JP5554292B2 - 二重化制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、プラント監視制御システムにおいて、プロセスＩＯ装置の点検作業があっても設備の自動運転を継続させたまま対応できる二重化制御装置に関するものである。

従来のプラント監視制御システムは、制御装置は二重系構成となっているがプロセスＩＯ装置はシングル構成となっており、制御系の制御装置にて監視制御の演算処理を行いプロセスＩＯ装置経由で入出力している。待機系の制御装置では監視制御の演算処理を行わず、制御系の制御装置からのデータ一致化処理にて監視制御データの等値化を行っている。また、制御装置で系切替が実行されると、プロセスＩＯ装置に接続される制御装置を切り替えて運用している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１８１５０１号公報（段落［００１６］〜［００２５］、図１）

特許文献１開示の二重化制御装置では、プロセスＩＯ装置はシングル構成で、制御系の制御装置とプロセスＩＯ装置が接続されるよう切り替えて運用しているため、点検作業でのプロセスＩＯ装置のＩＯカードの動作確認あるいはカード交換作業では、プロセスＩＯ装置を電源停止させて作業する必要がある。そのため、制御装置における設備の運転が継続できなくなり、設備側に人員を配置した手動制御により運転の継続を行う必要があり点検の工期が長くなり、工数も大きくなる問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、上流側の監視装置との信号授受に関わる制御バスとの制御バス通信Ｉ／Ｆの二重化方式を変更することなく、プロセスＩＯ装置まで二重化した二重化制御装置を提供すること目的とする。

この発明に係る二重化制御装置は、上流側の監視装置との監視・制御信号の授受を制御バス経由で行い、下流側の設備との入出力信号の授受をプロセスＩＯ装置経由で行う二重化制御装置において、二重化されたＡ系制御装置およびＢ系制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、およびＩＯ切替部から構成され、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置は、制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、Ａ系プロセスＩＯ装置、Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受をＡ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部および他系入出力Ｉ／Ｆ部と、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置の監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部とから構成され、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置は、さらに制御系／待機系の切替条件の判断に他系の動作状態を考慮するために他系の動作状態を監視する他系故障監視部を備えたものである。

この発明に係る二重化制御装置は、上流側の監視装置との監視・制御信号の授受を制御バス経由で行い、下流側の設備との入出力信号の授受をプロセスＩＯ装置経由で行う二重化制御装置において、二重化されたＡ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置、Ａ系ＩＯ制御装置およびＢ系ＩＯ制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、および制御装置間ネットワーク、ＩＯ切替部から構成され、Ａ系バス通信制御装置、Ｂ系バス通信制御装置は、制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、制御装置間ネットワークを経由してＡ系ＩＯ制御装置、Ｂ系ＩＯ制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、Ａ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置の監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部から構成され、Ａ系ＩＯ制御装置、Ｂ系ＩＯ制御装置は、制御装置間ネットワークを経由してＡ系バス通信制御装置、Ｂ系バス通信制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納するＩＯ監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、Ａ系プロセスＩＯ装置、Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受をＡ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部とから構成されるものである。

この発明に係る二重化制御装置は、二重化されたＡ系制御装置およびＢ系制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、およびＩＯ切替部から構成され、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置は、制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、Ａ系プロセスＩＯ装置、Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受をＡ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部および他系入出力Ｉ／Ｆ部と、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置の監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部とから構成され、Ａ系制御装置、Ｂ系制御装置は、さらに制御系／待機系の切替条件の判断に他系の動作状態を考慮するために他系の動作状態を監視する他系故障監視部を備えたものであるため、設備の自動運転を継続したまま、点検作業が可能となり、点検工事の工期短縮および工数削減を図り、システムの可用性を向上させることができる。

この発明に係る二重化制御装置は、二重化されたＡ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置、Ａ系ＩＯ制御装置およびＢ系ＩＯ制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、および制御装置間ネットワーク、ＩＯ切替部から構成され、Ａ系バス通信制御装置、Ｂ系バス通信制御装置は、制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、制御装置間ネットワークを経由してＡ系ＩＯ制御装置、Ｂ系ＩＯ制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、Ａ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置の監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部から構成され、Ａ系ＩＯ制御装置、Ｂ系ＩＯ制御装置は、制御装置間ネットワークを経由してＡ系バス通信制御装置、Ｂ系バス通信制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納するＩＯ監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、Ａ系プロセスＩＯ装置、Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受をＡ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部とから構成されるものであるため、設備の自動運転を継続したまま、点検作業、改造作業が可能となり、点検・改造工事の工期短縮および工数削減を図ることができる。

この発明の実施の形態１の二重化制御装置に係るシステム構成図である。 この発明の実施の形態２の二重化制御装置に係るシステム構成図である。 この発明の実施の形態３の二重化制御装置に係るシステム構成図である。 この発明の実施の形態３の二重化制御装置に係る改造作業説明図（手順１）である。 この発明の実施の形態３の二重化制御装置に係る改造作業説明図（手順２）である。 この発明の実施の形態３の二重化制御装置に係る改造作業説明図（手順３）である。 この発明の実施の形態３の二重化制御装置に係る改造作業説明図（手順４）である。 この発明の実施の形態４の二重化制御装置に係るシステム構成図である。 この発明の実施の形態５の二重化制御装置に係るシステム構成図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、二重化されたＡ系、Ｂ系制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークとＩＯ切替部から構成され、制御系として運用している装置に故障が発生した場合および設備点検時には待機系の装置に切り替える二重化制御装置に関するものである。
以下、本願発明の実施の形態１の構成、動作について、二重化制御装置のシステム構成図である図１に基づいて説明する。

まず、本願発明の実施の形態１に係る二重化制御装置１を含むプラント監視制御システムについて図１に基づいて説明する。
図１において、プラント監視制御システムは、二重化制御装置１を中心として、運転員がプラント全体の監視、制御を行うための表示装置や操作パネル等を備えた監視装置２、監視装置２と二重化制御装置１と間で授受される監視、制御信号の経路となる制御バス３、および各種ポンプ、モータ、バルブや各種プロセスセンサを有する設備４から構成される。
なお、図中において、入出力信号、故障情報などの主要なデータの流れを矢印付き太線で示している。

次に、二重化制御装置１の構成について説明する。
まず、二重化制御装置１は、大きく二重化されたＡ系制御装置１１、Ｂ系制御装置１２と、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４と、Ａ系ＩＯネットワーク１５、Ｂ系ＩＯネットワーク１６と、さらにＩＯ切替部１８から構成される。
なお、Ａ系制御装置１１とＢ系制御装置１２の間には、後で説明するＡ系、Ｂ系間のデータ等値化などの信号の授受を行うための系間接続ケーブル１７が設けられている。

次に、Ａ系制御装置１１、Ｂ系制御装置１２の内部の構成について説明する。
Ａ系制御装置１１は、制御バス３との通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部１０１、監視および制御信号の処理を行う監視制御処理部１０２、Ａ系ＩＯネットワーク１５経由でＡ系プロセスＩＯ装置１３と入出力信号の授受を行う入出力Ｉ／Ｆ部１０３、他系であるＢ系ＩＯネットワーク１６経由でＢ系プロセスＩＯ装置１４と入出力信号の授受を行う他系入出力Ｉ／Ｆ部１０４、Ａ系制御装置１１、Ｂ系制御装置１２間のデータ同一化を行う等値化部１０５、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件の判断を行い制御系／待機系の切替を行う系切替部１０６、および監視制御データの格納を行う監視制御データ部１０７から構成される。
Ｂ系制御装置１２は、Ａ系制御装置１１と同じ構成で、バス通信Ｉ／Ｆ部１２１、監視制御処理部１２２、入出力Ｉ／Ｆ部１２３、他系入出力Ｉ／Ｆ部１２４、等値化部１２５、系切替部１２６、および監視制御データ部１２７から構成される。

Ａ系プロセスＩＯ装置１３は、各種ＩＯカードが実装され、Ａ系ＩＯネットワーク１５にてＡ系制御装置１１およびＢ系制御装置１２に接続されている。
Ｂ系プロセスＩＯ装置１４は、Ａ系プロセスＩＯ装置１３と同様のＩＯカード構成であり、Ｂ系ＩＯネットワーク１６にてＡ系制御装置１１とＢ系制御装置１２に接続されている。
Ａ系プロセスＩＯ装置１３およびＢ系プロセスＩＯ装置１４と設備４との間には、ＩＯ切替部１８が設けられている。設備からの入力信号は、Ａ系プロセスＩＯ装置１３とＢ系プロセスＩＯ装置１４の双方に接続され、設備への出力信号については制御系のプロセスＩＯ装置のみ接続されるよう切替えられる。

また、図示はされていないが、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４は、設備４への出力信号以外にＩＯ切替部１８に対して各々Ａ系、Ｂ系のいずれが制御系として動作しているかを示す信号を出力している。ＩＯ切替部１８は、このＡ系プロセスＩＯ装置１３およびＢ系プロセスＩＯ装置１４からの信号に基づき、制御系として動作している系を判断し、設備４に出力する信号を選択する。

ここで、故障を検出する故障検出機能について、Ａ系を例に説明する。
プロセスＩＯの故障（電源の故障など）およびＩＯネットワークの故障（断線など）を検出するための故障検出機能が、Ａ系制御装置１１の入出力Ｉ／Ｆ部１０３、他系入出力Ｉ／Ｆ部１０４（以降、適時各Ｉ／Ｆ部という）に内蔵されている。
各Ｉ／Ｆ部で検出された故障情報は、各Ｉ／Ｆ部のメモリ上に格納されており、系切替に必要な故障情報は監視制御データ部１０７にも格納される。

次に、二重化制御装置１の動作について説明する。
以下の動作の説明では、Ａ系が制御系、Ｂ系が待機系とする。
制御系であるＡ系制御装置１１は、設備４からの入力信号をＡ系プロセスＩＯ装置１３、Ａ系ＩＯネットワーク１５経由で入出力Ｉ／Ｆ部１０３にて受け、監視制御処理部１０２にて演算を行う。監視制御処理部１０２は、演算結果を監視制御データ部１０７に格納するとともに、設備４の制御のための出力信号を入出力Ｉ／Ｆ部１０３からＡ系ＩＯネットワーク１５、Ａ系プロセスＩＯ装置１３経由で設備４へ出力する。
また、系の切替が発生した際に不正な出力が出ないように、Ａ系制御装置１１は設備４への出力信号を他系出力Ｉ／Ｆ部１０４からＢ系ＩＯネットワーク１６経由でＢ系プロセスＩＯ装置１４へも出力する。
Ａ系制御装置１１の監視制御データ部１０７のデータを、Ｂ系制御装置１２の監視制御データ部１２７にデータ一致化させるために、Ａ系制御装置１１の等値化部１０５とＢ系制御装置１２の等値化部１２５が系間接続ケーブル１７経由で通信を行う。
待機系であるＢ系制御装置１２は、バス通信Ｉ／Ｆ部１２１、監視制御処理部１２２、入出力Ｉ／Ｆ部１２３、および他系出力Ｉ／Ｆ部１２４は動作させず、Ａ系制御装置１１からのデータ一致化により、両系の監視制御データ部１０７と１２７のデータの同一性を保証する。
監視装置２とのデータの授受は、制御バス３経由して制御系となっているＡ系制御装置１１がバス通信Ｉ／Ｆ部１０１にて、監視制御データ部１０７のデータの送受信処理を行う。
Ｂ系が制御系に切り替わった場合は、Ｂ系制御装置１２が上記で説明したＡ系制御装置１１と同様の動作を行う。

次に、装置に故障が発生した場合の動作について説明する。
制御系であるＡ系側のＡ系プロセスＩＯ装置１３、Ａ系ＩＯネットワーク１５に故障が発生した場合は、Ａ系制御装置１１の系切替部１０６が監視制御データ部１０７から故障情報を取得して故障判定および制御系／待機系の切替条件の判断を行い、Ｂ系制御装置１２に制御系を切り替える。
制御系であったＡ系制御装置１１は、先に説明したように出力信号をＢ系プロセスＩＯ装置１４に対しても出力しているため、設備４への出力がＢ系プロセスＩＯ装置１４に切り替わっても、不正な値が出力されることはない。
また、Ａ系制御装置１１の入出力Ｉ／Ｆ部１０３、他系入出力Ｉ／Ｆ部１０４に内蔵されている故障検出機能が、プロセスＩＯ装置の電源の故障およびＩＯネットワークの故障を検出し、系の切替に必要な故障情報が監視制御データ部１０７にも格納されている。系切替部１０６が、系の切替に必要な故障情報を監視制御データ部１０７経由で取得することで、制御系／待機系の切替の判断を行い、系の切替を行う。

装置に故障が発生した場合の動作について説明したが、次にプロセスＩＯ装置およびＩＯネットワークのＨ／Ｗ交換、ＩＯ入出力の動作確認などの点検作業について説明する。
Ｈ／Ｗ交換や動作確認の対象装置が制御系の場合は、事前に制御系から待機系に切り替えることで、監視装置２における運転員の操作や設備への影響を与えることなく、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ａ系ＩＯネットワーク１５およびＢ系ＩＯネットワーク１６のＨ／Ｗ交換およびＩＯ入出力の動作確認などの点検作業が可能である。
具体的は、Ａ系制御装置１１、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、およびＡ系ＩＯネットワーク１５にて設備４の運転を継続しながら、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４およびＢ系ＩＯネットワーク１６をシステムから切り離してＩＯカード交換およびＩＯ入出力の動作確認などの点検作業を行うことが可能である。
また、次にＢ系を制御系に切り替えてＢ系制御装置１２にて設備の運転を継続しながら、Ａ系プロセスＩＯ装置１３およびＡ系ＩＯネットワーク１５をシステムから切り離して同様に点検作業を行うことが可能となる。

以上説明したように、実施の形態１に係る二重化制御装置１では、二重化されたＡ系、Ｂ系制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークから構成されているため、故障発生時も自動運転の継続が可能であり、また設備の自動運転を継続したまま、プロセスＩＯ装置関連のＨ／Ｗ交換および点検作業が可能となり、点検工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

実施の形態２．
実施の形態２の二重化制御装置２１は、実施の形態１の二重化制御装置１に対して、制御系／待機系の切替判断の条件に他系の動作状態を考慮するために、Ａ系制御装置およびＢ系制御装置にさらに他系の動作状態を監視する他系故障監視部を追加した構成としたものである。

図２は、実施の形態２に係る二重化制御装置２１のシステム構成図である。図２において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

実施の形態２に係る二重化制御装置２１と実施の形態１に係る二重化制御装置１との違いは、Ａ系制御装置１１およびＢ系制御装置１２にそれぞれ他系故障監視部２０１、２２１を追加したことである。
Ａ系制御装置３１は、Ａ系制御装置１１に他系故障監視部２０１を追加した構成であり、Ｂ系制御装置３２は、Ｂ系制御装置１２に他系故障監視部２２１を追加した構成である。

次に、実施の形態２に係る二重化制御装置２１の動作について説明する。実施の形態１に係る二重化制御装置１との差異部のみ説明する。
実施の形態１と同様に、Ａ系が制御系、Ｂ系が待機系とする。
制御系であるＡ系制御装置３１は、他系故障監視部２０１にて、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６の監視を行う。検出した故障がＢ系プロセスＩＯ装置１４の電源異常やＢ系ＩＯネットワーク１６の断線異常のように、Ｂ系制御装置３２に制御系を切り替えても設備の自動運転が継続できない故障を検出した場合、系切替部１０６に対して系切替を抑止する。
先に説明したようにＡ系制御装置３１の入出力Ｉ／Ｆ部１０３および他系入出力Ｉ／Ｆ部１０４に内蔵されている故障検出機能が、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４の電源の故障およびＢ系ＩＯネットワーク１６の故障を検出した故障情報が各Ｉ／Ｆ部メモリに格納され、系切替に必要な故障情報が、監視制御データ部１０７にも格納されている。
他系故障監視部２０１が、系切替に必要な故障情報を監視制御データ部１０７経由で取得し、必要な故障情報を系切替部１０６に出力する。系切替部１０６は、他系の故障情報を考慮して系切替条件を判断して系切替を行う。他系の故障状態が、系切替しても設備の自動運転が継続できない場合は、系切替を抑止する。

実施の形態２に係る二重化制御装置２１は、他系故障監視部２０１、２２１をさらに設けたことで、待機系のＢ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６に故障が発生しており、系切替しても設備の自動運転が継続できない状態で、制御系のＡ系制御装置３１で軽微な故障が発生した場合には系切替を抑止し、制御系のＡ系制御装置３１で故障部分のみ縮退させ継続して運転させることで、システムの可用性を向上させることができる。

システムの運用の例について説明する。プロセスＩＯ装置の先に接続される設備には重要度があり、重要度が低い機器に接続しているプロセスＩＯ装置で電源故障が発生した場合には、軽微な故障（軽故障）として、他の重要度が高い設備の運転を優先し、Ａ系制御装置３１の運転を継続させる。
また、待機系のＢ系で何らかの異常発生中に制御系のＡ系で重故障となった場合は、Ａ系、Ｂ系両系ダウンとなり、設備の運転を停止させる。

以上説明したように、実施の形態２に係る二重化制御装置２１では、二重化されたＡ系、Ｂ系制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークから構成されており、Ａ系、Ｂ系制御装置に他系故障監視部を追加しているため、故障発生時も自動運転の継続が可能であり、また設備の自動運転を継続したまま、プロセスＩＯ装置関連の点検作業が可能となり、点検工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

また、実施の形態２に係る二重化制御装置２１では、待機系の故障状態を取得し、
系切替しても設備の自動運転が継続できない状態で、制御系で軽微な故障が発生した場合には系切替を抑止し、制御系の故障部分のみ縮退させ継続して運転させることで、システムの可用性を向上させることができる効果がある。

実施の形態３．
実施の形態３の二重化制御装置４１は、実施の形態１の二重化制御装置１においてＡ系制御装置１１およびＢ系制御装置１２が備えていたバス通信Ｉ／Ｆ機能と監視制御処理機能を２台の制御装置に分割して、それぞれＡ系バス通信制御装置５１、Ａ系ＩＯ制御装置５３およびＢ系バス通信制御装置５２、Ｂ系ＩＯ制御装置５４とする構成としたものである。この構成とすることで、二重化制御装置４１が運転中においても、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置の改造工事を可能としている。

以下、本願発明の実施の形態３の構成、動作について、二重化制御装置に係るシステム構成図である図３および改造作業説明図である図４−図７に基づいて説明する。図３において、図１と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

まず、本願発明の実施の形態３に係る二重化制御装置４１の構成について図３で、実施の形態１との違いを中心に説明する。
二重化制御装置４１は、大きく二重化されたＡ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２と、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ｂ系ＩＯ制御装置５４と、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４と、Ａ系ＩＯネットワーク１５、Ｂ系ＩＯネットワーク１６と、さらにＡ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２と、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ｂ系ＩＯ制御装置５４の間の信号の授受を行う制御装置間ネットワーク５５およびＩＯ切替部１８から構成される。
なお、Ａ系バス通信制御装置５１とＢ系バス通信制御装置５２の間には、Ａ系、Ｂ系間のデータ等値化などの信号の授受を行うための系間接続ケーブル１７が設けられている。

次に、Ａ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２の内部の構成について説明する。
Ａ系バス通信制御装置５１は、制御バス３との通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部１０１、制御装置間ネットワーク経由でＡ系ＩＯ制御装置５３との通信処理を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３０１、Ａ系バス通信制御装置５１とＢ系バス通信制御装置５２間のデータ同一化を行う等値化部１０５、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件の判断を行い制御系／待機系の切替を行う系切替部１０６、および監視制御データの格納を行う監視制御データ部１０７から構成される。
Ｂ系バス通信制御装置５２は、Ａ系バス通信制御装置５１と同じ構成で、バス通信Ｉ／Ｆ部１２１、制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３２１、等値化部１２５、系切替部１２６、および監視制御データ部１２７から構成される。

次に、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ｂ系ＩＯ制御装置５４の内部の構成について説明する。
Ａ系ＩＯ制御装置５３は、制御装置間ネットワーク５５経由でＡ系バス通信制御装置５１との通信処理を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３０２と、監視および制御信号の処理を行う監視制御処理部１０２、Ａ系ＩＯネットワーク１５経由でＡ系プロセスＩＯ装置１３と入出力信号の授受を行う入出力Ｉ／Ｆ部１０３、および監視制御データの格納を行うＩＯ監視制御データ部３０３から構成される。
Ｂ系ＩＯ制御装置５４は、Ａ系ＩＯ制御装置５３と同じ構成で、制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３２２、監視制御処理部１２２、入出力Ｉ／Ｆ部１２３、およびＩＯ監視制御データ部３２３から構成される。

ここで、Ａ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ｂ系ＩＯ制御装置５４は、制御装置間ネットワーク５５にて接続されている。したがって、Ａ系バス通信制御装置５１は、制御装置間ネットワーク５５を経由して、Ｂ系ＩＯ制御装置５４との信号の授受を行うことができる。また、Ｂ系バス通信制御装置５２は、制御装置間ネットワーク５５を経由して、Ａ系ＩＯ制御装置５３との信号の授受を行うことができる。

Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ａ系ＩＯネットワーク１５、Ｂ系ＩＯネットワーク１６およびＩＯ切替部１８については、実施の形態１と同じであるため、説明は省略する。

次に、二重化制御装置４１の動作について説明する。
以下の説明では、実施の形態１と同様にＡ系が制御系、Ｂ系が待機系とする。
Ａ系ＩＯ制御装置５３とＢ系ＩＯ制御装置５４の各機能はＡ、Ｂ両系とも動作させる。設備４からの入力信号を監視制御処理部１０２、１２２で処理を行い、演算結果をＩＯ監視制御データ部３０３、３２３に格納すると共に、設備４の制御のための出力信号を入出力Ｉ／Ｆ部１０３、１２３からＡ系ＩＯネットワーク１５、Ｂ系ＩＯネットワーク１６経由でＡ系プロセスＩＯ装置１３およびＢ系プロセスＩＯ装置１４へ出力する。
ＩＯ切替部１８では、設備４への出力信号への経路はＡ系ＩＯ制御装置５３側が選択されている。したがって、制御系となっているＡ系プロセスＩＯ装置１３からの出力信号が、設備４へ実際に出力される。

Ａ系バス通信制御装置５１とＢ系バス通信制御装置５２は、監視装置２との通信手順を実施の形態１と同じにするため、制御系であるＡ系バス通信制御装置５１のバス通信Ｉ／Ｆ部１０１で監視装置２と通信を行い、Ｂ系バス通信制御装置５２のバス通信Ｉ／Ｆ部１２１、制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３２１は動作させない。このため、実施の形態１と同様に等値化部１０５、１２５にて監視制御データ部１０７と１２７をデータ一致化する。

Ａ系バス通信制御装置５１の監視制御データ部１０７のデータは、Ａ系ＩＯ制御装置５３のＩＯ監視制御データ部３０３のデータと一致するように、制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３０１、３０２の定周期データ伝送処理機能により常に更新されている。
また、Ａ系バス通信制御装置５１の制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３０１は、監視装置２からの制御データをＢ系ＩＯ制御装置５４の制御装置間通信Ｉ／Ｆ部３２２経由でＩＯ監視制御データ部３２３に送信する。したがって、Ｂ系ＩＯ制御装置５４のＩＯ監視制御データ部３２３には、Ａ系ＩＯ制御装置５３のＩＯ監視制御データ部３０３に格納されている制御に必要なデータが格納されている。

次に、装置に故障が発生した場合の動作について説明する。
制御系であるＡ系側のＡ系ＩＯ制御装置５３、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ａ系ＩＯネットワーク１５に故障が発生した場合は、Ａ系バス通信制御装置５１の系切替部１０６が
監視制御データ部１０７から故障情報を取得して故障判定および制御系／待機系の切替条件の判断を行い、Ｂ系バス通信制御装置５２に制御系を切替える。制御系となったＢ系バス通信制御装置５２は、Ｂ系ＩＯ制御装置５４の監視制御処理部１２２に切替信号を送り、設備４への出力信号をＢ系プロセスＩＯ装置１４側へ切り替える。
先に説明したようにＢ系プロセスＩＯ装置１４からは、Ａ系プロセスＩＯ装置１３からの出力信号と同じ出力信号が出力されているため、設備４への出力がＢ系プロセスＩＯ装置１４に切り替わっても、不正な値が出力されることはない。

実施の形態１と同様にＡ系を代表として説明すれば、Ａ系ＩＯ制御装置５３の入出力Ｉ／Ｆ部１０３に内蔵されている故障検出機能が、プロセスＩＯ装置の電源の故障およびＩＯネットワークの故障を検出し、系の切替に必要な故障情報がＩＯ監視制御データ部３０３を通してＡ系バス通信制御装置５１の監視制御データ部１０７にも格納されている。系切替部１０６が、系の切替に必要な故障情報を監視制御データ部１０７経由で取得することで、制御系／待機系の切替の判断を行い、系の切替を行う。

装置に故障が発生した場合の動作について説明したが、改造工事時の作業手順について図４−図７に基づいて説明する。
図４の手順１に示すように、Ａ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２、Ｂ系ＩＯ制御装置５４、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６を停止する。各Ａ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２、Ｂ系ＩＯ制御装置５４、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４のＳ／Ｗ変更やＢ系プロセスＩＯ装置１４のＩＯカード追加作業を行う（Ａ部参照）。この状態では、監視装置２は使用できないが、設備４の運転はＡ系ＩＯ制御装置５３により継続される（Ｂ部参照）。

次に図５の手順２に示すように、Ｂ系ＩＯ制御装置５４、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４を立ち上げ、Ｂ系ＩＯ制御装置５４の運転を開始する（Ｃ部参照）。系切替を指示するＡ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２が停止している（Ｄ部参照）ため、Ａ系ＩＯ制御装置５３で設備４の運転は継続し（Ｅ部参照）、設備４への出力信号は、Ａ系プロセスＩＯ装置１３に接続のままとなる。

次に図６の手順３で示すように、Ｂ系バス通信制御装置５２を制御系として立ち上げ（Ｆ部参照）、Ｂ系バス通信制御装置５２からの切替信号によって設備４への出力信号の接続をＢ系プロセスＩＯ装置１４に切替える（Ｇ部参照）。設備４の自動運転は、Ｂ系ＩＯ制御装置５４にて行われる。

次に図７の手順４に示すように、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ａ系プロセスＩＯ装置１３、Ａ系ＩＯネットワーク１５を停止し、Ａ系ＩＯ制御装置５３、Ａ系プロセスＩＯ装置１３のＳ／Ｗ変更やＡ系プロセスＩＯ装置１３のＩＯカード追加作業を行う（Ｈ部参照）。
設備４の運転は、Ａ系バス通信制御装置５１、Ｂ系バス通信制御装置５２、Ｂ系ＩＯ制御装置５４、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６により継続される。

実施の形態１では、Ａ系制御装置１１の監視制御データ部１０７とＢ系制御装置１２の監視制御データ部１２７との間でデータを等値化しているため、Ａ系制御装置１１とＢ系制御装置１２を個別にＳ／Ｗ変更を行うと監視制御データ部のデータが不一致となる。このため、改造作業には両系のＡ系制御装置１１とＢ系制御装置１２の停止が必要となり、設備４の運転を継続させたまま改造作業を行うことができなかった。
しかし、本実施の形態３では、制御バス通信を行うＡ系、Ｂ系バス通信制御装置５１、５２と監視制御処理を行うＡ系、Ｂ系ＩＯ制御装置５３、５４に機能を分割することで、実施の形態１、２の制御バス通信方式を変更しないで、改造工事において設備の運転を停止することなく改造作業が可能である。

以上説明したように、実施の形態３に係る二重化制御装置４１では、二重化されたＡ系、Ｂ系バス通信制御装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯ制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークから構成されているため、故障発生時も自動運転の継続が可能であり、また設備の自動運転を継続したまま、プロセスＩＯ装置関連のＨ／Ｗ交換および点検作業が可能となり、点検工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

さらに、実施の形態３に係る二重化制御装置４１では、Ｓ／Ｗの変更およびＡ、Ｂ系プロセスＩＯ装置へのＩＯカード追加を伴う改造工事においても、設備の運転を停止することなく改造作業が可能であり、改造工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

実施の形態４．
実施の形態４の二重化制御装置６１は、実施の形態３の二重化制御装置４１に対して、制御系／待機系の切替判断の条件に他系の動作状態を考慮するために、Ａ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置に、さらに他系の動作状態を監視する他系故障監視部を追加した構成としたものである。

図８は、実施の形態４に係る二重化制御装置６１のシステム構成図である。図８において、図３と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

実施の形態４に係る二重化制御装置６１と実施の形態３に係る二重化制御装置４１との違いは、Ａ系バス通信制御装置７１およびＢ系バス通信制御装置７２にそれぞれ他系故障監視部４０１、４２１を追加したことである。
Ａ系バス通信制御装置７１は、Ａ系バス通信制御装置５１に他系故障監視部４０１を追加した構成であり、Ｂ系バス通信制御装置７２は、Ｂ系バス通信制御装置５２に他系故障監視部４２１を追加した構成である。

次に、実施の形態４に係る二重化制御装置６１の動作について説明する。実施の形態３に係る二重化制御装置４１との差異部のみ説明する。
実施の形態３と同様に、Ａ系が制御系、Ｂ系が待機系とする。
制御系であるＡ系バス通信制御装置７１は、他系故障監視部４０１にて、Ｂ系ＩＯ制御装置５４、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６の監視を行う。検出した故障がＢ系プロセスＩＯ装置１４の電源異常やＢ系ＩＯネットワーク１６の断線異常のように、Ｂ系ＩＯ制御装置５４に制御系を切り替えても設備の自動運転が継続できない故障を検出した場合には、系切替部１０６に対して系切替を抑止する。

他系故障監視部４０１が、系切替に必要な故障情報を監視制御データ部１０７経由で取得し、必要な故障情報を系切替部１０６に出力する。系切替部１０６は、他系の故障情報を考慮して系切替条件を判断して系切替を行う。他系の故障状態が、系切替しても設備の自動運転が継続できない場合は、系切替を抑止する。

実施の形態４に係る二重化制御装置６１は、他系故障監視部４０１、４２１をさらに設けたことで、待機系のＢ系プロセスＩＯ装置１４、Ｂ系ＩＯネットワーク１６に故障が発生しており、系切替しても設備の自動運転が継続できない状態で、制御系のＡ系ＩＯ制御装置５３で軽微な故障が発生した場合には系切替を抑止し、制御系のＡ系ＩＯ制御装置５３で故障部分のみ縮退させ継続して運転させることで、システムの可用性を向上させることができる。

以上説明したように、実施の形態４に係る二重化制御装置６１では、二重化されたＡ系、Ｂ系バス通信制御装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯ制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークから構成されており、Ａ系、Ｂ系バス通信制御装置に他系故障監視部を追加しているため、故障発生時も自動運転の継続が可能であり、また設備の自動運転を継続したまま、プロセスＩＯ装置関連のＨ／Ｗ交換、点検作業およびＳ／Ｗの変更、ＩＯカード追加を伴う改造工事が可能であり、点検、改造工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

また、実施の形態４に係る二重化制御装置６１では、待機系の故障状態を取得し、
系切替しても設備の自動運転が継続できない状態で、制御系で軽微な故障が発生した場合には系切替を抑止し、制御系の故障部分のみ縮退させ継続して運転させることで、システムの可用性を向上させることができる効果がある。

実施の形態５．
実施の形態５の二重化制御装置８１は、実施の形態４の二重化制御装置６１に対して、さらにＡ系ＩＯ制御装置５３にＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５０１を追加し、Ｂ系ＩＯ制御装置５４にＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５２１を追加し、それぞれ他系のＡ系、Ｂ系ＩＯ制御装置９１、９２、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置１３、１４、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワーク１５、１６の故障情報を制御装置間ネットワーク５５経由で通知する構成としたものである。

図９は、実施の形態５に係る二重化制御装置８１のシステム構成図である。図９において、図８と同一あるいは相当部分には、同一の符号を付している。

実施の形態５に係る二重化制御装置８１と実施の形態４に係る二重化制御装置６１の違いは、Ａ系ＩＯ制御装置９１およびＢ系ＩＯ制御装置９２にそれぞれＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５０１、５２１を追加したことである。
Ａ系ＩＯ制御装置９１は、Ａ系ＩＯ制御装置５３にＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５０１を追加した構成であり、Ｂ系ＩＯ制御装置９２は、Ｂ系ＩＯ制御装置５４にＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５２１を追加した構成である。

次に、実施の形態５に係る二重化制御装置８１の動作について説明する。実施の形態４に係る二重化制御装置６１との差異部のみ説明する。
実施の形態４と同様に、Ａ系が制御系、Ｂ系が待機系とする。
Ａ系ＩＯ制御装置９１のＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５０１とＢ系ＩＯ制御装置９２のＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部５２１は、お互いのＡ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置１３、１４、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワーク１５、１６の状態を監視制御処理部１０２、１２２に送る。
改造工事中などでＡ、Ｂ系バス通信制御装置７１、７２の両系が停止中に、Ｂ系ＩＯ制御装置９２の監視制御処理部１２２にてＡ系ＩＯネットワーク１５、Ａ系プロセスＩＯ装置１３の故障を検出した場合、Ｂ系プロセスＩＯ装置１４経由で設備４への出力信号をＢ系プロセスＩＯ装置１４側に切り替えることで、設備４の運転を継続する。

以上説明したように、実施の形態５に係る二重化制御装置８１では、二重化されたＡ系、Ｂ系バス通信制御装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯ制御装置、Ａ系、Ｂ系プロセスＩＯ装置、Ａ系、Ｂ系ＩＯネットワークから構成されており、Ａ系、Ｂ系バス通信制御装置に他系故障監視部を追加し、Ａ系、Ｂ系ＩＯ制御装置にＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部を追加しているため、故障発生時も自動運転の継続が可能で、また設備の自動運転を継続したまま、プロセスＩＯ装置関連のＨ／Ｗ交換、点検作業およびＳ／Ｗの変更、ＩＯカード追加を伴う改造工事が可能であり、点検、改造工事の工期短縮および工数削減を図ることができる効果がある。

また、実施の形態５に係る二重化制御装置８１では、待機系の故障状態を取得し、
系切替しても設備の自動運転が継続できない状態で、制御系で軽微な故障が発生した場合には系切替を抑止し、制御系の故障部分のみ縮退させ継続して運転させることで、システムの可用性を向上させることができる効果がある。

さらに、実施の形態５に係る二重化制御装置８１では、両系のＡ系、Ｂ系バス通信制御装置が停止している場合に、制御系のＡ系ＩＯ制御装置に故障が発生しても、待機系のＢ系ＩＯ制御装置に制御系を切替えることで、設備の運転を継続させることができ、システムの信頼性をさらに向上させることができる効果がある。

１，２１，４１，６１，８１ 二重化制御装置、２ 監視装置、３ 制御バス、
４ 設備、１１，３１ Ａ系制御装置、１２，３２ Ｂ系制御装置、
１３ Ａ系プロセスＩＯ装置、１４ Ｂ系プロセスＩＯ装置、
１５ Ａ系ＩＯネットワーク、１６ Ｂ系ＩＯネットワーク、１８ ＩＯ切替部、
５１，７１ Ａ系バス通信制御装置、５２，７２ Ｂ系バス通信制御装置、
５３，９１ Ａ系ＩＯ制御装置、５４，９２ Ｂ系ＩＯ制御装置、
５５ 制御装置間ネットワーク、１０１，１２１ バス通信Ｉ／Ｆ部、
１０２，１２２ 監視制御処理部、１０３，１２３ 入出力Ｉ／Ｆ部、
１０４，１２４ 他系入出力Ｉ／Ｆ部、１０５，１２５ 等値化部、
１０６，１２６ 系切替部、１０７，１２７ 監視制御データ部、
２０１，２２１，４０１，４２１ 他系故障監視部、
３０１，３０２，３２１，３２２ 制御装置間通信Ｉ／Ｆ部、
３０３，３２３ ＩＯ監視制御データ部、
５０１，５２１ ＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部。

Claims (4)

1. 上流側の監視装置との監視・制御信号の授受を制御バス経由で行い、下流側の設備との入出力信号の授受をプロセスＩＯ装置経由で行う二重化制御装置において、
   二重化されたＡ系制御装置およびＢ系制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、およびＩＯ切替部
   から構成され、
   前記Ａ系制御装置、前記Ｂ系制御装置は、前記制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、前記Ａ系プロセスＩＯ装置、前記Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受を前記Ａ系ＩＯネットワークおよび前記Ｂ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部および他系入出力Ｉ／Ｆ部と、前記Ａ系制御装置、前記Ｂ系制御装置の前記監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部とから構成され、
   前記Ａ系制御装置、前記Ｂ系制御装置は、さらに前記制御系／待機系の切替条件の判断に他系の動作状態を考慮するために他系の動作状態を監視する他系故障監視部を備えた二重化制御装置。
2. 上流側の監視装置との監視・制御信号の授受を制御バス経由で行い、下流側の設備との入出力信号の授受をプロセスＩＯ装置経由で行う二重化制御装置において、
   二重化されたＡ系バス通信制御装置およびＢ系バス通信制御装置、Ａ系ＩＯ制御装置およびＢ系ＩＯ制御装置、Ａ系プロセスＩＯ装置およびＢ系プロセスＩＯ装置、Ａ系ＩＯネットワークおよびＢ系ＩＯネットワーク、および制御装置間ネットワーク、ＩＯ切替部
   から構成され、
   前記Ａ系バス通信制御装置、前記Ｂ系バス通信制御装置は、前記制御バスとの通信処理を行うバス通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納する監視制御データ部と、前記制御装置間ネットワークを経由して前記Ａ系ＩＯ制御装置、前記Ｂ系ＩＯ制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、前記Ａ系バス通信制御装置および前記Ｂ系バス通信制御装置の前記監視制御データの等値化を行う等値化部と、制御系で発生した故障情報を取得して制御系／待機系の切替条件を判断し系の切替を行う系切替部から構成され、
   前記Ａ系ＩＯ制御装置、前記Ｂ系ＩＯ制御装置は、前記制御装置間ネットワークを経由して前記Ａ系バス通信制御装置、前記Ｂ系バス通信制御装置と信号の授受を行う制御装置間通信Ｉ／Ｆ部と、監視制御データを格納するＩＯ監視制御データ部と、監視制御処理を行う監視制御処理部と、前記Ａ系プロセスＩＯ装置、前記Ｂ系プロセスＩＯ装置との入出力信号の授受を前記Ａ系ＩＯネットワークおよび前記Ｂ系ＩＯネットワーク経由で行う入出力Ｉ／Ｆ部と
   から構成される二重化制御装置。
3. 前記Ａ系バス通信制御装置、前記Ｂ系バス通信制御装置は、さらに前記制御系／待機系の切替条件の判断に他系の動作状態を考慮するために他系の動作状態を監視する他系故障監視部を備えた請求項２に記載の二重化制御装置。
4. 前記Ａ系ＩＯ制御装置、前記Ｂ系ＩＯ制御装置は、さらに前記Ａ系ＩＯネットワーク、前記Ｂ系ＩＯネットワークおよび前記Ａ系プロセスＩＯ装置、前記Ｂ系プロセスＩＯ装置の故障情報を通知するＩＯ制御装置間通信Ｉ／Ｆ部を備えた請求項３に記載の二重化制御装置。

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