JP5931462B2 - 入出力制御システム - Google Patents

Description

この発明は、二重化した入出力制御装置において、障害発生時における入出力制御装置の交換復元を支援する入出力制御システムに関するものである。

従来、障害発生時の交換復元作業を支援するシステムとして、例えば特開２００５−２０２７７４号公報（特許文献１）に開示されているように、生産設備と制御装置とバックアップサーバから構成される生産設備保全システムがある。この特許文献１に開示されたシステムにおいては、制御装置は、設定データ記憶装置と、設定データ保存指示手段と、設定データ復元手段とを持ち、自身の設定データをバックアップサーバに保存し、制御装置の交換復元時に、バックアップサーバから設定データを復元することで、交換復元作業を容易化している。なお、上記特許文献１の生産設備と制御装置は、以降で説明する本願発明の入出力装置と入出力制御装置に相当する。

特開２００５−２０２７７４号公報（図２）

上記特許文献１に開示された生産設備保全システムにおいては、生産設備用制御装置が２重化されていないために、障害発生から交換復元作業が終了するまでの期間、生産設備は停止状態となる問題点があった。また、設定データを保持するバックアップサーバが多重化されていないため、バックアップサーバに障害が発生した場合に設定データが消滅する恐れがあった。

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、入出力制御装置の障害発生後すぐに当該入出力制御装置を切り替えて入出力装置を連続制御する入出力制御システムを得ることを目的とするものである。

この発明による入出力制御システムは、電気信号を入出力する入出力装置と、上記入出力装置を制御する第１の入出力制御装置と、上記入出力装置を制御する第２の入出力制御装置と、上記第１および上記第２の入出力制御装置に対して指令を出力すると共に、入力データを読み出すコントローラと、を備え、
上記第１の入出力制御装置を第１の常用系入出力制御装置と第１の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成すると共に、上記第２の入出力制御装置を第２の常用系入出力制御装置と第２の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成し、
上記第１の待機系入出力制御装置は、上記第１の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第１の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第１の常用系入出力制御装置と上記第１の待機系入出力制御装置とを切り替え、
上記第２の待機系入出力制御装置は、上記第２の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第２の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第２の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第２の常用系入出力制御装置と上記第２の待機系入出力制御装置とを切り替えると共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップする入出力制御システムにおいて、
上記第２の待機系入出力制御装置が、設定データをバックアップする上記第１の常用系入出力制御装置と上記第２の常用系入出力制御装置を選択する際に、上記第１の待機系入出力制御装置との間で調停する調停手段を備えたことを特徴とするものである。

この発明による入出力制御システムによれば、電気信号を入出力する入出力装置と、上記入出力装置を制御する第１の入出力制御装置と、上記入出力装置を制御する第２の入出力制御装置と、上記第１および上記第２の入出力制御装置に対して指令を出力すると共に、入力データを読み出すコントローラと、を備え、上記第１の入出力制御装置を第１の常用系入出力制御装置と第１の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成すると共に、上記第２の入出力制御装置を第２の常用系入出力制御装置と第２の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成し、
上記第１の待機系入出力制御装置は、上記第１の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第１の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第１の常用系入出力制御装置と上記第１の待機系入出力制御装置とを切り替え、
上記第２の待機系入出力制御装置は、上記第２の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第２の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第２の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第２の常用系入出力制御装置と上記第２の待機系入出力制御装置とを切り替えると共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップする入出力制御システムにおいて、
上記第２の待機系入出力制御装置が、設定データをバックアップする上記第１の常用系入出力制御装置と上記第２の常用系入出力制御装置を選択する際に、上記第１の待機系入出力制御装置との間で調停する調停手段を備えたので、待機系が常用系の設定データを用い、障害発生時に常用系に即座に入れ替わることで、システムの動作を継続することができる効果がある上に、２重化された入出力制御装置が多重故障を起こした場合でも、システムの動作を継続することができ、設定データの消滅を防ぐ効果を奏する。更に、待機系入出力制御装置が常用系入出力制御装置の待機系になるのを入力ラインのみを見て決定できるので、待機系入出力制御装置が独立して動作できる効果もある。

この発明の実施の形態１による入出力制御システムのブロック図である。 この発明の実施の形態１による入出力制御システムの動作を示す図である。 この発明の実施の形態２による入出力制御システムの動作を示す図である。 この発明の実施の形態３による入出力制御システムの動作を示す図である。 この発明の実施の形態４による入出力制御システムの動作を示す図である。 この発明の実施の形態５による入出力制御システムの動作を示す図である。

以下、この発明による入出力制御システムの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による入出力制御システムのブロック図である。実施の形態１による入出力制御システム（以下、Ｉ／Ｏ制御システムという。）は、図１に示すように、例えば電気信号によりバルブの開閉等を行う出力、または温度等を電気信号として入力する入出力装置（以下、Ｉ／Ｏ装置という。）１と、Ｉ／Ｏ装置１を制御する常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａと待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂを有する２重化されたＩ／Ｏ制御装置２と、Ｉ／Ｏ制御装置２に対して指令を出力したり、Ｉ／Ｏ制御装置２から入力データを読み出すコントローラ３と、コントローラ３とＩ／Ｏ制御装置２を接続するバス４とを備えている。なお、図１に示す実施の形態１では、Ｉ／Ｏ装置１、Ｉ／Ｏ制御装置２と異なるＩ／Ｏ装置５、Ｉ／Ｏ制御装置６がバス４に接続されている例を図示しており、このＩ／Ｏ制御装置６もＩ／Ｏ制御装置２と同様に、常用系Ｉ／Ｏ制御装置６ａと待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂを有し、２重化されている。ここで、常用系とは、通常時使用されるものであり、待機系とは通常時使用されるものに障害が発生した時などに使用されるバックアップ用のものである。

次に動作について説明する。図２は、Ｉ／Ｏ制御システムにおける２重化されたＩ／Ｏ制御装置２の初期状態から、常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの障害発生、交換復元の動作を示すものである。

図２（Ａ）で、二重化されたＩ／Ｏ制御装置２ａとＩ／Ｏ制御装置２ｂは、Ｉ／Ｏ制御装置２ａが常用系、Ｉ／Ｏ制御装置２ｂが待機系として動作している状態を示している。常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａは、通常動作においてコントローラ３にエラー情報と現在の設定データを送信する。待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂはバス４を監視し、上記設定データを取り込むと共に、エラー情報を監視している。待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂは、取り込んだ設定データのコピー（バックアップデータ）を保存する。そして、図２（Ｂ）のように、待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂは、エラー情報から常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａに障害が発生し、Ｉ／Ｏ装置１（図１参照）と切断したことを確認すると、設定データのコピーを用いてＩ／Ｏ装置１と接続し、コントローラ３と通信を行う。その後、図２（Ｃ）に示すように、運転員は常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの交換を行い、常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａを待機系として復元する。なお、Ｉ／Ｏ制御装置６についてもＩ／Ｏ制御装置２と同様である。

以上のように、実施の形態１によるＩ／Ｏ制御システムでは、待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂが常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの設定データのコピーを保存し、その設定データを用いて常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの障害発生時に即座に入れ替わるので、システムの動作を継続
することができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２によるＩ／Ｏ制御システムについて説明する。図３は、実施の形態２によるＩ／Ｏ制御システムの動作を説明する図で、第１と第２の異なる２重系間で設定データのコピーを保存する方法を示すものである。なお、図１と同一符号は、同一もしくは相当分を示し、詳細説明を省略する。

図３において、二重化された第１の系のＩ／Ｏ制御装置２ａとＩ／Ｏ制御装置２ｂは、Ｉ／Ｏ制御装置２ａが常用系、Ｉ／Ｏ制御装置２ｂが待機系であり、Ｉ／Ｏ制御装置６ａとＩ／Ｏ制御装置６ｂは、それぞれ第２の系の常用系と待機系である。

次に動作について説明する。図３（Ａ）で、第１及び第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂ、６ｂは、それぞれ自身の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａ、６ａの設定データのコピーの作成、及びエラー情報の監視を行っている。図３（Ｂ）で、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａに障害が発生し、第１の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂが常用系になった時、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａを交換復元するまでは、第１の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂが常用系として１重系で動作している。

そこで第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂが、第１の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂの設定データのコピーを保存し、エラー情報を監視する。もし、第１の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置２ｂに障害が発生した場合、すなわち多重故障を起こした場合でも、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａは、交換後に第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂに保存した設定データのコピーを用いて復元することができる。

以上のように、実施の形態２によるＩ／Ｏ制御システムでは、２重化されたＩ／Ｏ制御装置が多重故障を起こした場合でも、システムの動作を継続することができ、設定データの消滅を防ぐことができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３によるＩ／Ｏ制御システムについて説明する。図４は、実施の形態３によるＩ／Ｏ制御システムの動作を説明する図で、１重系の第１の系と２重系の第２の系が混在したシステムにおける設定データの保存方法を示すものである。なお、図３と同一符号は、同一もしくは相当分を示し、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａは１重系を構成し、第２の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置６ａと待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂは２重系を構成している。

次に動作について説明する。図４（Ａ）で、第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂは、第２の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置６ａの設定データをコピーし、エラー情報を監視すると同時に、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの設定データをコピーし、エラー情報を監視する。図４（Ｂ）で、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａに障害が発生したとき、第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂは第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａの設定データのコピーを保存しているため、図４（Ｃ）のように、第１の系の常用系Ｉ／Ｏ制御装置２ａは、交換後に第２の系の待機系Ｉ／Ｏ制御装置６ｂに保存した設定データのコピーを用いて復元することができる。

以上のように、実施の形態３によるＩ／Ｏ制御システムのように、１重化と２重化の混在するシステムにおいても、実施の形態２と同様の動作で障害が発生したＩ／Ｏ制御装置の交換復元を行うことができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４によるＩ／Ｏ制御システムについて説明する。図５は、実施の形態４によるＩ／Ｏ制御システムの動作を説明する図で、設定データのコピーを保存するためのＩ／Ｏ制御装置の選択方法を説明するものである。

Ｉ／Ｏ制御装置は常用系と待機系のどちらにもなり得るため、同じ回路構成をとるが、図５では説明のために、常用系Ｉ／Ｏ制御装置と待機系Ｉ／Ｏ制御装置を異なる回路構成として示している。なお、図５では３個の常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚを常用系Ｉ／Ｏ制御装置群とし、３個の待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａ、Ｂ、Ｃを待機系Ｉ／Ｏ制御装置群として図示している。

常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚはそれぞれに、電源Ｖに接続されたスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を１つ具備している。また、待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａ、Ｂ、Ｃは、各常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚに接続するスイッチを常用系の個数だけ具備している。例えば、待機系Ｉ／Ｏ制御装置ＡはＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ１３を具備し、待機系Ｉ／Ｏ制御装置ＢはＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ２３を具備し、待機系Ｉ／Ｏ制御装置ＣはＳＷ３１、ＳＷ３２、ＳＷ３３を具備している。

次に動作について説明する。常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚは正常に動作しているときスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３をそれぞれＯＮする。すると、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚに接続した配線は電源電圧ＶによりＨｉｇｈになる。待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚに接続された配線がＨｉｇｈになった配線を探し、その１つを選択してスイッチをＯＮする。なお、選択されたスイッチがＯＮすることにより、配線はＬｏｗとなる。

例えば図５の待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａは、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘを選択し、ＳＷ１１をＯＮにした状態を示している。待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ｂは、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｙを選択し、ＳＷ２２をＯＮにした状態を示している。また、待機系Ｉ／Ｏ装置Ｃは、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚを選択し、ＳＷ３３をＯＮにしていたが、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚに障害が発生し、該制御装置ＺのスイッチＳＷ３をＯＦＦにした状態を示している。

常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚは、交換後復元の際、どの待機系Ｉ／Ｏ制御装置が常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚを選択しているかをバス４経由で問い合わせ、該当した待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ｃから設定データを読み出す。なお、待機系Ｉ／Ｏ制御装置ＣのスイッチＳＷ３３はＯＮのままとし、待機系を継続する。

図５の場合、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚは、交換後復元後にバス４経由で常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚを選択している待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ｃから設定データを読み出す。また、同時に待機系Ｉ／Ｏ制御装置ＣにスイッチＳＷ３をＯＮするように指示し、待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ｃに、再度常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｚの探索を開始させる。

以上のように、実施の形態４によるＩ／Ｏ制御システムによれば、スイッチＳＷ１１〜ＳＷ１３、ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３３が、他の待機系入出力制御装置との間の調停手段として機能し、待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａ、Ｂ、Ｃが常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚの待機系になるのを入力ラインのみを見て決定できるので、待機系Ｉ／Ｏ制御装置Ａ、Ｂ、Ｃが独立して動作できることになる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５によるＩ／Ｏ制御システムについて説明する。図６は、実施の形態５によるＩ／Ｏ制御システムの動作を説明する図で、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ
、Ｙ、ＺのそれぞれのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３と並列に発光ダイオードＬ１、Ｌ２、Ｌ３を接続したものである。常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、Ｚに障害が発生した場合、常用系Ｉ／Ｏ制御装置Ｘ、Ｙ、ＺのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３がＯＦＦとなり、発光ダイオードＬ１、Ｌ２、Ｌ３が点灯する。

実施の形態５のように構成することで、運転員は発光ダイオードの点灯により交換すべきＩ／Ｏ制御装置を確認することができる。

以上において、実施の形態１から実施の形態５のＩ／Ｏ制御システムについて説明したが、これらの実施の形態により発明が限定されるものではなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略することが可能である。

１、５ Ｉ／Ｏ装置
２、６ Ｉ／Ｏ制御装置
２ａ、６ａ、Ｘ、Ｙ、Ｚ 常用系Ｉ／Ｏ制御装置
２ｂ、６ｂ、Ａ、Ｂ、Ｃ 待機系Ｉ／Ｏ制御装置
３ コントローラ
４ バス
ＳＷ１〜ＳＷ３ ＳＷ１１〜ＳＷ１３ スイッチ
ＳＷ２１〜ＳＷ２３、ＳＷ３１〜ＳＷ３３ スイッチ
Ｖ 電源
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 発光ダイオード

Claims (2)

1. 電気信号を入出力する入出力装置と、上記入出力装置を制御する第１の入出力制御装置と、上記入出力装置を制御する第２の入出力制御装置と、上記第１および上記第２の入出力制御装置に対して指令を出力すると共に、入力データを読み出すコントローラと、を備え、
   上記第１の入出力制御装置を第１の常用系入出力制御装置と第１の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成すると共に、上記第２の入出力制御装置を第２の常用系入出力制御装置と第２の待機系入出力制御装置からなる２重化した入出力制御装置で構成し、
   上記第１の待機系入出力制御装置は、上記第１の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第１の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第１の常用系入出力制御装置と上記第１の待機系入出力制御装置とを切り替え、
   上記第２の待機系入出力制御装置は、上記第２の常用系入出力制御装置の監視を行うと共に、上記第２の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップし、上記第２の常用系入出力制御装置に障害が発生したとき、上記第２の常用系入出力制御装置と上記第２の待機系入出力制御装置とを切り替えると共に、上記第１の常用系入出力制御装置に設定された設定データをバックアップする入出力制御システムにおいて、
   上記第２の待機系入出力制御装置が、設定データをバックアップする上記第１の常用系入出力制御装置と上記第２の常用系入出力制御装置を選択する際に、上記第１の待機系入出力制御装置との間で調停する調停手段を備えたことを特徴とする入出力制御システム。
2. 上記第１および上記第２の常用系入出力制御装置の少なくとも一方に障害が発生したとき動作するスイッチと、該スイッチの動作を表示する発光ダイオードとを備え、上記障害の発生を上記発光ダイオードで表示することを特徴とする請求項１に記載の入出力制御システム。

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