JPH04116473A - 信号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は分散制御システムに係り、特に分散化されたコ
ンピュータ間またはコントローラと入出力装置間のケー
ブル接続状態を監視し、異常を検出した時にはプラント
に対して安全サイドへの動作を行わせるようにした信号
ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システムに関
する。

〔従来の技術〕

従来から制御装置間または制御装置とプラント間の信号
接続にはケーブルとコネクタが多用されている。特にプ
ロセス制御の分野においては、プロセス信号に４〜２０
ｍＡ電流信号を用い、もしケーブルが断線したりコネク
タが外れたりすれば、電流信号が０となることを利用し
てケーブルの接続異常を検出している。

また、シリアル伝送技術においては、ディジタル信号を
変調して伝送し、もしケーブルが断線すると変調波が途
切れることを利用して、ケーブル接続の異常を検出して
いる。

なお、特開昭５７−１０４６６号公報にもケーブルの接
続異常を検出することが示されているが、これは１つの
装置内でのケーブルの接続異常を検出するものであり、
プラントのような大きな装置には適用できない。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の技術にうち電流信号を用いる
方法は、カレントループ内での高速伝送を行うことがで
きないので、ディジタル信号をケーブルで伝送する用途
には不向きである。

また、変調信号を用いる方法は、パラレルデータの全ビ
ットを変調するには装置が大掛かりとなるため、パラレ
ルデータの伝送には不適である。

さらに、上記のように、電流信号および変調信号を用い
ると、一般的にケーブルの断線箇所が自装置側にあるの
か相手装置側にあるのかの判断が難しくなる。

もっとも、電話回線のような大規模な伝送網においては
、エコーを利用する等の接続異常検出装置が用いられ、
それによると断線箇所の特定が可能であるが、プラント
制御等ローカルな伝送装置に付加することは、規模及び
費用の面であまりにも大掛かり過ぎて得策ではない。

本発明の目的は、ディジタル、アナログを問わず簡単な
構成でもって、プラント制御装置でのケーブル接続の異
常を検出することができる信号ケーブル接続状態監視機
能付きの分散制御システムを提供することである。

また、本発明の他の目的は、制御装置の保守、初回立ち
上げ等において、コネクタの接続もれ等のヒユーマンエ
ラーをも検出し、プラントへの悪影響を未然に防止する
ことができる信号ケーブル接続状態監視機能付きの分散
制御システムを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、複数台のコント
ローラ間が信号ケーブルで結合された分散制御システム
において、前記複数台のコントロ−ラの各々に設けられ
前記信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する検出手
段と、システム起動時に前記検出手段が異常を検出した
場合には、外部に異常を報告するとともに全ての処理を
中止し、システム動作中に前記検出手段が異常を検出し
た場合には、外部に異常を報告するとともに続行可能な
処理は継続する制御手段と、を備えたことを特徴として
いる。

また、本発明は、少なくとも１台の常用系コントローラ
、少なくとも１台の待機系コントローラおよび入出力装
置が互いに信号′ケーブルで結合され、前記常用系コン
トローラのうちの１台が故障した際に、その故障した常
用系コントローラの代替を前記待機系コントローラで行
う冗長形の分散制御システムにおいて、前記常用系コン
トローラと待機系コントローラに設けられ、前記信号ケ
ーブルの接続の正常／異常を検出するとともに、異常を
検出したときはその異常箇所を検出する検出手段と、シ
ステム起動時に前記検出手段が異常を検出した場合には
、外部に異常を報告するとともに全ての処理を中止し、
システム動作中に前記検出手段が異常を検出した場合に
は、外部に異常を報告するとともに、異常箇所に応じて
続行可能な処理は継続する制御手段と、を備えたことを
特徴としている。

また、本発明は、複数台のコントローラと入出力装置が
互いに信号ケーブルで結合された分散制御システムにお
いて、前記複数台のコン１ヘローラの各々に設けられ、
前記コントローラと入出力装置間の前記信号ケーブルの
接続の正常／異常を検出する検出手段と、システム起動
時に前記検出手段が異常を検出した場合には、外部に異
常を報告するとともに全ての処理を中止し、システム動
作中に前記検出手段が異常を検出した場合には、外部に
異常を報告するとともに、異常検出時直前の入出力装置
からの入力情報を保持して処理を継続する制御手段と、
を備えたこと髪特徴としている。

また、本発明は、複数台のコントローラと入出力装置が
互いに信号ケーブルで結合された分散制御システムにお
いて、前記入出力装置に設けられ、前記コントローラと
入出力装置間の前記信号ケーブルの接続の正常／異常を
検出する検出手段と、前記検出手段が異常を検出した場
合には、外部に異常を報告するとともに、異常検出時直
前のコントローラからの出力情報を保持し外部に出力す
る制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また、本発明は、複数台のコンＩ−ローラと入出力装置
が互いに信号ケーブルで結合され分散制御システムにお
いて、前記複数台のコントローラと入出力装置の各々に
設けられ、前記コントローラと入出力装置間の前記信号
ケーブルの接続の正常／異常を検出する検出手段と、シ
ステム起動時に前記検出手段が異常を検出した場合には
、外部に異常を報告するとともに全ての処理を中止し、
システム動作中に前記コントローラ側の検出手段が異常
を検出した場合には、外部に異常を報告するとともに、
異常検出時直前の入出力装置からの人力情報を保持して
処理を継続し、システム動作中に前記入出力装置側の検
出手段が異常を検出した場合には、外部に異常を報告す
るとともに、異常検出時直前のコントローラからの出力
情報を保持し外部に出力する制御手段と、を備えたこと
を特徴としている。

さらに、本発明は、上記各分散制御システムをプラント
装置に設置したことである。

〔作用〕

上記の各構成によれば、検出手段が信号ケーブルの接続
異常を検出すると、制御手段は信号ケーブルの接続異常
の情報を受け、その情報を外部に報告するとともに、シ
ステム起動時の場合とシステム動作中の場合では異なっ
た処理を行う。すなわち、システム起動時においては、
コネクタの接続不良のようなヒユーマンエラーの可能性
も十分に考えられるため、このままで制御装置が運転状
態に入ることは危険であり、この場合には外部に異常製
報告するとともにコントローラはすべての処理を中止す
る。一方、システムが運転状態に入り既に動作中にケー
ブルの接続異常が発生した場合は、異常検出したケーブ
ル内信号を絶対必要とする処理は停止せざるを得ないが
、その信号を必ずしも必要としない処理は継続する。

なお、分散制御システムが一旦プラント制御動作を開始
後に、ケープ′ルの接続異常が検出されると、その状態
は割込みまたはポーリングによりコントローラに認識さ
れ、ケーブルが複数個ある場合、コントローラはこの異
常がどのケーブルのものかを判断し、その信号が継続処
理を行うにの必要か否かを判定する。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１−図は本発明の分散制御システムのブロック図であ
る。本発明の分散制御システムは、コントローラ１，２
および入出力装置４から構成され、プラント５を制御す
る。コントローラ１とコントローラ２はケーブル３を介
して互いにデータの変換を行う。コントローラ１１まコ
ネクタ１７にてケーブル３と、コンＩ−ローラ２はコネ
クタ２７にてケーブル３どそれぞれ接続されている。ま
たコントローラ１，２は入出力装置４と、各々ケーブル
１２９で接続されている。コントローラ１はコネクタ１
８にてケーブル１９と、コントローラ２はコネクタ２８
にてケーブル２９と接続されている。

コントローラ１はケーブル３の接続状態を監視する接続
状態監視部１１とケーブル１９の接続状態を監視する接
続状態監視部１２を持ち、それら監視部１１．１２の情
報はＣＰ　Ｕ　ｉ、　３に伝達される。また、データ伝
送部１４はコントローラ２とのデータ交換を行い、デー
タ伝送部１５は入出力装置４とのデータ交換を行う。コ
ントローラ内バス１６は、コントローラ内部の各構成要
素間のデータ転送経路である。本実施例では、ＣＰＵ１
３とデータ伝送部１４、データ伝送部１５、接続状態監
視部１１および接続状態監視部１２間のデータはバス１
−６を介して転送される。

コントローラ２の内部構成もコントローラ１の内部構成
と同様である。すなわち、コン［−ローラ２の内部には
、ＣＰＵ２３、データ伝送部２４、データ伝送部２５、
接続状態監視部２１、接続状態監視部２２．およびこれ
らの間でデータ転送を行うバス１６が設けられている。

入出力装置４は、コネクタ４１９にてケーブル１９と、
コネクタ４２９にてケーブル２９に接続されている。

接続状態監視部４１．４２は、各々コントローラ１，２
との接続ケーブル１２０の接続状態を監視し、その情報
はデータ伝送部４３．４４に伝えられる。データ伝送部
４３．４４はケーブル１２９を介してコントローラ１及
びコントローラ２とデータの伝送を行う。さらに、デー
タ伝送部４３．４４は人出カ装置内部バス４５を介して
プロセス入力部４６．４７から取り込んだ信号をコント
ローラ１，２に送信するとともに、コントローラ１，２
からの制御出方データを入出力装置内部バス４５を介し
てプロセス出方部４８，４９に転送する。

プロセス入力部４６，４．７及びプロセス出力部４８．
４９はプラント５と制御システム（コントローラ１，２
及び入出力装置４）間の、インターフェース変換を行う
。

第１図においては、コントローラ間のケーブル接続状態
監視とコントローラ・入出力装置間のケーブル接続状態
監視の両者を示しているが、これらは本来独立に応用で
きるものであり、必要に応じてどちらかを選択使用可能
である。従って、以下に両者を独立に説明する。

まず、コントローラ間接続について説明する。

第２図はコントローラ１及びコントローラ２の間のケー
ブル接続及び接続状態監視部の詳細を示す。

ケーブル３内の信号線のうち信号線３１はデータ伝送部
１４．２４間のデータ送受信用である。信号線３２．３
３は接続異常検出用である。信号線３３の一端はコント
ローラ１内の接続状態監視部１１のゲート１１１に接続
され、もう一端はコントローラ２内で接地されている。

ケーブル３が正常に接続されているとゲー１−１１１の
出力１１６はハイレベル（以下、Ｈと記す）を示すが、
もし、ケーブルの接続が異常の場合ゲート１１１の出力
信号１１６がローレベル（以下、Ｌと記す）となる。

さらに、信号線３４はコネクタ１７が正常に接続されて
いるかどうかを判定するためのものである。もし、コネ
クタ１７が正常に接続されているとゲー１−　’１１２
の入力がＬとなるためその出力信号１１７はＨとなって
いるが、コネクタ１７がはずれるとゲート１１２の入力
が■］となりその出力信号］１７はＬとなる。

これらの出力信号１１６，１１７は、ＣＰＵがらの読み
込み指令信号１１８によりコントローラ内バス１６経由
でＣＰＵに取り込むことができる。

ＣＰＵがこれらの信号１１６，１１７を周期的に読み込
むことによりケーブルの接続異常が検出でき、さらには
ケーブル接続が自コントローラ側で起きたのか相手コン
トローラ側で起きたのがを判定することも可能である。

なお、相手側コントローラ２にもまったく同じ手段を設
けておく。

次にケーブル接続異常検出時の動作について説明する。

ケーブル接続異常検出時の動作は、分散化の目的により
変わり得るが、以下に代表的な２つについて述べる。

まず、信頼性向上のための冗長分散化システムを例にと
る。

この場合、 （１）２つのコントローラがともに同一演算を行い、互
いのデータを交信し正しいデータのみをプラントに出力
する方法。

（２）片方のコントローラが制御を行い、もう片方の待
機系コントローラは制御系コントローラからの最新情報
をデータ交信により得るようにし、制御系が故障すると
、待機系が制御動作を引き継ぐ方法。

（３）片方のコントローラが制御を行い、もう片方のコ
ントローラは別の処理を行っており、制御系が故障する
と、故障時点のデータを相手側コントローラから読み込
む制御動作を引き継ぐ方法。

等積々の方法が実用化されているが、いずれにしても２
つのコントローラ間にはデータの交信手段が必要となる
。この交信手段としては、パラレル、シリアル等の方法
に違いはあるにしてもケーブルを用いた伝送が一般に用
いられている。従って、ケーブル接続が異常な状態でプ
ラント運転を開始することは危険である。特に、最初の
システム起動時や、システム点検後の再起動時にケーブ
ル接続異常が発見された場合はプラント運転を開始させ
ずに異常を人間に報告し、その異常が修復された後にプ
ラント運転に入ることが望ましい。

しかし、一方、プラント運転に入った後で冗長化された
コントローラ間のケーブルの接続異常が発生してもただ
ちに制御不能に結び付くものではない限りプラントを停
止させることは得策ではない。

そこで、本実施例においては、システ１１の立ち一ヒげ
時に接続状態監視部１１．２１によりケーブル接続のチ
エツクを行い、その際に接続異常が発見されるとＣＰ　
Ｕはアラーム情報を外部に発し、継続処理を禁止する。

また、既にプラント運転中に接続異常が発見された場合
にはアラームを出しつつ継続処理を実行する。

アラームの出し方については種々の方法が既に実用化さ
れているので、ここではそのことについての詳細な説明
は省略する。

次に、一つの処理を負荷分散的シコ処理するシステムや
機能分散的に処理するシステ１１の例に説明する。

この場合、分散化されたコントローラ間のブタ交信は互
いのコントローラか継続処理を進める上で非常に重要な
場合が多いため、プラント運転中にケーブル接続異常が
発生するとプラント運転を停止するなどの処置が必要と
なる場合か多い。

このような場合においても、第２図に示した方法を用い
れば、ＣＰＵはケーブルの接続状態を随時取り込めるた
め、システムに応じた適切な処置を取ることができる。

次に、コントローラと入出力装置間の接続について説明
する。

第３図はコントローラ１及び入出力装置４の間のケーブ
ル接続及び接続状態監視部の詳細を示し１！］ ている。なお、コントローラ２と入出力装置４の接続も
同様であるため、ここではコントローラ１側だけについ
て説明する。

ケーブル１９内の信号線のうち信号線］９１はデータ伝
送部１５．４３間のデータ送受借用である。信号線１９
２，１９３は接続異常検出用である。信号線］、９３の
一端はコントローラ］内の接続異常監視部１２のゲー１
−１２１に接続され、もう一端は入出力装置４内で接地
されている。信号線１９２の一端は入出力装置４内の接
続状態監視部４１のゲー１−４１１に接続され、もう一
端はコントローラ］内で接地されている。ケーブル１９
が正常に接続されているとゲー１−１２１の出力はＴ（
レベルを示すが、もし、ケーブルの接続が異常の場合、
ゲート１２１の出力信号は■、となる。

信号子２６は、ＣＰＵからの読み込み指令信号］２８に
よりコンｌ−ローラ内バス」−６経由でＣＩ）Ｕに取り
込むことができる。

さらに、信号線３６はコネクタ］８が正常に接続されて
いるかどうかを判定するためのものである。もし、コネ
クタ１８が正常に接続されているとゲート１２２の入力
がＬとなるためその出力信号コ２７はＨとなっているが
、コネクタ１８がはずれるとゲー１−１２２の入力がＩ
（となりその出力信号１２７はＬ、となる。

これらの出力信号１２６，１２７は、Ｃ））Ｕからの読
み込み指令信号１２８によりコンＩ−ローラ内バス１６
経由てＣＰＵに取り込むことができる。

ＣＰＵがこれらの信号１２６，１２７を周期的に読み込
むことによりケーブルの接続異常を検出できる。

一方、入出力装置４側においては、ゲーＩ〜４１１の出
力信号４１４がケーブル接続状態を示す。

次にケーブル接続異常検出時の動作について述へる。

ＣＰＵと入出力装置間の交信手段として、パラレル、シ
リアル等方法の違いはあるにしてもケーブルを用いた伝
送が一般に用いろ１１．ている。したがって、ケーブル
接続が異常な状態でプラント運転浸開始することはでき
ない。特に、最初のシステム起動時や、システム点検後
の再起動時にケブル接続異常が発見された場合はプラン
ト運転を開始させずに異常を人間に報告し、その異常が
修復された後にプラント運転に入ることが望ましい。

また、プラント運転に入った後でコントローラと入出力
装置間のケーブルの接続異常が発生した場合にはプラン
トが危険状態に陥るような事態は避けなければならない
。ここで、プラントを安全状態に守るためには、プロセ
ス制御では一般的には現状維持、トラッキング制御にお
いてはブレーキ処理が行われる。

どちらにしても、入出力装置４内の接続状態監視部４１
の出力信号４１４を用いることにより、入出力装置側で
出力のホールドまたは絞り込みが可能となる。さらに、
信号夛１４をインタフニス変換４１３を介して信号４１
４として外部に出力することにより、プラント側での保
護も可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、分散制御システ
ムの各構成要素間の信号ケーブルの接続状態を容易に監
視でき、また異常を検出した時にもシステム状態に応じ
てプラントを安全に制御することが可能となる。

さらに、制御装置の最初の起動時や保守後の再起同時に
おいて、コネクタの接続もれ等のヒユーマンエラーを検
出することができるので、プラントへの悪影響を未然に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の分散制御システムの接続構成を示すブ
ロック図、第２図はコントローラ間の接続構成を示すブ
ロック図、第３図はコン１ヘローラと入出力装置間の接
続構成を示すブロック図である。 １．２・・・コントローラ、３，１２９・・ケーブル、
　４・・入出力装置、　５・・プラント、１１゜１２．
２１，２２，４１．４２・・・接続状態監視部、１３．
２３・・ＣＰＵ、　１４，１５，２４，２５゜４３．４
４・・・データ伝送部、　１７，１８．２７゜２８．４
１９，４２９・コネクタ、４６．４７・・・プロセス入
力部、４８．４９・プロセス出力部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数台のコントローラ間が信号ケーブルで結合され
   た分散制御システムにおいて、前記複数台のコントロー
   ラの各々に設けられ前記信号ケーブルの接続の正常／異
   常を検出する検出手段と、システム起動時に前記検出手
   段が異常を検出した場合には、外部に異常を報告すると
   ともに全ての処理を中止し、システム動作中に前記検出
   手段が異常を検出した場合には、外部に異常を報告する
   とともに続行可能な処理は継続する制御手段と、を備え
   たことを特徴とする信号ケーブル接続状態監視機能付き
   の分散制御システム。 ２、少なくとも１台の常用系コントローラ、少なくとも
   １台の待機系コントローラおよび入出力装置が互いに信
   号ケーブルで結合され、前記常用系コントローラのうち
   の１台が故障した際に、その故障した常用系コントロー
   ラの代替を前記待機系コントローラで行う冗長形の分散
   制御システムにおいて、前記常用系コントローラと待機
   系コントローラに設けられ、前記信号ケーブルの接続の
   正常／異常を検出するとともに、異常を検出したときは
   その異常箇所を検出する検出手段と、システム起動時に
   前記検出手段が異常を検出した場合には、外部に異常を
   報告するとともに全ての処理を中止し、システム動作中
   に前記検出手段が異常を検出した場合には、外部に異常
   を報告するとともに、異常箇所に応じて続行可能な処理
   は継続する制御手段と、を備えたことを特徴とする信号
   ケーブル接続状態監視機能付きの分列制御システム。 ３、請求項２記載の分散制御システムにおいて、前記制
   御手段は、常用系コントローラに設けられた前記検出手
   段が異常を検出して異常箇所が自コントローラ側にある
   場合には、常用処理を中止し、待機系コントローラが異
   常を検出して異常箇所が自コントローラ側にある場合に
   は、待機処理を中止し、常用系コントローラに設けられ
   た前記検出手段が異常を検出して異常箇所が他のコント
   ローラ側にある場合には、常用処理を継続し、待機系コ
   ントローラが異常を検出して異常箇所が他コントローラ
   側にある場合には、該他コントローラの代替を開始する
   ことを特徴とする信号ケーブル接続状態監視機能付きの
   分散制御システム。 ４、複数台のコントローラと入出力装置が互いに信号ケ
   ーブルで結合された分散制御システムにおいて、前記複
   数台のコントローラの各々に設けられ、前記コントロー
   ラと入出力装置間の前記信号ケーブルの接続の正常／異
   常を検出する検出手段と、システム起動時に前記検出手
   段が異常を検出した場合には、外部に異常を報告すると
   ともに全ての処理を中止し、システム動作中に前記検出
   手段が異常を検出した場合には、外部に異常を報告する
   とともに、異常検出時直前の入出力装置からの入力情報
   を保持して処理を継続する制御手段と、を備えたことを
   特徴とする信号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制
   御システム。 ５、複数台のコントローラと入出力装置が互いに信号ケ
   ーブルで結合された分散制御システムにおいて、前記入
   出力装置に設けられ、前記コントローラと入出力装置間
   の前記信号ケーブルの接続の正常／異常を検出する検出
   手段と、前記検出手段が異常を検出した場合には、外部
   に異常を報告するとともに、異常検出時直前のコントロ
   ーラからの出力情報を保持し外部に出力する制御手段と
   、を備えたことを特徴とする信号ケーブル接続状態監視
   機能付きの分散制御システム。 ６、複数台のコントローラと入出力装置が互いに信号ケ
   ーブルで結合され分散制御システムにおいて、前記複数
   台のコントローラと入出力装置の各々に設けられ、前記
   コントローラと入出力装置間の前記信号ケーブルの接続
   の正常／異常を検出する検出手段と、システム起動時に
   前記検出手段が異常を検出した場合には、外部に異常を
   報告するとともに全ての処理を中止し、システム動作中
   に前記コントローラ側の検出手段が異常を検出した場合
   には、外部に異常を報告するとともに、異常検出時直前
   の入出力装置からの入力情報を保持して処理を継続し、
   システム動作中に前記入出力装置側の検出手段が異常を
   検出した場合には、外部に異常を報告するとともに、異
   常検出時直前のコントローラからの出力情報を保持し外
   部に出力する制御手段と、を備えたことを特徴とする信
   号ケーブル接続状態監視機能付きの分散制御システム。 ７、請求項５又は６のいずれかに記載の分散制御システ
   ムを設置したプラント装置。 ８、請求項７記載のプラント装置において、入出力装置
   を制御対象プラントのアクチュエータに接続して、異常
   時においても、現状維持がプラントにとって安全である
   場合には前記入出力装置からの出力信号をそのまま取り
   込み、危険である場合には前記異常信号を用いてアクチ
   ュエータを安全サイドに切り替える手段を設けたことを
   特徴とするプラント装置。