JP5658642B2

JP5658642B2 - 制御ネットワークシステム

Info

Publication number: JP5658642B2
Application number: JP2011214720A
Authority: JP
Inventors: 誠司竹中; 美行山本
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP2013074615A

Description

この発明は、例えばプラント等における制御装置に多数の非制御端末が接続された制御ネットワークシステム、特にその通信制御に関する。

従来の技術では、古い制御装置から新しい制御装置へ更新する場合には、新しい制御装置は古い制御装置と完全にネットワークを切り離した状態でテストを行い、更新する時も古い制御装置のネットワークを完全に切り離した後で、新しい制御装置を接続して立ち上げる必要があった。

特開平１０−２９０２３１号公報

プラント等の制御ネットワークシステムにおいて、製品サイクルの加速により制御装置の更新が多くなってきている。また、古い制御装置から新しい制御装置へ更新する場合には、制御装置の端末である制御端末を全て更新する場合が多い。

この更新の時に、新しく納入する制御装置と古い制御装置を同一ネットワーク上で動作させて、古い制御装置で制御を継続させた状態の中で新しい制御装置の機能もテストできることが望ましいが、古い制御装置と新しい制御装置を同じネットワークに接続するには、ＩＰアドレスを古い制御装置とは別アドレスを取得して設定する必要があった。

また、古い制御装置と新しい制御装置を同一ネットワーク上に接続すると通信負荷も増大し、現実的には同一ネットワーク上に新しい制御装置と古い制御装置を混在した環境を構築した上で制御装置を更新するのは困難であった。

このため、新しい制御装置を実際のネットワークに接続して試験できるのが、制御装置を納めてからになるため、実プラントで動作をした時にソフトウェアのミスに初めて気付くことが多い。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の制御装置をネットワークに同時に接続して通信を行うことを可能にした制御ネットワークシステムを提供することを目的とする。

この発明は、被制御用入出力部と、前記被制御用入出力部のための複数の制御用入出力部と、通信切替信号を発生する通信切替制御部と、複数の制御用入出力部のうちの１つと被制御用入出力部との間の通信を行うように前記通信切替信号に従って信号切り替えを行う信号切替手段と、を含む通信制御装置と、前記被制御用入出力部に接続された、それぞれのＩＰアドレスを有する少なくとも１つの被制御端末を含む被制御装置と、前記複数の制御用入出力部にそれぞれ接続された前記被制御端末に前記ＩＰアドレスを共有して制御を行う複数の制御装置と、を備え、前記複数の制御装置の１つが運転中の制御装置であり、残りの少なくとも１つが該制御装置更新・変更のためのリニューアル用制御装置であり、前記被制御装置が、少なくとも１つの前記被制御端末が接続されると共に、前記運転中の制御装置からの制御信号に従って実際に前記少なくとも１つの被制御端末の制御を行い、制御結果としての応答信号を返信する制御ロジック部を含む制御手段と、前記制御手段と前記ＩＰアドレスを共有し、前記リニューアル用制御装置からの制御信号に従って前記制御手段と同じ制御を行うための制御ロジック部分および前記リニューアル用制御装置からの制御信号に対する前記少なくとも１つの被制御端末のためのシミュレーションを行って応答信号を生成するシミュレーション部分を有するシミュレーション用制御手段と、を設けた制御部を少なくとも１つ含む、ことを特徴とする制御ネットワークシステムにある。

この発明では、複数の制御装置をネットワークに同時に接続して通信を行うことができる。

この発明の一実施の形態による通信制御装置を含む制御ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。図１の通信制御装置の詳細な構成を示す図である。この発明による通信制御装置の通信切り替え制御を示すタイミングチャートである。この発明における被制御装置の構成の一例を示す図である。

この発明では、複数の制御装置をネットワークに同時に接続することを可能にしたことにより、例えば古い制御装置とこの古い制御装置の更新・変更のためのリニューアル用の新しい制御装置等で、古い制御装置で制御を継続したままの状態で新しい制御装置のテストを行い、新しい制御装置の機能に問題が無いことを確認した後で古い制御装置を撤去することが可能となる。そのため、事前の段階で実際に納める環境で新しい制御装置を接続してテストができることにより、ソフトウェアのミスを未然に防ぐことが可能となる。また、また双方の制御装置においてＩＰアドレスを共有することで通信負荷も増大も抑制できる。

以下、この発明による通信制御装置、制御ネットワークシステムを実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態による通信制御装置を含む制御ネットワークシステムの構成を示すブロック図である。この発明に係る通信切り替え機能を有する通信制御装置Ｃは、制御装置Ａの複数の制御端末Ａ１−Ａ４を接続するモジュラージャックＣ１ａを４口と、制御装置Ｂの複数の制御端末Ｂ１−Ｂ４を接続するモジュラージャックＣ２ａを４口と、被制御装置Ｄを接続するモジュラージャックＣ３を例えば１口と、を設けている。なお、これらの数は一例であり、制御装置は複数個、制御装置の制御端末は少なくとも１個であればよい。被制御装置Ｄは１個として示されているが、複数のモジュラージャックＣ３(図示省略)を設けて複数の通信制御装置Ｃが接続されていてもよい。制御装置Ａの複数の制御端末Ａ１−Ａ４および制御装置Ｂの複数の制御端末Ｂ１−Ｂ４の被制御装置Ｄとの通信は通信制御装置Ｃの制御により管理される。被制御装置Ｄは、例えばＰＬＣ(プログラマブル・ロジック・コントローラ)からなる複数の制御部Ｄ１−Ｄ４を含み、各制御部Ｄ１−Ｄ４には、例えば図４に示されるように該制御部により制御される少なくとも１つの被制御端末Ｅ１，Ｅ２…が接続されている。

例えば制御装置Ａは運転中の制御装置、制御装置Ｂはリニューアル用制御装置であり、制御装置Ａと被制御装置Ｄとの間の通信、制御装置Ｂと被制御装置Ｄとの間の通信を通信制御装置Ｃにて時分割的に切り替えて行うことで、それぞれの通信で同じＩＰアドレスを共有することを可能にする。例えば、制御装置Ｂの複数の制御端末Ｂ１−Ｂ４は制御装置Ａの複数の制御端末Ａ１−Ａ４とそれぞれ同じＩＰアドレスを有し、また制御装置Ａと制御装置Ｂで被制御装置Ｄの各制御部Ｄ１−Ｄ４に接続されたそれぞれの被制御端末Ｅ１，Ｅ２…のＩＰアドレスを共有する。

図２は図１の通信制御装置Ｃの詳細な構成を示す図であり、(ａ)は内部構成、(ｂ)は制御装置Ａ，Ｂとの接続関係だけを示す。ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１、ＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２はそれぞれ制御用入出力部を構成し、ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１は例えば図１の４つのモジュラージャックＣ１ａ、ＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２は例えば図１の４つのモジュラージャックＣ２ａから構成される。ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１の各モジュラージャックＣ１ａは制御装置Ａの制御端末Ａ１−Ａ４とＬＡＮケーブルで接続されている。ＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２の各モジュラージャックＣ２ａは制御装置Ｂの制御端末Ｂ１−Ｂ４とＬＡＮケーブルで接続されている。

ＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３は被制御用入出力部を構成し、例えば図１の１つのモジュラージャックＣ３から構成される。ＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３のモジュラージャックは被制御装置ＤとＬＡＮケーブルで接続されている。

制御装置Ａの制御端末Ａ１−Ａ４からの制御信号１０はＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１に送られ、制御装置Ｂの制御端末Ｂ１−Ｂ４からの制御信号１０はＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２に送られる。ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１からの制御信号１０とＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２からの制御信号１０は通信切替制御部Ｃ４へ送られ、通信切替制御部Ｃ４での制御結果に基づく通信切替信号３０に従って信号切替部Ｃ５で切り替えられて、制御装置Ａと制御装置Ｂのいずれか一方からの制御信号１０がＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３を介して被制御装置Ｄへ送られる。

一方、被制御装置Ｄからの応答信号２０は、ＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３を介して信号切替部Ｃ５へ送られ、信号切替部Ｃ５で切り換えられて、応答した制御信号と同じ方のＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１またはＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２を介して制御装置Ａの制御端末Ａ１−Ａ４または制御装置Ｂの制御端末Ｂ１−Ｂ４で受けとられる。

図３はこの発明による通信制御装置の通信切り替え制御を示すタイミングチャートを示す。図３において、通信切替制御部Ｃ４は信号切替部Ｃ５を制御して(少なくともＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１およびＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２、さらにＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３のポート制御も行うようにしてもよい)、通信開始のタイミングからＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１のモジュラージャックＣ１ａの通信を開始させ、制御装置Ａの通信時間(ＴＡ)の時間分だけ通信を行い、制御装置Ａの通信時間(ＴＡ)経過後に通信切替信号３０がオンすることでＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１のモジュラージャックＣ１ａの通信を停止させ、切替時間(ｔ)経過後に、ＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２のモジュラージャックＣ２ａの通信を開始させる。

そして制御装置Ｂの通信時間(ＴＢ)経過後に、再び通信切替信号３０がオンすることでＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２のモジュラージャックＣ２ａの通信を停止させ、切替時間(ｔ)経過後に、ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１のモジュラージャックＣ１ａの通信を開始させて制御装置Ａの通信時間(ＴＡ)の時間分だけ通信を行う。

なお、信号切替部Ｃ５がポート制御も行う場合に、ＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３は常時通信状態でもよく、また制御装置Ａ，Ｂのそれぞれの通信時間(ＴＡ，ＴＢ)で通信状態とさせてもよい。また、ＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１、ＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２、ＬＡＮポート(Ｄ群)Ｃ３、信号切替部Ｃ５が信号切替手段を構成する。

また制御装置Ａ，Ｂと被制御装置Ｄとの通信は、制御装置Ａ，Ｂから制御信号１０等の信号を送信した際に被制御装置Ｄからの該信号の受信確認信号を受けた時点で１つの通信の完了としている。従って、制御装置Ａ，Ｂで信号送信後、受信確認信号を受ける前に通信時間(ＴＡ，ＴＢ)が経過してしまった場合には、次の割り当て通信時間で、受信確認信号を受けていない信号の送信から始める。

この様にＬＡＮポート(Ａ群)Ｃ１のモジュラージャックＣ１ａの通信とＬＡＮポート(Ｂ群)Ｃ２のモジュラージャックＣ２ａの通信を切り替えながら通信させることにより、互いの通信が重複しない方法を実現し、これによりＩＰアドレスの重複と通信負荷の増大の問題もなく、それぞれの系統の制御装置が動作できる。

図４にはこの発明における被制御装置Ｄの構成の一例を示す。上述のように被制御装置ＤはＰＬＣからなる複数の制御部Ｄ１−Ｄ４を含み、各制御部Ｄ１−Ｄ４には該制御部により制御される少なくとも１つの被制御端末Ｅ１，Ｅ２…が接続されている。各制御部Ｄ１−Ｄ４は、制御信号１０に従って実際に被制御端末Ｅ１，Ｅ２…の制御を行い、制御結果としての応答信号２０を返信するための制御ロジック部ＬＡ(制御手段)と、リニューアル用制御装置のための制御ロジック部ＬＢ(シミュレーション用制御手段)を備える。制御ロジック部ＬＡは制御中のデータ等を格納するメモリ部Ｍを含む。一方、リニューアル用制御装置の構築中の特に初期段階では、試作中の制御信号(プログラム)で実機の被制御端末Ｅ１，Ｅ２…を実際に駆動させることはできないため、リニューアル用の制御ロジック部ＬＢは、制御ロジック部ＬＡと同じ制御ロジック部分ＬＢａと、制御信号に対する被制御端末Ｅ１，Ｅ２…の動作のシミュレーションを行い応答信号を生成するためのシミュレーション部分ＬＢｂとを含む。

なお、通信切替信号３０は例えば、複数の制御用入出力部Ｃ１，Ｃ２に接続された制御装置Ａ，Ｂが、見かけ上、並行して動作しているように切り替えを行わせるタイミングの信号であってもよい。

１０制御信号、２０応答信号、３０通信切替信号、Ａ，Ｂ制御装置、Ａ１−Ａ４，Ｂ１−Ｂ４制御端末、Ｃ通信制御装置、Ｃ１，Ｃ２制御用入出力部、Ｃ１ａ，Ｃ２ａ，Ｃ３モジュラージャック、Ｃ４通信切替制御部、Ｃ５信号切替部、Ｄ被制御装置、Ｄ１−Ｄ４制御部、Ｅ１，Ｅ２被制御端末、ＬＡ，ＬＢ制御ロジック部、ＬＢａ制御ロジック部分、ＬＢｂシミュレーション部分、Ｍメモリ部。

Claims

被制御用入出力部と、
前記被制御用入出力部のための複数の制御用入出力部と、
通信切替信号を発生する通信切替制御部と、
複数の制御用入出力部のうちの１つと被制御用入出力部との間の通信を行うように前記通信切替信号に従って信号切り替えを行う信号切替手段と、
を含む通信制御装置と、
前記被制御用入出力部に接続された、それぞれのＩＰアドレスを有する少なくとも１つの被制御端末を含む被制御装置と、
前記複数の制御用入出力部にそれぞれ接続された前記被制御端末に前記ＩＰアドレスを共有して制御を行う複数の制御装置と、
を備え、
前記複数の制御装置の１つが運転中の制御装置であり、残りの少なくとも１つが該制御装置更新・変更のためのリニューアル用制御装置であり、
前記被制御装置が、少なくとも１つの前記被制御端末が接続されると共に、
前記運転中の制御装置からの制御信号に従って実際に前記少なくとも１つの被制御端末の制御を行い、制御結果としての応答信号を返信する制御ロジック部を含む制御手段と、
前記制御手段と前記ＩＰアドレスを共有し、前記リニューアル用制御装置からの制御信号に従って前記制御手段と同じ制御を行うための制御ロジック部分および前記リニューアル用制御装置からの制御信号に対する前記少なくとも１つの被制御端末のためのシミュレーションを行って応答信号を生成するシミュレーション部分を有するシミュレーション用制御手段と、
を設けた制御部を少なくとも１つ含む、
ことを特徴とする制御ネットワークシステム。
前記制御部がプログラマブル・ロジック・コントローラからなる請求項１に記載の制御ネットワークシステム。
前記通信切替信号が、前記複数の制御用入出力部に接続される前記運転中の制御装置および前記リニューアル用制御装置のそれぞれの通信期間を、所定の周期で切り替えるタイミングの信号であり、
前記各制御装置が、制御信号送信後、前記応答信号を受ける前に前記通信期間が経過してしまった場合には、次の割り当て通信期間で、前記応答信号を受けていない制御信号の送信から始めることを特徴とする請求項１または２に記載の制御ネットワークシステム。
前記複数の制御用入出力部がそれぞれ複数のモジュラージャックを含み、前記信号切替手段が前記通信切替信号に従った周期で、前記複数の制御用入出力部の複数のモジュラージャックのグループ間の信号を切り替えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の制御ネットワークシステム。
前記複数の制御用入出力部がそれぞれ複数のモジュラージャックを含み、前記複数の制御装置がそれぞれに同一の制御用入出力部の前記複数のモジュラージャックにそれぞれ接続された複数の制御端末を含み、
前記信号切替手段が前記通信切替信号に従った周期で、前記複数の制御用入出力部の複数のモジュラージャックのグループ間の信号を切り替えることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の制御ネットワークシステム。