２の検
出手段と、前記入出力装置に設けられ、入出力装置内の
コネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常
を検出する第３の検出手段と、システム起動時に前記第
１・第２・第３の検出手段のうち少なくとも１つが異常
を検出した場合には、外部に異常を報告するとともにす
べての処理を中止し、システム動作中に前記第１の検出
手段および第２の検出手段の少なくとも一方が異常を検
出した場合には、外部に異常を報告するとともに、異常
検出時直前の前記入出力装置からの入力情報を保持して
処理を継続し、システム動作中に前記第３の検出手段が
異常を検出した場合には、外部に異常を報告するととも
に、異常検出時直前の前記各コントローラからの出力情
報を保持し外部に出力する制御手段と、を備えたことを
特徴としている。

さらに、本発明は、上記各分散制御システムをプラン
ト装置に設置したことである。

〔作用〕

上記の各構成によれば、検出手段が信号ケーブルの接
続異常を検出すると、制御手段は信号ケーブルの接続異
常の情報を受け、その情報を外部に報告するとともに、
システム起動時の場合とシステム動作中の場合では異な
った処理を行う。すなわち、システム起動時において
は、コネクタの接続不良のようなヒューマンエラーの可
能性も十分に考えられるため、このままで制御装置が運
転状態に入ることは危険であり、この場合には外部に異
常を報告するとともにコントローラはすべての処理を中
止する。一方、システムが運転状態に入り既に動作中に
ケーブルの接続異常が発生した場合は、異常検出したケ
ーブル内信号を絶対必要とする処理は停止せざるを得な
いが、その信号を必ずしも必要としない処理は継続す
る。

なお、分散制御システムが一旦プラント制御動作を開
始後に、ケーブルの接続異常が検出されると、その状態
は割込まれたポーリングによりコントローラに認識さ
れ、ケーブルが複数個ある場合、コントローラはこの異
常がどのケーブルのものかを判断し、その信号が継続処
理を行うのに必要か否かを判定する。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明の分散制御システムのブロック図であ
る。本発明の分散制御システムは、コントローラ1,2お
よび入出力装置４から構成され、プラント５を制御す
る。コントローラ１とコントローラ２はケーブル３を介
して互いにデータの変換を行う。コントローラ１はコネ
クタ17にてケーブル３と、コントローラ２はコネクタ27
にてケーブル３とそれぞれ接続されている。またコント
ローラ1,2入出力装置４と、各々ケーブル19,29で接続さ
れている。コントローラ１はコネクタ18にてケーブル19
と、コントローラ２はコネクタ28にてケーブル29と接続
されている。

コントローラ１はケーブル３の接続状態を監視する接
続状態監視部11とケーブル19の接続状態を監視する接続
状態監視部12を持ち、それら監視部11,12の情報はCPU13
に伝達される。また、データ伝送部14はコントローラ２
とのデータ変換を行い、データ伝送部15は入出力装置４
とのデータ交換を行う。コントローラ内バス16は、コン
トローラ内部の各構成要素間のデータ転送経路である。
本実施例では、CPU13とデータ伝送部14、データ伝送部1
5、接続状態監視部11および接続状態監視部12間のデー
タはバス16を介して転送される。

コントローラ２の内部構成もコントローラ１の内部構
成と同様である。すなわち、コントローラ２の内部に
は、CPU23、データ伝送部24、データ伝送部25、接続状
態監視部21、接続状態監視部22、およびこれらの間でデ
ータ転送を行うバス26が設けられている。

入出力装置４は、コネクタ419にてケーブル19と、コ
ネクタ429にてケーブル29に接続されている。

接続状態監視部41,42は、各々コントローラ1,2との接
続ケーブル19,20の接続状態を監視し、その情報はデー
タ伝送部43,44に伝えられる。データ伝送部43,44はケー
ブル19,29を介してコントローラ１及びコントローラ２
とデータの伝送を行う。さらに、データ伝送部43,44は
入出力装置内部バス45を介してプロセス入力部46,47か
ら取り込んだ信号をコントローラ1,2に送信するととも
に、コントローラ1,2からの制御出力データを入出力装
置内部バス45を介してプロセス出力部48,49に転送す
る。

プロセス入力部46,47及びプロセス出力部48,49はプラ
ント５と制御システム（コントローラ1,2及び入出力装
置４）間の、インターフェース変換を行う。

第１図においては、コントローラ間のケーブル接続状
態監視とコントローラ・入出力装置間のケーブル接続状
態監視の両者を示しているが、これらは本来独立に応用
できるものであり、必要に応じてどちらかを選択使用可
能である。従って、以下に両者を独立に説明する。

まず、コントローラ間接続について説明する。第２図
はコントローラ１及びコントローラ２の間のケーブル接
続及び接続状態監視部の詳細を示す。ケーブル３内の信
号線のうち信号線31はデータ伝送部14,24間のデータ送
受信用である。信号線32,33は接続異常検出用である。
信号線33の一端はコントローラ１内の接続状態監視部11
のゲート111に接続され、もう一端はコントローラ２内
で接地されている。

ケーブル３が正常に接続されているとゲート111の出
力116はハイレベル（以下、Ｈと記す）を示すが、も
し、ケーブルの接続が異常の場合ゲート111の出力信号1
16がローレベル（以下、Ｌと記す）となる。

さらに、信号線34はコネクタ17が正常に接続されてい
るかどうかを判定するためのものである。もし、コネク
タ17が正常に接続されているとゲート112の入力がＬと
なるためその出力信号117はＨとなっているが、コネク
タ17がはずれるとゲート112の入力がＨとなりその出力
信号117はＬとなる。

これらの出力信号116,117は、CPUからの読み込み指令
信号118によりコントローラ内バス16経由でCPUに取り込
むことができる。

CPUがこれらの信号116,117を周期的に読み込むことに
よりケーブルの接続異常が検出でき、さらにはケーブル
接続が自コントローラ側で起きたのか相手コントローラ
側で起きたのかを判定することも可能である。

なお、相手側コントローラ２にもまったく同じ手段を
設けておく。

次にケーブル接続異常検出時の動作について説明す
る。

ケーブル接続異常検出時の動作は、分散化の目的によ
り変わり得るが、以下に代表的な２つについて述べる。

まず、信頼性向上のための冗長分散化システムを例に
とる。

この場合、 （１）２つのコントローラがともに同一演算を行い、互
いのデータを交信し正しいデータのみをプラントに出力
する方法。

（２）片方のコントローラが制御を行い、もう片方の待
機系コントローラは制御系コントローラからの最新情報
をデータ交信により得るようにし、制御系が故障する
と、待機系が制御動作を引き継ぐ方法。

（３）片方のコントローラが制御を行い、もう片方のコ
ントローラは別の処理を行っており、制御系が故障する
と、故障時点のデータを相手側コントローラから読み込
む制御動作を引き継ぐ方法。等種々の方法が実用化され
ているが、いずれにしても２つのコントローラ間にはデ
ータの交信手段が必要となる。この交信手段としては、
パラレル、シリアル等の方法に違いはあるにしてもケー
ブルを用いた伝送が一般に用いられている。従って、ケ
ーブル接続が異常な状態でプラント運転を開始すること
は危険である。特に、最初のシステム起動時や、システ
ム点検後の再起動時にケーブル接続異常が発見された場
合はプラント運転を開始させずに異常を人間に報告し、
その異常が修復された後にプラント運転に入ることが望
ましい。

しかし、一方、プラント運転に入った後で冗長化され
たコントローラ間のケーブルの接続異常が発生してもた
だちに制御不能に結び付くものではない限りプラントを
停止させることは得策ではない。

そこで、本実施例においては、システムの立ち上げ時
に接続状態監視部11,21によりケーブル接続のチェック
を行い、その際に接続異常が発見されるとCPUはアラー
ム情報を外部に発し、継続処理を禁止する。また、既に
プラント運転中に接続異常が発見された場合にはアラー
ムを出しつつ継続処理を実行する、 アラームの出し方については種々の方法が既に実用化
されているので、ここではそのことについての詳細な説
明は省略する。

次に、一つの処理を負荷分散的に処理するシステムや
機能分散的に処理するシステムの例を説明する。

この場合、分散化されたコントローラ間のデータ交信
は互いのコントローラが継続処理を進める上で非常に重
要な場合が多いため、プラント運転中にケーブル接続異
常が発生するとプラント運転を停止するなどの処置が必
要となる場合が多い。

このような場合においても、第２図に示した方法を用
いれば、CPUはケーブルの接続状態を随時取り込めるた
め、システムに応じた適切な処置を取ることができる。

次に、コントローラと入出力装置間の接続について説
明する。

第３図はコントローラ１及び入出力装置４の間のケー
ブル接続及び接続状態監視部の詳細を示している。な
お、コントローラ２と入出力装置４の接続も同様である
ため、ここではコントローラ１側だけについて説明す
る。

ケーブル19内の信号線のうち信号線191はデータ伝送
部15,43間のデータ送受信用である。信号線192,193は接
続異常検出用である。信号線193の一端はコントローラ
１内の接続異常監視部12のゲート121に接続され、もう
一端は入出力装置４内で設置されている。信号線192の
一端は入出力装置４内の接続状態監視部41のゲート411
に接続され、もう一端はコントローラ１内で接地されて
いる。ケーブル19が正常に接続されているとゲート121
の出力はＨレベルを示すが、もし、ケーブルの接続が異
常の場合、ゲート121の出力信号はＬとなる。

信号126は、CPUからの読み込み指令信号128によりコ
ントローラ内バス16経由でCPUに取り込むことができ
る。

さらに、信号線36はコネクタ18が正常に接続されてい
るかどうかを判定するためのものである。もし、コネク
タ18が正常に接続されているとゲート122の入力がＬと
なるためのその出力信号127はＨとなっているが、コネ
クタ18がはずれるとゲート122の入力がＨとなりその出
力信号127はＬとなる。

これらの出力信号126,127は、CPUからの読み込み指令
信号128によりコントローラ内バス16経由でCPUに取り込
むことができる。

CPUがこれらの信号126,127を周期的に読み込むことに
よりケーブルの接続異常を検出できる。

一方、入出力装置４側においては、ゲート411の出力
信号414がケーブル接続状態を示す。

次にケーブル接続異常検出時の動作について述べる。

CPUと入出力装置間の交信手段として、パラレル、シ
リアル等方法の違いはあるにしてもケーブルを用いた伝
送が一般に用いられている。したがって、ケーブル接続
が異常な状態でプラント運転を開始することはできな
い。特に、最初のシステム起動時や、システム点検後の
再起動時にケーブル接続異常が発見された場合はプラン
ト運転を開始させずに異常を人間に報告し、その異常が
修復された後にプラント運転に入ることが望ましい。

また、プラント運転に入った後でコントローラの入出
力装置間のケーブルの接続異常が発生した場合にはプラ
ントが危険状態に陥るような事態は避けなければならな
い。ここで、プラントを安全状態に守るためには、プロ
セス制御では一般的には現状維持、トラッキング制御に
おいてはブレーキ処理が行われる。

どちらにしても、入出力装置４内の接続状態監視部41
の出力信号414を用いることにより、入出力装置側で出
力のホールドまたは絞り込みが可能となる。さらに、信
号414をインタフェース変換413を介して信号415として
外部に出力することにより、プラント側での保護も可能
となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、分散制御シス
テムの各構成要素間の信号ケーブルの接続状態を常に精
度良く監視でき、また異常を検出した時にもシステム状
態に応じてプラントを安全に制御することが可能とな
る。

さらに、制御装置の最初の起動時や保守後の再起同時
において、コネクタの接続もれ等のヒューマンエラーを
検出することができるので、プラントへの悪影響を未然
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の分散制御システムの接続構成を示すブ
ロック図、第２図はコントローラ間の接続構成を示すブ
ロック図、第３図はコントローラと入出力装置間の接続
構成を示すブロック図である。 1,2……コントローラ、3,19,29……ケーブル、４……入
出力装置、５……プラント、11,12,21,22,41,42……接
続状態監視部、13,23……CPU、14,15,24,25,43,44……
データ伝送部、17,18,27,28,419,429……コネクタ、46,
47……プロセス入力部、48,49……プロセス出力部。

フロントページの続き (72)発明者 小林 正光 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 平２−77762（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−20593（ＪＰ，Ａ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数台のコントローラ間が信号ケーブルで
   結合された分散制御システムにおいて、 前記各コントローラに設けられ、自コントローラ内のコ
   ネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を
   検出する第１の検出手段と、前記各コントローラ内に設
   けられ、前記信号ケーブルを介して自コントローラに接
   続された相手コントローラ内のコネクタに対する信号ケ
   ーブルの接続の正常／異常を検出する第２の検出手段
   と、システム起動時に前記第１の検出手段および第２の
   検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合には、
   外部に異常を報告するとともにすべての処理を中止し、
   システム動作中に前記第１の検出手段および第２の検出
   手段の少なくとも一方が異常を検出した場合には、外部
   に異常を報告するとともに継続可能な処理は継続する制
   御手段と、を備えたことを特徴とする信号ケーブル接続
   状態監視機能付きの分散制御システム。
2. 【請求項２】少なくとも１台の常用系コントローラ、少
   なくとも１台の待機系コントローラおよび入出力装置が
   互いに信号ケーブルで結合され、前記常用系コントロー
   ラのうちの１台が故障した際に、その故障した常用系コ
   ントローラの代替を前記待機系コントローラで行う冗長
   形の分散制御システムにおいて、 前記常用系コントローラおよび待機系コントローラに設
   けられ、自コントローラ内のコネクタに対する前記信号
   ケーブルの接続の正常／異常を検出する第１の検出手段
   と、前記常用系コントロールおよび待機系コントローラ
   に設けられ、前記信号ケーブルを介して自コントローラ
   に接続された相手コントローラ内のコネクタに対する信
   号ケーブルの接続の正常／異常を検出する第２の検出手
   段と、システム起動時に前記第１の検出手段および第２
   の検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合に
   は、外部に異常を報告するとともにすべての処理を中止
   し、システム動作中に前記第１の検出手段および第２の
   検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合には、
   外部に異常を報告するとともに継続可能な処理は継続す
   る制御手段と、を備えたことを特徴とする信号ケーブル
   接続状態監視機能付きの分散制御システム。
3. 【請求項３】請求項２記載の分散制御システムにおい
   て、 前記制御手段は、常用系コントローラに設けられた前記
   第１の検出手段が異常を検出して異常箇所が常用系コン
   トローラ側にある場合には、常用処理を中止し、待機系
   コントローラに設けられた前記第１の検出手段が異常を
   検出して異常箇所が待機系コントローラ側にある場合に
   は、待機処理を中止し、常用系コントローラに設けられ
   た前記第２の検出手段が異常を検出して異常箇所が待機
   系コントローラ側にある場合には、常用処理を継続し、
   待機系コントローラに設けられた前記第２の検出手段が
   異常を検出して異常箇所が常用系コントローラ側にある
   場合には、常用系コントローラの代替処理を開始するこ
   とを特徴とする信号ケーブル接続状態監視機能付きの分
   散制御システム。
4. 【請求項４】複数台のコントローラと入出力装置が互い
   に信号ケーブルで結合された分散制御システムにおい
   て、 前記各コントローラに設けられ、自コントローラ内のコ
   ネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を
   検出する第１の検出手段と、前記各コントローラ内に設
   けられ、前記信号ケーブルを介して自コントローラに接
   続された前記入出力装置内のコネクタに対する信号ケー
   ブルの接続の正常／異常を検出する第２の検出手段と、
   システム起動時に前記第１の検出手段および第２の検出
   手段の少なくとも一方が異常を検出した場合には、外部
   に異常を報告するとともにすべての処理を中止し、シス
   テム動作中に前記第１の検出手段および第２の検出手段
   の少なくとも一方が異常を検出した場合には、外部に異
   常を報告するとともに、異常検出時直前の入出力装置か
   らの入力情報を保持して処理を継続する制御手段と、を
   備えたことを特徴とする信号ケーブル継続状態監視機能
   付きの分散制御システム。
5. 【請求項５】複数台のコントローラと入出力装置が互い
   に信号ケーブルで結合された分散制御システムにおい
   て、 前記入出力装置に設けられ、入出力装置内のコネクタに
   対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する
   検出手段と、前記検出手段が異常を検出した場合には、
   外部に異常を報告するとともに、異常検出時直前の前記
   コントローラからの出力情報を保持し外部に出力する制
   御手段と、を備えたことを特徴とする信号ケーブル接続
   状態監視機能付きの分散制御システム。
6. 【請求項６】複数台のコントローラと入出力装置が互い
   に信号ケーブルで結合された分散制御システムにおい
   て、 前記各コントローラに設けられ、自コントローラ内のコ
   ネクタに対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を
   検出する第１の検出手段と、前記各コントローラ内に設
   けられ、前記信号ケーブルを介して自コントローラに接
   続された前記入出力装置内のコネクタに対する信号ケー
   ブルの接続の正常／異常を検出する第２の検出手段と、
   前記入出力装置に設けられ、入出力装置内のコネクタに
   対する前記信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する
   第３の検出手段と、システム起動時に前記第１・第２・
   第３の検出手段のうち少なくとも１つが異常を検出した
   場合には、外部に異常を報告するとともにすべての処理
   を中止し、システム動作中に前記第１の検出手段および
   第２の検出手段の少なくとも一方が異常を検出した場合
   には、外部に異常を報告するとともに、異常検出時直前
   の前記入出力装置からの入力情報を保持して処理を継続
   し、システム動作中に前記第３の検出手段が異常を検出
   した場合には、外部に異常を報告するとともに、異常検
   出時直前の前記各コントローラからの出力情報を保持し
   外部に出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする
   信号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システ
   ム。
7. 【請求項７】請求項５又は６に記載の分散制御システム
   を設置したプラント装置。
8. 【請求項８】請求項７記載のプラント装置において、 入出力装置を制御対象のプラントのアクチュエータに接
   続して、異常時においても、現状維持がプラントにとっ
   て安全である場合には前記入出力装置からの出力信号を
   そのまま取り込み、危険である場合には前記異常信号を
   用いてアクチュエータを安全サイドに切り替える手段を
   設けたことを特徴とするプラント装置。