JP6109442B2 - スレーブ機器及び二重化システム - Google Patents

Description

本発明は、スレーブ局となるスレーブ機器及び二重化システムに関する。

従来、プログラマブルロジックコントローラを二重化し、信頼性を向上させる方法が知られている。二重化されたプログラマブルロジックコントローラは、一方が制御系となり、他方が待機系となって動作する。

プログラマブルロジックコントローラがスレーブ局を制御するマスタ局となる二重化システムでは、待機系から制御系に切り替わったプログラマブルロジックコントローラがスレーブ局の制御を継続するためには、待機系から制御系に切り替わったプログラマブルロジックコントローラは、制御系であったプログラマブルロジックコントローラがスレーブ局から受信していたデータと同じデータを用いてスレーブ局を制御する必要がある。

待機系のプログラマブルロジックコントローラに制御系と同じデータを保持させる手法は、制御系と待機系とにスレーブ局から同じデータを送信することが知られている。また、特許文献１には、制御系から待機系に定期的にデータを転送する手法が開示されている。

特開昭６１−２２１９４１号公報

しかしながら、待機系のプログラマブルロジックコントローラに制御系と同じデータを保持させる手法では、系の切替が発生した時点で、制御系に変わったプログラマブルロジックコントローラがスレーブ局から受信して保持しているデータが、以前制御系であったプログラマブルロジックコントローラがスレーブ局から受信して保持しているデータよりも古いデータである可能性がある。すなわち、制御系と待機系との切替が発生すると、制御系に切り替わったプログラマブルロジックコントローラによって過去データを用いてスレーブ局の制御が行われてしまう可能性があるという問題があった。

また、特許文献１に開示される手法では、マスタ局である制御系のプログラマブルロジックコントローラによってスレーブ局が正常に制御されていても制御系から待機系へデータ転送する処理が必要であるため、制御系のプログラマブルロジックコントローラの処理負荷が増大し、スキャンタイムが延びるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、マスタ局となるプログラマブルロジックコントローラが待機系から制御系に切り替わった際に、過去データを用いて制御が行われることを防止したスレーブ機器を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラのうちの制御系によって制御データに基づいて制御されるスレーブ機器であって、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラの双方から、自局が制御系であるか待機系であるかを示す情報を含むステータス情報を定期的に受信し、ステータス情報に含まれる情報に基づいて、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラのうちの制御系のみに制御データを送信する制御データ送信部を備える。

本発明にかかるスレーブ機器は、マスタ局となるプログラマブルロジックコントローラが待機系から制御系に切り替わった際に、過去データを用いて制御が行われることを防止できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラ及びスレーブ機器を用いた二重化システムの構成を示す図 実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラのハードウェア構成を示す図 実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラがスレーブ機器に送信するデータ構造の一例を示す図 実施の形態にかかるスレーブ機器のハードウェア構成を示す図 実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラを用いた二重化システムの動作の流れを示すシーケンス図 実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラを用いた二重化システムにおける系切替時のタイミングチャート 実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラ及びスレーブ機器を用いた二重化システムの別の構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラ、スレーブ機器及び二重化システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラ及びスレーブ機器を用いた二重化システムの構成を示す図である。二重化システム１００は、一方が制御系であり他方が待機系であるプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２と、プログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２のうち制御系になっている方によって制御されるスレーブ機器１０３と、プログラマブルロジックコントローラ１０_１とスレーブ機器１０３とを接続するネットワーク３１と、プログラマブルロジックコントローラ１０_２とスレーブ機器１０３とを接続するネットワーク３２とを有する。二重化システム１００においては、プログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２は、スレーブ局であるスレーブ機器１０３を制御するマスタ局であり、スレーブ機器１０３は、マスタ局であるプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２によって制御されるスレーブ局である。プログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２は、二重化され、制御系である時にはスレーブ局であるスレーブ機器１０３から受信した制御データを用いてスレーブ機器１０３を制御する。スレーブ機器１０３は、マスタ局によって制御されるスレーブ局となりうる機器全般を意味しており、特定の機器に限定されない。スレーブ機器１０３の具体例には、リモート入出力ユニット又はヘッドユニットを挙げることができる。

なお、プログラマブルロジックコントローラ１０_１とプログラマブルロジックコントローラ１０_２とは構成が同じであるため、以下の説明においては、両者を区別する必要がある場合にのみ両者を区別してプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２と表記し、両者を区別する必要のない共通事項の説明ではプログラマブルロジックコントローラ１０と表記する。以下に説明するプログラマブルロジックコントローラ内部の構成要素についても、プログラマブルロジックコントローラ１０_１の構成要素であるか、プログラマブルロジックコントローラ１０_２の構成要素であるかを区別する必要がある場合のみ符号に１又は２の下付数字を付すものとする。

プログラマブルロジックコントローラ１０は、制御系と待機系との切替を制御する系切替制御部１１と、二重化の相手方のプログラマブルロジックコントローラ１０の状態を監視する状態監視部１２とを有する。

図２は、実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラのハードウェア構成を示す図である。プログラマブルロジックコントローラ１０は、プログラムを実行する演算装置２１と、演算装置２１がワークエリアに用いるメモリ２２と、プログラム及びデータを記憶する記憶装置２３と、スレーブ機器１０３との通信用のネットワーク通信装置２４と、プログラマブルロジックコントローラ同士の通信用の機器間通信装置２５とを有する。

演算装置２１には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を適用できる。メモリ２２には、ＲＡＭ（Random Access Memory）を適用できる。記憶装置２３には、不揮発性半導体メモリを適用できる。図１に示した系切替制御部１１は、演算装置２１がメモリ２２をワークエリアに用いて、ソフトウェアを実行し、ネットワーク通信装置２４を用いてスレーブ機器１０３と通信することによって実現される。また、複数の演算装置及び複数のメモリが連携して上記機能を実行してもよい。図１に示した状態監視部１２は、演算装置２１がメモリ２２をワークエリアに用いて、ソフトウェアを実行し、機器間通信装置２５を用いて二重化の相手方であるプログラマブルロジックコントローラ１０と通信することによって実現される。また、複数の演算装置及び複数のメモリが連携して上記機能を実行してもよい。

系切替制御部１１_１は、プログラマブルロジックコントローラ１０_１が制御系か待機系かを示す情報を含むステータス情報Ｓ１を定期的にスレーブ機器１０３に送信する。系切替制御部１１_２は、プログラマブルロジックコントローラ１０_２が制御系か待機系かを示す情報を含むステータス情報Ｓ２を定期的にスレーブ機器１０３に送信する。図３は、実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラがスレーブ機器に送信するデータ構造の一例を示す図である。プログラマブルロジックコントローラがスレーブ機器に送信するデータは、ヘッダ部とデータ部とで構成されており、ヘッダ部には、制御系か待機系かを示す情報を有するステータス情報が含まれている。ヘッダ部にステータス情報を含めることにより、スレーブ機器１０３は、データ部の中を見なくてもステータス情報を取得することができ、スレーブ機器１０３での処理負荷を低減できる。

図１に示すように、スレーブ機器１０３は、制御データ５１を格納する制御データ格納部５２と、プログラマブルロジックコントローラ１０から受信したステータス情報に含まれる情報に基づいて、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２のうちの制御系である方に制御データ５１を送信する制御データ送信部５３を有する。

図４は、実施の形態にかかるスレーブ機器のハードウェア構成を示す図である。スレーブ機器１０３は、プログラムを実行する演算装置４１と、演算装置４１がワークエリアに用いるメモリ４２と、プログラム及び制御データ５１を記憶する記憶装置４３と、プログラマブルロジックコントローラ１０との通信用のネットワーク通信装置４４とを有する。

演算装置４１には、ＣＰＵを適用できる。メモリ４２には、ＲＡＭを適用できる。記憶装置４３には、不揮発性半導体メモリを適用できる。図１に示した制御データ格納部５２は、記憶装置４３によって実現される。図１に示した制御データ送信部５３は、演算装置４１がメモリ４２をワークエリアに用いて、ソフトウェアを実行し、ネットワーク通信装置４４を用いてプログラマブルロジックコントローラ１０と通信することによって実現される。また、複数の演算装置及び複数のメモリが連携して上記機能を実行してもよい。

図５は、実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラを用いた二重化システムの動作の流れを示すシーケンス図である。ここではプログラマブルロジックコントローラ１０_１が制御系である場合を例とするが、プログラマブルロジックコントローラ１０_２が制御系である場合の動作も同様である。ステップＳ１１で、系切替制御部１１_１は、スレーブ機器１０３にステータス情報を送信する。ステップＳ１２で、系切替制御部１１_２は、スレーブ機器１０３にステータス情報を送信する。ステップＳ１３で、制御データ送信部５３は、プログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２のどちらが制御系であるかを確認する。ステップＳ１４で制御データ送信部５３は、制御系であるプログラマブルロジックコントローラ１０_１に制御データを送信する。ステップＳ１５でプログラマブルロジックコントローラ１０_１は、スレーブ機器１０３から受信した制御データを用いてスレーブ機器１０３を制御する。

なお、プログラマブルロジックコントローラ１０_２が制御系である場合には、ステップＳ１４での制御データの送信先がプログラマブルロジックコントローラ１０_２になり、ステップＳ１５ではプログラマブルロジックコントローラ１０_２がスレーブ機器１０３を制御することになる。

図６は、実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラを用いた二重化システムにおける系切替時のタイミングチャートである。時刻ｔ１において、データＣを用いてスレーブ機器１０３を制御していたプログラマブルロジックコントローラ１０_１に故障が発生し、スレーブ機器１０３の制御を継続できない状態となる。プログラマブルロジックコントローラ１０_１の状態監視部１２_１は、プログラマブルロジックコントローラ１０_１に故障が発生したことを検出し、系切替制御部１１_１は、プログラマブルロジックコントローラ１０_１を制御系から待機系に切り替える。また、プログラマブルロジックコントローラ１０_２の状態監視部１２_２は、プログラマブルロジックコントローラ１０_１に故障が発生したことを検出し、系切替制御部１１_２は、プログラマブルロジックコントローラ１０_２を待機系から制御系に切り替える。

時刻ｔ２において、系切替制御部１１_２は、プログラマブルロジックコントローラ１０_２が制御系であることを示す情報を含むステータス情報Ｓ２をスレーブ機器１０３に送信する。系切替制御部１１_２は、時刻ｔ３において、制御用のデータであるデータＣをスレーブ機器１０３から受信する。よって、時刻ｔ３以降、プログラマブルロジックコントローラ１０_２によりデータＣを用いてスレーブ機器１０３が制御される。

実施の形態にかかる二重化システムは、二重化の相手方である他のプログラマブルロジックコントローラ１０の状態を監視する状態監視部１２と、自局が制御系であるか待機系であるかを示す情報を含むステータス情報をスレーブ機器１０３に送信し、自局が制御系である場合には、制御系であるプログラマブルロジックコントローラ宛てにスレーブ機器１０３から送信された制御データを受信し、自局が待機系である場合には、他のプログラマブルロジックコントローラの障害を検出したら、自局を制御系に切り替える系切替制御部１１とを有するプログラマブルロジックコントローラ１０を有する。また、実施の形態にかかる二重化システムは、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラ１０の双方から、自局が制御系であるか待機系であるかを示す情報を含むステータス情報を受信し、ステータス情報に含まれる情報に基づいて、二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラ１０のうちの制御系に制御データを送信する制御データ送信部５３を備えたスレーブ機器１０３を有する。このため、スレーブ機器１０３の制御が正常に行われている間に制御系のプログラマブルロジックコントローラ１０の処理負荷を増大させることはない。また、待機系から制御系に切り替わったプログラマブルロジックコントローラが過去データを用いてスレーブ機器を制御する事態が発生することはない。

実施の形態にかかる二重化システムを製造設備の制御に用いることにより、マスタ局が過去データを用いてスレーブ局を制御することに起因する製造不良が発生することを防止し、製品の歩留まりを向上させることができる。また、マスタ局が過去データを用いてスレーブ局を制御することに起因する製造設備の故障を防止し、製造設備の長寿命化を実現できる。

なお、上記の説明においては、二重化されたプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２が異なるネットワーク３１，３２を通じてスレーブ機器１０３に接続されているとしたが、二重化されたプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２は、同一のネットワークを通じてスレーブ機器１０３に接続されてもよい。図７は、実施の形態にかかるプログラマブルロジックコントローラを用いた二重化システムの構成を示す図である。二重化されたプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２は、同一のネットワーク３３を通じてスレーブ機器１０３に接続されている。二重化されたプログラマブルロジックコントローラ１０_１，１０_２を、同一のネットワーク３３を通じてスレーブ機器１０３に接続しても、上記の説明と同様の動作で系の切替が可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１０，１０_１，１０_２ プログラマブルロジックコントローラ、１１，１１_１，１１_２ 系切替制御部、１２，１２_１，１２_２ 状態監視部、２１，４１ 演算装置、２２，４２ メモリ、２３，４３ 記憶装置、２４，４４ ネットワーク通信装置、２５ 機器間通信装置、３１，３２，３３ ネットワーク、５１ 制御データ、５２ 制御データ格納部、５３ 制御データ送信部、１０３ スレーブ機器。

Claims (3)

1. 二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラのうちの制御系によって制御データに基づいて制御されるスレーブ機器であって、
   前記二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラの双方から、自局が制御系であるか待機系であるかを示す情報を含むステータス情報を定期的に受信し、前記ステータス情報に含まれる情報に基づいて、前記二重化された二つのプログラマブルロジックコントローラのうちの制御系のみに前記制御データを送信する制御データ送信部を備えることを特徴とするスレーブ機器。
2. 請求項１に記載のスレーブ機器と、他のプログラマブルロジックコントローラと二重化され、制御系である時には前記スレーブ機器から受信した制御データを用いて前記スレーブ機器を制御するプログラマブルロジックコントローラとを備えた二重化システムであって、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、
   二重化の相手方である前記他のプログラマブルロジックコントローラの状態を監視する状態監視部と、
   自局が制御系であるか待機系であるかを示す情報を含むステータス情報を前記スレーブ機器に送信し、自局が制御系である場合には、制御系であるプログラマブルロジックコントローラ宛てに前記スレーブ機器から系の切り替え後に送信された前記制御データを受信し、自局が待機系である場合には、前記他のプログラマブルロジックコントローラの障害を検出したら、自局を制御系に切り替える系切替制御部とを有することを特徴とする二重化システム。
3. 前記プログラマブルロジックコントローラは、前記ステータス情報を、フレームのヘッダ部に含めて前記スレーブ機器へ送信することを特徴とする請求項２に記載の二重化システム。

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