JPH04190428A

JPH04190428A - 冗長化制御システム

Info

Publication number: JPH04190428A
Application number: JP2321873A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Seiji; 岳彦清治; Kazumi Yanagibashi; 柳橋　和美; Atomi Noguchi; 野口　跡見
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1992-07-08
Anticipated expiration: 2016-04-23
Also published as: JP3158209B2

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〕本発明は複数台の制御対象を有する冗長化制御システム
に係り、特に監視情報の欠落がシステムの運用上問題と
なる場合の冗長化制御システムに関する。

〔従来の技術〕

従来知られている冗長化制御システムは、第８図の様に
、Ｎ台の制御装置Ｍ１・・ＭＮに制御装置Ｂをバックア
ップ用として設置し、制御装置Ｍ工・・ＭＮのうちのい
づれかが故障した場合、故障制御装置の制御内容を制御
装置Ｂにて行なわせるＮ対１バツクアツプシステムであ
る。

また、特開昭５７−５１６２号公報に記載のように、バ
ックアップ装置の処理を低減するために、伝送路上に伝
送制御装置を設け、各制御装置のプログラムは伝送制御
装置内に格納し、故障が発生した制御装置のプログラム
をバックアップ装置に転送し、バックアップ制御を行う
ものも知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は制御装置の故障に対してはバンクアップ
を可能としているが、制御信号を入力し駆動機構を駆動
する駆動装置の故障に関しては配慮されておらず、もし
駆動装置が故障し交換し修復するために比較的長い時間
を要するならばこれによりシステムの長時間の停止を引
起こす問題があった。

また、従来技術では制御装置の故障からバックアップ装
置への切換えをしている間は、故障制御装置に関して制
御するために不可欠な制御機器又は制御状態の情報が欠
落してしまい、システムを連続して監視することができ
なくなる。駆動装置が故障して予備の駆動装置に取り替
えるにも、その間制御装置を停止せざるを得ず、制御装
置を経由して入手されている制御機器又は制御状態の情
報が欠落してしまう。

本発明の課題は、制御装置、駆動装置のいずれの故障に
も対応し、かつバックアップ装置への切換の間でも故障
した制御装置、駆動装置に係る監視情報を収集し、シス
テムの信頼性を向上するにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、２重化された制御装置と、該２重化された
制御装置に接続された単一系の駆動装置と、該単一系の
駆動装置に接続された単一系の駆動機構と、該単一系の
駆動機構及びまたは単一系の駆動機構に駆動される要素
の状態量を検出して前記制御装置に出力する２重化され
たセンサーとを含んでなる第１の構成単位を複数個有し
、該複数個の構成単位の制御装置は伝送路もしくは上位
の統括制御装置を介して相互に接続されている制御シス
テムにおいて、更に予備として前記伝送路もしくは上位
の統括制御装置に接続された２重化された制御装置と、
該２重化された制御装置に接続された単一系の駆動装置
とを含んでなる第２の構成単位を設け、各構成単位に、
前記伝送路にて相互に情報伝送する手段と、第１の構成
単位の駆動装置が故障した場合にこれを停止し、該駆動
装置と駆動機構間の電源ケーブル等を第２の構成単位の
駆動装置へ切換えて接続する切換え手段と、当該構成単
位の２重化されたセンサーからの信号及び制御装置によ
る前記２重化されたセンサーからの信号の処理結果を前
記伝送路を介して、第２の構成単位の２重化された制御
装置へ伝送する手段とを備えることにより達成される。

上記の課題はまた、第２の構成単位を複数個設けた請求
項１に記載の冗長化制御システムによっても達成される
。

上記の課題はまた、切換え手段が、１つの駆動装置に対
してＮ個の駆動機構を接続可能とするスイッチ、コネク
タ及びまたはケーブルを有し、一括で駆動機構の切換を
可能とするものである請求項１に記載の冗長化制御シス
テムによっても達成される。

上記の課題はさら１に、第１の構成単位に含まれる制御
装置及びセンサが各一組である請求項１乃至３のいずれ
かの項に記載の冗長化制御システムによっても達成され
る。

本発明の基本構成例を第１図に示す。

制御装置１１及び１２と、駆動装置１３と、駆動機構３
と、センサ７Ａ、７Ｂから構成される第１（常用）の構
成単位と、制御装置Ｂ１及びＢ２、駆動装置Ｂ３とから
構成される第２の構成単位とを、伝送路４Ａ、４Ｂもし
くは上位の統括制御装置５Ａ、５Ｂを介して相互に情報
伝送可能に設置する。よって駆動装置１３が故障した場
合に予備駆動装置Ｂ３を使用して制御を行うことができ
る。

ここで、予備制御装置Ｂ１、Ｂ２と予備駆動装置Ｂ３は
接続してあり、故障により配線を変更する部分は駆動装
置と駆動機構３との間のみである。

そのため、センサ７Ａ、７Ｂから制御装置１１゜１２に
送出される監視に必要な情報は制御袋Ｍ１１．１２より
伝送路４Ａ、’４Ｂを介し、統括制御袋［５Ａ、５Ｂへ
入力され、マンマシン装置６より操作員へ表示されると
ともに、予備制御装置Ｂ１、Ｂ２へも伝達される。

〔作用〕

伝送路もしくは統括制御装置に接続された予備制御装置
及び該予備制御装置に接続された予備駆動装置を第２の
構成単位として設置することにより、第１の構成単位の
内のいずれかの駆動装置が故障した場合に、駆動機構と
故障した駆動装置間の配線を第２の構成単位の駆動装置
に接続し直すことだけで駆動機構の運転が可能になり、
運転する上で必要な情報は、前記配線の接続変更と関係
なく、センサから故障した駆動装置に接続されている制
御装置を経由して伝送路もしくは統括制御装置に伝達さ
れるから、必要な情報を欠落することなくバックアップ
可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図により説明する。本実
施例に係る冗長化制御システムは、操作員が操作及び監
視するマンマシン装置６と、マンマシン装Ｗ６に接続さ
れた統括制御装置５Ａ、５Ｂと、該統括制御装置５Ａ、
５Ｂそれぞれに伝送路４Ａ、４Ｂを介して接続された制
御装置ユニットＩＡ、ＩＢ・・・ＩＮ及び２と、該制御
装置ユニットＩＡ、ＩＢ・・・１Ｎにそれぞれ接続され
た駆動機構３Ａ’、３Ｂ・・・３Ｎと、同じく制御装置
ユニットＬＡ、ＩＢ・・・ＩＮにそれぞれ接続されたセ
ンサ７ＡＡ、ＴＡＢ、７ＢＡ、７ＢＢ・・・７ＮＡ、７
ＮＢとを含んで構成されている（制御装置ユニットＩＢ
・・ＩＮ及び制御装置ユニットＩＢ・・・ＩＮに接続さ
れた駆動機構３Ｂ・・・３Ｎとセンサ７ＢＡ、７ＢＢ・
・・７ＮＡ、７ＮＢは図示を省略した）。

制御装置ユニットＩＡ、ＩＢ・・・ＩＮはいずれも類似
の構成なので、以下制御装置ユニットＩＡを例に説明す
る。制御装置ユニットＩＡは、同一構成の制御装置１１
Ａ、１２Ａと、該制御装置１１Ａ、１２Ａの双方に接続
されてその制御出力を比較し、駆動機構３Ａを駆動する
駆動装置１３Ａとを含んで構成され、制御装置１１Ａは
伝送路４Ａを介して前記統括制御装置５Ａに、制御装置
１２Ａは伝送路４Ｂを介して前記統括制御装置５Ｂに。

駆動装置１３Ａは電源ケーブル８を介して電動機である
駆動機構３Ａに、それぞれ接続されている。

制御装置１１Ａ、１２Ｂは、制御動作部分とセンサから
の情報の入出力処理部分が区分されていて、制御動作部
分のみを停止可能としである。

また、センサ（以下検出器という）７ＡＡは制御装置１
１Ａに、センサ（以下検出器という）７ＡＢは制御装置
１２Ａに、それぞれ接続されている。

検出器７ＡＡと検出器７ＡＢは同一の検出対象から、同
一の状態量を検出、出力するもので、二重化された検出
器となっている。制御ユニットｌＡ。

駆動機構３Ａ、検出器７ＡＡ、７ＡＢが第１の構成単位
の一つをなしている。

制御装置ユニット２はバックアップ用のユニットで第２
の構成単位をなしており、前記制御装置１１Ａ、１２Ａ
と同一構成の予備制御装置Ｂｌ。

Ｂ２と、該予備制御装置Ｂｌ、Ｂ２の双方に接続されて
その制御出力を比較し、駆動機構を駆動する予備駆動装
置Ｂ３とを含んで構成され、予備制御装置Ｂ１は伝送路
４Ａを介して前記統括制御装置５Ａに、予備制御袋ＷＢ
２は伝送路４Ｂを介して前記統括制御装置５Ｂに、それ
ぞれ接続されている。本実施例においては複数個の制御
装置ユニットＬＡ、ＩＢ・・・ＩＮが配置されているが
、制御装置ユニット１台とバックアップ用制御装置ユニ
ット１台の組合せでもよい。また、一つの構成単位の中
に２個の制御装置が設けられているが、制御装置を１個
としてもよい。

上記構成の装置において、通常時は、操作員はマンマシ
ン装置６より操作及び監視を行い、２重化された統括制
御装置５Ａ、５Ｂより別々に指令が制御装置１１１Ａ、
１２Ａへ伝送路４Ａ、４Ｂを介して伝送される。制御装
置１１Ａ、１２Ａは指令に従い電動機３Ａを駆動する。

この時電動機により駆動される物の位置又は電動機３の
回転速度等が制御量として検出器７ＡＡ、７ＡＢにて検
出されて制御装置へ入力され、閉ループ制御が構成され
る。

今、駆動装置１３Ａが故障した場合、直ちに電動機３Ａ
の制御が不可能となるため予備への切換え祭行う、まず
制御装置１１Ａ、１２Ａから、駆動装置１３Ａへの出力
が停止される。但し、駆動装置１３Ａが故障したことは
マンマシン族Ｗ６より操作員に表示されていて、安全上
この停止操作は操作員が手動で行う方が良い。そして、
駆動装［１３Ａと電動機３Ａを結ぶ電源ケーブル８を、
予備駆動装置Ｂ３と電動機３Ａを結ぶ電源ケーブル８１
へ切換える。この切換方法としては、予め予備駆動装置
Ｂ３と電動機３Ａを電源ケーブル８１で接続しておき、
スイッチだけで切り替える方法、予備駆動装置Ｂ３に駆
動機構３Ｂ〜３Ｎの中のどの駆動機構にも接続可能なコ
ネクタを備えたケーブルを接続しておき、必要な時に故
障した駆動装置に接続されていた駆動機構に接続する方
法などがある。また、スイッチ、コネクタを複数の駆動
機構と予備駆動装置Ｂ３の間を切り替え可能なスイッチ
、コネクタを介して接続しておき、−動作で切り替え可
能としておいてもよい。

次いで、本来制御装置ｆｌｌＡ、１２Ａへ入力されるべ
き統括制御装置からの指令及びデータを予備制御装置Ｂ
ｌ、Ｂ２へ入力する様に切替える。

これで、電動機３Ａの復旧は終了する。各制御装置に対
し制御装置ごとにアドレスをあらかじめ決めておき、指
令、データの伝送はこのアドレスを元に行なわれる様に
しておけば、制御装置へ直接アドレスを設定すること又
はマンマシン装置６より設定することで、制御を切換え
ることが可能となる。

以上の動作をフローチャートにしたものが第３図である
。第４図には各制御装置に割付けられるアドレスの管理
テーブルを示す。各制御装置は自分自身のアドレスしか
記憶せず、全体の状態を示す管理テーブルは統括制御装
置に記憶される。具体的には、第４図の状態では予備制
御装置にはアドレスが設定されていないことがわかる。

アドレス１３Ａに対応した駆動装置に故障が発生した場
合、これに対応する制御装置１１Ａ、１２Ａに対してア
ドレスをクリアし、予備制御装置ヘアドレスＩＩＡ、１
２Ａに対応するアドレスが設定され。

制御が予備系へ切換ねることになる。予備系へ切換えた
後のアドレスの管理テーブルを第５図に示す。この時制
御を切換えられられた制御装置、つまりアドレスをクリ
アされた制御装置は制御は停止してしまうが、状態情報
の監視は連続して実行可能とする。そのため、検出器７
ＡＡ、７ＡＢがらの状態信号は、故障した能動装置！１
３Ａに対応した制御装置ＥＩＩＡ、１２Ａを介して統括
制御装置５Ａ、５Ｂ及び予備制御装置Ｂｌ、Ｂ２へ伝送
される。従って、故障発生による電源ケーブルの接続切
換には関係なく、常時状態の監視を行うことが可能とな
る。

更に制御装置が２重化されているのは、制御装置の片方
が故障した場合においても制御を可能とし、監視情報を
欠落させないためである。制御装置が単一系であると、
制御装置が故障すると監視情報を収集することが全く不
可能となり、予備制御装置に切換わるまでの間、情報の
欠測が生じる。

第６図は入出力装置（駆動装置）に対してのみ予備を設
置した第３の実施例の構成を示す。駆動装置１３Ａに対
して故障が発生した場合、予備駆動装ＷＢ３へ切換える
のであるが、第２図に比べて、配線９を配線９１へ、配
置９２を配線９３へ切換える手順が増えていることがわ
かる。予備系への切替に比較的時間の余裕がある場合に
適用するのが適当である。

次に、第７図により、原子力発電所の制御棒駆動装置に
対して適用した第３の実施例を説明する。

本実施例に係る制御棒駆動装置は、操作員が操作及び監
視するマンマシン装置６と、マンマシン装置６に接続さ
れた統括制御装置５Ａ、５Ｂと、該統括制御装置ｓＡ、
ｓｍ’それぞれに伝送路４Ａ。

４Ｂを介して接続された制御装置ユニット１００Ａ、ｌ
００Ｂ・・・１００Ｎ及び２００と、該制御装置−Ｌ−
１−ット−１００Ａ、１００Ｂ＝４０ＯＮにそれぞれ接
続された電動機である駆動機構１３０Ａ。

１３０Ｂ・・・１３ＯＮと、同じく制御装置ユニットＬ
Ａ、ＩＢ・・・ＩＮにそれぞれ接続されたシンクロ発信
器である検出器１７０ＡＡ、１’７０ＡＢ、１７０ＢＡ
、１７０ＢＢ・・・１７ＯＮｐ、、１７ＯＮＢとを含ん
で構成されている（制御装置ユニット１００Ｂ・・・１
００Ｎ及び制御装置ユニット１００Ｂ・・・１００Ｎに
接続された駆動機構１３０Ｂ・・・１３ＯＮと検出器１
７０ＢＡ、１７０ＢＢ・・１７ＯＮＡ、１７ＯＮＢは図
示を省略した）。

制御装置−Ｌニット１ｏＯＡ、１００Ｂ・１００Ｎはい
ずれも類似の構成なので、以下制御装置ユニット１００
Ａを例に説明する。制御装置ユニット１００Ａは、同一
構成の制御装置１０１Ａ、１０２Ａと、該制御装ＭＩＯ
ＩＡ、１０２Ａ（７）双方に接続されてその制御出力を
比較し、駆動機構１３０Ａを駆動する駆動装置１１３Ａ
とを含んで構成され、制御装置１０１Ａは伝送路４Ａを
介して前記統括制御装置５Ａに、制御装置１０２Ａは伝
送路４Ｂを介して前記統括制御装置５Ｂに、駆動装置１
１３Ａは電源ケ、−プル９４を介して電動機である能動
機構１３０Ａに、それぞれ接続されている。また、シン
クロ発信器１７０ＡＡは制御装置１０１Ａに、シンクロ
発信器１７０ＡＢは制御装置１０２Ａに、それぞれ接続
されている。シンクロ発信器１７０ＡＡとシンクロ発信
器１７０ＡＢは同一の検出対象から、同一の状態量を検
出、出力するもので、二重化された検出器となっている
。電動機１３０Ａは、原子炉内の制御棒１０の位置を変
更するものである。

制御装置ユニット２００はバックアップ用のユニットで
、前記制御装置１０１Ａ、１０２Ａと同一構成の予備制
御装置Ｂｌ、Ｂ２と、該予備制御］ｉＢＬ、Ｂ２の双方
に接続されてその制御出力を比較し、駆動機構を駆動す
る予備駆動装置Ｂ３とを含んで構成され、予備制御装置
Ｂ１は伝送路４Ａを介して前記統括制御装置５Ａに、予
備制御装置Ｂ２は伝送路４Ｂを介して前記統括制御装置
５Ｂに、それぞれ接続されている。

上記構成の制御棒駆動装置において、制御装置１０１Ａ
、１０２Ａは統括制御装置５Ａ、５Ｂからの制御棒駆動
指令を受信し、駆動装置１１３Ａへ駆動指令を発する。

駆動装置１１３Ａは制御装置１０ＩＡ、１０２Ａからの
駆動指令を受信し、その比較を行い、その指令が正しい
と判断した場合にのみ電動機１３０Ａ八駐動電源を供給
する。

これにより電動機１３０Ａは回転し、制御棒１０を駆動
することになる。そして電動機の回転軸に直結したシン
クロ発信器１７０ＡＡ、１７０ＡＢは回転角に応じた信
号を制御装置１０１Ａ、１０２Ａへ送信し、制御装置は
この信号を変換し、制御棒の位置を得る。制御装置１０
１Ａ、１０２Ａは制御棒の位置が目標の位置に到達して
いない場合には、駆動指令を呂し続ける。この様に、制
御装置→駆動装置→電動機→シンクロ発信器→制御装置
ととつながる制御の閉ループが構成されている。

原子力発電所を安定に運転するためには、燃料を計画的
にかつ効率よく燃焼させることが必要である。従って燃
料の燃焼具合を左右する制御棒の位置情報は重要であり
、欠測しないように配慮する必要がある。制御棒の挿入
により反応度は減少し、逆に制御棒の引抜きにより反応
度は増加する。

つまり制御棒の位置情報は原子力発電所を運転する上で
必要不可欠である。

第７図において予備駆動装置が設けられていないと、駆
動装置１１３Ａが異常となった場合、異常となった駆動
装！！１１３Ａを取外し、新たな駆動装置と交換するこ
とになる。この交換に際して、異常部以外への影響を最
小にするために、制御装置の電源をしゃ断し、駆動装置
１１３Ａに接続されているケーブル及び信号線を取外し
た後、駆動装置が交換される。この様に、交換巾制御装
置の機能が停止するため、制御棒の位置情報が欠落して
しまう欠点が生じる。しかしながら、本実施例のように
、予備制御装置ユニットを設置した場合、駆動装置が異
常となっても、予備系の駆動装置Ｂ３へ電動機との電源
ケーブル９４を接続し直すことにより、制御が可能とな
る。つまり、制御装置は正常動作を維持し続けるので何
ら影響を与えず。

制御棒１０の位置は制御装置１０１Ａ、１０２Ａから伝
送路４Ａ、４Ｂを介して予備系の制御装置Ｂｌ、Ｂ２及
び統括制御装置５Ａ、５Ｂへ伝送される。この時の予備
系への切換えに関してのアドレス等の設定手法は前述し
ているものと同じである。この様に本実施例によれば、
制御棒位置という重要な情報を、駆動装置の切り換え中
も欠落することなしに、予備系へ切換え、制御を続ける
ことが可能である。

尚、予備制御装置ユニットを１つ設置した場合を記述し
てきたが、予備制御装置ユニットを複数設置することに
より、２台以上の故障に対しても制御を不能とすること
なくシステムをバックアップすることが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、制御システムに故障が発生した場合に
、予備制御装置へのアドレスの設定及び必要最小限の配
線の変更にてシステムの復旧が可能となるため、信頼性
及び稼働率を向上する効果がある。また、制御装置及び
または駆動装置の切換中においても関連する状態量の監
視は可能であるため、欠落してはならない情報を扱う場
合に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部構成を示すブロック図、第２図は
本発明の第１の実施例を示すブロック図、第３図は本発
明における処理手ｊ＠のフローチャート、第４図は正常
な状態での制御装置へ設定されたアドレス管理テーブル
の例を示す図、第５図は制御装置ＩＡが故障し、制御が
予備制御装置へ切換ねった後のアドレス管理テーブルの
例を示す図、第６図は駆動装置を単独に冗長化した第２
の実施例を示すブッロク図、第７図は第３の実施例を示
すブロック図で、第８図は従来技術の例を示すブロック
図である。　　　　“ １１Ａ、１２Ａ、Ｍ工・・・ＭＮ・・・制御装置、１３
Ａ・・・駆動装置。Ｂ、Ｂｌ、Ｂ２・・・予備制御装置、Ｂ３・・・予備駆動装置、３Ａ・・・駆動機構、４Ａ、４Ｂ・・・伝送路、５Ａ、５Ｂ・・・統括制御装置、６・・・マンマシン装置、７ＡＡ、７ＡＢ・・・検出器、８Ａ、８１・・・電源ケーブル、９．９１，９２．９３・・・配線。

Claims

【特許請求の範囲】１、２重化された制御装置と、該２重化された制御装置
に接続された単一系の駆動装置と、該単一系の駆動装置
に接続された単一系の駆動機構と、該単一系の駆動機構
及びまたは単一系の騒動機構に駆動される要素の状態量
を検出して前記制御装置に出力する２重化されたセンサ
ーとを含んでなる第１の構成単位を複数個有し、該複数
個の構成単位の制御装置は伝送路もしくは上位の統括制
御装置を介して相互に接続されている制御システムにお
いて、更に予備として前記伝送路もしくは上位の統括制
御装置に接続された２重化された制御装置と、該２重化
された制御装置に接続された単一系の駆動装置とを含ん
でなる第２の構成単位を有し、各構成単位は前記伝送路
にて相互に情報伝送する手段と、第１の構成単位の駆動
装置が故障した場合にこれを停止し、該駆動装置と駆動
機構間の電源ケーブル等を第２の構成単位の駆動装置へ
切換えて接続する切換え手段と、当該構成単位の２重化
されたセンサーからの信号及び制御装置による前記２重
化されたセンサーからの信号の処理結果を前記伝送路を
介して、第２の構成単位の２重化された制御装置へ伝送
する手段とを有することを特徴とする冗長化制御システ
ム。２、第２の構成単位を複数個設けたことを特徴とする請
求項１に記載の冗長化制御システム。３、切換え手段が、１つの駆動装置に対してＮ個の駆動
機構を接続可能とするスイッチ、コネクタ及びまたはケ
ーブルを有し、一括で駆動機構の切換を可能とするもの
であることを特徴とする請求項１に記載の冗長化制御シ
ステム。４、第１の構成単位に含まれる制御装置及びセンサが各
一組であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
の項に記載の冗長化制御システム。