JP4349231B2 - プログラマブルコントローラ - Google Patents
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Description
これに対して、2つの系のスイッチSW1とスイッチSW0からの入力信号が一致しない場合には、異常が発生したとして、非常停止、すなわち、全ての出力機器の動作を瞬時に緊急停止させるようにしている。
図14において、符号a,b,c,dはそれぞれインバータ(論理反転器)を示している。図示する安全管理を司る図略のA系制御用のマイコンから、インバータbに対して診断パルスOA(図中の信号L)が出力されると、インバータbの反転作用により、フォトカプラ40の診断パルス入力端子40aの電位は上がる。これにより、フォトカプラ40が内蔵するLEDの発光は、パルス(信号L)の期間だけ一時的に中断されるので、フォトカプラ30を通っていた平常電流in は一旦遮断される。したがって、インバータcを介してもう片方の図略のB系制御用のマイコンに入力される診断結果(診断パルスOAに対する応答信号IB)は、一時的に1から0に変位する。
この様なクロス診断を行うことにより、各端子(O,P,Q,R)間の導通状態や回路の動作状態を常時相補的に協調しながら監視することができ、入力回路の二重化とその定常的な監視が行われる。また、診断パルスを異系統間で互いにクロスさせることにより、相手方系統の制御用マイコンの正常動作を常時監視する効果も同時に得られる。
なお、異なる入力機器に対する端子間で短絡が生じた場合には、二重化されたスイッチが開状態となると、短絡していない端子の系の入力信号は、開状態となり、他方の系は閉状態を持続するが、二重化信号が不一致と判断されて、直ちに、非常停止処理が動作することになり、問題は生じない。
この場合には、回路が短絡しているので、短絡している他の系の回路の電流も診断パルスにより遮断されることになり、この現象を入力信号のレベル変化で検出することができる。したがって、不一致検出手段が有効に作用しない場合であっても、この様な巡回診断を常時実施していれば、この巡回診断に基づいて前述の短絡故障を検出することは可能ではある。
また、巡回診断の診断周期は入力回路の入力端子数に比例するため、この様な問題は、システム規模が大きくなるに従って、今後ますます表面化又は顕在化していくものと思われる。
即ち、本発明の第1の手段は、複数の外部入力機器とそれらの外部入力機器から入力される入力信号群を処理する処理装置が複数の系統に多重化され、全ての系統の入力信号群が一致した時に真正な入力信号とし、不一致の場合には異常停止処理を行うようにしたプログラマブルコントローラにおいて、一の系統の処理装置に、他の系統の処理装置に対して一の系統に固有のタイミングで診断パルス群をパラレル出力する診断パルス出力手段と、他の系統の処理装置の診断パルス出力手段から出力される診断パルス群を入力してそれらのパルス期間だけ入力信号群の伝搬を遮断するチェック手段と、自己の系統の診断パルス出力手段からの診断パルスの出力に対応する入力信号群(応答パターン)の信号(応答信号)が変化した場合には、異常停止処理を行う異常判定手段とを備えることである。
なお、上記の所定回数については、上記の本発明の第3の手段と同じことが言える。
なお、信号を処理するフォトカプラ等の回路は、常に電流が供給された状態で用いられ、スイッチが開状態となると、回路の電流が遮断され、この変化が意味ある入力信号とされる。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
即ち、本発明の第1の手段によれば、各系統間で相互に相異なる固有のタイミングで診断パルス群がパラレル出力されるので、この時、並列に多重化された各系統毎に保証されるべき個々の系統の独立性が短絡などによって破られていれば、本来何ら変化すべきでない自系統の入力信号群の中の少なくとも1信号が変化し、かつ、その変化が自系統において検出される。このため、本発明の第1の手段によれば、少なくとも自系統の独立性が破れていることを検出することができ、よって、多重化された各系統毎に保証されるべき個々の系統の独立性が短絡などによって破られた際には、上記の異常停止処理が実施されて、その結果、短絡などによる事故を未然に防止することができる。
本発明の第2の手段によれば、A系とB系との間で相互に相異なる固有のタイミングで第1及び第2の各診断パルス群がパラレル出力されるので、この時、並列に二重化された各系統(即ち、A系とB系)毎に保証されるべき個々の系統の独立性が短絡などによって破られていれば、入力条件によっては、本来何ら変化すべきでない自系統の入力信号群の中の少なくとも1信号が変化することがあり、この時、その変化は自系統において検出される。このため、本発明の第2の手段によれば、第1又は第2の各異常判定手段に基づいて、自系統の独立性が破れていることを検出することができ、この場合、二重化された各系統毎に保証されるべき個々の系統の独立性が短絡などによって破られた際には、上記の異常停止処理が実施されて、その結果、短絡などによる事故を未然に防止することができる。
そして、この時、スイッチSW1,SW0が共に開いている条件下では、その異常または緊急な状態は、図1−A又は図1−Bに示す診断パルス発信時の応答パターンによって検出することができる。即ち、図1−A又は図1−Bに例示される短絡故障の検出作用は、上記の本発明の作用を利用した事例であると言うことができる。
しかしながら、本発明の第5又は第6の手段によれば、各入力端子毎にシリアルに上記のシリアル診断パルスが出力されるので、これにより、個々の系統内で起る個々の回路間での不正な干渉や短絡などの故障までをも検証(診断)することができる。
(1)現場環境におけるノイズが直接的に拾われ難い形態で、上記の回路のスイッチング動作や回路遮断検出動作を安定的に実現することができる。
(2)診断を実行する側の回路群と、診断される側の回路群との間のインターフェイスを光インターフェイスのみに限定することができる。これにより、双方の回路群の独立性が高まるので、例えば電源回路などの回路設計を個別に独立させて実施することが容易となる。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
ただし、装置の誤動作などによって現場環境下における安全性などが損なわれる恐れの少ない装置や、その恐れがない外部入力機器については、必ずしも入力回路を二重化する必要はない。
以下、各外部入力機器に対応する各入力回路がそれぞれ何れも二重化されている場合について説明する。
一方、各フォトカプラにおける光インターフェイスを境として、その境の右側(マイコン100A、マイコン100B側)は、何れの回路も5V電源系に構成されている。即ち、本図2中の電圧VB ,VA は何れも+5Vに設定されている。
A系の安全管理を司るA系制御用のマイコン100Aの入力部には論理反転器(インバータa)が配設されている。したがって、フォトカプラ10から出力され,インバータaを介してマイコン100Aに入力される信号は、インバータaの前後でH/L(即ち、1/0)が反転する。その他のインバータb,c,dについても、同様の反転作用を奏する。
一方、マイコン100Bは、B系の安全管理を司るB系制御用のマイコンであり、フォトカプラ50を中心として構成された直流電源診断用の診断回路が付加されている点以外は、上記のマイコン100Aと同様に、上記のマイコン100Aと対称的に構成、配置されている。
即ち、この遮断を制御するのが上記の診断パルスであり、上記の様にパラレルに(同時に)発信すれば、第1診断パルス出力手段110Aにより第1入力信号を、また、第2診断パルス出力手段110Bによれば第2入力信号を、何れの場合もそれぞれ同時に遮断することができる。
図3−Bに、診断パルスに対応する応答パターン(各応答信号IA(m),IB(m)の入力パターン)を例示する。ただし、ここで、自然数mは各外部入力機器に連番で付けた通し番号であり、以下、本実施例1では、mの最大値は24であるものと仮定する。
自己診断Bでは、B系のマイコン100Bが有する第2診断パルス出力手段110Bから、上記の第1チェック手段に対してパラレルに出力される診断パルスOB(m)(1≦m≦24)に基づいて、A系のマイコン100Aに入力される応答信号IA(m)(1≦m≦24)は変化するはずであるが、この時、入力回路200におけるA系とB系との独立性が確保、維持されていれば、先に図14、図15−Bを用いて既に考察した様に、B系のマイコン100Bに入力される応答信号IB(m)(1≦m≦24)は何ら変化しないはずである。
以下、この様な異常を検出するために、マイコン100A,100Bにて実行すべき制御手順について、詳細に例示する。
このタイミングでは、先に診断パルスOA(i),診断パルスOB(i)(1≦i≦24)が発行されていないので、後のステップ780では、応答信号IA(i)(1≦i≦24)が全ビット1であることが確認できれば、これらの入力ビット(第1入力信号群)については正常であると判定することができる。また、第2入力信号群(応答信号IB(i))についても同様である。
なお、ステップ740からステップ760までの3つのステップで構成される一連の処理αは、後述の図5のステップ840からステップ860までの3つのステップで構成される一連の処理βとは、タイミングをずらして相互に排他的に実行する。この排他制御を実行するための同期は、マイコン100Aとマイコン100Bとの間で、順次相互に割り込みを入れあって実現しても良い。
ステップ790〜ステップ794は、合計24台接続されている外部入力機器に対する巡回処理を実現するための繰り返し制御を実行するものである。
図7に、マイコン100Aが行う自己診断Aの実行手順を例示する。このフローチャートに例示される自己診断Aの処理手順は、図4のクロス診断(A系)の処理手順に幾らか似ているが、しかし、以下の2点(1)、(2)において、図4のクロス診断(A系)の処理手順とは本質的に全く異なっている。
このため、A系とB系との独立性をA系側から簡潔に検証することができる。
このため、A系とB系との独立性をA系側から短時間に検証することができる。
即ち、プログラム300ではまず最初に、ステップ310で、制御変数の初期化を行う。この制御変数nは、診断パルスの出力回数を指している。この様な繰り返しを行う理由は、前述の本発明の第4の手段を実現するためである。
そして、これらの退避領域にそれぞれ蓄積された10回分の診断データに基づいて、ステップ380の異常判定を実施する。
ステップ340では、フォトカプラ30,40などから構成されるB系のチェック手段(第2チェック手段)に対して、第1診断パルス出力手段110Aから、診断パルスOA(i)(1≦i≦24)を全件同時にパラレルにインバータbを介して出力する。第2チェック手段には、フォトカプラ30,40の組が24組並列にそれぞれ具備されている。この診断パルスのパラレル出力により、例えば図2のB系のフォトカプラ40が有するLEDへの通電が一時的に中断されるので、フォトカプラ30が有するLEDへの通電も一時的に遮断される。即ち、この様な遮断が上記の24組全てで発生する。
そして、異常が検出された場合には、ステップ390にて緊急安全停止指令発行のサブルーチンをコールして本プログラム300の全処理を終了し、呼出元に制御を戻す。
この様な制御方式により、例えば図1−A,−Bに例示される様な緊急事態があってもその状態を迅速に検出して、安全を確保することができる。
〔入力信号群のサンプリングと判定〕
図9は、入力信号のサンプリング(A系)の実行手順を例示するフローチャートである。このプログラム500Aの最初のステップ520Aでは、第1入力信号群IA′を入力する。この第1入力信号群IA′は、応答信号IAと同じインバータa(図2の入力部)からマイコン100Aに対して出力されるが、この第1入力信号群IA′は、診断パルスOBに対する応答信号ではなく、各外部入力機器のA系に関する入力回路200に入力された入力信号であり、よって、各ビットは各外部入力機器(計24台)にそれぞれ対応している。入力されたこの第1入力信号群IA′は、32ビットを1語とする1語領域上に右詰めにして保持される。上位の8ビットは常時0設定されるか、または無視される。
ステップ560Aでは、ステップ540の実行回数を制御変数hでカウントする。
このプログラム600Aでは、ステップ610にて、プログラム500Aで求めた前述の語MA(1)と語MA(2)との論理積を求めて、変数Y1に格納する。この論理積演算は、勿論各ビット対応に実施される。
ステップ640では、ここで求めた変数Y1、Y2の論理和を求めて、その演算結果を新たに変数Y2に格納し直す。この論理和演算は、勿論各ビット対応に実施される。
次のステップ650では、更に、ここで求めた変数Y2、Y3の論理和を求めて、その演算結果を多数決語MAに格納する。
以上の処理によれば、上記の5つのステップ610〜650(よって5つの論理演算命令)によって高速に所望の多数結語MAを求めることができる。
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
(変形例1)
例えば、上記の実施例1の自己診断A(図7)においては、ステップ350にて応答信号IAの全ビットを毎回所定の退避領域にそれぞれ保存しているが、その後のステップ380における判定方法によっては、必ずしもその必要はない。
ステップ540A(図9)やステップ540B(図10)は、5回の内1回でも値が0の信号(入力が遮断されたことを示すOFF信号)が入力されれば該ビットは0と判定すると言う判定基準を利用して構成されたものであり、例えばこの様に巧く判定基準を利用すれば、判定処理の大部分を動的に実行することができ、この様な動的な手法によって、参照データ(入力信号)の退避領域を最小限に抑えることができる場合がある。
また、上記の実施例1では、入力回路の二重化をA系とB系の2系統に分けて実施したが、入力回路の多重化は、3多重で実現しても4多重で実現しても良い。例えば、A系、B系、C系の3系統によって、入力回路を3重化した場合、不一致検出手段において不一致検出処理方式に多数決の理論を導入したり、或いは、1つの系統だけに異常が発生した時に、3重化のシステムを2重化のシステムに動的に縮退させたりすることが可能となる。これにより、システム停止の機会を大幅に削減することも可能となる。
また、上記の実施例1では、自己診断Aと自己診断Bとをタイミングを替えて、両方ともに実行しているが、自己診断Aまたは自己診断Bの何れか一方だけを実施する方式を採用した場合でも、上記の実施例1における上記の自己診断AまたはBの作用による、短絡故障検出効果を得ることができる。
これは、図1−A,−Bから判る様に、通常の短絡故障は、入力回路の対称性によって自己診断Aと自己診断Bの何れでも検出可能であるので、何れか一方を省略することによって、特段の支障が生じるわけではないからである。
また、上記の実施例1では、各外部入力機器に関する個々の入力回路は、何れも2重化されていることを前提としたが、必ずしも全ての外部入力機器からの各入力信号をそれぞれ何れも二重化する必要はない。即ち、例えば緊急事態の発生に関連する恐れのない装置(外部入力機器)については、シングルモードで入力回路に入力信号を送信させても十分である。そして、例えばこの様に多重化されていない入力信号に対しては、例えば上記の実施例1などの様な不一致検出処理を実施する必要がないことは言うまでもない。
1000A : 第1信号処理装置
1000B : 第2信号処理装置
100A : マイコン
100B : マイコン
110A : 第1診断パルス出力手段
110B : 第2診断パルス出力手段
10 : フォトカプラ
20 : フォトカプラ
a〜d : インバータ(論理反転器)
OA : A系のマイコンから出力される診断パルス
IA : A系のマイコンに入力される応答信号
OB : B系のマイコンから出力される診断パルス
IB : B系のマイコンに入力される応答信号
OA(m): m番目の端子に係わる診断パルスOA
IA(m): m番目の端子に係わる応答信号IA
O,P : 第1入力端子
Q,R : 第2入力端子
Claims (8)
- 複数の外部入力機器とそれらの外部入力機器から入力される入力信号群を処理する処理装置が複数の系統に多重化され、全ての系統の入力信号群が一致した時に真正な入力信号が入力されたと判定し、不一致の場合には異常停止処理を行うようにしたプログラマブルコントローラにおいて、
一の系統の処理装置は、
他の系統の処理装置に対して、一の系統に固有のタイミングで診断パルス群をパラレル出力する診断パルス出力手段と、
他の系統の処理装置の診断パルス出力手段から出力される診断パルス群を入力して、それらのパルス期間だけ入力信号群の伝搬を遮断するチェック手段と、
自己の系統の前記診断パルス出力手段からの診断パルスの出力に対応して前記入力信号群の信号が変化した場合には、異常停止処理を行う異常判定手段と
を有する
ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。 - それぞれが二重に構成された外部入力機器群から出力される第1入力信号群を入力する第1入力端子群と、その第1入力端子に入力される第1入力信号群を処理する第1信号処理装置と、前記外部入力機器群から出力される第2入力信号群を入力する第2入力端子群と、その第2入力端子群に入力される前記第2入力信号群を処理する第2信号処理装置とで、二重に構成され、入力信号群の一要素である第1入力信号と、その信号と一対を成す第2入力信号とが一致した時に真正な入力信号が入力されたと判定し、不一の場合には異常停止処理を行うようにしたプログラマブルコントローラにおいて、
前記第1信号処理装置は、
前記第2信号処理装置に対して第1診断パルス群をパラレル出力する第1診断パルス出力手段と、
前記第2信号処理装置から出力される第2診断パルス群をパラレル入力してそれらのパルス期間だけ前記第1入力信号群の伝搬を遮断する第1チェック手段と、
前記第1診断パルス出力手段からの第1診断パルス群の出力に対応して前記第1入力信号群が変化した場合には、異常と判定して異常停止処理をする第1異常判定手段とを有し、
前記第2信号処理装置は、
前記第1診断パルス群の出力とは異なるタイミングで、前記第1チェック手段に、第2診断パルス群をパラレル出力する第2診断パルス出力手段と、
前記第1診断パルス出力手段から出力される第1診断パルス群をパラレル入力して、それらのパルス期間だけ前記第2入力信号群の伝搬を遮断する第2チェック手段と、
前記第2診断パルス出力手段からの第2診断パルス群の出力に対応して前記第2入力信号群が変化した場合には、異常と判定して異常停止処理をする第2異常判定手段とを有する
ことを特徴とするプログラマブルコントローラ。 - 前記異常判定手段は、
所定回数連続して前記入力信号群の同一入力端子からの信号が変化した場合に異常と判定して異常停止をする
ことを特徴とする請求項1に記載のプログラマブルコントローラ。 - 前記第1異常判定手段は、
所定回数連続して前記第1入力信号群の同一入力端子からの信号が変化した場合に異常と判定して異常停止をする手段であり、
前記第2異常判定手段は、
所定回数連続して前記第2入力信号群の同一入力端子からの信号が変化した場合に異常と判定して異常停止をする手段である
ことを特徴とする請求項2に記載のプログラマブルコントローラ。 - 前記一の系統の信号処理装置は、
他の系統の処理装置に対して、入力端子毎にシリアルにシリアル診断パルスを出力するシリアル診断パルス出力手段と、
他の系統の処理装置のシリアルパルス出力手段から入力端子毎にシリアルに出力されるシリアル診断パルスを入力して、そのパルス期間に対応して入力信号が変化しない場合に異常と判定して、異常停止処理をするパルスチェック手段と
を有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項3に記載のプログラマブルコントローラ。 - 前記第1信号処理装置は、
入力端子毎の前記第2チエック手段に第1シリアル診断パルスをシリアルに出力する第1シリアル診断パルス出力手段と、
前記第2信号処理装置から入力端子毎の前記第1チェック手段にシリアルに出力された第2シリアル診断パルスを入力して、そのパルス期間に対応して第1入力信号が変化しない場合に異常と判定して、異常停止処理をする第1パルスチェック手段と
を有し、
前記第2信号処理装置は、
入力端子毎の前記第1チエック手段に第2シリアル診断パルスをシリアルに出力する第2シリアル診断パルス出力手段と、
前記第1シリアル診断パルス出力手段から入力端子毎の前記第2チェック手段にシリアルに出力された第1シリアル診断パルスを入力して、そのパルス期間に対応して第2入力信号が変化しない場合に異常と判定して、異常停止処理をする第2パルスチェック手段と
を有する
ことを特徴とする請求項2又は請求項4に記載のプログラマブルコントローラ。 - 前記チェック手段は、
前記入力信号を入力するフォトカプラと、そのフォトカプラの発光ダイオードに直列に接続されたフォトトランジスタと診断パルスを入力しフォトトランジスタに光信号を発する発光ダイオードとから成るフォトカプラとから成る
ことを特徴とする請求項1、請求項3または請求項5の何れか1項に記載のプログラマブルコントローラ。 - 前記第1チェック手段は、
前記第1入力信号を入力するフォトカプラと、そのフォトカプラの発光ダイオードに直列に接続されたフォトトランジスタと第2診断パルスを入力しフォトトランジスタに光信号を発する発光ダイオードとから成るフォトカプラとから成り、
前記第2チェック手段は、
前記第2入力信号を入力するフォトカプラと、そのフォトカプラの発光ダイオードに直列に接続されたフォトトランジスタと第1診断パルスを入力しフォトトランジスタに光信号を発する発光ダイオードとから成るフォトカプラとから成る
ことを特徴とする請求項2、請求項4、または請求項6の何れか1項に記載のプログラマブルコントローラ。
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