JPH0413727B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はプロセス制御装置に関し、特にプロ
セスに結合されるインターフエースモジユールを
スクランブル結合構造とすることにより、信頼性
の向上をはかることを主たる目的とするものであ
り、更にはスクランブル結合構造とすることによ
つて生じる弊害を除去する機能を合せ持つプロセ
ス制御装置を提供しようとするものである。

〔発明の背景〕

第１図に従来のプロセス制御装置の基本構造を
示す。図中３２は複数のプロセスインターフエー
スモジユールを示す。プロセスインターフエース
モジユール３２のそれぞれ３２−１〜３２−８は
各別にプロセス入出力線５００に接続され、マル
チループコントローラ３１に対してはループコン
トロールバス３００によつて結合される。プロセ
ス入力はプロセスインターフエースモジユール３
２を介してマルチループコントローラ３１に伝達
され、プロセスへの制御指令はマルチループコン
トローラ３１から各々プロセスインターフエース
モジユール３２−１〜３２−８に各別に伝達さ
れ、各プロセスインターフエースモジユール３２
−１〜３２−８を通じてプロセスに出力される。
マルチループコントローラ３１に集約されたプロ
セス制御情報はデータウエイ２００を通じて上位
機器（特に図示しない）に伝達される。

従来の構成概念はプロセスとインターフエース
する部分３２のハード・ウエアを個々のコントロ
ール・ループ毎に独立させ、いわゆる分散を意図
するものである。例えば第１図においてプロセス
インターフエースモジユール３２−１と３２−２
が同一のハード・ウエア内に同居する構造を採つ
たと仮定した場合、制御ループ毎の独立性が損わ
れる。つまり一方の制御ループの故障に対応すべ
くハード・ウエアを交換補修する際に、正常な制
御ループのハード・ウエアも共に交換を余儀無く
されこの点で不都合と考えるものであつた。従つ
て従来は制御ループを単位としてハード・ウエア
を分散する思想が一般的である。

ところで信頼性の向上を意図するとき、従来は
上述したように各制御ループ毎にハード・ウエア
を分散配置することを基本思想とするところか
ら、各プロセスインターフエースモジユール３２
−１〜３２−８を各別に冗長化すると共にバス３
００及びマルチループコントローラ３１を冗長化
して操業の維持をはかつている。

〔従来の技術〕

従来技術において信頼性の向上をはかるべくハ
ード・ウエアを冗長化するが、その冗長化はコス
ト負担を考慮すれば二重化が限度である。特にプ
ロセスインターフエースモジユール３２を二重化
以上の多重化を考えるとき、そのコスト負担増は
大きい。

更にプロセスインターフエースモジユール３２
を二重化し、その二重化されたプロセスインター
フエースモジユールの双方のプロセス入力をマル
チループコントローラ３１が取込むとき、データ
の比較対象が１対１であるため、双方の値が一致
しない場合は何が正常値であるか否かの判定がで
きない不都合が生じる。このような意味からプロ
セスインターフエースモジユール３２を二重化以
上の多重化をはかることが要求されるが、上述し
たようにプロセスインターフエースモジユール３
２の多重化はコスト負担が大きく適当でない。

〔発明の目的〕

この発明の第１の目的はコスト負担増を抑えな
がらプロセスインターフエースの多重化を達成す
ることができるプロセス制御装置を提供するにあ
る。

この発明の第２の目的はプロセスインターフエ
ースモジユールを多重化した場合に生じる弊害を
除去し、真に信頼性が高いプロセス制御装置を提
供するにある。

〔発明の概要〕

この発明ではプロセスインターフエースモジユ
ールに多チヤンネル処理機能を持たせ、この多チ
ヤンネル処理機能を持つプロセスインターフエー
スモジユールの複数を一つのグループとし、グル
ープ化されたプロセスインターフエースモジユー
ルの各対応するチヤンネルの入出力端を共通接続
し、その共通接続された入出力端に各別にプロセ
ス入出力線を接続する。この接続構造をここでは
スクランブル接続構造と呼ぶこととする。

このスクランブル接続構造を採ることにより各
プロセスインターフエースモジユールはグループ
内の各制御ループの全てのプロセス入出力情報を
保有することができ、その各プロセス入出力情報
を上位機器であるマルチループコントローラ３１
に各別に転送することができる。

従つて例えば１グループを３個以上のプロセス
インターフエースモジユールによつて構成した場
合はマルチループコントローラ３１は各制御ルー
プの入出力値を３個ずつ得ることができる。よつ
てその中の並外れた値のデータを多数決論理によ
り除外し、正しいデータを採用することができ
る。またプロセス出力は任意のプロセスインター
フエースモジユールから発信させる。このとき出
力値をアンサバツクすることにより発信成功，不
成功を判定し、発信不成功に際しては他のプロセ
スインターフエースモジユールに発信権を移転す
ることができる。

スクランブル接続構造を採ることにより上述の
ようにプロセスインターフエースモジユールの多
重化が達せられ装置の信頼性を向上できる。とこ
ろでスクランブル接続構造にあつては各プロセス
インターフエースモジユールに入出力端が共通接
続されるところから、特に１個プロセスに対し複
数のプロセスインターフエースモジユールから制
御出力が発動されることに対して厳重に監視する
必要性が生じる。

この発明の第２の目的はグループ化され、出力
端が互いに共通接続された複数のプロセスインタ
ーフエースモジユールのそれぞれにプロセスへの
制御出力が発動又は停止されているか否かを検出
する手段と、この検知結果を他のプロセスインタ
ーフエースモジユールに伝達する相互監視線を設
け、グループ内の各インターフエースモジユール
の相互において能動プロセスインターフエースモ
ジユールの制御出力の発動停止を確実に検知し監
視することができるプロセス制御装置を提供する
にある。

〔発明の実施例〕

第２図にこの発明の一実施例を示す。図中第１
図と対応する部分には同一符号を付している。図
中３１はマルチループコントローラ、３２−１〜
３２−８はそれぞれプロセスインターフエースモ
ジユール、３００はこれらプロセスインターフエ
ースモジユール３２−１〜３２−８とマルチルー
プコントローラ３１を結ぶコントロールバス、５
００はプロセス入出力線を示す。

この発明においてはプロセスインターフエース
モジユール３２−１〜３２−８に多チヤンネル処
理機能を持たせる。つまり各プロセスインターフ
エースモジユール３２−１〜３２−８は複数の入
力端１０１と出力端１０２を有し、各共通接続さ
れた入力端１０１はそれぞれ別個のプロセス入力
が与えられ、その複数の入力を各別に接続演算処
理を行い、その処理結果を各別に出力端１０２に
出力する。

第３図に多チヤンネル処理機能を持つプロセス
インターフエースモジユール３２の内部構造を示
す。第３図に示す５０１はプロセス入出力線５０
０の中の入力線である。この複数の入力線５０１
は入力端１０１に接続される。各入力線５０１を
通じて異なるプロセス入力信号が入力マルチプレ
クサ３１５により選択されてAD変換器３１４に
供給され、AD変換器３１４によりデイジタル符
号化されてマイクロコンピユータ３１１に取込ま
れる。マイクロコンピユータ３１１は例えば各チ
ヤンネル毎に設定された設定値とプロセス入力値
とを比較し、その偏差値を必要に応じてPID演算
処理し、その演算処理結果をDA変換器３１２に
出力する。DA変換器３１２の出力は出力マルチ
プレクサ３１３により所定のチヤンネルの出力端
１０２に出力され出力端５０２に送出される。３
１６はバスインターフエースを示す。このバスイ
ンターフエース３１６を介してマイクロコンピユ
ータ３１１がコントロールバス３００と結合さ
れ、マルチループコントローラ３１とデータの授
受を行う。

出力マルチプレクサ３１３の構造の一例を第４
図に示す。出力マルチプレクサ３１３は常時マイ
クロコンピユータ３１１により走査される走査ス
イツチ群４０１と、この走査スイツチ群４０１の
各スイツチが順次オンに操作されるとき、その対
応するチヤンネルの演算処理結果をサンプルホー
ルドするホールドコンデンサ群４０２と、このホ
ールドコンデンサ群４０２の各コンデンサにホー
ルドされた電圧値を電圧又は電流信号として出力
するバツフア群４０３と、プロセスへの制御出力
の発動停止を制御する出力スイツチ群４０４とに
より構成される。

この出力スイツチ群４０４はマイクロコンピユ
ータ３１１の指示に従つてオンに操作され、この
プロセスインターフエースが受け持つチヤンネ
ル、つまり指定されたプロセスに制御出力を発動
する。

制御出力が正常か否かを判定するには第５図に
示すように入力マルチプレクサ３１５に結合し、
出力値をアンサバツクする構造により実現できる 以上により多チヤンネル処理機能を持つプロセ
スインターフエースモジユール３２の構造及びそ
の動作状況が理解できよう。

この発明においては第２図に示すように多チヤ
ンネル処理機能を持つプロセスインターフエース
モジユール３２を少なくとも３個以上を一つのグ
ループとし、グループ内の各プロセスインターフ
エースモジユール３２の各対応するチヤンネルに
入力端１０１及び出力端１０２を共通接続し、そ
の共通接続された入力端１０１と出力端１０２の
それぞれにプロセス入出力線５００を接続するも
のである。この接続部分をここではスクランブル
結合部２０１と呼ぶこととする。第２図の例では
４個のプロセスインターフエースモジユール３２
−１〜３２−４及び３２−５〜３２−８によりそ
れぞれ１つのグループを構成した場合を示す。

各４個のプロセスインターフエースモジユール
３２−１〜３２−４又は３２−５〜３２−８はそ
れぞれ１個のプロセス入力を同一時点で取込み、
その演算処理結果を同時に各対応するチヤンネル
に出力する。よつて１個のプロセス入力に対して
４個の演算処理結果が得られる。

マルチループコントローラ３１はコントロール
バス３００を介して各プロセスインターフエース
モジユール３２−１〜３２−８を順次呼び出し、
プロセス入力値及び演算処理結果を集める。各プ
ロセスへの制御出力はマルチループコントローラ
３１から指定されたプロセスインターフエースモ
ジユールのみが出力する。

この発明においては更に第２図に示すように各
プロセスインターフエースモジユール３２−１〜
３２−８に能動時における発動停止の結果を検知
する手段２０２を設けると共にグループを構成す
るプロセスインターフエースモジユール３２−１
〜３２−４及び３２−５〜３２−８の各相互間に
発動停止検知手段２０２の検知結果を伝達する相
互監視線６００を設けるものである。

つまり、発動停止検知手段２０２は各プロセス
インターフエースモジユール３２−１〜３２−８
に設けられ、その検知出力をそのグループ内の各
プロセスインターフエースモジユール３２−１〜
３２−４及び３２−５〜３２−８に相互監視線６
００のより伝達し、各プロセスインターフエース
モジユール３２において他のプロセスインターフ
エースモジユール３２のプロセスへのアクセス状
況を監視する。と同時に各プロセスインターフエ
ースモジユールは各別にマルチループコントロー
ラ３１に発動停止検知手段２０２の検知結果を通
知する。従つてプロセスインターフエースモジユ
ール３２のプロセスへのアクセス状況は各プロセ
スインターフエースモジユール３２−１〜３２−
８から重複してマルチループコントローラ３１に
伝送される。よつてプロセスへのアクセス状況は
複数の経路を通じてマルチループコントローラ３
１に伝達され冗長化による信頼性の向上が達せら
れる。

第６図にこの発明の具体例を示す。この図にお
いて３２０は第３図で説明した入力及び出力マル
チプレクサ３１５，３１３，及びAD変換器３１
４，DA変換器３１２，マイクロコンピユータ３
１１を含む処理装置である。処理装置３２０はバ
スインターフエース３２５を介してループコント
ロールバス３００に接続されマルチループコント
ローラ３１に結合される。

３２１は電圧入力に対する入力インターフエー
ス、３２２は電流出力に対する出力インターフエ
ース、３２３は抵抗入力に対する入力インターフ
エースである。この入力インターフエース３２３
では電流出力インターフエース３２２と電圧入力
インターフエース３２１の双方が含まれる。５０
１，５０２，５０３，５０４はそれぞれ第２図で
説明したプロセス入出力線５００に含まれる入力
及び出力線を示す。５０１は入力線でありその先
端にこの例では電圧信号線６０１を接続した場合
を示す。５０２及び５０４は出力線を示す。出力
線５０２，５０４には操作器６０２が接続され
る。この例では操作器６０２として電流信号を受
信して動作する制御弁を接続した場合を示す。５
０３は入力線である。この例では白金測温抵抗体
のような抵抗入力素子６０３を接続した場合を示
す。

２０２は第２図で説明した発動停止検知手段を
示す。その具体的な構造は第７図に示す如くであ
り、電流検知回路により構成することができる。
つまりこの発動停止検知手段２０２は出力インタ
ーフエース３２２及び抵抗入力に対する入力イン
ターフエース３２３に含まれる出力インターフエ
ース３２２が処理装置３２０の指示に従つてプロ
セスに対して出力を発動しているか、停止してい
るかの結果を検知し、その検知結果を自身の処理
装置３２０に通知すると共にその他のプロセスイ
ンターフエースモジユール３２に設けた処理装置
３２０に相互監視線６００を通じて通知する。

〔発明の動作〕

第６図に示すプロセスインターフエースモジユ
ール３２の一方は例えばマルチループコントロー
ラ３１の指令に基づいて、プロセスの信号源例え
ば６０１の電圧信号を入力線５０１を介して受信
し、その受信入力値が所定値となる様にプロセス
制御出力を例えば４〜20mAのプロセス標準信号
として出力線５０２を介して操作器６０２に発信
する。

また他のプロセス入力線５０３から抵抗入力素
子６０３の抵抗入力信号を受信する。このとき入
力線３０３には電流出力インターフエース３２２
により規定の電流を抵抗入力素子６０３に与え、
その両端の電圧を取込むことにより温度入力とな
し、その温度入力値が所定値となるように操作器
６０２にプロセス制御出力を電流信号により発信
する。

この間他方のプロセスインターフエースモジユ
ール３２は入力インターフエース３２１及び３２
３を介してグループ内の全てのプロセスの状況を
モニタする。プロセスインターフエースモジユー
ル３２の一方もしくは他方がプロセスを制御する
こと、或いは一方と他方が各別に別個のプロセス
を分担して制御するかはマルチループコントロー
ラ３１が指令する。

プロセスへの発信権が与えられたプロセスイン
ターフエースモジユール３２はその指令に従つて
対応する電流出力インターフエイス３２２を発動
させ、プロセスに電流信号を発信する。

出力インターフエース３２２の発動と停止の結
果は発動停止検知手段２０２により検知され、そ
の検知結果を自身の処理装置３２０に通知すると
共に相互監視線６００を介して他のプロセスイン
ターフエースモジユール３２の処理装置３２０に
通知する。各プロセスインターフエースモジユー
ル３２の処理装置３２０は発動停止検知手段２０
２に検知結果を上位のマルチループコントローラ
３１に各別に伝送する。

第８図乃至第１０図に第６図に示した抵抗入力
素子６０３に対するインターフエース３２３の構
造の具体例を示す。

第８図の例では抵抗入力素子６０３と能動性イ
ンターフエース８０１の間に直列にスイツチ素子
８０２を接続し、スイツチ素子８０２を処理装置
３２０からの指令によりオン、オフ制御し、抵抗
入力素子６０３に対する電流の発動及び停止を制
御するように構成した場合を示す。またこの例で
は能動性インターフエース８０１は電圧源とした
場合を示す。つまりバツフア増幅器８０３の一方
の入力端子に基準電圧源８０４から基準電圧を与
え、他方の入力端子に抵抗器８０５を通じて自身
の出力電圧を帰還させることによりバツフア増幅
器８０３は基準電圧源８０４の電圧と等しい電圧
を出力する。この電圧がスイツチ素子８０２を通
じて抵抗器８０６，８０８の各一端に与えられ
る。従つて抵抗入力素子６０３の両端子Ａ，Ｂ間
に等しい電圧が与えられ、端子Ａ及びＢに等しい
電流が供給され、その電流の和が端子Ｃを通じて
帰路される。尚抵抗器８０６，８０８の抵抗値は
抵抗入力素子６０３の抵抗値より充分大きい例え
ば数kΩ程度に選定し、抵抗入力素子６０３の抵
抗値の変化により電流値が大幅に変化しないよう
にしている。

抵抗入力素子６０３の両端に発生する電圧は直
列抵抗R_Sを通じて入力インターフエース３２１
に入力されその増幅出力はAD変換器３１４によ
りAD変換され処理装置３２０に入力される。

このようにスイツチ素子８０２を設けることに
より処理装置３２０は抵抗入力素子６０３に対す
る電流の発動停止の制御を行なうことができ、第
２図に示したスクランブル結合構造を採るとき、
電流の発動及び停止の制御を確実に実行すること
ができる。また任意の時刻に抵抗入力素子６０３
に対する電流の発動を停止させることにより入力
インターフエース３２１にゼロ信号を入力させる
ことができる。このゼロ信号により入力インター
フエース３２１を構成する演算増幅器のゼロ点の
ドリフトを検出することができ、ゼロ点修正手段
８０９によりそのゼロ点ドリフト修正することが
できる。

入力インターフエース３２１と抵抗入力手段６
０３との間を結合する直列抵抗器R_Sの抵抗値は
数メグオーム程度に選定する。よつてスクランブ
ル結合により一つの抵抗入力素子６０３に対して
も複数の入力インターフエース３２１を並列接続
しても相互に干渉が起きることはない。

第９図の例では能動性インターフエース８０１
を電流源とし、その電流源から出力される電流を
直列スイツチ素子D_Sを通じて抵抗入力素子６０
３の両端に与えるように構成すると共にその電流
路に対し並列スイツチ素子９０１を設け、この並
列スイツチ９０１を処理装置３２０の指令により
オンに制御することにより電流出力を停止させ、
オフに制御することにより電流出力を発動させる
ように構成した場合を示す。このとき電流供給路
の出力電圧をバツフア増幅器９０２を通じて処理
装置３２０に取込むことにより電流の発動停止の
状態を判定することができる。その他の構成及び
作用効果は第８図の場合と同様である。

第１０図の例では能動性インターフエース８０
１の電源供給路にスイツチ素子１００１を挿入
し、このスイツチ素子１００１を処理装置３２０
によりオン、オフ制御することにより抵抗入力素
子６０３に対する電流の発動と停止を制御するよ
うに構成した場合を示す。

尚第８図及び第１０図に示したスイツチ素子８
０２，及び１００１はプロセスへの出力インター
フエースにも利用することができることは容易に
理解できよう。

〔発明の効果〕 上述したようにこの発明によればスクランブル
接続構造によりプロセスインターフエースモジユ
ール３２はグループ内の全てのプロセスの状況を
把握することができ、各プロセスインターフエー
スモジユール３２は自由にどのプロセスに対して
も制御値を得て分担されたプロセスを制御するこ
とができる。然もプロセスとマルチループコント
ローラ３１の間はグループ化されたプロセスイン
ターフエースモジユール３２の数に対応した多重
化効果が得られ、信頼性の向上も達せられる。ま
た各プロセスインターフエースモジユール３２は
第３図乃至第５図で説明したように第１図に示し
た単ループ用プロセスインターフエースモジユー
ルに入出力マルチプレクサ３１５と３１３を付加
した程度の規模の拡大ですむためこの発明による
プロセス制御装置を実現するに際してコスト負担
の増加は小さい。

更に発動停止検知手段２０２と相互監視線６０
０との組合せによりスクランブル接続構造に伴な
つて生じる弊害を解消でき、真に信頼性の高いプ
ロセス制御装置を得ることができる。つまりこの
発明では出力インターフエース３２２の発動停止
の状況をプロセスに発信される電流の有無を見て
検知するから、発信権の移転指令が出されたと
き、その移転動作が確実に出力端１０２の段階で
実行されたか否かをマルチループコントローラ３
１が確認できる。このことは休止指令を受けたプ
ロセスインターフエースモジユール３２の不調に
よりプロセスへの出力が遮断されないことを検知
できることであり、この効果は重要である。

換言すれば各プロセスインターフエースモジユ
ール３２は上位からの指令に基づいてプロセスへ
の制御信号の発信権を得るものであるが、能動中
のプロセスインターフエースモジユール３２が休
止指令を受けたときプロセスへの制御信号の発信
及び抵抗入力素子６０３への電流出力の発信を確
実に停止することが重要である。この意味で通常
考えられる方法としては制御信号の発信権の移転
指令が出されたとき、上位のマルチループコント
ローラ３１はその発信権の移転が指令通り実行さ
れたか否かを各プロセスインターフエース３２の
処理装置３２０の問う照合方式が考えられる。こ
の照合方式によるときは処理装置３２０が上位か
らの指令に従つて忠実に動作していれば上位のマ
ルチループコントローラ３１は正常に発信権の移
転が行われたことを確認するだけのことであり、
指令に従つて出力インターフエース３２２が確か
に電流の発信を発動したこと及び電流の発信を停
止したことまでは確認できない。この照合方式と
対比すればこの発明の重要性が理解できよう。

更にこの発明の重要な点は休止指令を受けたプ
ロセスインターフエースモジユール３２が不調に
よりプロセスへの信号の発信を停止し得ないと
き、このことを自身の処理装置３２０が不調なる
がためにマルチループコントローラ３１に通知で
きないとしても、相互監視線６００により他のプ
ロセスインターフエースモジユール３２の処理装
置３２０が正常であれば、不調となつたプロセス
インターフエースモジユール３２の存在をマルチ
ループコントローラ３１に通知することができる
点である。よつて複数のプロセスインターフエー
スモジユール３２の相互を相互監視線６００によ
り結合し、複数の経路をもつて上位のマルチルー
プコントローラ３１に通知できる構造はスクラン
ブル接続構造とすることによる弊害を解消し、真
に信頼性の高いプロセス制御装置を得ることがで
きる。

尚第２図の実施例では４個のプロセスインター
フエースモジユールにより１グループを形成した
場合を説明し、その効果として３個以上のプロセ
スインターフエースモジユールによりグループを
構成した場合はマルチループコントローラ３１は
各プロセスインターフエースモジユール３２から
送られたデータを多数決論理により選択し、正し
い値のデータを取込むことができる点を説明した
が、この発明はこの点を特に請求するものではな
い。つまり１つのグループを構成するプロセスイ
ンターフエースモジユール３２の数は２個以上の
複数であればよく、その数は任意である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のプロセス制御装置の構成概念を
説明するためのブロツク図、第２図はこの発明の
プロセス制御装置の概要を説明するためのブロツ
ク図、第３図乃至第５図はこの発明によるプロセ
ス制御装置に使用するプロセスインターフエース
モジユールの内部構造の説明に供するブロツク
図、第６図はこの発明のプロセス制御装置の要部
の具体例を説明するブロツク図、第７図はこの発
明のプロセス制御装置に使用する発動停止検知手
段の一例を示す接続図、第８図乃至第１０図は抵
抗入力素子に対するインターフエースの具体例を
示すブロツク図である。 ３１……マルチループコントローラ、３２，３
２−１〜３２−８……プロセスインターフエース
モジユール、１０１……入力端、１０２……出力
端、２０１……スクランブル接続部、２０２……
発動停止検知手段、３００……コントロールバ
ス、６００……相互監視線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ プロセスへの複数の入出力端を持つ複数
   のプロセスインターフエースモジユールと、 Ｂ これら複数のプロセスインターフエースモジ
   ユールの各入出力端の相互を共通接続するスク
   ランブル接続部と、 Ｃ 上記プロセスインターフエースモジユールに
   対して上位機能を持ち、上記複数のプロセスイ
   ンターフエースモジユールとバスによつて結合
   されたマルチループコントローラと、 Ｄ 上記各プロセスインターフエースモジユール
   に設けられ能動時における発動停止の結果を検
   知する発動停止検知手段と、 Ｅ 上記各プロセスインターフエースモジユール
   に設けられその発動停止検知手段の検知結果を
   上記マルチループコントローラに各別に伝達す
   る処理装置と、 Ｆ 上記発動停止検知手段の検知結果を自身の処
   理装置へ通知すると共に、他のプロセスインタ
   ーフエースモジユールの処理装置に伝達し各プ
   ロセスインターフエースモジユールに相互監視
   機能をもたせるための相互監視線と、 を具備して成るプロセス制御装置。