JP5525065B2 - 安全増設ベース及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、安全増設ベース制御に関し、特にプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）システムにおけるメインベース制御とは別に、安全増設ベースが独立に安全状態に維持及び制御される、安全増設ベース及びその制御方法に関する。

ＰＬＣは、種々の機器と接続され、これらの機器を組織的に制御する電子装置である。このようなＰＬＣシステムは、デジタル又はアナログ入出力モジュールを介して、ロジック、シーケンス、タイミング、計数、演算、等の特殊な機能を行うために、プログラム可能なメモリを用いて、多様な種類の機械やプロセッサを制御する。

一般に、ＰＬＣシステムは、産業自動化と共に最も基本、かつ重要な制御システムであり、工場やビル等の設備自動化に多く用いられ、初期の単純な基本演算から現在の複雑な応用演算を行うだけでなく産業ネットワークを形成して、多様な現場要求に応じている。また、最近ではＰＬＣシステムに新しい先端機器を導入することによって、より複雑になったネットワーク制御のために、メインベースの他に多数の増設ベースを接続した増設ＰＬＣシステムを構築している。

過去には、生産性拡大が産業現場において重要な要素となったが、最近ではこのような複雑なＰＬＣシステムの運営において人的及び物的被害を減らすための安全に対する関心が高まっており、特に安全に関する規格及び要求が一層深まる傾向にある。このような要求に応じてメインベースに接続された多数の各増設ベースが、安全状態で運用されるように制御することによって、誤動作による物的被害及びそれに伴う人的被害を減らすことが何よりも重要である。

図１は、従来の一般の単一ＰＬＣシステムの構成図である。

図１を参照すると、従来の単一ＰＬＣシステムでは、メインベース１０に通信ケーブル１２を介して多数の増設ベース１１が接続される。各増設ベース１１は、メインベース１０によって制御され、メインベース１０の状態に従って増設ベース１１が動作する。したがって、増設ベース１１は、メインベース１０によって受動的に動作する構造である。

図２は、従来の一般の二重化ＰＬＣシステムの構成図である。

図２を参照すると、従来の二重化ＰＬＣシステムは、メインベース２０がマスタ及びスタンバイに二重化された構造を有する。各増設ベース２３は、通信ケーブル２４を介して、マスタメインベース２１及びスタンバイメインベース２２のうちいずれか一つのベースに接続される。図１と類似して、各増設ベース２３は、メインベース２０によって制御され、メインベース２０に対して受動的に動作する。このとき、マスタメインベース２１に障害が生じると、スタンバイメインベース２２が制御権限を継承して各増設ベース２３を制御する。

しかし、このような従来のＰＬＣシステムでは、システムに障害が発生した場合、メインベースでこれを認識して、システム状態を他の増設ベースに伝達する。これは、メインベースの障害に対する認識可否及び認識できる性能に応じて増設ベースが制御される、従属構造となっているためである。したがって、従来はシステムに何らかの障害が発生した場合、メインベースが認識できないか、認識が遅れて、システム状態が正確に増設ベースに伝達されず、増設ベースに取り付けられた機器が誤動作を起こす可能性があり、これに伴う物的、人的被害を招く恐れがあった。これは、増設ベースの制御モジュールが、メインベースの従属構造になっており、増設ベースの制御モジュールがシステム状態を自ら認識できないため、自主的な動作を行えず、誤動作による危険にさらされるためである。

本発明は、上記問題を解決するためのものであって、本発明の目的は、メインベースに接続された安全増設ベースの状態が、メインベースの制御とは別に独自に予め設定された安全状態に切り換えられて、ＰＬＣシステムを保護するように安全増設ベースを維持及び制御することができる、安全増設ベース及びその制御方法を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、ＰＬＣシステムにおけるメインベースと接続された安全増設ベースであって、上記メインベースとデータ通信を行う通信部と、上記メインベースと通信されるデータを利用してＰＬＣシステム状態を監視するシステム状態監視部と、上記安全増設ベースの全般的な動作を制御し、上記ＰＬＣシステム状態が正常状態であるか否かに応じて別個の制御信号を出力するモジュール制御部と、上記メインベースから転送された通信データ並びに上記安全増設ベースの安全状態制御に必要なプログラム及び情報を記憶するメモリ部と、上記モジュール制御部から出力される制御信号によって正常状態又は安全状態に切り換える状態切換部と、上記状態切換部によって正常状態に切り換えられたとき、上記メインベースから転送された情報を利用して上記安全増設ベースの制御を行い、安全状態に切り換えられたとき、上記メモリ部に予め記憶されたユーザ定義プログラムに従って上記安全増設ベースの制御を行う安全処理部と、を含む増設ベースを提供する。

本発明の実施形態において、上記通信部は、上記メインベースから初期パラメータ及び設定情報を含んだ初期運転情報と、上記ＰＬＣシステムの障害発生時に、上記安全増設ベースが安全状態に切り換えて安全状態制御が行われるようにユーザが予め定義したパラメータ及びプログラムを含んだ動作情報との伝達を受ける。

本発明の実施形態において、上記システム状態監視部は、上記初期運転情報に異常があるか否かを検査して、上記安全増設ベースが正常状態制御を行えるか否かを判断する。

本発明の実施形態において、上記安全状態に切り換えられたとき、上記安全処理部は、上記メインベースから伝達を受けた通信データとは別に、独自に上記安全増設ベース制御を行う。

また、上記目的を達成するための本発明は、ＰＬＣシステムのメインベースと接続された安全増設ベースの制御方法であって、メインベースからデータの伝達を受けるステップと、上記伝達を受けたデータを利用して上記ＰＬＣシステム状態を監視するステップと、上記監視の結果、ＰＬＣシステムが正常なとき、上記メインベースから伝達を受けたデータを利用して、上記安全増設ベースの正常状態制御を行い、正常でないとき、安全状態に切り換えるステップと、上記安全状態に切り換えられた場合、上記メインベースとは別に独自に予め設定されたユーザ定義プログラムによって安全状態制御を行うステップと、を含む安全増設ベースの制御方法を提供する。

本発明の実施形態において、上記データの伝達を受けるステップは、上記メインベースから上記ユーザが予め定義したプログラムを受信するステップを含む。

本発明によって、ＰＬＣシステムにおいて、メインベースに接続された増設ベースが、メインベースとは独立にシステムを安全状態に維持及び制御することができる。

また、本発明によって、メインベースの障害又は異常によってシステムがエラー状態になったとき、増設ベースに取り付けられた機器保護及び機器の誤動作による人的、物的被害を防ぐことができる。

従来の一般の単一ＰＬＣシステムの構成図である。 従来の一般の二重化ＰＬＣシステムの構成図である。 本発明の一実施形態に係る単一ＰＬＣシステムに、安全増設ベースが接続された構成を示した図面である。 本発明の他の実施形態に係る二重化ＰＬＣシステムに、安全増設ベースが接続された構成を示した図面である。 本発明の実施形態に係る安全増設ベースの概略的な構成図である。 本発明の一実施形態に係るＰＬＣ制御プログラムツールに接続するための安全増設ベースの構成図である。 本発明の一実施形態に係る安全増設ベースの構成を概略的に示したブロック図である。 本発明に係る安全増設ベースの制御方法を示したフローチャートである。

本発明の好ましい実施形態を、添付図面を参照して説明する。また、本発明を説明に当たり関連した開示機能又は構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不要に不明瞭にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

図３は、本発明の一実施形態に係る単一ＰＬＣシステムに、安全増設ベースが接続された構成を示した図面である。

図３を参照すると、本発明の実施形態に係る安全増設ベース１１０は、メインベース１００に他の多数の一般の増設ベース１２０と接続される。このような安全増設ベース１１０及び多数の一般の増設ベース１２０は、メインベース１００及び一連の通信ケーブル１３０を介してデータをやり取りする。このデータは、増設ベース１１０、１２０それぞれの入力及び出力値となって、状態値又は各増設ベース１１０、１２０に取り付けられたモジュールのパラメータ値にもなる。ここで、一般の増設ベース１２０は、メインベース１００から初期パラメータ及び関連設定情報の伝達を各々受けて、メインベース１００によって持続的に動作に対する制御を受ける。それに対して、本発明に係る安全増設ベース１１０は、メインベース１００によって初期パラメータ及び関連設定情報だけに限らず、メインベース１００の障害、エラー、異常、等が発生したときに安全増設ベース１１０が安全状態に切り換えられるように、ユーザが定義したパラメータ及びプログラム等の伝達を受ける。これによって、以後安全増設ベース１１０がＰＬＣシステムを監視して、自身が安全状態に切り換えられなければならないか否かを判断して、安全状態に切り換えられたときは、安全増設ベース１１０がメインベース１００とは別に、独自にユーザが定義した安全プログラムを駆動して他の一般の増設ベース１２０を制御する。

図４は、本発明の他の実施形態に係る二重化ＰＬＣシステムに、安全増設ベースが接続された構成を示した図面である。

図４を参照すると、本発明に係る二重化ＰＬＣシステムは、メインベース２００がマスタ及びスタンバイに二重化された構造を有する。安全増設ベース２１０は、このようなメインベース２００に他の多数の一般の増設ベース２２０が接続される。安全増設ベース２１０及び一般の増設ベース２２０は、マスタメインベース２０１及びスタンバイメインベース２０２のうち少なくともいずれか一つと接続され、一連の通信ケーブル２３０を介してデータをやり取りする。このデータは、安全増設ベース２１０及び一般の増設ベース２２０の入力及び出力値となり、また状態値又は各々の増設ベース２１０、２２０に取り付けられたモジュールのパラメータ値にもなる。ここで、図３と同様に、一般の増設ベース２２０は、メインベース２００から初期パラメータ及び関連設定情報の伝達を各々受けて、メインベース２００によって持続的に動作に対する制御を受けるが、安全増設ベース２１０は、メインベース２００によって初期パラメータ及び関連設定情報だけでなく、メインベース２００の障害、エラー、異常等が発生したときに、安全増設ベース２１０が安全状態に切り換えられるように、ユーザが定義したパラメータ及びプログラム等の伝達を受ける。これによって、以後安全増設ベース２１０がＰＬＣシステムを監視して、自身が安全状態に切り換えるのか否かを判断して、安全状態に切り換えられると安全増設ベース２１０がメインベース２００とは別に、独自にユーザが定義した安全プログラムを駆動して他の一般の増設ベース２２０を制御する。

図５は、本発明の実施形態に係る安全増設ベースの概略的な構成図である。

図５の（ａ）は、本発明に係る安全増設ベースの形状を例示的に示し、図５の（ｂ）は、これに関するブロック図を概略的に示した図面である。図５の（ａ）及び（ｂ）を参照すると、本発明の安全増設ベース３００は、ベース３０１上に、各モジュールに電源を供給する電源モジュール３０２、安全増設ベース３００の全般的な動作を制御する制御モジュール３０３、入力を担う入力モジュール３０４、出力を担う出力モジュール３０５、通信を担う通信モジュール３０６、特殊機能を行う特殊モジュール３０７及びその他の所定の目的を行うその他のモジュール３０８が設けられて構成される。このようなベース３０１上に他の所定のモジュールを追加的に設けてもよい。モジュール３０２、３０４、３０５〜３０８はそれぞれ、制御モジュール３０３によって制御され、このような制御モジュール３０３は、前述のようにメインベースによって制御される。すなわち、メインベースは、安全増設ベース３００に取り付けられたモジュール３０２、３０４、３０５〜３０８それぞれに対するパラメータ、自分の状態、出力値等の情報を安全増設ベース３００の制御モジュール３０３に送り、制御モジュール３０３はこれを受けて処理する。また、安全増設ベース３００の制御モジュール３０３は、メインベースの障害発生時に安全状態に切り換えられて、メインベースとは別に独自に一般の増設ベース１２０を安全に維持及び制御する。

図６は、本発明の一実施形態に係るＰＬＣ制御プログラムツールに接続するための安全増設ベースの構成図である。

図６を参照すると、本発明に係る安全増設ベース６２は、上記のように一般の増設ベース６３と同様にメインベース６１に通信ケーブル６４を介して接続されて、ＰＬＣシステムを構成する。このようなＰＬＣシステムにおいては、中央ＰＣ６０でＰＬＣ制御プログラムツールを利用して、ＰＬＣ動作を設定する。中央ＰＣ６０は、メインベース６１、安全増設ベース６２及び一般の増設ベース６３との接続がすべて可能であり、これら各接続のためのメディアは、はん用直列バス（ＵＳＢ）、直列バス又はイーサネット（登録商標）等によって具現できる。

メインベース６１は、中央ＰＣ６０へのメインベース接続６５、安全増設ベース接続６６及び一般の増設ベース接続６７に該当するＰＣ接続を介して、制御プログラムツールによってＰＬＣ制御プログラムの伝達を受けて、安全増設ベース６２及び一般の増設ベース６３に通信ケーブル６４を介して、パラメータ等を伝達する。安全増設ベース６２は、他の一般の増設ベース６３とは別に、ユーザが設定した安全状態のための設定プログラム及びパラメータ等の追加的な伝達を受ける。これによって、安全増設ベース６２は、メインベース６１の障害発生時に、上記設定プログラムによって安全状態に切り換えられてシステムを安全に維持及び制御する。

図７は、本発明の一実施形態に係る安全増設ベースの構成を概略的に示したブロック図である。

図７に示したように、本発明に係る安全増設ベース７００は、大きく制御モジュール７１０及び安全モジュール７２０からなる。制御モジュール７１０は、メインベース７３０との通信を介して、ＰＬＣシステム状態を監視して、システム異常発生時に安全状態に切り換えて、ユーザが設定した安全プログラムによって安全状態制御を行い、安全モジュール７２０は、制御モジュール７１０の制御によってシステムを安全状態に維持及び管理する。このような制御モジュール７１０は、通信部７１１、システム状態監視部７１２、メモリ部７１３、状態切換部７１４及びモジュール制御部７１５を含み、安全モジュール７２０は、安全処理部７２１を含んで構成される。

通信部７１１は、メインベース７３０及び他の増設ベース（図示せず）並びに所定の通信ケーブルを利用してデータ通信を行う。特に、このような通信部７３０は、メインベース７３０から初期パラメータ及び設定情報を含んだ初期運転情報を受信し、さらに、メインベース７３０の誤り発生時に、安全増設ベース７００が安全状態に切り換えられるように、ユーザが定義したパラメータ及び所定のプログラムを含んだ動作情報の伝達を受けてもよい。このように受信された各種情報は、必要に応じて後述するメモリ部７１３に記憶される。

システム状態監視部７１２は、通信部７１１から転送された初期運転情報及び動作情報を利用して、ＰＬＣシステム状態を検査する。すなわち、初期運転情報の異常であるか否かを検査して、自分の安全増設ベース７００が正常な状態で運転できるか否かＰＬＣシステム状態を検査する。このようなシステム状態検査の結果は、モジュール制御部７１５に転送される。

モジュール制御部７１５は、安全増設ベース７００の全般的な動作を制御する。特に、モジュール制御部７１５は、システム状態監視部７１２からシステム状態検査結果を受信して、システム状態の正常状態であるか否かに応じて別個の制御信号を出力する。つまり、システムが正常状態の場合、正常状態制御信号を出力し、正常状態でない場合、安全状態制御信号を出力する。

状態切換部７１４は、モジュール制御部７１５からの制御信号によって正常状態又は安全状態に切り換える。これは、システム状態が正常状態の場合、正常状態に切り換え、正常状態でない場合、安全状態に切り換えるものである。

メモリ部７１３は、メインベース７３０から転送された各情報を記憶すると同時に、モジュール制御部７１３によって安全増設ベース７００を制御するための各プログラムを記憶する。特に、メモリ部７１３は、安全増設ベース７００の初期パラメータ及び設定情報を含んだ初期運転情報及び安全状態制御のために、ユーザが予め設定したパラメータ及びプログラムを記憶する。このようなメモリ部７１３に記憶される情報は、これに限定されず、必要なとき、ＰＬＣシステムの実現のための各情報を追加的に記憶できることは当然である。

安全処理部７２１は、状態切換部７１４から正常状態制御信号、又は安全状態制御信号を受信する。正常状態制御信号を受信したときは、メインベース７３０から転送された情報を利用して、正常状態制御を行い、安全状態制御信号を受信したときは、メモリ部７１３に記憶されたユーザ定義プログラムを利用して安全状態制御を行う。

図８は、本発明に係る安全増設ベースの制御方法を示したフローチャートである。

図８を参照すると、本発明に係る増設ベースの制御方法は、安全増設ベース７００は、通信ケーブルを介してメインベース７３０から必要な初期パラメータ及び各設定情報を含んだ初期運転情報を受信する（Ｓ１０１）。このとき、上記のＳ１０１のステップにおいて、安全増設ベース７００の状態が、メインベース７３０によって安全状態に切り換えられたとき、ユーザが予め定義したプログラムを含む初期運転情報を受信してもよい。これは、本発明の一実施形態であり、他の実施形態では安全増設ベース７００のメモリ部７１３にユーザが予め該当プログラムを記憶しておいてもよい。続いて、安全増設ベース７００は、メインベース７３０から受信した初期運転情報を利用して、システム状態監視を行う（Ｓ１０３）。ここで、システム状態監視は、上記初期運転情報を利用でき、メインベース７３０との通信を介して送受信されるデータを利用してもよい。また、別途の監視プログラム又はソフトウェアを利用してもよい。システム状態監視結果、システムが正常状態であるか否か判断する（Ｓ１０５）。システムが正常状態の場合、正常状態制御を行う（Ｓ１０７）。このような正常状態を行うことによって、メインベース７３０から伝達される入力及び出力値、状態値及び安全増設ベース７００に取り付けられた各種モジュールのパラメータ値を利用して、システムを維持及び制御する。

上記のステップＳ１０５においてシステムが正常状態でないとき、すなわち、システムに障害又は異常が生じた際、安全増設ベース７００は、安全状態に切り換える（Ｓ１０９）。以後、安全増設ベース７００は、メインベース７３０とは別に予め記憶されたユーザ定義プログラムによって安全状態制御を独自に行う（Ｓ１１１）。

前述のように、本発明は、メインベースに接続された増設ベースが、必要なとき、インベースの制御とは別に、独自にシステムを安全に維持及び制御する増設ベース制御モジュールを提供する。このため、安全増設ベースをメインベースに所定の通信ケーブルを介して接続し、安全増設ベースによってメインベースと送受信するデータを利用してシステムを監視し、システムに障害又は異常が発生した場合、安全増設ベースを安全状態に切り換えて安全状態制御を行うようにする。これによって、システムに障害又は異常が発生した場合、安全増設ベースが安全状態に切り換えられて安全状態制御を行い、システムを安定的に維持及び制御する。これによって、システムの障害発生による物的、人的被害を予防することができる。

一般に産業現場には、自動化機器が広く用いられている。このような機器の間の組織的な運転を介して作業が効率よく処理される。最近、既存のシステムに種々の先端機器が追加されている。このために、既存のメインベースに多様な目的の増設ベースが接続されて、高い生産性が追い求められている。それと共に、複雑な機器の使用に係る安全問題にも関心が高まっている傾向にある。そこで、システム誤動作による物的、人的被害を減らすための方法として多様な安全対策が求められている。

このような側面から見ると、本発明は、メインベースからシステムエラーが発生した場合、増設ベースで独自に安全状態に切り換えて、システムを安全に維持及び制御することによって、システム誤動作による被害を未然に防げるため、産業現場に非常に有用に適用できる。

以上で説明した本発明は好ましい実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明はこのような実施形態の内容に限定されるものではない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、たとえ実施形態に示されていなくとも、特許請求の記載範囲内で本発明に対する多様な変更又は改良が可能であり、これらは全部本発明の技術的範囲に属することは明らかである。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付された特許請求の範囲の技術的思想によって定めなければならない。

Claims (6)

1. プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）システムにおけるメインベースと接続された安全増設ベースであって、
   前記メインベースとデータ通信を行う通信部と、
   前記メインベースと通信されるデータを利用して、ＰＬＣシステム状態を監視するシステム状態監視部と、
   前記安全増設ベースの全般的な動作を制御し、前記ＰＬＣシステム状態が正常状態であるか否かに応じて正常状態制御信号又は安全状態制御信号を出力するモジュール制御部と、
   前記メインベースから転送された通信データ及び前記安全増設ベースの安全状態制御に必要なプログラム及び情報を記憶するメモリ部と、
   前記モジュール制御部から出力される前記正常状態制御信号又は前記安全状態制御信号によって、正常状態又は安全状態に切り換える状態切換部と、
   前記状態切換部によって正常状態に切り換えられたとき、前記メインベースから転送された情報を利用して前記安全増設ベースの制御を行い、安全状態に切り換えられたとき、前記メモリ部に予め記憶されたユーザ定義プログラムによって前記安全増設ベースの制御を行う安全処理部と、
   を備えることを特徴とする、安全増設ベース。
2. 前記通信部は、
   前記メインベースから、初期パラメータと、設定情報を含んだ初期運転情報と、前記ＰＬＣシステムの障害発生時に、前記安全増設ベースが安全状態に切り換えられて安全状態制御が行われるようにユーザが予め定義したパラメータ及びプログラムを含んだ動作情報と、の伝達を受けることを特徴とする、請求項１に記載の安全増設ベース。
3. 前記システム状態監視部は、
   初期運転情報に異常があるか否かを検査して、前記安全増設ベースが正常状態制御を行えるか否かを判断することを特徴とする、請求項１に記載の安全増設ベース。
4. 前記安全状態に切り換えられたとき、前記安全処理部は前記メインベースで伝達を受けた通信データとは別に、独自に前記安全増設ベースの制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の安全増設ベース。
5. プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）システムにおけるメインベースと接続された安全増設ベースの制御方法であって、
   メインベースからデータの伝達を受けるステップと、
   前記伝達されたデータを利用して、前記ＰＬＣシステム状態を監視するステップと、
   前記ＰＬＣシステムの状態監視に基づいて正常状態であるか否かを判断して、正常状態制御信号又は安全状態制御信号を出力するステップと、
   前記監視の結果、ＰＬＣシステムが正常の場合、前記正常状態制御信号によって前記のメインベースから伝達されたデータを利用して前記安全増設ベースの正常状態制御を行い、正常ではない場合、前記安全状態制御信号によって安全状態に切り換えるステップと、
   前記安全状態に切り換えられた場合、前記メインベースとは別に、独自に予め設定されたユーザ定義プログラムによって安全状態制御を行うステップと、
   を有することを特徴とする、安全増設ベースの制御方法。
6. 前記データの伝達を受けるステップは、
   前記メインベースから前記予め設定されたユーザ定義プログラムを受信するステップを含むことを特徴とする、請求項５に記載の安全増設ベースの制御方法。

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