JP4836979B2 - 二重化プログラマブルコントローラ - Google Patents

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この発明は、公共水処理プラント(上下水道)などを監視制御するプラント監視制御システムで用いられる二重化プログラマブルコントローラの通信ケーブルの断線時にも通信を継続する二重化プログラマブルコントローラに関するものである。
公共水処理プラント(上下水道)を監視制御するプラント監視制御システムでは、機器や負荷の監視データを収集するプログラマブルコントローラと、このプログラマブルコントローラが接続された通信ネットワークに接続されて監視データを集中管理している監視装置とにより構成される。電子部品で構成されるプログラマブルコントローラは、故障する可能性があるため、二重化された二重化プログラマブルコントローラとして構成される。
プラント稼動中に二重化プログラマブルコントローラの制御系の通信ケーブルが断線した場合には、通信ネットワークに接続している監視装置で、二重化プログラマブルコントローラの通信異常を検出し、プラントを管理している操作員によって早急に断線に対する処置を行い、通信を復旧させる必要がある。
二重化プログラマブルコントローラの制御系の通信ケーブルが断線した場合でも、継続して通信できるようにしたものとして、特許文献1がある。この特許文献1では、通信の制御権をもつマスタ局と常時待機状態でマスタ局の異常時に制御権を得る待機マスタ局とに二重化され、プログラマブルコントローラの制御系(通信システムのマスタ局)が通信ケーブルの断線を検出すると、制御系が待機系に対して切替要求を出し、待機系が新制御系となり、待機マスタ局が新マスタ局になって、通信の制御権を得て通信を継続させている。
特開2000−40013号公報(第3〜4頁、図1)
しかしながら、特許文献1の例では、二重化プログラマブルコントローラの制御系・待機系両系の通信ケーブル接続が不安定な条件下で、断線と復旧を繰り返している時に、系切替処理の多発によって、制御が不安定となるという問題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、通信ケーブル接続が不安定な条件下でも、系切替処理の多発を抑止することができる二重化プログラマブルコントローラを得ることを目的にしている。
この発明に係わる二重化プログラマブルコントローラにおいては、CPUユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第1及び第2のプログラマブルコントローラと、第1及び第2のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、第1または第2のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作するセパレートのモードとの2つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、制御系のプログラマブルコントローラの通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、制御系のプログラマブルコントローラが、CPUユニットが動作しない故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えるものである。
この発明は、以上説明したように、CPUユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第1及び第2のプログラマブルコントローラと、第1及び第2のプログ
ラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、第1または第2のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、待機系のプログラマブルコントローラで通信ユニットが動作するセパレートのモードとの2つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、制御系のプログラマブルコントローラの通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、制御系のプログラマブルコントローラが、CPUユニットが動作しない故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えるので、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、通信ケーブルが接続している待機系が新制御系となり通信を継続することができるとともに、制御系が故障状態に移行することにより、制御系・待機系の両系の通信ケーブルが不安定な条件下での再度の系切替を抑止することができる。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1による二重化プログラマブルコントローラが接続される通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。
図1において、監視装置1に通信ネットワーク4を介して、複数のプログラマブルコントローラ2が接続されて、通信ネットワークシステムを構成する。プログラマブルコントローラ2のうち、制御系2aと待機系2bは二重化プログラマブルコントローラを構成する。監視装置1には、CPUユニット11と通信ユニット12が実装され、プログラマブルコントローラ2には、CPUユニット21と、通信ユニット22が実装される。
CPUユニット11、21は、それぞれ通信プログラム13、23を有し、通信プログラムを実行することにより、通信を行う。二重化プログラマブルコントローラには、運転モードがバックアップのモードと、セパレートのモードがあり、バックアップのモードでは、制御系の通信プログラムのみが動作し、セパレートのモードでは、制御系・待機系両方の通信プログラムが動作する。セパレートのモードでは、監視装置1は、制御系・待機系の両方とデータの送受信を行うが、この制御系・待機系の両方とデータの送受信を行う場合には、待機系から送信されたデータは破棄する。
つまり、制御系2aの通信プログラム23aのみが動作し、待機系2bは通信プログラムが動作しないバックアップのモードと、制御系2a及び待機系2bで通信プログラム23a、23bが各別に動作するセパレートのモードとの二つの運転モードがある。
この二つの運転モードは、制御系2aにより変更されるように構成されている。
また、バックアップのモードで、制御系2aが故障状態のときには、二重化機能によりハードウェア的に制御系と待機系を切替える系切替が発生し、待機系2bが新制御系となって通信プログラムを動作させて、通信を継続するようになっている。ここで、故障状態とは、CPUユニットが動作しない状態である。
さらに、制御系2aの系切替指令によっても系切替が発生するようになっている。
通信ユニット22は、通信ケーブルと接続し、通信ケーブルの接続状態は、通信ユニット内のケーブル接続ステータス24に格納される。
二重化プログラマブルコントローラのそれぞれのCPUユニット21内にはトラッキングメモリ25があり、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブル3で接続されている。トラッキングメモリ25内にCPUの状態やケーブル接続状態をライトすると、相手側のトラッキングメモリ25にトラッキングされ、相手側からCPUの状態やケーブル接続状態をリードすることが可能となる。
なお、制御系2aと待機系2bのCPUユニットを21a、21bとし、通信ユニットを22a、22bとし、通信プログラムを23a、23bとし、ケーブル接続ステータスを24a、24bとし、トラッキングメモリを25a、25bとして、制御系2aと待機系2bの区別を行っている。
図1の制御系2aの通信ケーブルには断線31がある。
図2は、この発明の実施の形態1による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
次に、通信ケーブル断線時の動作について図2を用いて説明する。なお、ここで、通信ケーブル断線には、断線以外の原因で接続できない場合も含めている。
バックアップのモードで動作中に、二重化プログラマブルコントローラの制御系2aの通信ケーブルが断線31する(S1)と、制御系2aの通信ユニット22a内のケーブル接続ステータス24aに通信ケーブル断線が格納される(S2)。制御系2aのCPUユニット21a内の通信プログラム23aは、定周期でケーブル接続ステータス24aをリードしており、通信ケーブル断線31を検出し(S3)、制御系2aを故障状態に移行させる(S4)。
二重化プログラマブルコントローラの制御系2aが故障状態に移行すると、二重化機能により系切替が発生し(S5)、制御系2aが新待機系、待機系2bが新制御系となる(S6)。
二重化プログラマブルコントローラの制御系2aは、新待機系となるため、CPUユニット21a内の通信プログラム23aは停止する。また待機系2bは、新制御系となるため、CPUユニット21b内の通信プログラム23bは動作する(S7)。新制御系の通信ケーブルは、接続しているため、通信することができる(S8)。
実施の形態1によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に制御系で故障状態に移行させることで、二重化機能により系切替が発生し、通信ケーブルが接続している待機系が新制御系となり通信が継続できるようになる。
また、制御系(新待機系)を故障状態としているため、制御系・待機系の両系の通信ケーブルがノイズ等による不安定な条件下で、制御系(新待機系)の通信ケーブルが復旧した場合でも新制御系(待機系)から新待機系(制御系)への系切替を抑止することができる。
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図3において、1、2a、2b、3、4、21〜25、31は図1におけるものと同一のものである。図3では、待機系2bに故障32が発生している。
図3は、説明の便宜上、図1から二重化プログラマブルコントローラを抽出して説明する。
図4は、この発明の実施の形態2による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
図4では、バックアップのモードで動作中の二重化プログラマブルコントローラの待機系2bで故障32が発生し(S11)、トラッキングメモリ25bに故障情報が格納され(S12)、故障情報がトラッキングメモリ25aにトラッキングされた(S13)状態で、制御系2aの通信ケーブルが断線31した(S14)とき、ケーブル接続ステータス24aに通信ケーブル断線が格納される(S15)。
制御系2aのCPUユニット21a内にある通信プログラム23aでは、通信ケーブルの断線31を検出(S16)後、トラッキングされた待機系2bの故障情報をトラッキングメモリ25aからリードし、待機系2bの故障32を検出する(S17)。
制御系2aの通信プログラム23aでは、通信ケーブル断線31を検出しても、待機系2bの故障32を検出した場合は、故障状態に移行せず、系切替が起こらない。この場合、ネットワークの縮退運転となる(S18)。
実施の形態2によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合でも、待機系が故障状態であれば、制御系で故障状態に移行させると両系故障となり、二重化プログラマブルコントローラが動作不可となるため、制御系で故障状態に移行せず、両系故障にならないようにすることができる。
実施の形態3.
図5は、この発明の実施の形態3による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図5において、1、2a、2b、3、4、21〜25、31は図1におけるものと同一のものである。
図6は、この発明の実施の形態3による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
図6では、バックアップのモードで動作中の二重化プログラマブルコントローラの制御系2aの通信ケーブルが断線31する(S21)と、制御系2aの通信ユニット22a内のケーブル接続ステータス24aに通信ケーブル断線が格納される(S22)。通信プログラム23aが断線31を検出する(S23)と、通信プログラム23aで運転モードをバックアップのモードからセパレートのモードに切替える(S24)。
二重化プログラマブルコントローラの運転モードがセパレートのモードに切替ると、待機系2bの通信プログラム23bが動作し(S25)、待機系2bの通信ケーブルが接続しているため、通信することができる(S26)。
実施の形態3によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に制御系で運転モードをバックアップのモードからセパレートのモードに切替ることにより、通信ケーブルが接続している待機系の通信プログラムが動作し、故障状態に移行させなくても通信が継続できるようになる。
実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図7において、1、2a、2b、3、4、21〜25は図1におけるものと同一のものである。図7では制御系2aの断線が復旧33している。
図8は、この発明の実施の形態4による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
実施の形態4は、実施の形態3のセパレートのモードで、断線した制御系2aの通信ケーブルが復旧33した時のものである。
図8で、制御系2aの通信ケーブルが復旧した(S31)時、ケーブル接続ステータス24aに通信ケーブルの復旧が格納される(S32)。通信プログラム23aは、通信ケーブルの復旧を検出し(S33)、トラッキングメモリ25aに通信ケーブル復旧33をライト(S34)後、系切替指令を出す(S35)。
制御系2aの通信プログラム23aの系切替指令により系切替が発生し、制御系2aは新待機系、待機系2bは新制御系となる(S36)。新制御系2bの通信プログラム23bでは、トラッキングされた新待機系2aの通信ケーブルの状態をトラッキングメモリ25bからリードし、新待機系2aの通信ケーブル復旧を検出する(S37)。
その後、運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに切替える(S38)。新制御系2bは、通信プログラム23bにより通信を継続し(S39)、新待機系2aは、通信プログラム23aが停止するため、通信しない。
実施の形態4によれば、制御系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより運転モードがセパレートのモードで、待機系が通信している状態のときに、制御系の通信ケーブルが復旧した場合、系切替指令により系切替を発生させ、新制御系で運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに変更することにより、二重化プログラマブルコントローラ本来の運転モードとなり、制御系・待機系の両系での通信はせず、それまで通信していた新制御系(旧待機系)のみで通信が継続できるようになる。
実施の形態5.
図9は、この発明の実施の形態5による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図9において、1、2a、2b、3、4、21〜25は図1におけるものと同一のものである。図9では制御系2aの通信ケーブルの断線が復旧33し、待機系2bの通信ケーブルが断線34している。
図9は、説明の便宜上、図1から二重化プログラマブルコントローラを抽出して説明する。
図10は、この発明の実施の形態5による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
実施の形態5は、実施の形態3のセパレートのモードで、さらに待機系2bの通信ケーブルが断線34し、制御系2aの通信ケーブルが復旧33した時のものである。
図10で、待機系2bの通信ケーブルが断線34し(S41)、ケーブル接続ステータス24bに通信ケーブルの断線が格納される(S42)と、通信プログラム23bにより、通信ケーブルの断線が検出される(S43)。通信プログラム23bによりトラッキングメモリ25bに通信ケーブル断線をライト(S44)後、制御系2aの通信ケーブルが復旧33する(S45)と、ケーブル接続ステータス24aに通信ケーブルの復旧が格納される(S46)。
通信プログラム23aは、通信ケーブルの復旧33を検出し(S47)、通信プログラム23aによりトラッキングメモリ25aに通信ケーブル復旧をライト(S48)し、トラッキングされた待機系2bの通信ケーブル状態を制御系2aのトラッキングメモリ25aからリードする(S49)。
制御系2aの通信プログラム23aにより、待機系2bの通信ケーブル断線34を検出すると、系切替指令を出さず(S50)、したがって、運転モードを変更せず、制御系2aの通信プログラム23aで通信し始める(S51)ようにする。
実施の形態5によれば、制御系・待機系の双方で、通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより、運転モードがセパレートのモードでネットワークから縮退しているときに、制御系の通信ケーブル復旧した場合、系切替指令による系切替を発生させないことにより、通信ケーブルが復旧した制御系で通信ができるようになる。
実施の形態6.
図11は、この発明の実施の形態6による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。
図11において、1、2a、2b、3、4、21〜25は図1におけるものと同一のものである。図11では、待機系2bの通信ケーブルが断線から復旧35している。
図12は、この発明の実施の形態6による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
実施の形態6は、実施の形態5のセパレートのモードの状態で、待機系2bの通信ケーブルが復旧35した時のものである。
図12で、セパレートのモードで動作中の待機系2bの通信ケーブルが復旧35する(S61)と、ケーブル接続ステータス24bに通信ケーブルの復旧が格納される(S62)。通信プログラム23bは、通信ケーブルの復旧を検出する(S63)と、通信プログラム23bによりトラッキングメモリ25bに通信ケーブル復旧をライトする(S64)。制御系2aの通信プログラム23aでは、トラッキングされた待機系の通信ケーブル状態を制御系2aのトラッキングメモリ25aからリードし(S65)、待機系の通信ケーブル復旧を検出して、運転モードをセパレートのモードからバックアップのモードに切替える(S66)。
待機系2bの通信プログラム23bは停止し、制御系2aの通信プログラム23aにより通信を継続して行う(S67)。
実施の形態6によれば、待機系の通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出したことにより、運転モードがセパレートのモードで、制御系が通信している状態のときに、待機系の通信ケーブルが復旧した場合、運転モードをバックアップのモードに変更することにより、二重化プログラマブルコントローラ本来の運転モードとなり、待機系の通信プログラムを動作させないようにして、制御系・待機系の両系での通信はせず、通信していた制御系のみで通信が継続できるようになる。
この発明の実施の形態1による二重化プログラマブルコントローラが接続される通信ネットワークシステムを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態1による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態2による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態2による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態3による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態3による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態4による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態4による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態5による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態5による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。 この発明の実施の形態6による二重化プログラマブルコントローラを示す概略構成図である。 この発明の実施の形態6による二重化プログラマブルコントローラの通信制御シーケンスを示す図である。
符号の説明
1 監視装置
2 プログラマブルコントローラ
3 トラッキングケーブル
4 通信ネットワーク
11 CPUユニット
12 通信ユニット
13 通信プログラム
14 ケーブル接続ステータス
21 CPUユニット
22 通信ユニット
23 通信プログラム
24 ケーブル接続ステータス
25 トラッキングメモリ
31 断線
32 故障
33 復旧
34 断線

Claims (6)

  1. CPUユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第1及び第2のプログラマブルコントローラと、
    上記第1及び第2のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝
    えるトラッキングケーブルとを備え、
    上記第1または上記第2のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
    上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作するセパレートのモードとの2つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは上記制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
    二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが、上記CPUユニットが動作しない故障状態に移行して、この故障状態への移行により制御系と待機系を切り替えることを特徴とする二重化プログラマブルコントローラ。
  2. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出し、かつ、上記待機系のプログラマブルコントローラが故障状態である場合には、上記制御系のプログラマブルコントローラが故障状態に移行しないことを特徴とする請求項1に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
  3. CPUユニットと通信ユニットを有し、通信ネットワークに接続する第1及び第2のプログラマブルコントローラと、
    上記第1及び第2のプログラマブルコントローラの間を接続し、自己の状態を他方に伝えるトラッキングケーブルとを備え、
    上記第1または上記第2のプログラマブルコントローラの一方が制御系のプログラマブルコントローラであり、もう一方が待機系でのプログラマブルコントローラであり、
    上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作しないバックアップのモードと、上記待機系のプログラマブルコントローラで上記通信ユニットが動作するセパレートのモードとの2つの運転モードを有し、運転モードの切り替えは上記制御系のプログラマブルコントローラにより行われる二重化プログラマブルコントローラであって、
    二重化プログラマブルコントローラがバックアップのモードで動作している時に、上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが上記運転モードをセパレートのモードに変更することを特徴とする二重化プログラマブルコントローラ。

  4. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが新たな上記待機系になり、上記待機系のプログラマブルコントローラが新たな制御系となった後に、新たな上記制御系プログラマブルコントローラが運転モードをバックアップのモードに変更することを特徴とする請求項3に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
  5. 上記制御系のプログラマブルコントローラの上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した際に、上記待機系のプログラマブルコントローラが上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出している場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが制御系のままであり、セパレートのモードを維持することを特徴とする請求項3に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
  6. 上記待機系のプログラマブルコントローラが上記通信ユニットが通信ネットワークへ接続できないことを検出した後に通信ネットワークへ接続できることを検出した場合に、上記制御系のプログラマブルコントローラが上記運転モードをバックアップのモードに変更することを特徴とする請求項5に記載の二重化プログラマブルコントローラ。
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