JP4552790B2 - 二重系・単一系混在システム - Google Patents

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本発明は、二重系と単一系とが混在した二重系・単一系混在システムに関する。
制御や通信等の技術分野では、高い信頼性を確保するためにシステムを二重系として構成する場合がある。この二重系システムは、全く同様に構成された主系と副系とから構成されており、主系に何らかの異常が発生した場合には、動作主体を主系から副系に切り替えるものである。例えば二重系制御システムの場合、1つの制御対象に対して二重系を構成する2つの制御装置を設けると共に、同じく二重系を構成し、上記2つの制御装置に対して制御量(データ)を各々提供する2つの制御量発生器を設ける。
そして、このような二重系制御システムでは、通常は主系を構成する一方の制御装置及び制御量発生器によって制御対象を制御し、このような主系を構成する一方の制御装置あるいは/及び制御量発生器に何らかの異常が発生すると、制御主体は主系から副系に切り替えられる。例えば、主系を構成する一方の制御装置のみに異常が発生した場合には、当該一方の制御装置に代えて、副系を構成する他方の制御装置によって制御対象は制御される。また、この場合、主系を構成する一方の制御量発生器には異常が発生していないので、副系を構成する他方の制御装置は、主系を構成する一方の制御量発生器から供給される制御量に基づいて制御対象を制御する。
すなわち、一般的な二重系システムでは、任意の装置に異常が発生すると、当該異常を発生した装置(一方の装置)と二重系を構成している装置(他方の装置)との間についてのみ切り替えが発生し、他の二重系を構成する装置間には切り替えは発生しない。なお、このような二重系制御システムの一例が下記特許文献1に開示されている。
特開2000−347707号公報
ところで、一般的に特に高い信頼性を確保する必要がない場合、システムは単一系として構成される。これに対して、システム全体のうち、部分的に高い信頼性を確保する必要がある場合には、システムは上述した二重系と単一系とが混在したもの、つまり二重系・単一系混在システムとして構成される。例えば制御に関する二重系・単一系混在システム(二重系・単一系混在制御システム)として、二重系を構成する2つの制御装置及び2つの制御量発生器(第1の制御量発生器A,B)に加えて、単一系を構成し、各制御装置に第2の制御量(第2のデータ)を出力する他の制御量発生器(第2の制御量発生器C)を備えるものが考えられる。
このような二重系・単一系混在制御システムでは、例えば単一系を構成する第2の制御量発生器Cから主系を構成する一方の制御装置に供給される制御量に異常があった場合、一方の制御装置から他方の制御装置への切り替えが発生する。そして、この状態において、第1の制御量発生器Aから他方の制御装置に供給される制御量に異常が追加発生すると、他方の制御装置は、第1の制御量発生器Aに代えて第1の制御量発生器Bからの制御量を取り入れて制御動作を継続する。
しかしながら、この状態において、他方の制御装置に制御量を供給している第1の制御量発生器Bに異常が発生すると、制御主体は他方の制御装置から一方の制御装置に戻り、結果として第2の制御量発生器Cから異常な制御量を受けた状態での制御となる。ここで、第1の制御量発生器A,Bが出力する制御量よりも第2の制御量発生器Cが出力する第2の制御量の方が重要度が高い場合には、上述したように制御主体が他方の制御装置から一方の制御装置に戻ることは好ましくない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、二重系と単一系とが混在した二重系・単一系混在システムにおいて、重要度等の優先順位の高いデータを常に用いてシステムを動作させることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、第1の解決手段として、二重系を構成し、信号入力状態を互いに取得し合うと供に、前記信号入力状態に応じて信号d4を出力先に択一的に出力する第1、第2の装置と、同じく二重系を構成し、前記第1、第2の装置に信号d1をそれぞれ出力する第3、第4の装置と、単一系を構成し、前記第1、第2の装置に信号d2をそれぞれ出力する第5の装置とを具備し、前記第1、第2の装置は、前記信号d1と前記信号d2との優先順位を記憶すると共に、自らに入力される信号d1及び信号d2の入力状態と相手側に入力される信号d1及び信号d2の入力状態とを比較し、優先順位の高い信号が正常に入力されている方が前記信号d4を出力先に出力する、という手段を採用する。
また、第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、優先順位は重要度に基づいて設定される、という手段を採用する。
第3の解決手段として、上記第1または第2の解決手段において、優先順位は第3、第4の装置の信号d1よりも第5の装置の信号d2の方が高く設定される、という手段を採用する。
第4の解決手段として、上記第1〜第3いずれかの解決手段において、単一系を各々構成し、各々異なる信号d2,d3を第1、第2の装置にそれぞれ出力する複数の第5の装置を備え、第1、第2の装置は、優先順位の高い信号をより多く正常に受信している方が信号d4を出力先に出力する、という手段を採用する。
第5の解決手段として、上記第1〜第4いずれかの解決手段において、出力先は制御対象であり、第3〜第5の装置は制御対象に関する制御量を信号d1,d2または信号d1〜d3として第1、第2の装置に出力し、第1、第2の装置は、前記制御量に基づいて操作量を生成し信号d4として制御対象に出力する、という手段を採用する。
第5の解決手段として、上記第1〜第4いずれかの解決手段において、出力先は画像表示装置であり、第3〜第5の装置は表示情報を信号d1,d2または信号d1〜d3として第1、第2の装置に出力し、第1、第2の装置は、前記表示情報を含む画像信号を生成し信号d4として画像表示装置に出力する、という手段を採用する。
本発明によれば、第1、第2の装置のうち、優先順位の高い信号が正常に入力されている方が信号d4を出力先に出力するので、優先順位の低い信号が異常入力された場合でも、これに惑わされることなく優先順位の高い信号を常に優先的に用いてシステムを稼動させることができる。例えば優先順位を重要度に基づいて設定した場合には、重要度の高い信号を常に優先的に用いてシステムを稼動させることができる。
また、単一系である第5の装置を2重系とする必要がないので、装置の設置面積の増大及び装置コストの増大を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る二重系・単一系混在画像表示システムの構成ブロック図である。この図に示すように、本二重系・単一系混在画像表示システムは、第1の流量計測装置1、第2の流量計測装置2、ポンプ温度計測装置3、タンク温度計測装置4、第1の画像処理装置5、第2の画像処理装置6及び画像表示装置7から構成されている。このような二重系・単一系混在画像表示システムは、例えばプラントの運転状態をモニタするためのものである。
第1、第2の流量計測装置1、2は二重系を構成しており、各々並行して上記プラントの所定配管における液体流量を計測する。第1の流量計測装置1は、第1の通信ラインL1を介して第1の画像処理装置5に上記液体流量を示す流量信号d1を送信する一方、第2の通信ラインL2を介して第2の画像処理装置6に同じく上記液体流量を示す流量信号d1を送信する。一方、第2の流量計測装置2は、第3の通信ラインL3を介して第2の画像処理装置6に上記流量信号d1を送信する一方、第4の通信ラインL4を介して第1の画像処理装置5に同じく流量信号d1を送信する。
ポンプ温度計測装置3及びタンク温度計測装置4は各々個別の単一系を構成している。ポンプ温度計測装置3は、例えばプラント内の所定ポンプの動作温度を計測し、一方、タンク温度計測装置4は、例えばプラント内の所定タンクの内部温度を計測する。ポンプ温度計測装置3は、第5の通信ラインL5を介して第1の画像処理装置5に上記動作温度を示すポンプ温度信号d2を送信する一方、第6の通信ラインL6を介して第2の画像処理装置6に上記ポンプ温度信号d2を送信する。タンク温度計測装置4は、第7の通信ラインL7を介して第2の画像処理装置6に上記内部温度を示すタンク温度信号d3を送信する一方、第8の通信ラインL8を介して第1の画像処理装置5に上記タンク温度信号d3を送信する。
第1、第2の画像処理装置5,6は、二重系を構成しており、上記第1、第2の流量計測装置1,2から入力される流量信号d1、ポンプ温度計測装置3から入力されるポンプ温度信号d2及びタンク温度計測装置4から入力されるタンク温度信号d3に基づいて、液体流量、ポンプ温度及びタンク温度を表示情報の一部とする同一の監視用画面を各々並行して生成する。第1の画像処理装置5は、この監視用画面を示す画像信号d4を第9の通信ラインL9を介して画像表示装置7に送信する。一方、第2の画像処理装置6は、上記画像信号d4を第10の通信ラインL10を介して画像表示装置7に送信する。
また、本実施形態の特徴として、第1、第2の画像処理装置5,6は、第11の通信ラインL11によって接続されており、上記流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の健全性(つまり当該各信号の正常/異常)を判定し、この判定結果を第11の通信ラインL11を介して相互に連絡し合うように構成されている。
さらに、第1、第2の画像処理装置5,6は、上記流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3に関する優先度データを記憶している。すなわち、第1、第2の画像処理装置5,6は、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の優先度が「1」であり、流量信号d1の優先度がポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の優先度よりも低い「2」であることを示すデータを内部の記憶装置に記憶している。
このような優先度の設定は、流量信号が二重系を構成する第1、第2の流量計測装置1、2の出力信号なので、第1、第2の流量計測装置1、2を切り替えることによってその異常に容易に対処することが可能であるが、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3は、各々に単一系を構成しているポンプ温度計測装置3及びタンク温度計測装置4の出力信号であり、その異常に対処することが流量信号d1よりも困難であることに起因する。
画像表示装置7は、例えばプラント監視室に設けられた液晶ディスプレイであり、上記第1の画像処理装置5または第2の画像処理装置6から入力される画像信号d4に基づいて上記監視用画面を表示する。
ここで、このように構成された二重系・単一系混在画像表示システムにおいて、流量計測に関する二重系を構成している第1、第2の流量計測装置1、2のうち、第1の流量計測装置1は主系、第2の流量計測装置2は副系に設定されている。また、画像処理に関する二重系を構成している第1、第2の画像処理装置5,6のうち、第1の画像処理装置5は主系、第2の画像処理装置6は副系に設定されている。すなわち、通常時の動作主体は、主系に設定された第1の流量計測装置1及び第1の画像処理装置5であり、第1の流量計測装置1あるいは/及び第1の画像処理装置5に異常が発生すると、動作主体は、副系に設定された第2の流量計測装置2あるいは/及び第2の画像処理装置6に切り替わる。
次に、このように構成された本二重系・単一系混在画像表示システムの動作について、図2に示すフローチャートに沿って詳しく説明する。なお、このフローチャートは、第1の画像処理装置5及び第2の画像処理装置6の動作を示すものである。
本二重系・単一系混在画像表示システムの初期稼動状態では、主系に設定された第1の流量計測装置1及び第1の画像処理装置5が動作主体となる。すなわち、第1、第2の画像処理装置5,6は、第1の流量計測装置1から受信した流量信号d1、ポンプ温度計測装置3から受信したポンプ流量信号d2及びタンク温度計測装置4から受信したタンク流量信号d3に基づいて監視用画面を各々並行して生成するが、副系に設定された第2の流量計測装置2は画像信号d4を出力せず、主系に設定された第1の流量計測装置1のみが画像表示装置7に画像信号d4を出力する。この結果、画像表示装置7は、第1の流量計測装置1から入力された画像信号d4に基づいて監視用画面を表示する。
そして、第1、第2の画像処理装置5,6は、稼動後、上記流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の健全性を所定のタイムインターバルで判定しつつ(ステップS1)、時々刻々と変化する流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3に応じた監視用画面を順次生成する。
そして、第1の画像処理装置5は、上記流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の何れかが異常であると判断すると(ステップS2)、異常が発生した信号の優先度を判断し(ステップS3)、優先度が「1」の場合、第2の画像処理装置6から当該第2の画像処理装置6における流量信号d1、ポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の健全性の判定結果を取得する(ステップS4)。
第1の画像処理装置5は、自らに入力されるポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の健全性と第2の画像処理装置6から取得されたポンプ温度信号d2及びタンク温度信号d3の健全性の判定結果とを比較し、自己と第2の画像処理装置6とのどちらに正常な優先度1の信号が多く入力されているかを判定する(ステップS5)。ここで、第1の画像処理装置5に入力される正常な優先度1の信号数をn1、第2の画像処理装置6aに入力される正常な優先度1の信号数をn2とする。
上記ステップS5において、n1<n2の場合、第1の画像処理装置5は、画像表示装置7の画像信号d4の出力を停止し、第2の画像処理装置6に対して画像信号d4の出力を指示する。この結果、画像表示装置7は、主系の第1の画像処理装置5から入力される画像信号d4に代えて、副系の第2の画像処理装置6から入力される画像信号d4に基づいて監視用画面を表示する(ステップS6)。
続いて、第2の画像処理装置6は、第1の流量計測装置1から受信される流量信号d1と第2の流量計測装置2から受信される流量信号d1との健全性を判定し(ステップS7)、第1の流量計測装置1の流量信号d1と第2の流量計測装置2の流量信号d1とが共に正常と判定された場合、または第1の流量計測装置1の流量信号d1が正常と判定された場合(ステップS8)、継続して主系である第1の流量計測装置1の流量信号d1を使用する(ステップS9)。
一方、第2の画像処理装置6は、第1の流量計測装置1から受信される流量信号d1が異常である場合、当該第1の流量計測装置1の流量信号d1の取得を停止し、第2の流量計測装置2の流量信号d1の使用を開始する。これにより、第2の画像処理装置6で使用される流量信号d1は、主系の第1の流量計測装置1から副系の第2の流量計測装置2に切り替わる(ステップS10)。なお、ステップS8において、第1の流量計測装置1の流量信号d1と第2の流量計測装置2の流量信号d1とが共に異常と判定された場合は、ステップS9の動作が行われる。
上記のステップS9またはS10が終了するとステップS2に移行し、第2の画像処理装置6に入力される各信号に異常が生じるまでは、この第2の画像処理装置6によって画像表示装置7は制御される。
一方、ステップS5において、n1≧n2の場合には、画像表示装置7は、継続して第1の画像処理装置5から入力される画像信号d4に基づいて監視用画面を表示する(ステップS11)。
第1の画像処理装置5は、ステップS11が終了すると、ステップS7の動作に移行する。この場合のステップS7以降の動作は、上記と同様(文言上、第2の画像処理装置6が第1の画像処理装置5に変わるのみ)なので、その説明を省略する。
また、ステップS3において、異常が発生したデータ信号が優先度2の流量信号d1であった場合、第1の画像処理装置5は、第1の流量計測装置1から受信される流量信号d1と、第2の流量計測装置2から受信される流量信号d1との健全性を判定し(ステップS12)、第2の流量計測装置2の流量信号d1が異常と判定された場合、すなわち第1の流量計測装置1の流量信号d1が正常と判定された場合は(ステップS13)、継続して主系である第1の流量計測装置1の流量信号d1を使用する(ステップS14)。
一方、第1の画像処理装置5は、第1の流量計測装置1の流量信号d1が異常である場合、すなわち第2の流量計測装置2の流量信号d1が正常と判定された場合は、当該第1の流量計測装置1の流量信号d1の取得を停止し、第2の流量計測装置2の流量信号d1の使用を開始する。これにより、第1の画像処理装置5で使用される流量信号d1は、主系の第1の流量計測装置1から副系の第2の流量計測装置2に切り替わる(ステップS15)。なお、ステップS13において、第1の流量計測装置1の流量信号d1と第2の流量計測装置2の流量信号d1とが共に異常と判定された場合は、ステップS14の動作が行われる。
上記のステップS14またはS15が終了するとステップS2に移行し、第1の画像処理装置5に入力される各データ信号に異常が生じるまでは、画像表示装置7は、第1の画像処理装置5から入力される画像信号d4に基づいて監視用画面を表示する。
以上のように、本実施形態によれば、優先度の高いポンプ温度信号d2及び/またはタンク温度信号d3に異常が生じた場合は、正常な上記信号がより多く入力されている画像処理装置を選択することで、可能な限り正常且つ重要度の高い信号を用いて監視用画面を表示することができる。また、優先度の低い流量信号d1に異常が生じた場合は、単純に第1の流量計測装置1と第2の流量計測装置2とを切り替えるだけなので、上記画像処理装置の選択に影響を与えることがなく、常に重要度の高いデータを優先的に取得することができる。
これにより、単一系であるポンプ温度計測装置3及びタンク温度計測装置4を2つずつ設けてそれぞれ2重系にする必要がなく、装置の設置面積を小さくでき、また、装置コストの増大を防ぐことができる。
本発明の一実施形態に係る2重系装置と単一系装置との混在制御システムの構成ブロック図である。 本発明の一実施形態における第1の画像処理装置5及び第2の画像処理装置6の動作フローチャート図である。
符号の説明
1…第1の流量計測装置、2…第2の流量計測装置、3…ポンプ温度計測装置、4…タンク温度計測装置、5…第1の画像処理装置、6…第2の画像処理装置、7…画像表示装置

Claims (6)

  1. 二重系を構成し、信号入力状態を互いに取得し合うと供に、前記信号入力状態に応じて信号d4を出力先に択一的に出力する第1、第2の装置と、
    同じく二重系を構成し、前記第1、第2の装置に信号d1をそれぞれ出力する第3、第4の装置と、
    単一系を構成し、前記第1、第2の装置に信号d2をそれぞれ出力する第5の装置とを具備し、
    前記第1、第2の装置は、前記信号d1と前記信号d2との優先順位を記憶すると共に、自らに入力される信号d1及び信号d2の入力状態と相手側に入力される信号d1及び信号d2の入力状態とを比較し、優先順位の高い信号が正常に入力されている方が前記信号d4を出力先に出力する
    ことを特徴とする二重系・単一系混在システム。
  2. 優先順位は重要度に基づいて設定されることを特徴とする請求項1記載の二重系・単一系混在システム。
  3. 優先順位は第3、第4の装置の信号d1よりも第5の装置の信号d2の方が高く設定されることを特徴とする請求項1または2記載の二重系・単一系混在システム。
  4. 単一系を各々構成し、各々異なる信号d2,d3を第1、第2の装置にそれぞれ出力する複数の第5の装置を備え、第1、第2の装置は、優先順位の高い信号をより多く正常に受信している方が信号d4を出力先に出力する
    ことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載の二重系・単一系混在システム。
  5. 出力先は制御対象であり、第3〜第5の装置は制御対象に関する制御量を信号d1,d2または信号d1〜d3として第1、第2の装置に出力し、第1、第2の装置は、前記制御量に基づいて操作量を生成し信号d4として制御対象に出力する
    ことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の二重系・単一系混在システム。
  6. 出力先は画像表示装置であり、第3〜第5の装置は表示情報を信号d1,d2または信号d1〜d3として第1、第2の装置に出力し、第1、第2の装置は、前記表示情報を含む画像信号を生成し信号d4として画像表示装置に出力する
    ことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載の二重系・単一系混在システム。
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