JP4657802B2 - ２重系制御システム - Google Patents

Description

この発明は、プラントなどの制御を行う２重系制御システムに関する。

入通信回線と出通信回線とを交換接続するスイッチ装置を制御する２重化された２重系制御システムは、同一構成および機能を有し、一方がその時点の運用系としてスイッチ装置を制御し、他方がその時点の待機系として待機する２台の制御装置を備える。
そして、障害などで運用系の制御装置の動作を停止するとき、待機系の制御装置を直ちに運用系に切り換えて動作を開始し、スイッチ装置の交換動作を継続して制御する。
常時運用系として遅滞なく動作を開始するために、待機系の制御装置は、運用系として動作している制御装置が保持する制御情報と同一の制御情報を保持することが必要である。
そこで、２重系の制御装置の両方の間に常時最新の制御情報が運用系の制御装置から待機系の制御装置に転送される制御情報転送路が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−２２１２９０号公報

しかし、２台の制御装置は、同一の制御情報を保持するという意味での同期化が図られているが、制御装置内でのタスクの処理のタイミングが揃っているという意味での同期化が図られていないので、スイッチ装置など制御対象の動きに追随できないという問題がある。
すなわち、待機系の制御装置が運用系に切り換えられて制御対象への制御信号を出力するとき、運用系であった制御装置からの制御信号とぶつからないようにしなければならないので、運用系であった制御装置が待機系に移行したことを確認した後でないと、待機系であった制御装置を運用系に移行できないようにしている。
このため、２台の制御装置は、切り換えに際して、共に待機している状態が存在し、制御対象との間で情報の授受ができないので、制御対象の状態に係わる情報を入手できず、制御情報が制御対象の状態に追随できなくなる。

この発明の目的は、待機状態にある制御装置を制御状態に切り換えるとき、両方の制御装置が同時に待機状態になることがなく、制御対象の状態に追随する２重系制御システムを提供することである。

この発明に係わる２重系制御システムは、同一の構成と機能を有し、一方が制御系、他方が待機系に設定される２台の制御装置を具備する２重系制御システムにおいて、上記２台の制御装置でのタスク処理のタイミングを揃えるために用いられるタスクの開始時点を示す基準信号を上記制御装置に提供する同期化装置と、上記２台の制御装置の一方を制御系、他方を待機系に設定する指令を発する切換器と、を備え、上記制御装置は、一方を制御系から待機系、他方を待機系から制御系に切換える系切換指令が入力されたとき直後に入力される上記基準信号の入力に同期して系をタスク処理が停止されることなく切換え、制御系に切換えられた方でタスク処理を開始する。

この発明に係わる２重系制御システムの効果は、同期化装置から入力される周期的な基準パルスに同期した開始信号に基づきタスク処理が行われ、また、開始信号が発せられる時点で待機系から制御系および制御系から待機系への切換が同時に行われるので、待機状態で重なることがなく、プラントの状態に追随した制御を行うことができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係わる２重系制御システムが適用されたプラントのシステム図である。図２は、実施の形態１に係わる同期化装置から出力される基準パルスである。図３は、２台の制御装置をそれぞれ制御系から待機系、待機系から制御系に切り換えるタイミングチャートである。
実施の形態１に係わる２重系制御システム１は、原子力発電所など制御の停止が重大な影響を与えるようなプラント２を制御する。
そして、実施の形態１に係わる２重系制御システム１は、図１に示すように、同一の構成と機能を有し、一方が制御系、他方が待機系に設定される２台の制御装置３ａ、３ｂ、両制御装置３ａ、３ｂでのタスク処理のタイミングを揃えるために用いられる基準信号としての基準パルスを両制御装置３ａ、３ｂに提供する同期化装置４、２台の制御装置３ａ、３ｂの一方を制御系、他方を待機系に設定する指令を発する切換器５を備えている。
また、２台の制御装置３ａ、３ｂとプラント２との間を並列の接続する回線６、同期化装置４から基準信号を両制御装置３ａ、３ｂに送信する信号線７、切換器５から系切換情報を両制御装置３ａ、３ｂに送信する信号線８が配線されている。

実施の形態１に係わる制御装置３ａ、３ｂは、開始信号に従ってタスクを処理するタスク処理部１０、プラント２の状態情報および制御情報の履歴情報が記憶されている記憶部１１、回線６、同期化装置４および切換器５との間でデータの送受を行う入出力部１２、基準信号に基づいて開始信号を発する演算周期管理部１３を有している。
そして、制御装置３ａ、３ｂは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インタフェース回路を有するコンピュータにより構成されている。
実施の形態１に係わるタスク処理部１０では、説明を簡単にするために、１種類のタスクとするが、複数種のタスクでも同種のタスクの開始時点を揃えることにより、同様な効果が得られる。
このタスクでは、プラント２からの状態情報を入手し、記憶部１１に記憶されている履歴情報と状態情報とを用いて演算し、プラント２の制御に供する制御情報を求めて、プラント２に出力する。

同期化装置４は、タスクの処理の予め定められた周期が格納されている周期設定器１６、基準クロックを発生するクロック発生器１７、基準クロックを基準として周期設定器１６で設定される周期の基準パルスを発信するパルス発生器１８を備える。
例えば、基準クロックとして５００ＭＨｚおよびタスクの周期として５００ｋＨｚとすると、図２に示すように、周期が５００ｋＨｚの基準パルスが生成される。

演算周期管理部１３は、切換器５から入力されている系切換情報に基づき、基準パルスの受入を許可または不許可状態にして基準パルスの入力を待つ。そして、許可状態であれば、基準パルスが入力されたとき、タスク開始信号をタスク処理部１０に送信し、不許可状態であれば、基準パルスの入力を無視して、タスク開始信号は発せられない。
例えば、図３に示すように、Ａ制御装置３ａが制御系、Ｂ制御装置３ｂが待機系に設定されているとき、基準パルスが入力されるｔ_１時点では、系切換情報が入力されていないので、Ａ制御装置３ａの演算周期管理部１３が許可状態、Ｂ制御装置３ｂの演算周期管理部１３が不許可状態であるので、Ａ制御装置３ａのタスク処理部１０でタスクが処理される。
次に、ｔ_２時点で系切換情報が入力されたので、Ａ制御装置３ａの演算周期管理部１３が不許可状態、Ｂ制御装置３ｂの演算周期管理部１３が許可状態に切換される。そして、ｔ_３時点において、基準パルスが入力されると、Ｂ制御装置３ｂの演算周期管理部１３から開始信号がＢ制御装置３ｂのタスク処理部１０に入力される。一方、Ａ制御装置３ａの演算周期管理部１３から開始信号が発せられない。Ｂ制御装置３ｂのタスク処理部１０はＡ制御装置３ａのタスク処理部１０に引き継いでプラント２を制御する。

このような２重系制御システム１は、同期化装置４から入力される周期的な基準パルスに同期した開始信号に基づきタスク処理が行われ、また、開始信号が発せられる時点で待機系から制御系および制御系から待機系への切換が同時に行われるので、待機状態で重なることがなく、プラント２の状態に追随した制御を行うことができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係わる２重系制御システムのシステム図である。
実施の形態２に係わる２重系制御システム１Ｂは、図４に示すように、実施の形態１に係わる２重系制御システム１と制御装置３Ｂａ、３Ｂｂが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態２に係わる制御装置３Ｂａ、３Ｂｂは、実施の形態１に係わる制御装置３ａ、３ｂに定周期回路２０、周期監視回路２１およびスイッチ２２が追加されたことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

定周期回路２０は、基準パルスが入力され、定周期のパルス信号を発信する。なお、基準パルスが規則正しく入力されているときは、基準パルスに同期した定周期のパルス信号を発信する。また、何らかの要因で基準パルスが入力されていないときは、単独で定周期の自立パルスを発信する。
周期監視回路２１は、基準パルスの入力の有無を監視し、基準パルスが入力されているときは、スイッチ２２を基準パルス側、基準パルスが入力されていないときは、スイッチを自立パルス側に切り換える。
スイッチ２２は、演算周期管理部１３に入力される基準パルスを同期化装置４からの基準パルスまたは定周期回路２０からの自立パルスのいずれかに基準パルスの入力の有無に基づき切り換える。

実施の形態２において、同期化装置４が正常に動作して基準パルスが制御装置３Ｂａ、３Ｂｂに入力されているとき、この基準パルスに基づき実施の形態１と同様に制御系に設定された制御装置３Ｂａ、３Ｂｂでのタスク処理が開始され、また、制御系と待機系との切換の際には基準パルスに基づき同時に切換が行われる。
一方、同期化装置４が何らかの要因で基準パルスを発信できないとき、自立パルスに基づき制御系に設定された制御装置３Ｂａ、３Ｂｂでのタスク処理が開始される。

このような２重系制御システム１Ｂでは、制御装置３Ｂａ、３Ｂｂそれぞれに定周期回路２０を備えるので、同期化装置４から基準パルスが入力されなくても、プラント２の制御が不可能になる事態を防ぐことができる。

実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３に係わる２重系制御システムのシステム図である。
実施の形態３に係わる２重系制御システム１Ｃは、図５に示すように、実施の形態１に係わる２重系制御システム１にさらに同一の構成の１台の同期化装置４Ｃを追加し、それにともなって制御装置３Ｃａ、３Ｃｂが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わる２重系制御システム１Ｃは、同一構成および機能の２台の同期化装置４、４Ｃを備え、それぞれの制御装置３Ｃａ、３Ｃｂにそれぞれから基準パルスを入力する。
実施の形態３に係わる制御装置３Ｃａ、３Ｃｂは、実施の形態１に係わる制御装置３ａ、３ｂに周期監視回路２１Ｃおよびスイッチ２２が追加されたことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。

周期監視回路２１Ｃは、第１の同期化装置４からの第１の基準パルスおよび第２の同期化装置４Ｃからの第２の基準パルスの入力の有無を監視し、第１の基準パルスが入力されているときは、スイッチ２２を第１の基準パルス側、第１の基準パルスが入力されていないときは、スイッチ２２を第２の基準パルス側に切り換える。
スイッチ２２は、演算周期管理部１３に入力される基準パルスを第１の同期化装置４からの第１の基準パルスまたは第２の同期化装置４Ｃからの第２の基準パルスのいずれかに周期監視回路２１Ｃにより切り換えられる。

このような２重系制御システム１Ｃは、２台の同期化装置４、４Ｃを備え、２つの基準パルスが制御装置３Ｃａ、３Ｃｂに入力されているので、一方の同期化装置３Ｃａが故障しても他方の同期化装置３Ｃｂから基準パルスが入力でき、プラント２の制御が不可能になる事態を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係わる２重系制御システムが適用されたプラントのシステム図である。 実施の形態１に係わる同期化装置から出力される基準パルスである。 ２台の制御装置をそれぞれ制御系から待機系、待機系から制御系に切り換えるタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係わる２重系制御システムのシステム図である。 この発明の実施の形態３に係わる２重系制御システムのシステム図である。

符号の説明

１、１Ｂ、１Ｃ ２重系制御システム、２ プラント、３ 制御装置、４ 同期化装置、５ 切換器、６ 回線、７、８ 信号線、１０ タスク処理部、１１ 記憶部、１２ 入出力部、１３ 演算周期管理部、１６ 周期設定器、１７ クロック発生器、１８ パルス発生器、２０ 定周期回路、２１ 周期監視回路、２２ スイッチ。

Claims (3)

1. 同一の構成と機能を有し、一方が制御系、他方が待機系に設定される２台の制御装置を具備する２重系制御システムにおいて、
   上記２台の制御装置でのタスク処理のタイミングを揃えるために用いられるタスクの開始時点を示す基準信号を上記制御装置に提供する同期化装置と、
   上記２台の制御装置の一方を制御系、他方を待機系に設定する指令を発する切換器と、
   を備え、
   上記制御装置は、一方を制御系から待機系、他方を待機系から制御系に切換える系切換指令が入力されたとき直後に入力される上記基準信号の入力に同期して系をタスク処理が停止されることなく切換え、制御系に切換えられた方でタスク処理を開始することを特徴とする２重系制御システム。
2. 上記制御装置は、定周期の自立パルスを発信する定周期回路を備え、
   上記同期化装置からの基準パルスが入力されないとき、上記自立パルスに同期してタスク処理を開始することを特徴とする請求項１に記載する２重系制御システム。
3. 上記同期化装置を２台備え、
   上記制御装置は、用いられている基準信号を提供している上記同期化装置が故障したとき他方の上記同期化装置からの基準信号に切り換えることを特徴とする請求項１に記載する２重系制御システム。

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