JP5779982B2 - 二重化コントロールシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば機械などの制御対象装置の制御に用いられる二重化コントロールシステムに関する。

特許文献１には、コントローラを２つ有する二重化コントロールシステムが開示されている。この二重化コントロールシステムは、制御ネットワークに接続されている。

特開２０００−３４７８８５号公報

二重化コントロールシステムの２つのコントローラは、それぞれ、制御ネットワークから継続して信号を受ける。そして、一方のコントローラが制御ネットワークからの信号に基づいて制御対象装置の制御を行う。

ところが、制御ネットワークの断線などにより、一方のコントローラが信号を受けられなくなることがある。信号を受けていないコントローラでは制御対象装置を適切に制御できない。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、制御ネットワークから信号を受けているコントローラで制御対象装置を制御する二重化コントロールシステムを提供することを目的とする。

本願の発明に係る二重化コントロールシステムは、制御ネットワークから制御ネットワークモジュールを介して個別に信号を受ける第1コントローラと第２コントローラを有し、これらのいずれかが制御対象装置とオンラインとなって該制御対象装置を制御する二重化コントロールシステムにおいて、該制御ネットワークから該第１コントローラへの信号断を検出する第１検出手段と、該制御ネットワークから該第２コントローラへの信号断を検出する第２検出手段と、該第１検出手段又は該第２検出手段で信号断を検出すると、該制御ネットワークから信号を受けているコントローラが該制御対象装置とオンラインとなるように、該制御対象装置とオンラインとなるコントローラを切り替える切替手段と、コントローラの切替中又は該第１検出手段と該第２検出手段がともに信号断を検出したときに、該切替手段によるコントローラのさらなる切替を防止するチャタリング防止手段と、を備え、該第１検出手段は、該制御ネットワークから該第１コントローラへの信号の累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出し、該第２検出手段は、該制御ネットワークから該第２コントローラへの信号の累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出することを特徴とする。

本発明によれば、制御ネットワークからの信号断を検出して、制御対象装置の制御に用いるコントローラを切替えるので安定した制御を継続できる。

本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステム及びその周辺の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステムのブロック図である。 ＣＰＵモジュールと制御用ネットワークモジュールの構成を示すブロック図である。 ＣＰＵモジュールのユーザプログラムに格納されたプログラムによる、コントローラ切替処理のシーケンスを示す図である。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステム及びその周辺の構成を示す図である。二重化コントロールシステム１０には制御ネットワーク１２が接続されている。制御ネットワーク１２にはＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１４が接続されている。

二重化コントロールシステム１０にはＥｔｈｅｒｎｅｔ１６（登録商標）が接続されている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ１６にはエンジニアリングツール１８が接続されている。エンジニアリングツール１８は、二重化コントロールシステム１０に格納されるプログラムの設計などを行うものである。

二重化コントロールシステム１０にはＩ／Ｏ２０が接続されている。Ｉ／Ｏ２０には、二重化コントロールシステム１０の制御対象である制御対象装置２２が接続されている。制御対象装置２２はたとえば製鉄のプロセスでスラブを薄板化する機械である。

図２は、本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステムのブロック図である。二重化コントロールシステム１０は第１コントローラ３０と第２コントローラ３２を備えている。第1コントローラ３０は、電源モジュール３０ａ、ＣＰＵモジュール３０ｂ、制御ネットワークモジュール３０ｃ、及びＥｔｈｅｒｎｅｔモジュール３０ｄを備えている。電源モジュール３０ａは第１コントローラ３０へ電源供給するものである。ＣＰＵモジュール３０ｂは第1コントローラ３０の実行制御を行うものである。制御ネットワークモジュール３０ｃは第1コントローラ３０と制御ネットワーク１２との通信用に設けられている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔモジュール３０ｄは第1コントローラ３０とＥｔｈｅｒｎｅｔ１６との通信用に設けられている。

第２コントローラ３２は、電源モジュール３２ａ、ＣＰＵモジュール３２ｂ、制御ネットワークモジュール３２ｃ、及びＥｔｈｅｒｎｅｔモジュール３２ｄを備えている。電源モジュール３２ａは第２コントローラ３２へ電源供給するものである。ＣＰＵモジュール３２ｂは第２コントローラ３２の実行制御を行うものである。制御ネットワークモジュール３２ｃは第２コントローラ３２と制御ネットワーク１２との通信用に設けられている。Ｅｔｈｅｒｎｅｔモジュール３２ｄは第２コントローラ３２とＥｔｈｅｒｎｅｔ１６との通信用に設けられている。

第1コントローラ３０の制御ネットワークモジュール３０ｃと、第２コントローラ３２の制御ネットワークモジュール３２ｃは、それぞれ個別に制御ネットワーク１２から信号を受ける。

図３は、ＣＰＵモジュールと制御用ネットワークモジュールの構成を示すブロック図である。ＣＰＵモジュール３０ｂ、制御ネットワークモジュール３０ｃ、ＣＰＵモジュール３２ｂ、及び制御ネットワークモジュール３２ｃはステーションバス３４で接続されており、信号の授受が可能となっている。ＣＰＵモジュール３０ｂ及び３２ｂは、制御対象装置２２の制御に必要な演算を実行するＣＰＵである。

ＣＰＵモジュール３０ｂは、演算回路４０により制御対象装置２２の制御に必要な演算を実行する。ＣＰＵモジュール３０ｂは、ユーザプログラム４２とユーザメモリ４４をメモリの形態で備えている。ＣＰＵモジュール３０ｂはさらにステーションメモリ４６を備えている。ステーションメモリ４６は制御ネットワークモジュール３０ｃからのステーション情報を格納するメモリである。

ＣＰＵモジュール３２ｂも、演算回路６０、ユーザプログラム６２、ユーザメモリ６４、ステーションメモリ６６を備えている。

本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステムでは、制御ネットワークモジュール３０ｃと制御ネットワークモジュール３２ｃのそれぞれに制御ネットワーク１２から信号が伝送される。そして、第1コントローラ３０と第２コントローラ３２の何れか一方が制御対象装置２２とオンラインとなって制御対象装置２２を制御する。制御対象装置２２とオンラインとなっているコントローラを「マスターコントローラ」と称し、制御対象装置２２とオフラインとなっているコントローラを「スレーブコントローラ」と称する。

本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステム１０は、マスターコントローラとスレーブコントローラの切替に特徴がある。以後この特徴について説明する。

図４は、ＣＰＵモジュールのユーザプログラムに格納されたプログラムによる、コントローラ切替処理のシーケンスを示す図である。ここでは、第1コントローラ３０がマスターコントローラであるものとする。

第1検出手段８０は、制御ネットワーク１２から第１コントローラ３０への信号断を検出する部分である。第１検出手段８０は、制御ネットワーク１２から第１コントローラ３０への信号の累積パケット数をモニター（カウント）している。つまり、制御ネットワーク１２から制御ネットワークモジュール３０ｃに伝送された信号を、ステーションバス３４を経由してＣＰＵモジュール３０ｂに取り込み、累積パケット数をモニターする。そして、この累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出し、ＡＮＤ回路８０ａの第１入力（上方の入力）がＨｉｇｈとなる。ここでいう一定期間とは、オフディレイタイマ（ＴＯＦ）により遅延された０．１５ｓｅｃである。

ＡＮＤ回路８０ａの第２入力（下方の入力）は、第２コントローラ３２（スレーブコントローラ）が制御対象装置２２とオンラインで無い場合にＨｉｇｈとなる。従って、第1コントローラ３０（マスターコントローラ）への信号断が起こり、かつ第２コントローラ３２（スレーブコントローラ）がオフラインであるとＡＮＤ回路８０ａの出力がＨｉｇｈとなる。

第２検出手段８２は、制御ネットワーク１２から第２コントローラ３２への信号断を検出する部分である。第２検出手段８２は、制御ネットワーク１２から第２コントローラ３２への信号の累積パケット数をモニター（カウント）している。そしてこの累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出し、ＡＮＤ回路８２ａの第1入力がＨｉｇｈとなる。ＡＮＤ回路８２ａの第２入力は第２コントローラ３２（スレーブコントローラ）がオンラインで無い場合にＬｏｗとなる。従って、第２コントローラがオフラインであれば、ＡＮＤ回路８２ａの出力は常にＬｏｗとなる。

この場合、ＡＮＤ回路８０ａはＨｉｇｈを出力し、ＡＮＤ回路８２ａはＬｏｗを出力しているので、ＯＲ回路８４の出力はＨｉｇｈとなる。ＯＲ回路８５の出力もＨｉｇｈとすると、ＡＮＤ回路８８の出力はＨｉｇｈとなる。こうして、二重化切替手段９０（切替手段９０と称する）が、制御対象装置２２とオンラインであった第1コントローラ３０をオフラインとし、第２コントローラ３２を制御対象装置２２とオンラインとするように切替える。さらに切替手段９０で二重化切替が発生した場合、第１コントローラ３０から第２コントローラ３２への切替事象をＨＭＩに警報表示させる。

なお、電源投入などによる二重化コントロールシステム１０の立ち上げ時には、ＯＲ回路８５の第1入力（最も上方の入力）がＨｉｇｈとなることでコントローラの切替可能性が確保されている。また、コントローラの切替中は、ＡＮＤ回路８８の第１入力をＬｏｗとすることで更なる切替を防止している。

第1コントローラ３０と第２コントローラ３２が両方とも信号断となっているときは、ＯＲ回路８５の出力がＬｏｗを維持することで切替が連続するチャタリングを防止する。

ここまでは、第1コントローラ３０がマスターコントローラの場合について説明したが、第２コントローラ３２がマスターコントローラの場合も上述のように切替が行われる。

切替手段９０を含む図４のシーケンスは、第１コントローラのユーザプログラム４２及び第２コントローラのユーザプログラム６２にプログラムで記述されている。そしてこのプログラムは、第1コントローラ３０及び第２コントローラ３２のＣＰＵモジュール内のメモリに格納されている。

本発明の実施の形態に係る二重化コントロールシステム１０によれば、コントローラに対する信号断を検出し、信号断の無いコントローラを制御対象装置２２とオンラインとすることができる。これにより、制御ネットワーク１２から信号を受けていないコントローラが制御対象装置２２とオンラインになることによる「無制御時間」の発生を防止できる。また、制御対象装置２２は、常にＨＭＩ１４からの信号により制御されるので、制御対象装置２２の破損を防止でき、かつ安全で信頼性の高い制御が可能となる。

なお、制御ネットワーク１２異常は、制御ネットワークの断線や制御ネットワークモジュールの不具合などにより起こると考えられる。

本発明の実施の形態の二重化コントロールシステムは、本発明の特徴を失わない限りにおいて様々な変形が可能である。切替手段は、第１検出手段又は第２検出手段で信号断を検出すると、制御ネットワークから信号を受けているコントローラが制御対象装置２２とオンラインとなるように、制御対象装置２２とオンラインとなるコントローラを切り替えることができる限り図４のようなシーケンスでなくてもよい。

また、図４のシーケンスを実現する手段はプログラムに限らず、実際の論理回路を用いることも出来る。

また、コントローラへの信号断を検出できる限り、第1検出手段と第２検出手段による検出方法は限定されない。その他、様々な変形が可能である。

１０ 二重化コントロールシステム、 １２ 制御ネットワーク、 ２２ 制御対象装置、 ３０ 第１コントローラ、 ３２ 第２コントローラ、 ８０ 第１検出手段、 ８２ 第２検出手段

Claims (3)

1. 制御ネットワークから制御ネットワークモジュールを介して個別に信号を受ける第1コントローラと第２コントローラを有し、これらのいずれかが制御対象装置とオンラインとなって前記制御対象装置を制御する二重化コントロールシステムにおいて、
   前記制御ネットワークから前記第１コントローラへの信号断を検出する第１検出手段と、
   前記制御ネットワークから前記第２コントローラへの信号断を検出する第２検出手段と、
   前記第１検出手段又は前記第２検出手段で信号断を検出すると、前記制御ネットワークから信号を受けているコントローラが前記制御対象装置とオンラインとなるように、前記制御対象装置とオンラインとなるコントローラを切り替える切替手段と、
   コントローラの切替中又は前記第１検出手段と前記第２検出手段がともに信号断を検出したときに、前記切替手段によるコントローラのさらなる切替を防止するチャタリング防止手段と、を備え、
   前記第１検出手段は、前記制御ネットワークから前記第１コントローラへの信号の累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出し、
   前記第２検出手段は、前記制御ネットワークから前記第２コントローラへの信号の累積パケット数の増加が一定期間停止した時に信号断を検出することを特徴とする二重化コントロールシステム。
2. 前記切替手段は、前記第１コントローラ及び前記第２コントローラにメモリで格納されたことを特徴とする請求項１に記載の二重化コントロールシステム。
3. 前記制御ネットワークに接続されたＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ−Ｍａｃｈｉｎｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を備え、
   前記制御対象装置とオンラインとなるコントローラを切り替えた場合、前記ＨＭＩに警報表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の二重化コントロールシステム。

Images