JP6223876B2 - 多重化制御システム、方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、プラントの多重化制御技術に関する。

原子力発電プラントでは、監視制御の信頼性を確保するために、重要な制御系統の構成は、複数の制御ユニットで多重化されている。
つまり、多重化された制御ユニットのうちいずれか一つに故障が発生した場合でも、２ ｏｕｔ ｏｆ ４、又は２ ｏｕｔ ｏｆ ３と呼ばれるロジックに基づき、安全機構の誤動作による不要な原子炉停止やその不作動による異常な運転状態が、未然に回避される。
ここで、２ ｏｕｔ ｏｆ ３とは、全く同じ３台の制御装置のうち同一とみなされる出力値が２つ以上ある場合、この出力値を監視制御に採用する方法である。

こうような多重化制御システムを構成する各々の制御ユニットには、インストールされたプログラム（制御情報）によって様々な数値計算、情報処理及び通信制御等を実行するプロセッサが、設けられている。
そして、従来の多重化制御システムは、構成する複数の制御ユニットにインストールする制御情報が、各々の制御ユニット毎に、別々に作成されていた（例えば、特許文献１）。

特開２００３−２８０７０１号公報

上述したように、多重化制御システムを構成する複数の制御ユニットの各々は、同一のタイミングで同一のデータを受信し、同一の演算処理を実行して送信するものである。
このため、各々の制御ユニット用に作成される制御情報は、それぞれ互いに共通部分が高い割合で構成されている。
しかし、制御情報のうち複数の制御ユニット間の通信プロトコルに関しては、従来の仕組みでは、各々の制御ユニット毎に、別々に作成することが避けられない。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、複数の制御ユニットの各々にインストールされる制御情報を完全に共通化することができる多重化制御技術を、提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る多重化制御システムにおいて、第１送受信部、第２送受信部、格納部、演算部、及び代表値導出部を備える制御ユニットの複数が、第１ネットワーク及び第２ネットワークに接続して構成され、前記第１送受信部は、前記第１ネットワークに接続し通信プロトコルで規定される他の制御ユニットに対しデータを送受信し、前記第２送受信部は、前記第２ネットワークに接続し前記通信プロトコルで規定されるプラント機器に対しデータを送受信し、前記格納部は、前記通信プロトコル及び演算プログラムを少なくとも含み全ての前記制御ユニットに共通の制御情報を格納し、前記演算部は、前記第２ネットワークから受信したプラントデータに基づき前記演算プログラムで演算した演算データを前記第１ネットワークに送信させ、前記代表値導出部は、前記制御ユニットの各々が送信し前記第１ネットワーク経由で受信された前記演算データに基づき前記演算プログラムが導出した代表値を第１ネットワーク及び第２ネットワークに送信させ、前記制御情報は、前記第１ネットワークに接続されたエンジニアリングツールからそれぞれの前記制御ユニットの前記格納部にダウンロードされたものであり、前記エンジニアリングツールは、前記第１ネットワークに接続し各々の前記制御ユニットから送信された前記演算データ及び前記代表値を取得するデータ取得部と、前記演算部で実行される前記演算プログラムのロジック図を生成するロジック図生成部と、表示部に表示される前記ロジック図を構成する接続子の近傍に対応する前記代表値を表示させる代表値表示部と、前記表示部に表示される前記代表値の近傍に表示されるカーソルを検出しこの代表値のベースとなった前記演算データを表示させる多重値表示部と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態により、複数の制御ユニットの各々にインストールされる制御情報を完全に共通化することができる多重化制御技術が提供される。

本発明の第１実施形態に係る多重化制御システムのブロック図。 本発明の第２実施形態に係る多重化制御システムのブロック図。 実施形態に係る多重化制御システムの動作を説明するシーケンス図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、第１実施形態に係る多重化制御システム１０は、第１ネットワーク１１に接続し通信プロトコルで規定される制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に対しデータを送受信する第１送受信部２１と、第２ネットワーク１２に接続し通信プロトコルで規定されるプラント機器１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…）に対しデータを送受信する第２送受信部２２と、通信プロトコル及び演算プログラムを少なくとも含み全ての制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）に共通の制御情報３４を格納する格納部２３と、第２ネットワーク１２から受信したプラントデータに基づき演算プログラムで演算した演算データを第１ネットワーク１１に送信させる演算部２４と、制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の各々が送信し第１ネットワーク１１経由で受信された演算データに基づき演算プログラムが導出した代表値を第１ネットワーク１１及び第２ネットワーク１２に送信させる代表値導出部２５と、を備えている。

多重化された制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）は、それぞれ構成が同一であるので、制御ユニット２０ａを主体に説明する。なお、実施形態は、３重化したものを例示しているが、第１ネットワーク１１に接続される制御ユニット２０の数は、複数であれば特に限定されない。

第１送受信部２１は、後記するようにエンジニアリングツール３０で作成された制御情報３４を、第１ネットワーク１１経由で受信し、格納部２３に格納させる機能を有する。
そして、第１送受信部２１は、演算部２４で演算された演算データを、第１ネットワーク１１経由で、自身（制御ユニット２０ａ）を含めた全ての制御ユニット２０ｂ，２０ｃ及びエンジニアリングツール３０に、送信する。
さらに、第１送受信部２１は、導出部２５で導出された代表値を、第１ネットワーク１１経由で、エンジニアリングツール３０に、送信する。
この第１送受信部２１を介して受信されるデータの送信元（制御ユニット２０）は、格納部２３に格納されている制御情報の通信プロトコルにより規定されている。

そして、第２送受信部２２は、プラント機器１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…）が出力するプラントデータを、第２ネットワーク１２経由で受信し、演算部２４に転送する。
さらに、第２送受信部２２は、導出部２５で導出された代表値を、第２ネットワーク１２経由で、プラント機器１３に、送信する。
この第２送受信部２２を介して送信されるデータの転送先（プラント機器１３）及び受信されるデータの転送元（プラント機器１３）は、格納部２３に格納されている制御情報の通信プロトコルにより規定されている。

プラント機器１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…）は、第２ネットワーク１２を介した制御ユニット２０との相互通信により、大規模プラントを監視・操作するための設備である。
原子力発電プラントのような複雑なプロセスプラントでは、数千点にもおよぶ複数のプラント機器１３（例えば、ポンプ、温度計、開閉弁等）が設けられており、これらプラント機器１３に出入力されるプロセス信号は、制御ユニット２０に集約される。

プラント機器１３は、例えば、プラントのプロセス量の変化を検出したセンサ信号（プロセス信号）を第２ネットワーク１２を介して制御ユニット２０に送信する。
制御ユニット２０は、受信したセンサ信号を、演算プログラム（制御情報３４）に従い演算部２４及び導出部２５で処理し、ネットワーク１２に送信し、プラント機器１３に所定の動作を実行させる。

それぞれの制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに設けられた格納部２３には、同じ制御情報３４が、格納されている。
このために、制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各々は、プラント機器１３から受信する同一のプロセス信号を、同一の演算プログラムに基づいて演算部２４で処理し、同一の演算データを導く。

そして、制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各々は、この演算データを同一の通信プロトコル（制御情報３４）に基づいて第１送受信部２１から、自己を含む他の制御ユニット２０に送信する。
これにより、制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各々には、他の制御ユニット２０の演算データの全てが集約される。
そして、同一の演算プログラムに従って、集約された複数の演算データのなかから代表値が導出されるため、各々の制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃからは、同一の代表値が送信されることになる。

エンジニアリングツール３０は、制御ユニット２０にインストールされる制御情報３４（通信プロトコル及び演算プログラム）を作成するとともに、後述するように演算プログラムに基づく制御ユニット２０の制御状態をオンラインモニタするものである。
エンジニアリングツール３０による演算プログラムの作成は、種々の演算子とこれら演算子における入力や出力を表す入力線や出力線とをユーザが編集した後に、制御ユニット２０のプロセッサが実行可能な言語に変換することにより行われる。

このように作成された演算プログラムは、演算部２４において、第２ネットワーク１２から受信したプラントデータに基づき、演算データを演算する。
さらに演算プログラムは、代表値導出部２５において、制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の各々から受信した演算データに基づき、代表値を導出する。
ここで代表値とは、制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の各々から受信した複数の演算データの中間値であったり、「２out of３」演算に基づく３つのうち２つ以上が同一である演算データの値であったりする。

（第２実施形態）
次に図２に基づいて本発明における第２実施形態について説明する。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

第２実施形態に係る多重化制御システム１０におけるエンジニアリングツール３０は、第１ネットワーク１１に接続し各々の制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）から送信された演算データ及び代表値を取得するデータ取得部３１と、演算部２４（図１）で実行される演算プログラム（制御情報３４）のロジック図３２を生成するロジック図生成部３３と、表示部３５に表示されるロジック図３２を構成する接続子の近傍に対応する代表値を表示させる代表値表示部３６と、表示部３５に表示される代表値の近傍に表示されるカーソル３７を検出しこの代表値のベースとなった演算データを表示させる多重値表示部３８と、を備えている。
このようにエンジニアリングツール３０が構成されることにより、演算プログラムに基づく制御ユニット２０の制御状態をオンラインモニタすることができる。

ロジック図３２には、演算子、入力線、出力線等の接続子の接続関係が規定されており、これら接続子の近傍に、多重化制御システム１０において演算された代表値の経過値が、個別にモニタされる。
さらに、カーソル３７をモニタされている代表値に近づけると、位置検出部３９が検出した位置情報に従って、この代表値のベースとなった演算データがポップアップ表示されるようになっている。
これにより、制御ユニット２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の制御状態を正確に把握することができる。

次に、図３に示すシーケンス図に基づいて実施形態に係る多重化制御システムの動作を説明する（適宜、図１参照）。
エンジニアリングツール３０において制御情報３４が作成され（Ｓ１１）、第１ネットワーク１１を介して制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各々にダウンロードされる（Ｓ１２）。

各々の制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、同じ内容の制御情報３４（通信プロトコル、演算プログラム）が格納されることになる（Ｓ１３ａ，Ｓ１３ｂ，Ｓ１３ｃ）。
そして、制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、各々のプラント機器１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…）から送信されるプラントデータを、共通の通信プロトコルに基づいて同じタイミングで受信することになる（Ｓ１４，Ｓ１５ａ，Ｓ１５ｂ，Ｓ１５ｃ）。

そして、各々の制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃで受信されたプラントデータは、共通の演算プログラムに基づいて演算が実行されることになる（Ｓ１６ａ，Ｓ１６ｂ，Ｓ１６ｃ）。このように各々の制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃで演算された演算データは、第１ネットワーク１１に送信される（Ｓ１７ａ，Ｓ１７ｂ，Ｓ１７ｃ）。

各々の制御ユニット２０（Ａ系統のみ図示）は、通信プロトコルで規定された制御ユニット２０（自己を含む）から第１ネットワーク１１に送信された演算データを、全て受信する（Ｓ１８）。
これにより、各々の制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、他の制御ユニット２０の演算データを全て共有することになる。

各々の制御ユニット２０（Ａ系統のみ図示）は、共有する複数の演算データの中から代表値を導出し（Ｓ１９）、第１ネットワーク１１及び第２ネットワーク１２に送信する（Ｓ２０）。
各々のプラント機器１３は、制御ユニット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの各々から同じ値の代表値を受信し（Ｓ２１）、所定の動作を実行する。
そして、エンジニアリングツール３０では、ロジック図３２の接続子の近傍に、この代表値が表示され、マウス等の操作デバイスによりカーソル３７をこの代表値の表示に近づけると、この代表値のベースとなった演算データがポップアップウインドウに表示される（Ｓ２２）。そして、（Ｓ１４）から（Ｓ２２）のフローが繰り返される。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の多重化制御システムによれば、多重化された複数の制御ユニットの各々が、他の制御ユニットの演算データを共有する仕組みをとることにより、制御ユニットの各々にインストールされる制御情報を、完全に共通化することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
また、多重化制御システムの構成要素は、コンピュータのプロセッサで実現することも可能であり、多重化制御プログラムにより動作させることが可能である。

１０…多重化制御システム、１１…第１ネットワーク、１２…第２ネットワーク、１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）…プラント機器、２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）…制御ユニット、２１…第１送受信部、２２…第２送受信部、２３…制御情報格納部（格納部）、２４…演算部、２５…代表値導出部（導出部）、３０…エンジニアリングツール、３１…データ取得部、３２…ロジック図、３３…ロジック図生成部、３４…制御情報、３５…表示部、３６…代表値表示部、３７…カーソル、３８…多重値表示部、３９…カーソル位置検出部。

Claims (3)

1. 第１送受信部、第２送受信部、格納部、演算部、及び代表値導出部を備える制御ユニットの複数が、第１ネットワーク及び第２ネットワークに接続して構成される多重化制御システムであって、
   前記第１送受信部は、前記第１ネットワークに接続し通信プロトコルで規定される他の制御ユニットに対しデータを送受信し、
   前記第２送受信部は、前記第２ネットワークに接続し前記通信プロトコルで規定されるプラント機器に対しデータを送受信し、
   前記格納部は、前記通信プロトコル及び演算プログラムを少なくとも含み全ての前記制御ユニットに共通の制御情報を格納し、
   前記演算部は、前記第２ネットワークから受信したプラントデータに基づき前記演算プログラムで演算した演算データを前記第１ネットワークに送信させ、
   前記代表値導出部は、前記制御ユニットの各々が送信し前記第１ネットワーク経由で受信された前記演算データに基づき前記演算プログラムが導出した代表値を第１ネットワーク及び第２ネットワークに送信させ、
   前記制御情報は、前記第１ネットワークに接続されたエンジニアリングツールからそれぞれの前記制御ユニットの前記格納部にダウンロードされたものであり、
   前記エンジニアリングツールは、
   前記第１ネットワークに接続し各々の前記制御ユニットから送信された前記演算データ及び前記代表値を取得するデータ取得部と、
   前記演算部で実行される前記演算プログラムのロジック図を生成するロジック図生成部と、
   表示部に表示される前記ロジック図を構成する接続子の近傍に対応する前記代表値を表示させる代表値表示部と、
   前記表示部に表示される前記代表値の近傍に表示されるカーソルを検出しこの代表値のベースとなった前記演算データを表示させる多重値表示部と、を備えることを特徴とする多重化制御システム。
2. 第１送受信部、第２送受信部、格納部、演算部、及び代表値導出部を備える制御ユニットの複数が、第１ネットワーク及び第２ネットワークに接続して構成される多重化制御システムの多重化制御方法であって、
   前記第１送受信部が、前記第１ネットワークに接続し通信プロトコルで規定される他の制御ユニットに対しデータを送受信するステップと、
   前記第２送受信部が、前記第２ネットワークに接続し前記通信プロトコルで規定されるプラント機器に対しデータを送受信するステップと、
   前記格納部が、前記通信プロトコル及び演算プログラムを少なくとも含み全ての前記制御ユニットに共通の制御情報を格納するステップと、
   前記演算部が、前記第２ネットワークから受信したプラントデータに基づき前記演算プログラムで演算した演算データを前記第１ネットワークに送信させるステップと、
   前記代表値導出部が、前記制御ユニットの各々が送信し前記第１ネットワーク経由で受信された前記演算データに基づき前記演算プログラムが導出した代表値を第１ネットワーク及び第２ネットワークに送信させるステップと、を含み、
   前記制御情報は、前記第１ネットワークに接続されたエンジニアリングツールからそれぞれの前記制御ユニットの前記格納部にダウンロードされたものであり、
   前記エンジニアリングツールは、データ取得部、ロジック図生成部、代表値表示部及び多重値表示部を備え、
   前記データ取得部が、前記第１ネットワークに接続し各々の前記制御ユニットから送信された前記演算データ及び前記代表値を取得するステップと、
   前記ロジック図生成部が、前記演算部で実行される前記演算プログラムのロジック図を生成するステップと、
   前記代表値表示部が、表示部に表示される前記ロジック図を構成する接続子の近傍に対応する前記代表値を表示させるステップと、
   多重値表示部が、前記表示部に表示される前記代表値の近傍に表示されるカーソルを検出しこの代表値のベースとなった前記演算データを表示させるステップと、を含むことを特徴とする多重化制御方法。
3. 第１送受信部、第２送受信部、格納部、演算部、及び代表値導出部を備える制御ユニットの複数が、第１ネットワーク及び第２ネットワークに接続して構成される多重化制御システムの多重化制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記第１送受信部が、前記第１ネットワークに接続し通信プロトコルで規定される他の制御ユニットに対しデータを送受信するステップ、
   前記第２送受信部が、前記第２ネットワークに接続し前記通信プロトコルで規定されるプラント機器に対しデータを送受信するステップ、
   前記格納部が、前記通信プロトコル及び演算プログラムを少なくとも含み全ての前記制御ユニットに共通の制御情報を格納するステップ、
   前記演算部が、前記第２ネットワークから受信したプラントデータに基づき前記演算プログラムで演算した演算データを前記第１ネットワークに送信させるステップ、
   前記代表値導出部が、前記制御ユニットの各々が送信し前記第１ネットワーク経由で受信された前記演算データに基づき前記演算プログラムが導出した代表値を第１ネットワーク及び第２ネットワークに送信させるステップ、を実行させ、
   前記制御情報は、前記第１ネットワークに接続されたエンジニアリングツールからそれぞれの前記制御ユニットの前記格納部にダウンロードされたものであり、
   前記エンジニアリングツールは、データ取得部、ロジック図生成部、代表値表示部及び多重値表示部を備え、
   コンピュータに、
   前記データ取得部が、前記第１ネットワークに接続し各々の前記制御ユニットから送信された前記演算データ及び前記代表値を取得するステップ、
   前記ロジック図生成部が、前記演算部で実行される前記演算プログラムのロジック図を生成するステップ、
   前記代表値表示部が、表示部に表示される前記ロジック図を構成する接続子の近傍に対応する前記代表値を表示させるステップ、
   多重値表示部が、前記表示部に表示される前記代表値の近傍に表示されるカーソルを検出しこの代表値のベースとなった前記演算データを表示させるステップ、を実行させることを特徴とする多重化制御プログラム。

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